發展觀指導下“從自然界獲取鐵和銅”教學設計

蔣尚燕

【摘要】以豐富的歷史與現實為背景，對比古今煉鐵技術的發展，從簡單工藝到復雜工藝的認知，體現“化學生活化、社會化”的教學特點。

【關鍵詞】氧化還原 多元化 新材料 金屬冶煉

一、教材分析

1.教學目標

（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）了解鐵銅的冶煉發展歷史，通過比較古代煉鐵和高爐煉鐵的設備，進一步了解現代煉鐵技術。

（3）了解金屬冶煉的歷史和發展趨勢，領悟到化學學科對社會發展的重要意義。

2.教學重難點

重點：冶煉鐵、銅的基本原理。

難點：高爐煉鐵中，除雜的反應原理。

二、教材處理

本節課以鐵、銅的冶煉發展歷史為線索，分析探討鐵和銅冶煉的基本原理、原料和裝置特點，以發展的視角觀察并客觀評價鐵銅冶煉史，歸納出金屬冶煉的一般規律和特點。讓學生充分認識金屬冶煉、金屬材料和社會發展之間的密切聯系。同時，向學生介紹高分子材料、記憶合金等新型材料，使學生感悟多元化發展思維對社會進步的重要意義，體會化學對人類進步的重要作用。

三、教學設計與過程

【投影】（展示君臣對話片段）一天，秦昭王上朝時不斷嘆息，范睢走上前去說：“我聽說‘人主憂慮是臣下的恥辱，人主受辱是臣下的死罪。今天大王當朝處理政務而如此憂慮，我請求治我的罪。秦昭王說：“我聽說楚國的鐵劍鋒利而歌舞演技拙劣。這個國家的鐵劍鋒利那么士兵就勇敢，它的歌舞演技拙劣那么國君的謀計必定深遠。心懷深遠的謀略而指揮勇敢的士兵，我恐怕楚國要在秦國身上打算盤。辦事不早作準備，就不能夠應付突然的變化。

請問同學們能否幫助秦王解決心中的憂慮呢？生產鐵器的單質鐵和生產銅器的單質銅在自然界中有沒有大量存在呢？

【學生】自然界中只有少量的鐵單質銅單質存在，主要以化合態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。

【提出問題】（展示鐵礦山圖片）是的，那么你能用氧化還原反應原理將化合態的鐵和銅轉化為游離態嗎？請在課本72頁的交流與討論板塊中用方程式表達出來，方法越多越好。

【學生】（板演）多名學生補充

【疑問】你認為楚人當時采用了哪種方法？為什么？

【學生觀察】用炭還原赤鐵礦，木炭發生了不完全燃焼產生了一氧化碳，一氧化碳在高溫下將赤鐵礦還原成鐵單質。

【對比分析】我們從生產的連續性，原料是否充分利用，生產效率，環境影響等方面對古人煉鐵設備及工藝進行評價，并提出改進意見。

【學生】1、我認為空氣不充足會導致原料不能充分反應；煉鐵沒有做到連續性生產；一氧化碳氣體會散發到環境中，造成污染；得到的鐵水含有雜質。

【介紹】最初的生鐵硬度大，韌性差沒有多大的使用價值，古人并沒有放棄，不斷探索，積累經驗，創造出了高超的煉鐵煉鋼技術。北宋沈括的《夢溪筆談》，明朝宋應星的《天工開物》對煉鐵煉鋼生產都有詳細的記錄。

請閱讀課本72頁關于工業煉鐵的介紹，了解設備工作方式，并從課本73頁交流與討論角度分析現代工業煉鐵與古代煉鐵有什么改進？

【投影】

【視頻】（高爐煉鐵工作動畫解說）學生觀看并討論

【學生】高爐可以進行連續性生產，產量高；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，與雜質二氧化硅反應生成硅酸鈣，爐缸設置了高低兩個出口，有效將硅酸鈣和鐵水進行分離；爐頂有廢氣回收裝置，減少了對環境的污染。等等

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

【前沿介紹】隨著社會的發展，對鋼材品質的要求越來越高，我們生產出了不銹鋼產品，生產了具有記憶效應的合金，優異的有機高分子材料在宇宙探秘，軍事，醫藥，日常生活等各方面都發揮著巨大的經濟效益。

【設問】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驗，為煉鐵成功建立了基礎。公元前2500—2000年，我國勞動人民用孔雀石與木炭一起煅燒制銅。西漢時的煉丹家劉安所著《淮南萬畢術》中記載“曾青得鐵，則化為銅。”同學們知道這里面的反應嗎？

【學生】鐵置換出硫酸銅中的銅單質。

【感受】煉銅技術實踐為煉鐵技術的發展提供了堅實的基礎；反過來，鐵的大量冶煉又促進了煉銅工藝的發展，學習課本73頁，現在銅的冶煉技術有何革新？

【學生】現代工業采用高溫冶煉黃銅礦得到粗銅，再通過電解精煉銅應用于電氣工業。還發展了生物煉銅。

【思考】鐵銅的冶煉從氧化還原角度看有什么共同特點？

【學生】都使用還原劑將鐵銅從化合態還原為游離態。

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

【概括】從金屬利用的歷史來看，先是青銅器時代，而后是鐵器時代，鋁的利用是近百年的事。這個先后順序跟哪些因素有關呢？

【學生小結】金屬活動性順序、金屬冶煉的難易程度有關。用化學的方法把化合態的金屬變成游離態，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、教學后記

在化學史、古典書籍、視頻和身邊的事物中尋找素材，并進行精心選擇和整理。盡可能簡潔地還原金屬冶煉的發展歷史，讓干巴巴的知識變得有趣味，貼近學生經驗，課堂教學蘊含著歷史，現實和未來不斷前行，使整節課情感豐滿。在整個教學中，充分激發了學生的學習熱情，化學學科價值得到充分體現。