沪教版九年级上册第2节 金属矿物 铁的冶炼教学设计

 5.2金属矿物铁的冶炼

教学目标

【知识与能力】

1.了解一些常见金属矿物（铁矿、铝矿等）的主要成分。

2.了解实验室将氧化铁还原为Fe的原理、装置、步骤和实验注意事项。 

3.认识工业炼铁的主要原料及设备和反应原理。

4.能利用化学方程式进行不纯物质的相关计算。

【过程与方法】

1.通过铁的冶炼，使学生了解工业炼铁的原理、设备、原料，从而将书本上的化学知识与工业生产相结合。

2.通过含杂质物质的化学方程式的计算，让学生明白实际应用与理论计算之间的差异。

【情感态度价值观】 

通过对铁的冶炼原理的分析，培养学生安全操作意识和良好的环保意识。

教学重难点

【教学重点】

1.了解常见的金属矿物。

2.理解铁的冶炼方法及原理。

3.含杂质物质的化学方程式的计算。

【教学难点】

1.工业炼铁的化学原理、设备及原料 。

2.能利用化学方程式对不纯物质进行相关计算。

课前准备

仪器：铁架台、硬质粗玻璃管、酒精喷灯、试管、导气管等。

药品：氧化铁粉末、一氧化碳、澄清石灰水等。　

教学过程

【情景引入】上节课我们学习了金属的性质，了解铁、铝、铜等金属的物理性质和化学性质。那么，大家知道这些金属是怎么来的吗？在自然界能找到这些金属吗？它们是以什么形式存在的？

一、常见的金属矿物

1.金属矿物的存在形式

自然界中，极少数不活泼的金属（如铂、金、银等）以游离态（单质）存在，大多数金属以化合态（化合物）存在。

2.常见的金属矿物

（1）铁矿石：赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）、菱铁矿（FeCO3）和黄铁矿（FeS2）等。

（2）铜矿石：黄铜矿（CuFeS2）、孔雀石[Cu2(OH)2CO3]、斑铜矿（Cu5FeS4）和赤铜矿（Cu2O）等。

（3）铝矿物：铝土矿（Al2O3）、明矾石（KAlSO4·12H2O）。

【过渡】用金属矿石可以冶炼金属。使金属矿物变成金属的过程，叫做金属的冶炼。铁在自然界中分布很广，我国辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花等地都有大型铁矿。那么，怎么用铁矿石冶炼铁呢？

二、铁的冶炼

1.实验室探究工业炼铁的原理

实验目的：探究工业炼铁的化学原理

实验原理：3CO + Fe2O3高温2Fe +3CO2

实验装置：见下图

实验步骤：

（1）组装仪器，检查装置的气密性。

（2）装入药品。

（3）先通入CO，再点燃酒精喷灯加热玻璃管中的氧化铁。

（4）待玻璃管中的红棕色粉末变成黑色时停止加热。

（5）继续通入CO，直至玻璃管内物质冷却到室温。

实验现象：红棕色的粉末变为黑色粉末，澄清石灰水变浑浊。

尾气处理：点燃或收集。

实验结论：CO有还原性，能将 Fe2O3中铁元素还原为铁单质。

【交流讨论】①先通CO再加热的目的。②停止加热前，继续通CO的目的。③为什么要进行尾气处理？

答案要点：①可燃性气体与空气混合加热可能会发生爆炸。②若先停止加热，导致玻璃管中压强迅速减小，石灰水倒吸。③由于CO有毒，在做关于该气体的实验都需要注意尾气的处理。

2.工业炼铁的方法

主要设备：高炉

主要原料：铁矿石、焦炭、石灰石、热空气

主要原理：高炉中由下至上依次发生

（1）C + O2高温CO2

（2）CO2 + C高温2CO

（3）3CO + Fe2O3高温2 Fe +3CO2

焦炭的作用：①制造还原剂CO；②通过燃烧焦炭提高炉温，加快冶炼速度。

石灰石的作用：制造炉渣。

用热空气而非冷空气的原因：提高炉温，加快反应速率。

【教师引导】阅读P125的【拓展视野】，试着归纳出金属冶炼的方法有哪些？

3.金属的冶炼方法

（1）热还原法

金属氧化物跟焦炭或氢气、一氧化碳等物质一起加热反应，使其失去氧转化为金属单质。可用热还原法冶炼的金属，其金属性比较强。例如，古代湿法炼铜：2CuO+C高温2Cu+

CO2↑。

（2）电解法

活泼金属很难从其矿物中提取出来，需要用电解法。例如，电解熔融氧化铝制金属铝：2Al2O3通电4Al+3O2↑。

（3）热分解法

有些金属的氧化物受热容易分解，可以用加热其氧化物或煅烧其硫化物的方法制备相应的金属单质。例如，热分解法制汞单质：2HgO(s)加热2Hg(l)+O2(g)。

【过渡】化学方程式所表示的反应物与生成物之间的质量关系，指的是纯净物。然而现实生产、生活所接触的物质大多为不纯物，因此在进行含有一定量杂质的反应物或生成物的计算时，首先要掌握不纯物与纯净物之间的质量关系。

4.不纯物与纯净物之间的质量关系

（1）不纯物的质量 =纯净物的质量＋杂质的质量

（2）纯净物质量 =不纯物质量×纯净物质量分数

（3）不纯物质量=纯净物质量÷纯净物质量分数

例题：用2000吨含氧化铁75%的赤铁矿，可炼铁多少吨？

解答：2000吨赤铁矿含氧化铁的质量为2000吨×75%=1500吨。

设：1500吨氧化铁可炼出铁的质量为x。

Fe2O3 +3CO 2Fe + 3CO2

160           2×56

1500t           x

x= =1050t

答：用2 000吨含氧化铁75%的赤铁矿，可炼铁1050吨。

三、板书

（一）常见的金属矿物

1.金属矿物的存在形式

2.常见的金属矿物

（二）铁的冶炼

1.实验室探究工业炼铁的原理

2.工业炼铁的方法

3.金属的冶炼方法

4.不纯物与纯净物之间的质量关系

四、课堂练习

1.关于元素在地壳中的含量说法正确的是（）

A.大多数元素在地壳中以单质的形式存在

B.地壳中含量最高的金属元素是铁

C.地壳中含量最高的非金属元素是硅

D.大多数金属元素在地壳中以矿石的形式存在

2.赤铁矿的主要成分是（）

A.Fe3O4        B.FeCO3       C.Fe2O3          D.FeS2

3.工业炼铁的主要原料是（　）

①铁矿石②石灰石③焦炭④一氧化碳

A.①②④　B.①③④　    C.②③④　  D.①②③

4.关于实验室用一氧化碳还原氧化铁的实验，下列叙述错误的是（　　）

A.实验开始时要先通入一氧化碳后加热氧化铁，实验结束时通入一氧化碳至试管冷却

B.实验过程要对尾气进行处理，不能排放到空气中

C.实验观察到的现象为红棕色固体变黑，澄清石灰水变浑浊

D.实验原理：CO+FeO高温Fe+CO2

5.甲图是一氧化碳还原氧化铁的装置，乙图是炼铁高炉示意图。下列叙述中正确的是（　　）

A.炼铁的主要原理是：3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2

B.乙图炼铁中原料焦炭的作用只是提供热量

C.甲图中实验开始时应先点燃加热氧化铁的酒精喷灯

D.两图中得到的铁是完全相同的

6.某钢铁厂高炉炼铁的主要原料是赤铁矿石、焦炭、空气等，主要反应过程如图所示：

（1）在上图方框中填出有关反应生成物的化学式。

（2）写出反应的化学方程式

①________________________；

②________________________；

③________________________。

7.某高炉年产生铁500万吨（设生铁中含铁96%），生产过程中铁的损耗不计，问需要含60% Fe2O3的赤铁矿（Fe2O3）多少吨？