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课时2 金属矿物 铁的冶炼
主题情境·高铁建设中金属材料的获取
主题情境
高铁建设中金属材料的获取
金属材料的原料来源
钢轨材料的获取
高铁车体和电传输系统材料的获取
情境线
问题线
如何获取金属材料的原料？自然界中金属资源是以什么形式存在的？如何挑选用于冶炼金属的矿石？
如何获取钢轨材料？工业炼铁的步骤是什么样的？怎么根据实际需求计算矿石的投入量？
知识线
金属在自然界的存在形式
如何获取高铁车体和电传输系统材料？
铁的冶炼方法；能根据化学方程式对含有杂质的反应物或生成物进行有关计算
了解铜和铝的冶炼方法
1. 知道大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在的
2. 了解铁的冶炼方法，体会通过化学反应实现物质转化的意义和价值
3. 能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，关注产品需求和成本核算
学习目标
重点
难点
钢轨主要材料是钢
通过各位高铁设计师的研究讨论，我们已经确定了高铁建设中需要用到的金属材料。
电传输线路主要是铜合金
车体主要是铝合金
新课引入
这些数据你知道吗？
铁
铁路主要重轨
50kg/m
铝
一个高铁车厢使用铝合金
10t
铜
高速列车每公里轨道
10t
有何感想？
s
高铁建设中需要大量的金属
自然界存在丰富的金属元素。如铝、铁、钙等，这三种金属元素在地壳中总含量达到 15%以上。金属在自然界中是怎样存在的？
金属材料的原料来源
任 务 1
极少数不活泼的金属（如银、铂、金等）
单 质
银 Ag
铂 Pt
金 Au
金属资源存在的形式
大多数都以化合物的形式存在
金属化合物在自然界中以矿物的形式存在
化合物
赤铁矿
(主要成分是Fe2O3)
磁铁矿
(主要成分是Fe3O4)
金红石
(主要成分是TiO2)
铝土矿
(主要成分是Al2O3)
软锰矿
(主要成分是MnO2)
赤铜矿
(主要成分是Cu2O)
金属资源存在的形式
高铁的建设离不开钢铁行业的支持，假如你是钢铁厂的厂长，现要完成一批钢材的生产任务，你要考虑哪些因素？
钢轨材料的获取
任 务 2
自然界中大多数铁都以化合物的形式存在，那么我们选择哪种化合物（矿石）来获取铁呢？
应选择含铁量高、产物环保的矿石。
菱铁矿
赤铁矿
磁铁矿
FeCO3
黄铁矿
主要成分
Fe2O3
FeS2
Fe3O4
48.3%
70%
72.4%
46.7%
含铁量
常用赤铁矿和磁铁矿。
炼铁会产生二氧化硫污染物
Fe2O3
化合物
单质
Fe
还原剂
失去氧元素
常见的还原剂：H2、C、CO
小贴士：
如何要使Fe2O3转变为Fe呢？
观看视频，思考以下问题：
①工业炼铁用了哪些原料
②焦炭起到什么作用
揭秘工业炼铁
原料：
铁矿石、焦炭、空气、石灰石
C + O2 ====== CO2
C + CO2 ====== 2CO
Fe2O3 + 3CO ====== 2Fe + 3CO2
高温
高温
高温
主要反应：
提供还原剂(CO)，
提供能量(高温)
将铁矿石中的杂质转化为炉渣
工业炼铁
资料卡片
高炉炼铁中的核心反应是一氧化碳还原氧化铁，最终获得的铁中还含有碳(含碳量为2%~ 4.3%)，所以称为生铁。但高铁建设需要的材料是“钢材”。
生铁和钢是含碳量不同的两种铁合金，生铁是怎样炼成钢的
钢的含碳量为0.03%~2%
资料卡片
资料1：转炉炼钢是将氧气直接吹入红热的铁水中，气体产物主要是一氧化碳(转炉煤气)。生铁中含碳量降低，降到一定标准就成了钢，多次冶炼精度会更高，得到不同标准的钢。
资料2：古代人把高温下烧红的生铁反复捶打“百炼成钢”。
两种炼钢方法都是“降碳”。
两种方法中碳元素发生的主要化学反应是否相同
生铁中的碳与空气中的氧气反应，
生成二氧化碳
生铁中的碳转化为一氧化碳
不相同
总结：获取高铁轨道材料
减碳
工业处理，
加入其他元素
矿石
生铁
工业炼铁
钢
高锰钢和钒钢
某炼铁厂现要炼出含铁96％的生铁583 t，计算需要氧化铁80％的赤铁矿石多少t？
如果你是炼铁厂厂长，如何根据生产实际需求估算投入的矿石量？
解：含铁96％的生铁583 t，则含铁的质量为583 t×96%≈560 t
设：需要氧化铁80％的赤铁矿石的质量为x。
答：需要氧化铁80％的赤铁矿石约1 000 t。
160 112
x×80% 560 t
x =1 000 t
Fe2O3 + 3CO ===== 2Fe + 3CO2
高温
x×80% 160
560 t 112
=
带入化学方程式的数值一定是纯净物的质量
某炼铁厂现要炼出含铁96％的生铁583 t，计算需要氧化铁80％的赤铁矿
石多少t？
杂质问题的计算
(2)纯净物的质量 = 含杂质的混合物的质量×纯度
(3)含杂质的混合物的质量 = 纯净物的质量÷纯度
(1)纯度 =
铝的冶炼
2Al2O3 ===== 4Al + 3O2↑
通电
如何获取高铁车体和电传输线路材料呢？
任 务 3
高铁车体和电传输系统材料的获取
铝合金和铜合金
铜的冶炼
湿法炼铜
Fe + CuSO4 ===== FeSO4 + Cu
火法炼铜
(主要方式)
Cu2S＋O2 2Cu＋SO2
制取铝、铜后，再添加元素即可得到铜合金、铝合金。
课堂小结
金属矿物
铁的冶炼
存在
形式
金属
冶炼
极少数 单质(金、银等)
大部分 化合物
杂质问题的计算
铁矿石
铝矿石
铜矿石
生铁
钢
钢轨
铜
铜合金
铝
铝合金
车体
电传输
通电电解
工业炼铁
带入是纯净物的质量
火法炼铜为主
C + O2 ====== CO2
C + CO2 ====== 2CO
高温
高温
Fe2O3 + 3CO ====== 2Fe + 3CO2
高温
提供还原剂(CO)，碳与二氧化碳反应放热，提供能量(高温)
工业炼铁
1. 下列铁矿石中不宜用来炼铁的是(　　)
A. 赤铁矿 B. 黄铁矿 C. 菱铁矿 D. 磁铁矿
B
2. 下列有关金属资源的说法正确的是(　　)
A. 金属元素在自然界中都以单质的形式存在
B. 自然界中的金属矿物取之不尽，用之不竭
C. 自然界中金属矿石的颜色相似
D. 用金属矿物冶炼金属的过程中发生了化学变化
D
随堂练习
3. “化”说中国炼“金”术。
(1)战国《韩非子·内储说上》提到，早期采金技术均是“沙里淘金”。黄金能以单质形式存在于自然界的原因是____________________。
(2)西汉时期有一种炼钢方法叫“炒铁”，就是将含碳量过高的生铁在高温下加热至半流体状，然后加入铁矿石粉不断“翻炒”，该过程的目的是___
__________________________。
(3)铝土矿的主要成分是Al2O3，现代工业通过电解熔融氧化铝的方法制取铝，同时反应会生成氧气，该反应的化学方程式为
_____________________。
金的化学性质很稳定
低含碳量，使生铁转化为钢
降
中华优秀传统文化
2Al2O3 ===== 4Al + 3O2↑
通电
(1)高炉炼铁过程中焦炭的主要作用是__________、_________。
(2)步骤③反应的化学方程式为_______________________________。
4. 某钢铁厂高炉炼铁的主要原料是焦炭、赤铁矿石(主要含Fe2O3)、石灰石、空气等，主要反应过程如下：
提高炉温
产生CO
3CO＋Fe2O3 2Fe＋3CO2
(3)下列关于高炉炼铁的叙述错误的是
____(填字母)。
A. 为了加快反应速率，高炉炼铁前先将
铁矿石粉碎
B. 高炉尾气对环境无影响，可直接排放
C. 炉渣出口高于产物出口的原因是生铁密度大于炉渣密度
B

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