8.3 金属资源的利用和保护（第1课时）-2024--2025学年九年级化学人教版（2024）下册

建设中 金属铁的 高 铁 获 取 High speed railway construction Acquisition of metal materials 50Kg/m 我国铁路目前主要用重轨 10t左右 一个高铁车厢使用的铝合金 10t左右 高速列车每公里轨道 铁 铝 铜 钢材生产需要考虑的因素 工 艺 安 全 产品质量 产 量 生产原料 1.金属在自然界存在的形式 金可以从河沙里淘出，这说明金是以化合物形式存在还是以单质形式存在呢？为什么呢？ 单质，金的化学性质稳定 学习任务 1:挑选铁矿石 探寻金属在自然界的存在形式 活动1 zzzzzzzzzzzzzz 自然界单质金 Au zzzzzzzzzzzzzz 自然界单质银 Ag zzzzzzzzzzzzzz 自然界单质铂 Pt 单 质 大多数较活泼的金属（如铁、锌、钠和钙等） 金属化合物在自然界以矿物质形式存在 矿 石 zzzzzzzzzzzzzz 铝土矿 主要成分是Al2O3 zzzzzzzzzzzzzz 赤铜矿 主要成分是Cu2O zzzzzzzzzzzzzz 金红石 主要成分是Cu2O zzzzzzzzzzzzzz 软锰矿 主要成分是MnO2 化合物 挑选铁矿石 活动2 zzzzzzzzzzzzzz 含铁量 70% 主要成分 Fe2O3 赤铁矿 zzzzzzzzzzzzzz 菱铁矿 含铁量 48.3% 主要成分 FeCO3 zzzzzzzzzzzzzz 含铁量 46.7% 主要成分 FeS2 黄铁矿 zzzzzzzzzzzzzz 磁铁矿 含铁量 72.4% 主要成分 Fe3O4 矿物 矿石如何变成金属？ H2 Fe2O3 Fe3O4 化合物 单质 Fe 还原剂 失去氧元素 （还原反应） C CO 淳元素原创 盗版必究 《天工开物》中记载 凡铁一炉载土二千余斤，或用硬木柴，或用煤炭，或用木炭”（“土”为铁矿石） 揭秘工业炼铁 走进炼铁厂 活动3 zzzzzzzzzzzzzz 揭秘工业炼铁 走进炼铁厂 活动3 zzzzzzzzzzzzzz zzzzzzzzzzzzzz 工业炼铁的原料 焦 炭 铁矿石 石灰石 空 气 工业炼铁原理 高 炉 zzzzzzzzzzzzzz 焦炭的作用 生成CO，提供热量 石灰石的作用 将矿石中SiO2转化为炉渣 工业炼铁得到产品 生铁 工业炼铁设备 Fe2O3 + CO Fe+ CO2 高温 高炉气体 高炉气体 进风口 热空气：N2、O2 出渣口 出铁口 进风口 工业炼铁 上 中 下 一氧化碳还原氧化铁实验 实验装置 实验现象 化学原理 Fe2O3＋3CO 高温 2Fe＋3CO2 ①红棕色的物质变为黑色； ②澄清的石灰水变浑浊； ③尾气燃烧并产生蓝色火焰。 一氧化碳还原氧化铁实验 思考与交流 1．实验开始前，为什么要先通入CO气体再加热？ 2．实验结束后前，为什么要停止加热再停止通入CO？ 排尽玻璃管内的空气，以免加热时玻璃管内CO与空气混合发生爆炸。 防止新生成的铁粉被氧化；防止液体倒吸，使玻璃管炸裂。 思考与交流 3.CO有毒，如何进行尾气处理？ 尾气中的CO要经过点燃处理或收集备用，防止污染空气 收集法 燃烧法 4.如何检验一氧化碳还原氧化铁生成物是铁呢？ （1）用磁铁吸引； （2）加入足量的稀盐酸，若黑色粉末溶解，产生气泡，溶液变为浅绿色，则黑色粉末为铁。 思考与交流 原料：铁矿石 产品：生铁 在实际生产时，所用的原料或产物一般都含有杂质，在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题。 化工生产中的物料计算 学习任务3： 揭秘工业炼铁 含杂质计算 活动4 zzzzzzzzzzzzzz 我帮炼铁厂解决实际问题 用1000 t 含氧化铁80％的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96％的生铁多少吨? 铁矿石与氧化铁，铁与生铁之间有什么的关系？ 铁矿石 Fe2O3 生铁 Fe 物质的纯度 = ×100% 不纯物的总质量 纯净物的质量 zzzzzzzzzzzzzz 解：设理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量为x。 Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2 高温 160 116 1000t×80％ x·96% 160 116 1000t×80％ x·96% = x=583 t 答：理论上可以炼出含铁96％的生铁583吨。 混合物 化合物 （纯净物） 单 质 （纯净物） 合 金 （混合物） 【例题】用1000t含氧化铁80％的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96％的生铁多少吨？ 1000t×80％=800t Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2 160 2×56 800t x x=560t 解：1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为 设：800t氧化铁理论上可以炼出的铁质量为x。 赤铁矿 (主要成分是Fe2O3) 折合为含铁96％的生铁的质量为： 560t÷96％=583t 答：1000t含氧化铁80％的赤铁矿石，理论上可炼出含铁96％的生铁583t。 高温 160 2×56 = 800t x 例：用1000 t 含氧化铁80％的赤铁矿石，理论上可以炼出 含铁96％的生铁多少吨? 解：设理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量为x。 160 2×56 1000t×80％ x·96% x = 2×56× 1000t×80％ 160×96% =583 t 答：理论上可以炼出含铁96％的生铁583吨。 Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2 高温 160 2×56 1000t×80％ x·96% = 某炼钢厂日产含杂质5%的生铁3000t，试计算： （1）该3000t生铁中含纯铁多少吨？ （2）该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石多少吨？（计算结果保留整数） x ≈4790t （2）设需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石的质量为x。 解：（1）生铁中含纯铁：3000t×(1－5%)=2850t Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 160 112 x · 85% 2850t 高温 160 x · 85% = 112 2850t 答：（1）该3000t生铁中含纯铁2850t。 （2）该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石为4790t。 1.某钢铁厂每天需消耗5000t含氧化铁76％的赤铁矿石， 该厂理论上可以日产Fe98％的生铁多少t？ 淳元素原创 盗版必究 设：800t氧化铁理论上可以炼出的铁质量为x。 Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2 160 2×56 x=2714t 160 2×56 = 3900t x·98% 高温 5000t×76％ x·98% 2.冶炼2000t含杂质3％的生铁，需要含Fe3O4的赤铁矿石多少t？ 淳元素原创 盗版必究 x ≈2974t （2）设需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石的质量为x。 解：（1）生铁中含纯铁：2000t×(1－3%)=1940t Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2 232 168 x · 90% 1940t 高温 232 x · 90% = 168 1940t 答：（1）该3000t生铁中含纯铁1940t。 （2）该炼钢厂每天需含Fe3O4质量分数为90%的赤铁矿石为2974t。 课堂小结 当堂训练 1. [新素材] 2021年3月中旬，天问一号着陆巡视器搭载着祝融号火星车成功着陆于火星乌托邦平原南部。火星土壤中含量最高的金属元素为铁元素，主要以氧化铁形式存在，因此火星土壤呈现红色。地球工业中常利用赤铁矿(主要含有氧化铁)来炼铁，下列说法中正确的是( ) A. 地球的地壳中含量最高的金属元素也是铁元素 B. 高炉炼铁得到的产品是纯铁 C. 炼铁过程中，氧化铁体现出了还原性 D. 高炉炼铁时加入的石灰石可将杂质二氧化硅转化为炉渣 D 当堂训练 2.小明笔记中有一处错误,你认为是图中的哪一处( ) A.a处　 B.b处　 C.c处　 D.d处 B 当堂训练 3.利用如图所示实验装置进行CO还原氧化铁的实验,下列说法正确的是( ) A.氧化铁发生了氧化反应 B.充分加热,a处固体由 黑色变为红色 C.b处可用澄清石灰水检验生成的CO2 D.实验结束时,先停止通CO,再停止加热 C 当堂训练 A．该实验不需要增加尾气处理装置 B．该实验应先通入一段时间的CO后再加热 C． NaOH溶液可以检验气体产物 D．反应结束后，含有未反应的Fe2O3固体，可以采用 加入盐酸的方法来提纯铁 B 4.钢铁厂会利用焦炭产生的还原性气体来炼铁，某同学用此原理按如图装置进行实验。 下列说法正确的是（ ） 当堂训练 5.（2021•绵阳中考）我国高铁建设走在世界前列，修建高铁需要大量铁矿石来炼铁，进而炼钢。 （1）下列三种铁矿石的主要成分Fe2O3、Fe3O4、FeCO3中，含铁量最高的是 。高炉炼铁需要的原料有铁矿石、焦炭、 和石灰石。 Fe3O4 空气 （2）要炼出含铁96%的生铁1000t，至少需要含氧化铁80%的赤铁矿多少吨？若高炉气体不加处理，理论上会向大气中排放CO2多少吨（计算结果保留整数）？ x ≈1714t 设需要赤铁矿石的质量为x，产生CO2的质量为y。 解： Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 112 132 x×80% 1000t×96% y 答：至少需要含氧化铁80%的赤铁矿1714t，理论上会向大气中排放CO2的质量为1131t。 高温 y ≈1131t 160 112 x×80% 1000t×96% = 112 132 1000t×96% y = 体验中考 （2022•晋中）大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源，在以下四种矿石中，可用于炼铁的是（　　）A．赤铁矿（主要成分是Fe2O3） B．炉甘石（主要成分是ZnCO3）C．铝土矿（主要成分是Al2O3） D．赤铜矿（主要成分是Cu2O） A 体验中考 (2022•绍兴）春秋初期，绍兴一带是南方的一个冶铁中心，其炼铁方法是在1000℃左右的温度下，使木炭和铁矿石（主要成分为Fe2O3）发生一系列的反应生成含较多杂质的海绵铁。其中主要化学反应为：3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。下列说法正确的是（　　） A．海绵铁是一种纯净物 B．Fe2O3中铁元素的化合价为+3价 C．上述反应中涉及的氧化物只有2种 D．炼铁过程中，木炭只是作为燃料使用 B 体验中考 （2022•福建）我国古代常用灰吹法炼银（如图），其过程为：将矿物银熔于铅形成银铅块，通过焙烧使铅氧化成PbO进入炉灰，灰吹得银。下列说法错误的是（　　） A．银是活泼金属 B．银铅块属于混合物 C．PbO中Pb的化合价为+2 D．灰吹法炼银过程含有化学变化 A ①赤铁矿__________，②磁铁矿__________， ③菱铁矿__________，④铝土矿__________。 其中主要成分是氧化物的是___________（填序号）。 Fe2O3 Fe3O4 FeCO3 Al2O3 ①②④ 典例1 写出下列矿石的主要成分的化学式： 即学即练 典例2．钢铁冶金行业正向“绿色企业”发展，从环保角度分析最不宜炼铁的矿石是(　　) A．赤铁矿(Fe2O3) B．黄铁矿(FeS2) C．磁铁矿(Fe3O4) D．菱铁矿(FeCO3) B 感谢观看 即学即练 典例3：我国炼铁始于春秋时代,随后炼铁规模和技术不断发展。近年来,我国钢铁工业持续快速发展，建成了门类齐全,独立完整的产业体系。联合钢铁工业的基本生产流程如图。请回答下列问题: 即学即练 (1)写出高炉中以赤铁矿(主要成分是Fe2O3 )为原料炼铁的化学方程式___________________________________. (2)炼铁的固体原料需经过粉碎,其目的是____________________ _____________________;焦炭在炼铁过程中的主要作用是________________________________. Fe2O3 + 3CO == 2Fe + 3CO2 高温 增大反应物的接触面积， 使反应更快、更充分 提供热量，产生还原剂一氧化碳 (3)工业炼钢时,用纯氧的目的是____________________________,与纯铁相比,钢坯______.(填字母)。 a.熔点变高 b.硬度变大 c.抗腐蚀性增强 与生铁中的碳反应，降低含碳量 bc Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Lavf56.15.100 $$