8.3 金属资源的利用和保护（课时1）课件-2024-2025学年九年级化学下学期人教版

该初中化学课件聚焦金属矿物的存在形式、铁的冶炼原理与方法及含杂质物质的化学方程式计算，通过地壳金属元素含量引入，以“金属矿物如何变成金属产品”设问衔接，构建从金属存在到冶炼应用的知识支架。 其亮点在于结合实验室炼铁“CO先来后走”实验步骤和工业炼铁原料反应分析，培养科学探究与实践能力，通过含杂质计算例题分解步骤，强化科学思维中的证据推理。资料含检测题与知识小结，助力学生掌握实验操作与计算方法，教师可直接用于教学提升效率。

这是我们之前学的地壳中元素的含量，氧硅铝铁钙、钠、钾、镁这些都是金属，金属广泛的存在于地壳和海洋中，但是以什么形式呢？单质还是化合物？我们学过金属和氧气反应，金属和酸反应，金属和其他金属的溶液反应。自然界的条件是非常复杂的，空气中有氧气，有时候火山喷发，有时候下酸雨，有时候山洪爆发。如果金属是以单质的形式存在的那在这些恶劣的条件下，能存活下来的一定都是些非常不活泼的金属，其他的早就反应生成化合物了。所以金属在自然界中存在形式和它们的活泼性有关。只有少数不活泼的金属以单质形式存在，比如说金银，还有博，这个就是传说中的白金。除了它们之外，其他大部分金属都以化合物的形式存在，比如铁就经常存在于这几种矿石中。这个红色的叫赤铁矿，主要成分是三氧化二铁。这个黑色的叫磁铁矿，主要成分是四氧化三铁，它是有磁性的。这个黄色的叫黄铁矿，主要成分是二硫化亚铁。我们常用的金属还有铜，自然界中可很少见，一大块铜疙瘩都是矿石，最常见的就是这个花花绿绿的叫孔雀石，主要成分是碱式碳酸铜。还有这个黄色的叫黄铜矿，这个闪闪发光的叫灰铜矿。铝是地壳中含量最高的金属，这么活泼的金属放在空气中就能跟氧气反应，下一场酸雨就能和酸反应，生成的氢气遇到明火还会爆炸，实在是太危险了。在自然界中根本不可能见到旅的单质铝，最常见的矿石叫铝与土矿，主要成分是氧化铝。怎么觉得哪里见过？没错，就是那个致密的氧化膜的主要成分，警察叔叔就是它。总结一下，金属在自然界的存在形态取决于金属的活泼性，不活泼的金属以单质形式存在，比如金银、铂。其他的大部分金属都以化合物形式存在，比如红色的赤铁矿主要成分三氧化二铁，黑色的磁铁矿主要成分四氧化三铁，还有铝土矿主要成分氧化铝，这三个要记住，疙瘩。 今天我们来做实验室模拟工业炼铁的实验，它的名字就叫做一氧化碳还原氧化铁。我们先来准备实验仪器，将一个装有氧化铁粉末的玻璃管固定在两个铁架台上，然后用导管将玻璃管和一只装有澄清石灰水的试管连接起来，最后在最右端的导管口放一只酒精灯。好了，现在实验仪器组装完了，我们开始实验吧。第一步，点燃右侧酒精灯，然后通入一氧化碳，这样玻璃管内的空气就都被一氧化碳赶跑了，避免加热时玻璃管内的一氧化碳与空气混合发生爆炸。当一氧化碳气体到达最右端的导管口时，与酒精灯的火焰相遇，产生了淡蓝色的火焰。第二步，点燃酒精喷灯，给氧化铁粉加热。神奇的现象马上就要出现了，大家注意看，玻璃管内的红色粉末慢慢变成黑色了，右侧试管中的澄清石灰水也变浑浊了第三步，我们先熄灭酒精喷灯，但为了防止刚生成的铁在高温下又被空气中的氧气氧化，需要继续通入一氧化碳，直至玻璃管冷却第四步，停止通入一氧化碳，在熄灭右侧的酒精灯到这里实验就结束了，大家还记得刚才的实验中出现了哪些现象吗？我们来回顾一下，一、红色的氧化铁粉末逐渐变为黑色，这个黑色物质就是生成的铁，此过程的化学反应方程式为一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳2、澄清石灰水变浑浊，因为澄清石灰水遇到二氧化碳气体会发生反应，此过程的化学反应方程式为二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水3、右端导管口有淡蓝色火焰，这是因为尾气中的一氧化碳被点燃了这些化学知识你都记住了吗？最后我再和大家分享两个改进装置。第一种改进方法是在最右端导管口连接一个气球，这样就可以将尾气收集起来，防止一氧化碳溢出，污染空气。第二种改进方法是用导管将尾气中的一氧化碳通到酒精喷灯外焰处点燃。一氧化碳燃烧产生的热量可用于实验加热，这样既节约了能源，又避免了污染。是不是很有趣，你也赶快动手试一试。 炼铁就需要用焦炭，焦炭是将煤加热到1000度进行干馏，将里面的挥发性物质去除，得到焦炭以后再进行炼铁。炼铁是在这样的高炉内进行，将开采来的铁矿石放进高炉内，再使用焦炭燃烧产生的高温气体还原铁矿石，同时向高炉里注入大量氧气。等铁矿石里的杂质被清除后，里面的铁会化成铁水流出来，上面剩下的就是炉渣。炉渣会在自然冷却后用于修路等工程上，得到的铁水还需要再次溶炼才能成钢。 课题三 金属资源的利用和保护 人教版-化学-九年级下册 【第八单元 金属和金属材料】 课时1 金属矿物 铁的冶炼 学 习 目 标 1.知道金属在自然界存在的形式及常见的金属矿物。 2.了解从铁矿中将铁还原出来的方法。 3.认识工业炼铁的主要原料及设备。 4.掌握含杂质物质化学方程式计算的方法。 新课引入 金属元素在地壳中的含量 氧硅铝铁钙 目标一、金属矿物 1、金属资源的存在形式 目标一 活泼性 单质： 化合物： 少数不活泼金属 其他大部分金属 银 Ag 铂 Pt 金 Au 赤铁矿 （主要成分Fe2O3 ） 磁铁矿 （主要成分Fe3O4） 铝土矿 （主要成分Al2O3） 红棕色 黑色 2、常见的金属矿石 目标一 铁矿石 赤铁矿 磁铁矿 菱铁矿 黄铁矿 主要成分 氧化铁 Fe2O3 四氧化三铁 Fe3O4 碳酸亚铁 FeCO3 二硫化亚铁 FeS2 实物图 目标一 铜矿石 赤铜矿 孔雀石 黄铜矿 辉铜矿 主要成分 氧化亚铜 Cu2O 碱式碳酸铜 Cu2(OH)2CO3 二硫化亚铁铜 CuFeS2 硫化亚铜 Cu2S 实物图 目标一 其他矿石 铝土矿 金红石 软锰矿 闪锌矿 主要成分 氧化铝 Al2O3 二氧化钛 TiO2 二氧化锰 MnO2 硫化锌 ZnS 实物图 检测目标一 1.下列有关金属材料的说法正确的是(　　) A.铁矿石是一种铁合金 B.氧化铁属于金属材料 C.铝是地壳中含量最高的金属元素 D.自然界中的金属都以化合物的形式存在 C 金属氧化物 2.从人类利用金属的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近百年的事，这个先后顺序主要取决于（ ） A.金属的活泼性强弱 B.金属的熔沸点高低 C.金属的导电性强弱 D.地壳中金属含量多少 A 新课引入 赤铁矿 铁制品 自然界中的金属矿物是如何变成人们使用的金属产品的呢？ 提炼量最大 铁 目标二、铁的冶炼 “凡铁一炉载土二千余斤，或用硬木柴，或用煤炭，或用木炭”（“土”为铁矿石） 原理： Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 还原性 目标二 1.目的： 铁的化合物 铁单质 2.原理： 3.仪器： 4.药品： 硬质玻璃管、试管、导管、橡皮塞、酒精喷灯、酒精灯 氧化铁粉末、一氧化碳、澄清的石灰水 1、实验室 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 目标二 ①检查装置气密性 ②装入药品并固定 ③点燃酒精灯 ④先通入纯净的CO ⑤点燃酒精喷灯加热氧化铁 ⑥熄灭酒精喷灯 ⑦待装置冷却后停止通入CO ⑧熄灭酒精灯 5.实验步骤： “CO先来后走” 目标二 6.实验现象及化学方程式 ①玻璃管里红棕色粉末逐渐变成黑色。 ②澄清石灰水变浑浊。 ③尾气燃烧产生蓝色火焰。 目标二 7.反思交流 防止CO不纯，点燃或加热后发生爆炸。 ①实验前先检查CO的纯度。 ②先通入一会儿CO，然后对装有Fe2O3的位置加热。 排尽玻璃管内的空气，避免CO与空气混合发生爆炸。 ③反应结束后，先停止加热，继续通入CO至玻璃管冷却。 防止生成的铁再次被氧化成氧化铁。 “CO先来后走” 目标二 ④如何验证反应中生成了什么物质？ 将产生的气体通入到澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊，则生成二氧化碳； 红色粉末变黑色，用磁铁检验，证明黑色粉末为铁。 ⑤装置中右边的酒精灯起什么作用？ 处理尾气，防止污染空气。（CO有剧毒） 目标二 ⑥尾气处理的常见方法： 一是将多余的一氧化碳点燃；二是将多余的一氧化碳收集再利用。 目标二 2、工业炼铁 3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 高温 C+O2 CO2 高温 CaCO3+SiO2 CaSiO3 + CO2↑ 高温 CO2+C 2CO 高温 原料：赤铁矿石、焦炭、石灰石、富氧空气 石灰石：将矿石中的二氧化硅转变为炉渣 焦炭作用：提供热源，制还原剂CO 目标二 目标二 含碳量2%~4.3%的铁合金 可经过吹氧冶炼等工序生产含碳量为0.03%~2%的钢 高炉炼铁产物： 生铁 检测目标二 1.(2024裕华模拟)下列关于工业炼铁的做法或说法不正确的是(　　) A.使用的原料是铁矿石、焦炭、石灰石、热空气 B.焦炭的一个作用是提供热量 C.因为炉渣的密度小于铁水，所以炉渣出口比生铁出口高 D.炼铁高炉内焦炭与氧化铁反应，最终得到生铁 . . . D　 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 新课引入 在实际生产时，炼铁所用的原料（赤铁矿石）或所得的产物（生铁）一般都含有杂质，在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题。 赤铁矿石 混合物 赤铁矿石与氧化铁 Fe2O3 Fe 化合物 （纯净物） 单 质 （纯净物） 生 铁 合 金 （混合物） 纯净物的质量 物质的质量分数= ×100% 混合物的总质量 铁与生铁 目标三、含杂质物质的化学方程式的计算 【例题】用1000t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）? 解：1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为： 1000t×80%=800t 设800t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为X。 160 112 800t X X=560t 折合为含铁96%的生铁的 质量为： 560t÷96%≈583.3t 答：理论上可以炼出含铁96%的生铁583.3t。 带入计算的必须是纯净物质量 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 目标三 含有杂质的反应物或生成物的有关计算的解题思路： 1.找出带入方程式的纯量计算用乘法 2.按化学方程式的计算步骤进行计算 3.方程式求出的纯量转化混合物用除法 带入计算的必须是纯净物质量 检测目标三 【练习与应用】8.某钢铁厂每天需消耗5000t含Fe2O376%的赤铁矿石，该厂理论上可日产含Fe98%的生铁的质量是多少(计算结果保留一位小数)? 解：氧化铁质量：5000t×76％ = 3800t 设可炼出铁的质量为x。 答：可炼出生铁的质量为2714.3t。 x = 2660t 生铁的质量： 2660t ÷ 98% = 2714.3t 160 112 160 112 3800t x = x 3800t Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 知识小结 单质 化合物 金属资源的利用和保护 金属矿物 铁的冶炼 赤铁矿 Fe2O3 磁铁矿 Fe3O4 铝土矿 Al2O3 含杂质物质的化学方程式的计算 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 纯净物的质量 物质的质量分数= ×100% 混合物的总质量 银 Ag 铂 Pt 金 Au 课后练习 1．《天工开物》对钢铁冶炼过程有如下记载。下列说法正确的是( ) B．“淘洗铁砂”：铁矿石（主要成分为Fe2O3）能溶于水 C．“生熟炼铁”：冶炼铁过程中发生了化学变化 D．“锤锻成钢”：生铁高温锻打成钢，碳元素含量升高 C A．“垦土拾锭”：铁元素是地壳中含量最高的金属元素 Al 不溶 降低 2.早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器。 工业上炼铁的原理是利用一氧化碳和氧化铁的反应。 某化学兴趣小组利用如图装置进行实验探究，请按 要求填空: (1)写出CO还原Fe2O3的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　。 (2)实验中盛澄清石灰水的试管中可观察到的现象是　　　 　 　　　。 (3)右边导气管口放置点燃的酒精灯的目的是　　　　　　 　　　　。 (4)实验开始时要先通入CO，把装置中的空气排尽后再加热，以防发生爆炸。检验 装置中的空气已排尽的方法是_________________________________________________ ____________________________________________ 。 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 澄清石灰水变浑浊 处理尾气,防止污染空气 在右端导气管口用排水法收集一试管气体, 移近火焰,若声音很小,证明空气已经排尽 课后练习 3.某炼钢厂日产含杂质4%的生铁3500t，试计算： （1）该3000t生铁中含纯铁多少吨？ （2）该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为80%的赤铁矿石多少吨？ （计算结果保留整数） x = 6000t （2）设需含Fe2O3质量分数为80%的赤铁矿石的质量为x。 解：（1）生铁中含纯铁：3500t×(1－4%)=3360t 160 x · 80% = 112 3360t 答：该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为80%的赤铁矿石为6000t。 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 160 112 x · 80% 3360t 高温 课后练习 谢 谢 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 $铁目前使用最广泛的金属，这个是我们平时用的铁，而这个是自然界存在的铁。感觉差距有点大呀。从它贬他是怎么做到的呢？当然是在炼铁厂里做到的，真是一句很正确的废话。那炼铁厂是怎么做到的呢？我们今天就去看看。首先映入眼帘的是这个高大的设备叫高炉，所以工业炼铁也叫高炉炼铁。从这里投入原料包括铁矿石、焦炭、石灰石，还有一个重要的原料是从这里进的那就是空气里面都发生了什么事情呢？从上面掉下来的焦炭和从下面进来的氧气在高温的条件下生成二氧化碳，二氧化碳和焦炭在高温下进一步发生反应，生成一氧化碳。我们已经学过，一氧化碳是有还原性的，它能夺取铁矿石，也就是氧化铁中的氧，从而生成铁和二氧化碳，条件仍然是高温配平的，生成的二氧化碳和其他气体一起从这里出去，而得到的铁在高温下是液态，从这个口流出来，铁都出来了。那请问石灰石同学，您是来打酱油的吗？当然不是，石灰石的作用是与铁矿石中的杂质反应生成炉渣，炉渣的密度小，漂浮在铁水表面。从这边就出去了。小瘦子看到流淌出来的产品，流下了感动的眼泪，终于得到了纯净的铁了。错了，高炉炼铁得到的产品可不是纯铁，由于用到了大量的焦炭，所以其实得到的是铁和碳的合金。我们之前讲到过铁和碳的合金有两种生铁和钢，它们的含碳量不同，这里生成的显然是含氮量高的，这个想要钢怎么办？那就把生成的生铁送到炼钢厂去，炼钢厂什么的就改天再参观。愉快的旅行即将结束，为了给此行留下纪念，同学们用泥巴捏成模具，把铁水灌进去，冷却后打碎泥巴就得到了想要的形状。今天的作业是观后感一篇。今天我们参观了工业炼铁用的设备是高炉，原料是铁矿石、焦炭、石灰石和空气。石灰石的作用是将铁矿石中的杂质变成炉渣，发生的化学反应包括碳和氧气反应、碳和二氧化碳反应、一氧化碳和氧化铁反应。产品是升级，真是有意义的一天，个个蛋。