資源簡介

(共45張PPT)
6.3金屬礦物與金屬冶煉
第六單元 金屬和金屬材料
科粵版2024版化學(xué)九年級(jí)下冊(cè)
授課教師：********
班 級(jí)：********
時(shí) 間：********
導(dǎo)入新課（5 分鐘）
【展示】多媒體展示各種金屬制品，如汽車、橋梁、電線等。提問：同學(xué)們，這些金屬制品在我們生活中隨處可見，那你們知道這些金屬最初是從哪里來的嗎？引導(dǎo)學(xué)生思考金屬的來源與金屬礦物的關(guān)系，從而引出本節(jié)課的主題 —— 金屬礦物與金屬冶煉。
（二）新課講授（30 分鐘）
金屬礦物
【展示】展示常見金屬礦物的圖片，如赤鐵礦（主要成分 Fe O ）、磁鐵礦（主要成分 Fe O ）、鋁土礦（主要成分 Al O ）、黃銅礦（主要成分 CuFeS ）、輝銅礦（主要成分 Cu S）等。
【講解】介紹這些金屬礦物的主要成分及分布情況，讓學(xué)生了解金屬在自然界中的存在形式。大多數(shù)金屬以化合物的形式存在于礦石中，只有少數(shù)不活潑金屬如金、銀等以單質(zhì)形式存在。
鐵的冶煉
【引入】鐵是目前世界上使用最廣泛的金屬，那我們是如何從鐵礦石中得到鐵的呢？
【實(shí)驗(yàn)探究】一氧化碳還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)（播放實(shí)驗(yàn)視頻）
實(shí)驗(yàn)裝置：展示實(shí)驗(yàn)裝置圖，介紹各部分儀器的名稱和作用，包括硬質(zhì)玻璃管、酒精燈、鐵架臺(tái)、導(dǎo)管、澄清石灰水等。
實(shí)驗(yàn)步驟：
檢查裝置的氣密性。
裝入藥品并固定裝置。
先通入一氧化碳，排盡裝置內(nèi)的空氣（防止一氧化碳與空氣混合加熱時(shí)發(fā)生爆炸）。
點(diǎn)燃酒精燈，給氧化鐵加熱。
觀察現(xiàn)象，當(dāng)紅棕色粉末逐漸變黑，澄清石灰水變渾濁時(shí)，說明反應(yīng)發(fā)生。
停止加熱，繼續(xù)通入一氧化碳，直到玻璃管冷卻（防止生成的鐵被空氣中的氧氣重新氧化）。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：硬質(zhì)玻璃管中的紅棕色粉末逐漸變?yōu)楹谏吻迨宜儨啙幔矚馊紵a(chǎn)生藍(lán)色火焰。
實(shí)驗(yàn)原理：講解一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式：\(3CO + Fe O \stackrel{高溫}{=\!=\!=} 2Fe + 3CO \)，說明在該反應(yīng)中，一氧化碳奪取了氧化鐵中的氧，將鐵還原出來，一氧化碳是還原劑。
【工業(yè)煉鐵】介紹工業(yè)煉鐵的設(shè)備（高爐）、原料（鐵礦石、焦炭、石灰石）及生產(chǎn)過程。
焦炭的作用：一是提供熱量，\(C + O \stackrel{點(diǎn)燃}{=\!=\!=} CO \)；二是生成還原劑一氧化碳，\(CO + C \stackrel{高溫}{=\!=\!=} 2CO\)。
石灰石的作用：將礦石中的二氧化硅等雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為爐渣除去。
有關(guān)含雜質(zhì)物質(zhì)的化學(xué)方程式計(jì)算
【例題講解】例：用 1000t 含氧化鐵 80% 的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵 96% 的生鐵的質(zhì)量是多少？
分析：首先要明確參加反應(yīng)的是純凈的氧化鐵，根據(jù)赤鐵礦石的質(zhì)量和氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量。然后根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算出鐵的質(zhì)量，最后根據(jù)生鐵中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算出生鐵的質(zhì)量。
解：1000t 赤鐵礦石中含氧化鐵的質(zhì)量為\(1000t×80\% = 800t\)
設(shè)理論上可以煉出鐵的質(zhì)量為 x
\(3CO + Fe O \stackrel{高溫}{=\!=\!=} 2Fe + 3CO \)
160 112
800t x
\(\frac{160}{112} = \frac{800t}{x}\)
\(x = \frac{112×800t}{160} = 560t\)
含鐵 96% 的生鐵的質(zhì)量為\(\frac{560t}{96\%} \approx 583.3t\)
答：理論上可以煉出含鐵 96% 的生鐵的質(zhì)量約是 583.3t。
【總結(jié)方法】在進(jìn)行含雜質(zhì)物質(zhì)的化學(xué)方程式計(jì)算時(shí)，要先將含雜質(zhì)物質(zhì)的質(zhì)量換算成純凈物的質(zhì)量，再代入化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算，最后根據(jù)所求物質(zhì)的純度計(jì)算出實(shí)際物質(zhì)的質(zhì)量。
（三）課堂小結(jié)（5 分鐘）
【提問】同學(xué)們，通過今天的學(xué)習(xí)，你們有哪些收獲？
【學(xué)生回答】
了解了常見的金屬礦物及其主要成分。
知道了鐵的冶煉原理，包括實(shí)驗(yàn)方法和工業(yè)生產(chǎn)過程。
學(xué)會(huì)了進(jìn)行含雜質(zhì)物質(zhì)的化學(xué)方程式計(jì)算。
【總結(jié)】本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了金屬礦物與金屬冶煉的相關(guān)知識(shí)，重點(diǎn)掌握鐵的冶煉原理和含雜質(zhì)物質(zhì)的化學(xué)方程式計(jì)算。金屬冶煉對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展至關(guān)重要，同時(shí)我們也要關(guān)注金屬冶煉過程中對(duì)環(huán)境的影響。
（四）布置作業(yè)（5 分鐘）
課后完成課本上相關(guān)練習(xí)題，鞏固含雜質(zhì)物質(zhì)的化學(xué)方程式計(jì)算。
查閱資料，了解金屬冶煉技術(shù)的發(fā)展歷程以及對(duì)環(huán)境的影響，寫一篇小短
5
課堂檢測
4
新知講解
6
變式訓(xùn)練
7
中考考法
8
小結(jié)梳理
9
布置作業(yè)
學(xué)習(xí)目錄
1
復(fù)習(xí)引入
2
新知講解
3
典例講解
1.知道元素有兩種存在形態(tài)。
2.認(rèn)識(shí)幾種金屬礦物，知道某些礦物的主要成分。
3.了解生鐵和鋼冶煉的原理及操作的注意事項(xiàng)。
4.了解冶煉金屬的常用方法。
5.了解生鐵和鋼的區(qū)別以及主要性能。
6.初步學(xué)會(huì)關(guān)于不純物的化學(xué)方程式的計(jì)算。
金屬材料的發(fā)展史
東漢晚期的青銅奔馬
（馬踏飛燕）
河北滄州鐵獅子，鑄造于953年
鋁制品
（鋁的使用在100多年前）
青銅器時(shí)代
鐵器時(shí)代
1
2
3
鋁的廣泛使用
人類利用金屬的先后順序：銅→鐵→鋁。
由于鋁的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在古代很難通過冶煉得到單質(zhì)鋁，故鋁的利用較晚。
現(xiàn)階段年產(chǎn)量：鐵＞鋁＞銅。
為人類社會(huì)作出許多貢獻(xiàn)的金屬是從哪里來的呢？它們來自地殼中天然存在的礦物。其中，有少數(shù)很不活潑的金屬，如金、 銀、 鉑能以單質(zhì)形態(tài)存在，絕大多數(shù)金屬都是以化合物形態(tài)存在于礦物之中。
為什么只有金銀等少數(shù)金屬在自然界有單質(zhì)的形式存在呢？
金、銀等金屬化學(xué)性質(zhì)不活潑
部分金屬元素在地殼中的含量
元素名稱 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%
鋁 7.73
鐵 4.75
鈣 3.45
鈉 2.74
鉀 2.47
鎂 2.00
鋅 0.008
銅 0.007
礦石不是合金。合金中含有金屬單質(zhì)，礦石中含有金屬的化合物。
幾種金屬礦物
鋁土礦主要成分是Al2O3
赤鐵礦主要成分(Fe2O3)
磁鐵礦主要成分(Fe3O4）
黃鐵礦主要成分是Fe2S
孔雀石主要成分是[Cu2(OH)2CO3]
赤銅礦主要成分是Cu2O
討論：選擇下列哪種鐵礦石煉鐵最好，為什么？
赤鐵礦Fe2O3
磁鐵礦Fe3O4
菱鐵礦FeCO3
黃鐵礦FeS2
應(yīng)選擇含鐵量高、不含有害元素的礦石：
菱鐵礦含鐵量低，黃鐵礦含有硫元素，常用赤鐵礦和磁鐵礦。
鋼鐵的冶煉
70%
72.4%
48.3%
46.7%
實(shí)驗(yàn)室模擬煉鐵
【實(shí)驗(yàn)藥品】
【實(shí)驗(yàn)裝置】
氧化鐵粉末、澄清石灰水、一氧化碳?xì)怏w
【實(shí)驗(yàn)原理】
【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】
玻璃管內(nèi)紅棕色粉末逐漸變成黑色
試管內(nèi)澄清石灰水變渾濁
尾氣燃燒產(chǎn)生藍(lán)色火焰
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
高溫
CO2+Ca(OH)2= CaCO3↓+H2O
2CO + O2 2CO2
點(diǎn)燃
裝置末端酒精燈的作用是什么？
點(diǎn)燃尾氣，防止有毒的CO污染空氣
點(diǎn)燃
收集
檢查裝置氣密性
裝藥品，固定儀器
通入純凈的CO氣體
點(diǎn)燃酒精燈
熄滅酒精燈
冷卻后停止通CO
點(diǎn)燃酒精噴燈
反應(yīng)結(jié)束后熄滅酒精噴燈
實(shí)驗(yàn)室模擬煉鐵步驟
【記憶法則】
一氧化碳早出晚歸
酒精噴燈遲到早退
3.如何檢驗(yàn)生成的黑色固體中有鐵？
（2）取樣，加入足量的稀鹽酸，若黑色粉末溶解，產(chǎn)生氣泡，溶液變?yōu)闇\綠色，則黑色粉末為鐵。
（1）用磁鐵吸引；
為什么要先通一段時(shí)間CO，再加熱Fe2O3
排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱發(fā)生爆炸
2. 為什么要先停止加熱，待物質(zhì)冷卻后再停止通CO？
石灰水倒吸使硬質(zhì)玻璃管破裂
防止鐵粉再次被氧化
閱讀教材P18，討論回答下列問題
1.鋼鐵廠如何把礦石煉成鐵和鋼？
2.生鐵與鋼的成分有何異同？
3.寫出高爐內(nèi)發(fā)生的的主要反應(yīng)方程式。
4.將生鐵煉成鋼的原理是什么？
煉鐵設(shè)備——高爐
閱讀思考
1.焦炭的作用：
2.石灰石作用:
3.煉鐵的原理：
工業(yè)煉鐵－－設(shè)備、原料、原理、產(chǎn)品
提供熱量，提供還原劑一氧化碳。
原料
將鐵礦石中的二氧化硅轉(zhuǎn)化為爐渣。
高溫條件下，用一氧化碳做還原劑將礦石中的鐵還原出來。
4.得到的產(chǎn)品是什么？
5.出鐵口為什么在出渣口下方？
煉鐵設(shè)備——高爐
產(chǎn)品
產(chǎn)品為生鐵，是含碳量
在2%-4.3%的鐵合金。
鐵水的密度比爐渣的密度小
工業(yè)煉鐵和實(shí)驗(yàn)室煉鐵有什么不同
原料、產(chǎn)物不同
設(shè)備不同
溫度不同
對(duì)環(huán)境影響不同
操作難易程度不同
工業(yè)煉鐵原料和產(chǎn)物都是混合物，實(shí)驗(yàn)室煉鐵原料和產(chǎn)物都是純凈物
工業(yè)煉鐵設(shè)備是高爐，實(shí)驗(yàn)室用玻璃管
高爐內(nèi)溫度高，玻璃管內(nèi)溫度較低
高爐煉鐵對(duì)環(huán)境影響大，實(shí)驗(yàn)室對(duì)環(huán)境影響小
高爐煉鐵工藝復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)室操作簡單
煉鐵 煉鋼
原料 鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣 生鐵、廢鋼、氧氣
原理 在高溫的條件下，利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石中還原出來；同時(shí)，利用石灰石將鐵礦石中的脈石（如二氧化硅）轉(zhuǎn)變成爐渣 主要是利用氧化劑（純氧）把生鐵里過多的碳和其他雜質(zhì)氧化除去
主要設(shè)備 高爐 平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐
產(chǎn)品 生鐵 鋼
工業(yè)煉鐵、煉鋼的區(qū)別
生鐵和鋼的區(qū)別
類別 含碳量 含雜質(zhì) （硫、磷等） 機(jī)械性能 機(jī)械加工
生鐵 2%～4.3% 多 硬而脆 可鑄不可鍛
鋼 0.03%～2% 少 硬而韌、有彈性 可鑄可鍛
由于礦藏豐富、易冶煉、價(jià)格低廉,鐵是世界上應(yīng)用最廣泛的金屬。我國早在春秋戰(zhàn)國時(shí)期就開始煉鐵。
1949年前,我國的鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展緩慢,1949年,鋼的年產(chǎn)量僅15.8萬噸
1949年后,特別是改革開放以來,鋼鐵工業(yè)飛速發(fā)展,近年來年產(chǎn)量均居世界首位,鋼材的品種也大大增加。
珠澳大橋于2009年12月動(dòng)工建設(shè),2018年10月開通運(yùn)營,僅主梁鋼板用量就達(dá)到了42萬噸。
含雜質(zhì)化學(xué)方程式計(jì)算
（1）5000 t含F(xiàn)e2O3 76%的赤鐵礦石含有多少噸Fe2O3？請(qǐng)列出計(jì)算式。
純凈物的質(zhì)量=不純物質(zhì)的質(zhì)量×純度
（2）2000t含F(xiàn)e 98%的生鐵含有多少噸鐵？請(qǐng)列出計(jì)算式。
（3）2000t含雜質(zhì)2%的生鐵含有多少噸鐵？請(qǐng)列出計(jì)算式。
例 某煉鐵廠每天需消耗5000 t含F(xiàn)e2O3 76%的赤鐵礦石，理論上可生產(chǎn)含F(xiàn)e 98%的生鐵多少噸？
溫馨提示：
根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算，代入的數(shù)據(jù)都是純凈物的質(zhì)量。
解：Fe2O3質(zhì)量為5000 t×76%＝3800 t
設(shè)：生鐵質(zhì)量為x，則純鐵質(zhì)量為98%·x
Fe2O3 ＋ 3CO 2Fe ＋ 3CO2
160　 　　 112
3800t　　 　 98%·x
160∶3800 t＝112∶（98%·x）　　　　
x＝ 2714.3 t
答：理論上可日產(chǎn)含鐵98%的生鐵2714.3噸
閱讀教材P20“知識(shí)視窗”
金屬的冶煉方法：
1.活潑金屬——電解法(如鈉、鉀、鎂、鋁)
2.一般金屬——熱還原法(如銅、鐵、鋅)
3.較不活潑金屬——直接加熱法(如汞)
Al2O3
4Al+3O2↑
MgCl2
Mg+Cl2↑
通電
高溫
CuO+H2
Cu+H2O
△
2HgO
2Hg+O2↑
△
1.下列關(guān)于煉鐵的敘述錯(cuò)誤的是（　　）
A.主要原料為鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣等
B.主要設(shè)備為高爐
C.主要原理是利用焦炭的還原性置換出鐵礦石中的鐵
D.主要產(chǎn)物是生鐵
2.用3 000 t含氧化鐵80%的赤鐵礦，理論上可以煉出含鐵96%的生鐵的質(zhì)量是（　　）
A.1 166 t B.1 750 t C.1 810 t D.1 944 t
C
B
3.鋼鐵的冶煉是人類文明的一個(gè)重要標(biāo)志，如圖是模擬煉鐵的實(shí)驗(yàn)裝置圖。
(1)請(qǐng)你寫出冶煉生鐵的化學(xué)方程式 。
(2)請(qǐng)寫出一種證明產(chǎn)物中含鐵粉的方法： 。
(3)此裝置有不完善的地方，請(qǐng)寫出其中一種改進(jìn)的方法 。
磁鐵吸引
添加尾氣處理裝置
4.某煉鐵廠每天生產(chǎn)1000t含F(xiàn)e 96%的生鐵理論上，需消耗含F(xiàn)e2O3 70%的赤鐵礦石多少噸？
1. 如圖是人類冶煉金屬的時(shí)間軸，①～④代表選項(xiàng)中的四個(gè)時(shí)代，其中③表示的時(shí)代是(　　)
A. 工業(yè)時(shí)代 B. 鐵器時(shí)代
C. 青銅時(shí)代 D. 石器時(shí)代
B
【點(diǎn)撥】
越不活潑的金屬被人類發(fā)現(xiàn)和大規(guī)模使用得越早，銅活動(dòng)性比鐵弱，人類使用青銅器早于鐵器，故選B。
返回
2. 大自然向人類提供了豐富的金屬礦物資源。在以下四種礦石中，可用于煉鐵的是(　　)
A. 赤鐵礦(主要成分是Fe2O3)
B. 爐甘石(主要成分是ZnCO3)
C. 鋁土礦(主要成分是Al2O3)
D. 黃鐵礦(主要成分是FeS2)
A
【點(diǎn)撥】可用于煉鐵的礦石中必須含有鐵元素，且不含有害元素(如硫元素)。
【點(diǎn)規(guī)律】
選擇鐵礦石時(shí)，從經(jīng)濟(jì)效益角度分析，要考慮鐵礦石所含鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；從環(huán)境保護(hù)角度分析，要考慮在煉鐵過程中是否會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)。煉鐵時(shí)選擇鐵礦石要選擇含鐵量高、不含有害元素(如硫元素)的鐵礦石。所以，一般選擇赤鐵礦或磁鐵礦，而不選擇黃鐵礦(因?yàn)辄S鐵礦中含有硫元素，易生成SO2，污染環(huán)境)。
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3. 工業(yè)煉鐵的原理為3CO＋Fe2O3===== 2Fe＋3CO2，其中CO體現(xiàn)還原性。下列化學(xué)反應(yīng)中，有物質(zhì)體現(xiàn)還原性的是(　　)
A. SO3＋H2O===H2SO4
B. H2＋CuO=====Cu＋H2O
C. CuSO4＋BaCl2===BaSO4↓＋CuCl2
D. H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O
B
高溫
△
【點(diǎn)撥】
一氧化碳在煉鐵的反應(yīng)中得到氧，作還原劑，體現(xiàn)了一氧化碳的還原性。反應(yīng)“H2＋CuO===== Cu＋H2O”中，氫氣奪取了氧化銅中的氧，體現(xiàn)了還原性。
△
返回
4. 下列關(guān)于高爐煉鐵的說法中正確的是(　　)
A. 圖中高爐煉鐵的主要反應(yīng)是3C＋2Fe2O3====4Fe＋3CO2↑
B. 焦炭通過反應(yīng)2C＋O2=====2CO提供了冶鐵所需的熱能，同時(shí)生成了還原劑CO
C. 爐氣經(jīng)過合理處理之后可用作氣體燃料
D. 高爐煉鐵的產(chǎn)品是純鐵，可用來煉鋼
C
高溫
點(diǎn)燃
【點(diǎn)撥】
圖中高爐煉鐵的主要反應(yīng)是3CO＋Fe2O3===== 2Fe＋3CO2，A錯(cuò)誤；焦炭通過C＋O2=====CO2反應(yīng)提供了冶鐵所需的熱能，同時(shí)還發(fā)生了反應(yīng)C＋CO2=====2CO，生成了還原劑CO，B錯(cuò)誤；爐氣主要有一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)獾瘸煞郑?jīng)過合理處理之后可用作氣體燃料，C正確；高爐煉鐵的產(chǎn)品是生鐵，可用來煉鋼，D錯(cuò)誤。
高溫
點(diǎn)燃
高溫
返回
5. 鋼鐵工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r是世界各國工業(yè)化水平的重要標(biāo)志之一。如圖是工業(yè)煉鐵的化學(xué)原理，請(qǐng)回答下列問題：
(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要先通入一會(huì)兒CO，然后再加熱，這樣操作的目的是__________________________________。加熱一會(huì)兒后，可觀察到硬質(zhì)玻璃管內(nèi)的現(xiàn)象是_________________________，反應(yīng)的化學(xué)方程式是_____________________________________________。
排盡裝置內(nèi)空氣，防止加熱時(shí)發(fā)生爆炸
紅色粉末逐漸變成黑色
Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO2　
高溫
(2)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，澄清石灰水的作用是__________________________。CO有毒，為防止尾氣對(duì)環(huán)境造成污染，處理尾氣的方法是________________________________________。實(shí)驗(yàn)完畢，玻璃管內(nèi)固體的質(zhì)量會(huì)___________(填“不變”“增大”或“減小”)。
檢驗(yàn)是否有二氧化碳生成
裝置末端放一盞燃著的酒精燈(合理即可)
減小
【點(diǎn)撥】
(1)一氧化碳具有可燃性，與空氣混合加熱可能發(fā)生爆炸，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)，要先通入一會(huì)兒CO，然后再加熱；一氧化碳與氧化鐵在高溫的條件下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，氧化鐵為紅色，鐵粉為黑色，故玻璃管內(nèi)現(xiàn)象為紅色粉末逐漸變成黑色；方程式為Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO2。
高溫
(2)二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，實(shí)驗(yàn)室用此方法檢驗(yàn)二氧化碳，故在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，澄清石灰水的作用是檢驗(yàn)反應(yīng)是否產(chǎn)生了二氧化碳?xì)怏w；一氧化碳有毒，實(shí)驗(yàn)時(shí)要進(jìn)行尾氣處理，一氧化碳具有可燃性，可在裝置末端放一盞燃著的酒精燈，將其點(diǎn)燃，也可以套一只氣球；在這個(gè)反應(yīng)中，氧化鐵中的氧元素被CO奪去，生成鐵，玻璃管內(nèi)固體的質(zhì)量會(huì)減輕。減輕的質(zhì)量為反應(yīng)的氧化鐵中所含氧元素質(zhì)量。
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1.從課后習(xí)題中選取；
2.完成練習(xí)冊(cè)本課時(shí)的習(xí)題。
謝謝觀看！

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