课题3金属资源的利用和保护教案.docx
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课题3金属资源的利用和保护教案
课题3金属资源的利用和保护
【教学目标】
(一)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。
(二)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。
(三)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
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?
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?
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?
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)。
(引导学生看课本有关容)
我国矿物种类齐全,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。
(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,以提取数亿吨计的金属。
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(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)]
(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。
(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Fe2O3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I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。
Mg、H2、C、CO等都符合条件。
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。
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:
Fe2O3+3CO
3CO2+2Fe
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。
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把装置空气排干净,然后再加热;反应完成后,须待试管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。
(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。
(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1000t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计算,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。
(学生活动)
解:
1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为
1000t×80%=800t。
设:
800t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为x。
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
1602×56
800tx
=560t。
折合为含铁96%的生铁的质量为
560t÷96%=583t。
答:
1000t含氧化铁80%的赤铁矿石,理论上可炼出含铁96%的生铁583t。
或:
解:
设理论上可炼出含铁96%的生铁的质量为x。
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
1602×56
1000t×80%x·96%
,x=583t。
答:
1000t含氧化铁80%的赤铁矿石,理论上可炼出含铁96%的生铁583t。
(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。
【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+3CO
3CO2+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
四、金属资源保护
(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)。
(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?
(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。
……
(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。
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)1.金属的腐蚀和防护
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。
(活动探究)
(1)铁制品锈蚀条件的探究
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:
(1)、试管①中加入稀硫酸或醋酸溶液,浸没铁钉后,倒去溶液;
(2)在试管②中加入少量的氯化钠溶液,使铁钉的一半浸没在溶液中;
(3)在试管③中把铁钉放在一团湿棉球上;
(4)在试管④中注满迅速冷却的沸水,塞紧橡皮塞;
(5)在试管⑤中加入少量干燥剂(生石灰或无水氯化钙),再放一团干棉球,把铁钉放在干棉球上,塞紧橡皮塞。
实验结果:
铁钉锈蚀的快慢顺序为①>②>③>④>⑤。
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?
(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④中的铁钉比方案③中的铁钉锈得慢呢?
因为煮沸过的蒸馏水中氧气极少。
(讨论)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?
(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。
……
(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?
(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?
(启发)废品收购站为什么要收购废铁、废铜和易拉罐等金属?
回收它们是为了对它们进行再利用。
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?
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%,1t废钢铁回炉冶炼可炼成近1t钢,跟用铁矿石冶炼比,能节约11t煤和铁矿石,减少污染空气的悬浮微粒11kg,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?
(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,使各种金都能最大限度地得以运用。
……
(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。
【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
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