6.1金属矿物及铁的冶炼第一课时教学设计--2026-2027学年九年级化学沪教版上册

金属矿物及铁的冶炼（第一课时）教学设计 沪教版（2024版）九年级化学上册 第六章 金属资源综合利用 第一节 一、教材分析 本节课选自沪教版（2024版）九年级化学上册第六章第一节第一课时。教材从学生熟悉的金属制品出发，引导学生认识金属矿物的存在形态，建立从矿物到金属的转化认识，为后续学习金属性质、合金及金属防护奠定基础。本节内容衔接物质转化旧知，是系统学习金属提取的关键起点。 二、四维核心素养 化学观念：认识金属在自然界中的存在形式，理解铁的冶炼是含铁矿物转化为金属铁的物质变化过程。 科学思维：对比实验室模拟与工业炼铁的差异，逻辑推导实验操作规范的内在原因。 科学探究：通过模拟炼铁实验，掌握观察现象、分析推理的科学方法。 科学态度与责任：体会金属资源的有限性，树立节约资源与绿色化学意识。 三、教学重难点 重点：金属矿物的存在形式与常见种类；铁的冶炼基本思路；实验室模拟炼铁的装置与操作。 难点：理解实验室模拟炼铁中操作顺序的原因；尾气处理的必要性；从含铁矿物到单质铁的转化逻辑。 四、设计意图 本节课以“金属从哪里来”为核心驱动问题，设计层层递进的任务活动链。从学生熟悉的生活情境切入，引导学生在真实问题中认识金属矿物；通过对比分析和实验探究，让学生自主建构“从矿物到金属”的转化模型。任务设计注重学生主体性，每个任务都有明确的学习成果输出，促进学生在做中学、在思中悟。同时融入我国铁矿资源分布与古代冶金成就，增强文化自信与资源保护意识，落实科学态度与责任素养。 五、教学过程 任务一：情境导入——金属从哪里来？ 【任务情境】教师展示一组生活中的金属制品图片：铁锅、铁钉、铁丝网、不锈钢餐具、自行车车架、建筑用钢筋等。随后提出核心驱动问题：“我们身边到处都是金属制品，这些金属在自然界中本来就是这样直接存在的吗？” 学生观察图片并思考问题。教师引导学生回顾已学知识：自然界中是否有天然存在的金属单质？学生结合生活经验和已有化学知识进行讨论。 学生小组交流后，教师追问：“如果自然界中大多数金属不是以单质形式存在，那它们是以什么形式存在的？我们又是怎样把它们从自然界中提取出来的呢？”由此引出本节课的主题——金属矿物及铁的冶炼。 教师进一步展示我国主要铁矿分布图，简要介绍辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花等大型铁矿基地，让学生感受到我国铁矿资源的丰富性，同时为后续讨论资源保护埋下伏笔。 【设计意图】从学生熟悉的生活物品入手，用驱动性问题激发探究欲望，自然引出本节课主题。展示我国铁矿资源分布，增强学生的地域认同感和资源意识。 任务二：认识金属矿物——自然界中的金属存在形式 【任务情境】教师发放“金属矿物探秘”学习任务单，包含三类活动：阅读教材、观察矿物标本图片、完成对比表格。 活动1：阅读教材，梳理金属存在形式 学生自主阅读教材相关内容，思考并回答以下问题： （1）自然界中金属元素是以哪两种形态存在的？请各举一例。 （2）为什么少数不活泼的金属（如金、银、铂）能以单质形式存在，而大多数金属却以化合物形式存在？ （3）金属化合物在自然界中是以什么形态被人们发现和开采的？ 学生阅读后小组讨论，教师巡视指导。讨论结束后，教师引导全班交流： 教师总结：金属在自然界中主要有两种存在形态——少数化学性质不活泼的金属以单质形态存在，如金、银、铂等；大多数化学性质较活泼的金属以化合物形态存在于矿物中。这些含有金属化合物、并有开采价值的岩石，就是我们所说的金属矿物。 教师进一步追问：“那么，我们常说的铁矿石、铜矿石，它们里面到底含有什么呢？”自然过渡到活动2。 活动2：观察矿物图片，认识常见金属矿物 教师展示常见金属矿物的图片（赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿、黄铁矿、黄铜矿、孔雀石、铝土矿等），引导学生观察它们的外观特征：颜色、光泽、形态等。 学生完成任务单上的表格，记录每种矿物的名称、颜色外观特点和主要金属元素。教师重点引导学生关注铁矿石家族： 赤铁矿：颜色呈暗红色至红褐色，是炼铁最常用的铁矿石之一，含铁量较高。 磁铁矿：颜色呈黑色，具有磁性，能被磁铁吸引，含铁量比赤铁矿更高。 菱铁矿：颜色偏浅灰色或黄褐色，含铁量相对较低。 黄铁矿：颜色呈浅黄铜色，外表酷似黄金，俗称“愚人金”，但它并不适合用来炼铁，因为含硫量较高。 教师引导学生思考：“既然都是铁矿石，为什么工业上炼铁主要选用赤铁矿和磁铁矿，而不太选黄铁矿和菱铁矿呢？”学生讨论后得出结论：选择铁矿石需要综合考虑含铁量、冶炼成本、环保等因素。 【设计意图】通过自主阅读和观察活动，让学生主动获取金属存在形式和常见矿物的知识。对比不同铁矿石的特点，培养学生分析问题和综合判断的思维能力。 任务三：探寻冶炼思路——从矿物到金属的转化 【任务情境】教师提出核心问题：“铁矿石中铁是以化合物形态存在的，要得到金属铁，我们需要做什么？” 学生回顾物质转化的已有知识，小组讨论从铁矿石到金属铁需要经历怎样的变化。教师引导学生从“物质转化”的角度思考：铁矿石中的铁与氧结合在一起，要得到单质铁，就需要想办法让铁从与氧的结合中“解脱”出来。 教师用通俗的语言解释这一过程：含铁矿物中的铁与氧紧密结合在一起，要把铁单独分离出来，就需要一种物质“抢走”与铁结合的氧。这种能从金属氧化物中夺取氧的物质，我们称之为还原剂。常见的还原剂有碳、氢气和一氧化碳等。 教师进一步引导学生思考：“为什么我们不直接用碳来还原铁矿石呢？工业上为什么不用氢气？”学生讨论后教师补充说明：碳虽然可以作为还原剂，但直接用碳还原铁矿石需要极高的温度，反应也不够充分；一氧化碳气体与铁矿石接触更充分，反应更高效；氢气虽然也能还原铁的氧化物，但生产成本较高，目前大规模工业生产中主要使用一氧化碳。 教师小结：铁的冶炼本质上就是利用还原剂，在高温条件下使含铁矿物失去氧，从而得到金属铁的过程。这一思路是本节课的核心。 【设计意图】引导学生从物质转化的角度理解冶炼的本质，而不是死记硬背化学方程式。通过“为什么用一氧化碳而不用碳或氢气”的追问，培养学生的比较分析和决策思维。 任务四：实验室模拟炼铁——装置、操作与现象 【任务情境】教师过渡：“既然我们知道了铁的冶炼就是让含铁矿物失去氧的过程，那在实验室里能不能模拟这个过程呢？下面我们通过实验来观察这个转化。” 活动1：认识实验装置 教师展示实验室模拟炼铁的实验装置示意图，引导学生逐一识别各仪器名称和作用： 硬质玻璃管：用于盛放氧化铁粉末，是反应发生的场所，便于加热和气体通过。 酒精喷灯：用于提供高温加热条件，因为铁的冶炼需要很高的温度。 盛有澄清石灰水的试管：用于检验反应生成的气体产物。 尾气处理导管：将未反应的一氧化碳气体引导至火焰处点燃，防止有毒气体直接排入空气中。 教师引导学生思考：“为什么一定要有尾气处理装置？”学生回答后教师强调：一氧化碳是有毒气体，直接排放到空气中会危害人体健康和环境，所以必须进行尾气处理。点燃尾气既消除了毒性，又可以利用尾气燃烧放出的热量。 活动2：讨论实验操作顺序 教师展示打乱的实验操作步骤卡片，请学生小组合作，将正确的操作顺序排列出来，并说明每一步的原因。 正确的操作顺序如下： 第一步：检查装置的气密性。 第二步：在硬质玻璃管中装入氧化铁粉末，连接好装置。 第三步：先通入一氧化碳气体，排尽装置内的空气。 第四步：点燃酒精喷灯，加热氧化铁粉末。 第五步：观察实验现象。 第六步：实验结束后，先熄灭酒精喷灯，停止加热。 第七步：继续通入一氧化碳气体，直到硬质玻璃管冷却至室温。 第八步：停止通入一氧化碳，整理仪器。 排列完成后，教师重点引导学生讨论两个关键问题： 问题一：为什么加热前要先通入一氧化碳排尽空气？ 学生讨论后得出结论：一氧化碳是可燃性气体，如果玻璃管内混有空气，加热时可能发生爆炸。先通一氧化碳可以把管内的空气排干净，确保实验安全。 问题二：为什么实验结束后要先停止加热，继续通一氧化碳直到冷却？ 学生讨论后得出结论：反应生成的铁在高温下很容易与空气中的氧气重新结合，如果刚停止加热就停止通气，空气进入玻璃管，灼热的铁会被重新氧化。继续通一氧化碳直到冷却，可以保护生成的铁不被氧化。 活动3：预测与观察实验现象 在正式观察实验前，教师先引导学生根据冶炼思路预测实验中可能出现的现象： （1）硬质玻璃管中红棕色的氧化铁粉末会发生什么变化？ （2）澄清石灰水会发生什么变化？ （3）尾气在火焰处点燃会观察到什么？ 学生分组讨论并记录预测，然后教师演示实验（或播放实验视频），学生仔细观察并记录实际现象。 实验结束后，学生对比预测与实际现象，交流讨论： 红棕色粉末逐渐变为黑色，说明氧化铁已经转化为铁粉（铁粉是黑色的）。 澄清石灰水变浑浊，说明反应生成了能使石灰水变浑浊的气体（二氧化碳）。 尾气在导管口燃烧，发出蓝色火焰，说明未反应的一氧化碳被点燃处理了。 教师引导学生总结：通过这个实验，我们在实验室里模拟了从含铁矿物到金属铁的转化过程，验证了“还原剂夺取氧”这一冶炼思路。 【设计意图】将实验操作顺序交给学生自主排列并解释原因，而非直接灌输操作规范。通过预测—观察—对比的科学探究流程，培养学生基于证据进行推理的能力，同时强化实验安全意识。 任务五：走进工业高炉——大规模炼铁概览 【任务情境】教师过渡：“实验室里我们用玻璃管和酒精喷灯就能炼铁，那工业上是怎样大规模生产铁的呢？下面我们一起走进工业高炉。” 教师展示高炉炼铁的剖面图或视频，引导学生观察并思考以下问题： （1）工业炼铁的主要设备是什么？ （2）炼铁需要哪些原料？它们各自的作用是什么？ （3）从高炉中出来的产物有哪些？ 学生阅读教材相关内容，结合教师展示的图片，完成以下学习任务： 任务1：梳理炼铁原料及作用 铁矿石：提供含铁物质，是冶炼铁的原料。 焦炭：一方面燃烧放出大量热量，为冶炼提供高温条件；另一方面在高温下与二氧化碳反应生成一氧化碳，作为还原铁矿石的还原剂。 石灰石：主要作用是将铁矿石中的杂质（如二氧化硅）转化为炉渣除去，提高生铁的纯度。 空气：从高炉下方鼓入热风，帮助焦炭燃烧，提供热量和氧气。 任务2：对比实验室炼铁与工业炼铁 教师引导学生从以下维度对比实验室模拟炼铁和工业高炉炼铁的异同： 相同点：都是利用还原剂在高温下使含铁矿物失去氧，得到金属铁。 不同点：实验室用一氧化碳直接还原氧化铁，设备简单，产量小；工业上用焦炭先制取一氧化碳，再在高炉中连续大规模生产，原料更多，流程更复杂，还需要除去杂质得到炉渣。 教师补充介绍：从高炉中冶炼出来的铁叫生铁，生铁中含有较多的碳和其他杂质，比较脆，直接用途有限。把生铁进一步冶炼，降低含碳量并除去杂质，就得到了性能更好的钢。钢和生铁的主要区别在于含碳量不同。这部分内容将在后续课程中继续学习。 【设计意图】从实验室小实验过渡到工业大生产，帮助学生建立“实验室原理—工业应用”的联系。通过对比分析，加深对冶炼本质的理解，同时为后续学习合金和金属性能做好铺垫。 任务六：反思与拓展——资源保护与绿色冶炼 【任务情境】教师展示一组数据：金属矿物是不可再生资源，地球上的铁矿资源储量有限，按照目前的开采速度，可供人类开采的年限并不长。 教师引导学生讨论以下问题： （1）既然金属矿物是不可再生资源，我们应该如何合理利用和保护？ （2）炼铁过程中会产生哪些环境问题？我们可以怎样改进？ （3）除了从矿石中冶炼金属，还有没有其他获得金属的途径？ 学生小组讨论后交流分享。教师总结提升： 合理开采和利用金属矿物资源，杜绝浪费。 回收利用废旧金属，既节约矿石资源，又减少环境污染。 改进冶炼工艺，提高金属回收率，减少废气、废渣排放，发展绿色冶金。 研发新型材料，寻找金属材料的替代品。 教师简要介绍我国古代冶金技术的辉煌成就，如春秋战国时期的冶铁技术，增强学生的民族自豪感和文化自信。同时引导学生认识到，从古代的简易冶炼到现代的大型高炉，人类对金属冶炼的认识和技术在不断进步，这正是化学科学不断发展的体现。 【设计意图】将课堂学习延伸到资源保护和环境保护的现实议题，落实科学态度与责任素养。融入古代冶金文化，增强文化自信。引导学生从化学视角思考社会问题，培养可持续发展意识。 课堂小结 教师引导学生回顾本节课的学习历程，用思维导图的形式梳理知识脉络： 金属在自然界中的存在形式（单质/化合物）→ 常见金属矿物（赤铁矿、磁铁矿等）→ 铁的冶炼思路（还原剂夺取氧）→ 实验室模拟炼铁（装置、操作、现象）→ 工业高炉炼铁（原料、设备、产物）→ 资源保护与绿色冶炼。 教师强调：本节课的核心是理解“从矿物到金属”的物质转化过程，掌握还原剂夺取氧这一基本思路。实验室实验和工业生产虽然规模和设备不同，但化学原理是一致的。 六、板书设计 第六章 第一节 金属矿物及铁的冶炼（第一课时） 一、金属在自然界中的存在形式 单质形态：金、银、铂等（化学性质不活泼） 化合物形态：大多数金属（化学性质较活泼） 二、常见金属矿物 铁矿石：赤铁矿（红褐色）、磁铁矿（黑色，有磁性） 菱铁矿、黄铁矿（含硫高，不宜炼铁） 其他：黄铜矿、孔雀石、铝土矿等 三、铁的冶炼原理 含铁矿物 ——还原剂夺取氧——> 金属铁 常见还原剂：碳、一氧化碳、氢气 四、实验室模拟炼铁 装置：硬质玻璃管 + 酒精喷灯 + 澄清石灰水 + 尾气处理 操作顺序：通气→加热→停热→继续通气至冷却→停气 现象：红棕色粉末变黑；石灰水变浑浊；尾气燃烧呈蓝色火焰 五、工业炼铁 设备：高炉 原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气 焦炭作用：供热 + 产生还原剂 石灰石作用：除杂质，造炉渣 六、资源保护与绿色冶炼 学科网（北京）股份有限公司 $