金属资源的利用和保护[下学期]

课题3 金属资源的利用和保护
从容说课
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。
第一部分“铁的冶炼”是本课题教学的重点。教案设计时，把铁的冶炼原理和实验室模拟工业冶铁原理的实验，设计成了探究内容，以使学生主动参与、深刻理解。对金属资源概况这部分内容的学习，也特意精心设计，一是对学生的视野进行了拓展，二是为他们将来高中的学习作铺垫。
第二部分“金属资源的保护”，重点是有关铁的锈蚀以及防护的“活动与探究”内容。此部分内容全由学生通过实验、讨论、应用等环节来完成。关于金属资源的保护，也由学生通过联系实际、发挥想象、进行讨论等方式来认识和学习。
总之，本课题教案的设计，充分体现了学生为主、探究为主、教师引导这一特点。
教学目标
1．知识与技能
(1)知道一些常见金属如铁、铝、铜等的矿物，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含有某些杂质的反应物或生成物进行有关计算。
(3)了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。
(4)知道废旧金属对环境的污染，认识回收利用废旧金属等金属资源保护的重要性。
2．过程与方法
(1)通过观察、实验、阅读资料、联系实际等方法获取信息。
(2)运用比较、分析、联想、分类等方法对所获取的信息进行加工。
(3)能主动与他人进行交流与讨论，逐步形成良好的学习习惯和学习方法。
3．情感态度与价值观
(1)增强对生活和自然界中化学现象的好奇心和探究欲。
(2)关注与化学有关的社会问题，初步形成主动参与社会决策的意识。
(3)逐步树立珍惜资源、爱护环境、合理使用化学物质的观念。
(4)树立为社会的进步而学习化学的志向。
教学重点
1．铁的冶炼。
2．有关化学方程式计算中的杂质问题计算。
3．铁锈蚀的条件及其防护。
4. 合理利用金属资源的意识。
教学难点
1．对铁锈蚀条件及其防护措施的初步探究。
2．有关化学方程式计算中的杂质问题计算。
教学方法
联系实际→进行思考→实验探究→分析讨论→得出结论→联系实际→发挥想象→提高兴趣。
教具准备
投影仪(或录像机、图片等)、矿物标本(或图片)。
Fe2O3、石灰水、贮有CO的贮气瓶、磁铁、铁架台、酒精喷灯、酒精灯、试管、直玻璃管、橡胶塞、导管、火柴。
课时安排
2课时
第一课时：金属资源概况及铁的冶炼和有关杂质问题的计算。
第二课时：铁制品锈蚀条件的探究及金属资源的保护。
教学过程
第一课时
[引言]由前面的学习我们知道，金属是一类重要的材料，人类的生活和生产都离不开金属。由于地球上的金属资源是有限的，故我们需对其进行合理的利用和有效的保护。
[板书]课题3 金属资源的利用和保护
一、金属资源概况
[讲解]地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中，除少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外，其余都以化合物形式存在。以化合物形式存在的金属在自然界中以矿物形式存在。含有矿物的岩石称为矿石。工业上就是从矿石中来提炼金属的。
[请学生观看课本图8—16、8—17、8—18等有关金属资源的图片。或展示矿石样本或放录像]
[过渡]不同种类的金属在地壳中的含量并不相同。它们在地壳中呈怎样的分布趋势呢
请大家看课本P15“金属元素在地壳中的含量”的资料。
[或用投影如下图展示]
[问]人类目前普遍使用的金属有哪些
[答]铁、铝、铜等。
[追问]这是否和它们在地壳中的含量有一定的关系呢
[生]肯定有!因为铝、铁在地壳中的含量是所有金属中最多的。
[疑惑]铜的百分含量远小于铁和铝，为什么也普遍使用于我们的日常生活和工农业生产呢
[可让学生讨论、各抒己见]
[总结]这主要与铜的性质和铜的提炼成本有关。
[追问]那么，自然界含铁、铝、铜的矿石主要有哪些呢 它们的主要成分是什么
[生]含铁的矿石主要有赤铁矿(主要成分是Fe2O3)、黄铁矿(主要成分是FeS2)、菱铁矿(主要成分是FeCO3)；含铝的矿石主要是铝土矿(主要成分是Al2O3)；含铜的矿石主要是黄铜矿(主要成分是CuFeS2)和辉铜矿(主要成分是Cu2S)。
[承接]我国的金属矿物分布怎么样
[引导学生看课本有关内容]
答案：矿物种类齐全，矿物储量丰富，其中钨、钼、钛、锑等储量居世界前列，铜、铝、锰等储量在世界上占有重要地位。
[补充]虽说我国矿物种类比较齐全、矿物储量比较丰富，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。随着我国经济高速发展，对矿产资源需求增长很快，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，2l世纪初，我国矿产资源将出现全面紧缺的局面。
[过渡]现在，人类每年都要向地壳和海洋索取大量的金属矿物资源，以提取数以吨计的金属。其中，提取量最大的是铁。把金属矿物变成金属的过程，叫做金属的冶炼。炼铁的过程称之为铁的冶炼。下面，我们就来学习有关铁的冶炼的知识。
[板书]二、铁的冶炼
[介绍]早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器，从公元1世纪起，铁便成了一种最主要的金属材料。
[引导学生观看图8—19(我国古代炼铁图)]
[讲解]钢的主要成分就是铁。钢和铁有着非常广泛和重要的应用，它们在某种程度上代表了一个国家工业发展的水平。新中国成立后，我国的钢铁工业得到了飞速的发展。1949年，我国的钢产量只有15．8万吨，居世界第26位；1996年，我国的钢产量首次突破1亿吨，居世界前茅。
[引导学生观看图8—20(上海宝山钢铁公司炼铁高炉)和图8—21(为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨而发行的邮票)]
[介绍]我国辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花等地都有大型铁矿。
[过渡]铁矿石是怎样炼成铁的呢 现以赤铁矿的主要成分Fe2O3为例，来学习研究如何实现铁的冶炼。
[启发]比较Fe2O3与Fe的组成差异，设想用什么方法或试剂去完成铁的冶炼。
[学生讨论]Fe2O3与Fe在组成上只相差一种元素，即氧元素。要使Fe2O3变为铁关键是使Fe2O2失去“O”。可能的方案有：
1．加热使Fe2O3发生分解反应。
2．找寻一种物质使其主动夺去Fe2O3中的“O”。
[引导学生对以上方案评价]方案1要使Fe2O3分解，需较高的温度；又因为铁在高温下易与空气中的氧气反应，要使Fe2O3分解成功，还须在非空气氛围中进行，这样成本太高。方案2比较切实可行。但选用什么样的物质才能使Fe2O3失去“O”呢
[教师引导]我们可以从以前接触过的一些物质中，寻找适合这种条件的物质。请大家回忆、思考并讨论。
[学生讨论]
[结论]Mg、H2、C、CO等都符合条件。
[教师总结]事实上，这些物质都可把Fe2O3中的“O”夺走。但考虑到经济效益等原因，我们一般选用C或CO。
[师]请大家写出以CO和Fe2O3为反应物冶铁的化学方程式。
[板书]冶炼原理：
[学生板书]Fe2O3+3CO3CO2+2Fe
[教师引导]请大家利用自己的智慧，设计一个模拟铁的冶炼过程的化学实验，并最好能验证其生成产物。
[学生讨论]教师可引导学生从金属冶炼的一般条件、生成物的证明、尾气的处理等角度进行考虑。如根据经验学生可判断出金属冶炼的一般条件是高温；根据以前所学知识学生可想象到用澄清石灰水验证CO2；用磁铁验证铁的生成；CO有毒，尾气应处理等。
[演示实验8—3 一氧化碳还原氧化铁的实验]
注意：(1)实验前应先通CO把装置内空气排干净，然后再加热；反应完成后，须待试管内物质冷却后再停止通CO。
(2)反应完毕后，把得到的黑色粉末倒在白纸上观察，并试验它能不能被磁铁吸起，以判断反应中是否生成了铁。
[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与上述实验相同，但其规模、条件、装置与此差异很大。
[介绍]把铁矿石冶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，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。
[可投影展示如下图的炼铁高炉结构。另，若有条件，最好能播放工业生产中冶炼铁的录像，或参观钢铁厂]
[过渡]在冶铁的实际生产过程中，所用的原料或产物一般都含有杂质，故在计算用料和产量时就不可能不考虑杂质问题。
[板书]三、有关杂质问题的计算
[投影例题]用1000 t含氧化铁80％的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96％的生铁多少吨
[分析]本题是有关化学方程式的汁算，但化学方程式表示的是纯净物质之间的数量比，而不表示不纯物质之间的数量关系。故计算时须先进行换算。如果题目给出或要求算出不纯物质的质量，必须先换算成纯净物质的质量，或先计算出纯净物质质量再换算成不纯物质的质量。
[师]请大家根据以上分析，解答此题。
[学生活动]
[投影给出正确解法]如下：
解：1000 t赤铁矿石中含氧化铁的质量为
1000 t×80％＝800 t。
设：800 t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为x。
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 2×56
800 t x
x=
＝560 t。
折合为含铁96%的生铁的质量为
560 t÷96%=583 t。
答：1000 t含氧化铁80％的亦铁矿石，理论上可炼出含铁96％的生铁583 t。
或：
解：没理论上可炼出含铁96%的生铁的质量为x。
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 2×56
1000 t×80% x·96％
=,x=583 t。
答：1OOO t含氧化铁80%的亦铁矿石，理论上可炼出含铁96％的生铁583 t。
[课堂练习]习题4
[对练习中出现的错误进行分析和纠正]
[总结并板书]根据化学方程式进行计算时，要把含杂质物质的质量换算成纯物质的质量。
[小结]本节课我们主要学习了金属资源概况、铁的冶炼及有关杂质问题的计算等知识。
[布置作业]习题3、5
板书设计
课题3 金属资源的利用和保护
一、金属资源概况
二、铁的冶炼
冶炼原理：
Fe2O3+3CO3CO2+2Fe
三、有关杂质问题的计算
根据化学方程式进行计算时，要把含杂质物质的质量换算成纯物质的质量。
第二课时
[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(不包括今后新控要明的矿物储量、一些国家的金属储备量和金属的回收利用等)。
[议一议]1．金属腐蚀可给我们带来哪些危害
2．金属资源短缺对人类社会的发展意味着什么
[学生分组讨论，并交流讨论结果)
1题可能的回答有：
(1)金属大量腐蚀使冶炼金属的成本提高。
比如说既消耗能源，又浪费矿物，还可能产生大量的废气危害人类健康。
(2)使金属制品的寿命缩短。
(3)作为量器，将影响到其精确度。
(4)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。
(5)金属制品锈蚀，会影响其美观程度。
……
2题可能的回答有：
(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。
[教师鼓励学生畅所欲言，并对他们的奇思妙想进行评价]
[总结]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。
[引入]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]四、金属资源保护
[过渡]防止金属腐蚀是我们保护金属资源的有力措施。
[板书]1．金屑的腐蚀和防护
[讲解]金屑腐蚀是需要条件的，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。
[过渡]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：
实验结果：铁钉锈蚀的快慢顺序为1>2>3>4>5>6>7。
[根据以上实验，教师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。
[讲解]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的过程。
铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O。
[设问]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
[学生看书后回答]不能。
[讲解]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。
[问]为什么方案5中的铁钉比方案4中的铁钉锈得慢呢
[答]因为煮沸过的蒸溜水中氧气极少。
[过渡]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
[学生讨论]
[教师启发]铁制品的锈蚀是需要具备一定条件的。如果破坏铁制品锈蚀的条件，使它们不再具备锈蚀的基础。就能防止铁制品锈蚀。
[学生交流讨论结果]
如：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。
2．在铁制品外面穿一层保护衣，如可涂上隔绝空气的油脂、涂油漆、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。
3．一发现铁制品有锈蚀，就马上处理，以防止其继续蔓延。
……
[教师总结并板书]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。
[讨论]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
[学生讨论并回答]刷漆、涂油脂、镀其他金属等。
[过渡]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．金属资源保护
[启发]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。
[讨论]废弃金属的回收有什么意义
[学生讨论，并各抒己见]
可能的观点有：
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。
……
[讲解]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。
[讨论]你还知道保护金属资源的其他途径吗
[学生讨论并回答]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。……
[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)寻找金属代用晶
(5)物尽其用
[师]金属资源不可再生，我国随着经济的不断发展，金属资源呈日益短缺之势，故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，且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。
[小结]本节课我们主要探究了铁制品腐蚀和防护，同时讨论了金属资源的保护问题。
[布置作业]习题l、2、6
板书设计
四、金属资源保护
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