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

第八单元　金属和金属材料 第八单元　金属和金属材料 课题 3　金属资源的利用和保护 第1课时 1 1.知道大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在的，知道一些常见的金属矿物。（化学观念） 2.了解从铁矿石中将铁还原出来的方法，体会化学方法在金属冶炼中的重要性。（化学观念） 3.会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行计算。（化学观念） 4.了解我国古代炼铁的悠久历史，激发爱国情怀。（科学态度与责任） 2 一、金属矿物　 1.金属资源的存在 存在 存在形式 地壳和海洋中 单质（少数很不活泼的金属，如金、银等） 化合物（除金、银等以外的其他金属） 如铁在地壳中以化合物的形式存在，是因为铁的化学性质比较活泼。 （1）大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在的。 2.金属矿物 （3）常见的金属矿石 （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。 大自然向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。 说明 规律总结 冶炼金属时，选择矿石应遵循的原则： （1）所需提炼的金属含量高； （2）矿石在冶炼过程中对环境污染小； （3）冶炼途径尽可能简便。 二、铁的冶炼 1.一氧化碳还原氧化铁 【实验试剂】氧化铁粉末、澄清石灰水、一氧化碳气体。 【实验仪器】铁架台（2 套）、硬质玻璃管、单孔橡皮塞（2 个）、酒精灯、试管、酒精喷灯、双孔橡皮塞、导气管。 【实验装置】 CO是有毒的可燃性气体，使用前要验纯，要设置尾气处理装置。 灯焰温度一般高于 800 ℃。 【实验步骤】 检查装置气密性→装入试剂并固定装置→点燃酒精灯→向玻璃管中通入 CO →点燃酒精喷灯→反应完成后熄灭酒精喷灯→试管冷却后停止通入 CO →熄灭酒精灯。 【实验现象】 ①红棕色粉末逐渐变为黑色，黑色粉末能被磁铁吸引； ②生成的气体使试管中的澄清石灰水变浑浊； ③尾气燃烧并产生蓝色火焰。 【化学方程式】 （1）此反应属于氧化还原反应，CO 是还原剂；由于反应物中无单质，不属于置换反应。 （2）反应条件是“高温”而不是“加热”。酒精喷灯火焰的温度比酒精灯火焰的温度高，一般高于 800 ℃。 （3）反应物 CO 是气体，生成物 CO2 后不能标“↑”符号。 【实验结论】 红棕色的氧化铁被一氧化碳还原成单质铁。 【注意事项】 ①先通CO的目的：排出装置内的空气，以免加热时CO与空气混合发生爆炸。 ②实验完毕后继续通入CO直到玻璃管冷却的目的：防止生成的铁粉在较高的温度下被重新氧化。 ③尾气的处理：因为CO有毒，所以尾气中的CO要经过点燃处理或收集备用，防止污染空气。 方法点拨 （1）取适量反应后的黑色粉末，看能否被磁铁完全吸引。 （2）取适量反应后的黑色粉末于试管中，加入足量的稀盐酸（或稀硫酸），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。 检验一氧化碳还原氧化铁的生成物的方法 巧记 CO 还原 Fe2O3 一氧化碳早出晚归，酒精喷灯迟到早退； 前者颠倒易爆炸，后者颠倒被氧化。 2.工业炼铁 炼铁高炉及炉内主要化学反应示意图　 【主要设备】高炉。 【原料】铁矿石、焦炭、石灰石、空气等。 石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅变为炉渣，其主要反应有： ①产生 CaO ：CaCO3 CaO+CO2↑。 ②生成炉渣：CaO+SiO2 CaSiO3。 【产品】生铁（含碳量为 2%～4.3% 的铁合金，不是纯铁）。 焦炭的作用：①提供热量； ②提供还原剂（CO）。 【化学方程式】如图中所示。 若以磁铁矿为原料：4CO+Fe3O4 3Fe+4CO2。 （1）炼钢的主要原料是生铁等，主要产品是钢。 （2）将生铁冶炼成钢主要是将生铁中的碳转变为气体除去，“百炼成钢”的主要反应为 C+O2 CO2。 说明 拓展 （1）置换法：金属+金属化合物 →另一种金属+另一种金属化合物，如古代的湿法炼铜Fe+CuSO4 Cu+FeSO4。 （2）热还原法：还原剂（C、CO 或 H2）+ 金属氧化物 →金属 +CO2或 H2O，如 4CO+Fe3O4 3Fe+4CO2。 常见的冶炼金属的方法 三、有关化学反应中杂质问题的计算 实际生产过程中，所用的原料和产物一般都含有杂质。在计算用量和产量时，应考虑到杂质问题。 （1）化学方程式所表达的都是纯物质发生化学变化时的相互关系，各化学方程式所规定的化学计量数反映的是纯物质之间的数量关系。 （2）进行计算时，所含杂质并不遵循该反应化学方程式所遵循的规律，因此要先把含杂质物质的质量换算成纯物质的质量，再进行计算。 1.计算原理 2.计算公式 (2)某纯净物的质量=不纯物质的总质量纯净物质的质量分数（纯度） (4)杂质的质量=不纯物质的总质量（1-纯度） 3.计算步骤 （1）将含杂质的物质的质量换算成纯物质的质量。 （2）将纯物质的质量代入化学方程式进行计算。 （3）将计算得到的纯物质的质量换算成含杂质物质的质量。 （1）当参加反应的物质含杂质时，要先把含杂质的物质的质量换算成纯净物的质量。 （2）含杂质问题的计算一般都假定杂质不参加反应。 （3）要看清题中所给的质量分数是杂质的质量分数还是纯物质的质量分数。 （4）换算后的纯物质的质量在代入化学方程式时要找准对应的位置。 说明 例 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。用 5 000 t 含氧化铁 80% 的赤铁矿，理论上可以炼出含铁 96% 的生铁的质量是多少？ 解法一　利用化学方程式进行计算 解：5 000 t矿石中含氧化铁的质量为5 000 t×80%=4 000 t。 设 4 000 t 氧化铁理论上可炼出铁的质量为 x。 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 160　　　　　 56×2 4 000 t　　　　x = 解得 x=2 800 t 折合为含铁 96% 的生铁的质量为 2 800 t÷96%=2 916.7 t。 答：理论上可炼出含铁 96% 的生铁 2 916.7 t。 解这一类计算题的思路： （1）根据题目中铁矿石与 Fe2O3 的关系求出 Fe2O3 的质量； （2）根据化学方程式，由 Fe2O3 的质量求得炼出的铁的质量； （3）根据纯铁质量与含杂质生铁的质量关系，求出含杂质生铁的质量。 按上述步骤分步计算可减少计算中的失误。要明确生铁的质量与纯铁的质量之间的关系： 方法点拨 例 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。用 5 000 t 含氧化铁 80% 的赤铁矿，理论上可以炼出含铁 96% 的生铁的质量是多少？ 解法二　利用化学式进行计算，依据化学反应前后元素的质量不变，即矿石中含有的铁元素的质量等于生铁中含有的铁元素的质量。应用的公式如下： （1）化合物中某元素的质量分数 =×100% ； （2）物质中某元素的质量 = 物质的质量 × 物质中该元素的质量分数。 解：5 000 t 矿石中含氧化铁的质量为 5 000 t×80%=4 000 t。 4 000 t 氧化铁中铁元素的质量 =4 000 t×[×100% ] = 4 000 t×（ ） =2 800 t 则含铁 96% 的生铁的质量为 2 800 t÷96%=2 916.7 t。 答：理论上可炼出含铁 96% 的生铁 2 916.7 t。 1.金属资源的存在 2.工业炼铁 一、金属矿物 实验试剂、实验仪器、实验装置、实验步骤、实验现象、实验原理、注意事项等。 2.金属矿物：赤铁矿、磁铁矿、铝土矿、赤铜矿、金红石、软锰矿等。 二、铁的冶炼 1.一氧化碳还原氧化铁 三、有关化学反应中杂质问题的计算 设备、原料、反应原理、产品。 计算公式、计算步骤等。 本节课你学会了哪些知识？ 收获了什么方法？ 还有什么疑惑吗？ 1.下列有关金属的说法，正确的是（   ） A.大多数金属以单质的形式存在 B.在地壳中含量最高的金属元素是铁 C.常见的铁矿石有赤铁矿和磁铁矿 D.每年提取量最大的金属是铝 2.从环保角度分析最不宜炼铁的是（  ） D A.赤铁矿（Fe2O3） B.磁铁矿（Fe3O4）  C.菱铁矿（FeCO3） D.黄铁矿（FeS2）  C （1）请写出A处硬质玻璃管中发生反应的化学方程式：_______________________。 （2）实验开始时，先通入CO后点燃酒精喷灯的目的是___________________ ___________。 （3）B装置除了能检验气体产物外还有_________________________________的作用。 3.下图为实验室模拟炼铁的装置图。 排净装置中的空气，防止爆炸　 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 收集尾气，防止一氧化碳污染空气　　 23 （2）反应②的化学方程式为____________________________。 （3）反应③的化学方程式为_____________________________。 （4）高炉炼铁得到的并不是纯铁，而是一种含铁的合金，请你写出该合金的名称_________。 4.某钢铁厂高炉炼铁的主要原料是焦炭、赤铁矿、空气等，主要反应过程如下所示： 请回答: （1）焦炭是__________（填“混合物”或“纯净物”）。 混合物 CO2+C 2CO 生铁 Fe2O3+3CO 2Fe +3CO2 24 5.某钢铁厂日产含杂质（杂质中不含铁元素）5%的生铁4 000 t。该厂每天需Fe3O4的质量分数为80%的磁铁矿石多少t？（计算结果保留整数） 解：4 000 t生铁中铁元素的质量为4 000 t×（1-5%） =3 800 t。 设所需磁铁矿石的质量为x。 Fe3O4+4CO 3Fe+4CO2 232　　　　　168 x×80% 　　　3 800 t =　x≈6 560 t 答：每天需磁铁矿石6 560 t。 25 $$