發(fā)展觀指導(dǎo)下“從自然界獲取鐵和銅”教學(xué)設(shè)計(jì)

蔣尚燕

【摘要】以豐富的歷史與現(xiàn)實(shí)為背景，對(duì)比古今煉鐵技術(shù)的發(fā)展，從簡(jiǎn)單工藝到復(fù)雜工藝的認(rèn)知，體現(xiàn)“化學(xué)生活化、社會(huì)化”的教學(xué)特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】氧化還原 多元化 新材料 金屬冶煉

一、教材分析

1.教學(xué)目標(biāo)

（1）從氧化還原角度理解冶煉鐵銅的基本原理，了解其他金屬冶煉的一般方法。

（2）了解鐵銅的冶煉發(fā)展歷史，通過(guò)比較古代煉鐵和高爐煉鐵的設(shè)備，進(jìn)一步了解現(xiàn)代煉鐵技術(shù)。

（3）了解金屬冶煉的歷史和發(fā)展趨勢(shì)，領(lǐng)悟到化學(xué)學(xué)科對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要意義。

2.教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：冶煉鐵、銅的基本原理。

難點(diǎn)：高爐煉鐵中，除雜的反應(yīng)原理。

二、教材處理

本節(jié)課以鐵、銅的冶煉發(fā)展歷史為線索，分析探討鐵和銅冶煉的基本原理、原料和裝置特點(diǎn)，以發(fā)展的視角觀察并客觀評(píng)價(jià)鐵銅冶煉史，歸納出金屬冶煉的一般規(guī)律和特點(diǎn)。讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)金屬冶煉、金屬材料和社會(huì)發(fā)展之間的密切聯(lián)系。同時(shí)，向?qū)W生介紹高分子材料、記憶合金等新型材料，使學(xué)生感悟多元化發(fā)展思維對(duì)社會(huì)進(jìn)步的重要意義，體會(huì)化學(xué)對(duì)人類(lèi)進(jìn)步的重要作用。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)與過(guò)程

【投影】（展示君臣對(duì)話片段）一天，秦昭王上朝時(shí)不斷嘆息，范睢走上前去說(shuō)：“我聽(tīng)說(shuō)‘人主憂慮是臣下的恥辱，人主受辱是臣下的死罪。今天大王當(dāng)朝處理政務(wù)而如此憂慮，我請(qǐng)求治我的罪。秦昭王說(shuō)：“我聽(tīng)說(shuō)楚國(guó)的鐵劍鋒利而歌舞演技拙劣。這個(gè)國(guó)家的鐵劍鋒利那么士兵就勇敢，它的歌舞演技拙劣那么國(guó)君的謀計(jì)必定深遠(yuǎn)。心懷深遠(yuǎn)的謀略而指揮勇敢的士兵，我恐怕楚國(guó)要在秦國(guó)身上打算盤(pán)。辦事不早作準(zhǔn)備，就不能夠應(yīng)付突然的變化。

請(qǐng)問(wèn)同學(xué)們能否幫助秦王解決心中的憂慮呢？生產(chǎn)鐵器的單質(zhì)鐵和生產(chǎn)銅器的單質(zhì)銅在自然界中有沒(méi)有大量存在呢？

【學(xué)生】自然界中只有少量的鐵單質(zhì)銅單質(zhì)存在，主要以化合態(tài)的形式存在于鐵礦石與銅礦石中，比如磁鐵礦、赤鐵礦、孔雀石和黃銅礦。

【提出問(wèn)題】（展示鐵礦山圖片）是的，那么你能用氧化還原反應(yīng)原理將化合態(tài)的鐵和銅轉(zhuǎn)化為游離態(tài)嗎？請(qǐng)?jiān)谡n本72頁(yè)的交流與討論板塊中用方程式表達(dá)出來(lái)，方法越多越好。

【學(xué)生】（板演）多名學(xué)生補(bǔ)充

【疑問(wèn)】你認(rèn)為楚人當(dāng)時(shí)采用了哪種方法？為什么？

【學(xué)生觀察】用炭還原赤鐵礦，木炭發(fā)生了不完全燃焼產(chǎn)生了一氧化碳，一氧化碳在高溫下將赤鐵礦還原成鐵單質(zhì)。

【對(duì)比分析】我們從生產(chǎn)的連續(xù)性，原料是否充分利用，生產(chǎn)效率，環(huán)境影響等方面對(duì)古人煉鐵設(shè)備及工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出改進(jìn)意見(jiàn)。

【學(xué)生】1、我認(rèn)為空氣不充足會(huì)導(dǎo)致原料不能充分反應(yīng)；煉鐵沒(méi)有做到連續(xù)性生產(chǎn)；一氧化碳?xì)怏w會(huì)散發(fā)到環(huán)境中，造成污染；得到的鐵水含有雜質(zhì)。

【介紹】最初的生鐵硬度大，韌性差沒(méi)有多大的使用價(jià)值，古人并沒(méi)有放棄，不斷探索，積累經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造出了高超的煉鐵煉鋼技術(shù)。北宋沈括的《夢(mèng)溪筆談》，明朝宋應(yīng)星的《天工開(kāi)物》對(duì)煉鐵煉鋼生產(chǎn)都有詳細(xì)的記錄。

請(qǐng)閱讀課本72頁(yè)關(guān)于工業(yè)煉鐵的介紹，了解設(shè)備工作方式，并從課本73頁(yè)交流與討論角度分析現(xiàn)代工業(yè)煉鐵與古代煉鐵有什么改進(jìn)？

【投影】

【視頻】（高爐煉鐵工作動(dòng)畫(huà)解說(shuō)）學(xué)生觀看并討論

【學(xué)生】高爐可以進(jìn)行連續(xù)性生產(chǎn)，產(chǎn)量高；鼓入充足的熱空氣使焦炭充分燃燒，再讓焦炭在高溫下與二氧化碳反應(yīng)生成一氧化碳，充分利用了熱量，爐溫更高；加入了石灰石，與雜質(zhì)二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈣，爐缸設(shè)置了高低兩個(gè)出口，有效將硅酸鈣和鐵水進(jìn)行分離；爐頂有廢氣回收裝置，減少了對(duì)環(huán)境的污染。等等

【投影】幻燈片一古代匕首，幻燈片二漢陽(yáng)鋼鐵廠造的鋼軌，幻燈片三鳥(niǎo)巢，幻燈片四不銹鋼產(chǎn)品和記憶合金，幻燈片五新材料高分子材料。

【前沿介紹】隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)鋼材品質(zhì)的要求越來(lái)越高，我們生產(chǎn)出了不銹鋼產(chǎn)品，生產(chǎn)了具有記憶效應(yīng)的合金，優(yōu)異的有機(jī)高分子材料在宇宙探秘，軍事，醫(yī)藥，日常生活等各方面都發(fā)揮著巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

【設(shè)問(wèn)】楚人冶煉鐵是不是一蹴而就的呢？楚人早在燒制陶器，煉銅工藝上就積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，為煉鐵成功建立了基礎(chǔ)。公元前2500—2000年，我國(guó)勞動(dòng)人民用孔雀石與木炭一起煅燒制銅。西漢時(shí)的煉丹家劉安所著《淮南萬(wàn)畢術(shù)》中記載“曾青得鐵，則化為銅。”同學(xué)們知道這里面的反應(yīng)嗎？

【學(xué)生】鐵置換出硫酸銅中的銅單質(zhì)。

【感受】煉銅技術(shù)實(shí)踐為煉鐵技術(shù)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；反過(guò)來(lái)，鐵的大量冶煉又促進(jìn)了煉銅工藝的發(fā)展，學(xué)習(xí)課本73頁(yè)，現(xiàn)在銅的冶煉技術(shù)有何革新？

【學(xué)生】現(xiàn)代工業(yè)采用高溫冶煉黃銅礦得到粗銅，再通過(guò)電解精煉銅應(yīng)用于電氣工業(yè)。還發(fā)展了生物煉銅。

【思考】鐵銅的冶煉從氧化還原角度看有什么共同特點(diǎn)？

【學(xué)生】都使用還原劑將鐵銅從化合態(tài)還原為游離態(tài)。

【教師】這種在高溫下利用還原劑還原獲得金屬單質(zhì)的方法，我們一般稱(chēng)為高溫還原法，

【概括】從金屬利用的歷史來(lái)看，先是青銅器時(shí)代，而后是鐵器時(shí)代，鋁的利用是近百年的事。這個(gè)先后順序跟哪些因素有關(guān)呢？

【學(xué)生小結(jié)】金屬活動(dòng)性順序、金屬冶煉的難易程度有關(guān)。用化學(xué)的方法把化合態(tài)的金屬變成游離態(tài)，一般有電解法、高溫還原法、濕法冶金。還需要考慮礦物的富集與凈化。

四、教學(xué)后記

在化學(xué)史、古典書(shū)籍、視頻和身邊的事物中尋找素材，并進(jìn)行精心選擇和整理。盡可能簡(jiǎn)潔地還原金屬冶煉的發(fā)展歷史，讓干巴巴的知識(shí)變得有趣味，貼近學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，課堂教學(xué)蘊(yùn)含著歷史，現(xiàn)實(shí)和未來(lái)不斷前行，使整節(jié)課情感豐滿。在整個(gè)教學(xué)中，充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，化學(xué)學(xué)科價(jià)值得到充分體現(xiàn)。