第一单元课题3金属资源的利用和保护-2025-2026学年九年级化学人教版（五四学制）全一册

该初中化学教学设计聚焦金属资源的利用与保护，涵盖金属矿物成分、铁的冶炼原理、锈蚀条件及保护措施。通过铁矿石与生锈铁钉的实物对比、高炉炼铁视频导入，构建“资源利用-锈蚀消耗-保护措施”的学习支架，衔接前后知识脉络。 其亮点在于以科学探究与实践为核心，设计铁锈蚀条件对比实验、一氧化碳还原氧化铁模拟实验，结合稀土资源保护政策、校园废旧金属回收方案，落实科学态度与责任。视频、思维导图等资源丰富，助学生形成化学观念，为教师提供素养导向的教学流程。

课题3《金属资源的利用和保护》教学设计 教学内容来源：人教版五四学制九年级化学（全一册）第一单元《金属和金属材料》课题3《金属资源的利用和保护》，依据《义务教育化学课程标准（2022年版）》“物质的性质与应用”“化学与社会发展”主题核心要求编写，核心内容涵盖金属资源的分布、铁的冶炼原理与工艺、金属锈蚀的条件探究、金属资源的保护措施，融入我国高炉炼铁技术革新、废旧金属回收利用最新数据、稀土金属资源保护政策等前沿素材。 课时安排：1课时 授课对象：九年级学生 一、 基于四大核心素养的教学目标 依据化学学科核心素养框架，结合本课题知识特点与学生认知规律，确立以下教学目标： 1. 化学观念：能准确描述常见金属矿物的主要成分，理解工业炼铁的核心原理（一氧化碳还原氧化铁），明确反应类型与实验操作要点；掌握铁锈蚀的两个必要条件（氧气和水），知晓盐溶液会加速锈蚀；建立“金属资源有限性—合理利用—科学保护”的核心观念，能结合实例说明金属资源保护的具体措施，认识化学方法在资源利用与环保中的价值。 2. 科学思维：能基于一氧化碳还原氧化铁的实验现象、铁锈蚀对比实验的观察结果进行证据推理，推导冶炼反应原理与锈蚀条件；构建“矿石成分—冶炼原理—工艺设计—尾气处理”“锈蚀条件—防锈措施—资源节约”的逻辑模型，解释工业炼铁的环保要求与生活防锈的科学依据；能辨析“铁生锈只需要水”“金属冶炼不需要考虑环保”等认知误区，形成严谨的科学概念体系。 3. 科学探究与实践：通过“一氧化碳还原氧化铁模拟实验”“铁锈蚀条件对比探究”两组核心实验，学会运用控制变量法设计实验方案、观察记录现象、分析归纳结论；能结合校园或社区实际，开展废旧金属回收调查，设计简单的回收方案；能根据铁锈蚀条件，创新设计防锈小装置，提升创新实践能力。 4. 科学态度与责任：通过了解我国高炉炼铁技术的国际领先地位、稀土金属资源的战略价值，增强民族自豪感与科技自信；结合我国金属资源储采比数据、废旧金属回收现状，认识金属资源短缺的严峻性，树立“节约资源、循环利用”的绿色发展理念；养成关注金属资源保护的生活习惯，主动践行防锈、回收等环保行为，承担起保护金属资源的社会责任。 二、 教学重难点 （一） 教学重点 1. 常见金属矿物的主要成分，工业炼铁的原理、原料及实验操作要点。 2. 铁锈蚀的条件（氧气和水）及防止铁生锈的具体措施。 3. 金属资源保护的三大途径：防止金属锈蚀、回收利用废旧金属、合理开采矿物。 （二） 教学难点 1. 一氧化碳还原氧化铁实验的操作顺序（先通气体后加热、先停止加热后停气体）及尾气处理的原因。 2. 铁锈蚀条件的探究逻辑，理解“控制变量法”在对比实验中的应用。 3. 运用化学知识解决实际问题，如设计防锈方案、制定废旧金属回收计划。 三、 教学准备 1. 教师准备：多媒体课件（含我国高炉炼铁全景视频、铁锈蚀过程微观动画、废旧金属回收产业链视频、2025年我国金属资源储采比图表）；实验器材（一氧化碳还原氧化铁模拟装置、硬质玻璃管、酒精喷灯、澄清石灰水、气球、铁钉、试管、橡皮塞、蒸馏水、食盐水、干燥剂、砂纸）；教材文本细读标注材料、铁锈蚀探究任务单、废旧金属回收调查表。 2. 学生准备：预习教材课题核心内容，完成“家庭废旧金属调查”（记录易拉罐、废旧铁锅、铜导线等的种类与处理方式）；收集生活中铁制品防锈的案例（如自行车链条涂油、暖气片刷漆）；查阅我国稀土金属资源相关新闻。 四、 教学过程 （一） 导入新课：从“沉睡的矿石”到“有用的金属”——资源的价值与危机 情景创设：教师课件展示两组对比图片并同步解说：① 内蒙古白云鄂博铁矿的壮观矿石堆与我国自主研发的高炉炼铁生产线；② 废弃的生锈铁钉、破损的铁制农具与崭新的高铁钢轨、精密的机械零件。同时，教师手持一块赤铁矿样品和一枚生锈铁钉，分发给学生观察触摸。 师生互动与预设回答 1. 教师提问：同学们，手中的赤铁矿看起来普通，却能炼成支撑高铁、桥梁的钢铁；而崭新的铁钉，放久了会变成锈迹斑斑的废品。金属资源从“矿石”变成“有用材料”需要什么技术？又是什么让金属材料“变废”？我国的金属资源是否取之不尽？ 预设学生回答1：铁矿石炼成铁需要冶炼，可能是用化学方法把铁从矿石里提取出来。 预设学生回答2：铁钉生锈是因为接触了水和空气，锈迹会慢慢腐蚀铁钉，让它失去作用。 预设学生回答3：我国地大物博，但金属资源是有限的，不能随便浪费，生锈的金属其实可以回收再利用。 2. 教师追问：金属冶炼需要什么原理？如何防止金属生锈减少资源浪费？废旧金属回收又有什么价值？今天，我们就一起走进金属资源的世界，学习《金属资源的利用和保护》，探寻资源利用与保护的科学之道。 设计意图：通过“矿石—钢铁”“新铁钉—锈铁钉”的直观对比，将抽象的金属资源利用与保护转化为可感知的实物与场景，既激发学生的探究兴趣，又紧扣“化学观念”与“科学态度与责任”核心素养，自然引出本节课的核心探究问题。 （二） 第一部分：铁的冶炼——从矿石到钢铁的“蜕变之旅” 核心任务：掌握铁的冶炼原理、原料与实验操作要点，理解工业炼铁的环保要求 情景创设：教师课件播放我国某钢铁厂高炉炼铁的全景视频，展示从铁矿石破碎、高炉加料、冶炼出铁的全过程，同时呈现高炉内的主要反应示意图。随后，教师展示一氧化碳还原氧化铁的模拟实验装置，介绍实验器材：硬质玻璃管（内装氧化铁粉末）、酒精喷灯、澄清石灰水、气球（尾气处理）。 师生互动与预设回答 1. 教师提问1：观看高炉炼铁视频，结合教材内容，大家知道常见的铁矿石有哪些？它们的主要成分是什么？工业炼铁的主要原料除了铁矿石，还有哪些？ 预设学生回答1：常见的铁矿石有赤铁矿（主要成分Fe₂O₃）、磁铁矿（主要成分Fe₃O₄）。 预设学生回答2：工业炼铁的原料还有焦炭、石灰石和空气。焦炭应该是提供热量和还原剂，石灰石是除去矿石中的杂质。 2. 教师提问2：工业炼铁的核心原理是用一氧化碳还原氧化铁，大家推测这个反应会有什么现象？请结合模拟实验装置，说说实验中澄清石灰水和气球的作用分别是什么？ 预设学生回答1：氧化铁是红色的，反应后会变成黑色的铁，澄清石灰水会变浑浊，因为生成了二氧化碳。 预设学生回答2：澄清石灰水用来检验生成的二氧化碳，气球是用来收集尾气一氧化碳，因为一氧化碳有毒，不能直接排放到空气中。 3. 教师演示实验：按照“检查装置气密性→装入氧化铁粉末→通一氧化碳排尽空气→点燃酒精喷灯加热→反应结束后停止加热→继续通一氧化碳至装置冷却”的顺序进行实验，引导学生观察实验现象。 预设实验现象：① 硬质玻璃管内红色粉末逐渐变为黑色；② 澄清石灰水变浑浊；③ 气球逐渐膨胀。 4. 教师提问3：实验结束后，为什么要先停止加热，继续通一氧化碳至装置冷却？如果先停止通一氧化碳，会出现什么后果？ 预设学生回答1：继续通一氧化碳是为了防止生成的铁在高温下重新被氧化成氧化铁。 预设学生回答2：如果先停一氧化碳，空气会进入玻璃管，高温的铁会和氧气反应，导致实验失败。 设计意图：通过工业炼铁视频与模拟实验的结合，让学生从宏观到微观理解冶炼原理，落实“科学探究与实践”核心素养。实验操作顺序的讲解与追问，突破教学难点，让学生认识到实验操作的科学性与环保要求，培养严谨的实验态度。 （三） 第二部分：金属的锈蚀——隐藏的资源“消耗战” 核心任务：通过对比实验探究铁锈蚀的条件，理解盐溶液对锈蚀的加速作用 情景创设：教师课件展示铁锈蚀过程的微观动画，呈现铁原子与氧气、水分子反应生成铁锈（Fe₂O₃·xH₂O）的过程，同时展示三组铁钉的放置情景图：① 铁钉置于干燥空气中；② 铁钉完全浸没在蒸馏水中；③ 铁钉一半浸没在蒸馏水中；④ 铁钉一半浸没在食盐水中。随后，教师提供实验器材，组织学生分组实验。 师生互动与预设回答 1. 教师提问1：结合微观动画和生活经验，大家推测铁生锈需要哪些条件？我们如何用控制变量法设计实验验证猜想？ 预设学生回答1：铁生锈可能需要水和氧气，因为放在潮湿空气中的铁钉容易生锈，干燥的铁钉不容易生锈。 预设学生回答2：可以设计三组实验：第一组铁钉放在干燥空气中（只有氧气，没有水）；第二组铁钉完全浸没在蒸馏水中（只有水，没有氧气）；第三组铁钉一半浸没在水中（既有水又有氧气），通过对比观察生锈情况。 2. 教师组织分组实验：各小组按照设计方案进行实验，同时增加第四组实验（铁钉一半浸没在食盐水中），记录不同时间内铁钉的生锈情况，填写探究任务单。 预设实验现象：① 干燥空气中的铁钉：无明显锈迹；② 完全浸没在蒸馏水中的铁钉：表面有少量锈迹；③ 一半浸没在蒸馏水中的铁钉：水面交界处锈迹明显；④ 一半浸没在食盐水中的铁钉：水面交界处锈迹最多，锈蚀速度最快。 3. 教师提问2：根据实验现象，铁生锈的必要条件是什么？食盐水中的铁钉锈蚀更快，说明什么？铁锈的主要成分是什么？它有什么特点？ 预设学生回答1：铁生锈的必要条件是同时接触氧气和水，缺少其中一个条件，铁就不容易生锈。 预设学生回答2：食盐溶液会加速铁的锈蚀，所以海边的铁制品比内陆的更容易生锈。 预设学生回答3：铁锈的主要成分是Fe₂O₃·xH₂O，它疏松多孔，会吸附空气中的水和氧气，加速内部铁的锈蚀。 4. 教师追问：既然铁锈疏松多孔，会加速铁的锈蚀，那么生活中我们应该如何防止铁制品生锈？请结合锈蚀条件，说说防锈措施的原理。 预设学生回答1：可以在铁制品表面涂油、刷漆，原理是隔绝氧气和水。 预设学生回答2：可以给铁制品镀一层耐腐蚀的金属，比如镀锌，既隔绝氧气和水，又能防止铁被腐蚀。 预设学生回答3：可以把铁制成合金，比如不锈钢，改变金属的组成和结构，增强抗腐蚀性。 设计意图：通过控制变量法的对比实验，让学生在实践中观察现象、收集证据，推导铁锈蚀的条件，落实“科学探究与实践”和“科学思维”核心素养。盐溶液加速锈蚀的实验设计，贴近生活实际，帮助学生解释海边铁制品易生锈的现象，实现知识与生活的关联。 （四） 第三部分：文本细读——解码教材中的“资源利用与保护密码” 核心任务：通过深度解读教材文本，梳理金属资源利用与保护的知识逻辑，强化对核心概念的理解 文本材料：人教版五四学制九年级化学教材本课题核心段落（重点标注以下内容） 段落1：地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，除少数很不活泼的金属如金、银等以单质形式存在外，其余都以化合物的形式存在。 段落2：铁生锈的条件是铁与氧气和水同时接触。如果有盐溶液存在，会加速铁的锈蚀。铁锈疏松多孔，不能阻止里层的铁继续与氧气、水反应，因此铁制品可以全部被锈蚀。 段落3：保护金属资源的有效途径有：① 防止金属锈蚀；② 回收利用废旧金属；③ 合理开采矿物；④ 寻找金属的代用品。回收废旧金属不仅可以节约金属资源，还可以减少对环境的污染。 师生互动与预设回答 1. 教师提问1：细读段落1，为什么金、银等金属能以单质形式存在，而铁、铝等金属只能以化合物形式存在？这体现了金属的什么性质差异？ 预设学生回答1：因为金、银的化学性质不活泼，不容易和其他物质反应；铁、铝的化学性质比较活泼，容易和氧气等物质反应生成化合物。 预设学生回答2：这体现了金属活动性的差异，不活泼的金属能以单质形式存在，活泼的金属只能以化合物形式存在。 2. 教师提问2：段落2中“铁锈疏松多孔，不能阻止里层的铁继续反应”，这一特点与铝制品表面的氧化膜有什么不同？为什么铝制品比铁制品更耐腐蚀？ 预设学生回答1：铝制品表面的氧化膜是致密的，能阻止内部的铝继续与氧气反应；而铁锈疏松多孔，会加速内部铁的锈蚀。 预设学生回答2：所以铝制品不需要像铁制品那样频繁防锈，因为致密的氧化膜起到了保护作用。 3.教师提问3：细读段落3，保护金属资源的四个途径中，哪一个是最经济、最有效的？回收废旧金属有哪些好处？请结合生活实例说明。 预设学生回答1：防止金属锈蚀是最经济、最有效的途径，因为可以直接减少金属的损耗，不需要消耗额外的能源去回收或开采。 预设学生回答2：回收废旧金属可以节约金属资源，比如回收易拉罐可以重新炼成铝，减少铝土矿的开采；还可以减少污染，比如废旧电池中的金属如果随意丢弃会污染土壤和水源，回收后可以循环利用。 设计意图：文本细读是落实“科学思维”核心素养的关键环节。通过关键词分析、逻辑梳理、实例辨析，让学生深入理解金属资源利用与保护的规律和原理，纠正认知误区，培养严谨的文本解读能力和证据推理能力。 （五） 第四部分：金属资源的守护——从实验室到生活的“行动方案” 核心任务：掌握金属资源保护的具体措施，将知识转化为实际行动，培养社会责任意识 情景创设：教师课件展示2025年我国金属资源储采比图表（如铁的储采比约45年、铜约30年、铝约25年）、废旧金属回收产业链视频（从回收、分拣到再冶炼的全过程），同时展示学生课前完成的“家庭废旧金属调查表”，挑选典型案例进行分析。 师生互动与预设回答 1. 教师提问1：结合储采比数据，我国金属资源的现状如何？如果不采取保护措施，会面临什么问题？ 预设学生回答1：我国金属资源的储采比不高，说明金属资源是有限的，属于不可再生资源。 预设学生回答2：如果不保护，未来会面临资源枯竭的问题，影响工业生产和人们的生活。 2. 教师提问2：除了防止金属锈蚀，回收利用废旧金属也是保护资源的重要途径。结合家庭调查情况，说说生活中哪些废旧金属可以回收？回收过程中需要注意什么？ 预设学生回答1：可以回收的废旧金属有易拉罐、废旧铁锅、铜导线、废旧电池等。 预设学生回答2：回收时要注意分类，比如废旧电池不能和普通金属混在一起，因为电池中的重金属会污染环境，需要专门回收处理。 3. 教师组织活动：请各小组结合本节课所学，以“校园金属资源保护”为主题，设计一份行动方案，要求包含防锈措施、废旧金属回收计划两个部分。 预设小组方案1：防锈措施——给校园铁制护栏刷漆、给体育器械的金属部件涂油、及时擦干雨后的铁门；回收计划——在校园内设置废旧金属回收箱，回收实验后的铁丝、铜片，废旧体育器械，定期交给专业回收机构。 预设小组方案2：防锈措施——将校园内的铁制花架换成铝合金材质、给自行车棚的金属框架镀锌；回收计划——成立“校园资源保护小队”，负责宣传废旧金属回收知识，组织每月一次的回收活动。 4. 教师补充：我国是稀土金属储量第一的国家，稀土金属在航空航天、新能源汽车、高端芯片等领域具有不可替代的战略价值。近年来，我国出台了一系列政策保护稀土资源，限制无序开采。作为中学生，我们不仅要践行生活中的资源保护行为，还要关注国家资源政策，树立“国家资源，人人守护”的意识。 设计意图：通过最新的资源数据、回收产业链视频和校园行动方案设计，让学生认识到金属资源保护的紧迫性与可行性，将“科学态度与责任”核心素养转化为具体行动。校园主题的活动设计，贴近学生生活，让学生在实践中运用所学知识，实现“知识—意识—行动”的闭环。 （六） 课堂小结与作业布置 1. 课堂小结：教师引导学生以思维导图形式构建本节课知识框架： 金属资源利用（金属矿物→铁的冶炼：原理、原料、实验操作）→ 金属资源消耗（铁锈蚀：条件—氧气和水，盐加速锈蚀）→ 金属资源保护（途径：防锈、回收、合理开采、寻找代用品）→ 核心观念（资源有限、化学助力、绿色发展） 强调：金属资源是人类社会发展的重要物质基础，化学方法不仅能帮助我们从矿石中提取金属，还能指导我们科学防锈、回收利用，实现资源的可持续发展。保护金属资源，就是保护我们的未来。 2. 作业布置 必做题：完成教材课后练习题，整理本节课核心知识点笔记，纠正课堂上发现的认知误区；完善“家庭废旧金属调查表”，补充每种金属的回收价值。 选做题：① 设计一份“铁制品防锈小妙招”宣传海报，张贴在家庭或社区；② 撰写一篇短文《我是金属资源守护者》，结合生活实践说说自己的资源保护行动。 五、 板书设计 金属资源的利用和保护 一、 金属资源的分布 1. 存在形式：不活泼金属（Au、Ag）→ 单质；活泼金属→ 化合物 2. 常见矿石：赤铁矿（Fe₂O₃）、磁铁矿（Fe₃O₄） 二、 铁的冶炼 1. 工业炼铁 设备：高炉 原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气 焦炭作用：提供热量、生成还原剂CO 2. 实验操作 顺序：先通CO排空气→加热→停止加热→通CO至冷却 尾气处理：收集或点燃（防止污染空气） 三、 金属的锈蚀与防护 1. 铁锈蚀条件：铁与O₂、H₂O同时接触（盐溶液加速锈蚀） 2. 铁锈特点：疏松多孔，加速内部铁锈蚀 3. 防锈措施 隔绝O₂和H₂O：涂油、刷漆、镀金 改变金属组成：制成不锈钢 保持干燥洁净 四、 金属资源的保护途径 1. 防止金属锈蚀 2. 回收利用废旧金属（节约资源、减少污染） 3. 合理开采矿物 4. 寻找金属的代用品 六、 教学反思（预设） 1. 本节课通过“资源情景导入—实验探究—文本细读—行动设计”的流程，有效落实了四大核心素养，尤其是一氧化碳还原氧化铁模拟实验和铁锈蚀对比实验，学生参与度高，能主动观察现象、推导规律，体现了“素养为本”的教学理念。 2. 文本细读环节针对教材关键词和逻辑关系设计问题，有效纠正了学生的认知误区，但在工业炼铁中石灰石除去杂质的原理讲解上，部分学生理解困难，后续可增加炉渣形成的简单示意图，降低抽象概念的理解难度。 3. 结合我国稀土金属资源战略价值的讲解，增强了学生的家国情怀，但在跨学科知识整合（如地理中的资源分布、政治中的资源政策）方面，需在后续教学中进一步强化衔接。 4. 校园金属资源保护方案设计环节，部分小组的方案缺乏可行性，后续可提供更多校园实际场景的参考，引导学生在创新的同时兼顾实用性。 学科网（北京）股份有限公司 $