6.1金属矿物及铁的冶炼教案---2024-2025学年九年级化学沪教版（2024）上册

课时设计 课题 6.1 金属矿物及铁的冶炼 课型 新授课 ✓ 复习课 试卷讲评课 其他课 1.教学内容分析 本部分教学内容首先介绍常见的金属矿物，让学生了解金属在自然界的存在形式。重点在于铁的冶炼，详细讲解其原理、原料、设备及工艺流程。通过实验或多媒体演示，直观呈现冶炼过程中的化学反应。同时，引导学生对比不同金属的冶炼方法，理解其与金属活动性的关系。在教学中，注重培养学生的观察、分析和推理能力，使学生认识到化学在工业生产中的重要应用，激发学生对化学学科的兴趣和探索精神。 2.学习者分析 对于“金属矿物及铁的冶炼”的学习，学习者在知识储备上已经具备一定的化学基础，如元素、化合物的概念等。但对复杂的化学反应原理和实验操作的理解可能存在困难。在学习能力方面，具备一定的观察和逻辑推理能力，但抽象思维仍需培养。大多数学习者对实验探究有较高兴趣，但部分可能缺乏主动思考和深入探究的积极性。此外，学习者的生活经验能帮助理解铁在生活中的应用，但对于工业冶炼的实际情况了解较少。需要引导他们将理论知识与实际应用相结合，提高学习效果。 3.学习目标确定 1.了解常见金属矿物的种类和主要成分。 2.掌握铁的冶炼所涉及的化学反应原理。 3.熟悉炼铁的实验装置及操作要点。 4.理解炼铁过程中的物质转化和能量变化。 5.学会根据化学方程式进行有关铁的冶炼的计算。 6.培养观察、分析和解决问题的能力，增强环保和资源意识。 4.学习评价设计 1.课件随堂练习 2.校本课时作业 3.课堂实验 5.学习活动设计 任务一：创设问题情境，引入新课 教师活动 学生活动 学习评价 【展示】化学学科的教材，观看准备的视频素材。 【提问】思考一下生活中常见的金属有哪些？ 学生尝试说明生活中有哪些地方可以看到金属铁的应用？ 在这部分学习中，学生对金属矿物及铁的冶炼知识有一定掌握。能说出常见金属矿物成分，理解铁的冶炼原理。但在实验操作和知识运用上，部分同学不够熟练。整体看，多数学生达到基本要求，需进一步巩固提升。 任务二：常见的金属矿物 教师活动 学生活动 学习评价 【观念构建】 人类科技文明的发展历程伴随着人类利用材料、制造材料、完善材料的历 史。从青铜时代、铁器时代起，到科技发达的今天，金属作为一种重要的材料，对生产生活、社会发展有着十分重要的作用。各种各样的金属大多是通过冶炼金属矿物而获得的，因此开发利用金属矿物资源，需要了解各类金属 矿物和常见的冶炼方法。 【观察思考】 能认识大多数金属在自然界中以金属矿物的形式存在；能体会化学方法在金属冶炼中的重要作用，简要叙述工业炼铁的反应原理。 【内容分析】 金属元素在自然界中分布很广，除极少数不活泼的金属（如铂、金、银等） 以单质形式存在外，其余大多数以化合物形式存在。金属元素在自然界中一般 以矿物的形式存在。铁的矿物主要有赤铁矿、磁铁矿、菱 铁矿和黄铁矿等。铜的矿物主要有黄铜矿、辉铜矿和孔雀石等。铝的矿物主要有铝土矿和明矾石等。 地壳中几种金属元素的含量 以金属矿物作为原料，通过一系列物理变化、化学变化可以得到相应的金 属单质。而使金属矿物转化成金属的过程称为金属冶炼。 【交流讨论】 你知道学校所在地区（或家乡）有哪些金属矿物？能识别它们吗？请收集金属矿物样品或查阅相关资料，并与同学交流。 我国古代利用金属单质的顺序是怎样的?为什么会这样?为什么又称作金属? 1.矿物标本观察：准备常见金属矿物的标本，让学生分组观察，记录其颜色、形状、光泽等特征。 2.知识竞赛：设置关于常见金属矿物的名称、成分、产地等问题，开展小组竞赛。 3. 科普报告：学生分组查阅资料，制作关于某种常见金属矿物的科普报告并展示。 4.实地考察：如果条件允许，组织学生到矿山或地质博物馆进行实地考察。 学生在“常见的金属矿物”学习中，能认识多种金属矿物，了解其主要成分。对各类金属矿物的分布和特点有一定的记忆。但在区分相似矿物和实际应用知识方面，还存在不足。总体学习效果基本达标，仍有进步空间。 任务三： 铁冶炼的化学原理 教师活动 学生活动 学习评价 【观念构建】 铁在自然界中分布很广，在地壳中含量居所有金属元素的第二位，仅次于铝，约占地壳总质量的 4.75%。我国铁矿石储量占世界储量的 11%，辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花等地均有大型铁矿石产区。我国铁的冶炼最早可以追溯到殷商时期，到春秋战国时期已出现了较为成熟的炼铁技术。 以氧化铁为原料可以冶炼得到金属铁。以下通过实验来揭示炼铁的化学原理。 中国古代炼铁技术的发展经历了一个漫长的过程，主要包括以下几个阶段： 1. 先秦时期：使用“块炼法”。将铁矿石和木炭一层夹一层地放在炼炉中，点火焙烧，在高温下利用炭的不完全燃烧产生一氧化碳，得到熟铁。这种方法生产效率低，耗费原料较多，得到的熟铁夹杂的杂物比例也较高。同时，在这一时期也出现了生铁冶炼技术。 2.西汉初期：发展出“百钢法”。即将块炼铁反复加热折叠锻打，使钢的组织致密、成份均匀，杂质减少，从而提高钢的质量。但该方法受限于当时的原料为块炼铁，材料供应难以跟上，且过于费工费力，发展受到限制。 3. 西汉中期：出现“炒钢法”。以生铁为原料，把生铁加热到液态或半液态，靠鼓风或撒入精矿粉，使硅、锰、碳氧化，让碳量降低到钢的成分范围。炒钢法可生产低碳钢、中碳钢或高碳钢，有时也能得到熟钢。其优点是成分可适当控制，生产率较高，质量较好。“百钢”与“炒钢”的结合，使社会生产力大大提高。不过，其工艺较为复杂，对铁匠的要求逐渐升高。从汉朝开始，已经用煤炭作为原料。 4. 南北朝时期：“灌钢法”被发明。利用生铁碳高、熟铁碳低的特点，将熔化的生铁液灌到熟铁上以改变碳分，从而生产出硬度高、性能好的钢，解决了碳和钢不易分离的难题。这一方法提高了钢的质量，也降低了工艺的复杂程度。 5. 明朝：出现“苏钢法”。在高炉内放入熟铁，配以木炭燃烧，同时在炉口夹持一块生铁，生铁融化后滴入炉内，搅拌炉内熟铁与之反应，可直接成型各种碳含量的钢材。通过控制生铁和熟铁之间的比例，可以调节钢材的碳含量。苏钢法在芜湖、湘潭、重庆、威远等地一直沿用至今。 随着时间的推移，古代炼铁技术不断改进和完善，提高了铁的产量和质量，促进了农业、手工业、军事等领域的发展。这些技术的进步是古代劳动人民智慧的结晶，对中国古代社会的发展和进步起到了重要的推动作用。 1. 资料收集与展示：学生分组收集不同历史时期炼铁技术的相关资料，包括图片、文字描述等，并制作成 PPT 在课堂上展示，讲解各个时期炼铁技术的特点和进步。 2. 角色扮演：让学生扮演不同历史时期的炼铁工匠，通过情景再现，展现当时的炼铁工艺流程和技术难点。 3. 小组讨论：组织学生讨论炼铁技术发展对社会经济和人类文明的影响。 4. 实地参观：如有条件，安排学生参观现代炼铁厂，对比古今炼铁技术的差异。 学生展现出浓厚兴趣，清晰梳理了炼铁技术的演变历程。能对比不同时期技术的特点，但对技术背后原理的深入理解稍显不足。整体上达到了学习要求，对应用金属的发展有了宏观认识。 任务四： 一氧化碳还原氧化铁的实验 教师活动 学生活动 学习评价 【方法导引】 在图示装置的硬质玻璃管中放入少量氧化铁粉末，先通入一氧化碳，排出装置内的空气后，再用酒精喷灯加热玻璃管中的氧化铁，当红棕色粉末变成黑色时停止加热。待玻璃管内物质冷却后，停止通入一氧化碳。在反应过程中澄清石灰水有什么变化？将得到的黑色粉末倒在白纸上观察，检验粉末能不能被磁铁吸起。尝试判断反应中生成了哪些物质。 【演示实验】先通入一氧化碳，排出装置内的空气后，再用酒精喷灯加热玻璃管中的氧化铁 【提问】在反应过程中澄清石灰水有什么变化？将得到的黑色粉末倒在白纸上观察，粉末能被磁铁吸起吗？ 【现象分析】澄清石灰水变浑浊；黑色固体逐渐变红。 【板书】 实验探究：一氧化碳还原氧化铁的炼铁实验 注意： 1.实验开始时要先通入CO，一段时间后再点燃酒精喷灯，目的是排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸。 2.实验结束，停止加热后，要继续通CO直至玻璃管冷却，同时防止石灰水发生倒吸现象。 3.若没有酒精喷灯也可用酒精灯代替，但需在火焰外加金属网罩，使火焰集中，提高温度。 4.不能把热的固体直接倒出来观察，生成的铁在高温时会重新被氧化。 交流讨论： 1. 上述一氧化碳与氧化铁反应的实验中，对实验操作顺序有哪些具体要求？说明理由。 顺序：装入药品，固定装置→点燃酒精灯→向玻璃管中通入一氧化碳→点燃酒精喷灯→反应完成后，熄灭酒精喷灯→硬质玻璃管冷却后，停止通入一氧化碳→熄灭酒精灯。 对顺序的要求：①实验开始时，要先通入CO一段时间后再点燃酒精喷灯，目的是排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸。 ②实验结束，停止加热后，要继续通CO直至玻璃管冷却，或用弹簧夹夹紧玻璃管两端的胶皮管直至玻璃管冷却，才可以把固体倒到白纸上观察。不能把热的固体直接倒出来观察的原因是生成的铁在高温时会重新被氧化。 认真观察教师的实验演示，注意实验装置的组成和操作方法。 仔细观察试管中氧化铁粉末的变化，记录实验现象。 【观看实验视频】 【实验现象描述】 一段时间后，玻璃管内红色粉末变为黑色，澄清石灰水变浑浊，点燃尾气时产生淡蓝色火焰。 对实验现象进行分析，归纳、交流。 任务五： 工业炼铁 教师活动 学生活动 学习评价 高炉是工业炼铁的主要设备。把铁矿石跟焦炭、石灰石从上方加入高炉，从下方通入热空气，焦炭燃烧，生成的二氧化碳与焦炭在高温下反应生成一氧化碳气体，一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成铁。通过高炉炼得的铁为生铁，仍含有少量杂质。 人们常根据金属及其矿物的特性来选择不同的冶炼方法。 金属的冶炼方法 许多金属（如锰、锌、铁、镍和铅等）的冶炼，是把它们的矿物跟焦炭或氢气、一氧化碳等物质一起加热反应。 有些金属（如钠、钾、镁和铝等）很难从其矿物中提取出来。为了制得这些金属，需要用电解的方法。例如，在一定条件下，用氧化铝制金属铝需要使用电解的方法。 通常把金属（如铁）跟氧结合生成金属氧化物（如氧化铁）的过程称为金属的氧化。金属氧化物跟焦炭、氢气或一氧化碳等物质反应，失去氧转化为金属的过程，称为金属氧化物的还原。 1. 小组讨论：分组讨论工业炼铁的原理、原料选择的原因以及可能遇到的问题。 2. 实验模拟：通过简单的化学实验模拟工业炼铁的主要反应过程，观察现象并记录。 3. 案例分析：分析实际的工业炼铁案例，计算原料消耗、产量等数据。 4. 实地参观（如果条件允许）：参观炼铁厂，了解实际生产流程。 在“工业炼铁”的学习中，学生掌握了炼铁的原理和主要流程。能理解相关化学反应，整体上，大部分同学达到了学习要求，对工业生产有了初步认识。 【提问】学完本课题，谈谈你收获…… 【反馈练习】课堂练习和校本练习 根据板书，小结本节课所学内容 课堂延伸 巩固所学 5.板书设计 6.作业与拓展学习设计 校本课时 7.教学反思与改进 作为一名化学老师，在“金属矿物及铁的冶炼”的教学过程中，我有以下反思。 教学中的成功之处在于，通过多媒体展示和实验演示，学生对金属矿物的种类和特点有了较为直观的认识，对铁的冶炼原理和工艺流程也有了初步的理解。课堂讨论环节激发了学生的积极性，他们能够主动思考并提出问题。 然而，也存在一些不足之处。部分学生对于复杂的化学方程式和反应条件的理解还不够深入，在实际应用中容易出错。在实验操作环节，由于时间和设备的限制，学生亲自动手的机会较少，影响了他们对实验细节的把握。 针对这些问题，我计划在今后的教学中做出以下改进。首先，加强对化学方程式的讲解和练习，通过更多的实例帮助学生理解和记忆。其次，优化实验教学设计，尽量为学生创造更多亲自动手的机会，或者采用虚拟实验等方式增强他们的体验。同时，在教学中增加与实际生活和工业生产的联系，让学生更好地理解知识的应用价值。 学科网（北京）股份有限公司 $$