金属资源的利用和保护

课题3金属资源的利用和保护
本课题涉及面很广，包括地球上及我国的金属资源情况、铁的冶炼、有关化学方程式计算中的杂质问题计算、金属的腐蚀和防护，以及金属资源的保护等，既有知识、技能方面的内容，又有环境意识和资源意识等情感领域的内容。

本课题由常见金属矿物的照片以及资料“金属元素在地壳中的含量”表引入，简单介绍了地球上及我国的金属资源情况。

人类对地球上金属矿物资源的利用主要是用来冶炼金属，而其中冶炼量最大的是铁。

因此，教材很自然地转入到对铁的冶炼的讨论中。

第一部分“铁的冶炼”是本课题教学的重点。

教材除简要地介绍了我国冶炼铁的历史外，主要是通过实验，说明从铁矿石中将铁还原出来的化学反应原理，并结合炼铁的实际情况，以例题的方式介绍了化学方程式计算中有关杂质问题的计算。

这样，把化学原理、计算和生产实际紧密地结合在一起，使学习和实际成为有机的整体，有利于学生主动参与学习。

第二部分“金属资源的保护”，重点是有关铁的锈蚀以及防护。

该活动与探究内容包括提出问题、设计实验并实施、讨论、得出结论、对结论进行应用等多个步骤，对培养学生的创新精神和解决实际问题的能力具有较大的价值。

关于金属资源的保护，教材中首先以图示的方法给出了一些矿物可供开采的年限，形象地说明了金属矿物资源是有限的，以及金属资源保护的重要性。

教材中简要地介绍了废旧金属的回收利用、合理开采矿物等保护金属资源的措施。

第1课时铁的冶炼
知识与技能
1．知道一些常见的金属(如铁、铝、铜)等矿物，了解从铁矿石中将铁还原出来的方法。

2．会根据化学方程式对反应物或生成物中含有的某些杂质进行计算。

过程与方法
通过收集资料、查阅资料、讨论交流等具体探究活动，培养学生良好的学习习惯和学习方法。

情感、态度与价值观
使学生体会学习化学的价值；保持和增强对生活中化学现象的好奇心和探究欲，培养学生学习化学的兴趣。

重点
了解从常见铁矿石中提炼铁的原理。

难点
冶炼铁的原理和含杂质等不纯物的化学方程式的计算。

多媒体课件：常见矿石的图片；视频：我国的钛资源、参观炼铁厂、一氧化碳还原氧化铁的实验。

一、新课导入
1．在日常生活中，经常要接触到与铁有关的物品，如铁门、铁锅等。

而一个国家的经济命脉——重工业，更离不开钢铁的使用。

那么钢铁是如何从铁矿石中冶炼出来的呢？
2．金属材料的使用，标志着人类的进步和发展。

我国在商代就炼制了青铜器，春秋战国时期就会炼铁炼钢。

想想，如何把金属矿石中的金属冶炼出来。

这节课我们一起来了解铁
的冶炼方法。

3．地球上的金属广泛存在于地壳和浩瀚的海洋中，像金、银等少数不活泼的金属在自然界中以单质的形式存在，因此，人们可以“沙里淘金”。

其他金属在自然界以化合物的形式存在，而以化合物形式存在的金属在自然界又以矿物形式存在。

含有矿物的岩石称为矿石。

工业上是从矿石中提炼金属的。

二、新课教学
[板书]一、金属资源的概况
1．师：欣赏自然界中几种金属单质和一些矿石图片，并说说赤铁矿和磁铁矿的主要成分是什么？
生：赤铁矿主要成分：Fe2O3；磁铁矿主要成分：Fe3O4；黄铁矿主要成分：FeS2。

2．请各小组同学思考：为什么金银等少数金属在自然界存在单质，而绝大多数金属元素只能以化合物的形式存在？
生：金、银的化学性质比较稳定，不易被氧化。

像铝、铁、铜等金属相对较活泼，容易被氧化，而以化合物的形式存在。

3．展示：
金属元素在地壳中的含量
界前列，铜、铝、锰等的储量在世界上占重要地位。

虽然我国矿物种类比较齐全，储量比较丰富，但由于多种因素的影响，我国主要矿产品进口量呈逐年上升趋势。

随着我国经济的高速发展，对矿产资源需求增长加快，主要矿产资源短缺的态势日益明显。

如果地质勘探无重大突破，不久的将来，我国矿产资源将出现全面短缺的局面。

过渡：炼铁的过程称为铁的冶炼。

[板书]二、铁的冶炼
【活动一】了解将铁从铁矿石中还原出来的原理和方法。

师：我国辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花等地都有大型铁矿。

那么如何才能炼成铁呢？现在以赤铁矿(主要成分为Fe2O3)为例，介绍如何炼铁。

1．【活动探究】如何炼铁？
讨论：如何将铁矿石中的Fe2O3转化成铁单质？
[学生讨论]
方案一：加热使Fe2O3发生分解。

方案二：寻找一种物质，主动使其夺走Fe2O3中的“O”。

优缺点：方案一，需要较高的温度，在高温条件下铁又易与氧气反应，因此要使分解成功，还必须在非空气氛围中进行，但这样成本太高。

方案二，比较切合实际，但大家考虑寻找什么物质才能夺走其中的“O”。

[学生讨论]氢气、炭和一氧化碳等都符合条件。

[结论]在工业上，综合考虑经济效益和安全等因素，一般选用炭或一氧化碳。

师：我们也可以把炼铁的原理呈现给大家。

2．欣赏实验室用一氧化碳还原铁的氧化物的装置。

(1)该实验的反应原理是什么？(用化学方程式表示)CO在该反应中的作用是什么？
(2)为什么装置最后要放一盏点燃的酒精灯？相关化学方程式怎么写？还可以用什么方法代替酒精灯？
师：知道了实验装置后，那么该实验怎样操作呢？
3．看动画演示，了解CO 还原氧化铁的实验过程。

(小组内交流，找出合理答案→小组代表抢答展示→老师点评)
[实验步骤]在硬质试管中，放入少量的氧化铁粉末，先通入一氧化碳，排出管内的空气后，加热氧化铁，当红棕色粉末变成黑色时停止加热。

试管内物质冷却后，停止通入一氧化碳。

[讨论](1)将产物通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊，说明生成了什么气体。

把得到的黑色粉末放在白纸上观察，该物质能被磁铁吸引，说明生成的固体是什么物质？请写出有关化学方程式。

(2)为什么先通CO 然后才能点灯？为什么先熄灯然后才能停止通CO?
(3)木炭和一氧化碳有相似之处，具有还原性。

能否用木炭还原氧化铁？写出化学方程式。

(4)分别写出一氧化碳还原四氧化三铁和氧化铜的化学方程式。

(5)为什么要用两个酒精灯？(学生讨论)
[结论]反应中生成了二氧化碳和铁单质。

先通一氧化碳气体，熄灭酒精灯后继续通一氧化碳是为了防止生成的铁被空气中的氧气氧化。

[总结]上述实验是实验室模拟铁的冶炼过程，工业上铁的冶炼原理虽然与上述实验相同，但其规模、条件、装置等与此差异很大。

把磁铁矿炼成铁是一个复杂的过程。

工业上炼铁时，把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉，在高温下，利用焦炭和氧气反应生成一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来。

[板书]三、有关杂质问题的化学计算
过渡：在实际生产中，原料的产品往往含有杂质，那如何去安排原料投放的多少和估计产品的多少呢？我们一起来讨论研究“活动二”。

【活动二】逐步学会涉及到杂质问题的化学计算。

例题 冶炼2000 t 含杂质3%的生铁，理论上需要含Fe 3O 480%的磁赤铁矿石多少t?
[4CO ＋Fe 3O 4=====高温
3Fe ＋4CO 2 相对原子质量 Fe －56 C －12 O －16]
解：设理论上需要含Fe 3O 480%的磁赤铁矿石的质量为x ，则：
4CO ＋Fe 3O 4=====高温3Fe ＋4CO 2
232 168
x ·80% 2000 t ×(1－3%)
232x ×80%＝1682000 t ×（1－3%）
解得x ＝3348.8 t
答：理论上需要含Fe 3O 480%的磁赤铁矿石3348.8 t 。

三、课堂小结
本节课通过类比的方法，由实验室用一氧化碳还原氧化铁的原理认识和理解了工厂炼铁原理。

通过学习，也初步掌握了有关杂质的计算。

课题3 金属资源的利用和保护
第1课时 铁的冶炼
一、金属资源概况
二、铁的冶炼
冶炼原理：3CO ＋Fe 2O 3=====高温
2Fe ＋3CO 2
三、有关杂质问题的化学计算
根据化学方程式进行计算时，要把含杂质的物质的质量换算成纯物质的质量。

本课题的知识内容学生较为熟悉，课上我用丰富的素材引导学生感知学习的对象，从生活经验出发，引出课题，激发了学生的学习兴趣，让学生以科学家的身份来研究金属矿物的种类、钢铁的冶炼。

整个教学过程体现了“从生活走向化学，从化学走向社会”的理念。

更可贵的是学生在教学中充分发挥了主体作用，自主实验，自主评价，无疑使他们的自信心更强、学习兴趣更浓。

第2课时 金属资源的保护
知识与技能
1．了解金属蚀锈的条件，了解防止金属生锈的简单方法。

2．知道废弃金属对环境的污染，认识回收金属的重要性。

过程与方法
通过对铁生锈条件的实验设计进行探究，学习控制实验条件以及对实验现象进行比较、分析、概括，并得出结论。

情感、态度与价值观
树立珍惜资源、爱护环境、合理使用资源的观念。

重点
了解金属生锈的条件和金属资源的保护方法，激发学生的探究欲。

难点
如何让学生学会解决生活中金属蚀锈的问题。

教师：多媒体课件：防锈的方法(视频)、钢铁的蚀锈和危害(视频)、水俣病与废旧电池的回收(视频)。

学生：在一周前做好的铁钉生锈探究的对比实验，废旧电池的污染情况的材料。

一、新课导入
自然界的金属资源很丰富，但是金属腐蚀也是普遍存在的现象。

金属被腐蚀后，在外形、色泽和机械性能等方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染、酿成爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，使国民经济受到巨大损失。

因此研究金属腐蚀原理，采取防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。

二、新课教学
[展示投影资料]
资料一：据有关资料报道，现在世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20%～40%。

资料二：矿物的储量有限，而且不能再生。

根据已探明的一些矿物的储藏量，并根据目前这些金属的消耗速度，有人估计一些矿物可供开采的年限如下图所示(不包括今后新探明的矿物储量、一些国家的金属储备量和金属的回收利用等)。

据估计一些矿物可供开采的年限
师：金属腐蚀可给我们带来哪些危害？
生1：一、金属大量腐蚀使冶炼金属的成本提高；既消耗能源，又浪费矿物，还可能产生大量的废气，危害人类健康。

二、使金属制品的寿命缩短。

生2：作为量器，将影响到其精确度。

生3：若高科技领域所用金属制品锈蚀，如在火箭上，将会失之毫厘，谬以千里，其带来的损失不可估量。

生4：金属制品锈蚀，会影响其美观程度。

师：金属资源短缺对人类社会的发展意味着什么？
生：1.金属资源短缺时，将会使好多金属冶炼厂因缺乏原料而倒闭，工人下岗。

2．人们设计好的金属制品将会因原料短缺而无法付诸实践，即心想事不成。

3．我们现在的交通工具多是金属制品。

若金属资源短缺，它们的数量将急剧减少，从而影响人们的交流和旅行等。

4．要是没有那么多的金属起导电作用，我们势必会经常生活在黑暗中。

5．金属资源短缺虽会影响人类对金属制品的使用，但它却可以促使人们去寻找更好的替代品。

(师鼓励学生畅所欲言，并对他们的奇思妙想进行评价)
师：由大家刚才的讨论可知，金属腐蚀和金属资源短缺对人类是严峻的挑战。

因此，保护金属资源也就成了目前我们所面临的重大问题。

[板书]金属资源的保护
师：防止金属腐蚀是我们保护金属资源的有力措施。

[板书]1.金属的腐蚀和防护
师：金属腐蚀是需要条件的，如要有能够发生反应的物质，反应物要能相互接触，生成物不会对反应起阻碍作用等等。

只要我们知道了金属腐蚀的条件，就能知道如何防止金属制品腐蚀。

下面，就让我们以生活中最常见的铁制品为例来探究铁制品的锈蚀条件及防锈措施。

[板书](1)铁制品锈蚀条件的探究
[投影]现有洁净无锈的铁钉、试管、稀硫酸(或醋酸)、食盐水、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花和干燥剂氯化钙。

试设计实验比较铁钉在不同环境中的锈蚀速度。

(注：此实验在约一周前已给学生布置)
(学生交流实验方案和实验结果)学生设计的方案大约有以下几种：
[步骤]取几个洁净无锈的铁钉，分别放入试管中，进行下列实验：
1．在试管1中加入稀硫酸或醋酸浸没铁钉；
2．在试管2中加入稀硫酸或醋酸浸没铁钉，浸没铁钉后，倒去溶液；
3．在试管3中加入少量食盐水，使铁钉一部分浸在溶液中；
4．在试管4中加入少量的蒸馏水，使铁钉一部分浸在水中；
5．在试管5中注满迅速冷却的沸水；
6．在试管6中注满迅速冷却的沸水，再加入植物油；
7．在试管7中加入少量的干燥剂(生石灰或无水氯化钙)，再放一团干棉花，塞紧橡皮
塞。

[实验结果]铁钉锈蚀的快慢顺序为1>2>3>4>5>6>7。

师根据以上实验，引导学生得出导致铁钉锈蚀的因素，并板书：
在水、氧气同时存在的环境中铁能锈蚀。

酸和氯化钠能使铁在氧气、水存在的环境中加速锈蚀。

师：铁制品锈蚀的过程，实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应生成铁锈的过程。

铁锈的主要成分是Fe2O3·x H2O。

铝与氧气反应生成的氧化铝能起到保护里层铝的作用。

铁锈是否也能保护里层的铁呢？
生：不能。

师：铁锈是一种疏松多孔的物质。

具有吸水性，它能让水分和空气中的氧气穿过它的空隙，不断向里层渗透，继续跟铁反应，直至铁被完全锈蚀。

故铁锈反而能加速里层铁的生锈。

为什么方案5中的铁钉比方案4中的铁钉锈得慢呢？
生：因为煮沸过的蒸馏水中氧气极少。

师：了解了铁制品锈蚀的条件，我们应该采取什么措施来防止铁制品的生锈呢？
[板书](2)铁制品的防护措施
生1：铁制品放置时要远离酸性环境，尽量放置在干燥的环境中。

生2：给铁制品外面穿一层“保护衣”，如：可涂上隔绝空气的油脂、油漆、镀上一层耐腐蚀的其他金属、高温灼烧金属、进行“烤蓝”处理等等。

生3：一发现铁制品有锈蚀，就马上处理，以防止其继续蔓延。

……
[师生总结归纳，并板书]①把铁制品放在非酸性的干燥环境中。

②为其穿一层耐腐蚀的外衣。

师：自行车的构件如支架、链条、钢圈等，分别采取了什么防锈措施？
生：刷漆、涂油脂、镀其他金属等。

师：上面我们讨论了铁制品的腐蚀和防护。

对于金属资源，除了采取防止金属腐蚀的措施外，还可以通过什么途径来使金属资源得到保护呢？
[板书]2.金属资源的保护
师：废品收购站为什么要收购废铁、废铜和易拉罐等金属？
生：回收它们是为了对它们进行再利用。

师：很正确！金属的回收和利用是保护金属资源的又一有效途径。

废弃金属的回收有什么意义？
生：(1)可节约金属资源。

(2)由于金属冶炼需在高温下进行，回收废弃金属并再利用可节约能源。

(3)降低金属制品的生产成本，可方便人们得到物美价廉的金属制品。

(4)可减少重金属对水体和土壤的污染。

师：据估算，回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐要便宜20%，1 t废钢铁回炉冶炼可炼成近1 t钢，跟用铁矿石冶炼相比，能节约11 t煤和铁矿石，减少污染空气的悬浮微粒11 kg，可见回收利用废金属，具有巨大的社会和经济效益。

目前世界上已有50%以上的铁和90%以上的金属得到了回收和利用。

你还知道保护金属资源的其他途径吗？
生：合理开采矿物，可避免乱采矿所引起的金属资源的浪费；寻找金属的代用品也可使金属资源得到保护；进一步研究金属的结构和性质，使各种金属都能最大限度地得以运用……
[师总结并板书](1)防止金属腐蚀
(2)回收和利用废旧金属
(3)合理开采矿物
(4)寻找金属代用品
(5)物尽其用
三、课堂小结
本节课我们主要探究了铁制品的腐蚀和防护，同时讨论了金属资源的保护问题。

金属资源不可再生，随着经济的不断发展，我国的金属资源呈日益短缺之势，因此保护金属资源，人人有责。

希望大家能从身边做起，从自己做起，也希望大家能好好学习，能在将来利用你的智慧找出更多的金属代用品，从而使我们的未来不再为金属资源的匮乏而发愁。

第2课时金属资源的保护
1．金属的腐蚀和防护
(1)铁制品锈蚀条件的探究
在水、氧气同时存在的环境中铁能锈蚀。

酸和氯化钠能使铁在氧气、水存在的环境中加速锈蚀
(2)铁制品的防护措施
①把铁制品放在非酸性的干燥的环境中
②为其穿一层耐腐蚀的外衣
2．金属资源的保护
(1)防止金属腐蚀
(2)回收和利用废旧金属
(3)合理开采矿物
(4)寻找金属代用品
(5)物尽其用
本课题涉及的知识面实际上很广，介绍了地球上及我国的金属资源情况、铁的冶炼、化学方程式中有关杂质问题的计算、金属的腐蚀和防护以及金属资源的保护等，既有知识、技能方面的内容，又有环境意识和资源意识等情感领域的内容。

所以在本课题的设计上，我充分运用了丰富的视频素材资源引导学生去感知所学的知识，巧妙地设计问题，然后将学习的主动权交给学生，利用教材并结合视频素材所提供的资源以及自己准备的探究实验，让学生进行讨论和交流。

教师仅仅是一个组织者和引导者，给学生一个展示自己的平台，有利于培养学生的表达能力和交流合作能力，让学生在课堂上充分发挥主体作用，学生学习的主动性会更强。

实验活动4金属的物理性质和某些化学性质
知识与技能
1．巩固和加深对金属性质的认识。

2．培养实验设计能力。

过程与方法
1．通过实验认识探究问题的方法。

2．通过实验获得的事实，分析得出科学的结论。

情感、态度与价值观
1．认识金属的性质对日常生活及工、农业生产的作用。

2．选择低成本的金属能完美地完成实验，节约利用资源。

重点
金属活动性的强弱。

难点
设计并进行实验。

试管、试管夹、酒精灯、坩埚钳、电池、导线、小灯泡、火柴、镁条、锌粒、铝片、铁片、铁粉、铜片、黄铜片(或白铜片)、稀盐酸、稀硫酸、硫酸铜溶液、硝酸银溶液。

一、导入新课
师：本单元我们学习了金属的物理性质及合金的性质，有几点呢？
生：色泽、密度、硬度、熔点、导电性等。

二、推进新课
1．金属的物理性质。

(1)师：请大家观察并描述镁、铁、铜的颜色和光泽。

生：镁和铁是银白色的，铜是紫红色的，都有亮度，有金属光泽。

(2)师：黄铜和铜哪个的硬度大？
生：黄铜的硬度大于铜。

师：我们采用相互刻画的方法，比较铜片和铝片、铜片和黄铜片的硬度。

学生动手操作，得出结论：
硬度：铜片>铝片 黄铜片>铜片
(3)让学生设计并进行实验，证明金属具有导电性(或导热性、延展性)。

师引导：用导线、小灯泡、电池串联成一个闭合电路看灯泡是否亮。

学生动手操作，教师巡视指导。

2．金属的化学性质。

(1)师：金属能与哪些单质反应？
生：金属能与氧气反应。

演示：用坩埚钳取一块铜片，放在酒精灯火焰上加热，紫红色铜变成黑色氧化铜。

2Cu ＋O 2=====加热
2CuO
(2)师：镁条、铝片、锌粒、铁片、铜片是否与稀盐酸(稀硫酸)反应？能生成什么物质？ 生：这五种物质只有铜片不反应，其他都有氢气生成。

师：怎样证明生成了氢气？
生：收集该气体，用导管导出点燃，火焰上方罩一个干燥、冷的烧杯，有水珠生成证明这种气体是氢气。

师：向五支试管中，分别放入少量镁条、铝片、锌粒、铁片、铜片，然后分别加入5 mL 稀盐酸(稀硫酸)，观察现象，是否有气体产生？是何种气体？
学生动手操作，教师巡视指导。

师：有什么现象？
生：除铜片的试管没变化，其余都有气体生成。

铝片、锌粒、镁条的试管溶液无色，铁片试管溶液呈浅绿色。

师：通过实验能得出什么结论？
生：在金属活动顺序里，位于氢前面的金属能置换出稀盐酸(稀硫酸)中的氢生成氢气。

3．金属与金属化合物反应遵循金属活动性强弱规律。

师：现有铁片、铜片、硫酸铜溶液、硝酸银溶液，同学们自己设计并进行实验(我们学
习过的金属活动顺序)。

学生设计并操作实验，教师巡视指导。

师：请同学们按书上的表填写实验报告。

生：Fe Cu Ag 金属活动性由强到弱
在金属活动性顺序里，位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的化合物的溶液里置换出来。

三、课堂小结
本节课我们通过观察正确描述了金属的颜色，采取互刻、比较硬度设计实验等方式验证了金属的导电性及金属活动性强弱顺序。

1．金属的物理性质
(1) Mg 、Al 、Fe 银白色有光泽，铜紫红色有光泽
(2)铜比铝硬、黄铜比铜硬
(3)灯泡亮证明金属导电
2．金属的化学性质
(1)铜与氧气反应
2Cu ＋O 2=====加热2CuO
(紫红色) (黑色)
(2)活泼金属与稀盐酸或稀硫酸反应
Mg ＋2HCl===MgCl 2＋H 2↑
2Al ＋6HCl===2AlCl 3＋3H 2↑
Zn ＋2HCl===ZnCl 2＋H 2↑
Fe ＋2HCl===FeCl 2＋H 2↑
Cu ＋HCl——不反应
2H 2＋O 2=====点燃2H 2O
证明结论：在金属活动性顺序里，位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢。

(3) Fe ＋CuSO 4===FeSO 4＋Cu
Fe ＋2AgNO 3===2Ag ＋Fe(NO 3)2
Fe ＋2HCl===FeCl 2＋H 2↑
证明结论：在金属活动性顺序里，位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的化合物溶液里置换出来。

本节课通过实验活动，加深了学生对事物的外在表现和内在性质的认识。

通过师生互动，培养了学生动脑、动手、分析设计总结的能力，通过现象看本质，对知识的记忆理解更加深刻了。