6.3金属矿物与金属冶炼（第2课时）作业设计--2026-2027学年九年级化学科粤版下册

6.3 金属矿物与金属冶炼（第二课时）作业设计 科粤版 · 初中化学 · 九年级下册 · 第六单元 金属和金属材料 一、课标分析 依据义务教育化学课程标准（2022年版），本课时隶属于“金属与金属矿物”学习主题，要求学生知道常见金属的冶炼原理，了解从铁矿石中将铁还原出来的方法，认识金属材料在生产、生活和社会发展中的重要作用。课标强调通过实验探究和生产实际情境，引导学生在真实问题解决中发展化学观念与科学思维，认识化学在资源合理利用与环境保护中的独特价值，逐步形成节约资源、保护环境的可持续发展意识。作业设计应紧扣课标要求，兼顾基础性与发展性，注重知识迁移与实践应用。 二、四维核心素养 化学观念：建立金属冶炼是物质转化过程的基本认识；科学思维：运用比较归纳方法分析冶炼原理与条件；科学探究：通过实验现象推理还原反应过程；科学态度与责任：认识金属资源保护与环境治理的意义。 三、作业重难点 重点：工业炼铁的原理、主要原料及高炉设备，生铁与钢的组成差异与性能区别。难点：一氧化碳还原氧化铁实验的现象分析与尾气处理原理，高炉炼铁中各原料的作用及反应过程的逻辑关系。 四、作业内容 （一）基础巩固 1. 下列金属在自然界中主要以单质形式存在的是（ ） A. 铁 B. 铝 C. 金 D. 铜 2. 下列矿石的名称与主要成分不对应的是（ ） A. 赤铁矿——氧化铁 B. 磁铁矿——四氧化三铁 C. 铝土矿——氧化铝 D. 孔雀石——氧化亚铁 3. 工业炼铁的主要设备是（ ） A. 电炉 B. 高炉 C. 平炉 D. 转炉 4. 下列物质中，不属于工业炼铁原料的是（ ） A. 铁矿石 B. 焦炭 C. 石灰石 D. 烧碱 5. 在一氧化碳还原氧化铁的实验中，观察到的现象是（ ） A. 黑色粉末逐渐变成红色，澄清石灰水变浑浊 B. 红色粉末逐渐变成黑色，澄清石灰水变浑浊 C. 红色粉末逐渐变成银白色，澄清石灰水无明显变化 D. 黑色粉末逐渐变成银白色，澄清石灰水变浑浊 6. 炼铁时加入石灰石的主要作用是（ ） A. 作为氧化剂 B. 作为还原剂 C. 将矿石中的二氧化硅转变为炉渣除去 D. 提高炉温 7. 下列关于生铁和钢的说法正确的是（ ） A. 生铁是混合物，钢是纯净物 B. 生铁的含碳量低于钢 C. 生铁和钢的主要成分都是铁，区别在于含碳量不同 D. 钢的硬度比生铁大，韧性比生铁差 8. 下列有关金属冶炼的说法中，错误的是（ ） A. 金属冶炼的过程是把金属从其矿物中提取出来的过程 B. 炼铁的过程是利用还原剂将铁从其氧化物中还原出来 C. 高炉炼出的产品是纯铁 D. 废旧金属的回收利用也是保护金属资源的重要途径 9. 在一氧化碳还原氧化铁的实验中，尾气需要处理的原因是（ ） A. 尾气有剧毒，直接排放会污染空气 B. 尾气有腐蚀性，会腐蚀管道 C. 尾气温度过高，容易引发火灾 D. 尾气有刺鼻气味，影响实验室环境 10. 下列金属中，通常需要用电解法冶炼的是（ ） A. 铁 B. 铜 C. 铝 D. 银 11. 填空题： （1）地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，除少数很不活泼的金属如金、银等以______形式存在外，其余都以______形式存在。 （2）工业炼铁的原料主要有______、______、______和空气。 （3）高炉炼铁时，焦炭在高炉内的作用有两个方面：一是燃烧放出大量的______，为炼铁提供高温条件；二是与生成的二氧化碳反应，制取还原剂______。 （4）生铁的含碳量为______，钢的含碳量为______。生铁的硬度比纯铁______，但韧性比钢______。 （5）一氧化碳还原氧化铁的实验中，实验开始时要先通入一氧化碳，目的是______；实验结束时要先停止加热，继续通入一氧化碳直到试管冷却，目的是______。 12. 简答题： （1）为什么炼铁高炉中要加入石灰石？请用简要的语言说明其作用。 （2）在一氧化碳还原氧化铁的实验中，为什么要对尾气进行处理？常见的处理方法有哪些？请列举两种。 （3）生铁和钢在组成和性能上有什么主要区别？为什么说钢的性能比生铁更优良？ （4）为什么金、银等金属在自然界中能以单质形式存在，而铁、铝等金属却不能？请从金属活动性的角度加以解释。 （二）能力提升 13. 某化学兴趣小组的同学在实验室进行一氧化碳还原氧化铁的实验，请你参与并回答下列问题： （1）实验开始时，为什么要先通入一氧化碳气体，过一会儿再点燃酒精喷灯加热？如果顺序颠倒，可能会发生什么后果？ （2）实验过程中，可以观察到玻璃管内的固体颜色发生怎样的变化？右侧试管中澄清石灰水会出现什么现象？ （3）实验结束时，为什么要先熄灭酒精喷灯，继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却至室温？如果停止加热后就停止通入一氧化碳，会出现什么问题？ （4）有同学提出，该实验装置存在一个明显的缺陷，你认为是什么缺陷？应如何改进？ （5）反应完成后，玻璃管中得到的黑色固体是什么物质？请设计一个简单的实验方案，证明该黑色固体确实是铁。 14. 阅读下列材料，回答问题： 钢铁工业是国家工业的基础。高炉炼铁是现代炼铁的主要方法。铁矿石、焦炭和石灰石从高炉的顶部加入，热空气从高炉的下部鼓入。在高炉内，从下到上，随着温度的变化，依次发生不同的反应。焦炭在高炉下部与热空气中的氧气反应，生成二氧化碳并放出大量的热；二氧化碳继续向上运动，与炽热的焦炭反应生成一氧化碳；一氧化碳在高炉中部与铁矿石接触，将铁从其氧化物中还原出来。生成的铁水从高炉底部流出，而炉渣则浮在铁水上面，从出渣口排出。 （1）高炉内的反应是从下到上依次进行的，请按反应发生的先后顺序，简述高炉内主要发生了哪些变化。 （2）为什么铁矿石、焦炭和石灰石要从高炉顶部加入，而热空气要从高炉底部鼓入？这样设计有什么好处？ （3）炉渣为什么能浮在铁水上面？这说明炉渣和铁水在什么性质上存在差异？ （4）高炉炼铁得到的产品是生铁，而生铁不能直接用于制造很多机械零件。请解释原因，并说明还需要经过怎样的加工才能得到用途更广泛的钢。 15. 金属是重要的资源，在日常生活中有着广泛的应用。请你根据所学知识回答下列问题： （1）地壳中含量最多的金属元素是什么？它在自然界中主要以什么形式存在？为什么？ （2）铝的化学性质比铁活泼，但铝制品在空气中却比铁制品更耐腐蚀。请解释原因。 （3）我国是世界上最早使用铁器的国家之一。但从历史发展来看，青铜器的使用比铁器更早。请从冶炼难易程度的角度分析，为什么铜器时代出现在铁器时代之前。 （三）拓展培优 16. 某钢铁厂每天需要消耗含氧化铁80%的赤铁矿石1000吨。请你分析并回答下列问题： （1）该钢铁厂每天使用的赤铁矿石中，含铁元素的质量是多少吨？（提示：可根据氧化铁中铁元素的质量分数进行计算） （2）若生产过程中铁元素没有损失，理论上每天可以炼出含铁96%的生铁多少吨？ （3）在实际生产中，炼出的生铁质量往往比理论值低。请你分析可能有哪些原因。（至少写出两点） （4）若该厂改用含四氧化三铁75%的磁铁矿石进行冶炼，要炼出与上述相同质量的生铁，需要多少吨这种磁铁矿石？（假设冶炼过程中铁元素没有损失） 17. 金属冶炼的方法有多种，不同的金属由于其化学活动性不同，冶炼方法也各不相同。请你阅读下列关于金属冶炼方法的资料，并回答相关问题： 资料一：热还原法是冶炼金属的常用方法之一。在金属活动性顺序中，位于锌到铜之间的金属，通常可以用热还原法冶炼。即以碳、一氧化碳或氢气等作为还原剂，在高温条件下将金属从其氧化物中还原出来。 资料二：电解法用于冶炼非常活泼的金属，如钠、镁、铝等。这些金属的化学性质非常活泼，用普通的还原剂很难将它们从化合物中还原出来，因此需要通电，在熔融状态下使它们的化合物发生分解，从而得到金属单质。 资料三：有些不活泼的金属，如汞、银等，可以用加热分解其氧化物的方法得到，这种方法叫做热分解法。 （1）请你根据金属活动性顺序和上述资料，将下列金属按冶炼方法进行分类：铁、铝、铜、钠、银、锌。 （2）为什么活泼金属如钠、铝等不能用热还原法冶炼，而必须用电解法？请从化学活动性的角度加以解释。 （3）古代人们很早就掌握了炼铜技术，而铝的大规模冶炼和使用却只有近两百年的历史。请你结合电解法和热还原法的特点，分析为什么铝的广泛使用比铜晚得多。 （4）氢气也可以作为还原剂来冶炼金属。与一氧化碳相比，用氢气还原金属氧化物有什么优点？（请写出一点） 18. 金属资源是有限的，废旧金属的回收利用已经成为保护金属资源的重要途径。请你参与下列探究活动： （1）请你列举生活中常见的三种废旧金属制品，并说明它们分别是用什么金属材料制成的。 （2）回收利用废旧金属有哪些重要意义？请从资源、能源和环境保护三个角度分别加以说明。 （3）某废品回收站回收了一批废旧铁制品，其中混有少量废旧铝制品和铜制品。请你设计一个简单的分类方案，将这三种金属制品区分开来。（可利用它们的物理性质或化学性质进行区分） （4）有同学说，为了保护金属资源，我们应该停止开采金属矿物，全部使用回收的废旧金属。你是否同意这个观点？请说明理由。 参考答案 （一）基础巩固 1. C 解析：金的化学性质非常不活泼，在自然界中能以单质形式存在；铁、铝、铜的化学性质相对活泼，主要以化合物形式存在于矿物中。 2. D 解析：孔雀石的主要成分是碱式碳酸铜，不是氧化亚铁。赤铁矿主要成分为氧化铁，磁铁矿主要成分为四氧化三铁，铝土矿主要成分为氧化铝。 3. B 解析：工业炼铁的主要设备是高炉。电炉、平炉、转炉主要用于炼钢。 4. D 解析：工业炼铁的主要原料包括铁矿石、焦炭、石灰石和空气。烧碱不是炼铁原料。 5. B 解析：氧化铁是红色粉末，被还原后生成黑色的铁粉，同时生成的二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。 6. C 解析：石灰石在炼铁中的主要作用是将铁矿石中的二氧化硅转变为炉渣除去，从而降低生铁中的杂质含量。 7. C 解析：生铁和钢都是铁的合金，都是混合物；生铁的含碳量高于钢；钢的硬度和韧性都比生铁更优良。 8. C 解析：高炉炼出的产品是生铁，其中含有较多的碳和其他杂质，不是纯铁。 9. A 解析：一氧化碳有剧毒，直接排放到空气中会污染环境，危害人体健康，因此必须进行尾气处理。 10. C 解析：铝是非常活泼的金属，通常采用电解法冶炼；铁、铜用热还原法；银可以用热分解法。 11. 填空题： （1）单质；化合物（或矿物） （2）铁矿石；焦炭；石灰石 （3）热量（或热能）；一氧化碳 （4）百分之二到百分之四点三；百分之零点零三到百分之二；大；差 （5）排尽玻璃管内的空气，防止加热时发生爆炸；防止生成的灼热铁与空气中的氧气反应，重新被氧化 12. 简答题： （1）石灰石的主要作用是将铁矿石中的二氧化硅等杂质转变为炉渣而除去。石灰石在高温下分解生成氧化钙，氧化钙与二氧化硅反应生成熔点较低的硅酸钙（炉渣），炉渣密度较小，浮在铁水上面，可以顺利排出。 （2）尾气中含有未反应的一氧化碳，一氧化碳有剧毒，直接排放会污染空气，危害人体健康。常见的处理方法有：在尾气出口处点燃，使一氧化碳燃烧转化为二氧化碳；用气球或气囊收集尾气；用导管将尾气引回到酒精喷灯处点燃，既处理了尾气又利用了其热量。 （3）生铁和钢的主要区别在于含碳量不同：生铁的含碳量较高（百分之二到百分之四点三），钢的含碳量较低（百分之零点零三到百分之二）。生铁含碳量高，硬度大但脆，韧性差，不易加工；钢的含碳量适中，既具有较高的硬度，又具有良好的韧性和延展性，便于锻造、轧制和焊接，用途更加广泛。 （4）金属的化学活动性决定了它在自然界中的存在形态。金、银等金属的化学性质很不活泼，不容易与其他物质发生化学反应，因此在自然界中能以单质形式稳定存在。而铁、铝等金属的化学性质比较活泼，容易与氧气、水等物质发生反应，形成化合物，因此在自然界中主要以化合物（矿物）的形式存在。 （二）能力提升 13.（1）先通入一氧化碳是为了排尽玻璃管内的空气。如果先加热再通入一氧化碳，一氧化碳与玻璃管内的空气混合，加热时可能发生爆炸。 （2）玻璃管内的红色粉末逐渐变成黑色；右侧试管中的澄清石灰水变浑浊。 （3）继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却，是为了防止生成的灼热铁粉与进入玻璃管的空气中的氧气反应，重新被氧化成氧化铁。如果停止加热后就停止通一氧化碳，空气进入玻璃管，高温下的铁粉会与氧气反应，导致实验失败。 （4）缺陷：没有处理尾气，一氧化碳直接排放到空气中会污染环境。改进方法：在右侧导管口处点燃尾气，或用气球收集尾气，或将尾气导管引到玻璃管下方的酒精灯火焰上点燃。 （5）黑色固体是铁。实验方案：取少量黑色固体放入试管中，加入适量稀盐酸（或稀硫酸），若观察到有气泡产生，且溶液由无色逐渐变为浅绿色，证明该黑色固体是铁。（或：用磁铁吸引，若黑色固体能被磁铁吸引，证明是铁。） 14.（1）高炉内从下到上依次发生的主要变化：①焦炭与热空气中的氧气反应，生成二氧化碳并放出大量的热，提供高温条件；②二氧化碳继续上升，与炽热的焦炭反应，生成一氧化碳；③一氧化碳在高炉中部与铁矿石接触，在高温条件下将铁从其氧化物中还原出来，生成铁水；④石灰石分解生成的氧化钙与矿石中的二氧化硅等杂质反应，形成炉渣。 （2）铁矿石、焦炭和石灰石从顶部加入，热空气从底部鼓入，这样设计可以使物料在重力作用下自上而下运动，而热气流自下而上流动，形成逆流接触。这样可以增大物料与气体的接触面积和接触时间，使反应更加充分，提高热效率和原料利用率。 （3）炉渣浮在铁水上面，说明炉渣的密度比铁水小。这是因为炉渣主要是硅酸盐等物质，密度较小；而铁水是熔融的铁，密度较大。密度差异使两者自动分层，便于分别排出。 （4）生铁中含碳量较高，还含有硫、磷等杂质，因此硬而脆，韧性和加工性能差，不能直接制造很多机械零件。生铁还需要经过炼钢处理，即通过氧化反应降低含碳量，并除去硫、磷等有害杂质，调整其化学成分，才能得到性能更加优良的钢。 15.（1）地壳中含量最多的金属元素是铝。它在自然界中主要以化合物的形式存在（如铝土矿）。因为铝的化学性质很活泼，容易与氧气等物质反应形成化合物，不能以单质形式稳定存在。 （2）铝在空气中与氧气反应，表面生成一层致密而坚固的氧化铝薄膜，这层薄膜可以阻止内部的铝继续被氧化，从而起到保护作用。而铁生锈后生成的铁锈疏松多孔，不能阻止内部铁继续与氧气和水接触，因此铁制品更容易被腐蚀。 （3）金属冶炼的难易程度与金属的化学活动性有关。铜的化学活动性比铁弱，因此从铜的矿物中提取铜相对容易，所需的温度和技术条件较低。而铁的化学活动性比铜强，冶炼铁需要更高的温度和更复杂的技术条件。在人类历史发展早期，技术水平有限，只能先掌握较容易的炼铜技术，随着技术的进步，才逐步掌握了炼铁技术，因此铜器时代出现在铁器时代之前。 （三）拓展培优 16.（1）赤铁矿石中含氧化铁80%，1000吨矿石中含氧化铁的质量为800吨。氧化铁中铁元素的质量分数为百分之七十，因此含铁元素的质量为五百六十吨。 （2）理论上炼出含铁96%的生铁的质量为：五百六十吨除以百分之九十六，约等于五百八十三吨。 （3）实际生产中生铁质量低于理论值的可能原因：①铁矿石中的铁元素不可能全部被还原出来，有部分铁会残留在炉渣中；②冶炼过程中会有少量铁的氧化物随炉渣排出；③高炉内的反应不可能完全进行到底，总会有少量铁的氧化物未被还原。 （4）四氧化三铁中铁元素的质量分数约为百分之七十二点四。要炼出含铁五百六十吨的生铁，需要四氧化三铁的质量为：五百六十吨除以百分之七十二点四，约等于七百七十五吨。由于磁铁矿石中含四氧化三铁75%，因此需要磁铁矿石的质量为：七百七十五吨除以百分之七十五，约等于一千零三十吨。 17.（1）热还原法：铁、铜、锌；电解法：铝、钠；热分解法：银。 （2）钠、铝等金属的化学性质非常活泼，它们的金属离子结合电子的能力很弱，普通的还原剂（如碳、一氧化碳）很难将它们从化合物中还原出来。因此需要用电解法，依靠外加电源提供的强大电能，强制使金属离子得到电子，还原为金属单质。 （3）铜的冶炼可以用热还原法，在相对较低的温度下就能进行，古代技术条件下就可以实现。而铝是活泼金属，必须用电解法冶炼，需要消耗大量的电能，对电力工业和设备技术的要求很高。只有当人类掌握了大规模发电技术之后，铝才能实现廉价、大规模的生产和使用，因此铝的广泛使用比铜晚得多。 （4）用氢气还原金属氧化物的优点：氢气的还原产物是水，不会污染环境；氢气的还原性强，可以得到纯度更高的金属。（写出一点即可） 18.（1）生活中常见的废旧金属制品：①铁锅、铁栏杆等——主要成分是铁（铁合金）；②铝制易拉罐、铝合金门窗——主要成分是铝（铝合金）；③铜导线、铜制水龙头——主要成分是铜。（其他合理答案也可） （2）①资源角度：回收利用废旧金属可以减少对新开采金属矿物的依赖，节约有限的金属矿产资源；②能源角度：用废旧金属冶炼金属比从矿石中提炼金属消耗的能源少得多，可以节约大量能源；③环境保护角度：减少了采矿活动对土地的破坏和植被的破坏，同时也减少了冶炼过程中产生的废气、废渣对环境的污染。 （3）分类方案：①先用磁铁吸引，能被吸引的是铁制品，不能被吸引的是铝制品和铜制品；②在不能被磁铁吸引的两种制品中，根据颜色区分：紫红色的是铜制品，银白色的是铝制品。（或：在两种制品中分别加入稀盐酸，有气泡产生的是铝制品，无明显现象的是铜制品。） （4）不同意。理由：虽然回收利用废旧金属非常重要，但目前社会对金属的需求量很大，仅靠回收废旧金属远远不能满足需求。而且回收的废旧金属数量和种类有限，质量也参差不齐，不能完全替代新开采的金属矿物。合理的做法应该是将合理开采与回收利用结合起来，既要提高金属资源的利用效率，又要保障必要的生产需求。 学科网（北京）股份有限公司 $