初中化学人教版（2024）九年级下册（2024）金属资源的利用和保护第1课时教案设计

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新课导入
[情境导入] 展示图片。
人类生活离不开金属:
社会的进步与发展也需要大量的金属:
思考:金属有广泛的用途,我们可以从自然界中直接获取金属单质吗?
[问题导入] 你知道成语“沙里淘金”的含义吗?你知道“沙里淘金”的原理吗?生活中需要大量的铁、铜、铝等金属,这些金属是如何获得的?这一节课,我们一起学习金属的冶炼。
[复习导入] 地壳中含量最高的金属元素是什么?目前世界年产量最高的金属是什么?说出你所知道的金属矿石,这些矿石中的金属元素哪些是以单质形式存在的,哪些是以化合物形式存在的?(展示各种矿石图片)你想和同学们一起探究矿石变成金属的冶炼过程吗?
教学建言
[建言] 含杂质物质的计算
(1)学生阅读教材例题;分组讨论;学生代表讲解思路和要点;共同总结解题方法。
(2)关系图突破难点。
①分步计算:
②综合计算:
Fe2O3+3CO3CO2+2Fe
160112
赤铁矿×纯度生铁×纯度
温馨提示:
①不论分步计算还是综合计算,代入化学方程式的量必须是氧化铁或纯铁的质量。
②设的未知量和题目中代入的量一定要符合。
情境素材建议
【新课标情境素材建议1】
金属矿产资源及其分布
地球上已知的矿物有三千多种,其中锂、钴、镍、锡、钾盐矿物的储量如图所示。
金、银等贵金属以单质形式存在于矿石中,最早人们将其从矿石中提取出来,作为货币进行交易,现在广泛应用于精密仪器中。从铁矿中提取的铁是现阶段应用最广泛的金属。石英是一种无机矿物质,石英晶体能产生高频振荡,且极其稳定,因此被广泛应用在钟表上,石英钟每日计时可精准到十万分之一秒。稀土被称为“新材料之母”,我国的稀土储量最多时占世界的71.1%,但2012年显示,我国稀土储量约占世界总储量的23%。稀土能与多种材料组合,形成性能优越的新材料,例如,被用于太空恶劣环境的航天材料钛合金、镁合金,均是因为加入稀土元素而提高了性能。
矿产资源是地球馈赠给人类的宝贵财富,它属于不可再生资源,只有保护矿产资源才能满足人类社会的可持续发展。
考查点:
(1)全球锂、钴、镍、锡、钾盐矿物中储量最多的是 钾盐 。
(2)金、银在矿石中能以单质形式存在的原因是 金、银的化学性质不活泼 。
(3)用化学方程式表示工业上从赤铁矿中提取铁的原理: Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 。
(4)加入了稀土元素的钛合金具有的优良性能是 硬度大(或耐腐蚀,或强度大等,合理即可) 。
(5)保护金属矿产资源的有效措施有 有计划、合理地开采金属矿物(或严禁私采滥挖,或提高矿物的利用率等,合理即可) 。
【新课标情境素材建议2】
中国古代的金属冶炼
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,对亚洲各国产生了很大影响。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世纪由中国传去的。
殷墟考古发现,3000多年前我国已经采用火法炼铜。孔雀石与燃烧的木炭接触,分解生成氧化铜,既而氧化铜与木炭发生化学反应,转化为金属铜。
2CuO+C2Cu+CO2↑
西汉《淮南万毕术》中记载“曾青得铁则化为铜”。“曾青”指铜的化合物溶液,遇到铁时有铜生成,这个过程即为湿法炼铜。
我国的冶铁技术大约出现在西周(公元前1046~公元前771)时期,冶炼出“生铁”使我国成为世界上最早发明和使用“生铁”的国家。人类早期炼制的“熟铁”也叫“块炼铁”,它是铁矿石在800~1000 ℃的条件下,用木炭直接还原得到的海绵状固体块,含杂质多且难加工成型。而我国发明的生铁冶炼技术,是在1150~1300 ℃条件下进行的,得到液态铁,可连续生产且易浇铸成型。由“块炼铁”到“生铁”是炼铁技术上的一次飞跃。
沉铅结银(《天工开物》)
据《天工开物》记载,古代把铅与含银的矿物[主要成分是硫化银(Ag2S)]混合加热后,铅使硫化银变成银,并形成熔融矿团。因银的密度比较小,浮于上层,把铅、银分离,即可得到纯银。此法称为“沉铅结银”。
要求学生阅读资料,思考以下问题:
1.用化学方程式表示湿法炼铜、木炭还原赤铁矿(氧化铁)、铅置换硫化银(铅的化合物中铅的化合价为+2)三个化学反应。
2.分析“块炼铁”与“生铁”的生产原理,谈谈对调控化学反应有什么新认识。
3.整理、归纳以上铜、铁、银冶炼的过程和原理,分别从物质类别、化学反应类型、反应条件、金属元素化合价等角度分析,谈谈化学变化在金属冶炼中的重要作用。
4.你还知道哪些可以生产金属单质的化学反应?(例如,拉瓦锡研究空气中氧气含量时涉及的氧化汞分解、电解氧化铝得到铝等)写出这些反应的化学方程式,并分析其反应类型。
板书设计
[设计1]
[设计2]
课题3 金属资源的利用和保护
第1课时 金属矿物 铁的冶炼
一、金属资源概况
二、铁的冶炼
1.实验原理:3CO+Fe2O32Fe+3CO2
2.原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气
3.设备:高炉
4.产物:生铁
三、含杂质物质的有关化学方程式的计算
课后“练习与应用”变式题
[1题变式]
[变式角度:考查内容] “金银铜铁锡”俗称五金,在这五种金属中,有单质形式存在于自然界中的银白色固体是( )
A.铁B.铜C.金D.银
[答案] D
[2题变式]
[变式角度:化学观念——分类观] 金属材料在人类生活和社会发展中起到了重要作用。金属储量有限,而且不能再生,怎样保护金属资源呢?在生产生活中人们经常采用以下做法:
①在水龙头表面镀铬
②禁止不顾国家利益乱采矿
③齿轮和轴承位置涂油
④用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮和汽车零部件
⑤汽车表面喷漆
⑥喝完的易拉罐不乱丢弃,收集起来卖给废品收购站
请你从保护金属资源有效途径的角度分类,能归为一类的做法序号是 ,分类的标准是均为 。
[答案] ①③⑤ 在金属表面覆盖保护层隔绝氧气和水与铁接触
[3题变式]
[变式角度1:控制变量思想] 某同学根据铜绿[Cu2(OH)2CO3]的成分作出猜想:金属铜锈蚀的条件除有二氧化碳和水外,还必须有氧气。为证明“必须有氧气”,下列实验必须进行的是( )
A.①②B.①④C.②④D.③④
[答案] A
[变式角度2:实验创新] 实验是化学研究的重要手段。图甲为教材中探究铁锈蚀条件的实验装置,约一周后能观察到明显现象。小组同学对部分实验进行了改进,使出现明显现象的时间缩短至5~10 min,改进后的装置如图乙所示(夹持装置已略去)。下列说法不正确的是
( )
A.图甲实验中,对比A和C可知,铁生锈与氧气有关
B.图乙实验中,证明铁生锈与水有关的现象为U形管左侧铁丝生锈,右侧铁丝不生锈
C.图乙实验能够在较短时间内观察到明显现象,其主要原因是提供了充足的氧气,使反应速率加快
D.图乙实验的优点是在一定程度上缩短了实验时间,但仍存在不足,如不能控制氧气产生速率
[答案] A
[变式角度3:传感技术应用] 铁生锈的原理能用于制作“暖宝宝”。某“暖宝宝”的成分为铁粉、蛭石(保温作用)、吸水性树脂、食盐和活性炭。探究小组利用如图甲装置进行探究,实验结果如图乙。下列说法错误的是( )
A.“暖宝宝”发热原理是铁粉与H2O、O2反应
B.由O2浓度变化推测,铁粉可用作食品脱氧剂
C.封装“暖宝宝”的外包装袋应选透水、透气的材料
D.“暖宝宝”能快速放热,铁钉生锈需较长时间,说明反应物形状是影响反应速率的因素之一
[答案] C
[4题变式]
[变式角度:考查方式] 炼铁时用到的一些铁矿石(括号内为主要成分的化学式)如图所示,若测定其中杂质的百分含量均相同,从环保和产率看,你选择的优良矿石是( )
[答案] D
[5题变式]
[变式角度:考查方式] 下列金属矿石和其主要成分对应正确的是( )
A.磁铁矿—FeOB.软锰矿—TiO2C.赤铜矿—CuOD.铝土矿—Al2O3
[答案] D
[6题变式]
[变式角度1:考查方式] 文具美工刀是生活中常用物品之一,在使用后为防止其生锈,应做到( )
A.刷上油漆B.隔绝氧气C.保持干燥D.密封保存
[答案] C
[变式角度2:考查角度] 下列关于金属或金属材料的说法合理的是( )
A.自然界中的金属都是以化合物的形式存在的
B.人类利用金属的历史由早到晚的顺序是铜、铁、铝
C.焊锡、铁矿石都属于合金,都是金属材料
D.用金属钨作灯丝主要是利用其导电性好
[答案] B
[7题变式]
[变式角度:生产工艺流程] 金属钛(Ti)是航空、医疗等方面的重要材料,具有奇特的性能,被誉为“未来金属”,如图是以金红石(主要成分是TiO2)为原料制备金属钛的流程。
(1)金红石属于 (填“纯净物”或“混合物”)。
(2)电解槽中发生反应的化学方程式为 。
(3)氯化炉中会有尾气一氧化碳生成,写出一氧化碳的一种用途: 。
(4)还原炉中的反应条件是高温和氩气氛围,有关反应的化学方程式为2Mg+TiCl4Ti+2X。则X的化学式是 ,其中氩气的作用是 。
[答案] (1)混合物 (2)MgCl2Mg+Cl2↑ (3)冶炼金属(合理即可)
(4)MgCl2 作保护气,防止镁、钛在高温的条件下被氧化
[8题变式]
[变式角度:实验情境] 小菁为了探究某冶炼厂赤铁矿石中氧化铁的质量分数,设计了如图所示的装置进行实验,测得赤铁矿石中氧化铁的质量分数为80%。
(1)现炼铁厂利用该赤铁矿石5000 t,理论上可炼出纯铁多少吨?
(2)在利用图中装置进行实验时,小菁得到如下两组数据(杂质不参加反应),你认为他应该选用 (填“A”或“B”)组数据来计算赤铁矿石中氧化铁的质量分数;结合装置图回答他不选用另一组数据计算可能的原因: (写出一点即可)。
(3)该实验需要改进的地方有 。
[答案] (1)解:设理论上可炼出纯铁的质量为x。
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
5000 t×80% x
160112=5000t×80%x x=2800 t
答:理论上可炼出纯铁2800 t。
(2)A 澄清石灰水也会吸收空气中的二氧化碳,导致数据m4有误差
(3)增加尾气处理装置
[9题变式]
[变式角度:科普阅读] 阅读分析,解决问题。
揭秘月背月壤成分
2024年6月25日,嫦娥六号返回器准确着陆于内蒙古四子王旗预定区域,工作正常,这标志着探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功,使我国成为首个在月球背面南极—艾特肯盆地采集月壤样品1935.3 g并返回的国家。嫦娥六号探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分组成。采集回的月壤样品密度较低,表明其结构较为松散,孔隙率较高。
矿物学分析显示,嫦娥六号月壤样品的主要组成为斜长石(32.6%)、辉石(33.3%)和玻璃(29.4%)。样品中铝的氧化物和钙的氧化物含量较高,而铁的氧化物含量相对较低,这与月海玄武岩和斜长岩混合物的特征一致。此外,样品中的钍(Th)、铀(U)和钾(K)等元素含量明显较低,与嫦娥五号任务的样品表现出了巨大差异。
我们研究月壤成分是为了未来人类在月球上造房子时我们可以原位采样、原位制造、原位运用。如果我们把材料从地球运送到月球上,每增加1 g,发射的火箭的质量就会增加500倍,成本大大增强,且火箭运送的能力也是有限的。
(1)嫦娥六号探测器由 部分组成。
(2)嫦娥六号月壤样品具有的特点是 ,表明其结构 。
(3)氧化铝可用来电解制取铝,同时产生一种气体,请写出该反应的化学方程式: 。
(4)月壤样品中钙的氧化物含量较高。常见的钙的氧化物的化学式是 。
(5)人类研究月壤的意义是 (写1点)。
[答案] (1)四 (2)密度较低 较为松散,孔隙率较高 (3)2Al2O34Al+3O2↑
(4)CaO (5)为了未来人类在月球上造房子时我们可以原位采样、原位制造、原位运用(合理即可)
教材参考答案
[教材P19~20探究]
[教材P20思考与讨论]
这个问题开放性比较强,讨论中要充分发挥学生的主体作用。(1)引导学生根据铁钉生锈条件进行思考并展开讨论,如不与水接触,保持干燥等。(2)讨论前布置学生仔细观察自行车不同构件的防锈措施,依据观察展开讨论,如支架进行电镀,链条涂油等。
[教材P21思考与讨论]
结合教科书“科学·技术·社会”栏目,引导学生查阅资料,说明我国稀土资源的储量、开采、使用及国家相关规定,使学生能从稀土的重要性及我国稀土的过去、现在和未来等多个层面,了解稀土资源合理利用与保护的重要性。
[教材P22~23练习与应用·参考答案]
1.D 2.D 3.A 4.C
5.(1)Fe3O4 (2)Cu2O (3)Al2O3
6.(1)沙漠地区气候干燥,空气中水分含量较低。
(2)大多数金属在自然界以金属矿物的形式存在,如赤铁矿、磁铁矿、铝土矿等。还有少数金属在自然界中以单质形式存在,如金、银等。
7.提示:炉甘石(ZnCO3)在高温下分解生成氧化锌和二氧化碳,在高温下氧化锌与木炭反应。
ZnCO3ZnO+CO2↑ 2ZnO+C2Zn+CO2↑ 2Cu2O+C4Cu+CO2↑
8.2714.3 t
9.可通过网络、专业书籍等查阅资料,了解我国金属矿物种类和储量的相关信息。关于金属矿物的种类,分类方法不唯一,注意引导学生关注分类依据。关于金属的储量,可结合地理等学科知识调查不同地域金属的储量,也可以调查不同种类金属的储量。组别
反应前
反应后
A组
玻璃管和赤铁矿石样品的质量m1 g
玻璃管和固体物质的质量m2 g
B组
烧杯和澄清石灰水的质量m3 g
烧杯和烧杯中物质的质量m4 g
目的
设计对比实验,得出铁钉生锈的条件。
现象
(约一周后)第一支试管中的铁钉表面生成了一层红棕色的物质,在水面与空气交界处的铁钉部分,生成的红棕色物质最多;第二支试管中铁钉表面没有明显的变化;第三支试管中铁钉仍光亮如初。
结论
铁钉生锈需要铁与空气中的氧气、水蒸气接触,发生化学反应。