2021学年第三节 金属的冶炼与防护教学设计

这是一份2021学年第三节 金属的冶炼与防护教学设计，共14页。
金属的冶炼与防护
金属的冶炼
（一）指导思想与理论依据
核心素养中指出注重实验探究与创新意识，强调能根据实验探究目的设计优化实验方案，并发现提出有研究价值的问题，能根据探究做出总结，培养独立思考、敢于质疑和批判的创新精神；核心素养中还指出科学精神与社会责任，强调关注与化学有关的社会热点问题，认识环境保护和资源合理开发的重要性，具有可持续发展意识和绿色化学的观念，能运用已有知识和方法综合分析化学过程对自然可能带来的各种影响。
实用主义教学主张创造适当的情景实施教学，将学习材料以比较直观的形式展现在习者面前，促进学习者对学习材料的理解并能适当运用。同时，在学习新的材料后，学习者能运用所学知识，创造情景进行知识的运用，进一步巩固知识，达到学习者（有机体）与情景（环境）的相互作用，牢固掌握和正确运用所学知识，形成杜威“经验”与理论依据。
本节课设计是基于核心素养并在以上指导思想下实施完成的，体现新课程标准，符合学科能力标准与教学指南的要求，注重化学学科三大能力的培养。教师将古代冶金术、金属的冶炼方法、工业炼铁视频、一些实验仪器的使用及实验室模拟工业炼铁视频的学习资料直观的展示给学生，教学过程中不断渗透核心素养，强调实验探究与创新意识，树立科学精神与社会责任。学生通过对资料的阅读和视频的观看，在情景中理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系，实现了对知识的运用，同时夯实了旧知识巩固了新知识。
（二）教学背景分析
本节课聚焦了金属的冶炼的重要内容，从工业炼铁过渡到实验室模拟工业炼铁，金属矿物的冶炼渗透出一类物质的制备方法，也是初中阶段对氧气、二氧化碳等单个物质制备的一个延续和提升。虽然考试说明已经将本实验淡化为知道一氧化碳可以将铁矿石中的铁还原出来即可，但实验探究能力的培养依然不能淡化，故本节课的设计以实验探究为主体特别关注了学生获取信息的能力、实验与探究的能力和解决实际问题的能力的培养。
1.学习内容分析
本节课选自北京市义务教育教科书九年级下册第十章“金属”第三节“金属的冶炼与防护”第一课时，属于《课程标准》中一级主题“身边的化学物质”中的二级主题“金属与金属矿物”。金属的冶炼是在初步了解金属这一类物质的物理性质并认识其主要化学性质的基础上顺理成章进行的，涉及知识面比较广。同时也是在氧气和二氧化碳单个物质制备基础上又一个延续和提升，涉及到的金属矿物的冶炼方法属于一类物质的研究层面。
实验室模拟工业炼铁是本节课的重点，同时也是本节课的难点。教师展示工业炼铁设备并播放工业炼铁视频让学生找出工业炼铁的核心反应。通过科学实验探究过程的设计整合实验室模拟工业炼铁装置，以资料阅读的方式降低装置选择的难度。最后通过实验探究的方法逐一对检验、除杂等问题进行详细的分析。
2.学生情况分析
从知识储备来看学生已经了解了金属的物理性质并且已经从金属与氧气、酸、金属化合物溶液的反应以及金属活动性顺序两个方面认识了金属的化学性质，但对金属单质的来源以及工业生产实际并不了解。初中阶段的化学课程至此已经接近尾声，学生三大能力的培养不可缺少，本节课的设计以学生的活动为主体，旨在通过不同途径锻炼学生的信息获取和整合能力，实验探究能力和解决实际问题的能力。
3.教学方式与教学手段说明
本节课以下面两条设计思路为主线依次展开教学活动：1、金属元素是以化合物的形式存在于天然矿石中的（金属元素→化合物→矿石）；2、铁矿石通过工业冶炼可以获得生铁，实验室模拟工业炼铁（矿石→工业炼铁→实验室模拟工业炼铁）。教学过程以问题“金属元素以什么形式存在于自然界中？”引出金属矿物，并以资料的形式给出不同金属的不同冶炼方法，以提问的形式得出铁适合的冶炼方法，此环节的设计旨在从单个物质的研究过渡到一类物质的研究，并从以前的单个物质的制备过渡到一类物质的制备。教师通过简介我国钢产量现状，紧密联系生产实际提升学生的民族自豪感。随后紧接着介绍工业炼铁的流程和设备，生在引导下写出工业炼铁的核心反应，最后以实验探究的方法展开实验室模拟工业炼铁的教学活动。
本节课以问题串的设计为教学手段展开两个主线问题的教学。工业炼铁和实验室模拟工业炼铁的流程以视频资料的方式给出，教学中较为复杂的问题以资料阅读的方式来降低难度，以上视频和资料相关问题的设置旨在提升学生的信息获取能力和解决实际问题的能力。实验室模拟工业炼铁的教学以实验探究的流程展开，包括确定研究对象、装置的选择、进行实验、实验现象描述、实验原理分析等，强化了学生的实验探究思路和实验探究能力。
4.技术准备：多媒体设备，视频资料，阅读资料，学案。
5.前期教学状况、问题、对策等研究说明
教学状况：本节课涉及的工业炼铁具体流程和反应原理相对复杂，是否需要学生课上时间一一弄懂并准确书写化学方程式。
问题：结合视频或课下查阅资料，写出工业炼铁过程中发生的有关反应的化学方程式。
对策：由于课堂时间有限，对此复杂过程不做详细解说。此处通过观看视频明确工业炼铁中进入高炉的原料、出口的生成物以及工业炼铁的核心反应，过程中其余复杂反应留作课下思考作业。课下调查发现部分同学可以准确的利用所学的知识写出正确的化学方程式，本环节为设备流程图的分析奠定了一定的基础。
（三）本课教学目标设计
1.通过提出问题并提供阅读资料，了解金属元素在自然界存在的状态并认识几种金属矿物，同时锻炼信息获取能力和解决实际问题的能力。
2.通过简介我国钢产量现状和观看工业炼铁的视频资料，提升民族自豪感的同时知道一氧化碳可以将铁矿石中的铁还原出来，锻炼信息获取和整合能力。
3.通过实验室模拟工业炼铁的活动设计，体验实验探究的基本过程，培养实验探究能力。
（四）教学过程与教学资源设计
教学流程图：
设计意图
师生活动
教学环节


新课引入
了解古人如何冶炼金属，体会古人的智慧和贡献，同时锻炼信息获取能力和整合能力。
阅读史实在线资料，以提问的形式复习旧知并引入新课。



认识常见的金属矿物并了解金属的冶炼方法，再次体会从单个物质研究过度到一类物质的研究的思想，并通过资料阅读理解锻炼信息获取能力和整合能力。
认识金属矿物并了解金属冶炼方法
师展示常见金属矿物生观赏，通过资料阅读的方式了解金属冶炼的方法。





工业炼铁的方法和原理
提升生民族自豪感的同时知道工业炼铁的基本原理，锻炼信息整合的能力并学会看设备流程图。
生阅读资料了解我国钢铁生产在世界的地位并观看视频回答相关问题，找出工业炼铁核心反应。




以实验探究的方式展开教学，生根据资料提供的信息自主选择实验药品和仪器。并观看视频总结实验现象和注意事项。

锻炼生科学探究能力，信息获取能力和解决实际问题的能力。
实验室模拟工业炼铁


巩固所学知识，强化实验探究与创新意识。
师布置课下思考题和课后拓展练习题。
布置课下
任务

教学过程：
活动环节
教师为主的活动
学生为主的活动
环节一、
新课引入





【引入】前面的课程中我们已经学习了金属的物理和化学性质，了解了它们在生产生活中的重要作用。那么怎样才能得到金属单质呢？通过本节课的学习我们来一起寻找答案。
【阅读史实在线】







【提问】
1.古人炼银用到的金属矿物的主要成分是？
2.炼银的过程中哪部分是物理变化？
3.炼银过程中是否发生了化学变化？属于哪种基本反应类型?
【倾听】




【阅读】

【思考回答】
1.硫化银（Ag2S)
2.铅银分离
3.是，置换反应。


环节二：
认识常见金属矿物并了解金属的冶炼方法





【思考】金属元素在自然界的存在形式？





【提示】金属活动性顺序，活泼金属可能以单质形式存在吗？
【讲解】少数金属以单质形式存在，其它大多数金属元素在自然界都是以化合物形式存在于金属矿物中。
【讲解】下面，我们来认识几种常见的金属矿物，请大家看金属矿物图片（重点介绍铁的矿物，特别是赤铁矿石），组织提问并引领小组讨论答疑。

【提问】什么是金属的冶炼？

【讲解】将金属矿物变为金属的过程称之为金属的冶炼。
【提问】那么金属矿物是通过何种方法变为金属的呢？请同学们通过阅读以下资料寻找答案。
【PPT展示】







【提问】
1.金属冶炼的常见方法有哪几种？
2.铁的冶炼适合用哪种方法？
【讲解】以前我们已经学习过氧气和二氧化碳单个物质的制备方法，那么这里我们也可以了解到一类物质的制备方法。
【提问】请同学们课下思考这几种制备方法是否体现了金属的某种规律？
【小组合作讨论】
A组同学：混合物
B组同学：单质
C组同学：固态
D组同学：纯净物，化合物
E组同学：无机化合物
【回答】不能，容易和接触的物质反应，所以大多数以化合物形式存在。




【倾听】了解常见金属矿物。

【疑问1】金属矿物是纯净物吗？
【小组讨论回答】不是，金属矿物含有其他杂质，自然界中的物质大多是混合物。
【疑问2】都是含铁的矿石为什么颜色不同？
【小组讨论回答】铁在矿石中的存在形式不同，并非同一种化合物，不同物质物理性质存在差异。
【回答】比如炼铁就是把铁从矿石中提炼出来。
【倾听】




【阅读并思考】







【回答】
1.电解法，热还原法和热分解法。
2.热还原法。



【记录】学案中勾画课后思考题1
环节三：
简述工业炼铁的方法和原理
【讲解】我们已经初步了解了金属的冶炼方法，下面我们通过阅读一段文字来认识我国钢铁生产在世界中的地位。


【展示PPT】

【讲解】下面我们通过一段视频来了解工业炼铁的方法和原理，观看视频的过程中请同学们注意观察工业炼铁的设备，原料，原理以及核心反应。
【播放视频】

【提问】工业炼铁的核心反应是？


【提问】请同学们通过观看视频或课下查阅资料写出高炉炼铁中其他反应的化学方程式。
【讲解】通过回忆生铁和钢的区别，简述工业炼钢的原理。
【阅读体会】提升民族自豪感

【倾听】



【观看视频】了解工业炼铁的主要方法。

【回答】

【记录】学案中勾画课下思考题2


【倾听】

环节四：实验室模拟工业炼铁

【讲解】工业炼铁的主要原理是：高温下，用一氧化碳将铁从其氧化物中还原出来。下面我们来看一看在实验室是如何模拟工业炼铁的。
【讲解】模拟工业炼铁的实验该如何设计呢？依据科学的探究过程首先我们应该：
（1）确定研究对象
【提问】还原剂已经确定为CO，我们该选取何种含铁的化合物呢，原因是什么？请同学们思考。







【讲解】确定完研究对象，我们来
（2） 选择实验装置。首先，选择反应装置。
【提问】在选择装置时我们应注意哪些问题？
【归纳】依据反应物的状态和反应条件选择反应装置。
【提问】请你选择适合反应的发生装置。







【讲解】确定了发生装置，下面选择热源。【PPT展示】请同学们根据PPt中给出的资料进行热源的选择。









【提问】CO和Fe2O3反应，生成物除了Fe，还可能有什么？用什么试剂检验？用什么装置检验？

【提问】将反应装置、检验装置连接。此套装置仍有不足，为什么？如何处理多余的CO？
【归纳总结】转化法：将CO点燃转化为CO2 。此外还可以再利用，将CO导于酒精喷灯上方，做还原反应的部分热源。
【讲解】实验装置组装完毕，如图所示。

【播放视频】下面请同学们看视频，关注实验操作顺序，观察并在学案记录实验现象，完成现象记录表格。提示：主要观察点有三处：硬质玻璃管中、试管中、装置末端酒精灯处。此外还需要注意实验步骤并归纳注意事项。
【提示】视频观看完成后，请同学们通过组内合作用铅笔快速完成学案的填写。
【巡视】教师巡视，纠偏。
【归纳讲解】
1.实验原理：

2.实验现象：红色固体逐渐变黑，试管中有气泡产生，澄清石灰水变浑浊，导管末端产生蓝色火焰。
3.实验步骤：通灯灯通
4.注意事项：
实验开始：先通CO，再点燃酒精喷灯
实验结束：先熄灭酒精喷灯，再停止通CO
【提问】请同学们小组内讨论实验的操作顺序是必须严格遵守的吗？原因是？

【讲解】顺序及原因
【倾听】



【倾听】


【回答】选择氧化铁。
A同学：先排除后两者，因为会造成大气污染，前两者不知道如何排除。
B同学补充：根据铁的含量来判断，选择氧化铁。








【回答】
A同学：是否需要加热。
B同学：固态，液态还是气态。

【完成学案】学案中勾画并解释
【回答】该反应为气固高温型，故选择硬质玻璃管为反应容器。






【阅读资料】完成学案
【回答】选择酒精喷灯









【猜想】很可能是CO2。可以用澄清石灰水检验。装置必须密封。


【回答】CO有毒，未经处理，不能直接排放到空气中，会造成污染。可以将CO点燃转化为CO2 。













【观看】观看视频，分析所给问题。





【完善学案】小组合作根据视频内容完善学案。

【倾听改正】认真倾听，并及时纠正学案填写的错误。









【分析总结】小组合作分析总结，给出答案。

【倾听】
环节五：课堂练习及布置课下任务
【课堂练习】
1、工业上用一氧化碳还原赤铁矿炼铁反应的化学方程式为 。
2、除去二氧化碳中含有的少量一氧化碳，可采用的方法是（用化学方程式表示）
　　　　　　　　　　　　　　　。
3、A、B两种物质组成元素相同，A能
转化成B。写出符合上述要求的反应的化学方程式（能写出几个写几个）。

【巡视】教师巡视纠偏

【课下任务】
1、完成工业炼铁流程中方程式书写。
2、完成学案中课后拓展练习。
【练习】在学案中完成练习













【记录】课下需要完成的任务

（五）学习效果评价设计
1.纸笔测试：
完成情况
项目
评价人
自己
组员
组长
教师
课堂学案




课后练习




本节小测




组内听写




2.关于课堂教学“问题设计有效性”的课堂观察记录表
① 问题表述 A清晰　 B 模糊
② 问题的层次 A识记 B 理解 C 应用 D 无意义的随意性问题
③ 学生候答时间 A 充分 B 不充分
④ 回答形式 A 个人回答 B 齐答 C 启发回答 D 小组讨论后回答 E 自问自答
⑤ 教师理答方式 A 肯定表扬 B 启发引导 C 其他人补充完善
D老师补充完善
⑥ 目标达成情况 A 未完成 B 基本完成 C 圆满完成 ⑦ 写出所用时间
(追问或反问的问题做一下标记)
序号
具体问题
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
1
古人炼银用到的金属矿物的主要成分是？







2
炼银的过程中哪部分是物理变化？







3
炼银过程中是否发生了化学变化？属于哪种基本反应类型?







4
金属元素在自然界的存在形式？







5
金属活动性顺序，活泼金属可能以单质形式存在吗？







6
什么是金属的冶炼？







7
金属冶炼的常见方法有哪几种？







8
铁的冶炼适合用哪种方法？







9
工业炼铁的核心反应是？







10
还原剂已经确定为CO，我们该选取何种含铁的化合物呢，原因是什么？







11
在选择装置时我们应注意哪些问题？







12
CO和Fe2O3反应，生成物除了Fe，还可能有什么？用什么试剂检验？用什么装置检验？







13
将反应装置、检验装置连接。此套装置仍有不足，为什么？如何处理多余的CO？







14
请同学们小组内讨论实验的操作顺序是必须严格遵守的吗？原因是？







学生提出的问题:
1.金属矿物是纯净物吗？
2.都是含铁的矿石为什么颜色不同？
统计结果

①
②
③
④
⑤
⑥

统计









形成性评价:
（六） 教学反思
本节课的设计是以两条教学主线分属五个环节的形式开展的，两条主线分别是：1、金属元素是以化合物的形式存在于天然矿石中的（金属元素→化合物→矿石）；2、铁矿石通过工业冶炼可以获得生铁，实验室模拟工业炼铁（矿石→工业冶炼→实验室模拟工业冶炼）。依据以上两条主线设计了五个教学环节，在五个环节的设计中引入了大量课内课外的阅读资料和视频资料，旨在锻炼学生的信息获取整合能力和解决实际问题的能力。虽然考试说明中已经将本节课的内容淡化为知道知道一氧化碳可以将铁矿石中的铁还原出来，实验要求降低并不意味着实验探究的降低，针对此问题本节课的设计中将实验室模拟工业炼铁的内容设计为实验探究形式，更加强调了实验能力和实验探究的思路。此外，本节课是从单个物质的研究过渡到一类物质的研究，并从以前的单个物质的制备过渡到一类物质的制备。
这节课需要改进的地方：教学过程中应该适当减慢速度，注重学生笔记、学案的落实和教师板书的落实。对于本节课的核心反应为初中化学的一个重要反应，所以应该反复强化该反应化学方程式的书写，实验室模拟工业炼铁视频播放完成应该给学生留出充分的时间进行化学方程式和实验现象的书写。对于化学方程式和反应现象不应该只停留在说上，还应该落实在笔头上，如何正确的书写化学方程式和如何准确的描述实验现象是学习化学的基本技能，此过程可以适当延长时间，以教师巡视的形式为佳。课堂上还应该给学生留出更多提问题的时间，发散学生思维，打破思维定式，让学生成为课堂的主体。此外，教师还可以添加多角度认识该反应的环节，例如：如何除去CO2中混有的CO，如何除去CO中混有的CO2等。




























附1：
金属的冶炼学案

材料一：阅读教材34页史实在线，回答以下问题。
史实在线：
中国古代铜、钢铁、金、银、锡、铅、锌、汞等金属的冶炼技术在当时均居于世界的前列。中国古代的冶金技术，特别是秦汉以后的钢铁冶炼技术及其产品，不断向外输出，对亚洲各国产生很大影响。中国生铁（铸铁）的发明，大约比欧洲早1000多年。英国学者李约瑟认为，欧洲的铸铁技术是在11或12世纪由中国传出去。
据《天工开物》记载，古代把铅与含银的矿物（Ag2S）混合加热后，铅使硫化银还原成银，并形成熔融矿团。因银的密度比较小，浮于上层，再把铅、银分离，即可得到纯银。此法称为“沉铅结银”。
问题：
1．古人炼银用到的金属矿物的主要成分是　　　　　　　　。
2．炼银的过程发生物理变化的是 。
3. 炼银过程中发生的化学变化是 ；其基本反应类型为
材料二：金属的冶炼方法
资料阅读并回答以下问题：
大多数金属均用化学法提取，这些金属冶炼的本质是用还原剂使矿石发生还原反应（或加热使金属元素还原）。 具体有以下三种： 电解法 ：适合冶炼金属活动性很强的金属，因为这类金属不能用一般的还原剂使其从化合物中还原出来，只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。 热还原法 ：该法可冶炼较活泼的金属，碳、一氧化碳、氢气、活泼金属等是常用的还原剂。 热分解法 ：该法可冶炼某些不活泼金属，仅用加热的方法就可以从矿石中得到。
问题：
1．工业常用电解熔融氧化铝的方法获得铝，写出反应的化学方程式
2．你认为铁的冶炼可采用的方法是　　　　　　　　　　　　　　。
课下思考题1：
请同学们课下思考这几种制备方法是否体现了金属的某种规律？
材料四：工业炼铁（观看视频）
课下思考题2：请结合视频或课下查阅资料，写出工业炼铁过程中发生的有关反应化学方程式
　





实验：实验室模拟工业炼铁
选择装置：
发生装置为　　　　，理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

A B C D
加热装置：选择　　　　　　　　　　　。

　　酒精灯 　　　　　　酒精喷灯
小资料：《窑炉烧成过程中一氧化碳还原氧化铁的最好温度》一文中指出：实验证明，总反应式所标示的是“高温”。高温的话一般是指800度以上，一般的火焰无法达到的温度。酒精灯能达到的温度大概外焰400℃、中焰500℃、内焰300℃。酒精喷灯的最高温度是1000℃左右。
检验装置：　　选择　　　　　；理由　　　　　　　　　　　　　　　。

　　A B
尾气处理装置：以下装置不足之处是　　　　　　　　　　　　　，请用铅笔补充完整。







观看实验视频，在笔记本上记录实验现象，整理实验步骤，归纳注意事项。
课堂练习：
1．工业上用一氧化碳还原赤铁矿炼铁反应的化学方程式为 。
2．除去二氧化碳中含有的少量一氧化碳，可采用的方法是（用化学方程式表示）　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
3．A、B两种物质组成元素相同，A能转化成B。写出符合上述要求的反应的化学方程式（能写出几个写几个）。
课后拓展练习：
1.如图是实验室模拟工业炼铁的装置图。





（1）实验中观察到的现象 。
（2）实验中有关反应的化学方程式为 。
2．随着炼铁技术的进步，对物质资源的综合利用是大势所趋。竖炉冶铁工艺流程如下图所示, 根据下列流程图回答问题。







（1）该工艺的主要原料为氧气、　　　　　　　　　　　　。
（2）赤铁矿与CO反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）在催化反应室中，化合价发生改变的元素是　　　　　　　　　　　　。
3．我国是黄铁矿资源较丰富的国家。黄铁矿的主要成分是硫化亚铁（FeS2），其中硫元素的化合价为-1。由黄铁矿为原料生产硫酸的工业流程如下图所示。






（1）生产的第一步是将黄铁矿粉碎成小颗粒，在沸腾炉中焙烧。将黄铁矿粉碎的原因是________________________________________。
（2）生产的第二步是在接触室内将SO2转化为SO3，写出该反应的化学方程式：______。
（3）在生产过程中，化合价发生改变的元素有___________________。