6.3 金属矿物与金属冶炼教案-2024-2025学年九年级化学科粤版（2024）下册

6.3 金属矿物与金属冶炼 本节由常见金属资源的来源以及资料“金属元素在地壳中的含量”表引入，简单介绍了地球上及我国的金属资源现状。人类对地球上金属矿物资源的利用主要是用来冶炼金属，而其中冶炼量最大的是铁。因此，课本很自然地转入到对铁的冶炼的讨论中。 “铁的冶炼”是本节教学的重点。课本除简要地介绍了我国冶炼铁的历史外，主要是通过实验，说明从铁矿石中将铁还原出来的化学反应原理，并结合炼铁的实际情况，学习化学方程式计算中有关杂质问题的计算。这样，把化学原理、计算和生产实际紧密地结合在一起，使学习活动成为有机的整体，有利于学生主动参与学习。 【素养目标】 1.认识一些常见的金属矿物。 2.了解炼铁的化学原理。 3.了解工业炼铁的原料、过程及产物 4.学会根据化学方程式对含有杂质的反应物或生成物进行有关计算。 5.通过收集材料、查阅资料、讨论交流等具体探究性活动，从而获得良好学习习惯和学习方法。 6.通过炼铁的教学，使学生体会到化学在生产中的作用，树立合理利用化学物质的观念，树立环保意识。认识到化学原理对实际生产的指导作用。 【教学重点】 一氧化碳还原氧化铁的实验装置、现象和操作。 【教学难点】 炼铁高炉中的有关化学反应，关于混合物的化学方程式计算。 【教学准备】 教学设备（投影仪，教学课件），一氧化碳还原氧化铁视频。 【教学过程】 一、导入新课 地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中，除了少数很不活泼的金属如金、铂、银等能以单质形式存在，绝大多数都是以化合物形式存在于矿物中的。以化合物形式存在的金属在自然界中以矿物形式存在。通过金属冶炼（主要是运用化学方法），人们可将矿物中的金属化合物转化为金属单质。接下来我们一起来学习金属冶炼的原理以及实际生产过程吧。 二、推进新课 知识点1 了解几种金属矿物 ［提出问题］刚刚我们讲过，绝大多数金属在自然界中的以化合物的形式存在，这是为什么呢？ ［学生回答］金属在地壳中的存在形态与金属的活动性密切相关，很不活泼的金属能以单质形态存在，活泼的金属因其易与其他物质发生化学反应，只能以化合物形态存在。 ［课件展示］教师展示自然界中几种矿石图片（含课本P17图6.3-2），及有关矿石的成分、产地、产量等背景资料。 ［提出问题］以上矿石都是纯净物吗？ ［学生回答］不是。 ［交流讨论］如果你是炼铁厂的厂长，你会选择上述哪种铁矿石？炼铁时应如何选取铁矿石？ ［教师讲解］炼铁一般选用赤铁矿和磁铁矿，主要是赤铁矿，因为赤铁矿和磁铁矿中含铁量高，且赤铁矿密度小、质地疏松，较易完全反应；一般不选用黄铁矿，因为黄铁矿中含有较多的六元素，在冶炼过程中会产生大量的污染气体，会增加大气污染风险和环保治理成本。 ［思考交流］阅读课本P16“问题探讨”内容，思考并交流对应问题。 问题1.为什么铜、铁、铝大量冶炼的年代差距如此之大? 回答：因为铜的化学性质不活泼，易于冶炼；铁的化学性质比较活泼，冶炼技术相对复杂；铝的化学性质非常活泼，难以寻找到合适的物质将其从矿物中还原出来，冶炼技术要求更高。 问题2.为什么到目前为止，铁仍是世界上产量最大、应用最广的金属? 回答：铁在地壳中含量丰富，其蕴藏量在金属中居第二位，冶炼过程较为简单，因此铁是目前世界上产量最大的金属。 铁具有优良的物理性能，生产加工较容易、价格较低、废料易回收，故铁是世界上应用最广的金属。 知识点2 钢铁的冶炼（一氧化碳还原氧化铁实验） ［过渡］我们学过的具有还原性的物质有哪些？ ［学生回答］有碳、氢气、一氧化碳。 ［布置任务］请写出分别用碳、氢气、一氧化碳还原氧化铁的反应的化学方程式。 ［结果展示］2Fe2O3+3C高温4Fe+3CO2；Fe2O3+3H2高温2Fe+3H2O； Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2 ［提出问题］应该选择哪种还原剂进行铁的冶炼？ ［教师讲解］工业上钢铁的冶炼使用CO做还原剂，因为CO是气体，能增大反应物间的接触面积，是反应进行得更快、更充分，且CO较易获得，大量获取成本较低。 ［课件展示］课件展示一氧化碳还原氧化铁的实验装置，并播放《一氧化碳还原氧化铁》实验视频。（教师讲解实验过程、原理及注意事项，并引导学生观察实验现象） 实验装置： ［实验记录］ 实验步骤： 实验现象 玻璃管中的现象：红褐色的粉末逐渐变为黑色。 试管中的现象：澄清石灰水变浑浊。 玻璃管出口处现象：尾气燃烧，并产生蓝色火焰。 ［讨论］在实验过程中应注意哪些安全事项？ ［学生总结］（1）先通CO，再加热，目的是将玻璃管中的空气排尽。 （2）实验完毕后，先停止加热，继续通CO至冷却，目的是防止石灰水倒吸、防止生成的铁在较高温度下被氧化。 （3）用酒精灯点燃尾气的作用是：防止一氧化碳污染空气。 ［布置任务］写出在实验过程中发生的几个化学反应的化学方程式。 ［结果展示］ 知识点3 了解工业炼铁 ［过渡］上述实验是实验室模拟铁的冶炼过程，工业上铁的冶炼原理虽与上述实验相同，但其规模、条件、装置与此差异很大。 ［讲师讲解］把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程。工业上炼铁时，把铁矿石和焦炭、石灰石一起从上方投入高炉，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里还原出来。 ［课件展示］展示炼铁高炉结构（课本P18图6.3-4）。 ［提出问题］工业炼铁和实验室炼铁有什么不同？ ［讨论交流］ （1）产物不同。工业炼铁得到的是生铁，实验室得到的是纯铁。 （2）设备不同。工业炼铁设备是高炉，实验室用硬质玻璃管。 （3）温度不同。高炉内温度高，硬质玻璃管内温度较低。 （4）对环境影响不同。高炉炼铁对环境影响大，实验室对环境影响小。 （5）操作难易程度不同。高炉炼铁工艺复杂，实验室操作简单。 ［教师讲解］（1）炼铁时，分别把焦炭、铁矿石和石灰石等原料，按一定数量比送到炉顶的自动装料设备，然后投入高炉里（加料后，开炉第一次先将下层的焦炭点燃），并鼓入热空气，焦炭就被氧化，生成二氧化碳（C+O2燃烧CO2），并放出大量热。二氧化碳从炉底上升，与烧红的焦炭相遇，被还原成一氧化碳（CO2+C高温2CO）。一氧化碳继续上升，遇到炽热的铁矿石，就把铁逐步还原出来。由于铁矿石里除了铁的氧化物外，还含有不能被利用的矿物（如SiO2）。因此，炼铁时还要加入石灰石（CaCO3），使其转化为炉渣而被除去。 实际上，高炉炼得的铁中含有2%~4.3%的碳，以及少量硫和磷等，因而是铁的合金——生铁。它硬而脆，不利于加工。所以，人们还要把生铁放在炼钢炉里，吹进氧气冶炼，使其含碳量降至0.03%~2%，并除去硫、磷等杂质，所得产品称为钢。 （2）生铁的出口比炉渣的出口低，这因为生铁（铁水）的密度大于炉渣的密度。 （3）炼铁高炉气中的主要成分是CO、CO2、N2等。 ［学生阅读］指导学生阅读课本P18表6-4后，并思考生铁和钢有什么不同。 ［学生回答］生铁和钢的区别 ［拓展内容］冶炼金属的常用化学方法： 知识点4 有关含杂质物质的化学方程式计算 ［过渡］在炼铁的实际生产过程中，所用的原料或产物一般都含有杂质，故在计算用料和产量时就不可能不考虑杂质问题。 ［教师讲解］有关含杂质物质的化学方程式计算原理：（1）化学方程式表示的是纯净物之间发生的化学反应，各化学式所表示的量也是纯净物之间的质量关系；（2）在实际生产中，原料和产品往往都不是纯净物，因此在计算时必须先将含杂质的物质的质量换算成纯净物质的质量，再进行计算。 ［学生阅读］指导学生阅读课本P19例题3。（教师注意讲解计算过程，并指导学生理解和记忆） ［交流讨论］请根据刚才阅读的内容和我们学习的计算原理，总结有关含杂质物质的化学方程式计算的一般步骤。 ［学生总结］计算步骤： （1）将含杂质物质的质量换算成纯净物的质量； （2）将纯净物的质量代入化学方程式计算； （3）将计算得到的纯净物的质量换算成含杂质物质的质量。 ［习题展示］某炼铁厂每天生产1000t含Fe 96%的生铁理论上需消耗含Fe2O370%的赤铁矿石多少吨？ ［布置任务］请同学按照总结的计算过程正确解答以上练习题。（教师注意巡视、指导学生进行计算）。 ［结果展示］解：Fe质量为1000 t×96%＝960 t 设铁矿石质量为x，则氧化铁质量为70%·x。 Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2 160 112 70%×x 960 t 答:需消耗含氧化铁70%的赤铁矿1959.2吨。 （教师注意对学生出现的问题进行纠正和检查） 三、典例剖析 例 实验室里用如图所示装置还原氧化铁，关于该实验下列说法错误的是（ ） A.玻璃管中发生的反应属于置换反应 B.该实验说明了一氧化碳既可以燃烧又有还原性 C.实验观察到的现象为红褐色固体变黑，澄清石灰水变浑浊 D.实验时，先通入纯净的一氧化碳，再点燃酒精喷灯给玻璃管加热 【解析】A.在玻璃管中发生的反应是一氧化碳与氧化铁在加热时反应生成了二氧化碳和铁，在该反应中反应物是两种化合物，不属于置换反应.故A说法错误。B.在该实验中，一氧化碳将氧化铁还原成铁，又能被点燃，说明了一氧化碳既有可燃性又有还原性，故B说法正确。C.在加热条件下，一氧化碳与氧化铁反应生成了铁和二氧化碳，二氧化碳与氢氧化钙反应生成了碳酸钙沉淀和水。所以反应的现象是：红褐色固体变黑，澄清石灰水变浑浊，故C说法正确。D.由于一氧化碳与空气的混合气体在点燃时易发生爆炸，所以实验开始时的操作是：先通入纯净的一氧化碳，再点燃酒精灯给玻璃管加热，故D说法正确。 【答案】A 四、课堂小结 ［提问］学完本课后，你了解了什么？知道了什么？ ［小结］ 1.多数金属以化合物形态存在于矿物中。 2.炼铁的原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气 2.炼铁的原理：Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2。 3.炼铁的设备：高炉 4.有关含杂质物质的化学方程式计算的一般步骤。 （1）将含杂质物质的质量换算成纯净物的质量； （2）将纯净物的质量代入化学方程式计算； （3）将计算得到的纯净物的质量换算成含杂质物质的质量。 五、布置作业 “课后作业”练习，并预习下节的内容。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$