2019-2020年九年級(jí)化學(xué)上冊(cè) 5.2 金屬礦物 鐵的冶煉教學(xué)案 滬教版.doc

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2019-2020年九年級(jí)化學(xué)上冊(cè) 5.2 金屬礦物 鐵的冶煉教學(xué)案 滬教版 知識(shí)點(diǎn)1 金屬在自然界中的存在 (1)地殼中金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由大到小的順序?yàn)锳l、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(shí)點(diǎn)2 常見(jiàn)的金屬礦物 名稱 化學(xué)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) 2?12H2O 例1 (蘭州中考)現(xiàn)有①赤鐵礦(主要成分為Fe2O3)、②磁鐵礦(主要成分為Fe3O4)、③黃鐵礦(主要成分為FeS2)，請(qǐng)你從經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)的角度分析三種礦石中哪種最不適合用來(lái)煉鐵________(填寫代號(hào))，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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生污染空氣的二氧化硫。再?gòu)乃F元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多少來(lái)比較分析：磁鐵礦主要成分是Fe3O4，鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72.4％；黃鐵礦的主要成分是FeS2，鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.7％；赤鐵礦主要成分是Fe2O3，鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70％。鐵元素含量最低的是黃鐵礦，且在煉制過(guò)程中會(huì)生成SO2等有害氣體，因此最不適合用來(lái)煉鐵的是黃鐵礦。 答案：③ 黃鐵礦中鐵的含量最低，且煉鐵過(guò)程中會(huì)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(diǎn)：①含鐵量高；②不易產(chǎn)生污染。對(duì)于礦石中鐵元素含量的判斷，采用化學(xué)式變形法，即Fe3O4→，F(xiàn)e2O3→，F(xiàn)eS2。當(dāng)化學(xué)式中鐵原子個(gè)數(shù)相同時(shí)，其中所含氧原子數(shù)越少(其他原子可看作相當(dāng)?shù)难踉?，鐵元素含量越高。 知識(shí)點(diǎn)3 鐵的冶煉(重點(diǎn)難點(diǎn)) 教材第124頁(yè)觀察與思考 解答：見(jiàn)中考考點(diǎn)對(duì)接。 金屬的冶煉：使金屬礦物變成金屬的過(guò)程。讓我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究鐵冶煉的化學(xué)原理。 圖5–2–1 (1)實(shí)驗(yàn)裝置：如圖5–2–1所示。 (2)實(shí)驗(yàn)步驟 ①檢驗(yàn)裝置的氣密性； ②裝入藥品并固定； ③向玻璃管內(nèi)通入純凈的一氧化碳?xì)怏w； ④給氧化鐵加熱； ⑤停止加熱； ⑥停止通一氧化碳。 說(shuō)明 ①實(shí)驗(yàn)時(shí)先通一氧化碳?xì)怏w，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(shí)發(fā)生爆炸。 ②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。 ③尾氣要處理，因?yàn)橐谎趸加卸荆荒苤苯优欧诺娇諝庵?，一般可點(diǎn)燃后排放，也可以收集起來(lái)，集中處理。 規(guī)律總結(jié) 對(duì)于一氧化碳的通入、停止與開(kāi)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(shí)驗(yàn)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(lán)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(xué)方程式：①Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；②CO2+Ca(OH) 2====CaCO3↓+ H2O；③2CO+ O22CO2。 例2 (河南中考)在實(shí)驗(yàn)室里，可以利用圖5–2–2所示裝置制得鐵。 A B C 圖5–2–2 (1)A處玻璃管內(nèi)所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)__________________。 (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(kāi)A．B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(jìn)行尾氣處理，否則會(huì)污染空氣；若不繼續(xù)通CO，則A處玻璃管中壓強(qiáng)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(diǎn)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(huì)與血液中的血紅蛋白結(jié)合，使血紅蛋白失去運(yùn)輸氧氣的能力，導(dǎo)致人缺氧而中毒甚至死亡。 知識(shí)點(diǎn)4 工業(yè)煉鐵 (1)主要設(shè)備：高爐(如圖5–2–3所示)。 圖5–2–3 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?xì)怏w，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(xué)方程式為Fe2O3+3CO2Fe+3 CO2。 (4)產(chǎn)品：用高爐煉出來(lái)的鐵是生鐵。 例3 (安徽中考)某地根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源特點(diǎn)將石灰石的開(kāi)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(qǐng)寫出煉鐵過(guò)程中CO和Fe2O3反應(yīng)的化學(xué)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(lái)煅燒石灰石。請(qǐng)寫出煅燒石灰石的化學(xué)方程式：______________________________________________。 (3)此聯(lián)產(chǎn)方式的主要優(yōu)點(diǎn)是_______________________ (答出一點(diǎn)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(huì)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(diǎn)。 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(guò)程中，焦炭主要有兩種作用：①燃燒放出熱量，創(chuàng)造高溫環(huán)境；②與生成的二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生一氧化碳。 知識(shí)點(diǎn)5 鋼的冶煉 (1)鋼的冶煉 把生鐵放在煉鋼爐中進(jìn)一步冶煉，過(guò)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0.03％～2％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(lái) 在高溫條件下，用氧氣或鐵的氧化物把生鐵中所含的過(guò)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(guó)早在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就開(kāi)始生產(chǎn)和使用鐵器，公元1世紀(jì)時(shí)，鐵在我國(guó)已經(jīng)廣泛使用。新中國(guó)成立以后，我國(guó)的鋼鐵工業(yè)得到了飛速的發(fā)展，我國(guó)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(yǔ)“百煉成鋼”和“千錘百煉”的來(lái)歷。請(qǐng)你寫出上述最關(guān)鍵一步反應(yīng)的化學(xué)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(shí)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?xì)怏w，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?yàn)楦邷貤l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(diǎn)燃”。 知識(shí)點(diǎn)6 金屬的其他冶煉方法 (1)濕法冶金 我國(guó)古代曾記載“曾青得鐵則化為銅”，“曾青”是指硫酸銅溶液，該過(guò)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 ①氧化：物質(zhì)與氧結(jié)合生成氧化物的過(guò)程，稱為氧化，物質(zhì)發(fā)生的是氧化反應(yīng)。 ②還原：含氧化合物中的氧被奪去的過(guò)程，稱為還原，含氧化合物發(fā)生的是還原反應(yīng)。 如： ③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。 ④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(dòng)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①②中各寫一個(gè)化學(xué)方程式，③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(jiàn)的氧化還原反應(yīng)，③中反應(yīng)為“鋁熱反應(yīng)”，是利用一種金屬來(lái)還原金屬氧化物得到另一種金屬，常用來(lái)焊接鋼軌。 答案：①2HgO2Hg+ O2↑ ②C+2CuO2Cu + CO2↑ ③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(shí)發(fā)生的，不是彼此孤立的。 知識(shí)點(diǎn)7 含雜質(zhì)物質(zhì)的化學(xué)方程式計(jì)算(重點(diǎn)難點(diǎn)) 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，所用的原料或產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì)，在計(jì)算用料和產(chǎn)量時(shí)，應(yīng)考慮到雜質(zhì)問(wèn)題。 (1)化學(xué)方程式所表達(dá)的都是純凈物發(fā)生化學(xué)變化時(shí)的相互關(guān)系，各化學(xué)式所對(duì)應(yīng)的化學(xué)量，反映的是純凈物之間的質(zhì)量關(guān)系。 (2)在現(xiàn)實(shí)生活中絕對(duì)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(dāng)參加反應(yīng)的物質(zhì)含雜質(zhì)時(shí)，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(jìn)行計(jì)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(yè)交流與討論 解答：1．開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先通一段時(shí)間CO再點(diǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，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(jìn)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(jìn)硬質(zhì)玻璃管。 2．方法一：設(shè)490萬(wàn)噸含氧化鐵60％的赤鐵礦石能煉出鐵的質(zhì)量為x。 490萬(wàn)噸60%=294萬(wàn)噸 Fe2O3+3CO2Fe+3 CO2 160 112 294萬(wàn)噸 x 解得x=205.8萬(wàn)噸 答：所得到的生鐵中最多含鐵205.8萬(wàn)噸。 方法二：490萬(wàn)噸60％=294萬(wàn)噸 礦石中含鐵元素的質(zhì)量： 294萬(wàn)噸100%=294萬(wàn)噸100%=205.8萬(wàn)噸 答：所得到的生鐵中最多含鐵205.8萬(wàn)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(biāo)準(zhǔn)狀況下，這些一氧化碳的體積是多少?(標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一氧化碳的密度為1.25 kgm－3) 解析：先根據(jù)生鐵中鐵的質(zhì)量：10 t(1－2％)=9.8 t，計(jì)算CO的質(zhì)量，再根據(jù)公式V= 計(jì)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(1－2％)=9.8 t Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 84 112 9.8t x=7.35t V(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(cuò)的點(diǎn)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(1－2％)=9.8 t，代入化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算。