8.3 金属资源的利用和保护 第1课时（导学案）化学新教材人教版九年级下册

该初中化学导学案聚焦“金属矿物、铁的冶炼”，引导学生认识金属矿物的存在形式及常见矿物成分，掌握铁的冶炼原理、原料、反应及含杂质计算。通过知识回顾（地壳金属含量、金属存在形式及原因）和矿物成分表格填写，搭建前后知识联系，为工业炼铁学习提供支架。 以任务驱动学习，设计阅读总结、典例辨析、高炉炼铁示意图分析、含杂质计算等学生活动，结合分层习题（基础填空到综合计算），助力学生理解物质转化与能量转化，培养科学思维（模型建构、证据推理）和化学观念，增强资源保护的科学态度与责任。

课题3 金属资源的利用和保护 第1课时 金属矿物、铁的冶炼 一、知识目标 1 知道大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在的，了解常见金属矿物的主要成分。 2.掌握铁的冶炼原理、原料、主要反应及产物，能正确书写相关化学方程式。 3.能根据化学方程式进行含杂质的简单计算，并解决生产生活中的简单问题。 二、核心素养目标 1.化学观念：通过对金属矿物的存在形式和炼铁的过程的学习，理解工业炼铁的化学原理。 2.科学思维：通过分析炼铁的原理和过程，建立化学变化中物质转化和能量转化的模型。 3.科学态度与责任：体会化学方法在金属冶炼中的重要作用，增强对我国金属资源的认识，培养节约资源和保护环境的意识。 一、学习重点 工业炼铁的过程及含杂质物质的化学方程式计算。 二、学习难点 含杂质物质的化学方程式计算及对炼铁原理的理解。 1.知识回顾：地壳中含量最高的金属元素是_______；世界年产量最高的金属是_______。 2.在自然界中以单质形式存在的金属有______________，其他金属多以化合物的形式存在。 3.思考：金属在自然界中存在形式不同的原因是什么？ 4.写出下列常见金属矿物的名称或主要成分的化学式。 矿物名称 赤铁矿 铝土矿 金红石 软锰矿 主要成分 Fe3O4 Cu2O TiO2 5.工业炼铁 （1）原理：____________________________。 （2）设备：高炉。 （3）原料及作用。 ①_______：主要成分Fe2O3 ，提供铁元素。 ②焦炭：①提供热量（ C+O2CO2）；②转化为CO（C + CO22CO）。 ③石灰石：铁矿石中的石英(SO2)对生铁产品的品质有严重影响，可与石灰石反应形成炉渣除去。 ④空气：提供氧气。 （4）产物：生铁（含碳量为2%~4.3%的铁合金）。 一、金属矿物 活动一：常见的金属矿物 学生任务1：阅读教材P16，总结常见的金属矿物及它们的主要成分。 活动二：典例精讲 学生任务2：下列金属矿石主要成分对应错误的是（ ） A. 磁铁矿（） B. 赤铜矿（） C. 金红石（） D. 铝土矿（） 二、铁的冶炼 活动一：炼铁原理 学生任务1：炼铁的主要原理是一氧化碳与氧化铁反应，其化学方程式为3CO+Fe2O32Fe+3CO2。分析：铁矿石中的什么元素被夺取了？谁夺取了它？反应需要什么条件？ 活动二：高炉炼铁 学生任务2：分析高炉炼铁示意图，并结合教师的讲解，思考下列问题。 （1）高炉炼铁需要用到哪些原料？各原料的作用是什么？ （2）写出高炉炼铁的主要反应方程式。 （3）高炉炼铁的产物是什么？ （4）有哪些提高炼铁效率的方法？ 活动三：含杂质的计算 学生任务3：用1000 t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少（计算结果保留一位小数）？ 活动四：典例精讲 学生任务4：如图是工业炼铁示意图。下列说法中不正确的是（ ） A．赤铁矿的主要成分为Fe2O3 B．石灰石的作用是形成炉渣 C．焦炭的作用只是提供热量 D．高炉烟气对空气造成污染 1.金属元素在自然界中的存在形式：金、银等有_______形式存在，其他金属多以_______的形式存在。 2.常见的金属矿物 矿物名称 赤铁矿 磁铁矿 铝土矿 赤铜矿 金红石 软锰矿 主要成分 TiO2 MnO2 3.工业炼铁 （1）原理：___________________________________。 （2）设备：_______。 （3）原料： ①_______：主要成分Fe2O3 ，提供铁元素。 ②焦炭：①______________（ C+O2CO2）；②______________（C + CO22CO）。 ③石灰石：作用是将矿石中的二氧化硅（SiO2）转变为炉渣（CaSiO3）。 ④空气：提供_______。 （4）主要反应：C+O2CO2、CO2+C2CO、3CO+Fe2O32Fe+3CO2。 （5）产品：_______（含碳量为2%~4.3%的铁合金）。 4.含杂质物质的计算 计算公式：纯净物的质量=混合物的质量×纯净物的质量分数。 注意事项：涉及不纯物的化学方程式计算，代入计算的一定是纯净物质量，如不纯物需要转换成纯净物质量。 1. （2025·江苏常州·一模）下列矿石适宜用来冶炼生铁的是（ ） A．黄铜矿 B．孔雀石 C．铝土矿 D．赤铁矿 2．（2025·吉林）竖炉炼铁的工艺流程如图所示。催化反应室中发生的反应之一为： 。下列分析正确的是（ ） A．赤铁矿石粉碎后可以增加铁元素的含量 B．原料是赤铁矿石、天然气、高温尾气 C．合成气中X的化学式为 H2O D．赤铁矿石和天然气的主要成分都属于化合物 3.我国有着悠久的钢铁冶炼史，《天工开物》中记载的“炒钢法”如图1，该方法的生产过程可用图2表示。 资料：①潮泥灰主要成分是石灰石。②铁的熔点是1535 ℃。 根据图文回答下列问题。 (1)常见的铁矿石有赤铁矿和__________（写一种）。 (2)炼铁炉中生成铁的化学方程式为________________________________。 (3)撒入潮泥灰主要作用是________________________________。 考点1 金属矿物 1.（24-25九年级上·辽宁锦州·阶段练习）在自然界中以单质形式存在的是（ ） A．金和铜 B．锡和铁 C．铜和银 D．金和银 2．（2025·广西梧州·一模）春秋时期我国已掌握冶铁技术，赤铁矿是高炉炼铁的原料之一，赤铁矿的主要成分是（ ） A．氧化铜 B．氧化镁 C．氧化铝 D．氧化铁 3．（2025·山西晋中·二模）山西省发现我国最大单体铝土矿。对其相关认识正确的是（ ） A．铝元素在地壳中含量最高 B．铝土矿的主要成分是AlO C．铝土矿属于可再生资源 D．有计划、合理地开采铝土矿 考点2 铁的冶炼 4．（24-25九年级下·重庆开州·阶段练习）如图是竖炉炼铁的工艺流程图，下列说法正确的是（ ） A．赤铁矿是 B．燃烧室中可能加入焦炭 C．天然气是可再生资源 D．催化室中发生了置换反应 5．（2025·河北邯郸·三模）铁的冶炼和应用是学习和研究化学的重要课题。工业上铁的冶炼，竖炉炼铁的工艺流程如图1所示。 (1)“燃烧室”中 燃烧的作用是：提供能量和__________________。 (2)炉中鼓入与赤铁矿石逆流而行的合成气，“逆流而行”的目的是___________________________。 (3)写出“还原反应室”中炼铁的置换反应的化学方程式：____________________________________。 (4)炼铁高炉底部通过不同高度的出口分离铁水与炉渣(如图2所示)。能实现渣铁分离的原因是因为炉渣具有以下性质：一是炉渣的熔点比铁高，二是___________________________。 (5)该工艺流程中，可循环利用的物质是__________________ (填化学式)。 考点3 含杂质的计算 6．（24-25九年级上·山西朔州·期末）工业炼铁是把赤铁矿和焦炭等原料一起加入高炉，在高温下通入空气进行一系列反应把铁还原出来。根据赤铁矿的质量可以计算炼出的铁的质量。 (1)工业炼铁中焦炭的作用是______________________。 (2)冶炼112t含杂质5%的生铁，需要含Fe2O380%的赤铁矿的质量是多少？(写出完整的计算步骤) 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 课题3 金属资源的利用和保护 第1课时 金属矿物、铁的冶炼 一、知识目标 1 知道大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在的，了解常见金属矿物的主要成分。 2.掌握铁的冶炼原理、原料、主要反应及产物，能正确书写相关化学方程式。 3.能根据化学方程式进行含杂质的简单计算，并解决生产生活中的简单问题。 二、核心素养目标 1.化学观念：通过对金属矿物的存在形式和炼铁的过程的学习，理解工业炼铁的化学原理。 2.科学思维：通过分析炼铁的原理和过程，建立化学变化中物质转化和能量转化的模型。 3.科学态度与责任：体会化学方法在金属冶炼中的重要作用，增强对我国金属资源的认识，培养节约资源和保护环境的意识。 一、学习重点 工业炼铁的过程及含杂质物质的化学方程式计算。 二、学习难点 含杂质物质的化学方程式计算及对炼铁原理的理解。 1.知识回顾：地壳中含量最高的金属元素是_Al_；世界年产量最高的金属是__ Fe__。 2.在自然界中以单质形式存在的金属有金、银，其他金属多以化合物的形式存在。 3.思考：金属在自然界中存在形式不同的原因是什么？ 答案：原因是金属的活动性不同，活动性强的金属以化合物的形式存在，而活动性特别稳定的金属以单质的形式存在。 4.写出下列常见金属矿物的名称或主要成分的化学式。 矿物名称 赤铁矿 磁铁矿 铝土矿 赤铜矿 金红石 软锰矿 主要成分 Fe2O3 Fe3O4 Al2O3 Cu2O TiO2 MnO2 5.工业炼铁 （1）原理：3CO+Fe2O32Fe+3CO2。 （2）设备：高炉。 （3）原料及作用。 ①赤铁矿石：主要成分Fe2O3 ，提供铁元素。 ②焦炭：①提供热量（ C+O2CO2）；②转化为CO（C + CO22CO）。 ③石灰石：铁矿石中的石英(SO2)对生铁产品的品质有严重影响，可与石灰石反应形成炉渣除去。 ④空气：提供氧气。 （4）产物：生铁（含碳量为2%~4.3%的铁合金）。 一、金属矿物 活动一：常见的金属矿物 学生任务1：阅读教材P16，总结常见的金属矿物及它们的主要成分。 答案： 矿物名称 赤铁矿 磁铁矿 铝土矿 赤铜矿 金红石 软锰矿 主要成分 Fe2O3 Fe3O4 Al2O3 Cu2O TiO2 MnO2 活动二：典例精讲 学生任务2：下列金属矿石主要成分对应错误的是（ ） A. 磁铁矿（） B. 赤铜矿（） C. 金红石（） D. 铝土矿（） 答案：B。赤铜矿的主要成分是Cu2O，不是CuO，所以B选项错误；A、C、D选项中金属矿石主要成分对应正确。 二、铁的冶炼 活动一：炼铁原理 学生任务1：炼铁的主要原理是一氧化碳与氧化铁反应，其化学方程式为3CO+Fe2O32Fe+3CO2。分析：铁矿石中的什么元素被夺取了？谁夺取了它？反应需要什么条件？ 答案：在该反应中，铁矿石中的氧元素被一氧化碳夺取，发生了还原反应，反应需要高温条件。 活动二：高炉炼铁 学生任务2：分析高炉炼铁示意图，并结合教师的讲解，思考下列问题。 （1）高炉炼铁需要用到哪些原料？各原料的作用是什么？ （2）写出高炉炼铁的主要反应方程式。 （3）高炉炼铁的产物是什么？ （4）有哪些提高炼铁效率的方法？ 答案：（1）高炉炼铁的原料有赤铁矿石（主要成分）、焦炭、空气、石灰石。 ①焦炭的作用：首先燃烧提供热量，化学方程式为；然后二氧化碳又与焦炭反应转化为一氧化碳，化学方程式为，一氧化碳作为还原剂用于还原铁矿石。 ②空气的作用是提供氧气，使焦炭燃烧。 ③石灰石的作用是将铁矿石中的石英（）转化为炉渣除去，因为石英对生铁产品的品质有严重影响。 （2）高炉炼铁的主要反应方程式为：、、。 （3）高炉炼铁的产物是生铁。 （4）提高炼铁效率的方法有粉碎原料增大接触面积、适当增加炉体高度延长反应物接触时间等。 活动三：含杂质的计算 学生任务3：用1000 t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少（计算结果保留一位小数）？ 答案： 解：1000 t赤铁矿石中含氧化铁的质量为1000 t×80%=800 t。 设800 t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为x。 Fe2O3+3CO=== (高温) 2Fe+3CO2 160 2×56 800 t x (2×56)/160=x/(800 t) x=560 t 折合为含铁96%的生铁的质量为560 t÷96%≈583.3 t。 答：理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是583.3 t。 活动四：典例精讲 学生任务4：如图是工业炼铁示意图。下列说法中不正确的是（ ） A．赤铁矿的主要成分为Fe2O3 B．石灰石的作用是形成炉渣 C．焦炭的作用只是提供热量 D．高炉烟气对空气造成污染 答案：C。A、赤铁矿的主要成分为氧化铁，化学式为 ，故正确； B、高炉炼铁时，加入石灰石的作用是把矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去，故正确； C、高炉炼铁中原料焦炭燃烧生成二氧化碳，该反应放热，可提供热量，另外碳和二氧化碳高温下反应可生成一氧化碳，还可以生成还原剂一氧化碳，故错误； D、高炉烟气中的废气若不处理直接排放，会污染空气，故正确；故选C。 1.金属元素在自然界中的存在形式：金、银等有单质形式存在，其他金属多以化合物的形式存在。 2.常见的金属矿物 矿物名称 赤铁矿 磁铁矿 铝土矿 赤铜矿 金红石 软锰矿 主要成分 Fe2O3 Fe3O4 Al2O3 Cu2O TiO2 MnO2 3.工业炼铁 （1）原理：3CO+Fe2O32Fe+3CO2。 （2）设备：高炉。 （3）原料： ①赤铁矿石：主要成分Fe2O3 ，提供铁元素。 ②焦炭：①提供热量（ C+O2CO2）；②转化为CO（C + CO22CO）。 ③石灰石：作用是将矿石中的二氧化硅（SiO2）转变为炉渣（CaSiO3）。 ④空气：提供氧气。 （4）主要反应：C+O2CO2、CO2+C2CO、3CO+Fe2O32Fe+3CO2。 （5）产品：生铁（含碳量为2%~4.3%的铁合金）。 4.含杂质物质的计算 计算公式：纯净物的质量=混合物的质量×纯净物的质量分数。 注意事项：涉及不纯物的化学方程式计算，代入计算的一定是纯净物质量，如不纯物需要转换成纯净物质量。 1. （2025·江苏常州·一模）下列矿石适宜用来冶炼生铁的是（ ） A．黄铜矿 B．孔雀石 C．铝土矿 D．赤铁矿 【答案】D 【解析】A、黄铜矿的主要成分是CuFeS2，虽然含铁元素外，还含有铜元素和硫元素，但铁元素的质量分数较低，冶炼过程中会生成硫的氧化物污染空气，不适宜用来冶炼生铁，故选项不符合题意； B、孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，不含铁元素，不适宜用来冶炼生铁，故选项不符合题意； C、铝土矿的主要成分是Al2O3，不含铁元素，不适宜用来冶炼生铁，故选项不符合题意； D、赤铁矿的主要成分是Fe2O3，含铁元素，且铁元素的质量分数较高，适宜用来冶炼生铁，故选项符合题意。 故选D。 2．（2025·吉林）竖炉炼铁的工艺流程如图所示。催化反应室中发生的反应之一为： 。下列分析正确的是（ ） A．赤铁矿石粉碎后可以增加铁元素的含量 B．原料是赤铁矿石、天然气、高温尾气 C．合成气中X的化学式为 H2O D．赤铁矿石和天然气的主要成分都属于化合物 【答案】D 【解析】A.赤铁矿石粉碎后可以增大反应物的接触面积，使反应更充分，并不能增加铁元素的含量，故A错误； B.由流程图可知，原料是赤铁矿石、天然气，高温尾气可循环使用，但不是原料，故B错误； C.根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类和数目不变，反应物中C、H、O原子的个数分别为2、4、2，生成物中C、O原子的个数分别为2、2，所以2X中应有4个氢原子，X的化学式为H2，故C错误； D.赤铁矿石的主要成分氧化铁（ Fe2O3），天然气的主要成分是甲烷（CH4 ），它们都是由不同种元素组成的纯净物，都属于化合物，故D正确。 故选：D。 3.我国有着悠久的钢铁冶炼史，《天工开物》中记载的“炒钢法”如图1，该方法的生产过程可用图2表示。 资料：①潮泥灰主要成分是石灰石。②铁的熔点是1535 ℃。 根据图文回答下列问题。 (1)常见的铁矿石有赤铁矿和__________（写一种）。 (2)炼铁炉中生成铁的化学方程式为________________________________。 (3)撒入潮泥灰主要作用是________________________________。 【答案】(1)磁铁矿（合理即可） (2) (3)将铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去 【解析】（1）常见的铁矿石有赤铁矿和磁铁矿等； （2）炼铁炉中生成铁的反应为一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：； （3）潮泥灰主要成分是石灰石，炼铁过程中石灰石的主要作用是将铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去。 考点1 金属矿物 1.（24-25九年级上·辽宁锦州·阶段练习）在自然界中以单质形式存在的是（ ） A．金和铜 B．锡和铁 C．铜和银 D．金和银 【答案】D 【解析】自然界中的金属除极少数不活泼的金属（金、银）以单质形式存在外，都以化合物的形式存在，故选D。 2．（2025·广西梧州·一模）春秋时期我国已掌握冶铁技术，赤铁矿是高炉炼铁的原料之一，赤铁矿的主要成分是（ ） A．氧化铜 B．氧化镁 C．氧化铝 D．氧化铁 【答案】D 【解析】赤铁矿的主要成分是氧化铁，故选D。 3．（2025·山西晋中·二模）山西省发现我国最大单体铝土矿。对其相关认识正确的是（ ） A．铝元素在地壳中含量最高 B．铝土矿的主要成分是AlO C．铝土矿属于可再生资源 D．有计划、合理地开采铝土矿 【答案】D 【解析】A、地壳中元素含量前五分别是氧、硅、铝、铁、钙，则氧元素在地壳中含量最高，说法错误，不符合题意； B、铝土矿的主要成分是氧化铝，其化学式为 ，说法错误，不符合题意； C、铝土矿属于不可再生资源，说法错误， 不符合题意； D、有计划、合理地开采矿物，能保护金属资源，说法正确，符合题意。 故选：D。 考点2 铁的冶炼 4．（24-25九年级下·重庆开州·阶段练习）如图是竖炉炼铁的工艺流程图，下列说法正确的是（ ） A．赤铁矿是 B．燃烧室中可能加入焦炭 C．天然气是可再生资源 D．催化室中发生了置换反应 【答案】B 【解析】A、赤铁矿的主要成分氧化铁，化学式是Fe2O3，A错误； B、燃烧室中可能加入焦炭做燃料，B正确； C、天然气是化石燃料，属于不可再生资源，C错误； D、置换反应是一种单质和一种化合物反应，生成另一种单质和化合物。催化室中二氧化碳和甲烷都属于化合物，所以它们之间的反应不属于置换反应，D错误。故选B。 5．（2025·河北邯郸·三模）铁的冶炼和应用是学习和研究化学的重要课题。工业上铁的冶炼，竖炉炼铁的工艺流程如图1所示。 (1)“燃烧室”中 燃烧的作用是：提供能量和__________________。 (2)炉中鼓入与赤铁矿石逆流而行的合成气，“逆流而行”的目的是___________________________。 (3)写出“还原反应室”中炼铁的置换反应的化学方程式：____________________________________。 (4)炼铁高炉底部通过不同高度的出口分离铁水与炉渣(如图2所示)。能实现渣铁分离的原因是因为炉渣具有以下性质：一是炉渣的熔点比铁高，二是___________________________。 (5)该工艺流程中，可循环利用的物质是__________________ (填化学式)。 【答案】(1)作为生产合成气的原料 (2)增大反应物接触面积，使反应更充分 (3) (4)炉渣的密度比铁小 (5)CO2、H2O 【解析】（1）从流程图可知，天然气(CH4)在燃烧室燃烧，提供能量；另外，甲烷燃烧生成的二氧化碳和水可作为生产合成气的原料。 （2）炉中鼓入与赤铁矿石逆流而行的合成气，逆流的方式能让合成气与赤铁矿石接触更充分，从而增大反应物的接触面积，使反应进行得更充分，提高反应效率。 （3）置换反应是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。在还原反应室中，氢气(H2)与氧化铁(Fe2O3)在高温条件下反应生成铁(Fe)和水(H2O)，符合置换反应特点，化学方程式为。 （4）炼铁高炉底部通过不同高度出口分离铁水与炉渣，炉渣在上方，铁水在下方，除了炉渣熔点比铁高外，还因为炉渣的密度比铁小，这样才能实现渣铁分层，便于分离。 （5）从流程图看，高温尾气(CO2和H2O)经催化反应室等一系列过程后，部分物质又可回到前面的反应环节继续参与反应，所以可循环利用的物质是CO2和H2O。 考点3 含杂质的计算 6．（24-25九年级上·山西朔州·期末）工业炼铁是把赤铁矿和焦炭等原料一起加入高炉，在高温下通入空气进行一系列反应把铁还原出来。根据赤铁矿的质量可以计算炼出的铁的质量。 (1)工业炼铁中焦炭的作用是______________________。 (2)冶炼112t含杂质5%的生铁，需要含Fe2O380%的赤铁矿的质量是多少？(写出完整的计算步骤) 【答案】(1)燃烧提供热量并生成一氧化碳来还原氧化铁 (2)解：设冶炼112t含杂质5%的生铁，需要含Fe2O380%的赤铁矿的质量是x。答：冶炼112t含杂质5%的生铁，需要含Fe2O380%的赤铁矿的质量是190t。 【解析】（1）焦炭燃烧能够为工业炼铁提供热量，同时会生成一氧化碳，一氧化碳能还原氧化铁生成铁，故焦炭的作用是燃烧提供热量并生成一氧化碳来还原氧化铁； （2）见答案。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $