第1节 金属矿物及铁的冶炼 第1课时（教学设计）化学沪教版2024九年级上册

第1节 金属矿物及铁的冶炼 第1课时 常见的金属矿物 铁冶炼的化学原理 一、知识目标 1.认识常见的金属矿物，了解其主要成分和用途。 2.掌握铁的冶炼原理和实验方法，能书写相关化学反应方程式。 3.理解金属冶炼与环境保护的关系，知道选择炼铁原料的依据。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识常见金属矿物的外观特征和用途，从微观角度理解铁的冶炼原理中物质的转化和反应实质。 2.证据推理与模型认知：通过对炼铁原料选择依据的分析，建立依据含铁量和产物环保性等因素进行物质选择的思维模型；通过对铁冶炼实验现象的分析推理出反应产物。 3.科学态度与社会责任：培养可持续发展的意识，认识到金属资源的合理利用和环境保护的重要性。 一、教学重点 1. 常见金属矿物的主要成分，铁的冶炼原理和实验方法，相关化学反应方程式的书写。 二、教学难点 1. 理解铁的冶炼原理，掌握实验操作顺序及原因，选择炼铁原料的依据。 本节教学内容出自沪教版2024年版九年级化学上册第六章第一节《金属矿物及铁的冶炼》第1课时。金属资源的综合利用是化学课程中的重要内容，它不仅与日常生活紧密相关，还对社会发展起着关键作用。这部分内容连接了化学知识与实际生产生活，有助于培养学生运用化学知识解决实际问题的能力，提升学生的化学核心素养。 按照教材编排，本课时聚焦于常见的金属矿物和铁冶炼的化学原理。教材先介绍了金属元素在自然界的存在形式，引出金属矿物的概念，接着列举了铁、铜、铝等常见金属的矿物种类及其主要成分。然后深入探讨铁冶炼的化学原理，通过分析不同铁矿石的含铁量及产物环保性，引导学生选择合适的炼铁原料，并详细讲解一氧化碳还原氧化铁的实验过程、操作要求和相关化学反应方程式。最后介绍了工业炼铁的设备、原料、原理和产物，以及金属的不同冶炼方法。这种编排由浅入深，符合学生的认知规律，有助于学生逐步建立起对金属资源综合利用的系统认识。 教学对象是九年级的学生，他们已经具备了一定的化学基础知识，如常见物质的性质、化学反应的基本类型等，但对于金属资源的综合利用这一较为复杂的实际应用问题，理解起来可能存在一定难度。在思维方面，学生正从形象思维向抽象思维过渡，需要更多具体实例和实验来辅助理解抽象的化学概念和原理。 在知识储备上，学生对金属有一定的感性认识，但对于金属矿物以及金属是如何从矿物中提取出来的了解较少。他们在之前的学习中掌握了一些基本的化学实验操作技能，但对于像一氧化碳还原氧化铁这样较为复杂的实验，在操作步骤的规范性和对实验现象的分析能力上还有待提高。 在学习能力上，部分学生已经具备了一定的自主学习和合作探究能力，但在分析问题和解决问题的深度和广度上还有提升空间。例如，在选择炼铁原料时，学生可能只考虑到含铁量这一因素，而忽略产物的环保性。因此，在教学过程中，教师应结合学生的实际情况，通过生动的实例、直观的实验和小组讨论等方式，引导学生积极思考、主动参与，逐步培养学生的科学思维和实践能力。 教学环节一 新课导入 【播放视频】同学们，老师先给大家播放一段精彩的视频。（播放一段现代化钢铁厂的生产视频，展示铁矿石经过一系列加工最终变成钢铁的过程，包括高炉炼铁的壮观场景、钢水的浇铸等） 【提出问题】大家看完这段视频，是不是感觉特别震撼？钢铁在我们的生活中无处不在，像我们住的高楼大厦、坐的汽车、用的各种工具等等，都离不开钢铁。那大家有没有想过，这么重要的钢铁是怎么从铁矿石变成我们能用的金属的呢？ 【展示图片并讲解历史】其实，人类使用金属的历史非常悠久。从青铜时代、铁器时代起，金属就对我们的生产生活和社会发展起到了至关重要的作用。比如在古代，我们的祖先就已经掌握了炼铁技术，《天工开物》中就记载了我国古代炼铁的方法，“凡铁一炉载土二千余斤，或用硬木柴，或用煤炭，或用木炭”，这里的“土”就是铁矿石。这说明我们的祖先在很久以前就开始探索如何从矿石中提取金属了。那在科技发达的今天，我们又是如何高效地从矿石中获取金属的呢？这就涉及到我们今天要学习的内容——金属矿物及铁的冶炼。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过播放现代化钢铁厂的生产视频，让学生直观地感受到钢铁生产的壮观过程，强烈的视觉冲击能迅速吸引学生的注意力，激发他们对钢铁生产过程的好奇心和探索欲望，提高学生的课堂参与度。 2.联系生活实际：引导学生思考生活中钢铁制品的来源，将化学知识与学生的日常生活紧密联系起来，让学生认识到化学在生活中的重要性，使抽象的化学知识变得具体而有趣。 3.结合历史文化：展示古代炼铁的记载，将现代化学知识与古代文明相联系，增加了知识的趣味性和文化底蕴，培养学生对传统文化的认同感和民族自豪感。同时，从古代炼铁过渡到现代炼铁，自然地引出本节课的主题，让学生明确学习方向，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。。 教学环节二 常见的金属矿物 活动一 认识常见金属矿物的存在形式 【引入】同学们，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。那大家知道金属元素在自然界中是以怎样的形式存在的吗？下面我们就来学习常见的金属矿物。 【问题】请同学们阅读教材相关内容，思考金属元素在自然界中的分布情况以及存在形式是怎样的？ 【学生思考】阅读教材后回答，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。 【讲解】评价、强调：同学们回答得很准确。我们要记住这些不活泼金属能以单质形式存在，而大多数金属是以化合物形式存在于矿物中，这是我们研究金属矿物的基础。 【学生任务】观察教材中列举的一些金属矿物的图片，了解常见金属矿物的外观。 【总结】评价、强调：通过观察，我们对常见金属矿物有了初步的外观认识。在后续的学习中，我们还会深入了解它们的成分等知识。 【对应训练1】下列金属在自然界中主要以单质形式存在的是（ ） A. 铁 B. 铝 C. 金 D. 铜 【答案】C 【解析】在金属活动性顺序中，金的活动性较弱，在自然界中以单质形式存在，而铁、铝、铜等金属活动性较强，在自然界中主要以化合物形式存在。 【对应训练2】地壳中含量最多的金属元素是以（ ）形式存在于自然界中的。 A. 单质 B. 化合物 C. 混合物 D. 以上都不对 【答案】B 【解析】地壳中含量最多的金属元素是铝，铝的化学性质比较活泼，在自然界中主要以化合物形式存在。 活动二 常见金属矿物的种类及主要成分 【引入】我们已经知道了金属元素在自然界的存在形式，那常见的金属矿物都有哪些呢？它们的主要成分又是什么呢？下面我们继续深入学习。 【问题】请同学们阅读教材，找出常见的铁、铜、铝的矿物分别有哪些，并写出它们的主要成分的化学式。 【学生思考】阅读教材后，在练习本上写出相关内容： 铁的矿物：赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）、菱铁矿（FeCO3）、黄铁矿（FeS2）； 铜的矿物：黄铜矿、辉铜矿、孔雀石（Cu2(OH)2CO3）； 铝的矿物：铝土矿（Al(OH)3）、明矾石。 【讲解】评价、强调：大家写得都很好。我们要准确记住这些常见金属矿物的主要成分，这对于我们后续学习金属冶炼等知识非常重要。同时，要注意化学式的书写规范。 【学生任务】分组讨论，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？并收集金属矿物样品或查阅相关资料，与同学交流。 【总结】评价、强调：通过讨论和交流，我们了解了身边可能存在的金属矿物。这不仅能让我们将所学知识与实际生活联系起来，还能培养大家的观察和探究能力。 【对应训练1】同学们收集的下列矿石样品中，主要成分为Fe3O4的是（ ） A. 赤铁矿 B. 磁铁矿 C. 孔雀石 D. 铝土矿 【答案】B 【解析】赤铁矿的主要成分是Fe2O3，磁铁矿的主要成分是Fe3O4，孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，铝土矿的主要成分是Al(OH)3，所以答案选B。 【对应训练2】下列矿石的主要成分表达错误的是（ ） A. 黄铁矿（FeS2） B. 菱铁矿（FeCO3） C. 黄铜矿（CuFeS2） D. 铝土矿（Al2O3） 【答案】D 【解析】铝土矿的主要成分是Al(OH)3，而不是Al2O3，所以答案选D。 教学环节三 铁冶炼的化学原理 活动一 炼铁原料的选择 【引入】我们已经了解了常见的金属矿物，那如何从这些金属矿物中得到金属单质呢？对于铁的冶炼，我们又该如何选择合适的原料呢？下面我们就来探讨这个问题。 【问题】展示黄铁矿（主要成分FeS2，含铁量46.7%）、赤铁矿（主要成分Fe2O3，含铁量70%）、磁铁矿（主要成分Fe3O4，含铁量72.4%）、菱铁矿（主要成分FeCO3，含铁量48.3%）的相关信息，让同学们分组讨论如何选择炼铁原料。 【学生思考】分组讨论后，每组代表发言。依据有两个，一是含铁量，应选择含铁量高的矿石，这样可以提高生产效率；二是产物是否环保，如黄铁矿炼铁会产生二氧化硫等污染物，不太适合作为炼铁原料。 【讲解】评价、强调：同学们分析得很全面。在选择炼铁原料时，我们要综合考虑含铁量和产物的环保性。一般来说，磁铁矿和赤铁矿是比较理想的炼铁原料。 【学生任务】完成教材上关于炼铁原料选择的相关练习题，巩固所学知识。 【总结】评价、强调：通过讨论和练习，我们掌握了选择炼铁原料的方法。这对于理解铁的冶炼过程至关重要。 【对应训练1】下列矿石中，最适合用于炼铁的是（ ） A. 黄铁矿 B. 菱铁矿 C. 赤铁矿 D. 以上都可以 【答案】C 【解析】赤铁矿含铁量较高，且炼铁过程中产生的污染物相对较少，是比较适合炼铁的矿石，黄铁矿炼铁会产生二氧化硫污染环境，菱铁矿含铁量相对较低，所以答案选C。 【对应训练2】在选择炼铁原料时，下列因素不需要考虑的是（ ） A. 矿石的含铁量 B. 矿石的产地 C. 矿石的价格 D. 矿石冶炼时对环境的影响 【答案】B 【解析】选择炼铁原料时，需要考虑矿石的含铁量、价格以及冶炼时对环境的影响，而矿石的产地并不是关键因素，所以答案选B。 活动二 铁冶炼的化学原理及实验 【引入】我们已经知道了如何选择炼铁原料，那铁是如何从铁矿石中冶炼出来的呢？下面我们来学习铁冶炼的化学原理。 【问题】展示一氧化碳还原氧化铁的实验装置图，讲解实验步骤：在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。让同学们思考为什么要这样操作？ 【学生思考】回答，先通一氧化碳是为了防止一氧化碳与空气混合加热发生爆炸；实验结束时先停止加热，继续通一氧化碳直到玻璃管冷却，是为了防止高温下的铁与氧气接触重新被氧化，同时防止石灰水倒吸入灼热的试管中，使玻璃管炸裂。 【讲解】评价、强调：同学们回答得非常正确。这些实验操作步骤的顺序是非常重要的，关乎实验的安全和结果的准确性。 【学生任务】观察实验现象，记录实验现象为澄清石灰水变浑浊，粉末能被磁铁吸起，并分析得出实验中生成了二氧化碳和铁。 【讲解】根据实验现象，写出一氧化碳还原氧化铁的化学方程式：3CO+Fe2O3==高温2Fe+3CO2，并讲解该反应的原理，这是一个还原反应，一氧化碳夺取了氧化铁中的氧，将铁还原出来。 【总结】评价、强调：通过这个实验，我们不仅掌握了铁冶炼的化学原理，还学会了正确的实验操作方法和实验现象的观察分析。 【对应训练1】在一氧化碳还原氧化铁的实验中，下列说法正确的是（ ） A. 实验开始时先加热，再通一氧化碳 B. 实验结束时先停止通一氧化碳，再停止加热 C. 实验过程中，玻璃管内的现象是红棕色粉末逐渐变黑 D. 该实验不需要进行尾气处理 【答案】C 【解析】实验开始时应先通一氧化碳，排出装置内的空气后再加热，防止爆炸，A错误；实验结束时应先停止加热，继续通一氧化碳直到玻璃管冷却，B错误；一氧化碳还原氧化铁会使红棕色的氧化铁粉末逐渐变成黑色的铁，C正确；一氧化碳有毒，需要进行尾气处理，D错误。 【对应训练2】在一氧化碳还原氧化铁的反应中，发生还原反应的物质是（ ） A. 一氧化碳 B. 氧化铁 C. 铁 D. 二氧化碳 【答案】B 【解析】在该反应中，氧化铁失去氧，发生还原反应，一氧化碳得到氧，发生氧化反应，所以答案选B。 第1节 金属矿物及铁的冶炼 第1课时 常见的金属矿物 铁冶炼的化学原理 一、常见的金属矿物 1.金属元素存在形式 o单质（铂、金、银等） o化合物（大多数） 2.常见金属矿物 o铁的矿物：赤铁矿（Fe₂O₃)、磁铁矿（Fe₃O₄）、菱铁矿（FeCO₃）、黄铁矿（FeS₂） o铜的矿物：黄铜矿、辉铜矿、孔雀石[Cu₂(OH)₂CO₃] o铝的矿物：铝土矿[Al(OH)₃]、明矾石 3.金属冶炼：金属矿物转化成金属的过程 二、铁冶炼的化学原理 1.炼铁原料选择 o依据：含铁量、产物是否环保 2.铁的冶炼原理 o实验室：3CO + Fe₂O₃== 2Fe + 3CO₂ 实验操作顺序及原因 o工业炼铁 原料：铁矿石、焦炭、石灰石、富氧空气 原理：C + O₂ ==CO₂；CO₂ + C ==2CO；3CO + Fe₂O₃==2Fe + 3CO₂；CaCO₃ + SiO₂== CaSiO₃ + CO₂↑ 产物：生铁（含碳量2% - 4.3%）→钢（含碳量0.03% - 2%） 3.金属冶炼方法 o与焦炭、氢气、一氧化碳等加热反应（锰、锌、铁等） o电解法（钠、钾、镁、铝等） 1．常见的金属矿石磁铁矿的主要成分是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A、Fe2O3是赤铁矿的主要成分，俗称铁红，可用于炼铁等，该选项错误； B、Fe3O4是磁铁矿的主要成分，具有磁性，也可用于炼铁等，该选项正确； C、FeCO3是菱铁矿的主要成分，在一定条件下可用于提取铁元素，该选项错误； D、Al2O3是铝土矿等含铝矿石的主要成分，是冶炼铝的重要原料，该选项错误。 故选B。 2．如图为实验室模拟工业炼铁的装置图，相关说法正确的是 A．实验时先点燃酒精喷灯，再通CO B．实验中可观察到黑色固体逐渐变红，澄清石灰水变浑浊 C．该装置缺少尾气处理，会产生污染 D．该实验体现了CO的氧化性 【答案】C 【解析】A、一氧化碳具有可燃性，与空气混合加热可能会发生爆炸，实验开始时要先通入一氧化碳排尽装置内的空气，再点燃酒精喷灯。否则可能引起爆炸，故A错误； B、氧化铁是红棕色的，铁是黑色的，反应生成了二氧化碳，可以使澄清石灰水变浑浊，所以可以观察到红色固体变黑，澄清石灰水变浑浊，故B错误； C、实验的尾气中含有一氧化碳，一氧化碳有毒，直接排放会污染空气，应在末端加装尾气处理装置，如放一盏燃着的酒精灯将一氧化碳点燃，故C正确； D、一氧化碳在反应中夺取了氧化铁中的氧，被氧化，体现了还原性，故D错误； 故选C。 3．在密闭容器中，用碳还原氧化铜，下列相关说法正确的是 A．反应前后，气体质量的增加等于固体质量的减少 B．反应前后，固体中铜元素的总质量减少 C．反应前后，容器内气体的分子总数不变 D．反应前后，容器内气体所含氧原子数不变 【答案】A 【解析】A、碳在高温条件下还原氧化铜生成铜和二氧化碳，根据质量守恒定律，反应后生成二氧化碳气体，气体质量增加，固体质量减少，且气体质量的增加等于固体质量的减少，A 正确； B、化学反应前后元素的种类和质量不变，反应前后铜元素均存在于固体中，所以固体中铜元素的总质量不变，B 错误； C、反应物均为固体，反应后生成二氧化碳气体，气体分子总数增加，C 错误； D、根据质量守恒定律，反应前后原子的种类和数目不变，反应后生成二氧化碳气体，所以容器内气体所含氧原子数增大，D 错误。 故选A。 4．对于化学反应，下列说法不正确的是 A．产物是一种空气污染物 B．此反应中碳元素有两种化合价 C．此反应涉及两种氧化物 D．此反应为化合反应 【答案】B 【解析】A. 该反应产物为一氧化碳（）。一氧化碳有毒，能与血红蛋白结合导致人体缺氧，是常见的空气污染物。因此，该说法正确； B. 反应物中：碳单质（）的化合价为 （单质中元素化合价均为 ）；二氧化碳（）中，氧元素化合价为 ，根据化合物元素正负化合价代数和为 ，得出碳元素化合价为 。同理，求得一氧化碳（）中，碳元素化合价为 。整个反应中，碳元素表现出三种化合价：、 和 。选项说“有两种化合价”，与事实不符，说法错误； C.氧化物是由两种元素组成且其中一种为氧元素的化合物。反应物：二氧化碳（）由碳和氧两种元素组成，是氧化物；碳单质（）不是氧化物。产物：一氧化碳（）由碳和氧两种元素组成，是氧化物。因此，反应涉及两种氧化物： 和 。该说法正确； D. 化合反应是指两种或两种以上物质生成一种新物质的反应。本反应中，反应物为碳（）和二氧化碳（），生成物为一氧化碳（），符合化合反应定义（多变一）。说法正确。 故选 B。 5．我国有着悠久的钢铁冶炼史，《天工开物》中记载的“炒钢法”如图1，该方法的生产过程可用图2表示。 资料：①潮泥灰主要成分是石灰石。②铁的熔点是1535 ℃。 根据图文回答下列问题。 （1）常见的铁矿石有赤铁矿和 （写一种）。 （2）炼铁炉中生成铁的化学方程式为 。 （3）撒入潮泥灰主要作用是 。 【答案】（1）磁铁矿（合理即可） （2） （3）将铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去 【解析】（1）常见的铁矿石有赤铁矿和磁铁矿等； （2）炼铁炉中生成铁的反应为一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：； （3）潮泥灰主要成分是石灰石，炼铁过程中石灰石的主要作用是将铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去。 在本次教学中，通过展示图片、实验演示等方式，让学生直观地认识了常见金属矿物和铁的冶炼过程，学生对知识的接受度较好。在讲解炼铁原理和实验操作顺序时，结合实际案例和安全问题，加深了学生的理解和记忆。但在教学过程中也存在一些不足，比如对部分抽象概念的讲解还不够深入，导致少数学生理解困难。在今后的教学中，应更加关注学生的学习情况，及时调整教学方法，利用更多的实例和模型帮助学生理解抽象知识，同时增加课堂互动环节，提高学生的参与度和学习积极性。 9 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $