开发利用金属矿物教学设计.docx

第三届全国中小学“教学中的互联网搜索”优秀教案评选

开发利用金属矿物

教学设计

[选材]一：普通高中课程标准实验教科书化学2（必修）人民教育出版社

第四章 化学与自然资源的开发利用

第一节 开发利用金属矿物和海水资源

[选材]二：普通高中课程标准实验教科书化学2（必修）江苏教育出版社

第四章 化学科学与人类文明

第一节 化学是认识物质和创造物质的科学

一、 教学背景分析
1．教学内容分析
● 课程标准呈现：化学2、专题3.4以金属矿物等自然资源的综合利用为例，了解化学方法在实现物质之间转化的作用。认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。
● 考纲方向指引：常见元素的单质及其重要化合物、4.（1）了解金属的通性，金属冶炼的一般原理；（3）了解常见金属的活动顺序。
● 考点知识分析：苏教版在海水提取镁的工业流程中指出、氢氧化镁与盐酸反应生成六水合氯化镁晶体，并将其在氯化氢气流中加热转化为无水氯化镁，并指出氯化镁的熔点高达2800摄氏度，是优质的耐高温材料，其次苏教版还指出从铝土矿中提取铝的工艺，详述电解氧化铝等，再次，苏教版还以铁、铜的获取及应用作为一单元的标题，以从自然界中获取铁和铜，铁、铜及化合物的应用，钢铁的腐蚀作为知识体系并链接了生物炼铜铁及铜化合物的应用等知识较完整与系统；鲁科版指出镁被誉为“国际金属”是制造汽车飞机火箭等的重要材料.
2．学生情况分析
学生在初中化学的学习以及社会生活体验中知道金属的应用十分广泛，学习过钠、镁、铝、铁等重要金属的性质，现结合以前学习到的活泼性顺序，进行旧知识的复习巩固和新知识的学习拓展。
二、 教学三维目标：
知识与技能：
1.通过观察矿物标本（如赤铁矿、黄铜矿等），记录物质颜色状态等性质，推理金属资源在自然界的分布形态，提高学生的观察、探究、思考、概括的能力。
2.通过阅读课本，联系身边实例（如青铜峡铝厂炼铝），列举并比较部分常见金属的冶炼方法；进一步提高学生的思考、概括的能力
3.通过金属矿物发现史的整理，深化对金属活动性及其矿物冶炼规律关系的进一步了解。
过程与方法：
1.通过给金属冶炼下定义和描述实验现象，培养语言智能。
2.逐步引导学生认识到金属冶炼的重要性，体会如何根据实验目的设计实验。
情感态度与价值观：
1.引导学生关注生活；
2.引导学生爱国主义思想的形成。
三、 课时铺垫：
1.金属活动顺序表； 2.元素周期表及元素周期律。
四、 教学重、难点：
l 教学重点：
1.金属在自然界的分布及形态；
2.金属的获取及冶炼
（1）.物理富集法淘金.炼铂； （2）.热分解法炼汞.炼银；
（3）.湿法炼铜，火法炼铜； （4）.热还原法炼铁，炼铜；
（5）.电解法冶炼活泼金属。
● 教学难点
1.热还原法炼铁，火法炼铜； 2.电解法冶炼活泼金属。
五、 课时流程（分两课时完成）
课时一（45分钟）
5分钟，化学发展史金属的发现及使用年代及用途引入
7分钟，学生分组讨论所知的金属及其冶炼，列出金属活动顺序表
10分钟，分组汇报讨论结果，填写部分金属冶炼方程式
3分钟，金.铂的自然界分布及物理富集
3分钟，银.汞的自然界分布及热分解法
7分钟，铜的自然界分布及硫酸铜与铝的反应实验-----湿法炼铜
硫化亚铜------（鲁科版火法炼铜）
氢气还原氧化铜的热还原方程式书写------热还原法
7分钟，铝粉与赤铁矿（三氧化二铁）高温热还原实验------铝热反应
3分钟，其他铝热反应方程式书写
课时二（45分钟）
5分钟，回顾铝热反应的特点，提示应用于大批量工业生产的局限
10分钟，钢铁是怎样炼成的（人教版高炉炼铁）
15分钟，介绍电解法制取活泼金属（苏教版电解熔融氯化钠）
5分钟，专题小结
5分钟，拓展阅读，
5分钟，学案填写，课时测验。

六、 教学方法
历史故事引入，课堂旧知识讨论整合，实验验证，归纳分析拓展，理论联系实际对比等
七、 教学用具
仪器：铁架台（带铁圈），圆形大滤纸两张，长药匙三把，沙盘，砂纸等；
药品：三氧化二铁粉末，铝粉，氯酸钾粉末，镁带，铝片，硫酸铜溶液，沙土，火柴等。
设备：多媒体实验室，或教材配套挂图，灭火器，直流电源
八、 教学设计
开发利用金属矿物教学设计

教学环节方法
时间分配
教师活动
学生活动
教学意图
课时一【引入】
Ø 5分钟
Ø 介绍化学发展史中金属的发现及使用所引起的社会变革
Ø 金---铜---铁---钨---铝---钛
² 听讲

¯ 引发学生兴趣 ，阐明化学重要性
¯ 复习已有知识，引发思考新知识
【板书】
Ø 7分钟
Ø 列出金属活动顺序表

Ø 简介部分金属的用途
分组讨论所知的金属性质的应用及其冶炼，列出金属活动顺序表
【讨论】
Ø 10分钟

² 分组汇报讨论结果，填写部分金属冶炼方程式
¯ 巩固旧知识，寻找新的知识增长点
【介绍】
Ø 3分钟
Ø 金.铂在自然界的分布及物理富集法
² 思考，记录
¯ 引发学生兴趣，拓展学生知识面
【介绍】
Ø 3分钟

Ø 7分钟
Ø 银.汞在自然界的分布及热分解法
Ø 【介绍并演示】铜在自然界的分布及CuSO4与Al的反应实验------湿法炼铜
Ø 【介绍】Cu2S的热还原方程式书写------火法炼铜

² 书写Ag2O ,HgO 的热分解方程式
² 书写CuSO4与Al，及CuSO4与Fe 的反应方程式
² 书写Cu2S 的热分解方程式
² 知识点梳理，整合并练习加以巩固

【演示】
Ø 7分钟
Ø 3分钟

实验：铝粉与赤铁矿（Fe2O3）高温热还原实验------铝热反应

Ø 【介绍】其他铝热反应方程式书写

² 观察现象并记录描述，书写Al与Fe2O3的反应方程式

² 分别书写铝粉与Fe3O4 ,
铝粉与Cr2O3 ,
铝粉与V2O5 ,
铝粉与MnO2 等物质的反应方程式

¯ 互助互学，激励竞争
¯ 锻炼学生的观察能力
¯ 练习巩固

课时二【引入】
Ø 5分钟

Ø 铁在自然界的分布与冶炼
Ø 铝热反应炼铁利与弊

² 联系已学知识，分组讨论，设计炼铁方案，

¯ 联系实际，
【讲解】
Ø 10分钟

工业炼铁：CO 与赤铁矿（Fe2O3）

² 书写方程式

高温
Fe2O3 + 3CO === 2Fe +3CO2

推导生铁及钢的主要成分及性质应用
介绍合金的特性

¯ 拓展丰富

¯ 联系实际

¯ 解决了实际生活中大量炼铁的困难

¯ 关注考纲
【讲解】

【训练】
Ø 15分钟

Ø 【介绍】电解法制取活泼金属 Na Mg Al等

电解
2NaCl 2Na+Cl2
Ø 苏教版电解熔融氯化钠制取金属钠
2NaCl 2Na+Cl2

青铜峡铝厂电解氧化铝制取单质铝的实例应用

Ø 练习书写熔融状态下
电解KCl 的反应方程式
电解NaCl的反应方程式
电解MgCl2的反应方程式
电解Al2O3 的反应方程式
¯ 版本对照

¯ 丰富知识

¯ 练习巩固

【小结】
Ø 5分钟

Ø 对照金属活动顺序表填写各金属可用的冶炼方法
Ø 通过比较，选取最佳方法
² 对照金属活动顺序表填空
² 对照元素周期表，讨论各金属适用的冶炼方法
¯ 理论联系实际应用
【阅读】
Ø 5分钟

Ø 阅读铁的性质及用途

Ø 阐述铁的用途和性质间的联系
² 限时阅读

² 讨论，讲述
¯ 拓展视野
¯ 锻炼阅读和表达能力
【练习】
Ø 5分钟

Ø 机动练习
² 填写学案
¯ 课时巩固

九、 板书设计

副版练习区

课时一：
我们一起“淘金”
一、金属活动顺序表
K,Ca,Na,Mg,Al, |Zn,Fe,Sn,Pb, Cu, |Hg Ag, Pt Au
二、自然界分布形态：化合态 化合态 化合态和少量游离态 | 游离态
活泼性： 活泼金属 较活泼金属 不活泼金属
发现年代 近代 中世纪 3000年前 6000年前
三、获取单质的方法：
（一）、游离态金属----------适用物理富集法（如淘金）
（二）、化合态金属----------化学方法冶炼（如炼铁，炼铝）
1.热分解法 Ag2O,HgO 热分解方程式书写
2.湿法还原铜 3CuSO4+ 2 Al === Al2(SO4)3 + 3Cu （实验室少量）
火法炼铜 Cu2S +O2 ==== 2Cu +SO2
高温

3.热还原
铝热反应 Fe2O3 +2Al 2Fe +Al2O3

副版练习区

课时二：
“钢铁是怎样炼成的”
三、获取单质的方法
高温

3.热还原 Fe2O3 + 3CO 2Fe +3CO2 （高炉炼铁）
电解
2Na+Cl2

4.电解法 2NaCl 2NaCl2

电解氧化铝制铝等活泼金属
小结：
金属活动 K,Ca,Na,Mg,Al, |Zn,Fe,Sn,Pb, Cu, |Hg Ag, | Pt Au
顺序表：
自然界 化合态 / 化合态 /化合态和少量游离态/游离态
分布形态：
活泼性： 活泼金属 / 较活泼金属 / 不活泼金属
冶炼方法 电解法 热还原法 湿法置换
开发利用金属矿物课时学案

金属活动顺序表：

自然界分布形态

可用冶炼方法

1.热分解法 HgO

Ag2O

2.湿法还原铜 CuSO4 +

火法炼铜 Cu2S +O2

3.热还原 CO + CuO

CO + Fe2O3

H2 +WO3

铝热反应 Fe3O4 +

MnO2 +

4.电解法 NaCl

MgCl2

Al2O3

*有效利用金属资源的途径
1.提高金属矿物的利用率；
2.减少金属的使用量；
3.加强金属资源的回收和再利用；
4.使用其他材料代替金属材料；
5.拓展资源环境。
[课时测验]: 1.下列叙述中,正确的是
(A)含金属元素的离子不一定都是阳离子
(B)在氧化还原反应中,非金属单质一定是氧化剂
(C)某元素从化合态变为游离态时,该元素一定被还原
(D)金属阳离子被还原不一定得到金属单质
2.在冶金工业上，均不能用通常化学还原剂值得的金属组是：
(A).Na Mg AL （B）.Na K Zn Fe
(C).Zn Fe Cu Ag （D）.Mg AL Zn Fe

Fe元素知识积累
    Fe 铁是一种光亮的银白色金属。密度7.86克/厘米3。熔点1535℃，沸点2750℃。常见化合价+2和+3，有好的延展性和导热性。也能导电。纯铁既能磁化，又可去磁，且均很迅速。化学性质比较活泼，是一种良好的还原剂。若有杂质，在潮湿的空气中易锈蚀；在有酸气或卤素蒸气存在的湿空气中生锈更快。易溶于稀酸。在浓硝酸中能被钝化。加热时均能同卤素.硫.硅.碳.磷等化合。除生成+2和+3价氧化物外，还有复合氧化物Fe3O4（是磁性氧化物）生成。铁是工业部门不可缺少的一种金属。
    也是地壳主要组成成分之一。铁在自然界中分布极广，但是人类发现和利用铁却比黄金和铜要迟。这首先是由于天然单质状态的铁在地球上是找不到的，而且它容易氧化生锈，再加上它的熔点（1535℃）又比铜（1083℃）高得多，使它比铜难以熔炼。人类最早发现铁是从天空落下的陨石，陨石含铁的百分比很高（铁陨石中含铁90.85%），是铁和镍.钴的混合物。考古学家曾经在古坟墓中，发现陨铁制成的小斧；在埃及第五王朝至第六王朝的金字塔所藏的宗教经文中，记述了当时太阳神等重要神像的宝座是用铁制成的。铁在当时被认为是带有神秘性的最珍贵的金属，埃及人干脆把铁叫做“天石”。在古希腊文中，“星”和“铁”是同一个词。
磁铁矿.赤铁矿.褐铁矿和菱铁矿是重要的铁矿。单体金属常用焦炭.铁矿石和石灰石为原料炼得。用氢气还原纯氧化铁可得到纯铁。含碳在1.7%以上的铁叫生铁（或铸铁）。含碳量少于0.2%的铁熔合体称为熟铁或锻铁。含碳量介于1.7-0.2之间的铁熔体叫做钢。生铁坚硬，但性脆；钢具有弹性；熟铁易于机械加工，但要比钢柔软。从生铁炼钢，就是减低生铁内的碳量，以及将硅.硫和磷杂质除去。
    铁的最大用途是用于炼钢；也大量用来制造铸铁和煅铁。铁和其化合物还用作磁铁.染料（墨水.蓝晒图纸.胭脂颜料）和磨料（红铁粉）。还原铁粉大量用于冶金。
1978年，在北京平谷县刘河村发掘一座商代墓葬，出土许多青铜器，最引人注目的是一件古代铁刃铜钺，经鉴定铁刃是由陨铁锻制的，这不仅表明人类最早发现的铁来自陨石，也说明我国劳动人民早在3300多年前就认识了铁并熟悉了铁的锻造性能，识别了铁和青铜在性质上的差别，并且把铁锻接到铜兵器上，加强铜的坚利性。
由于陨石来源极其稀少，从陨石中得来的铁对生产没有太大作用，随着青铜熔炼技术的成熟，才逐渐为铁的冶炼技术发展创造了条件。我国最早人工冶炼的铁是在春秋战国之交的时期出现的，距今大约2500年。我国炼钢技术发展也很早，1978年，湖南省博物馆长沙铁路车站建设工程文物发掘队从一座古墓出土一口钢剑，从古墓随葬陶器的器型，纹饰以及墓葬的形制断定是春秋晚期的墓葬。这口剑所用的钢经分析是含碳量0.5%左右的中碳钢，金相组织比较均匀，说明可能还进行过热处理。
古代劳动人民的炼铁技术也是杰出的，至今竖立在印度德立附近一座清真寺大门后的铁柱，是用相当钝的铁铸成的，当时如何生产这样的铁，现代人也认为是一个奇迹。有人分析了它的成分，含铁量大于99.72%，其余是碳0.08%，硅0.046%，硫0.006%，磷0.114%。
开创现代炼钢新纪元的是一名叫贝塞麦的浇铸工人，他在1856年8月11日宣布了他的可倾倒式转炉。随着工业发展，在生产建设和生活中出现大量废钢和废铁，这些废料在转炉中不能使用，于是出现了平炉炼钢，是由德国西门子兄弟以及法国马丁兄弟同时创建的，时间是在19世纪60年代初。