9.1 常见的金属材料（第二课时-金属矿物及其冶炼）---2024--2025学年九年级化学鲁教版（2024）下册

第九单元 金属 第一节 常见的金属材料 ——山东舰建设中金属材料的冶炼 素养目标 01 化学观念 通过分析山东舰建造中金属材料(如钢铁、铝合金等)的冶炼过程，理解金属矿物冶炼的基本化学反应原理（如还原反应、氧化还原反应），建立“物质性质决定用途，用途反映性质”的化学观念 02 科学思维 辩证分析金属冶炼中的能量转化（如焦炭燃烧放热、电解法耗能）与资源利用效率，形成绿色化学思维，思考如何通过技术革新减少资源浪费和环境污染。 03 科学实践与探究 通过模拟实验（如一氧化碳还原氧化铁实验），探究金属冶炼的还原反应过程，结合山东舰金属材料冶炼的工业案例，体会实验室研究与工业生产之间的联系与差异。 04 科学态度与责任 通过了解山东舰建造中金属材料自主研制的历程，体会化学技术在国防科技和国家安全中的重要性，增强科技强国的责任感与民族自豪感。 为山东舰挑选铁矿石 01 在日常生活中我们经常用到用铁制成的工具，如剪刀、钉子、铁轨、铁丝等，大家知道铁是怎么来的吗？铁是自然界中直接存在的吗？威武壮观的山东舰的舰体和甲板中的钢铁又是怎样从自然界中锻造而来的呢？ 学习活动一:为山东舰挑选铁矿石 矿石的地理分布 铜矿石的全球分布 铜矿石主要分布在智利、美国、澳大利亚和秘鲁等国家，这些地区拥有丰富的铜矿资源。 铁矿石的地理分布 全球铁矿石资源丰富，主要分布在澳大利亚、巴西、印度和俄罗斯等国。 铝土矿的分布特点 铝土矿主要分布在非洲几内亚、澳大利亚、越南和牙买加等国家，这些地区拥有世界上最大的铝土矿储量。 一、金属在自然界的存在 游离态（单质）： 化合态（化合物）： Ag、 Pt、 Au等。 Fe、 Cu、 Na等绝大多数金属。 金 银 学习活动一:为山东舰挑选铁矿石 常见金属矿石介绍 铁矿石 铁矿石是炼铁的主要原料，常见的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿和褐铁矿等。 铜矿石 铜矿石是提取铜金属的重要来源，典型铜矿包括黄铜矿和辉铜矿。 铝矿石 铝矿石中最主要的是铝土矿，它是提炼铝金属的主要原料，广泛应用于工业生产。 1.地壳中含量最高的金属——铝（化合物形式存在） 钾长石 明矾石 铝土矿Al2O3 菱铁矿 黄铁矿 赤铁矿 磁铁矿 2.年产量最高的金属——铁（化合物形式存在） 学习活动一:为山东舰挑选铁矿石 学习活动一:为山东舰挑选铁矿石 自然界中的铁矿石有以下几种，你能为建造山东舰挑选出合适的铁矿石么？ 黄铁矿 主要成分 FeS2 菱铁矿 主要成分FeCO3 磁铁矿 主要成分 Fe3O4 主要成分 Fe2O3 赤铁矿 70% 72% 48% 46% 主要成分中的含铁量 走进金属冶炼厂 02 学习活动二:走进金属冶炼厂 还原反应 学习活动二:走进金属冶炼厂 铁矿石是如何变成铁单质，从而进一步冶炼成合金供山东舰使用的呢？ 让我们走进炼铁厂，一起来参观一下吧 学习活动二:走进金属冶炼厂 (1)原料： 铁矿石 (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。 (3)主要设备：炼铁高炉 石灰石 焦炭 空气 Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2 高温 焦炭： ①燃烧提供热量 ②产生一氧化碳 石灰石： 将铁矿石中的 SiO2转变为炉渣 C + O2=== CO2 C + CO2 === 2CO 点燃 高温 赤铁矿 Fe2O3 磁铁矿 Fe3O4 学习活动二:走进金属冶炼厂 我们如何在实验室中模拟炼铁呢？ 边看边观察思考： 实验室炼铁的原理，操作步骤， 实验现象及注意事项 2.一氧化碳还原氧化铁 (1)实验装置(如图) (2)实验步骤 一氧化碳 酒精喷灯 早出 早退 迟到 晚归 (3)实验现象：红棕色粉末逐渐变为______色，澄清石灰水变________，尾气燃烧产生_______火焰。 黑 浑浊 蓝色 防爆炸 防氧化 防倒吸 点燃或收集 【注意】①先通CO(早出) ②实验完毕后要先撤掉酒精喷灯，继续通入CO(晚归) ③CO有毒，要进行尾气处理 实验室模拟炼铁 学习活动二:走进金属冶炼厂 Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2 归纳总结 1. 实验装置 2. 实验原理：__________________________________(用化学方程式表示)。 Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2 实验室模拟炼铁 学习活动二:走进金属冶炼厂 第二单元　我们周围的空气 第三单元　物质构成的奥秘 第八单元 金属和金属材料 实验突破 返回目录 3. 实验现象及反应原理 现象 反应原理(用化学方程式表示) 硬质玻璃管内 __________________________________ ____________________________________ 试管内 _________________ __________________________________ 最右端管口处 ________________ ____________________________________ Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2 红棕色粉末逐渐变为黑色 澄清石灰水变浑浊 CO2＋Ca(OH)2=== CaCO3↓＋H2O 有蓝色火焰产生 2CO＋O2 2CO2 实验室模拟炼铁 学习活动二:走进金属冶炼厂 第二单元　我们周围的空气 第三单元　物质构成的奥秘 第八单元 金属和金属材料 返回目录 4. 实验注意事项 (1)实验开始时，先______________，再点燃酒精喷灯，目的是_________________ ___________________________________________________________。 (2)实验结束后，熄灭酒精喷灯，为防止生成的铁又被空气中的氧气氧化，应_____________________直至硬质玻璃管冷却。 (3)实验要进行尾气处理的原因是__________________________________________ ____________________。 小结：一氧化碳“早出晚归”，酒精喷灯“迟到早退”。 排尽装置中的空气，防止一氧化碳和空气的混合气体受热发生爆炸 通入一氧化碳 持续通入一氧化碳 一氧化碳有毒，除去未反应完的一氧化碳气体，防止污染空气 实验室模拟炼铁 学习活动二:走进金属冶炼厂 金属冶炼技术的发展 03 其他金属冶炼流程 电解精炼法 电解精炼用于铜、铝等金属的提纯，通过电解作用去除杂质，获得高纯度金属。 真空冶炼法 真空冶炼适用于钛、锆等活泼金属，通过在真空环境中降低熔点，减少杂质。 氯化冶金法 氯化冶金法常用于提取难熔金属，如钛和铀，通过氯化反应后还原得到纯净金属。 湿法冶金 湿法冶金是通过化学溶液处理矿石，适用于金、银等贵金属的提取，效率高且环保。 （1）活泼金属（如K、Ca、Na、Mg、Al） 电解法: 2Al2O3 ==== 4Al+3O2↑ （2）一般金属（如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu） 热还原法: Fe2O3+3CO ==== 2Fe+3CO （3）较稳定金属（如Hg、Ag） 直接加热法: 2HgO ==== 2Hg+O2 ↑ 通电 高温 加热 冶炼技术的创新与发展 电炉冶炼技术 电炉冶炼技术利用电能作为热源，减少了对化石燃料的依赖，提高了冶炼效率。 真空冶炼技术 真空冶炼技术在冶炼过程中减少杂质，提高了金属的纯度和质量，广泛应用于特殊合金的生产。 连续铸造技术 连续铸造技术实现了金属液态到固态的直接转换，大幅提升了生产速度和材料利用率。 环保冶炼工艺 环保冶炼工艺通过减少废气、废水排放，降低对环境的影响，符合可持续发展的要求。 学习活动三:金属冶炼技术的发展 1948年初，徐光宪赴美留学，1-6月在华盛顿大学化工系学习。1948年夏天，他在纽约哥伦比亚大学暑期试读班中成绩名列前茅， “科学没有国界，但是科学家有祖国。”正是这一信念，支持徐光宪在朝鲜战争爆发后，放弃留在美国的优厚待遇和科研前景，放弃妻子高小霞一两年后可能得到的博士学位，毅然回国。他们回国所坐的邮轮，是美国政府“禁止中国留美学生归国”法案正式生效前，驶往中国的倒数第三艘邮轮。 从量子化学到配位化学，再到核燃料化学，最后到稀土化学，52岁的徐光宪第四次改变研究方向。在他心里，“国家需要”始终是第一位的！ 当时，稀土分离工艺作为高度保密的尖端技术，被牢牢掌握在外国人手中。中国拥有庞大的稀土资源，却不得不低价出口稀土，然后以几十倍甚至上百倍的价格从国外购买深加工的稀土产品。 面对这样的局面，作为化学家的徐光宪曾坦言：我们心里十分不舒服，所以，再难也要上！ 为此，他付出了百倍的辛劳与磨砺：住实验室、啃干面包，在北京和出产稀土的包头矿山之间来回奔波。功夫不负有心人，三年之后，徐光宪和他的团队终于取得突破！ 1975年8月，第一次全国稀土会议在京召开。 国外稀土厂家无论如何也想不到，被视为最高机密的稀土分离技术，因为徐光宪的无偿推广，这一在当时和今天都是领先世界的技术，在中国竟然成了连乡镇企业都能掌握的工艺。 先生之风，山高水长。 2009年，获得国家最高科技奖之后，89岁的徐光宪说：“我得的奖是集体的工作成果。我已经跟大家说好了，500万全部都拿出来，经费要以稀土为主，放在几个课题组和国家重点实验室……” 徐光宪与稀土分离新技术 巩固练习 04 例1 某化学兴趣小组用以下装置探究炼铁原理，关于该装置和反应过程描述错误的是（ ） A. 盛装药品前应先检查装置气密性 B. 加热前要先通CO，加热后B中出现浑浊 C. 已知方框中连接的是C和D，导管口的连接顺序为a→b→c→d D. 这种方法“炼”出的铁与工业上炼出的生铁在组成上最大的区别是不含碳 链接中考 C Lavf58.20.100 Lavf52.39.0 Lavf52.39.0 $$