2019-2020年九年級化學上冊 5.2 金屬礦物 鐵的冶煉教學案 滬教版.doc

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2019-2020年九年級化學上冊 5.2 金屬礦物 鐵的冶煉教學案 滬教版知識點1 金屬在自然界中的存在(1)地殼中金屬元素的質(zhì)量分數(shù)由大到小的順序為Al、Fe、Ca、Na、K、Mg(2)金屬元素在自然界中分布很廣，除極少數(shù)不活潑的金屬(如鉑、金、銀等)以單質(zhì)形式存在外，其余大多數(shù)以化合物形式存在。知識點2 常見的金屬礦物名稱化學式鐵的礦物赤鐵礦Fe2O3磁鐵礦Fe3O4菱鐵礦FeCO3黃鐵礦FeS2銅的礦物黃銅礦CuFeS4孔雀石Cu2(OH) 2CO3斑銅礦Cu3FeS4赤銅礦Cu2O鋁的礦物鋁土礦Al2O3明礬石KAl(SO4) 212H2O 例1 (蘭州中考)現(xiàn)有赤鐵礦(主要成分為Fe2O3)、磁鐵礦(主要成分為Fe3O4)、黃鐵礦(主要成分為FeS2)，請你從經(jīng)濟效益和環(huán)境保護的角度分析三種礦石中哪種最不適合用來煉鐵_(填寫代號)，理由是_ _。解析：先從物質(zhì)組成上比較分析：黃鐵礦中含硫元素，煉鐵過程中會產(chǎn)生污染空氣的二氧化硫。再從所含鐵元素的質(zhì)量分數(shù)多少來比較分析：磁鐵礦主要成分是Fe3O4，鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為72.4；黃鐵礦的主要成分是FeS2，鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為46.7；赤鐵礦主要成分是Fe2O3，鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為70。鐵元素含量最低的是黃鐵礦，且在煉制過程中會生成SO2等有害氣體，因此最不適合用來煉鐵的是黃鐵礦。答案： 黃鐵礦中鐵的含量最低，且煉鐵過程中會生成SO2等有害氣體，污染環(huán)境方法技巧優(yōu)質(zhì)鐵礦石必須具備兩點：含鐵量高；不易產(chǎn)生污染。對于礦石中鐵元素含量的判斷，采用化學式變形法，即Fe3O4，F(xiàn)e2O3，F(xiàn)eS2。當化學式中鐵原子個數(shù)相同時，其中所含氧原子數(shù)越少(其他原子可看作相當?shù)难踉?，鐵元素含量越高。知識點3 鐵的冶煉(重點難點)教材第124頁觀察與思考解答：見中考考點對接。金屬的冶煉：使金屬礦物變成金屬的過程。讓我們通過實驗來研究鐵冶煉的化學原理。圖521(1)實驗裝置：如圖521所示。(2)實驗步驟 檢驗裝置的氣密性； 裝入藥品并固定；向玻璃管內(nèi)通入純凈的一氧化碳氣體；給氧化鐵加熱；停止加熱；停止通一氧化碳。說明實驗時先通一氧化碳氣體，目的是排出裝置內(nèi)的空氣，防止一氧化碳中混有空氣，在加熱時發(fā)生爆炸。如果先停止通一氧化碳，熾熱的鐵遇到空氣，又被空氣中的氧氣氧化。尾氣要處理，因為一氧化碳有毒，不能直接排放到空氣中，一般可點燃后排放，也可以收集起來，集中處理。規(guī)律總結(jié)對于一氧化碳的通入、停止與開始加熱、停止加熱的先后順序可巧記憶：一氧化碳早出晚歸，酒精燈遲到早退。(3)實驗現(xiàn)象：紅棕色粉末逐漸變成黑色，澄清石灰水變渾濁，尾氣燃燒產(chǎn)生藍色火焰。注意鐵變成粉末狀，其顏色是黑色而不是銀白色。(4)有關(guān)化學方程式：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；CO2+Ca(OH) 2=CaCO3+ H2O；2CO+ O22CO2。例2 (河南中考)在實驗室里，可以利用圖522所示裝置制得鐵。A B C圖522(1)A處玻璃管內(nèi)所發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為_。(2)B處可觀察到的現(xiàn)象是_；C處酒精燈的作用是_。(3)待四氧化三鐵完全反應(yīng)后，停止加熱A處，在斷開AB之前應(yīng)繼續(xù)通入一氧化碳至A處玻璃管冷卻。若不繼續(xù)通入一氧化碳，可能出現(xiàn)的后果是_。解析：CO2能使澄清石灰水變渾濁；尾氣中含有CO，必須進行尾氣處理，否則會污染空氣；若不繼續(xù)通CO，則A處玻璃管中壓強變小，石灰水倒流到玻璃管中，炸裂玻璃管且使還原出的鐵再次被氧化。 答案：(1) Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 (2)澄清石灰水變渾濁點燃多余的一氧化碳，避免污染空氣 (3)石灰水回流至A處玻璃管中，導(dǎo)致玻璃管炸裂，且使還原出的鐵再次被氧化警示CO有劇毒，會與血液中的血紅蛋白結(jié)合，使血紅蛋白失去運輸氧氣的能力，導(dǎo)致人缺氧而中毒甚至死亡。知識點4 工業(yè)煉鐵(1)主要設(shè)備：高爐(如圖523所示)。圖523 煉鐵高爐結(jié)構(gòu)示意圖(2)原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣。(3)方法及原理：將鐵礦石(主要是赤鐵礦)、焦炭和石灰石按一定的比例加入高爐中，從爐下部通熱空氣，焦炭燃燒，生成的二氧化碳與焦炭在高溫下反應(yīng)生成一氧化碳氣體，一氧化碳跟氧化鐵在高溫下反應(yīng)生成鐵。石灰石的作用是使鐵礦石中的脈石(如二氧化硅)轉(zhuǎn)變成爐渣而除去。主要反應(yīng)原理的化學方程式為Fe2O3+3CO2Fe+3 CO2。(4)產(chǎn)品：用高爐煉出來的鐵是生鐵。例3 (安徽中考)某地根據(jù)當?shù)刭Y源特點將石灰石的開采、加工和高爐煉鐵建在一起形成聯(lián)產(chǎn)。(1)煉鐵的固體原料有鐵礦石、焦炭和_。請寫出煉鐵過程中CO和Fe2O3反應(yīng)的化學方程式：_。(2)高爐煉鐵排放的廢氣中含有大量的高溫氣體一氧化碳，可作為能源用來煅燒石灰石。請寫出煅燒石灰石的化學方程式：_。(3)此聯(lián)產(chǎn)方式的主要優(yōu)點是_ (答出一點即可)。解析：高爐煉鐵用石灰石作為助熔劑，除去鐵礦石中的二氧化硅；一氧化碳有毒，排放到空氣中會污染空氣，一氧化碳有可燃性，可作燃料二次使用，這是聯(lián)產(chǎn)方式的主要優(yōu)點。答案：(1)石灰石 3CO+ Fe2O32Fe+3CO2 (2) CaCO3CaO+ CO2 (3)降低成本(或變廢為寶、減少環(huán)境污染、節(jié)約能源、合理利用資源等，其他合理答案均可)提示工業(yè)煉鐵過程中，焦炭主要有兩種作用：燃燒放出熱量，創(chuàng)造高溫環(huán)境；與生成的二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生一氧化碳。知識點5 鋼的冶煉(1)鋼的冶煉把生鐵放在煉鋼爐中進一步冶煉，過多的碳、硅以及硫和磷經(jīng)反應(yīng)后形成爐渣或氣體被除去，使含碳量降低到0.032之間，便可以得到鋼。(2)煉鐵和煉鋼的比較煉鐵煉鋼原料鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣生鐵、廢鋼原理在高溫條件下，用一氧化碳將鐵從礦石中還原出來在高溫條件下，用氧氣或鐵的氧化物把生鐵中所含的過量的碳和其他雜質(zhì)氧化成氣體或爐渣而除去主要設(shè)備高爐平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐產(chǎn)品生鐵鋼(3)煉鋼煉鐵的原理注意 煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣，產(chǎn)物是生鐵，發(fā)生的主要是還原反應(yīng)；煉鋼的主要原料是生鐵、氧氣，產(chǎn)物是鋼，發(fā)生的主要是氧化反應(yīng)。生鐵和鋼都是鐵的合金，它們的含碳量不同，生鐵含雜質(zhì)較多，鋼含雜質(zhì)較少。我國早在春秋戰(zhàn)國時期就開始生產(chǎn)和使用鐵器，公元1世紀時，鐵在我國已經(jīng)廣泛使用。新中國成立以后，我國的鋼鐵工業(yè)得到了飛速的發(fā)展，我國的鋼產(chǎn)量從xx年起，連續(xù)多年保持世界第一。例4 煉鋼的主要原料是生鐵，在古代，人們把燒紅的生鐵放在鐵砧上反復(fù)錘打，最終使生鐵轉(zhuǎn)化為鋼，這也是成語“百煉成鋼”和“千錘百煉”的來歷。請你寫出上述最關(guān)鍵一步反應(yīng)的化學方程式：_。解析：鋼中的含碳量低于生鐵中的含碳量。將燒紅的生鐵反復(fù)錘打的原理實質(zhì)是使其中所含的碳不斷與空氣中的氧氣反應(yīng)生成二氧化碳氣體，從而使生鐵的含碳量降低而變成鋼。 答案：C+O2CO2提示該反應(yīng)的條件不應(yīng)寫“高溫”，因為高溫條件下發(fā)生的反應(yīng)應(yīng)是吸熱反應(yīng)，而碳和氧氣的反應(yīng)是放熱的，故條件應(yīng)為“點燃”。知識點6 金屬的其他冶煉方法(1)濕法冶金我國古代曾記載“曾青得鐵則化為銅”，“曾青”是指硫酸銅溶液，該過程發(fā)生的是置換反應(yīng)：Fe+CuSO4=Cu+FeSO4。這種方法是現(xiàn)代濕法冶金的先驅(qū)。(2)電解法如鈉、鉀、鎂、鋁等活潑金屬一般用電解法制得。如：2Al2O34Al+3O2、MgCl2Mg+Cl2等。(3)氧化還原法氧化：物質(zhì)與氧結(jié)合生成氧化物的過程，稱為氧化，物質(zhì)發(fā)生的是氧化反應(yīng)。還原：含氧化合物中的氧被奪去的過程，稱為還原，含氧化合物發(fā)生的是還原反應(yīng)。如：氧化劑和還原劑：氧化劑和還原劑只能出現(xiàn)在反應(yīng)物中。能夠奪得氧的物質(zhì)是還原劑，能夠提供氧的物質(zhì)是氧化劑。如上述反應(yīng)中CO為還原劑，F(xiàn)e2O3為氧化劑。氧化劑具有氧化性，發(fā)生還原反應(yīng)；還原劑具有還原性，發(fā)生氧化反應(yīng)。例5 查閱資料：金屬在活動性順序里的位置越靠后，其化合物越不穩(wěn)定，所以它的氧化物越容易被還原。在下列中各寫一個化學方程式，中寫出還原金屬氧化物的方法。解析：HgO的分解和C與CuO反應(yīng)是常見的氧化還原反應(yīng)，中反應(yīng)為“鋁熱反應(yīng)”，是利用一種金屬來還原金屬氧化物得到另一種金屬，常用來焊接鋼軌。答案：2HgO2Hg+ O2 C+2CuO2Cu + CO2 用一種金屬還原金屬氧化物(合理答案均可)提示物質(zhì)得氧是還原劑，發(fā)生氧化反應(yīng)；物質(zhì)失氧是氧化劑，發(fā)生還原反應(yīng)；氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)是同時發(fā)生的，不是彼此孤立的。知識點7 含雜質(zhì)物質(zhì)的化學方程式計算(重點難點) 在實際生產(chǎn)過程中，所用的原料或產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì)，在計算用料和產(chǎn)量時，應(yīng)考慮到雜質(zhì)問題。(1)化學方程式所表達的都是純凈物發(fā)生化學變化時的相互關(guān)系，各化學式所對應(yīng)的化學量，反映的是純凈物之間的質(zhì)量關(guān)系。(2)在現(xiàn)實生活中絕對純凈或理想純凈的物質(zhì)是不存在的，物質(zhì)中或多或少都含有雜質(zhì)。當參加反應(yīng)的物質(zhì)含雜質(zhì)時，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，再進行計算。純度=100%純物質(zhì)的質(zhì)量=不純物質(zhì)的質(zhì)量純度雜質(zhì)質(zhì)量=不純物質(zhì)的質(zhì)量(1純度)教材第125頁交流與討論解答：1開始實驗時，應(yīng)先通一段時間CO再點燃酒精噴燈加熱，目的是排凈裝置內(nèi)的空氣，防止加熱一氧化碳與空氣的混合氣體發(fā)生爆炸；實驗結(jié)束時，先停止加熱，待玻璃管內(nèi)物質(zhì)冷卻后再停止通CO，防止空氣進入后熱的鐵粉重新被氧化，也可以防止試管中的石灰水倒流進硬質(zhì)玻璃管。2方法一：設(shè)490萬噸含氧化鐵60的赤鐵礦石能煉出鐵的質(zhì)量為x。490萬噸60%=294萬噸Fe2O3+3CO2Fe+3 CO2160 112294萬噸 x 解得x=205.8萬噸答：所得到的生鐵中最多含鐵205.8萬噸。方法二：490萬噸60=294萬噸礦石中含鐵元素的質(zhì)量：294萬噸100%=294萬噸100%=205.8萬噸答：所得到的生鐵中最多含鐵205.8萬噸。例6 某煉鐵廠用含F(xiàn)e2O3的鐵礦石冶煉10 t含雜質(zhì)2的生鐵，至少需要一氧化碳的質(zhì)量是多少?標準狀況下，這些一氧化碳的體積是多少?(標準狀況下，一氧化碳的密度為1.25 kgm3)解析：先根據(jù)生鐵中鐵的質(zhì)量：10 t(12)=9.8 t，計算CO的質(zhì)量，再根據(jù)公式V= 計算出所需CO的體積。答案：解：設(shè)需要一氧化碳的質(zhì)量為x。生鐵中鐵的質(zhì)量：10 t(12)=9.8 tFe2O3+3CO2Fe+3CO2 84 112 9.8t x=7.35tV(CO)=5 880m3答：至少需要7.35 t一氧化碳，其體積為5 880 m3。警示本題易出錯的點是：10t含雜質(zhì)2的生鐵，要注意10t是生鐵的質(zhì)量，并不是純鐵的質(zhì)量，純鐵的質(zhì)量應(yīng)為10t(12)=9.8 t，代入化學方程式進行計算。