金屬礦物 鐵的冶煉 同步教案 初中化學(xué)滬教版（全國）九年級(jí)上冊（2021-2023學(xué)年）

1、5.2 金屬礦物 鐵的冶煉教學(xué)目標(biāo)【知識(shí)與技能】1.了解從鐵礦石中將鐵還原出來的方法。2.知道實(shí)驗(yàn)室用一氧化碳還原三氧化二鐵的步驟及注意事項(xiàng)。3.認(rèn)識(shí)冶煉金屬在生產(chǎn)生活和社會(huì)發(fā)展中的重要作用?！具^程與方法】1.通過對(duì)工業(yè)上鐵的冶煉原理的探究與研討，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合的能力。2.積極主動(dòng)與他人進(jìn)行交流和討論，清楚地表達(dá)自己的觀點(diǎn)，逐步形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)方法。3.通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)探究使學(xué)生進(jìn)一步掌握探究的方法。【情感、態(tài)度與價(jià)值觀】1.通過對(duì)鐵的冶煉原理分析，培養(yǎng)學(xué)生積極思考和良好的環(huán)保意識(shí)。2.在實(shí)驗(yàn)操作中，獲得科學(xué)方法的體驗(yàn)，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)習(xí)

2、化學(xué)興趣。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)一氧化碳還原三氧化二鐵實(shí)驗(yàn)的原理及裝置的探究。教學(xué)難點(diǎn)一氧化碳還原三氧化二鐵實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)。教學(xué)過程教學(xué)方法1.觀察法：對(duì)于較簡單的內(nèi)容，同學(xué)們通過閱讀教材、聯(lián)系生活自主學(xué)習(xí)。使學(xué)生由“學(xué)會(huì)”變?yōu)椤皶?huì)學(xué)”適應(yīng)了素質(zhì)教育的要求。2.實(shí)驗(yàn)法：通過實(shí)驗(yàn)探究出冶煉的原理，從探究中發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，從而提高學(xué)生解決問題的能力。教具、學(xué)具1.計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)系統(tǒng)、課件、鋼鐵冶煉的資料等。2.儀器：鐵架臺(tái)、玻璃管、單孔橡皮塞（2個(gè)）、雙孔橡皮塞（1個(gè)）、玻璃管、乳膠管、試管、氣球、酒精燈、藥匙。3.藥品：三氧化二鐵、一氧化碳?xì)怏w、石灰水、火柴。導(dǎo)入新課【教師導(dǎo)入】學(xué)過歷史的同學(xué)

3、都知道，人類社會(huì)經(jīng)歷了石器時(shí)代，青銅器時(shí)代，在這上下五千年的發(fā)展過程中，金屬材料的使用和發(fā)展與人類社會(huì)的發(fā)展已經(jīng)密不可分?！窘處熖釂枴吭谥T多金屬中人類冶煉最多、在生產(chǎn)生活中應(yīng)用最廣泛的金屬是什么？你對(duì)它有什么了解？【教師提問】鐵在自然界中是以什么樣的形式存在的？我們使用的鐵是從哪來的？講授新課【教師提問】沙里淘金、冶鐵煉鋼的區(qū)別？引出金屬在自然界的存在，金屬的冶煉，生產(chǎn)和生活中使用最廣泛的金屬鐵是怎樣來的?！窘處熖釂枴砍噼F礦、磁鐵礦、黃鐵礦，如何選擇？【教師展示】1.金屬在自然界中的存在（1）地殼中金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由大到小的順序?yàn)锳l、Fe、Ca、Na、K、Mg（如課本123頁圖5-7所示）

4、。（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。（3）礦石：含有礦物的巖石稱為礦石。2.幾種常見的金屬礦物項(xiàng)目名稱主要成分的化學(xué)式鐵的礦物赤鐵礦Fe2O3磁鐵礦Fe3O4褐鐵礦Fe2O3xH2O黃鐵礦FeS2銅的礦物孔雀石Cu2(OH)2CO3赤銅礦Cu2O鋁的礦物鋁土礦Al2O33.金屬的冶煉：使金屬礦物變成金屬的過程，叫做金屬的冶煉?！窘處熤v述】既然鐵在日常生活和國民生產(chǎn)中的地位如此重要，那么，我們有必要了解和掌握以鐵礦石為原料冶煉出鐵的反應(yīng)原理及過程。生產(chǎn)主要使用的鐵礦石是赤鐵礦和磁鐵礦（展示所收集的鐵礦石，并做說明

5、）下面我們以赤鐵礦中主要成分Fe2O3為例，來學(xué)習(xí)研究如何實(shí)現(xiàn)鐵的冶煉?！窘處熖釂枴康降兹绾螌e2O3轉(zhuǎn)化為Fe【指導(dǎo)】對(duì)比Fe2O3與Fe的區(qū)別，請(qǐng)同學(xué)們大膽假設(shè)如何實(shí)現(xiàn)從Fe2O3到Fe的轉(zhuǎn)變?！窘處熤v述】結(jié)合學(xué)生的回答討論：Fe2O3和Fe的組成上均含有Fe元素，不同之處在于Fe少了O元素，要使Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镕e，可以從下列方面入手：（1）可在一定條件下，使Fe2O3直接失氧，轉(zhuǎn)變?yōu)殍F。（2）可加入某類物質(zhì)，讓其與Fe2O3中的氧元素結(jié)合，主動(dòng)奪取Fe2O3中的氧元素，使Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘貴e?！緦W(xué)生閱讀】對(duì)于比較活潑的金屬（如Na、K、Mg、Al等）很難從其礦物中提取出來，為了得

6、到它們，可以采用電解的方式直接將它們分解，引導(dǎo)第125頁“拓展視野”。金屬的活動(dòng)性不是很強(qiáng)，一般不采用這種方式?！窘處熖釂枴吭诘诙N方案中，有哪些物質(zhì)具備這種能力？（投影）【教師講述】從理論上講，這些物質(zhì)都可以實(shí)現(xiàn)所需轉(zhuǎn)變，但從經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境保護(hù)、人體健康及安全角度出發(fā)，我們一般選擇C或CO。現(xiàn)以CO為例，探討鐵的冶煉過程。閱讀課本第124頁“觀察與思考”中CO與Fe2O3的反應(yīng)工業(yè)煉鐵的反應(yīng)原理（板書）反應(yīng)原理：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2【教師講述】在我們了解了反應(yīng)的原理后，讓我們一起來完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)。在我們按照教材所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置后，我們下一步該怎么做呢？【教師提問】結(jié)合實(shí)驗(yàn)，并思

7、考下列問題：實(shí)驗(yàn)的步驟、實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)注意哪些問題、實(shí)驗(yàn)需要改進(jìn)嗎？【教師總結(jié)】實(shí)驗(yàn)步驟：檢查裝置的氣密性；裝入藥品并固定好玻璃管；向玻璃管內(nèi)通入一段時(shí)間純凈的一氧化碳?xì)怏w；給氧化鐵加熱；停止加熱；停止通一氧化碳?！窘處熤v述】由于CO是一種有毒的氣體，我們不能將其隨意地排放到空氣中?！窘處熆偨Y(jié)】用氣囊收集、通到加熱的酒精燈的火焰上，節(jié)約能源。實(shí)驗(yàn)操作（提示學(xué)生注意觀察：紅棕色粉末已轉(zhuǎn)變成黑色，澄清石灰水變渾濁。）【教師提問】黑色物質(zhì)是什么？石灰水的變化說明什么？我們將如何結(jié)束這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？【學(xué)生回答】黑色物質(zhì)是生成的鐵粉，澄清石灰水變渾濁說明有二氧化碳生成?！窘處熆偨Y(jié)】在各位同學(xué)的共同努力下，

8、實(shí)驗(yàn)非常成功，讓我們簡單回顧一下從模擬動(dòng)畫中我們認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)的注意點(diǎn)： （1）實(shí)驗(yàn)時(shí)先通一氧化碳?xì)怏w，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(shí)發(fā)生爆炸。（2）紅棕色粉末完全變黑后，應(yīng)先撤走酒精噴燈，繼續(xù)通一氧化碳至裝置冷卻，目的一是防止生成的熱的鐵被空氣中的氧氣氧化，二是防止玻璃管內(nèi)溫度降低，使石灰水倒吸入玻璃管，炸裂玻璃管。（3）若實(shí)驗(yàn)室中沒有酒精噴燈，也可用酒精燈代替，但要在火焰上加一個(gè)金屬網(wǎng)罩，使火焰更加集中，提高溫度。（4）尾氣處理裝置：因?yàn)橐谎趸加卸?，不能直接排放到空氣中，多余的一氧化碳可以點(diǎn)燃處理。還可用氣囊收集或用一根長導(dǎo)管將尾氣通到加熱的酒精噴燈火焰上，這樣不僅

9、防止污染空氣，還節(jié)約了燃料。【教師提問】除了上述注意點(diǎn)之外讓我們開動(dòng)腦筋在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上還能否有改進(jìn)？投影：實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置圖【教師導(dǎo)入】以上是實(shí)驗(yàn)室模擬鐵的冶煉，那么工業(yè)煉鐵的實(shí)際情況是怎樣的呢？板書：煉鐵的生產(chǎn)工藝【教師提問】工業(yè)煉鐵的設(shè)備是什么？原料是什么？主要反應(yīng)是什么？【多媒體展示】鋼鐵廠煉鐵模擬，講解各環(huán)節(jié)?！窘處熆偨Y(jié)】工業(yè)煉鐵（1）主要設(shè)備：高爐（如圖所示）。煉鐵高爐的結(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，從高爐下部通入熱空氣，焦炭燃燒，生成的二氧化碳與焦炭在高溫條件下反應(yīng)生成一氧化碳?xì)怏w，

10、一氧化碳跟氧化鐵在高溫條件下反應(yīng)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。煉鐵反應(yīng)原理的化學(xué)方程式為Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。（4）產(chǎn)品：用高爐煉出來的產(chǎn)品是生鐵?！窘處熤v述】工業(yè)煉鐵是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)變化過程，雖然原理與課堂實(shí)驗(yàn)相同，但規(guī)模、條件、裝置與我們的實(shí)驗(yàn)裝置有天壤之別。【學(xué)生閱讀】前面我們認(rèn)識(shí)了鐵的冶煉原理及工藝，那么除鐵之外的其他的金屬又是如何冶煉的呢？閱讀第125頁拓展視野：金屬的冶煉方法閱讀之后，據(jù)你所知金屬的冶煉有哪些方法？【教師講述】還有一些含金屬的物質(zhì)可加熱直接分解，（投影）分別叫電解法、熱還原法、熱分解法。【教師總結(jié)】金屬的其他冶煉

11、方法（1）濕法冶金我國古代曾記載“曾青得鐵則化為銅”，“曾青”是指可溶性的銅的化合物，該過程發(fā)生的是置換反應(yīng)，例如Fe+CuSO4Cu+FeSO4。這種方法是現(xiàn)代濕法冶金的先驅(qū)。（2）直接加熱法對(duì)于某些很不活潑的金屬（如汞、銀），可利用加熱其氧化物分解制得。如2HgO2Hg+O2。（3）電解法有些很活潑的金屬（如鈉、鉀、鎂和鋁等）很難從其礦物中提取出來。為了制得它們，需要用電解的方法。如2Al2O34Al+3O2、MgCl2Mg+Cl2?！窘處熖釂枴吭趯?shí)際生產(chǎn)過程中，所用的原料或產(chǎn)物一般含有雜質(zhì)，在計(jì)算用料和產(chǎn)量時(shí)，應(yīng)考慮到雜質(zhì)問題。如何進(jìn)行這一方面的計(jì)算呢？【教師講述】1.化學(xué)方程式所表達(dá)的

12、都是純凈物發(fā)生化學(xué)變化時(shí)的相互關(guān)系，各化學(xué)式所對(duì)應(yīng)的化學(xué)量，反映的是純凈物之間的質(zhì)量關(guān)系。2.在現(xiàn)實(shí)生活中絕對(duì)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(dāng)參加反應(yīng)的物質(zhì)含雜質(zhì)時(shí)，先把含雜質(zhì)的物質(zhì)的質(zhì)量換算成純物質(zhì)的質(zhì)量，再進(jìn)行計(jì)算。純度=100%純物質(zhì)的質(zhì)量=不純物質(zhì)的質(zhì)量純度不純物質(zhì)的質(zhì)量= 例某煉鐵廠用含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(biāo)準(zhǔn)狀況下，這些一氧化碳的體積是多少？（標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一氧化碳的密度為1.25 kgm-3）解析：先計(jì)算出生鐵中鐵的質(zhì)量10 t（1-2%）=9.8 t，將鐵的質(zhì)量代入化學(xué)方程式，計(jì)算出CO的質(zhì)量，再根據(jù)公式

13、V=計(jì)算出所需CO的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。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+3CO284 112x 9.8 t x=7.35 t標(biāo)準(zhǔn)狀況下一氧化碳的體積為=5 880 m3答：至少需要7.35 t一氧化碳，標(biāo)準(zhǔn)狀況下其體積為5 880 m3。課堂小結(jié)通過今天這堂課的學(xué)習(xí)同學(xué)們初步認(rèn)識(shí)了以鐵為代表的金屬的冶煉的相關(guān)知識(shí)，希望同學(xué)們有所收獲。當(dāng)堂達(dá)標(biāo)1“曾青得鐵則化為銅”是現(xiàn)代濕法冶金技術(shù)的先驅(qū)，從現(xiàn)代的科學(xué)觀點(diǎn)理解，“曾青”應(yīng)賦予的最恰當(dāng)?shù)暮x是（）A銅單質(zhì)B硫酸銅溶液C銅的化合物D可溶性銅的化合物的溶液答案：D2下列關(guān)于

14、煉鐵的敘述錯(cuò)誤的是（）A主要原料為鐵礦石、焦炭、石灰石等B主要設(shè)備為高爐C主要原理為利用焦炭的還原性置換出鐵礦石中的鐵D主要產(chǎn)物是生鐵答案：C3高鐵列車車體材料使用了含鎳不銹鋼，工業(yè)上火法煉鎳的原理是C+2NiO2Ni+CO2，下列說法錯(cuò)誤的是（）A反應(yīng)中NiO發(fā)生還原反應(yīng)B氣體產(chǎn)物中可能有COC該不銹鋼中還含有鐵和碳D該不銹鋼的硬度小于純鐵答案：D4實(shí)驗(yàn)室用如圖所示裝置（夾持裝置已省略）模擬煉鐵并檢驗(yàn)反應(yīng)后的氣體。下列說法正確的是（）A應(yīng)先加熱Fe2O3再通入COB氣體通過乙裝置后可直接排放C停止加熱后繼續(xù)通入CO，能防止乙中液體倒吸D甲中的現(xiàn)象是固體的顏色由紅棕色逐漸變?yōu)殂y白色答案：C5用

15、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（）A1 166 tB1 750 tC1 810 tD1 944 t解析：設(shè)理論上可以煉出含鐵96%的生鐵的質(zhì)量為x。Fe2O3+3CO2Fe+3CO2160 1123 000 t80% 96%xx1 750 t答案：B6工業(yè)煉鐵可利用一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)。若要生產(chǎn)含鐵97%的生鐵231 t，需含氧化鐵80%的赤鐵礦石的質(zhì)量約為（）A224 tB280 tC320 tD400 t解析：生鐵231 t中含鐵的質(zhì)量是231 t97%224 t。設(shè)需要含氧化鐵80%的赤鐵礦石的質(zhì)量為x。3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 160 112 80%x 224 tx400 t答案：D7如圖所示為高爐冶鐵、煉鋼并用生產(chǎn)的鋼來探究白銅成分的流程圖。（已知硫酸鎳的化學(xué)式為NiSO4）（1）用高爐冶鐵的主要反應(yīng)原理是 （用化學(xué)方程式表示）。（2）分析流程圖，三脫裝置中發(fā)生反應(yīng)的基本反應(yīng)類型是 。（3）向精煉爐中吹入氬