在2025年，隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和資源循環(huán)利用的推進(jìn)，廢鐵回收行業(yè)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。廢鐵作為一種重要的金屬資源，其回收利用不僅有助于減少環(huán)境污染，還能節(jié)約大量自然資源。本文以初中化學(xué)“酸、堿、鹽專題復(fù)習(xí)”中的“廢鐵回收利用”項(xiàng)目為例，探討如何通過化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，并培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和實(shí)踐能力。
《2025-2030年中國廢鐵回收行業(yè)重點(diǎn)企業(yè)發(fā)展分析及投資前景可行性評(píng)估報(bào)告》“常見的酸、堿、鹽”是初中化學(xué)的重要組成部分，也是《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》中“物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用”專題的核心內(nèi)容。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中已初步了解了稀鹽酸、稀硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鈣等典型物質(zhì)的性質(zhì)與用途，但知識(shí)的綜合應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)探究能力仍有待提高。廢鐵回收利用項(xiàng)目不僅能夠幫助學(xué)生鞏固酸、堿、鹽的知識(shí)，還能培養(yǎng)他們解決實(shí)際問題的能力。
廢鐵回收行業(yè)利用發(fā)展分析提到實(shí)驗(yàn)室廢鐵的主要成分是氧化鐵、鐵和少量碳等，可以通過“高溫酸浸—堿式pH調(diào)控沉降—高溫煅燒”等過程制備氧化鐵紅。這一過程涉及酸與金屬、酸與金屬氧化物、酸與堿、堿與鹽的反應(yīng)，以及溶解、過濾、蒸發(fā)等基本實(shí)驗(yàn)操作，有助于學(xué)生深度理解基礎(chǔ)核心知識(shí)并遷移運(yùn)用。
通過了解廢鐵回收利用的意義及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，初步形成廢鐵資源化利用的意識(shí)，感受化學(xué)對(duì)于解決資源和環(huán)境問題的意義。
通過閱讀資料，小組合作設(shè)計(jì)“廢鐵的轉(zhuǎn)化路徑”，體會(huì)酸、堿、鹽的知識(shí)在不同類別物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與信息處理能力。
通過優(yōu)化廢鐵回收方案，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作能力，深化理解反應(yīng)的條件與控制的意義，初步養(yǎng)成注重實(shí)證、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。
通過構(gòu)建金屬、金屬氧化物、酸、堿、鹽的相互反應(yīng)及轉(zhuǎn)化模型，形成明確的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建物質(zhì)回收利用的一般模型，培養(yǎng)模型建構(gòu)能力。
項(xiàng)目式學(xué)習(xí)主要包括四個(gè)任務(wù)：確立、拆解項(xiàng)目(任務(wù)1)→實(shí)施項(xiàng)目(任務(wù)2-3)→評(píng)價(jià)項(xiàng)目(任務(wù)4)。項(xiàng)目教學(xué)流程如下：
(一)確定項(xiàng)目任務(wù)
通過播放視頻和提供相關(guān)資料，幫助學(xué)生了解廢鐵回收利用的意義及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，確定以廢鐵制取氧化鐵紅為項(xiàng)目目標(biāo)。資料表明，廢鋼鐵的回收利用具有較大的降碳潛力，是鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展的重要抓手。預(yù)計(jì)到2030年，中國廢鋼鐵資源量將超過3億噸/年，2035年超過4億噸/年，2045年達(dá)到峰值5億噸/年。
(二)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化路徑
引導(dǎo)學(xué)生分析廢鐵的成分，設(shè)計(jì)從廢鐵到氧化鐵紅的轉(zhuǎn)化路徑。實(shí)驗(yàn)室廢鐵的主要成分是氧化鐵和鐵，可以通過酸浸、堿式調(diào)控pH沉降、煅燒等步驟制取氧化鐵紅。學(xué)生通過閱讀資料和小組討論，設(shè)計(jì)了多種轉(zhuǎn)化路徑，并從可行性、操作難度、能耗等角度進(jìn)行互評(píng)和優(yōu)化。
(三)優(yōu)化回收方案
在實(shí)驗(yàn)操作過程中，學(xué)生需要注意各步驟的操作要點(diǎn)，如酸浸時(shí)微熱加快速度、氧化時(shí)滴加過氧化氫溶液至溶液完全呈現(xiàn)黃色等。通過實(shí)際操作，學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及相關(guān)問題，并提出解決方案。例如，氫氧化鐵是絮狀沉淀，過濾時(shí)間較長，可以改用快速過濾裝置;氫氧化鐵分解產(chǎn)生的氧化鐵紅容易結(jié)塊，需要進(jìn)一步研磨處理。
(四)展示回收成果
學(xué)生分組展示回收成果，并構(gòu)建酸、堿、鹽的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)及物質(zhì)回收利用的一般模型。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)室與工業(yè)回收廢鐵的差異，學(xué)生初步學(xué)會(huì)批判性思維方法，并樹立綠色發(fā)展觀。
(一)確定項(xiàng)目任務(wù)
通過視頻和資料，學(xué)生了解到廢鐵回收利用的重要性和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，確定以廢鐵制取氧化鐵紅為項(xiàng)目目標(biāo)。資料表明，廢鋼鐵的回收利用具有較大的降碳潛力，是鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展的重要抓手。預(yù)計(jì)到2030年，中國廢鋼鐵資源量將超過3億噸/年，2035年超過4億噸/年，2045年達(dá)到峰值5億噸/年。
(二)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化路徑
學(xué)生通過閱讀資料和小組討論，設(shè)計(jì)了多種廢鐵轉(zhuǎn)化路徑。例如，利用硫酸與鐵、氧化鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵和硫酸鐵，再與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，最后氫氧化鐵分解生成氧化鐵紅。學(xué)生從可行性、操作難度、能耗等角度進(jìn)行互評(píng)和優(yōu)化，提出了改進(jìn)建議。
(三)優(yōu)化回收方案
在實(shí)驗(yàn)操作過程中，學(xué)生記錄了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及相關(guān)問題，并提出了解決方案。例如，氫氧化鐵是絮狀沉淀，過濾時(shí)間較長，可以改用快速過濾裝置;氫氧化鐵分解產(chǎn)生的氧化鐵紅容易結(jié)塊，需要進(jìn)一步研磨處理。
(四)展示回收成果
學(xué)生分組展示回收成果，并構(gòu)建了酸、堿、鹽的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)及物質(zhì)回收利用的一般模型。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)室與工業(yè)回收廢鐵的差異，學(xué)生初步學(xué)會(huì)批判性思維方法，并樹立綠色發(fā)展觀。
創(chuàng)設(shè)真實(shí)、有趣、復(fù)雜的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生自主調(diào)用所學(xué)知識(shí)分析并解決實(shí)際問題。解決廢鐵回收利用的問題，需要學(xué)生運(yùn)用酸、堿、鹽的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)分析物質(zhì)轉(zhuǎn)化的可行性，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)條件考慮可操作性，最后通過查閱文獻(xiàn)資料分析回收方案的可復(fù)制性。
驅(qū)動(dòng)性問題是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的引擎，是項(xiàng)目實(shí)施效果的保障。通過構(gòu)建螺旋上升的問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際問題中凝練化學(xué)問題，再從化學(xué)問題應(yīng)用到實(shí)際問題，將總?cè)蝿?wù)拆解為具體的子任務(wù)，既符合認(rèn)知邏輯，又層層遞進(jìn)地解決問題。
項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的最終目的是實(shí)現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化和素養(yǎng)化。通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，以學(xué)生為主體，師生共建了“酸、堿、鹽的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)”，可以借此推測(cè)物質(zhì)未知的性質(zhì)與變化。建構(gòu)“物質(zhì)回收利用的一般模型”，初步學(xué)會(huì)認(rèn)識(shí)和利用物質(zhì)的一般思路與方法，有助于分析解決更多的實(shí)際問題。
六、總結(jié)
通過對(duì)“廢鐵回收利用”項(xiàng)目的實(shí)施，學(xué)生不僅鞏固了酸、堿、鹽的知識(shí)，還培養(yǎng)了解決實(shí)際問題的能力。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為學(xué)生提供了一個(gè)真實(shí)、有趣、復(fù)雜的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了他們的科學(xué)思維和實(shí)踐能力。未來，隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和資源循環(huán)利用的推進(jìn)，廢鐵回收行業(yè)將迎來更多的發(fā)展機(jī)遇。
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