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第一节 常见的金属材料
课时2 金属矿物及其冶炼
学习目标
1.了解金属在自然界的存在以及常见的铁矿石、铝矿石。
2.通过对炼铁矿石选择、化学反应、实验装置的分析，理解还原法炼铁原理并了解还原反应和还原剂。
3.通过用铁矿石炼铁的有关实际计算了解有关不纯物质的计算方法。
4.通过金属冶炼的方法与原理的学习，进一步认识到化学是认识物质、改造物质、应用物质的一门科学。
情景导入
在日常生活中我们经常用到用铁制成的工具，如剪刀、钉子、铁轨、铁丝等，大家知道铁是怎么来的吗？铁是自然界中直接存在的吗？
一、金属在自然界的存在
游离态（单质）：
学习探究
化合态（化合物）：
Ag、 Pt、 Au等。
Fe、 Cu、 Na等绝大多数金属。
金
银
1.地壳中含量最高的金属——铝（化合物形式存在）
钾长石
明矾石
铝土矿Al2O3
2.常见的铁矿石
菱铁矿
黄铁矿
赤铁矿
磁铁矿（主要成分Fe3O4）
赤铁矿（主要成分Fe2O3）
菱铁矿（主要成分FeCO3）
常见的
铁矿石
黄铁矿（主要成分FeS2)
磁铁矿
1.如何选择炼铁的原料矿石
黄铁矿
主要成分 FeS2
菱铁矿
主要成分FeCO3
磁铁矿
主要成分 Fe3O4
主要成分 Fe2O3
赤铁矿
70%
72%
48%
46%
主要成分中的含铁量
二、一氧化碳还原氧化铁
2.原理
（1）实验操作
①检查装置的气密性。
②装药品。
③先通一氧化碳，再点燃酒精喷灯。
目的：
④先停止加热，再通一会一氧化碳，直至玻璃管冷却。
目的：
Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2
高温
排出玻璃管中的空气，防止发生爆炸。
防止生成的铁被氧化。
（2）现象
玻璃管内红色的粉末逐渐变黑，同时产生使石灰水变浑浊的气体。
巧记：一氧化碳早来晚走，酒精喷灯迟到早退。
问题讨论
（1）如何判断反应中生成了什么物质？
将产生的气体通入到澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊，则生成二氧化碳：CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O ；红色粉末变黑色，用磁铁检验，证明黑色粉末为铁。
问题讨论
（2）装置中右边的气球起什么作用？
收集尾气，防止污染空气。
（3）石灰水的作用有哪些？
澄清石灰水用来检验生成物二氧化碳，并吸收二氧化碳便于处理尾气。
实验改进
可将上述装置除尾气的部分，改成用气球或方便袋收集，这样收集得到的未燃一氧化碳气体可重复利用。
把尾气烧掉，防
止污染空气。
B
例1 某化学兴趣小组用以下装置探究炼铁原理，关于该装置和反应过程描述错误的是（ ）
A. 盛装药品前应先检查装置气密性
B. 加热前要先通CO，加热后B中出现浑浊
C. 已知方框中连接的是C和D，导管口的连接顺序为a→b→c→d
D. 这种方法“炼”出的铁与工业上炼出的生铁在组成上最大的区别是不含碳
C
工业炼铁
（1）原料：铁矿石、焦炭、石灰石。
（2）原理：
Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2
高温
（3）设备：炼铁高炉。
炼铁高炉示意图
（4）发生的化学反应
炼铁高炉示意图
ＣaCO3 ==== CaO + CO2↑
高温
3CO + Fe2O3 ==== 2Fe + 3CO2
高温
C + CO2 ==== 2CO
高温
C + O２ ==== CO2
点燃
（供热、CO2）
（制还原剂）
观察上述反应， Fe2O3、CuO 在反应后变成了什么物质？发生了怎样的变化？这些反应的共同点是什么？
H2+ CuO ==== 2Cu + H2O
高温
Fe2O3+ 3CO ==== 2Fe + 3CO2
Δ
C+ 2CuO ==== 2Cu + CO2↑
Δ
3.还原反应
还原剂：夺取氧的物质叫还原剂。
H2+ CuO ==== 2Cu + H2O
高温
3CO +Fe2O3 ==== 2Fe + 3CO2
Δ
C+ 2CuO ==== 2Cu + CO2↑
Δ
还原反应：含氧化合物中的氧被夺去的反应属于还原反应。
4.冶炼金属的常用方法
（1）活泼金属（如K、Ca、Na、Mg、Al）
电解法: 2Al2O3 ==== 4Al+3O2↑
（2）一般金属（如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu）
热还原法: Fe2O3+3CO ==== 2Fe+3CO
（3）较稳定金属（如Hg、Ag）
直接加热法: 2HgO ==== 2Hg+O2 ↑
（4）稳定金属（如Pt、Au）: 直接以单质形式存在。
通电
高温
加热
B
例2 某化学兴趣小组用以下装置探究炼铁原理，关于该装置和反应过程描述错误的是（ ）
A. 盛装药品前应先检查装置气密性
B. 加热前要先通CO，加热后B中出现浑浊
C. 已知方框中连接的是C和D，导管口的连接顺序为a→b→c→d
D. 这种方法“炼”出的铁与工业上炼出的生铁在组成上最大的区别是不含碳
C
三、含杂质的化学方程式计算
注意：代入化学方程式计算的物质的质量应是纯净物的质量。
例题：用1 000 t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少吨？
解：设生铁的质量为x。
160 2×56
1 000 t×80％ x·96%
x =
2×56×1 000 t×80％
160×96%
= 583.3 t
答：生铁的质量为583.3 t 。
Fe2O3+3CO === 2Fe+3CO2
高温
课堂小结
铁的冶炼
原理
工业炼铁
含杂质物质的计算
CO还原Fe2O3
原料
原理
设备
随 堂 测试
2.炼铁的原理是利用一氧化碳与氧化铁反应，某同学利用该原理设计一个实验，实验装置如图：
1. 工业生产中，不仅要考虑生产效率和经济效益的高低，还要考虑对环境污染的程度。在铁矿石的成本价格和杂质含量都相同的条件下，选择下列哪种矿石用来冶炼生铁比较好( )
A. 赤铁矿(主要成分Fe2O3) B. 黄铁矿(主要成分FeS2)
C. 菱铁矿(主要成分FeCO3) D. 磁铁矿(主要成分Fe3O4)
D
（1）给玻璃管加热的仪器叫酒精喷灯，要用其______（填“外焰”、“内焰”或“焰心”）进行加热。
（2）实验中玻璃管里氧化铁粉末的颜色变化是____________________，观察到澄清石灰水的现象是_____________________。
（3）实验前“通入CO”与“开始加热”的顺序是__________________________；实验后“停止通入CO ”与“停止加热”的顺序是__________________________
___________。
（4）实验要在装置末端a处燃着一只酒精灯，其作用是_____________________ 。
外焰
先“通入CO”后“开始加热”
通入CO”
红色粉末变为黑色
澄清石灰水变浑浊
尾气处理
先“停止加热”后“停止

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