第2節(jié)金屬礦物 鐵的冶煉

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5.2 金屬礦物 鐵的冶煉 教學目標 【知識與能力】 1.了解一些常見金屬礦物（鐵礦、鋁礦等）的主要成分。 2.了解實驗室將氧化鐵還原為Fe的原理、裝置、步驟和實驗注意事項。 3.認識工業(yè)煉鐵的主要原料及設備和反應原理。 4.能利用化學方程式進行不純物質的相關計算。 【過程與方法】 1.通過鐵的冶煉，使學生了解工業(yè)煉鐵的原理、設備、原料，從而將書本上的化學知識與工業(yè)生產相結合。 2.通過含雜質物質的化學方程式的計算，讓學生明白實際應用與理論計算之間的差異。 【情感態(tài)度價值觀】 通過對鐵的冶煉原理的分析，培養(yǎng)學生安全操作意識和良好的環(huán)保意識。 教學重難點 【教學重點】 1.了解常見的金屬礦物。 2.理解鐵的冶煉方法及原理。 3.含雜質物質的化學方程式的計算。 【教學難點】 1.工業(yè)煉鐵的化學原理、設備及原料?。 2.能利用化學方程式對不純物質進行相關計算。 課前準備 儀器：鐵架臺、硬質粗玻璃管、酒精噴燈、試管、導氣管等。 藥品：氧化鐵粉末、一氧化碳、澄清石灰水等?！? 教學過程 【情景引入】上節(jié)課我們學習了金屬的性質，了解鐵、鋁、銅等金屬的物理性質和化學性質。那么，大家知道這些金屬是怎么來的嗎？在自然界能找到這些金屬嗎？它們是以什么形式存在的？ 一、常見的金屬礦物 1.金屬礦物的存在形式 自然界中，極少數(shù)不活潑的金屬（如鉑、金、銀等）以游離態(tài)（單質）存在，大多數(shù)金屬以化合態(tài)（化合物）存在。 2.常見的金屬礦物 （1）鐵礦石：赤鐵礦（Fe2O3）、磁鐵礦（Fe3O4）、菱鐵礦（FeCO3）和黃鐵礦（FeS2）等。 （2）銅礦石：黃銅礦（CuFeS2）、孔雀石[Cu2(OH)2CO3]、斑銅礦（Cu5FeS4）和赤銅礦（Cu2O）等。 （3）鋁礦物：鋁土礦（Al2O3）、明礬石（KAlSO4·12H2O）。 【過渡】用金屬礦石可以冶煉金屬。使金屬礦物變成金屬的過程，叫做金屬的冶煉。鐵在自然界中分布很廣，我國遼寧鞍山、湖北大冶、四川攀枝花等地都有大型鐵礦。那么，怎么用鐵礦石冶煉鐵呢？ 二、鐵的冶煉 1.實驗室探究工業(yè)煉鐵的原理 實驗目的：探究工業(yè)煉鐵的化學原理 實驗原理：3CO + Fe2O3 高溫2Fe +3CO2 實驗裝置：見下圖 實驗步驟： （1）組裝儀器，檢查裝置的氣密性。 （2）裝入藥品。 （3）先通入CO，再點燃酒精噴燈加熱玻璃管中的氧化鐵。 （4）待玻璃管中的紅棕色粉末變成黑色時停止加熱。 （5）繼續(xù)通入CO，直至玻璃管內物質冷卻到室溫。 實驗現(xiàn)象：紅棕色的粉末變?yōu)楹谏勰?，澄清石灰水變渾濁? 尾氣處理：點燃或收集。 實驗結論：CO有還原性，能將 Fe2O3 中鐵元素還原為鐵單質。 【交流討論】①先通CO再加熱的目的。②停止加熱前，繼續(xù)通CO的目的。③為什么要進行尾氣處理？ 答案要點：①可燃性氣體與空氣混合加熱可能會發(fā)生爆炸。②若先停止加熱，導致玻璃管中壓強迅速減小，石灰水倒吸。③由于CO有毒，在做關于該氣體的實驗都需要注意尾氣的處理。 2.工業(yè)煉鐵的方法 主要設備：高爐 主要原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、熱空氣 主要原理：高爐中由下至上依次發(fā)生 （1）C + O2 高溫CO2 （2）CO2 + C高溫2CO （3）3CO + Fe2O3 高溫2 Fe +3CO2 焦炭的作用：①制造還原劑CO；②通過燃燒焦炭提高爐溫，加快冶煉速度。 石灰石的作用：制造爐渣。 用熱空氣而非冷空氣的原因：提高爐溫，加快反應速率。 【教師引導】閱讀P125的【拓展視野】，試著歸納出金屬冶煉的方法有哪些？ 3.金屬的冶煉方法 （1）熱還原法 金屬氧化物跟焦炭或氫氣、一氧化碳等物質一起加熱反應，使其失去氧轉化為金屬單質?？捎脽徇€原法冶煉的金屬，其金屬性比較強。例如，古代濕法煉銅：2CuO+C高溫2Cu+ CO2↑。 （2）電解法 活潑金屬很難從其礦物中提取出來，需要用電解法。例如，電解熔融氧化鋁制金屬鋁：2Al2O3通電4Al+3O2↑。 （3）熱分解法 有些金屬的氧化物受熱容易分解，可以用加熱其氧化物或煅燒其硫化物的方法制備相應的金屬單質。例如，熱分解法制汞單質：2HgO(s)加熱2Hg(l)+O2(g)。 【過渡】化學方程式所表示的反應物與生成物之間的質量關系，指的是純凈物。然而現(xiàn)實生產、生活所接觸的物質大多為不純物，因此在進行含有一定量雜質的反應物或生成物的計算時，首先要掌握不純物與純凈物之間的質量關系。 4.不純物與純凈物之間的質量關系 （1）不純物的質量 =純凈物的質量＋雜質的質量 （2）純凈物質量 =不純物質量×純凈物質量分數(shù) （3）不純物質量=純凈物質量÷純凈物質量分數(shù) 例題：用2 000噸含氧化鐵75%的赤鐵礦，可煉鐵多少噸？ 解答：2 000噸赤鐵礦含氧化鐵的質量為2 000噸×75%=1 500噸。 設：1 500噸氧化鐵可煉出鐵的質量為x。 Fe2O3 +3CO 2Fe + 3CO2 160 2×56 1 500 t x x= =1 050 t 答：用2 000噸含氧化鐵75%的赤鐵礦，可煉鐵1 050噸。 三、板書 （一）常見的金屬礦物 1.金屬礦物的存在形式 2.常見的金屬礦物 （二）鐵的冶煉 1.實驗室探究工業(yè)煉鐵的原理 2.工業(yè)煉鐵的方法 3.金屬的冶煉方法 4.不純物與純凈物之間的質量關系 四、課堂練習 1. 關于元素在地殼中的含量說法正確的是（ ） A.大多數(shù)元素在地殼中以單質的形式存在 B.地殼中含量最高的金屬元素是鐵 C.地殼中含量最高的非金屬元素是硅 D.大多數(shù)金屬元素在地殼中以礦石的形式存在 2.赤鐵礦的主要成分是（ ） A.Fe3O4 B.FeCO3 C.Fe2O3 D.FeS2 3.工業(yè)煉鐵的主要原料是（　 ） ①鐵礦石 ②石灰石 ③焦炭 ④一氧化碳 A.①②④ 　B.①③④　 C.②③④　 D.①②③ 4.關于實驗室用一氧化碳還原氧化鐵的實驗，下列敘述錯誤的是（　?。? A.實驗開始時要先通入一氧化碳后加熱氧化鐵，實驗結束時通入一氧化碳至試管冷卻 B.實驗過程要對尾氣進行處理，不能排放到空氣中 C.實驗觀察到的現(xiàn)象為紅棕色固體變黑，澄清石灰水變渾濁 D.實驗原理：CO+FeO高溫Fe+CO2 5. 甲圖是一氧化碳還原氧化鐵的裝置，乙圖是煉鐵高爐示意圖。下列敘述中正確的是（　?。? A.煉鐵的主要原理是：3CO+Fe2O3高溫2Fe+3CO2 B.乙圖煉鐵中原料焦炭的作用只是提供熱量 C.甲圖中實驗開始時應先點燃加熱氧化鐵的酒精噴燈 D.兩圖中得到的鐵是完全相同的 6.某鋼鐵廠高爐煉鐵的主要原料是赤鐵礦石、焦炭、空氣等，主要反應過程如圖所示： （1）在上圖方框中填出有關反應生成物的化學式。 （2）寫出反應的化學方程式 ①________________________； ②________________________； ③________________________。 7.某高爐年產生鐵500萬噸（設生鐵中含鐵96%），生產過程中鐵的損耗不計，問需要含60% Fe2O3的赤鐵礦（Fe2O3）多少噸？ - 5 -