初中化学沪教版九年级上册第2节 金属矿物 铁的冶炼教学设计

第2节 金属矿物  铁的冶炼

设问：

1、地壳中铁的含量在金属中居于第几位？自然界中铁元素以何种形式存在？

2、你知道的铁矿石、铜矿石、铝矿石有哪些？我国的铁矿主要分布在哪些地区？

3、人类冶炼最多、在生产生活中应用最广泛的金属是什么？

            引导学生阅读P123-124

既然铁在日常生活和国民生产中的地位如此重要，那么，我们有必要了解和掌握以铁矿石为原料冶炼出铁的反应原理及过程。铁矿的主要成分都是铁的化合物，冶铁是把铁矿变为金属铁的过程。

板书：一、常见的金属矿物

1.常见的金属矿物：铁、铜、铝矿及其存在形态。

2.金属的冶炼:使金属矿物变成金属的过程。

引导：

今天我们以主要成分为Fe2O3的赤铁矿为例，来学习研究如何实现铁的冶炼。对比Fe2O3与Fe 组成上的区别，请大胆假设，如何实现从Fe2O3到Fe的转变。

Fe2O3与Fe的组成上均含有Fe元素，不同之处在于Fe少了O元素，要使Fe2O3转变为Fe，可从下列方面入手：

（1）可在一定条件下，使Fe2O3直接失氧，转变为铁；

（2）可加入某类物质，让其与Fe2O3中的O元素结合，主动夺取Fe2O3中的“O”元素，使Fe2O3转变为金属Fe。

强调：金属的氧化和金属的还原的概念P125倒数第一段

通常把金属（如铁）跟氧气结合生成金属氧化物（如氧化铁）的过程称为金属的氧化。金属氧化物跟焦碳、氢气、一氧化碳等物质反应，失去氧转化为金属的过程称为金属氧化物的还原

评析：引读P125《拓宽视野》-金属的冶炼方法 （还原法、电解法、热分解法）。

3.金属冶炼的方法：

（1）还原法：把金属矿物与焦炭、氢气、一氧化碳等还原性物质一起加热反应。

如：利用赤铜矿（Cu2O）提取铜Cu2O+C2Cu+CO；古代湿法炼铜：Fe+CuSO4==FeSO4+Cu

（2）电解法：活泼金属很难从其矿石中还原出来，需要用电解法。

如：电解熔融氧化铝制铝：2Al2O34Al+3O2↑，

电解熔融氯化钠制钠：2NaCl2Na+Cl2↑

（3）分解法：有些金属的氧化物受热容易分解，可以用简单加热的方法得到。

如：氧化汞制水银:2HgO2Hg+O2

强调：金属Fe的活动性不是很强，可选择加入其它易得氧的物质与Fe2O3反应，以夺氧的方式还原Fe2O3

引导：我们以前所学过和接触的物质中，哪些可以和“O”结合，形成新的物质？

答: Mg、H2、C、S、CO、P、Cu等物质可实现以上变化。

引导：从理论上讲,这些物质都可以实现所需转变,但从经济效益、环境保护、人体健康及安全角度出发，我们一般选择C或CO。现以CO为例，探讨铁的冶炼过程。

阅读：P124“观察与思考”中CO与Fe2O3的反应——工业炼铁的主要原理。

思考：

1. 实验中为什么要先通一段时间CO，再加热Fe2O3？

2. 澄清石灰水的作用是什么？实验中会出现什么现象？

3. 点燃从尖嘴管口排出气体的目的是什么？

4. 实验结束前应如何操作，才能保证得到较纯净的铁粉？

5. 如何验证实验中产生了铁？

6．该实验体现了CO的哪些化学性质。

右边处装置的作用：①验证CO还原氧化铁的产物是二氧化碳

②除去多余的CO，防止它污染空气。

板书：二、铁的冶炼

（一）实验室模拟

1.实验步骤：①检验装置的气密性；

②装入药品并固定；

③向玻璃管内通入一氧化碳气体；

④给氧化铁加热；

⑤停止加热；

⑥停止通一氧化碳。

⑦将黑色粉末倒在白纸上，看其能否被磁铁吸起。

（CO：早出晚归      酒精灯：迟到早退）

2．实验现象：红棕色粉末逐渐变成黑色，澄清的石灰水变浑浊，尾气燃烧并产生蓝色火焰。黑色粉末可以被磁铁吸引。

3CO + Fe2O3======2Fe + 3CO2

3．注意事项：

1）．反应前，先通入CO，再加热。目的是为了排尽装置内的空气，避免加热时CO与空气混合发生爆炸。

2）．反应后，先撤走酒精灯，等固体冷却后再停止通一氧化碳。目的是为了使固体产物冷却，防止铁在较高的温度下重新被氧化;同时还可以防止石灰水倒吸。

3）．尾气处理：由于一氧化碳有毒，故尾气要点燃或收集除去，防止污染空气

设问：如果将CO改为H2还要进行尾气处理吗？(不用，因为H2无毒)

（二）工业炼铁

1．炼铁的原料：铁矿石(提供铁元素)、焦炭(a、提供热源、维持炉温;b、制还原剂)、石灰石(制造炉渣)和空气(提供氧气)

2．炼铁的设备：高炉

3．炼铁的原理：在高温条件下，利用焦炭与氧气反应生成的还原剂一氧化碳从铁矿石中将铁还原出来。

主要反应：2C +O2======2CO   ( C+CO2===2CO   C+O2===CO2)

                 3CO + Fe2O3=== 2Fe + 3CO2

                 CaCO3 ===  CaO +CO2↑

                 CaO +SiO2==CaSiO3   （炉渣——可用于制水泥）

       尾气主要成分：CO和CO2   （需经处理后再排放）

引入：

三、有关杂质问题的计算

不纯物质的质量=  纯物质的质量÷物质的质量分数

学习三类计算题

1、  已知矿石求生铁（或铁）。P125《交流与讨论》2

练习：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？

2、  已知生铁求矿石

例：某炼铁厂每天生产纯度95%的生铁70 t，问该厂每天最少需用含杂质20%的赤铁矿(含Fe2O3)多少吨?

3、  求铁合金的含碳量，判断是生铁还是钢。

将10g钢铁样品置于氧气流中灼烧，得到了0.2g二氧化碳。问此样品的含碳量是多少？它是钢还是生铁？(0.54%  是钢)

课后练习：

1.下列两个成语与我们所学的化学知识有关。简述其中的化学原理。

百炼成钢（将反复烧红的生铁在空气中不断锤打，转化为钢。）                     

答：百炼成钢：锤打烧红的铁时，生铁中C与O2反应生成CO2，使含碳量降低。

2．炼铁选用的铁矿石不仅要选含铁量高的，还要选“有害元素”少的。今有铁矿石，磁铁矿石(主要成分是Fe3O4)，赤铁矿石(主要成分是Fe2O3)，褐铁矿石(主要成分是2Fe2O3·3H2O)，菱铁矿石(主要成分是FeCO3)，黄铁矿石(主要成分是FeS2)，你认为不适宜炼铁的矿石是：      ；理由：                            。

3．用CO还原铁的氧化物的实验中，硬质玻璃管质量是71.7 g，在通人CO前，铁的氧化物和玻璃管的总质量是86.2 g，当铁的氧化物与足量的CO充分反应且生成的CO2全部逸出玻璃管后，玻璃管和管内固体的总质量为82.2 g，通过计算推测该铁的氧化物的化学式。

4．将13g锌样品放入足量的硫酸中反应，放出的氢气是0.36g，则铁样品中含有的杂质可能( )                                                      

A．Mg            B．Al          C．Cu          D．Fe

5.如果血液中缺乏亚铁离子，就会造成缺铁性贫血，市场出售的某种麦片中含有微量的颗粒极小的还原铁粉，这些铁粉在人的胃液（胃酸的主要成分是盐酸）作用下转化成亚铁盐，这个转化的化学方程式是                        。

6．用CO还原铁的氧化物1mg，得到铁粉0.75mg,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