6.1 金属矿物及铁的冶炼 课件 -2025-2026学年九年级化学沪教版（2024）上册

6.1 金属矿物及铁的冶炼 1 各种各样的金属大多数是通过冶炼金属矿物得到的。合理开发利用金属矿物资源，需要了解各类金属矿物和常见的冶炼方法。 新课导入 人类科技文明的发展历程伴随着人类利用材料、制造材料、完善材料的历史。从青铜时代、铁器时代起，到科技发达的今天，金属 (metal) 作为一种重要的材料，对生产生活、社会发展有着十分重要的作用。各种各样的金属大多是通过冶炼金属矿物而获得的，因此开发利用金属矿物资源，需要了解各类金属矿物和常见的冶炼方法。 新课讲解 • 目标预览 • 能认识大多数金属在自然界中以金属矿物的形式存在；能体会化学方法在金属冶炼中的重要作用，简要叙述工业炼铁的反应原理。 一、常见的金属矿物 金属元素在自然界中分布很广，除极少数不活泼的金属 (如铂、金、银等) 以单质形式存在外，其余大多数以化合物形式存在。金属元素在自然界中一般以矿物的形式存在。 图6-1 地壳中几种金属元素的含量 (质量分数) 铁的矿物主要有赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿和黄铁矿等。铜的矿物主要有黄铜矿、辉铜矿和孔雀石等。铝的矿物主要有铝土矿和明矾石等。 你知道学校所在地区 (或家乡) 有哪些金属矿物? 能识别它们吗?请收集金属矿物样品或查阅相关资料，并与同学交流， 图 6-2 一些金属矿物 以金属矿物作为原料，通过一系列物理变化、化学变化可以得到相应的金属单质。而使金属矿物转化成金属的过程称为金属冶炼。 二、铁冶炼的化学原理 铁在自然界中分布很广，在地壳中含量居所有金属元素的第二位，仅次于铝，约占地壳总质量的 4.75%。我国铁矿石储量占世界储量的 11%，辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花等地均有大型铁矿石产区。我国铁的冶炼最早可以追溯到殷商时期，到春秋战国时期已出现了较为成熟的炼铁技术。 我国古代炼铁 我国明代著作《天工开物》五金卷中记载了我国古代炼铁的相关方法：“凡铁一炉载土二千余斤，或用硬木柴，或用煤炭，或用木炭，南北各从利便。扇炉风箱必用四人、六人带拽。土化成铁之后，从炉腰孔流出。” 图 6-3 《天工开物》五金卷生铁、熟铁炼炉 以氧化铁 (Fe2O3) 为原料可以冶炼得到金属铁。以下通过实验来揭示炼铁的化学原理。 在图 6-4 所示装置的硬质玻璃管中放入少量氧化铁粉末，先通入一氧化碳，排出装置内的空气后，再用酒精喷灯加热玻璃管中的氧化铁，当红棕色粉末变成黑色时停止加热。待玻璃管内物质冷却后，停止通入一氧化碳。在反应过程中澄清石灰水有什么变化?将得到的黑色粉末倒在白纸上观察，检验粉末能不能被磁铁吸起。尝试判断反应中生成了哪些物质。 图6-4 炼铁原理示意图 澄清石灰水变浑浊，说明反应中生成了二氧化碳；黑色粉末能被磁铁吸起，说明反应中生成了铁。 上述反应就是工业炼铁的主要原理，其化学方程式为： 1.上述一氧化碳与氧化铁反应的实验中，对实验操作顺序有哪些具体要求?说明理由。 (1)装药品前必须检查装置气密性，防止漏气。因为氧化碳有毒，泄漏会危及人身安全。 (2)开始实验时，应先通一段时间的一氧化碳再点燃酒精喷灯加热，目的是排尽装置内的空气，防止加热一氧化碳与空气的混合气体发生爆炸；实验结束时，先停止加热，待硬质玻璃管内物质冷却后再停止通 氧化碳，防止硬质玻璃管中新生成的灼热的铁粉与空气中的氧气反应，且能防止澄清石灰水倒吸。 2.某钢铁公司用 490万吨含氧化铁 60%的赤铁矿石炼铁，理论上冶炼得到的生铁中最多含铁多少万吨? 解：方法一：设 490 万吨含氧化铁 60%的赤铁矿石能炼出铁的质量为 x。 氧化铁的质量为 490 万吨×60%＝294 万吨 160 112 294 万吨 x ＝ x＝205.8 万吨 方法二：氧化铁的质量为 490 万吨×60%＝294 万吨 赤铁矿石中含铁元素的质量为 294 万吨×[×100%] ＝294 万吨×(×100%) ＝205.8 万吨 答：理论上冶炼得到的生铁中最多含铁 205.8 万吨。 高炉是工业炼铁的主要设备。 图6-5 炼铁高炉 把铁矿石跟焦炭、石灰石从上方加入高炉从下方通入热空气，焦炭燃烧，生成的二氧化碳与焦炭在高温下反应生成一氧化碳气体，一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成铁。通过高炉炼得的铁为生铁，仍含有少量杂质。 图6-6 炼铁高炉的结构 金属的治炼方法 许多金属(如锰、锌、铁、镍和铅等)的冶炼，是把它们的矿物跟焦炭或氢气、一氧化碳等物质一起加热反应。 有些金属(如钠、钾、镁和铝等)很难从其矿物中提取出来。为了制得这些金属，需要用电解的方法。例如，在一定条件下，用氧化铝制金属铝需要使用电解的方法。 通常把金属 (如铁) 跟氧结合生成金属氧化物 (如氧化铁) 的过程称为金属的氧化。金属氧化物跟焦炭、氢气或一氧化碳等物质反应，失去氧转化为金属的过程，称为金属氧化物的还原。 1.《千里江山图》是北宋王希孟创作的绢本设色画，描绘了祖国的锦绣河山，其颜料原料为各色天然矿石。一些矿石的主要成分及颜色如下表所示。 (1)四种矿石主要成分中，属于氧化物的是_____________。 (2)蓝铜矿和孔雀石的主要成分在组成上具有的相同点是____ _________________。 Fe2O3 组成元素相同 2. 明代宋应星所著的《天工开物》中有关于“火法”冶炼金属锌的工艺记载：“每炉甘石 (主要成分是碳酸锌) 十斤装载入一泥罐内······然后逐层用煤炭饼 (反应后生成一氧化碳) 垫盛，其底铺薪，发火煅红······冷定毁罐取出······即倭铅(锌)也。”下列说法中正确的是____________。 ①煤炭中起作用的主要成分是碳 ②冶炼锌的化学方程式为： ③冶炼锌的过程中碳元素的化合价有变化 ④倭铅是指金属锌和铅的混合物 ①②③ 3.某炼铁厂用于高炉炼铁的主要原料是赤铁矿石、焦炭、空气等，主要反应过程如下图所示。 写出上述反应 (1)(2)(3) 的化学方程式。 4. 某炼铁厂采购了一批含 480万吨氧化铁的赤铁矿，若不计生产过程中铁的损耗，则这批赤铁矿生产的生铁中含铁多少万吨? 解：设这批赤铁矿生产的生铁中含铁的质量为 x。 答：这批赤铁矿生产的生铁中含铁 336 万吨。 课堂小结 1. 模拟炼铁实验装置如图所示，具体操作如下： I.打开两端弾簧夹 K1、K2 通入 CO2 一段时间后，关闭 K1、K2； Ⅱ.用酒精喷灯对着炭粉加热 段时间后移到氧化铁处加热； 课堂练习 Ⅲ.待反应结束后，先停止加热，后打开 K1、K2，继续通入二氧化碳一段时间后，关闭K1、K2； Ⅳ.待硬质玻璃管冷却后，取出其中固体，检验是否有铁生成。 (1)实验刚开始先通入 CO2一段时间的目的是_____________ ______________________________________________________。 (2)实验中通入二氧化碳 段时间后关闭弹簧夹，用酒精喷灯对准炭粉加热发生化合反应，其反应的化学方程式为___________ ________________________________。 排尽装置内空气，防止发生爆炸 (3) 一段时间后，将酒精喷灯移至氧化铁处加热，其反应的化学方程式为_________ _________________________。 (4)反应结束后继续通入 CO2 的目的是____________________ _______________________________________________________。 把装置中的一氧化碳气体全部带入到气囊中，收集起来，防止其污染空气 2. (绵阳中考) 工业上用 1 200 t 含氧化铁 80% 的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁 96%的生铁的质量是 ( ) A. 700 t B. 778 t C. 672 t D. 645 t A $$