发展观指导下“从自然界获取铁和铜”教学设计

蒋尚燕

【摘要】以丰富的历史与现实为背景，对比古今炼铁技术的发展，从简单工艺到复杂工艺的认知，体现“化学生活化、社会化”的教学特点。

【关键词】氧化还原 多元化 新材料 金属冶炼

一、教材分析

1.教学目标

（1）从氧化还原角度理解冶炼铁铜的基本原理，了解其他金属冶炼的一般方法。

（2）了解铁铜的冶炼发展历史，通过比较古代炼铁和高炉炼铁的设备，进一步了解现代炼铁技术。

（3）了解金属冶炼的历史和发展趋势，领悟到化学学科对社会发展的重要意义。

2.教学重难点

重点：冶炼铁、铜的基本原理。

难点：高炉炼铁中，除杂的反应原理。

二、教材处理

本节课以铁、铜的冶炼发展历史为线索，分析探讨铁和铜冶炼的基本原理、原料和装置特点，以发展的视角观察并客观评价铁铜冶炼史，归纳出金属冶炼的一般规律和特点。让学生充分认识金属冶炼、金属材料和社会发展之间的密切联系。同时，向学生介绍高分子材料、记忆合金等新型材料，使学生感悟多元化发展思维对社会进步的重要意义，体会化学对人类进步的重要作用。

三、教学设计与过程

【投影】（展示君臣对话片段）一天，秦昭王上朝时不断叹息，范睢走上前去说：“我听说‘人主忧虑是臣下的耻辱，人主受辱是臣下的死罪。今天大王当朝处理政务而如此忧虑，我请求治我的罪。秦昭王说：“我听说楚国的铁剑锋利而歌舞演技拙劣。这个国家的铁剑锋利那么士兵就勇敢，它的歌舞演技拙劣那么国君的谋计必定深远。心怀深远的谋略而指挥勇敢的士兵，我恐怕楚国要在秦国身上打算盘。办事不早作准备，就不能够应付突然的变化。

请问同学们能否帮助秦王解决心中的忧虑呢？生产铁器的单质铁和生产铜器的单质铜在自然界中有没有大量存在呢？

【学生】自然界中只有少量的铁单质铜单质存在，主要以化合态的形式存在于铁矿石与铜矿石中，比如磁铁矿、赤铁矿、孔雀石和黄铜矿。

【提出问题】（展示铁矿山图片）是的，那么你能用氧化还原反应原理将化合态的铁和铜转化为游离态吗？请在课本72页的交流与讨论板块中用方程式表达出来，方法越多越好。

【学生】（板演）多名学生补充

【疑问】你认为楚人当时采用了哪种方法？为什么？

【学生观察】用炭还原赤铁矿，木炭发生了不完全燃焼产生了一氧化碳，一氧化碳在高温下将赤铁矿还原成铁单质。

【对比分析】我们从生产的连续性，原料是否充分利用，生产效率，环境影响等方面对古人炼铁设备及工艺进行评价，并提出改进意见。

【学生】1、我认为空气不充足会导致原料不能充分反应；炼铁没有做到连续性生产；一氧化碳气体会散发到环境中，造成污染；得到的铁水含有杂质。

【介绍】最初的生铁硬度大，韧性差没有多大的使用价值，古人并没有放弃，不断探索，积累经验，创造出了高超的炼铁炼钢技术。北宋沈括的《梦溪笔谈》，明朝宋应星的《天工开物》对炼铁炼钢生产都有详细的记录。

请阅读课本72页关于工业炼铁的介绍，了解设备工作方式，并从课本73页交流与讨论角度分析现代工业炼铁与古代炼铁有什么改进？

【投影】

【视频】（高炉炼铁工作动画解说）学生观看并讨论

【学生】高炉可以进行连续性生产，产量高；鼓入充足的热空气使焦炭充分燃烧，再让焦炭在高温下与二氧化碳反应生成一氧化碳，充分利用了热量，炉温更高；加入了石灰石，与杂质二氧化硅反应生成硅酸钙，炉缸设置了高低两个出口，有效将硅酸钙和铁水进行分离；炉顶有废气回收装置，减少了对环境的污染。等等

【投影】幻灯片一古代匕首，幻灯片二汉阳钢铁厂造的钢轨，幻灯片三鸟巢，幻灯片四不锈钢产品和记忆合金，幻灯片五新材料高分子材料。

【前沿介绍】随着社会的发展，对钢材品质的要求越来越高，我们生产出了不锈钢产品，生产了具有记忆效应的合金，优异的有机高分子材料在宇宙探秘，军事，医药，日常生活等各方面都发挥着巨大的经济效益。

【设问】楚人冶炼铁是不是一蹴而就的呢？楚人早在烧制陶器，炼铜工艺上就积累了大量的经验，为炼铁成功建立了基础。公元前2500—2000年，我国劳动人民用孔雀石与木炭一起煅烧制铜。西汉时的炼丹家刘安所著《淮南万毕术》中记载“曾青得铁，则化为铜。”同学们知道这里面的反应吗？

【学生】铁置换出硫酸铜中的铜单质。

【感受】炼铜技术实践为炼铁技术的发展提供了坚实的基础；反过来，铁的大量冶炼又促进了炼铜工艺的发展，学习课本73页，现在铜的冶炼技术有何革新？

【学生】现代工业采用高温冶炼黄铜矿得到粗铜，再通過电解精炼铜应用于电气工业。还发展了生物炼铜。

【思考】铁铜的冶炼从氧化还原角度看有什么共同特点？

【学生】都使用还原剂将铁铜从化合态还原为游离态。

【教师】这种在高温下利用还原剂还原获得金属单质的方法，我们一般称为高温还原法，

【概括】从金属利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近百年的事。这个先后顺序跟哪些因素有关呢？

【学生小结】金属活动性顺序、金属冶炼的难易程度有关。用化学的方法把化合态的金属变成游离态，一般有电解法、高温还原法、湿法冶金。还需要考虑矿物的富集与净化。

四、教学后记

在化学史、古典书籍、视频和身边的事物中寻找素材，并进行精心选择和整理。尽可能简洁地还原金属冶炼的发展历史，让干巴巴的知识变得有趣味，贴近学生经验，课堂教学蕴含着历史，现实和未来不断前行，使整节课情感丰满。在整个教学中，充分激发了学生的学习热情，化学学科价值得到充分体现。