2019-2020年九年級化學上冊 5.2 金屬礦物 鐵的冶煉教學案 滬教版.doc

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2019-2020年九年級化學上冊 5.2 金屬礦物 鐵的冶煉教學案 滬教版 知識點1 金屬在自然界中的存在 (1)地殼中金屬元素的質(zhì)量分數(shù)由大到小的順序為Al、Fe、Ca、Na、K、Mg…… (2)金屬元素在自然界中分布很廣，除極少數(shù)不活潑的金屬(如鉑、金、銀等)以單質(zhì)形式存在外，其余大多數(shù)以化合物形式存在。 知識點2 常見的金屬礦物 名稱 化學式 鐵的礦物 赤鐵礦 Fe2O3 磁鐵礦 Fe3O4 菱鐵礦 FeCO3 黃鐵礦 FeS2 銅的礦物 黃銅礦 CuFeS4 孔雀石 Cu2(OH) 2CO3 斑銅礦 Cu3FeS4 赤銅礦 Cu2O 鋁的礦物 鋁土礦 Al2O3 明礬石 KAl(SO4) 2?12H2O 例1 (蘭州中考)現(xiàn)有①赤鐵礦(主要成分為Fe2O3)、②磁鐵礦(主要成分為Fe3O4)、③黃鐵礦(主要成分為FeS2)，請你從經(jīng)濟效益和環(huán)境保護的角度分析三種礦石中哪種最不適合用來煉鐵________(填寫代號)，理由是________________________________________________ ____________________________________________________________________________。 解析：先從物質(zhì)組成上比較分析：黃鐵礦中含硫元素，煉鐵過程中會產(chǎn)生污染空氣的二氧化硫。再從所含鐵元素的質(zhì)量分數(shù)多少來比較分析：磁鐵礦主要成分是Fe3O4，鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為72.4％；黃鐵礦的主要成分是FeS2，鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為46.7％；赤鐵礦主要成分是Fe2O3，鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為70％。鐵元素含量最低的是黃鐵礦，且在煉制過程中會生成SO2等有害氣體，因此最不適合用來煉鐵的是黃鐵礦。 答案：③ 黃鐵礦中鐵的含量最低，且煉鐵過程中會生成SO2等有害氣體，污染環(huán)境 方法技巧 優(yōu)質(zhì)鐵礦石必須具備兩點：①含鐵量高；②不易產(chǎn)生污染。對于礦石中鐵元素含量的判斷，采用化學式變形法，即Fe3O4→，F(xiàn)e2O3→，F(xiàn)eS2。當化學式中鐵原子個數(shù)相同時，其中所含氧原子數(shù)越少(其他原子可看作相當?shù)难踉?，鐵元素含量越高。 知識點3 鐵的冶煉(重點難點) 教材第124頁觀察與思考 解答：見中考考點對接。 金屬的冶煉：使金屬礦物變成金屬的過程。讓我們通過實驗來研究鐵冶煉的化學原理。 圖5–2–1 (1)實驗裝置：如圖5–2–1所示。 (2)實驗步驟 ①檢驗裝置的氣密性； ②裝入藥品并固定； ③向玻璃管內(nèi)通入純凈的一氧化碳氣體； ④給氧化鐵加熱； ⑤停止加熱； ⑥停止通一氧化碳。 說明 ①實驗時先通一氧化碳氣體，目的是排出裝置內(nèi)的空氣，防止一氧化碳中混有空氣，在加熱時發(fā)生爆炸。 ②如果先停止通一氧化碳，熾熱的鐵遇到空氣，又被空氣中的氧氣氧化。 ③尾氣要處理，因為一氧化碳有毒，不能直接排放到空氣中，一般可點燃后排放，也可以收集起來，集中處理。 規(guī)律總結(jié) 對于一氧化碳的通入、停止與開始加熱、停止加熱的先后順序可巧記憶：一氧化碳早出晚歸，酒精燈遲到早退。 (3)實驗現(xiàn)象：紅棕色粉末逐漸變成黑色，澄清石灰水變渾濁，尾氣燃燒產(chǎn)生藍色火焰。 注意 鐵變成粉末狀，其顏色是黑色而不是銀白色。 (4)有關(guān)化學方程式：①Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；②CO2+Ca(OH) 2====CaCO3↓+ H2O；③2CO+ O22CO2。 例2 (河南中考)在實驗室里，可以利用圖5–2–2所示裝置制得鐵。 A B C 圖5–2–2 (1)A處玻璃管內(nèi)所發(fā)生反應的化學方程式為___________________。 (2)B處可觀察到的現(xiàn)象是___________；C處酒精燈的作用是__________________。 (3)待四氧化三鐵完全反應后，停止加熱A處，在斷開A．B之前應繼續(xù)通入一氧化碳至A處玻璃管冷卻。若不繼續(xù)通入一氧化碳，可能出現(xiàn)的后果是___________________。 解析：CO2能使澄清石灰水變渾濁；尾氣中含有CO，必須進行尾氣處理，否則會污染空氣；若不繼續(xù)通CO，則A處玻璃管中壓強變小，石灰水倒流到玻璃管中，炸裂玻璃管且使還原出的鐵再次被氧化。 答案：(1) Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 (2)澄清石灰水變渾濁點燃多余的一氧化碳，避免污染空氣 (3)石灰水回流至A處玻璃管中，導致玻璃管炸裂，且使還原出的鐵再次被氧化 警示 CO有劇毒，會與血液中的血紅蛋白結(jié)合，使血紅蛋白失去運輸氧氣的能力，導致人缺氧而中毒甚至死亡。 知識點4 工業(yè)煉鐵 (1)主要設(shè)備：高爐(如圖5–2–3所示)。 圖5–2–3 煉鐵高爐結(jié)構(gòu)示意圖 (2)原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣。 (3)方法及原理：將鐵礦石(主要是赤鐵礦)、焦炭和石灰石按一定的比例加入高爐中，從爐下部通熱空氣，焦炭燃燒，生成的二氧化碳與焦炭在高溫下反應生成一氧化碳氣體，一氧化碳跟氧化鐵在高溫下反應生成鐵。石灰石的作用是使鐵礦石中的脈石(如二氧化硅)轉(zhuǎn)變成爐渣而除去。主要反應原理的化學方程式為Fe2O3+3CO2Fe+3 CO2。 (4)產(chǎn)品：用高爐煉出來的鐵是生鐵。 例3 (安徽中考)某地根據(jù)當?shù)刭Y源特點將石灰石的開采、加工和高爐煉鐵建在一起形成聯(lián)產(chǎn)。 (1)煉鐵的固體原料有鐵礦石、焦炭和________。請寫出煉鐵過程中CO和Fe2O3反應的化學方程式：______________________________________________________________。 (2)高爐煉鐵排放的廢氣中含有大量的高溫氣體一氧化碳，可作為能源用來煅燒石灰石。請寫出煅燒石灰石的化學方程式：______________________________________________。 (3)此聯(lián)產(chǎn)方式的主要優(yōu)點是_______________________ (答出一點即可)。 解析：高爐煉鐵用石灰石作為助熔劑，除去鐵礦石中的二氧化硅；一氧化碳有毒，排放到空氣中會污染空氣，一氧化碳有可燃性，可作燃料二次使用，這是聯(lián)產(chǎn)方式的主要優(yōu)點。 答案：(1)石灰石 3CO+ Fe2O32Fe+3CO2 (2) CaCO3CaO+ CO2↑ (3)降低成本(或變廢為寶、減少環(huán)境污染、節(jié)約能源、合理利用資源等，其他合理答案均可) 提示 工業(yè)煉鐵過程中，焦炭主要有兩種作用：①燃燒放出熱量，創(chuàng)造高溫環(huán)境；②與生成的二氧化碳反應產(chǎn)生一氧化碳。 知識點5 鋼的冶煉 (1)鋼的冶煉 把生鐵放在煉鋼爐中進一步冶煉，過多的碳、硅以及硫和磷經(jīng)反應后形成爐渣或氣體被除去，使含碳量降低到0.03％～2％之間，便可以得到鋼。 (2)煉鐵和煉鋼的比較 煉鐵 煉鋼 原料 鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣 生鐵、廢鋼 原理 在高溫條件下，用一氧化碳將鐵從礦石中還原出來 在高溫條件下，用氧氣或鐵的氧化物把生鐵中所含的過量的碳和其他雜質(zhì)氧化成氣體或爐渣而除去 主要設(shè)備 高爐 平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐 產(chǎn)品 生鐵 鋼 (3)煉鋼煉鐵的原理 注意 煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣，產(chǎn)物是生鐵，發(fā)生的主要是還原反應；煉鋼的主要原料是生鐵、氧氣，產(chǎn)物是鋼，發(fā)生的主要是氧化反應。 生鐵和鋼都是鐵的合金，它們的含碳量不同，生鐵含雜質(zhì)較多，鋼含雜質(zhì)較少。 我國早在春秋戰(zhàn)國時期就開始生產(chǎn)和使用鐵器，公元1世紀時，鐵在我國已經(jīng)廣泛使用。新中國成立以后，我國的鋼鐵工業(yè)得到了飛速的發(fā)展，我國的鋼產(chǎn)量從xx年起，連續(xù)多年保持世界第一。 例4 煉鋼的主要原料是生鐵，在古代，人們把燒紅的生鐵放在鐵砧上反復錘打，最終使生鐵轉(zhuǎn)化為鋼，這也是成語“百煉成鋼”和“千錘百煉”的來歷。請你寫出上述最關(guān)鍵一步反應的化學方程式：______________________________。 解析：鋼中的含碳量低于生鐵中的含碳量。將燒紅的生鐵反復錘打的原理實質(zhì)是使其中所含的碳不斷與空氣中的氧氣反應生成二氧化碳氣體，從而使生鐵的含碳量降低而變成鋼。 答案：C+O2CO2 提示 該反應的條件不應寫“高溫”，因為高溫條件下發(fā)生的反應應是吸熱反應，而碳和氧氣的反應是放熱的，故條件應為“點燃”。 知識點6 金屬的其他冶煉方法 (1)濕法冶金 我國古代曾記載“曾青得鐵則化為銅”，“曾青”是指硫酸銅溶液，該過程發(fā)生的是置換反應：Fe+CuSO4====Cu+FeSO4。這種方法是現(xiàn)代濕法冶金的先驅(qū)。 (2)電解法 如鈉、鉀、鎂、鋁等活潑金屬一般用電解法制得。 如：2Al2O34Al+3O2↑、MgCl2Mg+Cl2↑等。 (3)氧化還原法 ①氧化：物質(zhì)與氧結(jié)合生成氧化物的過程，稱為氧化，物質(zhì)發(fā)生的是氧化反應。 ②還原：含氧化合物中的氧被奪去的過程，稱為還原，含氧化合物發(fā)生的是還原反應。 如： ③氧化劑和還原劑：氧化劑和還原劑只能出現(xiàn)在反應物中。能夠奪得氧的物質(zhì)是還原劑，能夠提供氧的物質(zhì)是氧化劑。如上述反應中CO為還原劑，F(xiàn)e2O3為氧化劑。 ④氧化劑具有氧化性，發(fā)生還原反應；還原劑具有還原性，發(fā)生氧化反應。 例5 查閱資料：金屬在活動性順序里的位置越靠后，其化合物越不穩(wěn)定，所以它的氧化物越容易被還原。在下列①②中各寫一個化學方程式，③中寫出還原金屬氧化物的方法。 解析：HgO的分解和C與CuO反應是常見的氧化還原反應，③中反應為“鋁熱反應”，是利用一種金屬來還原金屬氧化物得到另一種金屬，常用來焊接鋼軌。 答案：①2HgO2Hg+ O2↑ ②C+2CuO2Cu + CO2↑ ③用一種金屬還原金屬氧化物(合理答案均可) 提示 物質(zhì)得氧是還原劑，發(fā)生氧化反應；物質(zhì)失氧是氧化劑，發(fā)生還原反應；氧化反應和還原反應是同時發(fā)生的，不是彼此孤立的。 知識點7 含雜質(zhì)物質(zhì)的化學方程式計算(重點難點) 在實際生產(chǎn)過程中，所用的原料或產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì)，在計算用料和產(chǎn)量時，應考慮到雜質(zhì)問題。 (1)化學方程式所表達的都是純凈物發(fā)生化學變化時的相互關(guān)系，各化學式所對應的化學量，反映的是純凈物之間的質(zhì)量關(guān)系。 (2)在現(xiàn)實生活中絕對純凈或理想純凈的物質(zhì)是不存在的，物質(zhì)中或多或少都含有雜質(zhì)。當參加反應的物質(zhì)含雜質(zhì)時，先要把含雜質(zhì)的物質(zhì)的質(zhì)量換算成純物質(zhì)的質(zhì)量，再進行計算。 純度=100% 純物質(zhì)的質(zhì)量=不純物質(zhì)的質(zhì)量純度 雜質(zhì)質(zhì)量=不純物質(zhì)的質(zhì)量(1－純度) 教材第125頁交流與討論 解答：1．開始實驗時，應先通一段時間CO再點燃酒精噴燈加熱，目的是排凈裝置內(nèi)的空氣，防止加熱一氧化碳與空氣的混合氣體發(fā)生爆炸；實驗結(jié)束時，先停止加熱，待玻璃管內(nèi)物質(zhì)冷卻后再停止通CO，防止空氣進入后熱的鐵粉重新被氧化，也可以防止試管中的石灰水倒流進硬質(zhì)玻璃管。 2．方法一：設(shè)490萬噸含氧化鐵60％的赤鐵礦石能煉出鐵的質(zhì)量為x。 490萬噸60%=294萬噸 Fe2O3+3CO2Fe+3 CO2 160 112 294萬噸 x 解得x=205.8萬噸 答：所得到的生鐵中最多含鐵205.8萬噸。 方法二：490萬噸60％=294萬噸 礦石中含鐵元素的質(zhì)量： 294萬噸100%=294萬噸100%=205.8萬噸 答：所得到的生鐵中最多含鐵205.8萬噸。 例6 某煉鐵廠用含F(xiàn)e2O3的鐵礦石冶煉10 t含雜質(zhì)2％的生鐵，至少需要一氧化碳的質(zhì)量是多少?標準狀況下，這些一氧化碳的體積是多少?(標準狀況下，一氧化碳的密度為1.25 kgm－3) 解析：先根據(jù)生鐵中鐵的質(zhì)量：10 t(1－2％)=9.8 t，計算CO的質(zhì)量，再根據(jù)公式V= 計算出所需CO的體積。 答案：解：設(shè)需要一氧化碳的質(zhì)量為x。 生鐵中鐵的質(zhì)量：10 t(1－2％)=9.8 t Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 84 112 9.8t x=7.35t V(CO)===5 880m3 答：至少需要7.35 t一氧化碳，其體積為5 880 m3。 警示 本題易出錯的點是：10t含雜質(zhì)2％的生鐵，要注意10t是生鐵的質(zhì)量，并不是純鐵的質(zhì)量，純鐵的質(zhì)量應為10t(1－2％)=9.8 t，代入化學方程式進行計算。