《铁及其化合物》教学设计.

第三章 第二节《金属及其化合物》《铁及其化合物》

宜宾学院 化学与化工院 康敏

【教材分析】

《铁及其化合物》选自《普通高中课程标准实验教材书 必修1》，本节内容安排在第三章第二节《几种重要的金属化合物》中，内容主要包括：金属的化学性质、几种重要的金属化合物、用途广泛的金属材料三个知识点。本节内容从“石器、青铜到铁器”引出迄今为止人类使用最为广泛的金属——铁，并结合所学过的用铁的冶炼、几种常见金属的性质、氧化还原反应、金属活泼顺序等相关知识为基础，学习化学与社会、生活的联系，体现铁及其化合物的历史地位和生活价值。

【教学目标】

<知识与技能>

  

<过程与方法>

 通过金属冶炼的三种方法的学习，培养学生归纳、总结规律的能力  由整个教学过程培养学生自主学习、探究，分析问题、解决问题的能力

<情感•态度•价值观>

 围绕古代金属冶炼史的讲解，使学生更能体会古代人类的智慧，并能体会化

学课程的人文内涵

 由金属冶炼的相关知识与生活、社会工业发展的结合学习，激发学生对化学

的学习兴趣

 通过金属回收、资源保护相关知识培养学生环保意识、资源观 【教学重点】

 金属冶炼的实质：氧化还原反应

 工业冶炼金属的三种方法：热分解法、热还原法、电解法，及不同金属其冶

炼方法的选择

【教学难点】

 三种冶炼方法原理的掌握  不同金属冶炼方法的选择

【学情分析】

本课程主要以扩展学生对于金属冶炼的相关知识面，加深学生对于金属冶炼的深度了解，加强学生对化学与社会生活紧密联系的认识为根本目的。

学生在初中已学过用碳还原氧化铜、铁的冶炼等相关知识，为此课程的学习打下一定的基础；在选修1的教材中已经对氧化还原反应的相关知识进行了较详细的学习，对于氧化还原反应的相关知识已经掌握，对金属冶炼的原理不难理解，经引导就可得出其知识点，易于掌握；且在选修1中，已经学习了常见几种金属（钠、铝、铁）的相关性质，以及金属活泼顺序，对金属的性质并不陌生；在学习金属冶炼的三种方法过程中，学生可运用已掌握的知识进行问题探究，知识归纳；此时的学生与化学学科已经有了一定的接触，基本上已经熟悉了化学学习的思维方式，更应注重学生自主思考、解决问题的化学思维方式培养。

【教法分析】

以金属冶炼史为中心，以金属活动顺序表为依托,以氧化还原反应为根据，以由“文”到“理”的教学方式，探究金属冶炼相关内容。探索过程中，分别用史实结合教学法、分类对比教学法、人文知识讲解法、问题探究法、自主思考归纳法、对比法、动画演示法、实验演示法、视频演示法，联系现代与历史，理论与实际，激发学生的学习兴趣及思维能动性，在学习理科课程的同时，展现化学学科魅力，培养学生人文精神。

【知识•过程•情感 示意图】

【教学媒体】电脑媒体投影设备、黑板

【教学过程】

教学过程 课 题 引 入 教师活动 【图片展示】多媒体展示有关人类历史的图片，人类从古至今经历的时期“石器时代-黄金时代-青铜时代-铁器时代-工业时代”飞速的发展。 学生活动 设计意图 学生回顾人类历史进程，对比古代与 活动时间 约 2 分 钟 教学过程 教师活动 学生活动 设计意图 现代，感从人类历慨人类社史的发展会的发展 引入课题 联系人类历史上，与金属有关的内容 活动时间 【引入】五千年对宇宙来说只是一瞬间，可对我们人类来说，却是非常遥远而又古老的进程。五千年来，人类经历了石器时代---黄金时代---青铜时代---铁器时代---工业时代，从茹毛饮血到基因工程，从刀耕火种到电子信息，从爬山涉水到遨游太空......亿万人类智慧的沉积凝聚，创造出我们五千年来的辉煌。“历史使人聪明”---历史学家如是说，今天我们从金属冶炼史来看历史是如何使人聪明的。 【板书】金属冶炼 【设问①】人类经历了石器时代---黄金时代---青铜时代---铁器时代---工业时代，而在黄金、青铜、铁器这三个时代，金属开始开发思考其原并进入鼎盛的应用，那么在自然界中存在许因并得出多种类的金属，为何古人却是按金、铜、铁结论 的顺序发现并进入使用的鼎盛时代？ 【思维引导】引导学生回忆金属活动顺序 探 讨 问 题 ① 诱导学生思维，培养自主思考、自主解决问题的能力 2 分 钟 教学过程 教师活动 学生活动 设计意图 活动时间 探讨结论：越不活泼的金属越被先发现先应用。 【设问②】为何越不活泼的金属越被先发现先深思其原连续发应用呢？ 因 问，引出【图片展示】展示古人对金银淋淋尽致的应用 第一个知联系到金识点，进银在古人入问题的手中的出探索学色应用 习，并激 发思维能 动性 扩展学生 知识面，使学生更 【讲解】金银是最早被使用的金属，讲解金银 能体会古应用的起源及古人类对其辉煌的应用，详见材 人的智慧 料一 【图片展示】展示“沙里淘金”的图片 由典故引 入问题 【讲解】金在自然界中主要存在于石英砂中， 最古老的提取方法就是“沙里淘金”。 【设问③】为何单质的金可以直接从沙子里淘思考连续连续发出来呢？ 提出的问问，加强【图片展示】展示现代人们对金的使用图片题③④ 其逻辑性 （通用货币）、有关铁锈铜锈的图片 问 题 ② ③ ④ 的 提 出 与 解 决 6 分 钟 教学过程 教师活动 学生活动 设计意图 解惑问题②③④ 了解到金属在自然界中的两种存在形式 解惑知识点 活动时间 【设问④】现代社会，金是全球通用货币，其原因？ 【讲解】作为通用货币不仅仅是因为金在自然界中的含量少，其最重要原因是金的化学性质特别稳定，很难同其它元素反应，做通用货币易储存。金以游离态存在于自然界，这也就是金属被发现先后顺序的原因。而我们身边常见的铁锈铜锈能说明铁、铜的化学性质比较活泼，不能以单质的形态稳定存在，而要制造出铁、铜单质，就必须用化学的方法将单质还原出来。这也就是人类历史上对金属的使用有先后的原因。越不活泼的金属越难发生化学作用，常以游离态存在；越活泼的金属越易发生化学反应，常以化合态存在。 【板书】一、金属在自然界中存在形态： 【图片展示】\"沙里淘金\"具体过程 典 故 学习知识，知道以游离态形式存在的金属的提取方法 由典故引2 入知识，分 加深学生钟 学习兴趣 知 识 【讲解】对于以游离态存在的金属（Au、Pt）点 古人知道用物理提取的方法，如金的“沙里 淘金”：从沙粒中分离出金粒，实质上是从混和物中得到纯净物。根据沙和金的比重不同，教学过程 教师活动 学生活动 设计意图 活动时间 引 导 探 究 金子的密度比沙子的密度大得多，人们把含有金屑的沙粒在水中荡洗，使其一圈一圈地旋转，沙子比较轻，随水流去，金子重，留在底部，这就是常说的淘金。中国古代的采金技术基本上使用原始而简单的淘洗法，即用木盘或淘床，将含有金子的河砂放在木盘或淘床里，放入水中不断反复淘洗，比重较大的砂金就会沉淀在木盘底部，再一粒一粒地用手挑拣。 【过渡】那么对于化合态存在的金属，该如何将单质的金属从矿石中提炼出来呢？ 引导学生得出：对于化合态形式存在的金属，将其提取的原理是将金属离子还原为金经思维引n导，知道MneM 属单质：以化合态【板书】二、金属冶炼 形式存在定义：将金属从矿石中提炼出来 金属的冶 实质：用还原的方法，使金属化合物中的炼原理 金属阳离子的电子变成金属单质：引导学生思维发散，培养知识迁移应用能力 2 分 钟 MnM e【过渡】在青铜时代、铁器时代，常用的金属已有锌、金、银、铅、锡、铜合金、铁，回顾金属冶炼史，看古人们是使用何种方法金 将化合态的金属提炼出来的呢？ 属 【图片展示】展示有关中国古代炼金术相关冶 图片，青铜时代---铜的广泛应用 炼 史 ： 铜 回顾所学历史课中有关古人对金属使用的知识，如：夏商周的青铜，商代的司母戊鼎以及古人所用的兵器，炼丹术等 展示铜在自然界中存在的化合物 知 识 点 【讲解】首先看看青铜时代，古人是如何冶 由金属冶炼史引入知识，加深学生学习兴趣、探索兴趣 n5 分 钟 教学过程 教师活动 炼铜 铜在自然界中以化合态形式存在，自然界中含铜的矿物比较多，大多有鲜艳的颜色，如：金黄色的黄铜矿，鲜绿色的孔雀石，深蓝色的石青，在青铜时代，古人将这些矿石在空气中焙烧，形成了氧化铜，再用木炭还原，就得到金属铜。这就是金属冶炼的方法之一：热还原法 引导学生根据所讲人文知识归纳出古人炼铜的化学方程式： 【图片展示】展示“湿法冶铜”相关图片 学生活动 设计意图 看古人是如何冶铜的——热还原法 思考并书写出化学方程式 热还原法的学习 培养学生分析能力 活动时间 【讲解】在我国古代，同样是利用氧化还原的原理，最为出名的冶铜方法“湿法冶铜”，详见材料二 引导学生书写出相应化学方程式： 金 【过渡】在青铜时代之后，人类进入铁器时看古人是同样以由属 代，人们开始使用铁来制造工具和武器。 如何冶铁文到理的冶 图片：展示陨铁、铁的化合物等相关图片 的——热形式，使炼 还原法 理科学习史 不至于太： 枯燥 铁 知 识 点 【讲解】地球上天然的铁很少见，人类对铁的 5 分 钟 教学过程 教师活动 最早认识来源于从太空降下来的陨铁，当时人们称它为“天铁”，人们发现铁的硬度要比铜或青铜都大得多，于是，借助人们在炼铜中所积累起来的炼炉设计和高温技术，古代人类开始从铁矿物中冶炼出铁。 早期的冶铁技术也大多是采用固体还原法，将铁矿石：赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿（含结晶水的）、菱铁矿等铁矿石在木炭燃烧所产生一氧化碳的作用下，在高温下还原出铁金属。 引导学生书写出相应化学方程式： 【引入】随着冶铁技术的发展，在现代社会，工业炼铁采用了更先进的冶炼设备 【图片展示】高温炉设备 学生活动 设计意图 对比现代冶铁工艺，了解到现代工业的先进性 对比古代与现代，更能感知人类的聪明才智 活动时间 【总结】对于化合态形式存在的金属，古代的热还原法大多采用木炭还原的方法，随着冶炼金属的发展，如今工业上不仅仅改进了冶金设备，也综合考虑各种因素，改进了还原剂的选择，常用H2、CO、活泼金属做还原剂还原出金知 属： 识 整 合 整合知识 观看实验增强学生思维的条理性 理论与实6 分 钟 教学过程 教师活动 【视频展示】“铝热反应”实验 学生活动 设计意图 操作及现象 际结合，使学生更能理解理论知识的可操作性，并激发学生学习兴趣 活动时间 【板书】方法： 1、热还原法： 由我国古文化引入，激发兴趣 热分解法的学习 【过渡】在铁器时代之后，我国进入了秦汉、魏晋三国南北朝、隋唐、宋元等时期，在这些古 时期渐渐出现了富中国古国特色的古文化---文 炼丹术。 化 【图片展示】：展示古代炼丹术相关图片 ： 炼 丹 术 由古人的炼丹术引入——热分解法 联系我国古代的炼 丹术学习【讲解】炼丹术相关内容，详见材料三。 知识 可见，金属汞在炼丹术中的地位极其重要，而汞在自然界中主要以氧化物、硫化物 形态存在，金属汞的冶炼以高温直接加热就知 可制得。 识 【板书】2、热分解法： 点 【讲解】炼丹术的影响，详见材料三 6 分 钟 教学过程 教师活动 学生活动 设计意图 由故事引入问题，加强学生的思维活动性，进入下一个知识的探索 引导学生的思维迁移能力 电解法的学习，并为以后学习电化学打下一定基础 联系工业应用，体现化学学科魅力 活动时间 【引入故事】 ①拿破仑三世的铝王冠、铝质餐具 ②门捷列夫的铝质奖杯 详见材料四 【提问】这故事说明什么?为什么铝制品在当时是那样昂贵的“稀有金属”，而在地壳中最丰富的金属就是铝？ 【讲解】电解冶铝的起源，详见材料五 电解法成为制取铝的主要方法，而电解法对化学性质活泼的其他金属（K、Ca、Na、Mg）也同样适用，金属性活泼的金属的冶炼大都采用电解法 故 【图片展示】电解Al2O3装置图 事 听故事，思考问题 由铝的冶炼史学习电解法及其应用范围 知 【视频展示】工业冶铝的实际过程（选自法国 识 科普节目“discovery”：铝材好通用） 点 联系社会，进行知识的学习 12分 钟 【板书】3、电解法 分 类 归 纳 总 结 【视频展示】综合播放三种冶炼金属方法的模拟动画 【讲解】随着人类智慧的沉积，随着社会的发展，人们利用千年来古人探索而得的冶炼原理将以改进，使金属的冶炼达到了炉火纯青的地步。在冶炼金属三种方法的基础上，将冶金技术发展的更科学化。这也验证了极富哲理性的观看动画，整理、对比三种冶炼法的原理及其应用范围 由动画直观的分类对比，加强知识的可理解性、可对比性 5 分 钟 教学过程 教师活动 “历史使人聪明”。 针对不同的金属，采取不同的方法，有的金属既可以用热还原法，又可以用电解法，在热还原法中，也可以采用不同的还原剂。对于一种金属的冶炼采用什么样的方法，选用什么样的还原剂，要根据生产原料、设备和金属的用途等多种因素综合确定。根据金属活泼顺序，不同金属采取的冶炼方法。 【板书】冶炼方法的选择： 学生活动 设计意图 归纳出不同金属其冶炼方法的选择 活动时间 【引入】小故事美国第三十一届总统胡佛发迹的秘密 详见材料六 【讲解】由胡佛的故事知道回收利用的金属是很大一笔财富，金属回收利用的很重要性 故 回收的废旧金属，大部分可以重新制成金事 属或它们的化合物再用，节约矿物资源，节约能源、减少环境污染。 【图片展示】展示以下相关内容 a、从电解精炼铜的阳极泥中，可回收金（Au）、银（Ag）等贵金属 b、从电影业、相片业、科研单位和医院X知 光室回收的定影液中回收金属银（Ag） 识 点 听故事，得道理 联系生活与社会 培养学生金属回收、资源保护，强化知识应用意识 知识扩展 4 分 钟 【总结】本堂课的重点： 总 1、金属在自然界中的存在形式 结 2、金属冶炼原理 3、金属冶炼方法 一起回顾加深学生本堂课重对知识体点内容 系的系统掌握 2 分 钟

【板书设计】

【教学设计后记】

“金属的冶炼”是化学学科知识在社会生产、工业上的具体应用，综合性和跨学科性较强，该课时内容中并未涉全新的知识，而是利用学生已学相关理论知识，在学生回忆、整理、巩固知识的基础上，注重知识的迁移应用能力、分析问题、解决问题能力的培养，围绕化学学科魅力的体现为中心教学，激发学生对化学学科学习兴趣。

课堂教学从新课程标准的基本理念为出发点，在人类文化背景下构建该课程体系，以金属冶炼史实为中心内容创设化学史情境，体现化学课程人文内涵的同时，发挥了化学课程对培养学生人文精神的积极作用。由“文”到“理”的思维发散模式将人类历史进程顺序与金属的相关性引入课题教学，并以金属活泼顺序为主线，从金属冶炼史的人文角度构建理科课程知识，从而衔接整个课程内容，逐步解决课程目标。课程实施过程中，注重人文材料导入的语言渲染能力，给学生创设一个与众不同的理科教学氛围，以较轻松的人文环境吸收理科课程知识。

该课时教学目标还注重构建“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”课程目标的达成。从“知识与技能”出发，教学过程注重各知识间的逻辑衔接的引入外，更注重旧知识的巩固、新知识建立的逻辑性、新知识的社会应用扩展；在教学过程中充分利用学生已学的氧化还原反应、金属活泼顺序、化学方程式等相关知识，结合学生人文常识、生活常识，基于引导教学、问题探究的方式，使学生亲自动手动脑，建立金属冶炼原理、人文知识中剖析的金属冶炼方法、与金属活泼顺序联系密切的金属冶炼方法选择等新知识，巩固化学方程式的书写技能，促进学生思维能动性、知识汲取灵活性的同时，加强学生知识迁移和应用能力，从而贯彻“过程与方法”课程目标；由于考虑到部分知识对于学生较生疏，各新知识建立过程中以工业设备介绍、实验视频演绎、工业应用视频、动画演绎不同冶炼方法的区别等多媒体教学手段加以巩固，在巩固新知识的同时，完成“情感态度与价值观”课程目标，增加学生情感体验，感受人类智慧的发展，充分展现化学学科的魅力，激发学生对化学学科学习兴趣。在学生新知识巩固的基础上，引导学生根据生活经验，从社会生活实际出发，强化学生对知识的应用意识，回归于金属资源的回收利用，再次将“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”课程目标融合。

【材料参考】

材料一：

人类历史上最早的金银制品出现于古地中海区域，在两河流域的高拉遗址欧 贝德末期（约公元前4000年）墓葬中出土了大量金片制成的环、花饰和新月形饰物。

在公元前（2900—2370）年前的萨尔贡时代的麦斯卡拉木都墓中出土用娴熟的细线刻镂的假发金盔，公元前1352年埃及新王国时代的图坦卡蒙王陵——黄金之墓的随葬品，标志着古地中海金银工艺发展的最高峰。

古代美洲亦是传说中的黄金之国，在秘鲁境内的一些公元前5000年左右的早期工场遗址内，就已经发现了锤打过的碎金片和精致的锻接金制品。而继起的玛雅文化、印加文化更是创造了相互关联而又各具风格的金杯、金刀、金面具、金手套、人像等黄金制品，其种类与成就堪与地中海区域相媲美。

在世界范围内，银器的出现要比金器晚。迄今所见最早的银制品仍然发现于古地中海区域，即美索不达米亚的拉格什（伊拉克）出土的制作于公元前3650年的银壸，银壸腹部浅刻狮子头纹。

中国古代金银器的起步比地中海区域和美洲要晚，在距今3000年前的商代， 就已经出现了小型的黄金装饰品。而金银器皿出现于春秋战国时期，两汉时期，金银制品数量增多，品种增加，工艺也日趋成熟，走上了发展的道路，但金银器皿仍较少见。唐代是中国金银器发展的繁荣鼎盛阶段，这一时期不仅金银器皿数量剧增，而且品种丰富多彩，其造型与纹饰风格都发生了很大变化。唐朝以后，中国金银器的发展总势趋于保守，但夹层技法、浮雕凸花、镂雕等工艺的创制，则前所未见，堪称宋代金银器工艺的新特点。 材料二：

湿法冶铜：〝胆水制铜法〞是中国古代的一种湿法冶铜方法，古有记载：〝白青得铁即化为铜〞。白青即为胆水，也就是天然的含硫酸铜的泉水（硫酸铜水溶液），其方法将铁放在胆水中﹐铜离子即被铁所取代而使铜沉淀。此法在宋代蓬勃发展，在元代，由于铁杂质较多衰退。 材料三：

炼丹术是古代用人工的方法，炼制既可长生不老又能点石成金的方术，炼丹

术士们希望能够用廉价的金属为原料，得到贵重的金属金和银，也希望炼制出长生不老的仙丹，炼丹术在我国最早可追溯到秦始皇时期。

炼丹术常用来炼制的矿物原料很多，有60十多种，东汉时期，魏伯阳编著了一部炼丹术的著作《参同契》，这是世界公认现存的最古老的炼丹书，书中记载了铅、汞、硫等的化合和分解的知识，如：河上姹女，灵而最神，得火则飞，不见埃尘，鬼隐龙匿，莫知所存，将欲制之，黄芽为根”。实际上，河上姹女是水银，水银加热就会蒸发(飞)不见了。要想固定水银，就要加入黄芽，黄芽就是硫黄，这时加热后就会生成红色的硫化汞，“望之类白，造之则朱”。

古代方士认为，人若能长生不老，居于仙山仙岛，自然不为凡人作仙人了，可以“与天地相毕，与日月同光，坐见万里，役使鬼神，举家升虚，无翼而飞，乘云驾龙，上下太清，周游八极”想要白日飞升，那些见火易飞，去质轻化之物就是一种有灵性的仙丹或仙丹原料了，用现代科学语言解释，就是这一类有灵性的仙丹材料都是蒸汽压高，易于升华的物质。在这些原料中，作为上品第一药丹砂（硫化汞）和升汞（水银）以及硫磺等易挥发的物质，就成了炼丹的首选原料，升炼也就成了炼丹术的主要方式。升炼银珠（丹砂）可能是人类最早从其相中生长晶体的过程，利用天然存在的金石矿物按方士的经验和设想给出配方配置原料，研磨，混合均匀，按一定设置，将原料放入生长容器中加热，可制得丹砂。 在古文中有关丹砂的记载“丹砂烧之成水银，积变之又还原成丹砂”，也就是说，方士们将丹砂（即硫化汞）在空气中烧得汞：HgS + O2 ——→ Hg + SO2，而水银也是炼丹术中经常用到的原料，而水银是易于挥发而易于收集的，通常可用蒸馏法来提取。在炼丹术中，用“抽炼水银”的方法提炼水银，在宋代{丹房须知}中绘有抽炼水银的“飞汞图”，点火烧皿，水银就会自动集至陶罐内。 影响：中国的炼丹术在唐代发展到全盛时期，许多炼丹著作有了更实际的内容，这时中国炼丹术也传往阿剌伯国家，促进了阿剌伯炼金术的发展。而阿剌伯炼金术后来又传入欧洲，几经演化发展，终于形成了现代科学的重要门类¾——化学。可以说，中国的炼丹术对于世界化学的影响是极其深远的，也更体现了中国古代人们的智慧。 材料四：

法国皇帝拿破仑三世，为显示自己的富有和尊贵，命令给自己制造一顶

比黄金更名贵的王冠——铝王冠。他戴上铝王冠，神气十足地接受百官的朝拜，这曾是轰动一时的新闻。拿破仑三世在举行盛大宴会时，只有他使用一套铝质餐具，而他人只能用金制、银制餐具。即使在化学界，铝也被看成最贵重的。英国皇家学会为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，不惜重金制作了一只铝杯，赠送给门捷列夫。 材料五：

由于铝的化学性质活泼，一般的还原剂无法将其还原，最早的金属铝是1825年丹麦人奥斯特制取的，第一次只获得几毫克。之后，不少科学家作了种种试验，他们用钾、钠或镁等比铝活泼的金属去还原铝的化合物而得到铝。因此在这一时期，铝的造价十分昂贵，不能大量生产和应用，只被用当作首饰等贵重物品，在地壳中含量很高的铝，反而成了贵金属。直到1886年，美国人霍尔和法国人埃鲁几乎同时获得用冰晶石一氧化铝熔盐电解法制取金属铝的专利。 材料六：

1929年，腰缠万贯的胡佛终于登上了美国第三十一届总统的宝座。名声大噪，其发迹的秘密也就作为内幕新闻披露出来。胡佛先前家境贫寒，学生时代靠打零工才勉强维持学业。尔后，则又职微薪薄，寄人篱下。穷途末路之际风尘仆仆来到中国，以期有所转机。当时的旧中国、落后，开采金矿的水平低，滤过矿金后就丢弃了。在胡佛凭借他掌握的化学知识，断定这些“废物”中仍有尚多的黄金，于是便搞起他的“废物利用”来了。他雇人用的稀溶液处理矿砂。由于与之发生化学反应，使Au呈络合物而溶解。接着，他又让人用锌粒与滤液作用，置换反应的结果，纯净的Au也就被提取出来了。因而，成色尚好的黄金便源源不断地流进了胡佛的腰包，不久成了百万巨富。总统发迹内幕昭然若揭，不乏慕之者，赞其超群绝伦，生财有方，更是平步青云有道。然而，更有真诚的人们，深知胡佛是靠用黄金垒起的台阶登上总统宝座的。