6.1金属矿物及铁的冶炼（第1课时）导学案--2025-2026学年九年级化学沪教版上册

《第 1 节 金属矿物及铁的冶炼 - 第一课时》导学案 版本 沪教版 化学观念：认识常见铁矿物的存在形式，知晓铁的冶炼是铁的氧化物转化为单质铁的物质转化过程。 科学思维：对比分析实验室与工业炼铁的差异，逻辑推导实验操作规范的原理。 科学探究：依托模拟炼铁实验习题，掌握实验操作、现象观察与问题分析方法。 科学态度与责任：了解金属资源现状，树立节约矿物资源、绿色冶炼、保护环境的科学理念。 二、教学重点与难点 重点：识记常见铁金属矿物的种类与主要成分，掌握一氧化碳炼铁的核心原理、实验现象，明晰工业炼铁的原料、设备与生产流程。 难点：理解模拟炼铁实验操作顺序的原因，掌握尾气处理的方法，精准区分实验室炼铁与工业炼铁的本质区别，规避实验安全与认知误区。 三、教学内容设计 课前预习 （一）基础认知填空 1. 自然界中大多数金属以________形式存在，少数不活泼金属以单质形式存在。铁在自然界中主要存在于各类金属矿物中，属于________资源。 2. 常见的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿、黄铁矿，其中赤铁矿的主要成分颜色为红棕色，磁铁矿具有磁性，颜色为黑色。 3. 工业炼铁的核心目的是将________中的铁的氧化物转化为单质铁，实现金属的提取与利用。 4. 炼铁常用的还原剂为一氧化碳，该物质具备还原金属氧化物的性质，是工业和实验室炼铁的核心原料。 （二）预习判断 1. 自然界中的铁矿石可以直接用于炼制单质铁。（） 2. 赤铁矿和磁铁矿都是工业炼铁的优质原料。（） 3. 一氧化碳可以将铁的氧化物还原为单质铁，属于炼铁的还原剂。（） （三）预习简答 1. 简述工业炼铁需要用到的主要原料有哪些？ 2. 初步思考，炼铁实验中为何需要处理尾气？ 教学过程：课中探究案 模块一 金属矿物基础认知专项练习 1. 下列关于自然界金属矿物的说法正确的是哪一项，请选出正确选项并说明理由。A. 所有金属都以化合物形式存在于自然界中 B. 铁的矿物种类单一，仅有赤铁矿一种 C. 铁矿石属于不可再生的自然资源 D. 金属矿物可以随意开采，无需节约保护 2. 区分赤铁矿与磁铁矿的物理性质差异，完成填空作答。从颜色、磁性两个角度描述两种矿石的区别，同时说明两种矿石为何适合作为炼铁原料。 3. 下列矿石中，不适宜用于工业炼铁的是哪一种，请判断并阐述原因。A. 赤铁矿 B. 磁铁矿 C. 黄铁矿 D. 菱铁矿 4. 简答：金属矿物是人类冶炼金属的基础原料，结合生活与化学常识，说明大规模开采金属矿物会带来哪些环境问题，我们应当树立怎样的资源利用观念。 5. 辨析题：有人认为“磁铁矿含铁量更高，炼铁效率优于赤铁矿，工业炼铁只需使用磁铁矿即可”，判断该说法是否正确，并说明具体依据。 6. 拓展习题：整理常见铁矿物的主要特点，从外观特征、含铁纯度、冶炼难度三个维度，对比赤铁矿和磁铁矿的优缺点。 7. 选择填空题：自然界中金属的存在形式与金属活动性密切相关，铁的活动性较强，因此主要以________形式存在，金、银等金属活动性极弱，多以________形式存在。 模块二 实验室模拟炼铁专项探究习题 1. 装置认知习题：实验室一氧化碳还原氧化铁的实验装置中，包含硬质玻璃管、酒精灯、导管、尾气处理装置等核心部件，简答每个核心装置的具体作用。 2. 操作顺序辨析题：实验室炼铁实验有多项关键操作，包含通入一氧化碳、点燃加热酒精灯、停止加热、继续通气体至冷却。请排列出正确的操作顺序，并逐一解释每一步操作的核心目的。 3. 实验现象填空题：实验过程中，硬质玻璃管内固体颜色会发生变化，由________色逐渐变为________色，同时连接的澄清石灰水会出现________现象。 4. 误差与安全分析题：若实验结束后，固体产物出现黑色粉末不纯、含有杂质的情况，请分析可能的实验原因。同时说明实验过程中若未进行尾气处理，会造成哪些危害。 5. 正误判断习题：判断下列实验操作是否正确，错误的请说明整改方法。①实验开始前，直接加热硬质玻璃管，再通入一氧化碳；②实验结束后，立即停止通入一氧化碳；③用点燃的方法处理实验尾气；④实验前无需检查装置气密性，可直接开展实验。 6. 原理理解简答题：实验室炼铁的核心是利用一氧化碳还原氧化铁，简答该反应的转化本质，说明氧化铁和一氧化碳分别起到的作用。 7. 异常现象分析题：实验中发现澄清石灰水未变浑浊，请列举两种以上可能的实验故障原因；若玻璃管内固体变色不明显，分析具体影响因素。 8. 装置改进习题：传统实验室炼铁装置尾气处理方式单一，且容易造成能源浪费，请设计两种合理的尾气处理改进方案，说明改进后的优势。 9. 实验对比习题：对比木炭还原氧化铜实验与一氧化碳还原氧化铁实验，简答两个实验在还原剂、实验条件、尾气处理方面的异同点。 10. 细节探究习题：实验过程中，为何必须等待玻璃管内固体完全冷却后再停止通入一氧化碳，若提前停止通气，会引发什么实验后果。 11. 综合辨析题：有同学提出可以用氢气代替一氧化碳完成炼铁模拟实验，请分析氢气炼铁的优缺点，对比一氧化碳炼铁，说明两种还原剂的适用场景。 12. 实验规范习题：简答实验室炼铁实验中，需要检查装置气密性的原因，以及装置漏气会对实验结果、实验安全造成的双重影响。 模块三 工业炼铁工艺流程专项习题 1. 基础填空习题：工业炼铁的核心设备是________，主要原料包含铁矿石、________、________、空气。 2. 原料作用简答题：逐一说明工业炼铁中焦炭、石灰石、铁矿石、空气四种原料的具体作用，区分每种原料的核心功能与辅助功能。 3. 工艺流程排序题：工业炼铁包含多个生产环节，分别为矿石粉碎、高炉冶炼、炉渣分离、铁水出炉、废气处理，请梳理正确的工业生产流程顺序。 4. 概念辨析习题：区分工业炼铁得到的生铁与纯铁的差异，从成分、硬度、性能、用途四个维度完成对比简答。 5. 正误判断说理题：①工业炼铁的产物是纯净的单质铁；②焦炭在炼铁过程中只起到燃烧供热的作用；③工业炼铁产生的废气无需处理，可直接排放；④矿石粉碎可以提升炼铁的反应效率。 6. 原理对比习题：详细说明实验室炼铁与工业炼铁的三点核心差异，包含反应规模、原料种类、产物纯度、生产目的等方面。 7. 工业生产探究题：工业炼铁过程中需要持续鼓入足量空气，简答足量空气的作用，若空气通入不足，会对炼铁生产造成哪些影响。 8. 炉渣处理简答题：工业炼铁会产生大量炉渣，简答炉渣的主要作用与回收利用价值，说明工业生产中固废处理的意义。 9. 绿色工业探究题：传统炼铁工业会产生废气、废渣等污染物，结合本节课知识，简述工业炼铁可以采取哪些环保措施，实现绿色生产。 10. 综合拓展习题：结合工业生产实际，说明为何工业炼铁不使用氢气作为还原剂，而选择一氧化碳作为核心还原剂。 11. 生产细节分析题：工业炼铁中石灰石是重要辅助原料，简答石灰石在高炉冶炼过程中的作用，以及去除矿石中杂质的原理。 12. 应用简答题：生铁广泛应用于工业铸造、机械生产等领域，结合生铁的成分与性能，说明生铁不能替代纯铁用于精密仪器制造的原因。 参考答案 （一）课前预习案答案 基础认知填空 1. 化合物；不可再生 2. 略（题干已知） 3. 铁矿石 4. 略（题干已知） 预习判断 1. × 解析：铁矿石为化合物，无法直接得到单质铁，需经过还原冶炼。2. √ 解析：赤铁矿、磁铁矿含铁量高，是工业炼铁优质原料。3. √ 解析：一氧化碳具有还原性，可还原铁的氧化物制备单质铁。 预习简答 1. 工业炼铁主要原料为铁矿石、焦炭、石灰石和空气。2. 一氧化碳有毒，直接排放会污染空气、危害人体健康，因此必须进行尾气处理。 （二）课中探究案答案 模块一 金属矿物基础认知专项练习 1. 选C。A错误，金银等不活泼金属以单质存在；B错误，铁矿物种类较多；D错误，金属矿物不可再生，需合理开采保护。 2. 颜色：赤铁矿红棕色，磁铁矿黑色；磁性：赤铁矿无磁性，磁铁矿有磁性。两种矿石含铁量高、储量丰富、冶炼难度低，适合炼铁。 3. 选C。黄铁矿中硫元素含量高，冶炼会产生大量有毒废气，污染环境，不适宜炼铁。 4. 环境问题：破坏地表植被、造成水土流失、产生粉尘废气污染、资源枯竭。观念：节约资源、合理开采、综合利用、绿色开发。 5. 错误。虽然磁铁矿含铁量较高，但自然界储量有限，赤铁矿储量更大，工业生产需结合资源分布、开采成本综合选用两种矿石，不能单一使用。 6. 赤铁矿：红棕色，储量大、开采成本低，冶炼工艺成熟，含铁量略低；磁铁矿：黑色有磁性，含铁量高、冶炼效率高，储量较少、开采筛选难度大。 7. 化合物；单质 模块二 实验室模拟炼铁专项探究习题 1. 硬质玻璃管：盛放氧化铁固体，作为反应容器；酒精灯：提供高温反应条件；导管：输送气体、导出反应气体；尾气处理装置：吸收或燃烧有毒尾气，防止污染空气。 2. 操作顺序：通入一氧化碳→点燃加热酒精灯→停止加热→继续通气体至冷却。通气目的：排尽装置内空气，防止加热爆炸；加热目的：提供反应条件；停热不停气：防止高温铁被空气重新氧化。 3. 红棕；黑；变浑浊 4. 产物不纯原因：反应不充分、温度不足、通气量不足；尾气不处理危害：一氧化碳有毒，污染空气，吸入人体会引发中毒，危害生命健康。 5. ①错误，应先通气排尽空气再加热，防止爆炸；②错误，需冷却后再停气，防止铁被氧化；③正确；④错误，实验前必须检查气密性，防止漏气。 6. 反应本质：铁的氧化物被还原为单质铁，氧化铁提供氧发生氧化反应，一氧化碳夺取氧发生还原反应，一氧化碳为还原剂。 7. 石灰水不变浑浊：装置漏气、氧化铁未反应、石灰水变质；固体变色不明显：温度不够、通气不足、药品量不足。 8. 方案一：将尾气点燃后用于加热实验装置，回收利用热能，节能环保；方案二：用气球收集尾气，集中处理，无废气排放。 9. 相同点：均为金属氧化物还原反应，需要加热条件，均需处理尾气。不同点：还原剂不同，条件温度不同，产物检验方式不同。 10. 防止高温状态下的单质铁与空气中的氧气接触，再次被氧化，导致实验产物不纯、实验失败。 11. 氢气炼铁优点：产物无污染、还原纯度高；缺点：氢气储存运输难度大、成本高、易燃易爆，不适合大规模生产。一氧化碳适合工业大规模炼铁，氢气适合实验室高精度实验。 12. 检查气密性可保证反应气体稳定通入，防止空气进入引发爆炸，同时防止有毒尾气泄漏，保障实验安全与实验结果准确。漏气会导致反应不完全、存在安全隐患、污染空气。 模块三 工业炼铁工艺流程专项习题 1. 高炉；焦炭；石灰石 2. 铁矿石：提供铁元素，是炼铁核心原料；焦炭：燃烧供热，同时生成一氧化碳还原剂；石灰石：吸附矿石杂质，形成炉渣排出；空气：支持焦炭燃烧，提供反应所需氧气。 3. 矿石粉碎→高炉冶炼→炉渣分离→铁水出炉→废气处理 4. 生铁含有碳等杂质，硬度大、韧性差，适用于铸造；纯铁成分单一、质地较软、韧性好，适用于精密加工、合金制备。 5. ①错误，工业炼铁产物为生铁，含大量杂质；②错误，焦炭兼具供热和制还原剂双重作用；③错误，废气含有毒气体，必须处理后排放；④正确，粉碎矿石增大接触面积，提升反应效率。 6. 规模：实验室小规模实验，工业大规模批量生产；原料：实验室仅用氧化铁和一氧化碳，工业原料种类更多；产物：实验室得到纯铁，工业得到生铁；目的：实验室探究原理，工业实现生产应用。 7. 足量空气保证焦炭充分燃烧，提供充足热量，同时保障还原剂生成。空气不足会导致燃烧不充分、温度不够、还原反应不完全，炼铁产量和纯度下降。 8. 炉渣可用于制作建材、路基材料，实现固废回收利用。处理炉渣可减少固体废弃物污染，提高资源利用率，实现工业绿色生产。 9. 对炼铁废气进行脱硫、除毒处理后排放；回收利用炉渣、余热；优化冶炼工艺，提高矿石利用率；采用清洁能源替代部分化石燃料。 10. 一氧化碳制备简单、成本低廉、适合大规模工业生产；氢气成本高、储存运输危险系数大，无法满足工业量产需求，因此工业炼铁选用一氧化碳。 11. 石灰石在高温下分解，与矿石中的二氧化硅等杂质反应，生成炉渣，从高炉中分离排出，去除铁矿石中的固体杂质。 12. 生铁含碳量高、质地硬脆、韧性不足，易断裂，无法满足精密仪器高精度、高韧性的使用要求，因此不能替代纯铁。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $