張悅-課題3金屬資源的利用和保護

課題3 金屬資源的利用和保護蔡園鎮(zhèn)初級中學(xué) 張悅【教學(xué)目標】（一）知識與技能1、知道一些常見金屬如鐵、鋁、銅等的礦物，了解從鐵礦石中將鐵還原出來的方法。2、會根據(jù)化學(xué)方程式對含有某些雜質(zhì)的反應(yīng)物或生成物進行有關(guān)計算。3、了解金屬銹蝕的條件以及防止金屬銹蝕的簡單方法。4、知道廢舊金屬對環(huán)境的污染，認識回收利用廢舊金屬等金屬資源保護的重要性。（二）過程與方法1、通過觀察、實驗、閱讀資料、聯(lián)系實際等方法獲取信息。2、運用比較、分析、聯(lián)想、分類等方法對所獲取的信息進行加工。3、能主動與他人進行交流與討論，逐步形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)方法。（三）情感態(tài)度與價值觀1、增強對生活和自然界中化學(xué)現(xiàn)象的好奇心和探究欲。2、關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的社會問題，初步形成主動參與社會決策的意識。3、逐步樹立珍惜資源、愛護環(huán)境、合理使用化學(xué)物質(zhì)的觀念。4、樹立為社會的進步而學(xué)習(xí)化學(xué)的志向?！窘虒W(xué)重點】1、鐵的冶煉。2、有關(guān)化學(xué)方程式計算中的雜質(zhì)問題計算。3、鐵銹蝕的條件及其防護。4、合理利用金屬資源的意識?！窘虒W(xué)難點】1、對鐵銹蝕條件及其防護措施的初步探究。2、有關(guān)化學(xué)方程式計算中的雜質(zhì)問題計算。【教學(xué)方法】聯(lián)系實際進行思考實驗探究分析討論得出結(jié)論聯(lián)系實際發(fā)揮想象提高興趣?！窘叹邷蕚洹客队皟x(或錄像機、圖片等)、礦物標本(或圖片)。Fe2O3、石灰水、貯有CO的貯氣瓶、磁鐵、鐵架臺、酒精噴燈、酒精燈、試管、直玻璃管、橡膠塞、導(dǎo)管、火柴?！菊n時安排】2課時第一課時：金屬資源概況及鐵的冶煉和有關(guān)雜質(zhì)問題的計算。第二課時：鐵制品銹蝕條件的探究及金屬資源的保護?！窘虒W(xué)過程】第一課時一、金屬資源概況（講解）地球上的金屬資源廣泛地存在于地殼和浩瀚的海洋中，除少數(shù)很不活潑的金屬如金、銀等有單質(zhì)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屬在自然界中以礦物形式存在。含有礦物的巖石稱為礦石。工業(yè)上就是從礦石中來提煉金屬的。（請學(xué)生觀看課本圖816、817、818等有關(guān)金屬資源的圖片?；蛘故镜V石樣本或放錄像）（過渡）不同種類的金屬在地殼中的含量并不相同。它們在地殼中呈怎樣的分布趨勢呢？請大家看課本P15“金屬元素在地殼中的含量”的資料。（或用投影如下圖展示）（問）人類目前普遍使用的金屬有哪些？鐵、鋁、銅等。（追問）這是否和它們在地殼中的含量有一定的關(guān)系呢？肯定有！因為鋁、鐵在地殼中的含量是所有金屬中最多的。（疑惑）銅的百分含量遠小于鐵和鋁，為什么也普遍使用于我們的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)呢？（可讓學(xué)生討論、各抒己見）（總結(jié)）這主要與銅的性質(zhì)和銅的提煉成本有關(guān)。（追問）那么，自然界含鐵、鋁、銅的礦石主要有哪些呢？它們的主要成分是什么？含鐵的礦石主要有赤鐵礦(主要成分是Fe2O3)、黃鐵礦(主要成分是FeS2)、菱鐵礦(主要成分是FeCO3)；含鋁的礦石主要是鋁土礦(主要成分是Al2O3)；含銅的礦石主要是黃銅礦(主要成分是CuFeS2)和輝銅礦(主要成分是Cu2S)。（引導(dǎo)學(xué)生看課本有關(guān)內(nèi)容）我國礦物種類齊全，礦物儲量豐富，其中鎢、鉬、鈦、銻等儲量居世界前列，銅、鋁、錳等儲量在世界上占有重要地位。（過渡）現(xiàn)在，人類每年都要向地殼和海洋索取大量的金屬礦物資源，以提取數(shù)億噸計的金屬。其中，提取量最大的是鐵。把金屬礦物變成金屬的過程，叫做金屬的冶煉。煉鐵的過程稱之為鐵的冶煉。下面，我們就來學(xué)習(xí)有關(guān)鐵的冶煉的知識。（板書）二、鐵的冶煉（介紹）早在春秋戰(zhàn)國時期，我國就開始生產(chǎn)和使用鐵器，從公元1世紀起，鐵便成了一種最主要的金屬材料。引導(dǎo)學(xué)生觀看圖819(我國古代煉鐵圖)（講解）鋼的主要成分就是鐵。鋼和鐵有著非常廣泛和重要的應(yīng)用，它們在某種程度上代表了一個國家工業(yè)發(fā)展的水平。新中國成立后，我國的鋼鐵工業(yè)得到了飛速的發(fā)展。1949年，我國的鋼產(chǎn)量只有15.8萬噸，居世界第26位；1996年，我國的鋼產(chǎn)量首次突破1億噸，居世界前茅。引導(dǎo)學(xué)生觀看圖820(上海寶山鋼鐵公司煉鐵高爐)和圖821(為紀念1996年中國鋼產(chǎn)量突破1億噸而發(fā)行的郵票)（過渡）鐵礦石是怎樣煉成鐵的呢？現(xiàn)以赤鐵礦的主要成分Fe2O3為例，來學(xué)習(xí)研究如何實現(xiàn)鐵的冶煉。（啟發(fā)）比較Fe2O3與Fe的組成差異，設(shè)想用什么方法或試劑去完成鐵的冶煉。（討論）Fe2O3與Fe在組成上只相差一種元素，即氧元素。要使Fe2O3變?yōu)殍F關(guān)鍵是使Fe2O3失去“O”?？赡艿姆桨赣校?加熱使Fe2O3發(fā)生分解反應(yīng)。2找尋一種物質(zhì)使其主動奪去Fe2O3中的“O”。（引導(dǎo)學(xué)生對以上方案評價）方案I要使Fe2O3分解，需較高的溫度；又因為鐵在高溫下易與空氣中的氧氣反應(yīng)，要使Fe2O3分解成功，還須在非空氣氛圍中進行，這樣成本太高。方案2比較切實可行。但選用什么樣的物質(zhì)才能使Fe2O3失去“O”呢?（教師引導(dǎo)）我們可以從以前接觸過的一些物質(zhì)中，尋找適合這種條件的物質(zhì)。請大家回憶、思考并討論。Mg、H2、C、CO等都符合條件。事實上，這些物質(zhì)都可把Fe2O3中的“O”奪走。但考慮到經(jīng)濟效益等原因，我們一般選用C或CO。請大家寫出以CO和Fe2O3為反應(yīng)物冶鐵的化學(xué)方程式。（板書）冶煉原理：Fe2O3+3CO 3CO2+2Fe請大家利用自己的智慧，設(shè)計一個模擬鐵的冶煉過程的化學(xué)實驗，并最好能驗證其生成產(chǎn)物?？梢龑?dǎo)學(xué)生從金屬冶煉的一般條件、生成物的證明、尾氣的處理等角度進行考慮。如根據(jù)經(jīng)驗學(xué)生可判斷出金屬冶煉的一般條件是高溫；根據(jù)以前所學(xué)知識學(xué)生可想象到用澄清石灰水驗證CO2；用磁鐵驗證鐵的生成；CO有毒，尾氣應(yīng)處理等。（演示實驗83一氧化碳還原氧化鐵的實驗）注意：(1)實驗前應(yīng)先通CO把裝置內(nèi)空氣排干凈，然后再加熱；反應(yīng)完成后，須待試管內(nèi)物質(zhì)冷卻后再停止通CO。(2)反應(yīng)完畢后，把得到的黑色粉末倒在白紙上觀察，并試驗它能不能被磁鐵吸起，以判斷反應(yīng)中是否生成了鐵。 （介紹）把鐵礦石冶煉成鐵是一個復(fù)雜的過程。工業(yè)上煉鐵時，把鐵礦石和焦炭、石灰石一起加入高爐，在高溫下，利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來。（投影展示如下圖的煉鐵高爐結(jié)構(gòu)。另，若有條件，最好能播放工業(yè)生產(chǎn)中冶煉鐵的錄像，或參觀鋼鐵廠）（過渡）在冶鐵的實際生產(chǎn)過程中，所用的原料或產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì)，故在計算用料和產(chǎn)量時就不可能不考慮雜質(zhì)問題。（板書）三、有關(guān)雜質(zhì)問題的計算（投影例題）用1000t含氧化鐵80的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵96的生鐵多少噸？（分析）本題是有關(guān)化學(xué)方程式的計算，但化學(xué)方程式表示的是純凈物質(zhì)之間的數(shù)量比，而不表示不純物質(zhì)之間的數(shù)量關(guān)系。故計算時須先進行換算。如果題目給出或要求算出不純物質(zhì)的質(zhì)量，必須先換算成純凈物質(zhì)的質(zhì)量，或先計算出純凈物質(zhì)質(zhì)量再換算成不純物質(zhì)的質(zhì)量。（學(xué)生活動）解：1000t赤鐵礦石中含氧化鐵的質(zhì)量為1000t80=800t。設(shè)：800t氧化鐵理論上可以煉出鐵的質(zhì)量為x。Fe2O33CO 2Fe3CO2160 256800t x=560t。折合為含鐵96的生鐵的質(zhì)量為560t96=583t。答：1000t含氧化鐵80的赤鐵礦石，理論上可煉出含鐵96的生鐵583t。或：解：設(shè)理論上可煉出含鐵96的生鐵的質(zhì)量為x。Fe2O33CO 2Fe3CO2160 2561000t80 x96，x=583t。答：1000t含氧化鐵80的赤鐵礦石，理論上可煉出含鐵96的生鐵583t。（總結(jié)并板書）根據(jù)化學(xué)方程式進行計算時，要把含雜質(zhì)物質(zhì)的質(zhì)量換算成純物質(zhì)的質(zhì)量?！景鍟O(shè)計】課題3金屬資源的利用和保護一、金屬資源概況二、鐵的冶煉冶煉原理：Fe2O33CO 3CO22Fe三、有關(guān)雜質(zhì)問題的計算根據(jù)化學(xué)方程式進行計算時，要把含雜質(zhì)物質(zhì)的質(zhì)量換算成純物質(zhì)的質(zhì)量。第二課時四、金屬資源保護（資料）資料一：據(jù)有關(guān)資料報道，現(xiàn)在世界上每年因腐蝕而報廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于年產(chǎn)量的2040。資料二：礦物的儲量有限，而且不能再生。根據(jù)已探明的一些礦物的儲藏量，并根據(jù)目前這些金屬的消耗速度，有人估計一些礦物可供開采的年限如下圖所示(不包括今后新探明的礦物儲量、一些國家的金屬儲備量和金屬的回收利用等)。（議一議）1金屬腐蝕可給我們帶來哪些危害？2金屬資源短缺對人類社會的發(fā)展意味著什么？（分組討論，并交流討論結(jié)果）1題可能的回答有：(1)金屬大量腐蝕使冶煉金屬的成本提高。比如說既消耗能源，又浪費礦物，還可能產(chǎn)生大量的廢氣危害人類健康。(2)使金屬制品的壽命縮短。(3)作為量器，將影響到其精確度。(4)若高科技領(lǐng)域所用金屬制品銹蝕，如在火箭上，將會失之毫厘，謬以千里，其帶來的損失不可估量。(5)金屬制品銹蝕，會影響其美觀程度。2題可能的回答有：(1)金屬資源短缺時，將會使好多金屬冶煉廠因缺乏原料而倒閉，工人下崗。(2)人們設(shè)計好的金屬制品將會因原料短缺而無法付諸實踐，即心想事不成。(3)我們現(xiàn)在的交通工具多是金屬制品，若金屬資源短缺，它們的數(shù)量將急劇減少，從而影響人們的交流和旅行等。(4)要是沒有那么多的金屬起導(dǎo)電作用，我們勢必會經(jīng)常生活在黑暗中。(5)金屬資源短缺雖會影響人類對金屬制品的使用，但它卻可以促使人們?nèi)ふ腋玫奶娲?。（總結(jié)）由大家剛才的討論可知，金屬腐蝕和金屬資源短缺對人類是嚴峻的挑戰(zhàn)。因此，保護金屬資源也就成了目前我們所面臨的重大問題。（板書）1金屬的腐蝕和防護金屬腐蝕是需要條件的，如要有能夠發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，反應(yīng)物要能相互接觸、生成物不會對反應(yīng)起阻礙作用等等。只要我們知道了金屬腐蝕的條件，就能知道如何防止金屬制品腐蝕。（活動探究） (1)鐵制品銹蝕條件的探究現(xiàn)有潔凈無銹的鐵釘、試管、稀硫酸(或醋酸)、食鹽水、經(jīng)煮沸迅速冷卻的蒸餾水、植物油、棉花和干燥劑氯化鈣。試設(shè)計實驗比較鐵釘在不同環(huán)境中的銹蝕速度。注：此實驗在約一周前已給學(xué)生布置。（學(xué)生交流實驗方案和實驗結(jié)果）學(xué)生設(shè)計的方案大約有以下幾種：(1)、試管中加入稀硫酸或醋酸溶液，浸沒鐵釘后，倒去溶液；(2)在試管中加入少量的氯化鈉溶液，使鐵釘?shù)囊话虢]在溶液中；(3)在試管中把鐵釘放在一團濕棉球上；(4)在試管中注滿迅速冷卻的沸水，塞緊橡皮塞；(5)在試管中加入少量干燥劑(生石灰或無水氯化鈣)，再放一團干棉球，把鐵釘放在干棉球上，塞緊橡皮塞。實驗結(jié)果：鐵釘銹蝕的快慢順序為。在水、氧氣同時存在的環(huán)境中鐵能銹蝕。酸和氯化鈉能使鐵在氧氣、水存在的環(huán)境中加速銹蝕。（講解）鐵制品銹蝕的過程，實際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程。鐵銹的主要成分是Fe2O3xH2O。（設(shè)問）鋁與氧氣反應(yīng)生成的氧化鋁能起到保護里層鋁的作用。鐵銹是否也能保護里層的鐵呢？ （講解）鐵銹是一種疏松多孔的物質(zhì)，具有吸水性，它能讓水分和空氣中的氧氣穿過它的空隙，不斷向里層滲透，繼續(xù)跟鐵反應(yīng)，直至鐵被完全銹蝕。故鐵銹反而能加速里層鐵的生銹。（問）為什么方案中的鐵釘比方案中的鐵釘銹得慢呢？因為煮沸過的蒸餾水中氧氣極少。（討論）了解了鐵制品銹蝕的條件，我們應(yīng)該采取什么措施來防止鐵制品的生銹呢？ （交流討論結(jié)果）如：1鐵制品放置時要遠離酸性環(huán)境，盡量放置在干燥的環(huán)境中。2在鐵制品外面穿一層保護衣，如可涂上隔絕空氣的油脂、涂油漆、鍍上一層耐腐蝕的其他金屬、高溫灼燒金屬，進行“烤藍”處理等等。3一發(fā)現(xiàn)鐵制品有銹蝕，就馬上處理，以防止其繼續(xù)蔓延。（總結(jié)并板書）把鐵制品放在非酸性的干燥環(huán)境中。為其穿一層耐腐蝕的外衣。（討論）自行車的構(gòu)件如支架、鏈條、鋼圈等，分別采取了什么防銹措施？（討論并回答）刷漆、涂油脂、鍍其他金屬等。（過渡）上面我們討論了鐵制品的腐蝕和防護。對于金屬資源，除了采取防止金屬腐蝕的措施外，還可以通過什么途徑來使金屬資源得到保護呢？（啟發(fā)）廢品收購站為什么要收購廢鐵、廢銅和易拉罐等金屬？回收它們是為了對它們進行再利用。金屬的回收和利用是保護金屬資源的又一有效途徑。（討論）廢棄金屬的回收有什么意義？可能的觀點有：1可節(jié)約金屬資源。2由于金屬冶煉需在高溫下進行，回收廢棄金屬并再利用可節(jié)約能源。3降低金屬制品的生產(chǎn)成本，可方便人們得到物美價廉的金屬制品。4可減少重金屬對水體和土壤的污染。（講解）據(jù)估算，回收一個鋁制飲料罐比制造一個新飲料罐要便宜20，1t廢鋼鐵回爐冶煉可煉成近1t鋼，跟用鐵礦石冶煉比，能節(jié)約11t煤和鐵礦石，減少污染空氣的懸浮微粒11kg，可見回收利用廢金屬，具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。目前世界上已有50以上的鐵和90以上的金屬得到了回收和利用。（討論）你還知道保護金屬資源的其他途徑嗎？（討論并回答）合理開采礦物，可避免亂采礦所