資源簡介

(共29張PPT)
9.1.2 金屬礦物
及其冶煉
一、化學觀念
認識地球上金屬資源的存在形式，知道常見金屬礦物；理解金屬冶煉的化學原理，構建 “化學反應可以實現物質轉化” 的觀念。
二、科學思維
通過分析金屬冶煉的化學反應，培養邏輯推理和歸納總結能力。
三、科學態度與責任
了解我國鋼鐵工業發展成就和稀土分離技術貢獻，增強民族自豪感和對化學學科的認同感。認識到合理開發和利用金屬資源的重要性，樹立節約資源和保護環境的責任意識。
核心素養目標
重點：
1. 常見金屬礦物及主要成分
2. 工業煉鐵的化學原理及相關化學反應
難點：
1. 理解金屬冶煉過程中的氧化還原反應本質
2. 從化學原理角度分析工業煉鐵的流程和操作要點
學習重難點
新課導入
赫梯人的 “鐵秘密”
公元前約 1500 年，古代小亞細亞半島（現今的土耳其）的赫梯人開始冶煉鐵，這種堅硬的金屬讓他們擁有了經濟和政治上的力量。當時鐵的冶煉過程十分神秘，赫梯人對其嚴格保密。直到公元前約 1200 年，赫梯王國滅亡，各部落帶著煉鐵知識分散到歐洲和亞洲，“鐵器時代” 才正式拉開帷幕。
01 金屬礦物的存在
1. 金屬資源的分布及存在形式
（1）分布：地球上的金屬資源
廣泛存在于地殼和海洋中。
（2）存在形式：
①單質形式：金、鉑等
②化合物形式：其余金屬
02 銅的冶煉
1. 常見的銅礦石
銅是人類最早使用的金屬之一。主要是通過用焦炭焙燒含有銅元素的礦石獲得金屬銅。含銅的礦石主要有黃銅礦、孔雀石、輝銅礦等。
2. 古人煉銅的反應原理
（1）焙燒孔雀石時，其主要成分堿式碳酸銅受熱會分解
Cu2(OH)2CO3 === 2CuO + H2O + CO2↑
△
（2）氧化銅能與木炭反應，生成銅和二氧化碳。
2CuO + C === 2Cu + CO2↑
高溫
3. 還原反應
化學方程式為：2CuO + C === 2Cu + CO2↑
高 溫
氧化劑，失去氧，被還原
還原劑，得到氧，被氧化
像這樣，含氧化合物中的氧被奪去的反應屬于還原反應。
常用的還原劑：C、CO、H2
CuO + H2 === Cu + H2O
△
當今社會，在眾多的金屬材料中，鐵、鋁及其合金一直在人類生產生活中占據著主導地位，鋼鐵工業的發展狀況是世界各國工業化水平的重要標志。工業上是如何從鐵礦石中得到鐵的呢？
思考討論
03 工業煉鐵的化學原理
1. 一氧化碳還原氧化鐵實驗
（1）反應原理：
（2）實驗裝置：
一氧化碳氣體有毒，實驗時一定要注意安全，同時要進行尾氣處理！
1. 一氧化碳還原氧化鐵實驗
（3）實驗步驟：
①按上圖組裝儀器，并檢查氣密性；
②把少量研細的紅色氧化鐵粉末裝進硬質玻璃管中；
③把硬質玻璃管固定，先點燃出氣口處的酒精燈，再通入一氧化碳氣體排氣，待排盡硬質玻璃管中的空氣后，再點燃酒精噴燈加熱；
④當紅色粉末全部轉變成黑色后，先停止加熱，繼續通入一氧化碳，直至玻璃管冷卻，最后熄滅酒精燈。
1. 一氧化碳還原氧化鐵實驗
實驗現象 化學方程式
硬質玻璃管
試管
裝置尾部
紅色粉末逐漸變為黑色
澄清石灰水變渾濁
尾氣燃燒并產生藍色火焰
討論
1.如何判斷反應中生成了什么物質？
（1）紅色粉末變黑色，用磁鐵檢驗，證明黑色粉末為鐵；
（2）將產生的氣體通入到澄清石灰水中，澄清石灰水變渾濁，則生成二氧化碳。
拓展延伸：若用一氧化碳還原四氧化三鐵，應將生成的黑色粉末加入鹽酸中，若有氣體生成，則證明有鐵生成。由于四氧化三鐵也有磁性，不能用磁鐵吸引的方法檢驗。
討論
2.裝置導管末端為什么要放一個點燃的酒精燈？
因為一氧化碳有毒，且具有可燃性，反應后排出的尾氣中可能含有未反應的一氧化碳，在導管末端放置點燃的酒精燈，是為了將尾氣中的一氧化碳點燃，使其轉化為二氧化碳，防止一氧化碳排放到空氣中造成空氣污染。
1. 一氧化碳還原氧化鐵實驗
實驗結論：
氧化鐵和一氧化碳在高溫條件下發生反應，生成鐵和二氧化碳。反應的化學方程式為：
思考討論
1．實驗開始前，為什么要先通入CO氣體再加熱？
2．實驗結束后前，為什么要停止加熱再停止通入CO？
排盡玻璃管內的空氣，以免加熱時玻璃管內CO與空氣混合發生爆炸。
防止新生成的鐵粉被氧化；防止液體倒吸，使玻璃管炸裂。
記憶口訣：一氧化碳早出晚歸，酒精噴燈遲到早退。
2. 工業煉鐵
鋼鐵工業中就是利用這一原理來煉鐵的。將赤鐵礦（主要成分是Fe2O3）、焦炭和石灰石一起加入高爐，在高溫下，利用爐內反應生成的一氧化碳將鐵從氧化鐵中還原出來。
科技創新—徐光憲與稀土分離新技術
元素周期表中的鑭系元素和鈧、釔共計17種金屬元素，它們在自然界存量稀少且分散而被稱為稀土元素。這些稀土元素在信息、能源、航天、軍事等領域中有著重要的應用，被視為冶金工業“維生素”。我國是稀土資源大國，2022年已探明的儲量約占世界總儲量的 33.8%。由于這些稀土元素的性質太相近了，如何分離和提取它們就成為世界難題。20世紀70年代，我國科技發展需要高純度的稀土產品。國際上提煉稀土的技術都是保密的，而且產品極其昂貴。引進技術和購買產品，都是不現實的，必須自力更生。
科技創新—徐光憲與稀土分離新技術
我國化學家徐光憲帶領團隊跨過國外已有的分離方法，直接從當時未曾觸碰過的萃取分離技術入手，經過反復實驗，創新出一套稀土分離的串級萃取理論，并在該理論指導下，獨創了稀土分離“三出口”工藝，使我國稀土分離技術達到國際先進水平，促進了我國從稀土資源大國向高純稀土生產強國的轉變，使我國成為全球唯一一個擁有完整稀土產業鏈技術的國家。徐光憲院士被譽為“中國稀土之父”，并榮獲 2008 年度“國家最高科學技術獎”。
課外探究—我國鋼鐵工業的發展成就
1996 年我國鋼產量達到 10 124 萬噸，首次突破一億噸，居世界首位。這是我國鋼鐵工業及國民經濟發展進程中一個新的里程碑，是中國人民艱苦奮斗改革開放的豐碩成果。
1997 年 11 月 25 日，郵電部發行了紀念郵票 2 枚。一枚為“中國古代冶金”，畫面以《天工開物》中記載的古代冶煉過程為背景，以我國出土的最早的鐵制農具為主圖；一枚為“現代化鋼鐵廠”，畫面以寶山鋼鐵公司的廠房為背景，描繪了轉爐煉鋼的生動場面。
《1996年中國鋼產量
突破一億噸》紀念郵票
總結歸納
隨堂練習
1. 下列關于工業煉鐵的敘述錯誤的是( )
A.主要原理：利用焦炭的還原性置換出鐵礦石中的鐵
B.主要原料：鐵礦石、焦炭和石灰石等
C.主要設備：高爐
D.主要產物：生鐵
D
隨堂練習
2. 某化學興趣小組用以下裝置探究煉鐵原理，關于該裝置和反應過程描述錯誤的是（ ）
A. 盛裝藥品前應先檢查裝置氣密性
B. 加熱前要先通CO，加熱后B中出現渾濁
C. 已知方框中連接的是C和D，導管口的連接順序為a→b→c→d
D. 這種方法“煉”出的鐵與工業上煉出的生鐵在組成上最大的區別是不含碳
C
隨堂練習
4. 某鋼鐵廠每天需消耗5000 t含Fe2O3 76%的赤鐵礦石，該廠理
論上可日產含Fe 98%的生鐵的質量是多少？
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
160 2×56
500t×76% x×98%
x=2714t
解：設該廠理論上可日產含Fe 98% 的生鐵的質量為x。
答：該廠理論上可日產含Fe 98% 的生鐵2714t。
高溫
160
112
=
500t×76%
x×98%
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