7.3金属的冶炼与防护（第一课时）教学设计--2026-2027学年九年级化学北京版下册

第三节 金属的冶炼与防护（第一课时） 北京版初中化学 · 九年级下册 · 教学设计与上课讲义 课题：金属的冶炼　　课型：新授课　　课时：第一课时 一、教材分析 本节选自北京版九年级化学下册金属单元，上承金属的物理性质与化学性质，下启金属的防护与回收利用。教材以铁的冶炼为典型案例，引导学生认识自然界中金属多以化合物形式存在于矿石里，再通过还原剂将金属从其氧化物中还原出来。内容把“物质如何转化”与“工业怎样实现”结合起来，帮助学生建立元素守恒与物质转化的化学观念，是连接实验室化学与工业生产的关键一课。 二、四维核心素养 化学观念：认识金属矿物到金属单质的转化，初步形成物质变化、元素守恒与“条件决定转化”的观念，知道一类物质可以通过相似思路实现转化。 科学思维：通过炼铁原理的分析与实验方案讨论，发展证据推理与模型认知，能从“夺氧—还原来金属”的角度概括金属冶炼的一般思路。 科学探究与实践：在一氧化碳还原氧化铁的观察、预测、解释与改进中，学习按操作顺序、现象、安全与环保要素分析实验，形成探究与合作能力。 科学态度与责任：体会钢铁冶炼对社会文明与城市建设的支撑作用，关注高炉尾气处理、资源节约与金属回收，形成绿色化学与可持续发展意识。 三、教学重难点 重点：知道常见金属矿物，理解从铁矿石中冶炼铁的基本原理，了解高炉炼铁的主要原料与基本过程。 难点：从还原剂夺取氧化物中氧的角度理解冶炼原理，建立“物质转化—条件控制—安全环保—工业应用”的认识路径；理解一氧化碳还原氧化铁实验中操作顺序与尾气处理的必要性。 四、新课导入 教师依次展示鸟巢钢结构、地铁钢轨、铁锅、铁钉、自行车车架等图片，并提问：这些铁制品在我们身边无处不在，可是自然界里能直接捡到纯铁块吗？学生回顾金属化学性质后发现，铁比较活泼，在自然界主要以化合物形式存在于矿石中。教师追问：既然铁“藏”在矿石里，人类又是用什么办法把它“取”出来的呢？由此板书课题——金属的冶炼。 新课导入设计意图 从学生熟悉的铁制品切入，制造“身边到处是铁、自然界却没有现成纯铁”的认知冲突，把生活经验与化学问题对接，激发探究欲望，自然引出冶炼主题。 五、上课过程设计意图 本课以“如何把铁矿石炼成铁”为总任务，按“认识矿物—探究原理—走进高炉—迁移方法—联系社会”五个子任务层层推进。设计上把抽象的冶炼过程转化为可观察的实验现象、可讨论的操作顺序和可分析的工业流程，让学生在真实问题情境中自主建构知识。每个任务都指向“物质转化”这一核心观念，使学生不仅知道冶炼是什么，更理解为什么这样做、为什么要考虑安全与环保，体现从生活到化学、从实验室到工业生产的认识脉络，在合作探究中同步发展科学思维与社会责任。 六、教学过程（任务式活动） 任务一　寻找身边的金属与天然矿物 任务情境：教师把一组物品图片和一组矿石标本图片同时呈现在大屏幕上，左侧是学生熟悉的不锈钢餐具、铜导线、铝门窗、金戒指，右侧是赤铁矿、磁铁矿、铝土矿、孔雀石等矿石照片。请学生完成一项“配对与追问”任务：这些金属材料分别可能来自哪一种矿石？金属在自然界到底是以单质形式存在，还是以化合物形式存在？ 学生活动：学生先在小组内讨论，把金属材料与可能的矿石连线，再交流自己判断的依据。教师引导学生回忆金属活动性顺序：越不活泼的金属越容易以单质形式存在，如金、银在自然界中常以单质形式被发现；越活泼的金属越“不情愿”以单质形式存在，更容易与氧等元素结合成化合物，因此铁、铝等主要以氧化物等矿物形式存在。学生由此归纳出：金属在自然界的存在形态与金属活动性有关，冶炼其实就是把化合态的金属重新“还原”成单质的过程。 教师追问：为什么人类使用铁器要晚于使用铜器？为什么金器几乎不需要冶炼就能获得？学生结合活动性顺序作出解释：越活泼的金属越难从其化合物中“取”出来，冶炼所需条件越苛刻。教师顺势点明，本课选择人类用量最大、冶炼最具代表性的铁作为研究对象。 任务小结：金属在自然界有的以单质存在，有的以化合物存在；存在形态与金属活动性密切相关；冶炼的本质是把化合态金属转化为游离态金属。学生在任务单上写下自己对“冶炼”一词的初步理解。 补充观察：教师再把黄铜矿、赤铜矿、磁铁矿的标本传到各小组，请学生用手掂一掂、用放大镜看一看颜色和光泽，说说自己看到的“石头”和课本上图片的差别。学生发现矿石并不是纯净物，而是夹杂着其他杂质的岩石，真正有用的含铁矿物只占其中一部分。教师顺势引出“矿石品位”一词：品位高，意味着同样质量的矿石能炼出更多铁，冶炼时耗能更少、排渣更少，这也是后面选择原料的重要依据。学生把“矿石不纯、要选矿”这一认识记录下来，为任务三讨论高炉原料埋下伏笔。 任务二　探究“把铁从矿石中取出来”的原理 任务情境：教师出示一块赤铁矿样品，请学生观察其颜色、状态并说明主要成分。学生指出赤铁矿主要含铁的氧化物。教师提出核心任务：既然铁是“结合”在氧化物里的，怎样才能把铁“夺”出来？请各组从“让另一种物质把氧抢走”的思路出发，设计一个从铁矿石中得到铁的方案，并预测可能看到的现象。 学生活动：学生小组讨论，提出可以选用能够“抢走”氧化物中氧的物质作为帮手。教师引导学生回顾前面学过的碳、氢气等能够夺取氧化物中氧的物质，再引入工业上常用的一氧化碳。教师演示一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应的实验：先在玻璃管中放入红棕色的氧化铁粉末，通入一氧化碳排尽装置内空气后再加热，反应一段时间后停止加热，继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却。学生仔细观察并记录现象：红棕色粉末逐渐变成黑色，澄清石灰水逐渐变浑浊。 讨论分析：教师引导学生根据现象推理：黑色粉末是什么？它可能具有什么性质？学生推测生成了铁粉，可用磁铁吸引来检验。澄清石灰水变浑浊说明反应过程中还生成了能使石灰水变浑浊的气体。师生共同得出结论：在高温条件下，一氧化碳夺取氧化铁中的氧，把铁还原出来，同时生成另一种气体。教师强调整个过程不写具体表达式，只从“谁得到氧、谁失去氧、铁从化合态变成单质”的角度理解即可。 操作顺序讨论：教师把问题抛给学生：为什么要先通一会儿一氧化碳再加热？为什么反应结束后还要继续通一氧化碳直到冷却？学生分组讨论后回答：先通气是为了排尽玻璃管里的空气，防止一氧化碳与空气混合受热发生危险；继续通气至冷却是为了防止刚生成的热的铁重新接触空气又被氧化。教师进一步追问：从环保角度看，这套装置还有什么不足？学生发现尾气中可能含有未反应的一氧化碳，直接排放既浪费又有毒，于是提出在导管口点燃尾气或用气球收集尾气等改进办法。 任务小结：冶炼铁的基本思路是用还原剂在高温下夺取铁的氧化物中的氧，使铁还原出来；实验操作要兼顾反应、安全与环保，先通气、后加热、先停热、再停气，并处理尾气。 方案对比：教师再抛出一个问题：既然木炭也能夺取氧化物中的氧，为什么实验室演示和工业炼铁都不直接用木炭和铁矿石在试管里混合加热？学生展开讨论：木炭是固体，与矿石粉末接触面有限，反应不够充分；而一氧化碳是气体，能与矿石粉末充分接触，更容易把氧“夺”干净。教师引导学生体会，把固体还原剂变成气体还原剂，本质上是为了让反应物接触更充分、反应更彻底，这正是化学原理走向工业生产时必须考虑的工程问题。学生由此理解，选择一氧化碳作还原剂不是随意的，而是综合了反应效果、接触面积和后续产物分离等多方面因素。 证据再检验：反应结束后，教师请一名学生用磁铁靠近玻璃管里的黑色粉末，观察到粉末被吸引，全班欢呼。教师追问：被吸引就一定是铁吗？学生讨论后意识到，前面学到的四氧化三铁也能被磁铁吸引，所以单凭磁性不能下定论。教师引导学生进一步思考如何区分，可以取少量黑色粉末加入稀酸观察是否有气泡等方法，作为课后探究的延伸。这一环节让学生体会到化学结论需要多重证据支撑，不能凭单一现象就匆忙下结论。 任务三　走进炼铁高炉 任务情境：教师播放一段高炉炼铁的简短视频或展示高炉剖面示意图，提出任务：实验室里我们能用小玻璃管完成还原反应，可一座钢铁厂每天要生产成百上千吨铁，工业上是怎样大规模实现的？请以小组为单位，对照高炉示意图，说出炼铁需要哪些原料、它们各自起什么作用、炉内大致发生了怎样的过程。 学生活动：学生对照示意图阅读教材与资料卡，小组分工梳理：铁矿石提供含铁的氧化物；焦炭一方面在炉底燃烧放出大量热，为炉内提供高温条件，另一方面生成还原剂；石灰石作为熔剂，把矿石中难熔的杂质结合成炉渣除去；从炉顶加入炉料，从炉下部鼓入热空气。学生用自己的话描述炉内过程：焦炭先燃烧产生高温并生成还原性气体，这种气体在上升过程中与铁矿石接触，在高温下夺取矿石里的氧，把铁还原出来；生成的铁在高温下熔化成铁水，从炉底流出；杂质与石灰石结合成较轻的炉渣浮在铁水上方，分别从不同出口排出。 问题链：教师依次追问：为什么要把炉料从炉顶加入、空气从下部鼓入？学生解释为让炉料自上而下、气体自下而上充分接触，提高原料利用率。为什么流出的铁是液态的？学生从炉内高温使铁熔化来解释。高炉顶部出来的气体是什么？学生结合前面实验中尾气的认识，说出炉顶气体中含有尚未完全利用的还原性气体和反应生成的气体，经处理后可作为燃料或集中处理，体现资源利用与环保要求。 模型建构：教师引导学生用一张流程图把“矿石—还原剂—高温—生铁—炉渣—炉气”串起来，并用箭头表示原料进入、产物排出。学生在任务单上绘制高炉炼铁简图，标注四个原料入口与铁水、炉渣、炉气的出口，同桌互相检查。教师强调：高炉炼出的是生铁，含碳量较高，还不是纯铁，后续还要经过炼钢等环节调整成分，这一点为后续学习金属材料埋下伏笔。 任务小结：工业炼铁以铁矿石、焦炭、石灰石和热空气为原料，在高炉内依靠焦炭燃烧提供高温、产生还原剂，还原剂在高温下把铁从氧化物中还原出来，生成生铁、炉渣和高炉煤气，各产物分别排出并加以利用。 深入追问：教师指着高炉剖面图继续追问：为什么炉渣会浮在铁水上面，而不是混在一起？学生根据生活经验回答：铁水温度很高，密度比液态炉渣大，重的铁水沉在底部，较轻的炉渣浮在上面，所以能分别从不同出口放出。教师进一步问：为什么生铁要在炉底以液态形式流出，而不是固态？学生解释为炉内温度高，使还原出来的铁熔化成液体，便于收集和运输。教师顺势指出，从高炉出来的生铁含碳量较高，性脆，还不能直接做成机械零件和建筑钢材，需要后续在炼钢炉中调整成分、降低含碳量，才能变成韧性更好的钢。学生由此把“生铁—钢”这一对概念区分开来，也明白为什么日常说的“钢铁”其实是一大类材料。 任务四　认识其他金属的冶炼 任务情境：教师出示一组资料：我国古代很早就会用木炭还原铜的氧化物来炼铜；现代铝厂用电的方法从铝土矿中得到铝；而黄金常常不需要冶炼，沙里淘金即可获得。请学生结合金属活动性顺序，思考：为什么不同金属的冶炼方法差别这么大？ 学生活动：小组讨论并填表归纳：越不活泼的金属，其氧化物越容易被还原，甚至自然界中就有单质，不需要大规模冶炼；像铜这样活动性中等的金属，可以用木炭在相对不那么高的温度下把它从氧化物中还原出来；像铝这样非常活泼的金属，用普通的还原剂很难把它从氧化物中“夺”出来，必须借助强大的电来实现。学生由此总结出一条规律：金属越活泼，把它从化合物中还原出来就越困难，需要的能量越高、手段越强。 交流提升：教师请各组用一句话概括“选择冶炼方法的依据”，学生回答要依据金属的活泼程度。教师补充说明，工业上还要综合考虑矿石品位、成本、能源消耗和环境保护等因素。学生意识到，化学原理并不是唯一的决定因素，现实生产中需要在原理、成本与环境之间作出权衡。 任务小结：金属冶炼方法的选择与金属活动性密切相关：不活泼金属可直接利用单质或简易还原，较活泼金属用还原剂高温还原，极活泼金属常需用电的方法；实际工业生产还要综合成本与环保。 数据对话：教师出示一组对比数据：用电的方法炼铝，每吨铝需要消耗相当多的电能；而用焦炭在高炉里炼铁，单位质量消耗的能量相对少得多。请学生解释为什么。学生结合上一环节得出的规律回答：铝比铁活泼得多，把它从化合物中“夺”出来需要更大的能量，电正是提供这种强大能量的手段。教师顺势联系生活：铝门窗、易拉罐之所以回收价值很高，正是因为重新熔炼回收铝比用电从矿石中炼铝要省很多能源。学生由此意识到，“活泼程度决定冶炼难度、冶炼难度决定能耗”这条链条，直接关系到金属的价格和回收的意义。 任务五　冶炼与资源、环境 任务情境：教师给出一则简短资料：我国铁矿石人均储量并不丰富，每年需要从海外大量进口高品位矿石；同时钢铁厂若不妥善处理高炉煤气和炉渣，会造成大气污染和固体废弃物堆积。请学生以“小小钢铁工程师”的身份，围绕“怎样把矿石炼得更省、更干净”提出至少两条合理建议。 学生活动：学生小组 brainstorm 后全班交流：合理利用高炉煤气作为燃料，减少直接排放；对炉渣进行回收利用，用于制作建材；尽量选用高品位矿石，减少无用杂质的处理量；改进工艺流程，使还原剂与矿石接触更充分，提高利用率；做好尾气除尘和净化，减少有害气体和粉尘排放；对废旧钢铁进行回收再利用，减少新矿开采。教师把学生的建议归类到“原料—过程—排放—回收”四条线索上。 价值升华：教师引导学生联系生活：家里的铁锅、楼道里的钢筋、桥梁的钢梁，背后都对应着从一座矿山、一座高炉开始的漫长旅程。节约每一件金属制品、回收每一件废旧金属，本质上都是在节约矿石资源和冶炼所需的能源。学生结合本课内容，在任务单上写一句“我能为节约金属做的一件小事”。 任务小结：冶炼不仅是化学问题，也是资源与环境问题；通过提高原料利用率、回收利用尾气与炉渣、回收废旧金属，可以让金属冶炼更绿色、更可持续。 角色扮演：教师请几位学生分别扮演矿山老板、钢铁厂工程师、环保工作者和普通市民，围绕“要不要新建一座炼铁厂”发表观点。矿山老板关心矿石运进来是否方便、品位够不够；工程师关心高炉能否连续运行、能耗是否经济；环保工作者关心尾气和粉尘是否达标、炉渣能否利用；市民则关心空气会不会受影响、河水会不会被污染。学生在角色扮演中体会到，一项冶炼工程从来不是化学家单独能决定的，它要在资源、成本、环境与公共健康之间取得平衡。教师最后总结：学好化学，不仅是为了在实验室里看懂现象，更是为了将来在真实社会里作出更负责的判断。 课堂总结与迁移 教师带领学生回顾本课主线：自然界中金属多以化合物存在于矿石中；冶炼的本质是用还原剂在高温下把金属从其氧化物中还原出来；工业上在高炉中以铁矿石、焦炭、石灰石和空气为原料大规模炼铁；金属越活泼，冶炼越困难，方法越多样；冶炼同时牵动着资源与环境。教师布置课后思考：家里的铁栏杆为什么过一段时间会生锈？铁从矿石里炼出来之后，为什么又会“回去”变成铁锈？把这个疑问留到下一课时——金属的防护。 七、板书设计 板书采用主板书与副板书结合的方式，主板书写在黑板正中，随教学进程逐步呈现，副板书记录学生讨论中的关键证据与改进建议。 主板书： 第三节　金属的冶炼与防护（第一课时）——金属的冶炼 一、金属在自然界的存在：不活泼金属多以单质存在；活泼金属多以化合物（矿物）存在。存在形态与金属活动性有关。 二、冶炼的本质：用还原剂在高温下夺取金属氧化物中的氧，把金属还原出来。 三、实验室探究（一氧化碳还原氧化铁）：现象——红棕色粉末变黑，澄清石灰水变浑浊；操作——先通气、后加热，先停热、再停气，尾气要处理。 四、工业炼铁（高炉）：原料——铁矿石、焦炭、石灰石、热空气；过程——焦炭燃烧供热并产生还原剂，还原剂在高温下还原铁；产物——生铁、炉渣、高炉煤气。 五、方法规律：金属越活泼，冶炼越难，方法越强；实际生产综合考虑成本、能源与环保。 副板书： 记录学生提出的尾气处理改进办法（点燃、收集、再利用）、对高炉流程图的标注，以及“节约金属的一件小事”学生发言要点。 学科网（北京）股份有限公司 $