九年级下化学第八单元第三节金属资源的利用与保护-教案

金属资源的利用与保护
教学目标
知识与能力
知道常见金属矿石种类及提炼方法，能够依据化学方程式进行有关杂质问题的计算，了解铁锈蚀的条件及简单的防锈蚀方法，了解保护金属有效途径。
过程与方法
培养从化学角度分析事物的能力；能从铁制品锈蚀条件及简单防止方法去探究金属资源保护的有效途径。
情感态度与价值观
通过对金属资源的利用和保护的了解方法学习对科学知识本质有一定的认识；对理论知识的解释和应用能力有一定掌握。
教学重点与难点
本节课主要的内容是常见金属矿石种类及提炼方法，依据化学方程式进行有关杂质问题的计算，铁锈蚀的条件及简单的防锈蚀方法，金属资源的保护有效途径。
教学重点：知道赤铁矿和磁铁矿的主要成分；了解从铁矿石中将铁还原
出来的方法，了解铁生锈的实质过程，能恰当选择简单除锈的方法。
教学难点：能够依据化学方程式进行涉及及一定量杂质（杂质不参与反应）的反应物或生成物质量的计算。
教学过程
课堂实验——课题引入——实验探究——结果讨论——知识拓展
展示
一氧化碳还原氧化铁实验，工业上冶炼铁的视频，铁锈蚀条件的实验探究。
引入新课
日常生活中的金属如铁，它是怎么得到的，用的什么方法；生活中很多常见的金属制品会发生锈蚀，我们该如何去防护，保护这些金属资源。
问题1：金属单质的由来即金属的冶炼（实验室和工业）。
问题2：矿石中冶炼金属存在杂质如何确定产率？
问题3：金属会发生锈蚀该如何有效的保护金属资源？
实验探究
一氧化碳通入高温下的氧化铁中，并在后方连接装有澄清石灰水的试管，末端放置酒精灯。
实验过程
（1）检查装置气密性（2）将氧化铁粉末装入硬质玻璃管中并固定在铁架台上（3）像硬质玻璃管中铜一会一氧化碳气体（4）点燃③处酒精灯（5）点燃①处酒精喷灯，给氧化铁加热（6）反应结束后熄灭酒精喷灯（7）继续通入一氧化碳直至硬质玻璃管冷却（8）熄灭酒精灯。
实验结果
（1）红棕色粉末逐渐变为黑色，黑色粉末能被磁铁吸引（2）生成气体能使澄清石灰水变浑浊（3）尾气燃烧并产生蓝色火焰。
结果讨论
红棕色氧化铁被一氧化碳还原成单质铁，同时生成二氧化碳。在实验中有几点要注意的地方：（1）先通CO的目的：排除装置内空气，以免加热时CO与空气混合，可能会产生爆炸（CO不纯时会发生爆炸）（2）实验完毕后继续通CO直至硬质玻璃管冷却目的：防止还原成的铁粉在高温下被重新氧化，防止澄清石灰水倒流使硬质玻璃管炸裂（3）尾气的处理：CO有毒，所以尾气中CO要经点燃处理或收集备用，防止污染空气。
知识联想
氧化铁来源于赤铁矿，工业上所用的矿石种类还有很多，常见金属矿石名称及主要成分如下。
名称
主要成分化学式
铁的矿物
赤铁矿
Fe2O3
磁铁矿
Fe3O4
褐铁矿
Fe2O3.xH2O
黄铁矿
FeS2
铜的矿物
孔雀石
Cu2（OH）2CO3
赤铜矿
Cu2O
铝的矿物
铝土矿
Al2O3
我国是世界上已知矿物种类比较齐全的少数国家之一，矿物储量丰富，钨钼钛锡锑等储量居世界前列，铜铝锰等储量在世界上也占有重要地位。
大自然像人类提供了丰富的金属矿物资源，人类每年要提取的数以亿吨的金属，用于工农业生产和其他领域，其中，铁是目前人类从金属矿石中提取量最大的金属。
化学常识
铁矿石的区分：根据颜色、密度、光泽、磁性、条痕等进行区分，如赤铁矿为红棕色，磁铁矿为黑色，有磁性能导电。
冶炼金属，选择矿石的原则：①所提炼金属含量高②矿石在冶炼过程中对环境污染小③冶炼途径尽可能简洁。
。
问题延伸
工业上炼铁与实验室又有何不同呢？
炼铁原理
在高温下，利用高炉内反应生成一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来
原料
铁矿石、焦炭、石灰石、空气
主要设备
高炉
高炉内发生的有关反应
以赤铁矿为原料主要反应：
高温
3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2
以磁铁矿为原料主要反应：
高温
4CO+Fe3O4=3Fe+4CO2
焦炭的作用：
点燃
（1）提供热量：
C+O2=CO2
（2）提供还原剂：
高温
C+CO2=2CO
炼制过程中石灰石主要是将矿石中的二氧化硅转化为废渣除去。
产品
生铁，不是纯铁
问题关联
工业上炼铁的矿石都是混合物，含有很多杂质，实际生产中在计算用料和产量时要考虑道杂质的问题，那么杂质在反应中如何计算呢？
学生思考讨论
不纯物质中所含杂质怎么计算，纯物质在混合物中占有的量又叫什么，如何计算杂质的含量。
讨论结果
1.原理
实际生产中，所用原料一般都含杂质。在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题。
（1）化学方程式所表示的各物质发生化学反应时的关系，是纯净物之间的质量关系。
（2）实际生产中，原料和产物都不可能是纯净物，因为计算中必须将含杂质的物质的质量换算成纯净物的质量来计算。
2.不纯物质、纯物质、物质纯度之间的关系
（1）纯度=（纯物质的质量/不纯物质的总质量）
100%=1－杂质的质量分数；
(2)纯物质的质量=不纯物质的总质量
纯度
(3)不纯物质的总质量=纯物质的质量/纯度
(4)杂质的质量=不纯物质总质量
（1－纯度）
3.含杂质的物质计算的一般步骤：
(1)将含杂质的物质的质量换算成纯净物的质量
(2)将纯净物的质量带入化学方程式中计算
(3)将计算得到的纯净物质量换算成杂质物质的质量。
引入新问题
日常生活中经常看到一些金属发生锈蚀，我们思考金属锈蚀是在怎样的一个环境条件？
实验探究
以铁作为研究对象，探究铁制品锈蚀的条件。
实验过程
（1）在B试管中放入一根洁净的铁钉和经煮沸后冷却的蒸馏水（铁钉不完全浸入水中）（2）在A试管中放入一根洁净的铁钉，注入经煮沸冷却的蒸馏水完全浸没铁钉，然后在水面上覆盖一层植物油（3）将C中试管烘干，放入一根洁净的铁钉再在试管口塞上一团棉花，棉花上放一些干燥剂氯化钙，然后用橡皮塞塞紧试管口；（4）一周后观察三只试管中的现象
实验结果
A试管：铁钉没有生锈；B试管：铁钉生锈，在水面附近锈蚀严重；C试管：铁钉没有生锈。
分析结论
B中同时与水、氧气接触而生锈，A中只与水接触而不生锈，C中只与氧气接触不生锈；AB对比说明生锈要和氧气接触，BC对比说明生锈要与水接触。
铁钉生锈条件：铁与氧气、水同时接触，即铁生锈是铁与水、氧气共同作用的结果。
金属锈蚀的条件
①要有能够发生反应的物质，反应物要能互相接触，生成物不会对反应起阻碍作用。
②铝比铁化学性质活泼，但铝在空气中能与氧气反应形成致密的氧化膜，覆盖在铝的表面，从而保护里层的铝不再与氧气继续反应，因此铝比铁更耐腐蚀。
知识拓展
根据铁制品锈蚀的条件，寻找铁制品锈蚀的方法，以及金属资源如何保护？
学生讨论
可以从铁发生反应的物质和铁内部进行着手。
讨论结果
了解了铁制品锈蚀条件，就可以根据这些条件，寻找防止铁制品锈蚀的方法。铁生锈的条件：铁与氧气、水同时接触，即铁生锈是铁与水、氧气共同作用的结果。
（1）防止铁制品锈蚀的原理：破坏锈蚀的条件，隔绝空气和水。（破坏一个条件都可以）
（2）防止铁生锈的方法——干、膜、镀、烤、改。
干——保持铁制品表面洁净、干燥
膜——钢铁表面覆盖保护膜，如轮船汽车表面喷漆
镀——表面镀上其他金属，如钢铁上镀锌、铬
烤——用化学方法在钢铁表面形成致密氧化膜，如锯条表面的烤蓝
改——加入其他金属，改变其组成，如钢铁中加入镍制成不锈钢，增强抗腐蚀性。
金属资源保护
（1）金属资源保护的必要性
①储量有限，不可再生
②废旧金属随意丢弃不仅浪费资源，还会造成环境污染。
（2）有效途径
①防止金属锈蚀，回收利用废旧金属
②合理开采，寻找金属替代品
回收旧金属的意义：节约金属资源，减少环境污染
易错点睛
(1)铁粉具有疏松无规则结构，对自然光有较大的吸收能力，所以显黑色而不是银白色。
(2)进行含杂物质计算时，要看清题中给的质量分数时杂质的还是纯物质的，计算时，一般假定杂质不发生反应，换算后的纯位置质量在代入化学方程式时要找准对应位置。
(3)铁制品锈蚀条件探究实验中采用煮沸后迅速冷却的蒸馏水目的是除去水中溶解的氧气；在水面覆盖一层植物油为了隔绝氧气，防止氧气溶解在水中。
(4)铁生锈的实质时铁与氧气、水蒸气等发生缓慢氧化的过程。生成的铁锈主要成分是Fe2O3.xH2O，铁锈为红棕色，结构疏松多孔，不能阻碍里面的铁继续与氧气、水反应，因此铁能全部锈蚀。
知识拓展
（1）高炉炼铁得到的是生铁主要成分是铁，还含有C,Mn等元素；实验室一氧化碳还原氧化铁得到的可能是铁粉和氧化铁的混合物。
（2）炼铁主要原料是铁矿石，主要产品是生铁。炼钢主要原料是生铁，主要产品是钢。将生铁炼成钢主要是将过量的碳转化为气体除去，百炼成钢主要反应是燃烧的反应
环境中某些物质会加快铁的锈蚀，如酸。食盐溶液接触的铁制品更容易生锈。如夏天用刀切菜，不及时清洗，很快就会生锈。
（3）铜生锈的条件：铜与空气、水、二氧化碳同时接触，铜锈主要成分是Cu2（OH）2CO3，俗称铜绿。
（4）铁生锈的原理应用：利用铁粉缓慢氧化放热制成防寒暖贴，生锈吸水、氧气制作铁粉双吸剂。
（5）除锈方法，物理方法：砂纸打磨，高压水冲；化学方法：酸洗法。利用铁与稀盐酸或稀硫酸
反应生成可溶性物质。