人教2011课标版- 九年级下册（2012年10月第1版）- 课题3 金属资源的利用和保护教学设计

人教2011课标版_九年级下册（2012年10月第1版）_课题3金属资源的利用和保护教学设计科目Xx授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师Xx老师授课班级、授课课时1授课题目（包括教材及章节名称）Xx设计思路一、设计思路以“金属资源利用与保护”为主线，从生活实例（如铁制品生锈）引入，通过实验探究CO还原氧化铁的炼铁原理，引导学生分析金属锈蚀条件，归纳防护方法。结合工业生产实际，培养学生“从生活到化学，从化学到社会”的思维，强化资源保护意识，落实“科学探究与社会责任”的核心素养。核心素养目标二、核心素养目标通过炼铁原理与金属锈蚀条件的探究，发展学生“宏观辨识与微观探析”素养，能从元素视角解释金属转化过程；在实验设计与现象分析中，提升“科学探究与创新意识”，掌握控制变量等方法；结合金属资源保护案例，强化“科学态度与社会责任”，树立合理利用与保护资源的意识。学习者分析三、学习者分析学生已掌握金属的物理性质、化学性质（如铁与氧气、酸的反应）及物质分类等知识，为本节课学习奠定基础。九年级学生对实验探究兴趣浓厚，具备基本实验操作能力和现象分析能力，学习风格偏向直观互动，对炼铁、金属锈蚀等生活实例有探究欲望。可能遇到的困难：金属锈蚀条件探究中控制变量法的应用不够熟练；工业炼铁原理较抽象，对CO还原氧化铁的实验装置和反应过程理解存在障碍；金属资源保护措施与实际生产生活的联系不够紧密，难以将理论知识转化为实践应用。教学资源1.软硬件资源：人教版九年级下册教材、实验器材（CO还原氧化铁装置、铁钉、试管、酒精灯、坩埚钳）、多媒体投影仪、电脑。

2.课程平台：校内智慧课堂教学系统、班级化学实验管理平台。

3.信息化资源：炼铁工业流程PPT、金属锈蚀条件动画视频、金属防护方法案例图片库。

4.教学手段：实验探究法、小组合作讨论法、生活情境创设法（铁制品生锈实例分析）。教学过程环节一：情境导入，引发思考（5分钟）

（我举起生锈的铁钉和崭新的铁钉）同学们，请看这两根铁钉，它们原本是一样的，为什么一个会变成这样？（你们观察后回答：“放久了会生锈”）没错，铁生锈是我们生活中常见的现象。那你们想过吗？我们每天使用的铁锅、自行车、汽车，它们的金属资源是从哪里来的？又该如何保护这些宝贵的资源呢？今天，我们就一起走进“金属资源的利用和保护”，探索其中的化学奥秘。（板书课题）

环节二：探究一：金属资源的利用——炼铁原理（20分钟）

（展示工业炼铁高炉图片）你们知道工业上是如何炼铁的吗？对，是用铁矿石炼制。常见的铁矿石有赤铁矿（主要成分Fe₂O₃）、磁铁矿（主要成分Fe₃O₄）等。那铁矿石里的铁是如何被“请”出来的呢？我们需要一种物质来“夺走”铁矿石中的氧，这种物质就是还原剂。大家回忆一下，我们学过哪些具有还原性的物质？（你们思考后回答：“碳、一氧化碳”）没错，工业上常用一氧化碳作还原剂炼铁。

（演示CO还原氧化铁实验，装置如图：硬质玻璃管中放Fe₂O₃粉末，试管中澄清石灰水，尖嘴导管点燃尾气）同学们注意观察实验现象。我先通一会儿CO，排尽装置内空气，然后点燃酒精灯加热。你们看到了什么？（你们观察后回答：“红色粉末逐渐变黑色，澄清石灰水变浑浊，尖嘴处有蓝色火焰”）很好！黑色粉末是铁，澄清石灰水变浑浊说明生成了CO₂，尖嘴处蓝色火焰是CO燃烧。谁能写出反应的化学方程式？（你们书写并展示：3CO+Fe₂O₃高温2Fe+3CO₂）

（小组讨论）工业炼铁为什么需要焦炭和石灰石？焦炭的作用是什么？（你们讨论后回答：“焦炭燃烧生成CO，CO作还原剂；石灰石造渣，除去杂质”）完全正确！焦炭首先与氧气反应生成CO₂，CO₂再与高温焦炭反应生成CO，CO作为“还原剂”把铁从矿石中还原出来。而石灰石高温分解生成CaO，CaO与矿石中的SiO₂反应生成CaSiO₃炉渣，从而得到纯净的铁。

（展示炼铁高炉剖面图）高炉从下到分分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉。焦炭、铁矿石、石灰石从炉顶加入，热空气从炉底鼓入，在炉缸生成铁水和炉渣。这就是工业炼铁的简单流程，核心就是用CO还原铁矿石中的铁。

环节三：探究二：金属锈蚀的条件（15分钟）

（拿出提前准备的实验装置：四支试管中分别放入铁钉，编号A、B、C、D）同学们，刚才我们探究了金属的利用，但金属资源在使用过程中会面临“生锈”的问题。铁生锈到底需要哪些条件呢？我们一起设计实验来探究。

（引导设计实验）A试管中放干燥剂和棉花，铁钉只与空气接触；B试管中加煮沸的蒸馏水（除去氧气），铁钉只与水接触；C试管中加蒸馏水，铁钉与空气、水同时接触；D试管中加食盐水，铁钉与空气、食盐水接触。我们将四支试管放置一周，观察现象。

（展示提前准备的实验现象图片，或播放延时摄影视频）一周后，A中铁钉无明显变化；B中铁钉也无明显变化；C中铁钉表面出现红褐色物质；D中铁钉生锈更严重。这说明什么？（你们回答：“铁生锈需要氧气和水同时参与，食盐水会加速生锈”）完全正确！铁锈的主要成分是Fe₂O₃·xH₂O，是铁与氧气、水共同作用的结果。酸性物质、盐溶液会加快铁锈蚀的速率。

（联系生活）你们能举出生活中防止铁生锈的例子吗？（你们回答：“自行车链条涂油、菜刀用后擦干、汽车喷漆”）这些方法都是利用了隔绝氧气或水的原理，对吗？

环节四：探究三：金属资源的保护措施（10分钟）

（展示金属资源枯竭的图片和数据）同学们，金属资源是有限的，按现在的开采速度，一些矿石几十年就可能用完。保护金属资源，不仅是化学问题，更是社会问题。结合刚才的探究，我们应该如何保护金属资源呢？

（小组讨论并汇报）你们小组有什么好办法？（你们回答：“防止金属腐蚀，回收利用废旧金属，有计划合理开采，寻找金属代用品”）非常好！防止腐蚀是最直接的方法，如刷漆、涂油、镀锌等；回收利用废旧金属是“城市矿山”，比如回收一吨废钢，可炼好钢0.9吨，节约能源60%；合理开采、提高矿石利用率，也能延长资源使用时间；此外，研发新型合金（如不锈钢、钛合金）代替普通金属，也能减少资源消耗。

（展示课本“金属资源的保护”图片）课本中提到，每年全世界因生锈损失的钢铁约占年产量的1/4，所以保护金属资源刻不容缓。作为中学生，我们可以从身边小事做起，比如将废铁、易拉罐分类投放，参与金属回收。

环节五：总结拓展，升华情感（5分钟）

（引导梳理）今天我们学习了金属资源的利用和保护，谁能总结一下核心内容？（你们回答：“金属资源的利用主要是炼铁，原理是CO还原Fe₂O₃；保护金属资源要防止腐蚀、回收利用、合理开采”）非常准确！

（拓展思考）如果让你设计一个“铁钉防锈”的方案，你需要考虑哪些因素？（你们回答：“隔绝氧气或水，选择合适的方法，考虑成本和美观”）对，化学知识要服务于生活，我们要用科学的眼光看待问题，用化学的方法解决实际问题。

（布置作业）课后请大家完成两个任务：一是设计一个家庭金属制品防锈小方案；二是查阅资料，了解“湿法炼铜”的原理，下节课分享。

（下课）同学们，金属资源的保护需要我们每个人的努力，希望你们能成为资源的守护者，用化学知识让我们的生活更美好！拓展与延伸1.**拓展阅读材料**

-**《钢铁工业的百年变革》**：阅读教材“工业炼铁”章节补充内容，了解高炉炼铁技术从19世纪至今的演变，重点对比传统高炉与现代直接还原炼铁法的原理差异（如H₂还原铁矿石），分析不同技术对能源消耗和碳排放的影响。

-**《金属锈蚀与防护的微观世界》**：结合教材“金属锈蚀条件”探究实验，查阅资料分析铁锈成分Fe₂O₃·xH₂O中x值的变化规律，解释为什么潮湿环境中锈蚀速率更快，并对比铝、锌等金属的钝化保护机制。

-**《“城市矿山”的再生之路》**：延伸教材“金属资源保护”部分，研究废旧金属回收产业链（如废钢回炉熔炼、电子元件提金），计算1吨废铝回收可节约多少电能（约相当于4吨标准煤），理解循环经济的现实意义。

2.**课后自主探究任务**

-**实验设计类**：

-家庭实验：用食醋浸泡生锈铁钉（加速锈蚀），对比干燥、纯水、盐水、醋酸溶液中锈蚀速率，验证教材“酸性环境加速腐蚀”的结论，并记录现象。

-创新实验：设计简易“铁的防锈层”对比实验，分别用植物油、油漆、镀锌层覆盖铁钉，观察不同防护方法的持久性。

-**社会调查类**：

-调研本地钢铁企业或金属回收站，了解金属资源利用现状，撰写《家乡金属资源保护现状报告》，提出中学生可参与的改进建议。

-统计家庭金属制品（如易拉罐、旧电池）的回收率，分析未回收原因，设计校园金属回收箱使用指南。

-**科技前沿类**：

-研究新型耐蚀合金（如不锈钢、钛合金）的成分设计原理，结合教材“金属活动性顺序”解释其抗腐蚀性。

-探索“湿法炼铜”在低品位矿开采中的应用，对比火法炼铜的环保优势，撰写《绿色冶金技术简报》。

3.**跨学科实践**

-**历史与化学**：查阅中国古代“炒钢法”“灌钢法”的冶金工艺，分析其与现代高炉炼铁的化学原理异同，理解技术传承与创新。

-**物理与化学**：用原电池原理解释“牺牲阳极保护法”（教材P20图8-28），设计简易实验验证镁块保护铁钉的原理。

-**生物与化学**：研究海洋船舶生物污损（如藤壶附着）如何加速金属腐蚀，对比化学防污涂料与生物防污技术的优劣。

4.**深度思考题**

-若未来实现可控核聚变商业化，分析氢能源替代焦炭炼铁的可能性，绘制“氢冶金工艺流程图”。

-讨论金属资源枯竭危机下的替代方案：从塑料、陶瓷到生物材料，分析不同代用品的局限性。

-辩论题：“金属回收应优先考虑经济性还是环保性？”结合教材数据（如回收1吨废钢减排1.5吨CO₂）展开论证。

5.**资源整合建议**

-**图书馆资源**：借阅《金属腐蚀与防护》《冶金学概论》等书籍，重点阅读“炼铁反应热力学”“锈蚀电化学机制”章节。

-**纪录片推荐**：观看《大国重器·钢铁脊梁》《循环经济：金属的再生》中与教材内容相关的片段，撰写观后感。

-**社区实践**：参与社区“旧金属换绿植”活动，宣传教材“回收利用金属资源”知识，设计宣传海报。

**总结**：本拓展延伸紧扣教材核心知识点，通过实验、调查、跨学科融合等多元形式，深化对“金属资源利用与保护”的理解，培养学生科学探究与社会责任意识，实现从课堂到社会的知识迁移。教学反思与改进课后通过课堂观察和作业反馈，发现学生对CO还原氧化铁的实验原理理解较深，但工业炼铁流程中焦炭和石灰石的作用掌握不够扎实。部分学生在分析金属锈蚀条件时，对控制变量法的运用不够熟练，需要加强实验设计的指导。资源保护措施的讨论虽热烈，但部分学生未能将理论转化为具体行动方案，建议增加生活案例的深度分析。

改进措施包括：下次课增设“炼铁流程拼图”互动游戏，强化高炉各部位功能认知；在锈蚀实验环节增加小组汇报环节，要求学生自主设计对比方案；布置“家庭金属制品防锈计划”实践作业，引导学生将课堂知识应用于生活。同时准备补充“金属回收数据计算”的微课，帮助学生直观感受资源再利用的经济价值。通过这些调整，进一步夯实基础知识的掌握，提升知识迁移能力和社会责任意识。板书设计①金属资源的利用——炼铁原理

-核心反应：3CO+Fe₂O₃高温2Fe+3CO₂

-工业原料：铁矿石（赤Fe₂O₃、磁Fe₃O₄）、焦炭、石灰石

-焦炭作用：生成CO（C+O₂点燃CO₂，CO₂+C高温2CO）

-石灰石作用：造渣（CaCO₃高温CaO+CO₂，CaO+SiO₂高温CaSiO₃）

②金属锈蚀的条件

-实验结论：铁与氧气、水同时接触生锈

-铁锈成分：Fe₂O₃·xH₂O（红褐色）

-加速因素：酸性物质、盐溶液（如食盐水）

③金属资源的保护措施

-防止腐蚀：隔绝氧气或水（涂油、刷漆、镀锌）

-回收利用：废旧金属（“城市矿山”，节约资源）

-合理开采：提高矿石利用率

-寻找代用品：开发新型合金（如不锈钢）课堂小结，当堂检测课堂小结：本节课围绕“金属资源的利用与保护”展开，核心掌握三点：一是炼铁原理，工业上用CO还原铁矿石（Fe₂O₃），化学方程式为3CO+Fe₂O₃高温2Fe+3CO₂，焦炭生成CO，石灰石造渣；二是金属锈蚀条件，铁与氧气、水同时接触会生锈，铁锈主要成分为Fe₂O₃·xH₂O，食盐水等加速锈蚀；三是保护措施，包括隔绝氧气或水（涂油、刷漆）、回收利用废旧金属、合理开采及开发代用品。

当堂检测：

1.选择题：工业炼铁中，焦炭的作用是（）

A.作燃料B.生成还原剂COC.造渣D.提供热量

2.填空题：铁生锈的条件是铁与______和______同时接触；防止自行车链条生锈常采用______的方法。

3.简答题：回收1吨废钢可节约0.9吨铁，请结合课本说明回收废旧金属的环保意义。

（答案：1.B2.氧气；水；涂油3.回收废旧金属可减少矿石开采，节约能源，降低污染，符合可持续发展理念。）重点题型整理1.**简答题**：工业炼铁中，一氧化碳还原氧化铁的化学方程式是什么？焦炭在该过程中的作用是什么？

**答案**：3CO+Fe₂O₃高温2Fe+3CO₂；焦炭燃烧生成CO₂，CO₂与高温焦炭反应生成CO，CO作为还原剂。

2.**实验设计题**：设计一个实验探究铁生锈的条件，需说明实验步骤和现象。

**答案**：步骤：①四支试管分别放铁钉，A中干燥剂隔绝空气，B中煮沸蒸馏水隔绝氧气，C中蒸馏水，D中