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(共45张PPT)
6.3金属矿物与金属冶炼
第六单元 金属和金属材料
科粤版2024版化学九年级下册
授课教师：********
班 级：********
时 间：********
导入新课（5 分钟）
【展示】多媒体展示各种金属制品，如汽车、桥梁、电线等。提问：同学们，这些金属制品在我们生活中随处可见，那你们知道这些金属最初是从哪里来的吗？引导学生思考金属的来源与金属矿物的关系，从而引出本节课的主题 —— 金属矿物与金属冶炼。
（二）新课讲授（30 分钟）
金属矿物
【展示】展示常见金属矿物的图片，如赤铁矿（主要成分 Fe O ）、磁铁矿（主要成分 Fe O ）、铝土矿（主要成分 Al O ）、黄铜矿（主要成分 CuFeS ）、辉铜矿（主要成分 Cu S）等。
【讲解】介绍这些金属矿物的主要成分及分布情况，让学生了解金属在自然界中的存在形式。大多数金属以化合物的形式存在于矿石中，只有少数不活泼金属如金、银等以单质形式存在。
铁的冶炼
【引入】铁是目前世界上使用最广泛的金属，那我们是如何从铁矿石中得到铁的呢？
【实验探究】一氧化碳还原氧化铁实验（播放实验视频）
实验装置：展示实验装置图，介绍各部分仪器的名称和作用，包括硬质玻璃管、酒精灯、铁架台、导管、澄清石灰水等。
实验步骤：
检查装置的气密性。
装入药品并固定装置。
先通入一氧化碳，排尽装置内的空气（防止一氧化碳与空气混合加热时发生爆炸）。
点燃酒精灯，给氧化铁加热。
观察现象，当红棕色粉末逐渐变黑，澄清石灰水变浑浊时，说明反应发生。
停止加热，继续通入一氧化碳，直到玻璃管冷却（防止生成的铁被空气中的氧气重新氧化）。
实验现象：硬质玻璃管中的红棕色粉末逐渐变为黑色，澄清石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。
实验原理：讲解一氧化碳还原氧化铁的化学方程式：\(3CO + Fe O \stackrel{高温}{=\!=\!=} 2Fe + 3CO \)，说明在该反应中，一氧化碳夺取了氧化铁中的氧，将铁还原出来，一氧化碳是还原剂。
【工业炼铁】介绍工业炼铁的设备（高炉）、原料（铁矿石、焦炭、石灰石）及生产过程。
焦炭的作用：一是提供热量，\(C + O \stackrel{点燃}{=\!=\!=} CO \)；二是生成还原剂一氧化碳，\(CO + C \stackrel{高温}{=\!=\!=} 2CO\)。
石灰石的作用：将矿石中的二氧化硅等杂质转化为炉渣除去。
有关含杂质物质的化学方程式计算
【例题讲解】例：用 1000t 含氧化铁 80% 的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁 96% 的生铁的质量是多少？
分析：首先要明确参加反应的是纯净的氧化铁，根据赤铁矿石的质量和氧化铁的质量分数可计算出氧化铁的质量。然后根据化学方程式计算出铁的质量，最后根据生铁中铁的质量分数计算出生铁的质量。
解：1000t 赤铁矿石中含氧化铁的质量为\(1000t×80\% = 800t\)
设理论上可以炼出铁的质量为 x
\(3CO + Fe O \stackrel{高温}{=\!=\!=} 2Fe + 3CO \)
160 112
800t x
\(\frac{160}{112} = \frac{800t}{x}\)
\(x = \frac{112×800t}{160} = 560t\)
含铁 96% 的生铁的质量为\(\frac{560t}{96\%} \approx 583.3t\)
答：理论上可以炼出含铁 96% 的生铁的质量约是 583.3t。
【总结方法】在进行含杂质物质的化学方程式计算时，要先将含杂质物质的质量换算成纯净物的质量，再代入化学方程式进行计算，最后根据所求物质的纯度计算出实际物质的质量。
（三）课堂小结（5 分钟）
【提问】同学们，通过今天的学习，你们有哪些收获？
【学生回答】
了解了常见的金属矿物及其主要成分。
知道了铁的冶炼原理，包括实验方法和工业生产过程。
学会了进行含杂质物质的化学方程式计算。
【总结】本节课我们学习了金属矿物与金属冶炼的相关知识，重点掌握铁的冶炼原理和含杂质物质的化学方程式计算。金属冶炼对人类社会的发展至关重要，同时我们也要关注金属冶炼过程中对环境的影响。
（四）布置作业（5 分钟）
课后完成课本上相关练习题，巩固含杂质物质的化学方程式计算。
查阅资料，了解金属冶炼技术的发展历程以及对环境的影响，写一篇小短
5
课堂检测
4
新知讲解
6
变式训练
7
中考考法
8
小结梳理
9
布置作业
学习目录
1
复习引入
2
新知讲解
3
典例讲解
1.知道元素有两种存在形态。
2.认识几种金属矿物，知道某些矿物的主要成分。
3.了解生铁和钢冶炼的原理及操作的注意事项。
4.了解冶炼金属的常用方法。
5.了解生铁和钢的区别以及主要性能。
6.初步学会关于不纯物的化学方程式的计算。
金属材料的发展史
东汉晚期的青铜奔马
（马踏飞燕）
河北沧州铁狮子，铸造于953年
铝制品
（铝的使用在100多年前）
青铜器时代
铁器时代
1
2
3
铝的广泛使用
人类利用金属的先后顺序：铜→铁→铝。
由于铝的化学性质比较活泼，在古代很难通过冶炼得到单质铝，故铝的利用较晚。
现阶段年产量：铁＞铝＞铜。
为人类社会作出许多贡献的金属是从哪里来的呢？它们来自地壳中天然存在的矿物。其中，有少数很不活泼的金属，如金、 银、 铂能以单质形态存在，绝大多数金属都是以化合物形态存在于矿物之中。
为什么只有金银等少数金属在自然界有单质的形式存在呢？
金、银等金属化学性质不活泼
部分金属元素在地壳中的含量
元素名称 质量分数/%
铝 7.73
铁 4.75
钙 3.45
钠 2.74
钾 2.47
镁 2.00
锌 0.008
铜 0.007
矿石不是合金。合金中含有金属单质，矿石中含有金属的化合物。
几种金属矿物
铝土矿主要成分是Al2O3
赤铁矿主要成分(Fe2O3)
磁铁矿主要成分(Fe3O4）
黄铁矿主要成分是Fe2S
孔雀石主要成分是[Cu2(OH)2CO3]
赤铜矿主要成分是Cu2O
讨论：选择下列哪种铁矿石炼铁最好，为什么？
赤铁矿Fe2O3
磁铁矿Fe3O4
菱铁矿FeCO3
黄铁矿FeS2
应选择含铁量高、不含有害元素的矿石：
菱铁矿含铁量低，黄铁矿含有硫元素，常用赤铁矿和磁铁矿。
钢铁的冶炼
70%
72.4%
48.3%
46.7%
实验室模拟炼铁
【实验药品】
【实验装置】
氧化铁粉末、澄清石灰水、一氧化碳气体
【实验原理】
【实验现象】
玻璃管内红棕色粉末逐渐变成黑色
试管内澄清石灰水变浑浊
尾气燃烧产生蓝色火焰
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
高温
CO2+Ca(OH)2= CaCO3↓+H2O
2CO + O2 2CO2
点燃
装置末端酒精灯的作用是什么？
点燃尾气，防止有毒的CO污染空气
点燃
收集
检查装置气密性
装药品，固定仪器
通入纯净的CO气体
点燃酒精灯
熄灭酒精灯
冷却后停止通CO
点燃酒精喷灯
反应结束后熄灭酒精喷灯
实验室模拟炼铁步骤
【记忆法则】
一氧化碳早出晚归
酒精喷灯迟到早退
3.如何检验生成的黑色固体中有铁？
（2）取样，加入足量的稀盐酸，若黑色粉末溶解，产生气泡，溶液变为浅绿色，则黑色粉末为铁。
（1）用磁铁吸引；
为什么要先通一段时间CO，再加热Fe2O3
排尽装置内的空气，防止加热发生爆炸
2. 为什么要先停止加热，待物质冷却后再停止通CO？
石灰水倒吸使硬质玻璃管破裂
防止铁粉再次被氧化
阅读教材P18，讨论回答下列问题
1.钢铁厂如何把矿石炼成铁和钢？
2.生铁与钢的成分有何异同？
3.写出高炉内发生的的主要反应方程式。
4.将生铁炼成钢的原理是什么？
炼铁设备——高炉
阅读思考
1.焦炭的作用：
2.石灰石作用:
3.炼铁的原理：
工业炼铁－－设备、原料、原理、产品
提供热量，提供还原剂一氧化碳。
原料
将铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣。
高温条件下，用一氧化碳做还原剂将矿石中的铁还原出来。
4.得到的产品是什么？
5.出铁口为什么在出渣口下方？
炼铁设备——高炉
产品
产品为生铁，是含碳量
在2%-4.3%的铁合金。
铁水的密度比炉渣的密度小
工业炼铁和实验室炼铁有什么不同
原料、产物不同
设备不同
温度不同
对环境影响不同
操作难易程度不同
工业炼铁原料和产物都是混合物，实验室炼铁原料和产物都是纯净物
工业炼铁设备是高炉，实验室用玻璃管
高炉内温度高，玻璃管内温度较低
高炉炼铁对环境影响大，实验室对环境影响小
高炉炼铁工艺复杂，实验室操作简单
炼铁 炼钢
原料 铁矿石、焦炭、石灰石、空气 生铁、废钢、氧气
原理 在高温的条件下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来；同时，利用石灰石将铁矿石中的脉石（如二氧化硅）转变成炉渣 主要是利用氧化剂（纯氧）把生铁里过多的碳和其他杂质氧化除去
主要设备 高炉 平炉、转炉、电炉
产品 生铁 钢
工业炼铁、炼钢的区别
生铁和钢的区别
类别 含碳量 含杂质 （硫、磷等） 机械性能 机械加工
生铁 2%～4.3% 多 硬而脆 可铸不可锻
钢 0.03%～2% 少 硬而韧、有弹性 可铸可锻
由于矿藏丰富、易冶炼、价格低廉,铁是世界上应用最广泛的金属。我国早在春秋战国时期就开始炼铁。
1949年前,我国的钢铁生产发展缓慢,1949年,钢的年产量仅15.8万吨
1949年后,特别是改革开放以来,钢铁工业飞速发展,近年来年产量均居世界首位,钢材的品种也大大增加。
珠澳大桥于2009年12月动工建设,2018年10月开通运营,仅主梁钢板用量就达到了42万吨。
含杂质化学方程式计算
（1）5000 t含Fe2O3 76%的赤铁矿石含有多少吨Fe2O3？请列出计算式。
纯净物的质量=不纯物质的质量×纯度
（2）2000t含Fe 98%的生铁含有多少吨铁？请列出计算式。
（3）2000t含杂质2%的生铁含有多少吨铁？请列出计算式。
例 某炼铁厂每天需消耗5000 t含Fe2O3 76%的赤铁矿石，理论上可生产含Fe 98%的生铁多少吨？
温馨提示：
根据化学方程式计算，代入的数据都是纯净物的质量。
解：Fe2O3质量为5000 t×76%＝3800 t
设：生铁质量为x，则纯铁质量为98%·x
Fe2O3 ＋ 3CO 2Fe ＋ 3CO2
160　 　　 112
3800t　　 　 98%·x
160∶3800 t＝112∶（98%·x）　　　　
x＝ 2714.3 t
答：理论上可日产含铁98%的生铁2714.3吨
阅读教材P20“知识视窗”
金属的冶炼方法：
1.活泼金属——电解法(如钠、钾、镁、铝)
2.一般金属——热还原法(如铜、铁、锌)
3.较不活泼金属——直接加热法(如汞)
Al2O3
4Al+3O2↑
MgCl2
Mg+Cl2↑
通电
高温
CuO+H2
Cu+H2O
△
2HgO
2Hg+O2↑
△
1.下列关于炼铁的叙述错误的是（　　）
A.主要原料为铁矿石、焦炭、石灰石、空气等
B.主要设备为高炉
C.主要原理是利用焦炭的还原性置换出铁矿石中的铁
D.主要产物是生铁
2.用3 000 t含氧化铁80%的赤铁矿，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是（　　）
A.1 166 t B.1 750 t C.1 810 t D.1 944 t
C
B
3.钢铁的冶炼是人类文明的一个重要标志，如图是模拟炼铁的实验装置图。
(1)请你写出冶炼生铁的化学方程式 。
(2)请写出一种证明产物中含铁粉的方法： 。
(3)此装置有不完善的地方，请写出其中一种改进的方法 。
磁铁吸引
添加尾气处理装置
4.某炼铁厂每天生产1000t含Fe 96%的生铁理论上，需消耗含Fe2O3 70%的赤铁矿石多少吨？
1. 如图是人类冶炼金属的时间轴，①～④代表选项中的四个时代，其中③表示的时代是(　　)
A. 工业时代 B. 铁器时代
C. 青铜时代 D. 石器时代
B
【点拨】
越不活泼的金属被人类发现和大规模使用得越早，铜活动性比铁弱，人类使用青铜器早于铁器，故选B。
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2. 大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源。在以下四种矿石中，可用于炼铁的是(　　)
A. 赤铁矿(主要成分是Fe2O3)
B. 炉甘石(主要成分是ZnCO3)
C. 铝土矿(主要成分是Al2O3)
D. 黄铁矿(主要成分是FeS2)
A
【点拨】可用于炼铁的矿石中必须含有铁元素，且不含有害元素(如硫元素)。
【点规律】
选择铁矿石时，从经济效益角度分析，要考虑铁矿石所含铁元素的质量分数；从环境保护角度分析，要考虑在炼铁过程中是否会产生污染环境的物质。炼铁时选择铁矿石要选择含铁量高、不含有害元素(如硫元素)的铁矿石。所以，一般选择赤铁矿或磁铁矿，而不选择黄铁矿(因为黄铁矿中含有硫元素，易生成SO2，污染环境)。
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3. 工业炼铁的原理为3CO＋Fe2O3===== 2Fe＋3CO2，其中CO体现还原性。下列化学反应中，有物质体现还原性的是(　　)
A. SO3＋H2O===H2SO4
B. H2＋CuO=====Cu＋H2O
C. CuSO4＋BaCl2===BaSO4↓＋CuCl2
D. H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O
B
高温
△
【点拨】
一氧化碳在炼铁的反应中得到氧，作还原剂，体现了一氧化碳的还原性。反应“H2＋CuO===== Cu＋H2O”中，氢气夺取了氧化铜中的氧，体现了还原性。
△
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4. 下列关于高炉炼铁的说法中正确的是(　　)
A. 图中高炉炼铁的主要反应是3C＋2Fe2O3====4Fe＋3CO2↑
B. 焦炭通过反应2C＋O2=====2CO提供了冶铁所需的热能，同时生成了还原剂CO
C. 炉气经过合理处理之后可用作气体燃料
D. 高炉炼铁的产品是纯铁，可用来炼钢
C
高温
点燃
【点拨】
图中高炉炼铁的主要反应是3CO＋Fe2O3===== 2Fe＋3CO2，A错误；焦炭通过C＋O2=====CO2反应提供了冶铁所需的热能，同时还发生了反应C＋CO2=====2CO，生成了还原剂CO，B错误；炉气主要有一氧化碳、二氧化碳、氮气等成分，经过合理处理之后可用作气体燃料，C正确；高炉炼铁的产品是生铁，可用来炼钢，D错误。
高温
点燃
高温
返回
5. 钢铁工业的发展状况是世界各国工业化水平的重要标志之一。如图是工业炼铁的化学原理，请回答下列问题：
(1)实验时，要先通入一会儿CO，然后再加热，这样操作的目的是__________________________________。加热一会儿后，可观察到硬质玻璃管内的现象是_________________________，反应的化学方程式是_____________________________________________。
排尽装置内空气，防止加热时发生爆炸
红色粉末逐渐变成黑色
Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO2　
高温
(2)在这个实验中，澄清石灰水的作用是__________________________。CO有毒，为防止尾气对环境造成污染，处理尾气的方法是________________________________________。实验完毕，玻璃管内固体的质量会___________(填“不变”“增大”或“减小”)。
检验是否有二氧化碳生成
装置末端放一盏燃着的酒精灯(合理即可)
减小
【点拨】
(1)一氧化碳具有可燃性，与空气混合加热可能发生爆炸，所以实验时，要先通入一会儿CO，然后再加热；一氧化碳与氧化铁在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳，氧化铁为红色，铁粉为黑色，故玻璃管内现象为红色粉末逐渐变成黑色；方程式为Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO2。
高温
(2)二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，实验室用此方法检验二氧化碳，故在这个实验中，澄清石灰水的作用是检验反应是否产生了二氧化碳气体；一氧化碳有毒，实验时要进行尾气处理，一氧化碳具有可燃性，可在装置末端放一盏燃着的酒精灯，将其点燃，也可以套一只气球；在这个反应中，氧化铁中的氧元素被CO夺去，生成铁，玻璃管内固体的质量会减轻。减轻的质量为反应的氧化铁中所含氧元素质量。
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1.从课后习题中选取；
2.完成练习册本课时的习题。
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