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初中化学人教版九年级下册课题 3 金属资源的利用和保护第一课时教案设计
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这是一份初中化学人教版九年级下册课题 3 金属资源的利用和保护第一课时教案设计，共17页。教案主要包含了教师准备，学生准备，展示图片，学生讨论，教师引导，教师总结，学生板书，演示实验等内容，欢迎下载使用。
1.知道一些常见金属如铁、铝、铜等的矿物,了解从铁矿石中将铁还原出来的方法.
2.会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关计算.
1.通过观察、实验、阅读资料、联系实际等方法获取信息.
2.运用比较、分析、联想、分类等方法对所获取的信息进行加工.
1.增强对生活和自然界中化学现象的好奇心和探究欲.关注与化学有关的社会问题,初步形成主动参与社会决策的意识.
2.逐步树立珍惜资源、爱护环境、合理使用化学物质的观念.树立为社会的进步而学习化学的志向.
【重点】
1.铁的冶炼.
2.有关化学方程式计算中含杂质物质的计算.
【难点】
有关化学方程式计算中含杂质物质的计算.
【教师准备】 矿石样品(重晶石、赤铁矿石等);金、银戒指;镊子;酒精灯;火柴等.一氧化碳还原氧化铁的视频和相关图片等.
【学生准备】 课前预习本课时内容;收集我国钢铁厂的简介材料.
导入一:
【展示】 如图表示金属活动性顺序中铜、铁和铝被人类大规模开发、利用的大致年限.
【提问】 为什么铜的开发使用比铁和铝早数千年?金属被大规模开发、利用主要和金属的哪些性质和特点有关?钠、镁等金属为什么在自然界中不能以单质形式存在,而是以化合物形式存在于各种矿物之中?
导入二:
【展示图片】 为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨而发行的邮票.自然界以单质形式存在的金、银.
【设问】 我们知道自然界中只有金、银等少数金属以单质形式存在,大部分的金属是以化合物形式存在的,那么我们在生产、生活中用到最多的金属——铁是怎样炼成的?
导入三:
【展示】 《钢铁是怎样炼成的》是前苏联作家尼古拉·奥斯特洛夫斯基所著的一部长篇小说.有一名钢铁厂的工人误把这本书当成介绍钢铁是怎样炼成的科技书籍.
【提疑】 你知道钢铁是怎样炼成的吗?钢铁是由哪些元素组成的呢?
一、金属资源概况
[过渡语] 地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中,除少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外,其余都以化合物形式存在.以化合物形式存在的金属在自然界中以矿物形式存在.含有矿物的岩石称为矿石.工业上就是从矿石中来提炼金属的.
思路一
【引入】 不同种类的金属在地壳中的含量并不相同.它们在地壳中呈怎样的分布趋势呢?请大家观察和阅读关于“金属元素在地壳中的含量”的资料.
【展示】 教材有关金属资源的图片.
【提问】 人类目前普遍使用的金属有哪些?
【回答】 铁、铝、铜等.
【追问】 这是否和它们在地壳中的含量有一定的关系呢?
【学生】 肯定有!因为铝、铁在地壳中的含量是所有金属中最多的.
【疑惑】 铜在地壳中的含量远小于铁和铝,为什么也普遍使用于我们的日常生活和工农业生产中呢?(可让学生讨论、各抒己见)
【总结】 这主要与铜的性质和铜的提炼成本有关.
【追问】 那么,自然界含铁、铝、铜的矿石主要有哪些呢?它们的主要成分是什么?
【展示】 常见的金属矿石的图片.
【学生】 含铁的矿石主要有赤铁矿(主要成分是Fe2O3)、磁铁矿(主要成分是Fe3O4)、菱铁矿(主要成分是FeCO3);含铝的矿石主要是铝土矿(主要成分是Al2O3);含铜的矿石主要是黄铜矿(主要成分是CuFeS2)和辉铜矿(主要成分是Cu2S).
【承接】 我国的金属矿物分布怎么样?
【回答】 矿物种类齐全,矿物储量丰富,其中钨、钼、钛、锑等储量居世界前列,铜、铝、锰等储量在世界上占有重要地位.
【补充】 虽说我国矿物种类比较齐全、矿物储量比较丰富,但由于多种因素的影响,我国主要矿产品进口量呈逐年上升趋势.随着我国经济高速发展,对矿产资源需求增长很快,主要矿产资源短缺的态势日益明显.如果地质勘探无重大突破,21世纪初,我国矿产资源将出现全面紧缺的局面.
[设计意图] 激发学生探究大自然和学习新知识的兴趣.对学生进行爱国主义教育,激发学生热爱祖国的情感.
思路二
二、铁的冶炼
[过渡语] 现在,人类每年都要向地壳和海洋索取大量的金属矿物资源,以提取数以亿吨计的金属.其中,提取量最大的是铁.把金属矿物变成金属的过程,叫做金属的冶炼.炼铁的过程称之为铁的冶炼.下面,我们就来学习有关铁的冶炼的知识.
思路一
【引入】 早在春秋战国时期,我国就开始生产和使用铁器,从公元1世纪起,铁便成了一种最主要的金属材料.
【展示】 我国古代炼铁图:
【讲解】 钢的主要成分就是铁.钢和铁有着非常广泛和重要的应用,它们在某种程度上代表了一个国家工业发展的水平.新中国成立后,我国的钢铁工业得到了飞速的发展.1949年,我国的钢产量只有15.8万吨,居世界第26位;1996年,我国的钢产量首次突破1亿吨,居世界前列.
【展示】 上海宝山钢铁公司炼铁高炉和为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨而发行的邮票.
【介绍】 我国辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花等地都有大型铁矿.
[过渡语] 铁矿石是怎样炼成铁的呢?现以赤铁矿的主要成分Fe2O3为例,来学习、研究如何实现铁的冶炼.
【启发】 比较Fe2O3与Fe的组成差异,设想用什么方法或试剂去完成铁的冶炼.
【学生讨论】 Fe2O3与Fe在组成上只相差一种元素,即氧元素.要使Fe2O3变为铁关键是使Fe2O3失去“O”.可能的方案有:
1.加热使Fe2O3发生分解反应.
2.找寻一种物质使其主动夺取Fe2O3中的“O”.
【评价】 引导学生对以上方案进行评价,方案1要使Fe2O3分解,需较高的温度;又因为铁在高温下易与空气中的氧气反应,要使Fe2O3分解成功,还需在非空气氛围中进行,这样成本太高.方案2比较切实可行,但选用什么样的物质才能使Fe2O3失去“O”呢?
【教师引导】 我们可以从以前接触过的一些物质中,寻找适合这种条件的物质.请大家回忆、思考并讨论.
【学生讨论】 结论:H2、C、CO等都符合条件.
【教师总结】 事实上,这些物质都可把Fe2O3中的“O”夺走,但考虑到经济效益等原因,我们一般选用C或CO.
【教师】 请大家写出以CO和Fe2O3为反应物冶铁的化学方程式.
【学生板书】 Fe2O3+3CO3CO2+2Fe
【教师引导】 请大家利用自己的智慧,设计一个模拟铁的冶炼过程的化学实验,并最好能验证其生成产物.
【学生讨论】 教师可引导学生从金属冶炼的一般条件、生成物的证明、尾气的处理等角度进行考虑.如根据经验学生可判断出金属冶炼的一般条件是高温;根据以前所学知识学生可想象到用澄清石灰水验证CO2;用磁铁验证铁的生成;CO有毒,尾气应处理等.
【演示实验】 一氧化碳还原氧化铁的实验:
【点拨】 (1)实验前应先通CO把装置内空气排干净,然后再加热;反应完成后,需待玻璃管内物质冷却后再停止通CO.(2)反应完毕后,把得到的黑色粉末倒在白纸上观察,并试验它能不能被磁铁吸引,以判断反应中是否生成了铁.
【总结】 上述实验是实验室模拟铁的冶炼过程,工业上铁的冶炼原理虽与上述实验相同,但其规模、条件、装置与此差异很大.把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程.工业上炼铁时,把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉,在高温下,利用反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来.
思路二
三、有关杂质问题的计算
思路一
[过渡语] 实际生产过程中,所有的原料或产物如铁矿石、生铁等一般都含有杂质,故在计算用料和产量时就不可能不考虑杂质问题.如果你是钢铁厂的工程师,你会如何计算原料和产物的量呢?
【展示】 例题:用1000t含氧化铁80%的赤铁矿石,理论上可以炼出含铁96%的生铁多少吨?
【分析】 本题是有关化学方程式的计算,但化学方程式表示的是纯净物之间的质量关系,而不表示不纯物质之间的质量关系,故计算时需先进行换算.如果题目给出或要求算出不纯物质的质量,必须先换算成纯净物的质量,或先计算出纯净物的质量再换算成不纯物质的质量.
【教师】 请大家根据以上分析,解答此题.
【展示】 给出正确解法如下:
解法1:1000t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.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 2×56
800t x
1602×56=800tx
x=2×56×800t160=560t.
折合为含铁96%的生铁的质量为:
560t÷96%=583t.
答:1000t含氧化铁80%的赤铁矿石,理论上可炼出含铁96%的生铁583t.
解法2:设理论上可炼出含铁96%的生铁的质量为x.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 2×56
1000t×80% x×96%
1602×56=1000t×80%x×96%,x=583t.
答:1000t含氧化铁80%的赤铁矿石,理论上可炼出含铁96%的生铁583t.
【交流】 对练习中出现的错误进行分析和纠正.
【总结并板书】 根据化学方程式进行计算时,要把含杂质物质的质量换算成纯净物的质量.纯净物的质量=混合物的质量×纯净物的质量分数.
【小结】 本节课我们主要学习了金属资源概况、铁的冶炼及有关杂质问题的计算等知识.
思路二
[知识拓展] 炼铁和炼钢的比较
金属资源的利用金属资源少数不活泼的金属如金、银以单质形式存在,大多数以化合物形式存在我国的钨、钼、钛、锑等储量居世界前列铁的冶炼原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气原理:在高温下用一氧化碳将铁矿石中的铁还原出来设备:高炉关于含杂质的化学方程式计算:纯净物的质量=混合物的质量×纯净物的质量分数
1.下列矿石的主要成分表述错误的是( )
A.黄铁矿(FeS2)B.菱铁矿(FeCO3)
C.黄铜矿(CuFeS2)D.辉铜矿(CuS)
解析:辉铜矿的主要成分为Cu2S.故选D.
2.(一模)下图是实验室用CO还原氧化铁的装置,关于该实验,下列说法错误的是( )
A.实验时应先给玻璃管加热,后通CO
B.实验时,试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应有二氧化碳生成
C.实验中能观察到玻璃管中红棕色粉末逐渐变成黑色
D.为了减少空气污染,应增加尾气处理装置
解析:一氧化碳有可燃性,加热或点燃一氧化碳和空气或氧气的混合物可能发生爆炸,故一氧化碳还原氧化铁实验开始时要先通入纯净的一氧化碳,排净装置内的空气,然后再点燃酒精喷灯;试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应有二氧化碳生成;一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳,故看到的现象为玻璃管中红棕色固体变为黑色;尾气中有一氧化碳,一氧化碳有毒,所以一定要进行尾气处理.故选A.
3.某工厂要用赤铁矿石(主要成分是氧化铁,假设杂质不含铁元素)来炼制生铁.若要炼制含铁96%的生铁63t,假设在炼制过程中损失10%铁的元素,则理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是( )
A.120tB.108t
C.96tD.84t
解析:63t含铁96%的生铁中铁的质量为:63t×96%,则理论上所炼铁的质量为63t×96%÷(1-10%)=63t×96%×109;设需要含杂质20%的赤铁矿石的质量为x,则:
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
160 112
(1-20%)x 63t×96%×109
160(1-20%)x=11263t×96%×109,解得x=120t.故选A.
4.(中考)钢铁是使用最多的金属材料.
(1)人类从自然界提取量最大的金属是铁,高炉炼铁的原料是铁矿石、空气、石灰石和 .
(2)铝的活动性比铁强,但在生活中常在铁的表面涂上铝粉.其原因是 .
(3)金属钴(C)与铁具有相似的化学性质.CCl2固体是蓝色的,CCl2溶液是粉红色的.现将金属钴投入稀盐酸中,发生化学反应C+2HClCCl2+H2↑.该反应的实验现象为 .
解析:(1)高炉炼铁的原料是铁矿石、空气、石灰石和焦炭.(2)铝的活动性比铁强,但在生活中常在铁的表面涂上铝粉.其原因是常温时,铝能和空气中的氧气反应,在表面生成致密的氧化物薄膜,保护里面的铁不被腐蚀.(3)金属钴投入稀盐酸中时,发生化学反应:C+2HClCCl2+H2↑,随着反应的进行,金属不断溶解,表面产生气泡,溶液由无色变为粉红色.故答案为:
(1)焦炭
(2)常温时,铝在空气中表面生成致密的氧化物薄膜,保护里面的铁不被锈蚀
(3)金属不断溶解,表面产生气泡,溶液由无色变为粉红色
课题3 金属资源的利用和保护
第1课时
一、金属资源概况
二、铁的冶炼
1.主要原理:3CO+Fe2O32Fe+3CO2
2.原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气
3.设备:高炉
4.实验室还原氧化铁
三、原料或产物有杂质的相关计算
一、教材作业
【必做题】
教材第21页练习与应用的4、5题.
【选做题】
教材第21页练习与应用的1、6题.
二、课后作业
二、课后作业
【基础巩固】
1.下列矿石中,其主要成分属于氧化物的是( )
A.黄铁矿B.赤铁矿
C.菱铁矿D.石灰石
2.实验室里用如图所示装置还原氧化铁.关于该实验,下列说法错误的是( )
A.实验时,试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应中有二氧化碳生成
B.实验开始时,点燃酒精喷灯给玻璃管加热的同时通入纯净的一氧化碳
C.为了减少空气污染,应增加尾气处理装置
D.实验中观察到玻璃管中红色固体变为黑色,并且澄清的石灰水变浑浊
3.下图为炼铁的两幅图,请据图判断下列叙述中错误的是( )
乙图
A.高炉炼铁原理是:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
B.乙图中高炉炼铁时原料焦炭的作用是:只产生热量
C.乙图中生铁出口低于炉渣出口的原因是:生铁密度大于炉渣密度
D.甲图中尾气处理的目的是:防止一氧化碳污染空气
4.(中考)如图所示的炼铁高炉中发生了许多化学反应,其中就涉及碳及其化合物的相互转化.请回答下列问题.
(1)空气通过进风口与原料中的焦炭充分反应,其化学方程式为 .
(2)由(1)中产生的气体与炽热的焦炭会继续反应,其化学方程式为 .
5.如图所示是一氧化碳与氧化铁反应的模拟炼铁实验.
请回答下列问题.
(1)写出一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式 .
(2)实验中能观察到A、B两处的现象是 .
(3)实验中酒精灯的作用是 .
【能力提升】
6.用CO还原铁的氧化物1.00g,得到铁粉0.75g,则下列说法中正确的是( )
A.该氧化物是Fe2O3
B.该氧化物可能是由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的混合物
C.该氧化物是FeO
D.该氧化物中不含FeO
【拓展探究】
7.以大理石和赤铁矿(Fe2O3)为主要原料可以制取B和G,其转化关系如下图所示,已知D、G为单质.(C是能使澄清石灰水变浑浊的常见气体).
试回答下列问题:
(1)写出工业上制取的两种物质的化学式:
B ,G .
(2)写出下列反应的化学方程式:
反应① .反应② .
反应③ .
【答案与解析】
1.B(解析:黄铁矿的主要成分是FeS2,不含氧元素,不属于氧化物;赤铁矿的主要成分是氧化铁(Fe2O3),是由两种元素组成且有一种是氧元素的化合物,属于氧化物;菱铁矿的主要成分是FeCO3,是由铁、碳、氧三种元素组成的化合物,不属于氧化物;石灰石的主要成分是碳酸钙(CaCO3),是由钙、碳、氧三种元素组成的化合物,不属于氧化物.)
2.B(解析:试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应有二氧化碳生成;一氧化碳有可燃性,加热或点燃一氧化碳和空气或氧气的混合物可能发生爆炸,故一氧化碳还原氧化铁实验开始时要先通入纯净的一氧化碳,排净装置内的空气,然后再点燃酒精喷灯;尾气中有一氧化碳,一氧化碳有毒,所以一定要进行尾气处理;一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳,故看到的现象为玻璃管中红色固体变为黑色,澄清的石灰水变浑浊.)
3.B(解析:高炉炼铁时原料焦炭的作用是产生热量和产生一氧化碳,CO用来还原氧化铁.)
4.(1)O2+CCO2 (2)CO2+C2CO(解析:(1)焦炭充分反应生成二氧化碳,化学方程式为O2+CCO2.(2)炼铁高炉内焦炭与二氧化碳反应生成一氧化碳,反应的化学方程式为:CO2+C2CO.)
5.(1)3CO+Fe2O32Fe+3CO2 (2)A处:红棕色粉末变黑,B处:石灰水变浑浊 (3)处理尾气,减少CO对环境的污染(解析:(1)一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳.(2)A中红棕色粉末逐渐变为黑色,B处澄清石灰水变浑浊;(3)多余的一氧化碳有毒,扩散到空气中污染环境,酒精灯是为了将多余的一氧化碳点燃.)
6.B(解析:铁的氧化物1.00g,得到铁粉0.75g,则氧元素的质量为0.25g,则铁和氧的原子个数比=0.75g56∶0.25g16=67.则不可能是纯净的Fe2O3,故A错误;也不可能是纯净的FeO,故C错误.)
7.(1)CaO;Fe (2)CaCO3CaO+CO2↑,CO2+C2CO,3CO+Fe2O32Fe+3CO2(解析:由C是能使澄清石灰水变浑浊的常见气体,可知C是二氧化碳.由图A物质在高温下分解生成二氧化碳和B,结合题中给出信息:在工业上以大理石为主要原料可以制取B,可以推出A是大理石的主要成分碳酸钙,B是氧化钙;在工业上以赤铁矿(Fe2O3)为主要原料,用一氧化碳作还原剂可以炼铁,所以G是铁,又由图可知E和F在高温下反应生成了二氧化碳和铁,E又是二氧化碳和D在高温下反应生成的,可以推出D是碳,E是一氧化碳,那么F就是赤铁矿的主要成分氧化铁.至此,各种物质都已推出,也可以写出物质之间反应的化学方程式.)
本课时的知识内容学生较为熟悉,但教师用丰富的素材引导学生感知熟悉学习的对象,从生活经验出发,引出课题,易激发学生的兴趣,让学生用科学家的身份来研究金属矿物的种类等,从而感受到“身边处处有化学”.
在教学中,注意培养学生阅读教材、查阅资料的能力,展示学生课前调查和收集样品的信息,能较好地达到资源共享的目的,有利于培养“合作”意识.在整个教学过程中体现了学生“从生活走向化学,从化学走向社会”的理念.更可贵的是学生在课堂上充分发挥了主体作用,自主实验、自主探究、自主评价,无疑使自信心更强,学习兴趣更浓.
建议:一氧化碳还原氧化铁的实验采用动画演示,既明白清晰,又节约时间,同时可避免仪器、材料短缺而不能做实验的弊端,环节紧凑.
我国古代冶铁、炼钢的成就
我国在2300多年以前就已经接触了铁,并加以利用.在河北曾出土一把商代的铜钺,其年代约在公元前14世纪前后.铜钺上嵌有的铁刃已经全部被氧化成氧化铁.对铁刃的残锈检验后表明,铁刃是用陨铁锻成的.这说明那时不仅认识了铁,而且能进行锻造加工.
已有的考古发现,我国最早人工冶炼铁器始于公元前6世纪,即春秋末期或更早一些.那时,几乎同时产生了块炼铁和生铁两种工艺.块炼铁是用木炭在固态时还原铁矿石的方法,这种铁里含有较多大块的氧化铁和硅酸铁.生铁是在高温下液态时冶炼出来的,含碳超过2%,还含有较细小的硅酸盐.对公元前5世纪的铁锛和铁铲进行鉴定,发现是生铁铸造的,其中铁铲还经过退火处理,是展性铸铁.在我国一些早期的文献(如《诗经秦风》《左传昭公二十九年》)就有铁和铁器的文字记载.欧洲最早的生铁出现在公元13世纪末至14世纪初,比我国晚1900多年.
块炼铁炼出以后需要加热锻打,以挤出夹杂物,锻成器物.在多次加热过程中,块炼铁同炭火接触,有可能增碳变硬,块炼渗碳钢的冶炼技术由此产生.从河北易县出土的79件铁器证明,至迟在战国后期,这种技术已在燕国应用.对部分铁器的检查表明,绝大部分是钢锻制的,如长100.4cm的长剑以及某些残剑、箭杆、矛等.这些锻钢件大都经过淬火处理,这表明至迟在战国晚期,淬火技术在生产上已经广泛应用.
炼铁的矿石主要有哪些?怎样识别铁矿石?
铁在自然界中的分布很广,主要以化合态存在,含铁的矿石很多,具有冶炼价值的铁矿石有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等.
识别铁矿石的方法通常是利用其颜色、光泽、密度、磁性、刻痕等性质.
①磁铁矿(Fe3O4)是黑色的,用粗瓷片在矿石上刻画时,留下的条痕是黑色的,具有磁性,密度为4.9~5.2克/厘米3.
②赤铁矿(Fe2O3)颜色暗红,含铁量越高,颜色就越深,甚至接近黑色,但是瓷片留下的刻痕仍然是红色的,不具有磁性.呈致密块状或结晶块状(称镜铁矿)产出,也有的呈土状产出.密度为5~5.3克/厘米3.
③褐铁矿(Fe2O3·3H2O)矿石有黄褐、褐和黑褐等多种颜色,瓷片的刻痕呈黄褐色,无磁性,密度为3.3~4克/厘米3.
④菱铁矿(FeCO3)有黄白、浅褐和深褐等颜色.性脆,无磁性,在盐酸里有气泡(CO2)放出.密度为3.8~3.9克/厘米3.
高炉炼铁时,为什么要加入石灰石?
炼铁时用的铁矿石,主要有赤铁矿石(主要成分是氧化铁)和磁铁矿石(主要成分是四氧化三铁),在铁矿石中还含有无用的脉石,主要成分是二氧化硅(SiO2).炼铁时,被还原出的铁在高温下变成液体,而熔点很高的二氧化硅以颗粒杂质的形式混在炼出的铁水中.为了除去这种杂质,选用石灰石作熔剂,石灰石在高温下分解成氧化钙和二氧化碳,氧化钙在高温下与二氧化硅反应生成熔点比铁水还低的硅酸钙,而液态硅酸钙密度比铁水小且跟铁水不相混溶,便浮在铁水上.打开高炉上的出渣口,液态硅酸钙先流出去,凝固成高炉渣,过去这种高炉渣当作炼铁厂的废物,丢弃在农田,既毁了农田,又污染了环境.现在将高炉渣粉碎配制成水泥,过去的废物变成了今日的建筑材料.课题3 金属资源的利用和保护
元素名称
质量分数/%
铝
7.73
铁
4.75
钙
3.45
钠
2.74
钾
2.47
镁
2.00
锌
0.008
铜
0.007
银
0.00001
金
0.0000005
教师活动
学生活动
设计意图
【讲解】 (针对导入一)金属被大规模开发、利用主要和金属的活动性有关,活动性弱的金属以单质形式存在,易被开发和利用,活泼金属一般以化合物形式存在,有的还比较难冶炼;其次是与该金属在地壳中的含量有关,含量越大,越容易被发现利用.
【引入】 引导学生复习金属活动性顺序.
【提出问题】 金属活动性有强弱之分,那它们在自然界中是以什么样的形式存在的?
【过渡陈述】 金属在人类日常生活中应用广泛,人们是如何从自然界中得到金属的?
【思考讨论】 学生回忆已学知识,教师指定2~3名叙述说出常见金属的活动性顺序.并指出金属元素的存在形式.
【学生思考并回答】 以单质或化合物的形式存在.
【教师引导学生分析原因】 活动性强的金属易和其他物质发生化学反应,以化合物形式存在;活动性弱的金属不易与其他物质发生反应,以单质形式存在.
复习巩固已学知识.
创设问题情境,实施启发式教学.
过渡铺垫,不让学生感到突兀.
【分析】 地球上金属资源概况(广泛存在于地壳和海洋中).
元素名称
质量分数/%
铝
7.73
铁
4.75
钙
3.45
钠
2.74
钾
2.47
镁
2.00
锌
0.008
铜
0.007
银
0.00001
金
0.0000005
分析金属元素在地壳中的含量.
【教师陈述】 我国的矿物种类比较齐全,储量也丰富.指导阅读教材14~15页有关内容.
【活动】 教师展示金属元素在地壳中含量的表格;学生认真观看并聆听.
【展示】 多媒体课件展示图片,学生认识以单质形式存在的金属和几种常见的矿石.
激发学生探究大自然和学习新知识的兴趣.
加强学生阅读和总结的能力.
教师活动
学生活动
设计意图
【过渡】 如果你是炼铁厂的厂长,你会选择哪种铁矿石?
【展示】 见教材第15页图8-17.
【讨论】 我们学过的还原剂有碳、一氧化碳等,选择哪种还原剂呢?
炼铁的设备是什么?在炼铁时主要发生了哪些化学反应?
【归纳板书】
1.主要原理:3CO+Fe2O32Fe+3CO2
2.原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气
3.设备:高炉
【学生思考、讨论】 选择含铁量高,容易冶炼、含杂质少的铁矿石.
【思考、讨论】 选择碳、氢气、一氧化碳中的哪种物质做还原剂.
【讨论】 观察图片,思考、讨论高炉内发生的化学反应,并写出化学方程式.
【板演】
C+O2CO2
CO2+C2CO
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
培养学生观察、阅读、交流、解决问题的能力.
【展示】 一氧化碳还原氧化铁的图片,或者播放视频“一氧化碳还原氧化铁”.
【提出问题】 在实验过程中应注意哪些安全事项?
【交流讨论】 学生观看图片或视频.讨论在实验中的注意事项.
1.先通CO,再加热,目的是将玻璃管中的空气排尽,防止CO发生爆炸.
2.实验完毕后,先停止加热,继续通CO至冷却,目的是防止铁被氧化及石灰水倒吸.
3.用酒精灯点燃尾气的作用是:防止一氧化碳污染空气.
培养学生的环保意识、安全意识.
【设计活动】 在实验过程中发生了几个化学反应,写出化学方程式.
【学生讨论、交流】 书写化学方程式.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O
2CO+O22CO2
体会科学的方法在实验中的作用.
【讨论交流】 引导学生分析比较工业炼铁和实验室炼铁有什么不同.
【学生讨论后回答】 1.产物不同.工业炼铁得到的是生铁,实验室炼铁得到的是纯铁.
2.设备不同.工业炼铁的设备是高炉,实验室用玻璃管.
3.温度不同.高炉内温度高,玻璃管内温度较低.
4.对环境影响不同.高炉炼铁对环境影响大,实验室炼铁对环境影响小.
5.操作难易程度不同.高炉炼铁工艺复杂,实验室炼铁操作简单.等等.
培养学生分析问题的能力.体会到化工生产与实验室生产的不同.
教师活动
学生活动
设计意图
【过渡】 在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用料和产量时,应考虑到杂质问题.
【展示例题】
例1 某炼铁厂每天需消耗3000t含Fe2O376%的赤铁矿石,理论上可生产含Fe98%的生铁多少吨?
【提示】 学生在根据化学方程式计算时,代入的数据都是纯净物的质量,所以需要求出铁矿石中氧化铁的质量,然后再进行计算.
纯净物的质量=混合物的质量×纯净物的质量分数.
【活动】 学生在讨论、计算过程中老师巡视、指导.
【交流】 学生思考、独立完成例题后交流.
例1 解:Fe2O3的质量为3000t×76%=2280t.
设生铁的质量为x,则纯铁的质量为98%·x.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
2280t 98%·x
1602280t=11298%·x
x=1628.6t
答:理论上可生产含铁98%的生铁1628.6吨.
体会化学方程式的计算在化工生产中的作用.培养学生解决问题的能力.
【展示例题】
例2 某炼铁厂每天生产1000t含Fe96%的生铁,理论上需消耗含Fe2O370%的赤铁矿石多少吨?
【活动】 巡视、指导学生进行计算.
例2 解:Fe的质量为1000t×96%=960t.
设铁矿石的质量为x,则氧化铁的质量为70%x.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
70%x 960t
16070%x=112960t
x=1959.2t
答:需消耗含氧化铁70%的赤铁矿石1959.2吨.
巩固含杂质的化学方程式的计算.
炼铁
炼钢
目的
把铁从铁矿石中还原出来
通过氧化减少碳、硫等的含量
原理
一氧化碳还原
氧气氧化
原料
铁矿石、石灰石、焦炭、空气
生铁、氧气、氧化钙
设备
炼铁高炉
转炉、平炉、电炉
1.知道一些常见金属如铁、铝、铜等的矿物,了解从铁矿石中将铁还原出来的方法.
2.会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关计算.
1.通过观察、实验、阅读资料、联系实际等方法获取信息.
2.运用比较、分析、联想、分类等方法对所获取的信息进行加工.
1.增强对生活和自然界中化学现象的好奇心和探究欲.关注与化学有关的社会问题,初步形成主动参与社会决策的意识.
2.逐步树立珍惜资源、爱护环境、合理使用化学物质的观念.树立为社会的进步而学习化学的志向.
【重点】
1.铁的冶炼.
2.有关化学方程式计算中含杂质物质的计算.
【难点】
有关化学方程式计算中含杂质物质的计算.
【教师准备】 矿石样品(重晶石、赤铁矿石等);金、银戒指;镊子;酒精灯;火柴等.一氧化碳还原氧化铁的视频和相关图片等.
【学生准备】 课前预习本课时内容;收集我国钢铁厂的简介材料.
导入一:
【展示】 如图表示金属活动性顺序中铜、铁和铝被人类大规模开发、利用的大致年限.
【提问】 为什么铜的开发使用比铁和铝早数千年?金属被大规模开发、利用主要和金属的哪些性质和特点有关?钠、镁等金属为什么在自然界中不能以单质形式存在,而是以化合物形式存在于各种矿物之中?
导入二:
【展示图片】 为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨而发行的邮票.自然界以单质形式存在的金、银.
【设问】 我们知道自然界中只有金、银等少数金属以单质形式存在,大部分的金属是以化合物形式存在的,那么我们在生产、生活中用到最多的金属——铁是怎样炼成的?
导入三:
【展示】 《钢铁是怎样炼成的》是前苏联作家尼古拉·奥斯特洛夫斯基所著的一部长篇小说.有一名钢铁厂的工人误把这本书当成介绍钢铁是怎样炼成的科技书籍.
【提疑】 你知道钢铁是怎样炼成的吗?钢铁是由哪些元素组成的呢?
一、金属资源概况
[过渡语] 地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中,除少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外,其余都以化合物形式存在.以化合物形式存在的金属在自然界中以矿物形式存在.含有矿物的岩石称为矿石.工业上就是从矿石中来提炼金属的.
思路一
【引入】 不同种类的金属在地壳中的含量并不相同.它们在地壳中呈怎样的分布趋势呢?请大家观察和阅读关于“金属元素在地壳中的含量”的资料.
【展示】 教材有关金属资源的图片.
【提问】 人类目前普遍使用的金属有哪些?
【回答】 铁、铝、铜等.
【追问】 这是否和它们在地壳中的含量有一定的关系呢?
【学生】 肯定有!因为铝、铁在地壳中的含量是所有金属中最多的.
【疑惑】 铜在地壳中的含量远小于铁和铝,为什么也普遍使用于我们的日常生活和工农业生产中呢?(可让学生讨论、各抒己见)
【总结】 这主要与铜的性质和铜的提炼成本有关.
【追问】 那么,自然界含铁、铝、铜的矿石主要有哪些呢?它们的主要成分是什么?
【展示】 常见的金属矿石的图片.
【学生】 含铁的矿石主要有赤铁矿(主要成分是Fe2O3)、磁铁矿(主要成分是Fe3O4)、菱铁矿(主要成分是FeCO3);含铝的矿石主要是铝土矿(主要成分是Al2O3);含铜的矿石主要是黄铜矿(主要成分是CuFeS2)和辉铜矿(主要成分是Cu2S).
【承接】 我国的金属矿物分布怎么样?
【回答】 矿物种类齐全,矿物储量丰富,其中钨、钼、钛、锑等储量居世界前列,铜、铝、锰等储量在世界上占有重要地位.
【补充】 虽说我国矿物种类比较齐全、矿物储量比较丰富,但由于多种因素的影响,我国主要矿产品进口量呈逐年上升趋势.随着我国经济高速发展,对矿产资源需求增长很快,主要矿产资源短缺的态势日益明显.如果地质勘探无重大突破,21世纪初,我国矿产资源将出现全面紧缺的局面.
[设计意图] 激发学生探究大自然和学习新知识的兴趣.对学生进行爱国主义教育,激发学生热爱祖国的情感.
思路二
二、铁的冶炼
[过渡语] 现在,人类每年都要向地壳和海洋索取大量的金属矿物资源,以提取数以亿吨计的金属.其中,提取量最大的是铁.把金属矿物变成金属的过程,叫做金属的冶炼.炼铁的过程称之为铁的冶炼.下面,我们就来学习有关铁的冶炼的知识.
思路一
【引入】 早在春秋战国时期,我国就开始生产和使用铁器,从公元1世纪起,铁便成了一种最主要的金属材料.
【展示】 我国古代炼铁图:
【讲解】 钢的主要成分就是铁.钢和铁有着非常广泛和重要的应用,它们在某种程度上代表了一个国家工业发展的水平.新中国成立后,我国的钢铁工业得到了飞速的发展.1949年,我国的钢产量只有15.8万吨,居世界第26位;1996年,我国的钢产量首次突破1亿吨,居世界前列.
【展示】 上海宝山钢铁公司炼铁高炉和为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨而发行的邮票.
【介绍】 我国辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花等地都有大型铁矿.
[过渡语] 铁矿石是怎样炼成铁的呢?现以赤铁矿的主要成分Fe2O3为例,来学习、研究如何实现铁的冶炼.
【启发】 比较Fe2O3与Fe的组成差异,设想用什么方法或试剂去完成铁的冶炼.
【学生讨论】 Fe2O3与Fe在组成上只相差一种元素,即氧元素.要使Fe2O3变为铁关键是使Fe2O3失去“O”.可能的方案有:
1.加热使Fe2O3发生分解反应.
2.找寻一种物质使其主动夺取Fe2O3中的“O”.
【评价】 引导学生对以上方案进行评价,方案1要使Fe2O3分解,需较高的温度;又因为铁在高温下易与空气中的氧气反应,要使Fe2O3分解成功,还需在非空气氛围中进行,这样成本太高.方案2比较切实可行,但选用什么样的物质才能使Fe2O3失去“O”呢?
【教师引导】 我们可以从以前接触过的一些物质中,寻找适合这种条件的物质.请大家回忆、思考并讨论.
【学生讨论】 结论:H2、C、CO等都符合条件.
【教师总结】 事实上,这些物质都可把Fe2O3中的“O”夺走,但考虑到经济效益等原因,我们一般选用C或CO.
【教师】 请大家写出以CO和Fe2O3为反应物冶铁的化学方程式.
【学生板书】 Fe2O3+3CO3CO2+2Fe
【教师引导】 请大家利用自己的智慧,设计一个模拟铁的冶炼过程的化学实验,并最好能验证其生成产物.
【学生讨论】 教师可引导学生从金属冶炼的一般条件、生成物的证明、尾气的处理等角度进行考虑.如根据经验学生可判断出金属冶炼的一般条件是高温;根据以前所学知识学生可想象到用澄清石灰水验证CO2;用磁铁验证铁的生成;CO有毒,尾气应处理等.
【演示实验】 一氧化碳还原氧化铁的实验:
【点拨】 (1)实验前应先通CO把装置内空气排干净,然后再加热;反应完成后,需待玻璃管内物质冷却后再停止通CO.(2)反应完毕后,把得到的黑色粉末倒在白纸上观察,并试验它能不能被磁铁吸引,以判断反应中是否生成了铁.
【总结】 上述实验是实验室模拟铁的冶炼过程,工业上铁的冶炼原理虽与上述实验相同,但其规模、条件、装置与此差异很大.把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程.工业上炼铁时,把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉,在高温下,利用反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来.
思路二
三、有关杂质问题的计算
思路一
[过渡语] 实际生产过程中,所有的原料或产物如铁矿石、生铁等一般都含有杂质,故在计算用料和产量时就不可能不考虑杂质问题.如果你是钢铁厂的工程师,你会如何计算原料和产物的量呢?
【展示】 例题:用1000t含氧化铁80%的赤铁矿石,理论上可以炼出含铁96%的生铁多少吨?
【分析】 本题是有关化学方程式的计算,但化学方程式表示的是纯净物之间的质量关系,而不表示不纯物质之间的质量关系,故计算时需先进行换算.如果题目给出或要求算出不纯物质的质量,必须先换算成纯净物的质量,或先计算出纯净物的质量再换算成不纯物质的质量.
【教师】 请大家根据以上分析,解答此题.
【展示】 给出正确解法如下:
解法1:1000t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.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 2×56
800t x
1602×56=800tx
x=2×56×800t160=560t.
折合为含铁96%的生铁的质量为:
560t÷96%=583t.
答:1000t含氧化铁80%的赤铁矿石,理论上可炼出含铁96%的生铁583t.
解法2:设理论上可炼出含铁96%的生铁的质量为x.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 2×56
1000t×80% x×96%
1602×56=1000t×80%x×96%,x=583t.
答:1000t含氧化铁80%的赤铁矿石,理论上可炼出含铁96%的生铁583t.
【交流】 对练习中出现的错误进行分析和纠正.
【总结并板书】 根据化学方程式进行计算时,要把含杂质物质的质量换算成纯净物的质量.纯净物的质量=混合物的质量×纯净物的质量分数.
【小结】 本节课我们主要学习了金属资源概况、铁的冶炼及有关杂质问题的计算等知识.
思路二
[知识拓展] 炼铁和炼钢的比较
金属资源的利用金属资源少数不活泼的金属如金、银以单质形式存在,大多数以化合物形式存在我国的钨、钼、钛、锑等储量居世界前列铁的冶炼原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气原理:在高温下用一氧化碳将铁矿石中的铁还原出来设备:高炉关于含杂质的化学方程式计算:纯净物的质量=混合物的质量×纯净物的质量分数
1.下列矿石的主要成分表述错误的是( )
A.黄铁矿(FeS2)B.菱铁矿(FeCO3)
C.黄铜矿(CuFeS2)D.辉铜矿(CuS)
解析:辉铜矿的主要成分为Cu2S.故选D.
2.(一模)下图是实验室用CO还原氧化铁的装置,关于该实验,下列说法错误的是( )
A.实验时应先给玻璃管加热,后通CO
B.实验时,试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应有二氧化碳生成
C.实验中能观察到玻璃管中红棕色粉末逐渐变成黑色
D.为了减少空气污染,应增加尾气处理装置
解析:一氧化碳有可燃性,加热或点燃一氧化碳和空气或氧气的混合物可能发生爆炸,故一氧化碳还原氧化铁实验开始时要先通入纯净的一氧化碳,排净装置内的空气,然后再点燃酒精喷灯;试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应有二氧化碳生成;一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳,故看到的现象为玻璃管中红棕色固体变为黑色;尾气中有一氧化碳,一氧化碳有毒,所以一定要进行尾气处理.故选A.
3.某工厂要用赤铁矿石(主要成分是氧化铁,假设杂质不含铁元素)来炼制生铁.若要炼制含铁96%的生铁63t,假设在炼制过程中损失10%铁的元素,则理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是( )
A.120tB.108t
C.96tD.84t
解析:63t含铁96%的生铁中铁的质量为:63t×96%,则理论上所炼铁的质量为63t×96%÷(1-10%)=63t×96%×109;设需要含杂质20%的赤铁矿石的质量为x,则:
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
160 112
(1-20%)x 63t×96%×109
160(1-20%)x=11263t×96%×109,解得x=120t.故选A.
4.(中考)钢铁是使用最多的金属材料.
(1)人类从自然界提取量最大的金属是铁,高炉炼铁的原料是铁矿石、空气、石灰石和 .
(2)铝的活动性比铁强,但在生活中常在铁的表面涂上铝粉.其原因是 .
(3)金属钴(C)与铁具有相似的化学性质.CCl2固体是蓝色的,CCl2溶液是粉红色的.现将金属钴投入稀盐酸中,发生化学反应C+2HClCCl2+H2↑.该反应的实验现象为 .
解析:(1)高炉炼铁的原料是铁矿石、空气、石灰石和焦炭.(2)铝的活动性比铁强,但在生活中常在铁的表面涂上铝粉.其原因是常温时,铝能和空气中的氧气反应,在表面生成致密的氧化物薄膜,保护里面的铁不被腐蚀.(3)金属钴投入稀盐酸中时,发生化学反应:C+2HClCCl2+H2↑,随着反应的进行,金属不断溶解,表面产生气泡,溶液由无色变为粉红色.故答案为:
(1)焦炭
(2)常温时,铝在空气中表面生成致密的氧化物薄膜,保护里面的铁不被锈蚀
(3)金属不断溶解,表面产生气泡,溶液由无色变为粉红色
课题3 金属资源的利用和保护
第1课时
一、金属资源概况
二、铁的冶炼
1.主要原理:3CO+Fe2O32Fe+3CO2
2.原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气
3.设备:高炉
4.实验室还原氧化铁
三、原料或产物有杂质的相关计算
一、教材作业
【必做题】
教材第21页练习与应用的4、5题.
【选做题】
教材第21页练习与应用的1、6题.
二、课后作业
二、课后作业
【基础巩固】
1.下列矿石中,其主要成分属于氧化物的是( )
A.黄铁矿B.赤铁矿
C.菱铁矿D.石灰石
2.实验室里用如图所示装置还原氧化铁.关于该实验,下列说法错误的是( )
A.实验时,试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应中有二氧化碳生成
B.实验开始时,点燃酒精喷灯给玻璃管加热的同时通入纯净的一氧化碳
C.为了减少空气污染,应增加尾气处理装置
D.实验中观察到玻璃管中红色固体变为黑色,并且澄清的石灰水变浑浊
3.下图为炼铁的两幅图,请据图判断下列叙述中错误的是( )
乙图
A.高炉炼铁原理是:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
B.乙图中高炉炼铁时原料焦炭的作用是:只产生热量
C.乙图中生铁出口低于炉渣出口的原因是:生铁密度大于炉渣密度
D.甲图中尾气处理的目的是:防止一氧化碳污染空气
4.(中考)如图所示的炼铁高炉中发生了许多化学反应,其中就涉及碳及其化合物的相互转化.请回答下列问题.
(1)空气通过进风口与原料中的焦炭充分反应,其化学方程式为 .
(2)由(1)中产生的气体与炽热的焦炭会继续反应,其化学方程式为 .
5.如图所示是一氧化碳与氧化铁反应的模拟炼铁实验.
请回答下列问题.
(1)写出一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式 .
(2)实验中能观察到A、B两处的现象是 .
(3)实验中酒精灯的作用是 .
【能力提升】
6.用CO还原铁的氧化物1.00g,得到铁粉0.75g,则下列说法中正确的是( )
A.该氧化物是Fe2O3
B.该氧化物可能是由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的混合物
C.该氧化物是FeO
D.该氧化物中不含FeO
【拓展探究】
7.以大理石和赤铁矿(Fe2O3)为主要原料可以制取B和G,其转化关系如下图所示,已知D、G为单质.(C是能使澄清石灰水变浑浊的常见气体).
试回答下列问题:
(1)写出工业上制取的两种物质的化学式:
B ,G .
(2)写出下列反应的化学方程式:
反应① .反应② .
反应③ .
【答案与解析】
1.B(解析:黄铁矿的主要成分是FeS2,不含氧元素,不属于氧化物;赤铁矿的主要成分是氧化铁(Fe2O3),是由两种元素组成且有一种是氧元素的化合物,属于氧化物;菱铁矿的主要成分是FeCO3,是由铁、碳、氧三种元素组成的化合物,不属于氧化物;石灰石的主要成分是碳酸钙(CaCO3),是由钙、碳、氧三种元素组成的化合物,不属于氧化物.)
2.B(解析:试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应有二氧化碳生成;一氧化碳有可燃性,加热或点燃一氧化碳和空气或氧气的混合物可能发生爆炸,故一氧化碳还原氧化铁实验开始时要先通入纯净的一氧化碳,排净装置内的空气,然后再点燃酒精喷灯;尾气中有一氧化碳,一氧化碳有毒,所以一定要进行尾气处理;一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳,故看到的现象为玻璃管中红色固体变为黑色,澄清的石灰水变浑浊.)
3.B(解析:高炉炼铁时原料焦炭的作用是产生热量和产生一氧化碳,CO用来还原氧化铁.)
4.(1)O2+CCO2 (2)CO2+C2CO(解析:(1)焦炭充分反应生成二氧化碳,化学方程式为O2+CCO2.(2)炼铁高炉内焦炭与二氧化碳反应生成一氧化碳,反应的化学方程式为:CO2+C2CO.)
5.(1)3CO+Fe2O32Fe+3CO2 (2)A处:红棕色粉末变黑,B处:石灰水变浑浊 (3)处理尾气,减少CO对环境的污染(解析:(1)一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳.(2)A中红棕色粉末逐渐变为黑色,B处澄清石灰水变浑浊;(3)多余的一氧化碳有毒,扩散到空气中污染环境,酒精灯是为了将多余的一氧化碳点燃.)
6.B(解析:铁的氧化物1.00g,得到铁粉0.75g,则氧元素的质量为0.25g,则铁和氧的原子个数比=0.75g56∶0.25g16=67.则不可能是纯净的Fe2O3,故A错误;也不可能是纯净的FeO,故C错误.)
7.(1)CaO;Fe (2)CaCO3CaO+CO2↑,CO2+C2CO,3CO+Fe2O32Fe+3CO2(解析:由C是能使澄清石灰水变浑浊的常见气体,可知C是二氧化碳.由图A物质在高温下分解生成二氧化碳和B,结合题中给出信息:在工业上以大理石为主要原料可以制取B,可以推出A是大理石的主要成分碳酸钙,B是氧化钙;在工业上以赤铁矿(Fe2O3)为主要原料,用一氧化碳作还原剂可以炼铁,所以G是铁,又由图可知E和F在高温下反应生成了二氧化碳和铁,E又是二氧化碳和D在高温下反应生成的,可以推出D是碳,E是一氧化碳,那么F就是赤铁矿的主要成分氧化铁.至此,各种物质都已推出,也可以写出物质之间反应的化学方程式.)
本课时的知识内容学生较为熟悉,但教师用丰富的素材引导学生感知熟悉学习的对象,从生活经验出发,引出课题,易激发学生的兴趣,让学生用科学家的身份来研究金属矿物的种类等,从而感受到“身边处处有化学”.
在教学中,注意培养学生阅读教材、查阅资料的能力,展示学生课前调查和收集样品的信息,能较好地达到资源共享的目的,有利于培养“合作”意识.在整个教学过程中体现了学生“从生活走向化学,从化学走向社会”的理念.更可贵的是学生在课堂上充分发挥了主体作用,自主实验、自主探究、自主评价,无疑使自信心更强,学习兴趣更浓.
建议:一氧化碳还原氧化铁的实验采用动画演示,既明白清晰,又节约时间,同时可避免仪器、材料短缺而不能做实验的弊端,环节紧凑.
我国古代冶铁、炼钢的成就
我国在2300多年以前就已经接触了铁,并加以利用.在河北曾出土一把商代的铜钺,其年代约在公元前14世纪前后.铜钺上嵌有的铁刃已经全部被氧化成氧化铁.对铁刃的残锈检验后表明,铁刃是用陨铁锻成的.这说明那时不仅认识了铁,而且能进行锻造加工.
已有的考古发现,我国最早人工冶炼铁器始于公元前6世纪,即春秋末期或更早一些.那时,几乎同时产生了块炼铁和生铁两种工艺.块炼铁是用木炭在固态时还原铁矿石的方法,这种铁里含有较多大块的氧化铁和硅酸铁.生铁是在高温下液态时冶炼出来的,含碳超过2%,还含有较细小的硅酸盐.对公元前5世纪的铁锛和铁铲进行鉴定,发现是生铁铸造的,其中铁铲还经过退火处理,是展性铸铁.在我国一些早期的文献(如《诗经秦风》《左传昭公二十九年》)就有铁和铁器的文字记载.欧洲最早的生铁出现在公元13世纪末至14世纪初,比我国晚1900多年.
块炼铁炼出以后需要加热锻打,以挤出夹杂物,锻成器物.在多次加热过程中,块炼铁同炭火接触,有可能增碳变硬,块炼渗碳钢的冶炼技术由此产生.从河北易县出土的79件铁器证明,至迟在战国后期,这种技术已在燕国应用.对部分铁器的检查表明,绝大部分是钢锻制的,如长100.4cm的长剑以及某些残剑、箭杆、矛等.这些锻钢件大都经过淬火处理,这表明至迟在战国晚期,淬火技术在生产上已经广泛应用.
炼铁的矿石主要有哪些?怎样识别铁矿石?
铁在自然界中的分布很广,主要以化合态存在,含铁的矿石很多,具有冶炼价值的铁矿石有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等.
识别铁矿石的方法通常是利用其颜色、光泽、密度、磁性、刻痕等性质.
①磁铁矿(Fe3O4)是黑色的,用粗瓷片在矿石上刻画时,留下的条痕是黑色的,具有磁性,密度为4.9~5.2克/厘米3.
②赤铁矿(Fe2O3)颜色暗红,含铁量越高,颜色就越深,甚至接近黑色,但是瓷片留下的刻痕仍然是红色的,不具有磁性.呈致密块状或结晶块状(称镜铁矿)产出,也有的呈土状产出.密度为5~5.3克/厘米3.
③褐铁矿(Fe2O3·3H2O)矿石有黄褐、褐和黑褐等多种颜色,瓷片的刻痕呈黄褐色,无磁性,密度为3.3~4克/厘米3.
④菱铁矿(FeCO3)有黄白、浅褐和深褐等颜色.性脆,无磁性,在盐酸里有气泡(CO2)放出.密度为3.8~3.9克/厘米3.
高炉炼铁时,为什么要加入石灰石?
炼铁时用的铁矿石,主要有赤铁矿石(主要成分是氧化铁)和磁铁矿石(主要成分是四氧化三铁),在铁矿石中还含有无用的脉石,主要成分是二氧化硅(SiO2).炼铁时,被还原出的铁在高温下变成液体,而熔点很高的二氧化硅以颗粒杂质的形式混在炼出的铁水中.为了除去这种杂质,选用石灰石作熔剂,石灰石在高温下分解成氧化钙和二氧化碳,氧化钙在高温下与二氧化硅反应生成熔点比铁水还低的硅酸钙,而液态硅酸钙密度比铁水小且跟铁水不相混溶,便浮在铁水上.打开高炉上的出渣口,液态硅酸钙先流出去,凝固成高炉渣,过去这种高炉渣当作炼铁厂的废物,丢弃在农田,既毁了农田,又污染了环境.现在将高炉渣粉碎配制成水泥,过去的废物变成了今日的建筑材料.课题3 金属资源的利用和保护
元素名称
质量分数/%
铝
7.73
铁
4.75
钙
3.45
钠
2.74
钾
2.47
镁
2.00
锌
0.008
铜
0.007
银
0.00001
金
0.0000005
教师活动
学生活动
设计意图
【讲解】 (针对导入一)金属被大规模开发、利用主要和金属的活动性有关,活动性弱的金属以单质形式存在,易被开发和利用,活泼金属一般以化合物形式存在,有的还比较难冶炼;其次是与该金属在地壳中的含量有关,含量越大,越容易被发现利用.
【引入】 引导学生复习金属活动性顺序.
【提出问题】 金属活动性有强弱之分,那它们在自然界中是以什么样的形式存在的?
【过渡陈述】 金属在人类日常生活中应用广泛,人们是如何从自然界中得到金属的?
【思考讨论】 学生回忆已学知识,教师指定2~3名叙述说出常见金属的活动性顺序.并指出金属元素的存在形式.
【学生思考并回答】 以单质或化合物的形式存在.
【教师引导学生分析原因】 活动性强的金属易和其他物质发生化学反应,以化合物形式存在;活动性弱的金属不易与其他物质发生反应,以单质形式存在.
复习巩固已学知识.
创设问题情境,实施启发式教学.
过渡铺垫,不让学生感到突兀.
【分析】 地球上金属资源概况(广泛存在于地壳和海洋中).
元素名称
质量分数/%
铝
7.73
铁
4.75
钙
3.45
钠
2.74
钾
2.47
镁
2.00
锌
0.008
铜
0.007
银
0.00001
金
0.0000005
分析金属元素在地壳中的含量.
【教师陈述】 我国的矿物种类比较齐全,储量也丰富.指导阅读教材14~15页有关内容.
【活动】 教师展示金属元素在地壳中含量的表格;学生认真观看并聆听.
【展示】 多媒体课件展示图片,学生认识以单质形式存在的金属和几种常见的矿石.
激发学生探究大自然和学习新知识的兴趣.
加强学生阅读和总结的能力.
教师活动
学生活动
设计意图
【过渡】 如果你是炼铁厂的厂长,你会选择哪种铁矿石?
【展示】 见教材第15页图8-17.
【讨论】 我们学过的还原剂有碳、一氧化碳等,选择哪种还原剂呢?
炼铁的设备是什么?在炼铁时主要发生了哪些化学反应?
【归纳板书】
1.主要原理:3CO+Fe2O32Fe+3CO2
2.原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气
3.设备:高炉
【学生思考、讨论】 选择含铁量高,容易冶炼、含杂质少的铁矿石.
【思考、讨论】 选择碳、氢气、一氧化碳中的哪种物质做还原剂.
【讨论】 观察图片,思考、讨论高炉内发生的化学反应,并写出化学方程式.
【板演】
C+O2CO2
CO2+C2CO
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
培养学生观察、阅读、交流、解决问题的能力.
【展示】 一氧化碳还原氧化铁的图片,或者播放视频“一氧化碳还原氧化铁”.
【提出问题】 在实验过程中应注意哪些安全事项?
【交流讨论】 学生观看图片或视频.讨论在实验中的注意事项.
1.先通CO,再加热,目的是将玻璃管中的空气排尽,防止CO发生爆炸.
2.实验完毕后,先停止加热,继续通CO至冷却,目的是防止铁被氧化及石灰水倒吸.
3.用酒精灯点燃尾气的作用是:防止一氧化碳污染空气.
培养学生的环保意识、安全意识.
【设计活动】 在实验过程中发生了几个化学反应,写出化学方程式.
【学生讨论、交流】 书写化学方程式.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O
2CO+O22CO2
体会科学的方法在实验中的作用.
【讨论交流】 引导学生分析比较工业炼铁和实验室炼铁有什么不同.
【学生讨论后回答】 1.产物不同.工业炼铁得到的是生铁,实验室炼铁得到的是纯铁.
2.设备不同.工业炼铁的设备是高炉,实验室用玻璃管.
3.温度不同.高炉内温度高,玻璃管内温度较低.
4.对环境影响不同.高炉炼铁对环境影响大,实验室炼铁对环境影响小.
5.操作难易程度不同.高炉炼铁工艺复杂,实验室炼铁操作简单.等等.
培养学生分析问题的能力.体会到化工生产与实验室生产的不同.
教师活动
学生活动
设计意图
【过渡】 在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用料和产量时,应考虑到杂质问题.
【展示例题】
例1 某炼铁厂每天需消耗3000t含Fe2O376%的赤铁矿石,理论上可生产含Fe98%的生铁多少吨?
【提示】 学生在根据化学方程式计算时,代入的数据都是纯净物的质量,所以需要求出铁矿石中氧化铁的质量,然后再进行计算.
纯净物的质量=混合物的质量×纯净物的质量分数.
【活动】 学生在讨论、计算过程中老师巡视、指导.
【交流】 学生思考、独立完成例题后交流.
例1 解:Fe2O3的质量为3000t×76%=2280t.
设生铁的质量为x,则纯铁的质量为98%·x.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
2280t 98%·x
1602280t=11298%·x
x=1628.6t
答:理论上可生产含铁98%的生铁1628.6吨.
体会化学方程式的计算在化工生产中的作用.培养学生解决问题的能力.
【展示例题】
例2 某炼铁厂每天生产1000t含Fe96%的生铁,理论上需消耗含Fe2O370%的赤铁矿石多少吨?
【活动】 巡视、指导学生进行计算.
例2 解:Fe的质量为1000t×96%=960t.
设铁矿石的质量为x,则氧化铁的质量为70%x.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
70%x 960t
16070%x=112960t
x=1959.2t
答:需消耗含氧化铁70%的赤铁矿石1959.2吨.
巩固含杂质的化学方程式的计算.
炼铁
炼钢
目的
把铁从铁矿石中还原出来
通过氧化减少碳、硫等的含量
原理
一氧化碳还原
氧气氧化
原料
铁矿石、石灰石、焦炭、空气
生铁、氧气、氧化钙
设备
炼铁高炉
转炉、平炉、电炉
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