初中化學(xué)金屬礦物與金屬冶煉（1.5課時(shí)）-2024-2025學(xué)年九年級(jí)化學(xué)科粵版（2024）下冊(cè)

第六單元

金屬和金屬材料6.3金屬礦物與金屬冶煉（1.5課時(shí)）化學(xué)方法在金屬冶煉中的重要性【學(xué)習(xí)目標(biāo)】：知道元素有哪兩種存在形態(tài)，認(rèn)識(shí)幾種常見的金屬礦物。以高爐煉鐵為主了解鋼鐵冶煉煉的原理。生鐵和剛的區(qū)別和主要性能。初步學(xué)會(huì)關(guān)于不純物的化學(xué)計(jì)算。二.【教學(xué)重點(diǎn)】：實(shí)驗(yàn)室用CO還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)裝置、現(xiàn)象和操作。三.【教學(xué)難點(diǎn)】：煉鐵高爐中的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)，關(guān)于不純物的化學(xué)計(jì)算。II問題探討：銅(銅鼎，商代，距今3000多年)鐵(鐵犁，西漢，距今2000多年)鋁(鋁鍋，20世紀(jì))1.為什么銅、鐵、鋁大量冶煉的年代差距如此之大？2.為什么到目前為止，鐵仍是世界上產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的金屬？II地殼中的天然礦物：游離態(tài)（元素以單質(zhì)形態(tài)存在）：少數(shù)很不活潑金屬如：銀、鉑、金化合態(tài)（元素以化合物形態(tài)存在）：絕大多數(shù)金屬以化合物形態(tài)存在于礦物中自然界中的黃金自然界中的銀II幾種金屬礦物：

常見金屬元素在地殼中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)元素名稱鋁鐵鈣鈉鉀鎂其余60余種金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%7.734.753.452.742.472.00<1絕大多數(shù)金屬都是以化合物形態(tài)存在于礦物中的。通過金屬冶煉，人們可將礦物中的金屬化合物轉(zhuǎn)化為金屬單質(zhì)。地殼中含量居前三位的金屬元素：鋁、鐵、鈣。鐵在地殼中含量豐富，冶煉過程較為簡單，具有優(yōu)良的物理性能，生產(chǎn)加工較容易，因此到目前為止，鐵仍是世界上產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的金屬。共占23.14%如銅僅占十萬分之七金僅占十億分之五調(diào)查與交流>>>P17觀察并學(xué)習(xí)以下金屬礦物（如圖6.3-2）的相關(guān)知識(shí)。赤鐵礦(Fe2O3)磁鐵礦(Fe3O4)黃鐵礦(FeS2)孔雀石[Cu2(OH)2(CO3)]赤銅礦(Cu2O)鋁土礦(Al2O3·nH2O)II鋼鐵的冶煉：冶煉金屬時(shí)，選擇礦石應(yīng)遵循的原則：1.所需提煉金屬的含量高（經(jīng)濟(jì)效益角度考慮：）；2.礦石在冶煉過程中對(duì)環(huán)境污染小（環(huán)境保護(hù)角度考慮：）；3.冶煉過程盡可能簡便。如：黃鐵礦中含有硫元素，可能會(huì)生成二氧化硫，污染空氣。如：赤鐵礦(Fe2O3)含鐵量70%；磁鐵礦(Fe3O4)含鐵量72%調(diào)查與交流>>>P17●目的知道煉鐵的原理【實(shí)驗(yàn)6-6】利用如圖所示的裝置，進(jìn)行氧化鐵與一氧化碳反應(yīng)生成鐵的實(shí)驗(yàn)。檢驗(yàn)生成的二氧化碳尾氣處理：燃燒掉剩余的CO實(shí)驗(yàn)步驟：1.往耐高溫的硬質(zhì)玻璃管中裝入少量氧化鐵粉末；2.通入一氧化碳，等片刻后點(diǎn)燃尖嘴管處酒精燈；（為什么？）3.用酒精噴燈對(duì)著硬質(zhì)玻璃管放氧化鐵處加熱；4.當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后，停止加熱，再通一會(huì)兒一氧化碳，直至硬質(zhì)玻璃管冷卻。（為什么？）排出裝置內(nèi)的空氣，以免加熱時(shí)因混有空氣而發(fā)生爆炸。①防止氧化鐵還原成鐵后，在較高的溫度下重新被氧化；②防止石灰水倒吸使玻璃管炸裂。調(diào)查與交流>>>P17硬質(zhì)玻璃管中紅棕色粉末逐漸變?yōu)楹谏?，澄清石灰水變渾濁，尾氣燃燒并產(chǎn)生藍(lán)色火焰。反應(yīng)的化學(xué)方程式是：說明反應(yīng)生成物有：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：玻璃管中的現(xiàn)象：紅棕色的氧化鐵逐漸變?yōu)楹谏b置中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及化學(xué)方程式：化學(xué)方程式：澄清石灰水中的現(xiàn)象：澄清石灰水變渾濁化學(xué)方程式：尾氣燃燒產(chǎn)生淺藍(lán)色火焰化學(xué)方程式：Fe和CO2

黑色粉末逐漸變成光亮的紅色，澄清的石灰水變渾濁.化學(xué)方程式：現(xiàn)象：II拓展與遷移：●用氧化銅代替氧化鐵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果會(huì)怎樣？II工業(yè)煉鐵：1.原理：在高溫條件下，利用高爐內(nèi)反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石中還原出來。3.主要原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣2.主要設(shè)備：高爐把鐵礦石中不能被利用的礦物(如二氧化硅)轉(zhuǎn)變成濾渣而除去提供還原劑CO提供能量下中反應(yīng)過程（由下往上）：上提供反應(yīng)所需的氧氣II工業(yè)煉鐵：●生鐵和鋼的區(qū)別類別含碳量/%含雜質(zhì)（硫、磷等）機(jī)械性能機(jī)械加工生鐵2~4.3多硬而脆可鑄不可鍛鋼0.03~2少硬而韌、有彈性可鑄可鍛生鐵硬而脆，不利于加工，所以，人們還要把生鐵放在煉鋼爐里，吹進(jìn)氧氣冶煉，使其含碳量降至0.03%~2%，并除去硫、磷等雜質(zhì)，所得產(chǎn)品稱為鋼。生鐵和鋼都是鐵和碳的合金II煉鐵發(fā)展史：由于礦藏豐富、易冶煉、價(jià)格低廉，鐵是世界上應(yīng)用最廣泛的金屬。我國早在春秋戰(zhàn)國時(shí)期就開始煉鐵。II含雜質(zhì)物質(zhì)的化學(xué)方程式的計(jì)算：在實(shí)際生產(chǎn)過程中，所用的原料或產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì)。再計(jì)算用料和產(chǎn)量時(shí)，應(yīng)考慮雜質(zhì)的問題。當(dāng)參加反應(yīng)的物質(zhì)含有雜質(zhì)時(shí)，首先要把含雜質(zhì)的物質(zhì)的質(zhì)量換算成純物質(zhì)的質(zhì)量。純物質(zhì)的質(zhì)量＝不純物質(zhì)的質(zhì)量×純物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)例

根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算步驟求出：2000t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵95%的生鐵的質(zhì)量。解：2000t赤鐵礦中含氧化鐵的質(zhì)量為：2000t×80%=1600t設(shè)1600t氧化鐵理論上煉得鐵的質(zhì)量為x。Fe2O3+3CO

高溫

2Fe+3CO2160

1121600t

x答：2000t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可煉出含鐵95%的生鐵1179t。x=1120t1601121600tx=含鐵95%的生鐵的質(zhì)量為：1120t÷95%≈1179t某煉鐵廠每天生產(chǎn)含雜質(zhì)2%的鋼鐵112噸，問該廠每天最少需要含F(xiàn)e2O380%的赤鐵礦石多少噸？解：含雜質(zhì)2%的生鐵112噸含鐵的質(zhì)量是：112tX（1-2%）=109.76t設(shè)需要赤鐵礦石的質(zhì)量為xFe2O3＋3CO＝2Fe＋3CO2高溫16011280%x109.76t16080%x112109.76t=x=196t答：該廠每天最少需要含F(xiàn)e2O380%的赤鐵礦石196噸II鞏固練習(xí)：II長話短說：1.多數(shù)金屬以化合物形態(tài)存在于礦物中。2.金屬礦物可用來冶煉金屬，例如，鐵是人們將赤鐵礦等原料放進(jìn)高爐中煉成的，其主要反應(yīng)是:II知識(shí)視窗：●冶煉金屬的常用化學(xué)方法1、一般金屬(如銅、鋅、鋁、錫、鉛等):熱還原法2、活潑金屬(如鈉、鉀、鎂、鋁等):電解法3、較穩(wěn)定金屬(如銀、汞):熱分解法有密切關(guān)系。金屬活動(dòng)性順序表中，金屬的位置越靠后，其陽離子的氧化性越強(qiáng)，越容易被還原。4、請(qǐng)你想一想：金屬的冶煉方法的選擇,與金屬活動(dòng)性順序有關(guān)系嗎?1.下列說法不符合事實(shí)的是()。A.AI、Fe、Ca在地殼中含量占金屬元素的前三位B.金屬元素在自然界中都以化合物形態(tài)存在C.金屬礦物是冶煉金屬的基本原料D.從本課介紹的礦物主要成分分析，金屬元素在化合物中都呈正價(jià)態(tài)2.我國早在商代就能制造出精美的青銅器，到了戰(zhàn)國時(shí)期已能煉鐵。人類開發(fā)利用下列金屬單質(zhì)的時(shí)間順序與金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱存在著某種內(nèi)在的聯(lián)系。由此推斷，人類開發(fā)利用下列金屬的時(shí)間由先到后的順序是()。A.CuFeAlZnB.CuZnFeAlC.CuFeZnAlD.AlZnFeCuDAu-A3.生鐵和鋼的主要區(qū)別在于()。A.組成元素不同B.生鐵是混合物，鋼是純凈物C.生鐵是合金，鋼不是合金D.含碳量不同4.生鐵因含硫、磷而比較脆，不利于制作加工。據(jù)此分析，煉鐵所用的礦石，不宜采用下列的(括號(hào)內(nèi)為該礦物主要成分的化學(xué)式)()。A.赤鐵礦(Fe2O3)B.磁鐵礦(Fe3O4)C.菱鐵礦(FeCO3)D.黃鐵礦(FeS2)DD5.高爐煉鐵過程中不是直接通人一氧化碳與鐵礦石反應(yīng)，而是投人鐵礦石和焦炭，鼓人熱空氣。若高爐內(nèi)投人的鐵礦石是磁鐵礦(主要成分是Fe3O4),請(qǐng)寫出各步反應(yīng)的化學(xué)方程式。CCO2CO（+Fe3O4）

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。6.某煉鐵廠月產(chǎn)含鐵97%的生鐵23072t，則該廠每月需消耗含氧化鐵80%的赤鐵礦原料不低于多少噸?解：23072t生鐵中含鐵的質(zhì)量為：23072t×97%=22,379.84t設(shè)氧化鐵80%的赤鐵