8.3金属资源的利用和保护（第二课时） 教学设计----2024-2025学年九年级化学人教版(2024)下册

8.3金属资源的利用和保护（第二课时） 本节课聚焦于金属资源的保护层面。以金属锈蚀现象为切入点，详细探究铁生锈的条件，通过多组对比实验，让学生直观看到铁在不同环境（干燥空气、水、氧气与水共同存在等）下的生锈情况，从而总结出铁生锈是铁与空气中的氧气和水共同作用的结果。在明晰生锈条件后，引导学生思考并讨论防止金属生锈的方法，如涂油、喷漆、镀锌、制成合金等，理解这些方法是通过隔绝氧气或水来达到防锈目的。接着，阐述废弃金属对环境的危害，像占用土地、污染土壤和水源等，同时强调回收利用废旧金属的重要意义，包括节约金属资源、减少能源消耗、降低环境污染等。最后，从多角度探讨保护金属资源的其他有效途径，如合理开采金属矿物，避免过度开采导致资源枯竭；寻找金属的替代品，介绍一些新型材料在部分领域对金属的替代应用等，全方位培养学生保护金属资源的意识。 教学目标 0. 精准阐述金属锈蚀的条件，特别是以铁为例，能清晰说明铁生锈是与氧气和水发生化学反应的过程。 0. 熟练列举防止金属生锈的常见且有效的方法，并能解释每种方法背后的化学原理。 0. 准确说明废弃金属对环境造成污染的具体表现，深入理解回收利用废旧金属对保护金属资源的关键价值。 0. 全面列举保护金属资源的多种有效途径，并能结合实际生活进行简单分析。 0. 通过设计、实施和观察铁生锈条件的探究实验，熟练掌握控制变量法在化学实验中的应用，显著提高实验设计、操作以及分析实验现象得出结论的能力。 教学重难点 1. 教学重点 1. 深入探究铁锈蚀的条件，这是理解金属防护原理的基础。 1. 系统掌握防止金属生锈的各类方法及其对应的原理，能在实际生活中合理应用。 1. 深刻认识回收利用废旧金属对保护金属资源和环境的重要意义，形成积极参与废旧金属回收的意识。 1. 全面了解保护金属资源的有效途径，包括合理开采、寻找替代品等，并能进行简单阐述。 1. 教学难点 2. 透彻理解金属锈蚀过程中的化学反应原理，尤其是涉及到的复杂的氧化还原反应，对于学生的化学知识储备和理解能力是一个挑战。 2. 能够根据不同金属的性质和实际使用场景，灵活选择和运用合适的金属防护方法，这需要学生具备较强的知识迁移和应用能力。 2. 从可持续发展的战略高度，全面、深入地理解保护金属资源的重要性和紧迫性，并将这种意识转化为实际行动，对于学生的观念转变和行为养成具有一定难度。 1. 金属的锈蚀与防护 3. 铁生锈的条件：铁与空气中的氧气和水同时接触。例如生活中，在潮湿环境下的铁制品更容易生锈，而干燥环境中的铁制品生锈速度较慢。 3. 防止铁生锈的原理：破坏铁生锈的条件，即隔绝氧气或水。 3. 防止铁生锈的方法 3. 保持铁制品表面洁净和干燥：如经常擦拭铁制家具，使其表面无水分残留。 3. 在铁制品表面形成保护膜 2. 涂油：像自行车链条经常涂油，防止链条生锈。 2. 喷漆：许多金属门窗表面喷漆，既美观又能防锈。 2. 镀其他耐腐蚀金属：如在铁制水龙头表面镀铬，增强其耐腐蚀性。 2. 烤蓝、搪瓷：一些枪械表面烤蓝，部分餐具采用搪瓷工艺，都能起到防锈作用。 3. 制成合金：如将铁制成不锈钢，不锈钢中含有的铬、镍等元素改变了铁的内部结构，使其具有更好的抗腐蚀性能。 1. 金属资源的保护 4. 废弃金属对环境的影响 1. 占用土地：大量废弃金属堆积，占据了宝贵的土地资源。 1. 污染土壤和水源：废弃金属中的有害物质会随着雨水等渗透到土壤和地下水中，造成污染，影响土壤质量和水体生态。 4. 回收利用废旧金属的意义 2. 节约金属资源：通过回收废旧金属，可减少对新金属矿石的开采，延长金属资源的使用年限。 2. 节约能源：与从矿石中提炼金属相比，回收废旧金属重新冶炼所需的能源大幅减少。 2. 减少环境污染：降低了因开采和冶炼新矿石带来的环境破坏和污染。 4. 保护金属资源的其他途径 3. 合理开采矿物：制定科学的开采计划，避免过度开采，确保金属资源的可持续供应。 3. 寻找金属的替代品：研发和使用一些新型材料来替代金属，如在一些对重量要求较高的航空领域，使用高强度的碳纤维复合材料替代部分金属材料；在一些日常用品中，用塑料替代金属。 教学过程 一、课程导入（5 分钟） 1. 回顾旧知：教师引导学生回顾上节课学习的金属资源的利用相关内容，提问：“同学们，上节课我们学习了铁的冶炼，谁能说说工业炼铁的原料有哪些？” 学生回答后，继续提问：“那炼铁的原理是什么呢？” 通过回顾旧知，巩固学生对上节课内容的理解，同时为引出本节课金属资源的保护做好铺垫。 1. 展示数据引发思考：通过多媒体展示两组数据，一组是 “现在世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的 20% - 40%”，另一组是 “根据已探明的一些矿物的储藏量，并目前这些金属的消耗速度，有人估计一些矿物可供开采的年限”。提问学生：“从这两组数据中，你们能发现什么问题？这对我们的生活和社会发展会产生怎样的影响呢？” 引导学生思考金属资源面临的严峻形势，从而引出本节课的主题 —— 金属资源的保护。 二、金属的锈蚀与防护（25 分钟） 1. 铁生锈条件的探究 0. 提出问题：教师展示一些生锈的铁制品，如生锈的铁钉、生锈的铁锅等，提问：“同学们，在生活中我们经常能看到铁制品生锈的现象，那铁制品为什么会生锈呢？铁生锈需要哪些条件呢？” 引发学生的思考和探究欲望。 0. 猜想与假设：组织学生进行小组讨论，让他们根据生活经验对铁生锈的条件进行猜想。学生可能会提出铁生锈可能与水、空气、温度等因素有关。 0. 实验设计：引导学生设计实验来验证自己的猜想。教师提示学生可以采用控制变量法，设计多组对比实验。展示提前准备好的实验材料，有洁净干燥的试管、洁净无锈的铁钉、经煮沸而迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花、干燥剂氯化钙等。让学生分组讨论实验方案，然后每个小组推选一名代表发言，阐述本小组的实验设计思路。教师对学生的实验方案进行点评和完善，最终确定如下实验方案： 3. 实验一：在一支试管中放入一根铁钉，注入适量的蒸馏水，使铁钉一半浸没在水中，将试管放在常温环境下。 3. 实验二：在另一支试管中放入一根铁钉，注入经煮沸迅速冷却的蒸馏水至浸没铁钉，然后在水面上滴加一层植物油，隔绝空气，将试管放在常温环境下。 3. 实验三：在第三支试管中放入一根铁钉，试管底部放入干燥剂氯化钙，用棉花塞住试管口，使铁钉处于干燥的空气中，将试管放在常温环境下。 0. 实验展示与观察：教师展示一周前按照上述实验方案做好的实验装置，让学生观察试管中铁钉的变化情况。学生可以看到，实验一中的铁钉生锈明显，在水面和空气交界处铁锈最多；实验二中的铁钉没有生锈；实验三中的铁钉也没有生锈。 0. 分析与结论：组织学生对实验现象进行分析讨论，引导学生思考每个实验中控制的变量是什么，通过对比不同实验中铁钉的生锈情况，能得出什么结论。经过讨论，学生总结得出：铁生锈是铁与空气中的氧气和水共同作用的结果。教师进一步强调，只有当氧气和水同时存在时，铁才容易生锈。 · 影响铁生锈速率的因素拓展 0. 展示补充实验：教师再展示两个对比实验，一个是将铁钉放入盛有食盐水的试管中，另一个是将铁钉放入盛有稀盐酸的试管中。让学生观察这两个试管中铁钉生锈的速率，并与之前实验一中的铁钉生锈情况进行对比。学生可以发现，在食盐水和稀盐酸中的铁钉生锈速率明显更快。 0. 讲解原因：教师讲解，盐和酸能加快铁制品的锈蚀程度。在食盐水中，氯化钠会加速铁的电化学腐蚀过程；在酸中，酸会与铁发生化学反应，使铁更快地被腐蚀。同时介绍铁锈是一种较为复杂的混合物，主要成分是 Fe₂O₃，它疏松多孔，不能阻止里层的铁继续与氧气和水接触，因此铁制品会持续生锈直至完全被腐蚀。 · 防止铁生锈的方法探讨 0. 引导思考：教师提问：“既然我们知道了铁生锈的条件和影响生锈速率的因素，那我们应该如何防止铁生锈呢？” 让学生根据铁生锈的原理，思考防止铁生锈的方法。 0. 小组讨论与汇报：学生分组讨论，然后每个小组汇报讨论结果。学生可能会提出保持铁制品表面洁净干燥、涂油、喷漆、镀锌、制成合金等方法。教师对学生的回答进行补充和完善。 0. 原理分析：对学生提出的各种防锈方法进行原理分析，如保持铁制品表面洁净干燥，是为了减少水分与铁接触；涂油、喷漆、镀锌等是在铁制品表面形成一层保护膜，隔绝氧气和水；制成合金是改变了铁的内部结构，提高其抗腐蚀性能。以生活中的具体例子来加深学生的理解，如自行车的链条涂油、汽车车身喷漆、铁制水龙头镀铬等。 0. 总结防锈措施：最后总结防止铁生锈的主要措施： 11. 保持铁制品表面的洁净和干燥。 11. 在铁制品表面覆盖保护膜，如涂油、喷漆、电镀、烤蓝、搪瓷等。 11. 改变铁的组织结构，制成合金，如不锈钢。 三、金属资源的保护（20 分钟） 1. 废弃金属对环境的危害 0. 图片展示与讲解：通过多媒体展示一些废弃金属堆积如山的图片，以及因废弃金属污染土壤和水源，导致周边环境恶化、植物生长受影响的图片。讲解废弃金属对环境造成的危害，如占用大量土地资源，金属中的有害物质如铅、汞、镉等会随着雨水渗透到土壤和地下水中，污染土壤和水源，危害生态环境和人类健康。 0. 案例分析：列举一些实际案例，如某些地区因长期随意丢弃废旧电池，导致土壤中的重金属含量严重超标，农作物减产甚至无法生长，周边居民的身体健康也受到威胁。通过案例分析，让学生深刻认识到废弃金属对环境危害的严重性。 · 回收利用废旧金属的意义 0. 资源节约角度：讲解回收利用废旧金属可以节约大量的金属资源。以铁为例，从铁矿石中提炼铁需要经过采矿、选矿、冶炼等多个复杂的工序，消耗大量的人力、物力和资源，而回收废旧铁制品重新冶炼，可大大减少对新铁矿石的开采，延长金属资源的使用年限。 0. 能源节约角度：与从矿石中提炼金属相比，回收废旧金属重新冶炼所需的能源大幅减少。例如，回收 1 吨废钢铁可节约铁矿石 2 吨、焦炭 1 吨，同时减少大量的能源消耗和温室气体排放。通过具体的数据对比，让学生明白回收废旧金属在节约能源方面的巨大优势。 0. 环境保护角度：强调回收废旧金属可以减少因开采和冶炼新矿石带来的环境破坏和污染，如减少对土地的破坏、降低废气和废渣的排放等。同时，减少了废弃金属对环境的污染，有利于保护环境和生态平衡。 0. 互动提问：提问学生：“在我们的生活中，有哪些废旧金属可以回收利用呢？” 让学生结合生活实际，列举出常见的可回收废旧金属，如废旧钢铁、废旧铝制品、废旧铜制品等，增强学生对回收废旧金属的认识和实际应用能力。 · 其他保护金属资源的途径 0. 合理开采矿物：展示一些因过度开采导致矿山生态环境破坏、资源枯竭的图片和案例，讲解合理开采矿物的重要性。制定科学的开采计划，避免过度开采，有计划、合理地开发金属矿物资源，确保金属资源的可持续供应。同时，介绍一些先进的开采技术和管理方法，如何提高矿石的开采率和利用率，减少资源浪费。 0. 寻找金属的替代品：介绍随着科技的发展，一些新型材料在部分领域逐渐替代金属材料的应用情况。如在航空航天领域，高强度的碳纤维复合材料因其质量轻、强度高的特点，替代了部分金属材料，减轻了飞行器的重量，提高了性能；在一些日常用品中，塑料、陶瓷等材料也可替代金属，像塑料水管逐渐取代了部分金属水管。鼓励学生思考在生活中还有哪些地方可以使用金属替代品，培养学生的创新思维和对新材料的关注。 四、课堂小结（5 分钟） 1. 引导回顾：教师引导学生回顾本节课所学内容，提问：“同学们，这节课我们学习了很多关于金属资源保护的知识，谁能来总结一下我们都学了什么？” 鼓励学生积极发言，回顾金属锈蚀的条件、防止金属生锈的方法、废弃金属对环境的危害、回收利用废旧金属的意义以及保护金属资源的其他途径等内容。 1. 重点强调：对学生的回答进行补充和完善，重点强调保护金属资源的重要性和紧迫性，让学生明白金属资源是有限的，我们每个人都有责任和义务保护金属资源，从自身做起，节约使用金属制品，积极参与废旧金属的回收利用等活动。同时，鼓励学生在今后的学习和生活中，关注金属资源保护领域的新进展和新技术，为保护金属资源贡献自己的力量。 五、课堂练习（5 分钟） 1. 展示练习题：在多媒体上展示一些与本节课内容相关的练习题，如选择题考查铁生锈的条件、防止铁生锈的方法；填空题考查废弃金属对环境的危害、回收利用废旧金属的意义；简答题让学生结合生活实际，谈谈如何保护金属资源等。例如： 0. 铁生锈的条件是（ ） A. 只与氧气接触 B. 只与水接触 C. 与氧气和水同时接触 D. 与氧气或水接触 0. 下列方法不能防止铁制品生锈的是（ ） A. 涂油 B. 喷漆 C. 水洗 D. 镀锌 0. 废弃金属对环境的危害有__________（写出一点即可）。 0. 回收利用废旧金属的意义是__________（至少写出两点）。 0. 请结合生活实际，提出两条保护金属资源的具体措施。 · 学生练习与讲解：让学生独立完成练习题，教师巡视，观察学生的答题情况。练习结束后，教师对答案进行详细讲解，针对学生错误较多的题目，分析错误原因，再次强调相关知识点，帮助学生巩固所学知识，及时发现和解决学习中存在的问题。 学科网（北京）股份有限公司 $$