8.3金属资源的利用和保护 (第1课时）-2024-2025学年人教版九年级化学下册课件

课题3金属资源的利用和保护 人教版九年级化学下同步教学课件 第八单元 金属和金属材料 第1课时 金属矿物和铁的冶炼 学习目标： 1.了解金属在自然界存在的形式及常见的金属矿物。 2.学习并掌握铁的冶炼方法和原理。 3.学会计算含杂质物质的有关化学方程式的计算。 4.通过对铁的冶的学习，增强学生对生活和自然界中化学现象的好心和探究欲。 导入新课 我们使用的金属材料都可以从自然界直接获得吗？ 一. 金属矿物 1．在金属自然界中的存在形式 (1)极少数有单质形式存在，如______、____等。 (2)绝大多数以化合物形式存在。 金　 银　 2. 我国是世界上为数不多的已知金属矿物种类比较齐全的国家之一，矿物储量也很丰富，其中钨、钼、钛、锡、锑等储量居世界前列，铜、铝、锰等储量在世界上也占有重要地位。 赤铁矿(主要成分是Fe2O3) 磁铁矿(主要成分是Fe3O4) 铝土矿(主要成分是AI2O3) 赤铜矿(主要成分是Cu2O) 金红石(主要成分是TiO2) 软锰矿(主要成分是MnO2) 3. 大自然为人类提供了丰富的金属矿物资源，人类每年要从有开采价值的金属矿石中提炼大量的金属，用于工农业生产和其他领域。其中，提炼量最大的是铁。 赤铁矿石（主要成分Fe2O3） 磁铁矿石（主要成分Fe3O4） 菱铁矿石（主要成分FeCO3） 二、铁的冶炼 1. 我国的炼铁史 早在春秋战国时期，我国就开始生 产和使用铁器，公元1世纪起，铁便 成了一种最主要的金属材料。 1996年中国钢产产量突破1亿吨， 居世界第一位。 2011年我国钢产量达6.8亿吨， 2012年突破7亿吨。已超过世界 其他前十个国家的总和。 原料： 原理： 在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来。 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 石灰石、铁矿石、焦炭、空气 设备：高炉 化学方程式： 2.炼铁的概述 Fe3O4+4CO 3Fe+4CO2 高温 （一氧化碳还原氧化铁[Fe2O3]） 3. 实验室炼铁 （1）. 反应装置 （2）实验现象 红色粉末变成黑色， 澄清石灰水变浑浊 点燃尾气有蓝色火焰 （3）用酒精灯点燃尾气的作用： 防止一氧化碳污染空气 （4）有关化学方程式： Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 ↓+ H2O 高温 2CO + O2 2CO2 点燃 防止高温下的生成物铁与空气接触重新被氧化；同时还可防止石灰水倒吸入热的玻璃管，使之炸裂。 ①先通CO后点燃酒精喷灯。 ②先熄灭酒精灯后停止通CO。 防止加热一氧化碳和空气的混合气而发生爆炸。 ③尾气处理的酒精灯，在实验之前点燃，实验结束后熄灭。 （5）操作中应注意事项 （1）、原料： 黄铁矿 FeS2 赤铁矿 Fe2O3 菱铁矿 FeCO3 磁铁矿 Fe3O4 （2）、原理： 在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 石灰石、铁矿石 焦炭、空气 （3）化学方程式： 70% 48.27% 46.67% 72.41% 含铁量 4.工业炼铁： CO是还原剂； Fe2O3是氧化剂 （4）工业上炼铁时各物质的作用 ①焦炭: ③产品：生铁 a.燃烧放热,提高炉温； b.提供还原剂。 ②石灰石： 把杂质转化为炉渣 教学设计 （5）实验室炼铁与工业炼铁的比较 三.含杂质的物质的化学方程式的计算： 示例：用1000t含 Fe2O3 80％的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁 96 ％ 的生铁多少？ 分析：在进行化学方程式的计算中，一定要用纯物质的量来进行计算。 因此，本题可分为三步进行计算： 第一步：计算赤铁矿石中氧化铁的质量； 第二步：计算氧化铁反应后生成铁的质量； 第三步：根据铁的质量，计算生铁的质量。 解：1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为 1000t×80%=800t 设：800t氧化铁理论上可炼出铁的质量为x 160 112 800t x 折合为含铁96％的生铁的质量为 560t÷96％＝583t 答：理论上可炼出含铁96％的生铁583t。 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 高温 160 800t 112 x x＝560t 注意： 带入化学方程式计算的数据应是纯净物的质量 纯物质的质量= 不纯物质的质量×纯物质的质量分数 不纯物质的质量=纯物质的质量÷纯物质的质量分数 在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用料时和产量时,应考虑到杂质问题。 列比例时，一定要用纯量。 ⑵设需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石的质量为x。 解：⑴生铁中含纯铁：3000t×(1－5%)=2850t. Fe2O3 + 3CO=== 2Fe + 3CO2 112 X· 85% 2850t 高温 160 X· 85% = 112 2850t X≈4790t 答：⑴该3000 t生铁中含纯铁2850t。 ⑵该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石为4790t。 某炼钢厂日产含杂质5%的生铁3000t，试计算：（计算结果保留整数） ⑴该3000 t生铁中含纯铁多少吨？ ⑵该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石多少吨？ 即时理解 经典例题 例1．下列金属主要以单质形式存在于自然界中的是（ ） A. Fe、Cu B. Au、Ag C. Hg、Cu D. Al、Cu 【解析】Al > Fe >H>Cu>Hg>Ag>Pt>Au；在金属活性顺序中金是最不活泼的金属，在自然界中常以单质形式存在；银的化学活性较金强，在自然界主要以化合物的形式存在；铜汞在自然界也主要以化合物的形式存在。故选B。 B 18 【解析】A、赤铁矿的主要成分是氧化铁，其化学式为Fe2O3，选项铁矿石的名称与主要成分相符；B、磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，其化学式为Fe3O4，故选项铁矿石的名称与主要成分不符；C、菱铁矿的主要成分是碳酸亚铁，其化学式为FeCO3，故选项铁矿石的名称与主要成分相符；D、铝土矿的主要成分是氧化铝，其化学式为Al2O3，故选项铁矿石的名称与主要成分相符。故选B。 B　 例2.矿石的名称与其主要成分的化学式不一致的是( ) A. 黄铁矿(FeS2) B. 赤铁矿(FeO) C. 辉铜矿(Cu2S) D. 铝土矿(Al2O3) 例3．把铁矿石、焦炭和石灰石一起加入到高炉中进行冶炼，得到的产物是( ) A. 钢 B. 生铁 C. 纯铁 D. 锰钢 【解析】铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程。把铁矿石、焦炭和石灰石一起加入高炉，在高温的条件下，利用铁矿石中有效成分氧化铁Fe2O3与一氧化碳反应，生成铁和二氧化碳。此时的铁中含有其他一些杂质，属于生铁。故选B。 B 20 例4．炼铁高炉中发生了下列反应：①高温下一氧化碳将铁矿石还原为铁;②高温煅烧石灰石;③灼热的焦炭和二氧化碳反应;④焦炭充分燃烧;其中属于化合反应的是( ) A. ①和④ B. ②和③ C. ③和④ D. 只有④ 【解析】化合反应是两种或两种以上的物质反应生成一种物质，其特征是：“多变一”A、一氧化碳和铁矿石反应生成铁和二氧化碳不符合“多变一”的特征，不属于化合反应．B、石灰石生成二氧化碳和氧化钙的反应不符合“多变一”的特征，符合一变多的分解反应特征．C、焦炭和二氧化碳反应生成一氧化碳的反应符合“多变一”的特征，属于化合反应．D、焦炭充分燃烧生成二氧化碳的反应符合“多变一”的特征，属于化合反应．故选C． C 21 D　 例5.某同学用如图所示的装置进行CO与Fe2O3的反应。下列说法错误的是(　　) A. 该实验装置应增加尾气处理装置 B. 加热前应先通入一段时间的CO以排尽装置内的空气 C. NaOH溶液应改为Ca(OH)2溶液以检验产生的CO2气体 D. 反应后的固体是Fe和Fe2O3的混合物，可以采用加入盐酸并过滤的方法得到Fe 【解析】A．该实验装置应增加尾气处理装置，否则会导致一氧化碳泄露在空气中污染空气，说法正确； B．加热前应先通入一段时间的CO以排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸，说法正确； C．NaOH溶液和二氧化碳反应生成碳酸钠，无明显现象，和氢氧化钙反应生成沉淀使澄清石灰水变浑浊，应改为Ca(OH)2溶液以检验产生的CO2气体，说法正确； D．Fe和Fe2O3都能与盐酸反应生成盐溶液，说法错误。选D 例6.实验室模拟炼铁的实验装置如图所示． 试回答下列问题： （1）写出有标号仪器的名称：a ______ ，b _____ 。 （2）实验中看到的实验现象为：玻璃管中的粉末 _______ ，试管里的澄清石灰水 ___________ 。 （3）玻璃管中反应的化学方程式为 _____________________ 。 （4）加热氧化铁之前，先通一会儿一氧化碳的作用是 ____________ 。 （5）该实验设计装置C的目的是 ______________ 。 【答案】(1). 铁架台 导管 (2). 由红色逐渐变黑 变浑浊   (3). Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2    (4). 排尽玻璃管中的空气，防止发生爆炸    (5). 燃烧未反应的一氧化碳，防止污染空气 【解析】（1）题中标号仪器的名称为a为铁架台、b为酒精灯； （2）一氧化碳具有还原性，能与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，实验中看到的实验现象为：玻璃管中的粉末由黑色变红色，试管里的澄清石灰水变浑浊；（3）玻璃管中反应的化学方程式为3CO+ Fe2O3 2Fe + 3CO2；（4）CO具有可燃性，与玻璃管中的空气混合受热会发生爆炸，因此应先通CO排尽玻璃管中的空气，然后再点燃酒精灯加热氧化铁。加热氧化铁之前，先通一会儿一氧化碳的作用是排进装置内的空气防止发生爆炸；（5）一氧化碳有毒，直接排放到空气中会污染环境，该实验设计装置C的目的是处理尾气，防止污染空气。 25 1.知道了金属在自然界存在的形式及常见的金属矿物。 2.学习并掌握铁的冶炼方法和原理。 3.学会计算含杂质物质的有关化学方程式的计算。 4.通过对铁的冶的学习，增强学生对生活和自然界中化学现象的好心和探究欲。 课堂小结 随堂练习 1．工业炼铁的主要原料中，正确的一组是（ ） ①铁矿石；②焦炭；③一氧化碳；④石灰石；⑤空气 A. ①②⑤ B. ①②④⑤ C. ①③④⑤ D. ②③④ 【解析】工业炼铁的主要原料中：铁矿石能够提供铁元素，是炼铁的主要原料；焦炭在点燃条件下和氧气反应生成二氧化碳，二氧化碳在高温条件下能被焦炭还原成一氧化碳，一氧化碳能够把铁矿石中的铁还原出来；石灰石在高温条件下分解能生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙能和铁矿石中的杂质二氧化硅反应生成硅酸钙，从而除去二氧化硅；空气能够提供氧气；工业炼铁的主要原料包括铁矿石、焦炭、石灰石和空气。故选B． B　 2.用下列矿石冶炼金属时，排放的废气容易引起酸雨的是（ ） A. 辉铜矿(主要成分Cu2S) B. 赤铁矿(主要成分Fe2O3) C. 磁铁矿(主要成分Fe3O4) D. 铝土矿(主要成分Al2O3) 【解析】酸雨主要是由排放到空气中的SO2和氮氧化物造成的，辉铜矿中含有硫元素，冶炼金属时会生成二氧化硫，故排放的废气中含有二氧化硫气体，易引起酸雨。故选A。 A　 3.下图是甲是初中化学炼铁的基本原理。乙是工业炼铁高炉的结构图。下列说法错误的是( ) A. 由甲图加热装置可知炼铁需要高温 B. 乙图中焦炭燃烧产生高温也可以反 应产生一氧化碳 C. 乙图中出铁口应该比出渣口高一些 D. 甲图中b处在操作时应该接尾气处理装置 【解析】A.从图中可以看出，该实验用的是酒精喷灯，故知炼铁需要高温；B.焦炭的作用有两个，一是和氧气反应放出大量的热生成二氧化碳，二是生成的二氧化碳和碳反应生成一氧化碳，一氧化碳是炼铁中的还原剂；C.因为生铁的密度比炉渣大，故出铁口应该比出渣口低一些；D.实验前和实验后通入的一氧化碳都不参加反应，而一氧化碳会污染空气，故甲图中b处在操作时应该接尾气处理装置； C　 29 C　 4.碳在高温下可以和氧化铁反应，化学方程式可表示为3C＋2Fe2O3 4Fe＋3CO2↑，下列说法中正确的是(　　) A. 该反应属于分解反应 B. 反应中碳元素的化合价降低，铁元素的化合价升高 C. 碳是还原剂 D. 氧化铁是还原剂 【解析】A、该反应符合“一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物”的反应，属于置换反应，不符合题意；B、碳单质中碳元素化合价为0，二氧化碳中碳元素显+4价，故反应中碳元素的化合价升高，氧化铁中铁元素显+3价，单质铁中铁元素的化合价为0，故铁元素的化合价降低，不符合题意；C、该反应中，碳得到氧，属于还原剂，符合题意；D、该反应中，氧化铁失去氧，属于氧化剂，不符合题意。故选C。 30 【解析】A、生成的Fe能与盐酸反应生成氢气，有气泡，故A正确；B、反应中红色的氧化铁变为黑色的铁，故B不正确；C、不符合客观事实，故C不正确；D、产生的尾气中含量未反应完的CO，有毒，需要进行尾气处理，故D不正确。故选A。 A　 5．下图是“一氧化碳与氧化铁反应”的部分实验装置，关于该实验说法正确的是( ) A. 充分反应后，向固体中加稀盐酸会产生气泡 B. 在实验过程中，黑色的粉末会逐渐变成红色 C. 该实验的反应原理为FeO+ CO Fe+ CO2 D. 在实验过程中，产生的尾气可以直接排放到空气中 31 【解析】反应前后铁元素的总质量相等。 设：需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是x 63t×96%=（1-20%）×x× ×(1-10%) x=120t故选：A。 A　 6．某工厂要用赤铁矿石(主要成分是氧化铁，假设杂质不含铁元素)来炼制生铁。若要炼制含铁96%的生铁63 t，假设在炼制过程中损失10%铁元素，则理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是( ) A. 120 t B. 108 t C. 96 t D. 84 t 32 【解析】依据质量守恒定律：化学变化前后元素种类不变，原子个数不变；反应后Fe、O、S的原子个数分别为4、22、8，反应前已知O的原子个数为22，故4X中含有Fe、S的原子个数分别为4、8，故X的化学式为A. FeS2。故选A。 A　 7．工业上煅烧硫铁矿用来生产硫酸，用X表示硫铁矿中的主要成分。煅烧反应的化学方程式为：4X + 11O2 2Fe2O3+ 8SO2，则x为（ ） A. FeS2 B. Fe2S3 C. FeSO4 D. FeS 33 8.物质的性质决定着物质在生产和生活中的用途。木炭和一氧化碳都具有还原性，都可用于冶炼金属。请根据下图回答有关问题。 (1)请写出下列反应的化学方程式： ①木炭还原氧化铜______________________； ②一氧化碳还原氧化铁________________。 (2)A、B装置中澄清石灰水的作用是________________________________。 (3)B装置最右端酒精灯的作用是________________________________。 (4)在A装置中，当观察到________________时，证明木炭粉末和氧化铜粉末已经完全反应。 【解析】木炭和一氧化碳都具有还原性，都可用于冶炼金属。 (1) ①木炭还原氧化铜会生成二氧化碳和铜∶ ②一氧化碳还原氧化铁会生成铁和二氧化碳∶ (2)A、B装置中澄清石灰水的作用是检验是否有二氧化碳生成，二氧化碳与石灰水反应生成碳酸钙沉淀，可使石灰水变浑浊。 (3)B装置最右端酒精灯的作用是除去未反应完的一氧化碳气体，防止污染空气，一氧化碳有毒，属于空气污染物。 (4)在A装置中，当观察到装置竖直的试管内导管口不再有气泡冒出时，证明木炭粉末和氧化铜粉末已经完全反应。 【答案】(1)① ② (2). 检验是否有二氧化碳生成 (3). 除去未反应完的一氧化碳气体，防止污染空气  (4). A装置竖直的试管内导管口不再有气泡冒出 化学就象你头顶上的果实， 只要肯稍作努力，成功的 甜蜜就属于你！ 祝你成功！ See You $$