4.1 常见的金属材料 第2课时 金属矿物及其冶炼（教学课件）化学新教材鲁教版五四学制九年级全一册

该初中化学课件聚焦金属矿物及其冶炼，核心知识点包括工业炼铁（原料、原理、焦炭作用）和实验室模拟炼铁（实验步骤、现象、尾气处理）。通过山东舰钢材原料问题导入，连接自然界金属存在形式与冶炼原理，构建从生活实际到化学原理的学习支架。 其亮点在于以真实情境（山东舰、徐光宪稀土分离）培养科学态度与责任，实验室模拟实验强调操作规范与安全培养科学探究与实践能力，典型例题巩固知识。学生能联系实际理解化学观念，教师可借助系统资料提升教学效率。

第四单元 金属 第一节 常见的金属材料 第2课时 金属矿物及其冶炼 九年级化学全一册·鲁教版五四学制2024 学习内容导览 2 铁矿石的冶炼 1 实验室模拟炼铁 2 明·学习目标 1.分析金属材料(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，建立“物质性质决定用途，用途反映性质”的化学观念。 2.通过模拟实验（如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。 3.通过了解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。 3 引·新课导入 山东舰是我国自主建造的首艘国产航母，它的舰体由数万吨特种钢材构成 —— 这些钢材的核心原料 “铁”，并非直接取自自然界，而是从赤铁矿等矿物中通过复杂的冶炼工艺提取而来。 为什么自然界中的铁不能直接用来建造航母？ 从含铁的矿物到能造航母的钢材，中间需要完成什么关键的化学变化？ 4 铁矿石的冶炼 01 探·知识奥秘 一、铁矿石的冶炼 认识金属矿物 地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，其中少数很不活泼的金属（如金、铂等）以单质形式存在，其余金属都主要以化合物的形式存在于各种矿物中。大自然为人类提供了丰富的金属矿物资源。 铜是人类最早使用的金属之一。人们主要是通过用焦炭焙烧含有铜元素的矿石获得金属铜。含铜的矿石主要有黄铜矿、孔雀石、辉铜矿等，它们都具有引人注目的颜色。 探·知识奥秘 一、铁矿石的冶炼 认识金属矿物 黄铜矿（主要成分是 CuFeS2） 孔雀石［主要成分是 Cu2(OH)2CO3］ 辉铜矿（主要成分是 Cu2S） 如何用铜矿石炼铜呢？ 当人们焙烧孔雀石时，其主要成分碱式碳酸铜受热会分解，生成氧化铜等产物。 Cu2(OH)2CO3===2CuO+H2O+CO2↑ 高温 氧化铜能与木炭反应，生成铜和二氧化碳 2CuO+C===2Cu+CO2↑ 高温 探·知识奥秘 一、铁矿石的冶炼 认识金属矿物 在这个反应中，氧化铜中的氧被碳夺去，铜被还原出来。 像这样，含氧化合物中的氧被夺去的反应属于还原反应。 2CuO+C===2Cu+CO2↑ 高温 铁矿石的主要成分是什么？我们能否利用这一原理来炼铁呢？ 铁是目前年产量最高的金属。当今社会，在众多的金属材料中，铁、铝及其合金在人类生产、生活中占据着主导地位，钢铁工业的发展状况是世界各国工业化水平的重要标志。 工业上是如何从铁矿石中得到铁的呢？ 探·知识奥秘 一、铁矿石的冶炼 工业炼铁 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% 主要成分中的铁元素的质量分数 探·知识奥秘 一、铁矿石的冶炼 工业炼铁 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？ 让我们一起走进炼铁厂，了解铁矿石的冶炼过程。 认真观看视频，了解炼铁的原料、原理及流程。 探·知识奥秘 一、铁矿石的冶炼 工业炼铁 (1)原料： 铁矿石 (2)关键原理：③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 理·核心要点 铁矿石的冶炼 工业 炼铜 工业 炼铁 焙烧孔雀石时，其主要成分碱式碳酸铜受热会分解，生成氧化铜等产物。 Cu2(OH)2CO3===2CuO+H2O+CO2↑ 高温 氧化铜能与木炭反应，生成铜和二氧化碳 2CuO+C===2Cu+CO2↑ 高温 在这个反应中，氧化铜中的氧被碳夺去，铜被还原出来。 像这样，含氧化合物中的氧被夺去的反应属于还原反应。 (1)原料： 铁矿石 石灰石 焦炭 空气 焦炭：①燃烧提供热量 ②产生一氧化碳 C + O2=== CO2 点燃 高温 C + CO2 === 2CO (2)关键原理：③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。 Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2 高温 12 1．宋代绢本《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石[主要成分为Cu2(OH)2CO3]，深红色来自赭石(赤铁矿)，黑色来自炭黑。下列说法错误的是（ ） A．炭黑由松枝烧制，该过程是物理变化 B．从元素组成看，孔雀石可以冶炼出金属铜 C．赭石主要成分是Fe2O3 D．《千里江山图》历经千年色彩依然，是因为常温下所用颜料的化学性质不活泼 析·典型范例 A 2．工业上把铁矿石、焦炭和石灰石一起投入高炉内，从下方通入热空气，最后得到生铁。下列说法中，正确的是（ ） A．矿石中含铁元素就可用作炼铁原料 B．焦炭只起为反应提供还原剂的作用 C．所得生铁的含碳量在2%~4.3%范围 D．高炉炼铁过程中，所用赤铁矿石的主要成分是Fe3O4 析·典型范例 C 实验室模拟炼铁 02 探·知识奥秘 二、实验室模拟炼铁 实验室炼铁的原理 我们如何在实验室中模拟炼铁呢？ 在硬质玻璃管中放入少量红色氧化铁粉末，先通入一氧化碳，然后用酒精喷灯加热，观察现象。 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 16 探·知识奥秘 二、实验室模拟炼铁 实验室模拟炼铁： (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 Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2 探·知识奥秘 二、实验室模拟炼铁 实验室炼铁的步骤 实验步骤 (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 18 探·知识奥秘 二、实验室模拟炼铁 实验室炼铁的原理及注意事项 Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2 高温 实验原理： 反应前要先通一段时间CO，排尽装置内的空气，防止CO不纯发生爆炸。 作用：检验CO2 CO有毒，需要进行尾气处理 反应后还要再通一段时间CO，防止生成的灼热的铁粉被氧化 实验注意事项： 19 探·知识奥秘 二、实验室模拟炼铁 实验室炼铁的原理 化学方程式归纳总结： 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 20 探·知识奥秘 二、实验室模拟炼铁 其他金属矿石的冶炼 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 活泼金属（如K、Ca、Na、Mg、Al） 电解法: 2Al2O3 ==== 4Al+3O2↑ 通电 电解精炼用于铝等金属的提纯，通过电解作用去除杂质，获得高纯度金属。 21 探·知识奥秘 二、实验室模拟炼铁 其他金属矿石的冶炼 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。 当今社会，在众多的金属材料中，铁、铝及其合金在人类生产、生活中占据着主导地位，钢铁工业的发展状况是世界各国工业化水平的重要标志。 22 探·知识奥秘 二、实验室模拟炼铁 拓展阅读 徐光宪与稀土分离新技术 元素周期表中的镧系元素和钪、钇共计 17 种金属元素，由于在自然界中存量稀少且分散而被称为稀土元素。这些稀土元素在信息、能源、航天、军事等领域中有着重要的应用，被视为冶金工业“维生素”。我国是稀土资源大国，2022 年已探明的储量约占世界总储量的 33.8%。由于这些稀土元素的性质太相近了，如何分离和提取它们就成为世界难题。20 世纪 70 年代，我国科技发展需要高纯度的稀土产品。国际上提炼稀土的技术都是保密的，而且产品极其昂贵。引进技术和购买产品，都是不现实的，必须自力更生。如何利用稀土元素之间微小的差异，寻找合适的分离技术，将它们从矿物中分别提取出来呢？ 我国化学家徐光宪（1920—2015）带领团队跨过国外已有的分离方法，直接从当时未曾触碰过的萃取分离技术入手，经过反复实验，创新出一套稀土分离的串级萃取理论，并在该理论指导下，独创了稀土分离“三出口”工艺，使我国稀土分离技术达到国际先进水平，促进了我国从稀土资源大国向高纯稀土生产强国的转变，使我国成为全球唯一一个拥有完整稀土产业链技术的国家。徐光宪院士被誉为“中国稀土之父”，并荣获 2008 年度国家最高科学技术奖。 23 探·知识奥秘 二、实验室模拟炼铁 拓展阅读 徐光宪与稀土分离新技术 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……” 24 探·知识奥秘 实践活动 二、实验室模拟炼铁 我国钢铁工业的发展成就 1996 年我国钢产量达到 10 124 万吨，首次突破一亿吨，居世界首位。这是我国钢铁工业及国民经济发展进程中一个新的里程碑，是中国人民艰苦奋斗改革开放的丰硕成果。 1997 年 11 月 25 日，邮电部发行了纪念邮票 2 枚。一枚为“中国古代冶金”，画面以《天工开物》中记载的古代冶炼过程为背景，以我国出土的最早的铁制农具为钢的生动场面。 实践活动： 请查阅资料或考察调研，进一步了解中国古代在金属冶炼方面的技术创新，以及当今我国钢铁工业发展的最新成就。根据调研结果撰写小论文或制作海报，同学们之间相互交流。 25 理·核心要点 实验室模拟炼铁 实验室炼铁步骤及注意事项 实验室炼铁现象及化学方程式 硬质玻璃管内红棕色粉末逐渐变为黑色 Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2 高温 实验原理： 实验步骤 (1)实验开始时，先通入CO，再点燃酒精喷灯，目的是排尽装置中的空气，防止一氧化碳和空气的混合气体受热发生爆炸。 (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，应持续通入一氧化碳直至硬质玻璃管冷却。 (3)实验要进行尾气处理的原因是一氧化碳有毒，除去未反应完的一氧化碳气体，防止污染空气。 Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2 试管内澄清石灰水变浑浊 CO2＋Ca(OH)2=== CaCO3↓＋H2O 最右端管口处有蓝色火焰产生 2CO＋O2 2CO2 26 1．下图是模拟工业炼铁的实验装置。下列有关说法不正确的是（ ） A．澄清石灰水可用于检验是否有生成CO2 B．硬质玻璃管中红棕色粉末逐渐变黑 C．反应前先点燃酒精喷灯，然后通入CO D．该实验可导致空气污染 析·典型范例 C 2．如图为实验室模拟工业炼铁的装置图，相关说法正确的是（ ） A．实验时先点燃酒精喷灯，再通CO B．实验中可观察到黑色固体逐渐变红， 澄清石灰水变浑浊 C．该装置缺少尾气处理，会产生污染 D．该实验体现了CO的氧化性 析·典型范例 C 理·核心要点 金属矿物及其冶炼 铁矿石的冶炼 实验室模拟炼铁 (1)原料： 铁矿石 石灰石 焦炭 空气 焦炭：①燃烧提供热量 ②产生一氧化碳 C + O2=== CO2 点燃 高温 C + CO2 === 2CO (2)关键原理：③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。 Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2 高温 Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2 高温 实验原理： 实验步骤 (1)实验开始时，先通入CO，再点燃酒精喷灯，目的是排尽装置中的空气，防止一氧化碳和空气的混合气体受热发生爆炸。 (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，应持续通入一氧化碳直至硬质玻璃管冷却。 (3)实验要进行尾气处理的原因是一氧化碳有毒，除去未反应完的一氧化碳气体，防止污染空气。 原理相同 29 1．工业上将赤铁矿石、焦炭和石灰石一起加入高炉中进行炼铁。下列有关炼铁的说法正确的是（ ） A．赤铁矿石的主要成分为Fe3O4 B．石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣 C．工业炼铁得到的是生铁，其含碳量比钢低 D．炼铁的原理是：在高温下，利用焦炭将铁从铁的氧化物中还原出来 析·典型范例 B 2．一氧化碳还原氧化铁实验如图，下列说法正确的是（ ） A．实验开始时应先加热玻璃管后通入一氧化碳 B．实验中玻璃管里的粉末由红棕色逐渐变成黑色 C．该实验无需进行尾气处理 D．石灰水的主要作用是吸收生成的二氧化碳 析·典型范例 B THANKS! 谢谢观看 九年级化学全一册·鲁教版五四学制2024 Lavf58.20.100 Lavf52.39.0 Lavf52.39.0 $