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标题：金属矿物及铁的冶炼
副标题：第六单元 金属（6.1）
教师姓名：[你的姓名]
日期：[具体日期]
目录
导入：生活中的金属与金属矿物
常见的金属矿物
铁的冶炼（实验室原理与实验）
铁的冶炼（工业生产流程）
金属冶炼的一般思路
课堂小结
随堂训练
致谢
幻灯片 1：导入 —— 生活中的金属与金属矿物
场景展示：播放或展示生活中常见的金属制品（如铁锅、铝合金门窗、铜导线、不锈钢餐具）及金属矿物图片（如铁矿石、铜矿、铝土矿），提问：“我们使用的金属制品是直接从自然界获取的吗？这些金属矿物中，金属以什么形式存在？如何从铁矿石中得到我们需要的铁？”
过渡引入：自然界中的金属大多以化合物形式存在于矿物中，只有少数不活泼金属（如金、银）以单质形式存在。今天我们将学习常见的金属矿物，重点探究工业和实验室中 “从铁矿石冶炼铁” 的原理与方法，理解金属冶炼的核心逻辑。
幻灯片 2：常见的金属矿物
1. 金属矿物的概念
金属矿物是指具有开采价值的、含有金属元素（或金属化合物）的矿石，是金属的主要来源。自然界中金属元素约 80% 以化合物形式存在于矿物中，常见的金属矿物多为氧化物、硫化物、碳酸盐等。
2. 常见金属矿物及其主要成分
金属
常见矿物名称
主要成分（化学式）
颜色 / 外观特征
铁
赤铁矿
Fe O
红褐色，常呈块状或粉末状
磁铁矿
Fe O
黑色，具有磁性（能被磁铁吸引）
菱铁矿
FeCO
灰白色或黄褐色，常呈菱面体状
黄铁矿
FeS
金黄色，常被误认为黄金（俗称 “愚人金”）
铜
黄铜矿
CuFeS
黄铜色，表面常带蓝紫色 tarnish
孔雀石
Cu (OH) CO
翠绿色，具有鲜艳的条纹
铝
铝土矿
Al O nH O（一水硬铝石、三水铝石等）
白色、灰色或棕红色，多为土状集合体
锌
闪锌矿
ZnS
无色或浅黄色，常含杂质呈深色
菱锌矿
ZnCO
白色、灰色或绿色，常呈钟乳状
3. 金属矿物的选择依据
工业上选择冶炼金属的矿物时，主要考虑以下因素：
金属含量：矿物中金属元素的质量分数（品位）越高，冶炼成本越低（如赤铁矿 Fe O 中铁含量约 70%，磁铁矿 Fe O 中铁含量约 72.4%，是炼铁的主要原料）；
杂质种类：杂质是否容易去除，是否会产生污染（如黄铁矿 FeS 冶炼时会产生 SO ，污染空气，一般不作为主要炼铁原料）；
开采成本：矿物的埋藏深度、分布范围是否便于开采；
市场需求：根据金属的用途和市场需求，选择对应的矿物（如炼铝优先选择铝土矿，因其 Al 含量高且易提纯）。
幻灯片 3：铁的冶炼（实验室原理与实验）
1. 冶炼原理（核心反应）
还原剂选择：铁的氧化物（如 Fe O 、Fe O ）在高温下能被具有还原性的物质还原为铁单质，实验室和工业上常用一氧化碳（CO） 作为还原剂（CO 还原性强，产物为 CO ，易处理）；
反应方程式：
赤铁矿还原：Fe O + 3CO \(\stackrel{高温}{=}\) 2Fe + 3CO （最常用，赤铁矿来源广、品位高）；
磁铁矿还原：Fe O + 4CO \(\stackrel{高温}{=}\) 3Fe + 4CO ；
反应类型：属于 “置换反应” 吗？（提示：CO 是化合物，反应物中无单质，不属于置换反应，属于氧化还原反应 ——Fe O 被还原为 Fe，CO 被氧化为 CO ）。
2. 实验室炼铁实验装置与操作
实验装置：分为 “CO 发生装置”“炼铁反应装置”“尾气处理装置” 三部分（示意图如下）：
① CO 发生装置：用甲酸（HCOOH）与浓硫酸在加热条件下制取 CO（HCOOH \(\stackrel{浓H_2SO_4}{\stackrel{=}{\triangle}}\) CO↑ + H O），或直接使用 CO 气体钢瓶；
② 炼铁反应装置：硬质玻璃管中装入 Fe O 粉末（红色），两端分别连接导管（左端通入 CO，右端导出气体），硬质玻璃管置于酒精喷灯（或酒精灯加网罩，提高温度）的火焰中；
③ 尾气处理装置：CO 有毒，不能直接排放，需进行处理（方法：①点燃尾气，将 CO 转化为 CO ；②用气球收集尾气；③用 NaOH 溶液吸收 CO 后，回收 CO）。
实验步骤（“先通、后点、先停、后停”）：
检查气密性：连接好装置，将导管末端浸入水中，微热硬质玻璃管，若导管口有气泡冒出，冷却后形成稳定水柱，证明气密性良好；
装入药品：在硬质玻璃管中平铺少量红棕色 Fe O 粉末，确保粉末均匀分布（便于 CO 与 Fe O 充分接触）；
通 CO 排空气：先向装置中通入纯净的 CO 气体，持续 3-5 分钟（排尽硬质玻璃管和导管中的空气，防止 CO 与空气混合加热发生爆炸）；
加热反应：点燃酒精喷灯，加热硬质玻璃管中 Fe O 粉末的部位，观察粉末颜色变化和澄清石灰水的变化；
停止加热：待 Fe O 粉末完全变为黑色（生成 Fe）后，先熄灭酒精喷灯，继续通入 CO；
冷却后停气：待硬质玻璃管冷却至室温后，停止通入 CO（防止生成的 Fe 在高温下被空气中的 O 重新氧化为 Fe O ）；
尾气处理：全程确保尾气被点燃或收集，避免 CO 泄漏。
3. 实验现象与结论
实验现象：
① 硬质玻璃管中：红棕色的 Fe O 粉末逐渐变为黑色（生成铁粉）；
② 澄清石灰水：变浑浊（证明反应生成了 CO ）；
③ 尾气点燃：产生蓝色火焰（CO 燃烧生成 CO ）；
产物检验：
黑色粉末：用磁铁靠近，能被磁铁吸引（证明生成了 Fe）；
排除杂质：取少量黑色粉末，加入稀盐酸，若产生气泡（Fe + 2HCl = FeCl + H ↑），且溶液变为浅绿色，进一步证明是 Fe（排除 Fe O 或 C 粉的干扰）。
4. 实验注意事项
安全第一：CO 有毒，实验需在通风橱中进行，尾气必须处理（禁止直接排放）；加热前必须排尽空气，防止爆炸；
温度控制：Fe O 还原需要高温（约 800℃），酒精灯火焰温度不足（约 500℃），需用酒精喷灯或在酒精灯外焰加铁丝网罩（聚集热量，提高温度）；
药品用量：Fe O 粉末不宜过多（约 2-3g），否则反应不充分；CO 通入速率要适中（过快导致未反应的 CO 增多，过慢导致反应速率慢）。
幻灯片 4：铁的冶炼（工业生产流程）
1. 工业炼铁原料
铁矿石：主要用赤铁矿（Fe O ）或磁铁矿（Fe O ），要求 Fe 含量高、杂质少；
焦炭：作用有二 ——① 提供热量（C + O \(\stackrel{点燃}{=}\) CO + 热量）；② 生成还原剂 CO（CO + C \(\stackrel{高温}{=}\) 2CO）；
石灰石（CaCO ）：作为 “熔剂”，去除铁矿石中的杂质（如 SiO ），反应方程式：CaCO \(\stackrel{高温}{=}\) CaO + CO ↑，CaO + SiO \(\stackrel{高温}{=}\) CaSiO （硅酸钙，熔点低，形成炉渣，与铁水分离）；
空气：提供 O ，支持焦炭燃烧生成 CO 和热量。
2. 工业炼铁设备 —— 高炉
高炉结构：高炉是高达数十米的竖式圆筒形设备，由耐火材料内衬，外部用钢板包裹，主要分为 “炉喉”“炉身”“炉腰”“炉腹”“炉缸” 五部分；
炉料加入：铁矿石、焦炭、石灰石从炉喉加入，形成分层料柱；
空气通入：热空气从炉腹下部的 “风口” 鼓入（温度约 1000℃），与焦炭反应生成 CO 和热量；
产物输出：
① 铁水：在炉缸底部，液态铁（含少量 C、Si、Mn 等杂质，称为 “生铁”）从 “出铁口” 放出；
② 炉渣：密度比铁水小，浮在铁水表面，从 “出渣口” 放出（炉渣可用于制作水泥、铺路等）；
③ 高炉煤气：从炉喉顶部排出，主要成分是 CO、CO 、N ，经处理后可作为燃料（回收 CO，节约能源）。
3. 工业炼铁流程（简化）
燃烧供热：C + O \(\stackrel{高温}{=}\) CO + 热量（空气鼓入，焦炭燃烧，提供高炉内高温环境）；
生成还原剂：CO + C \(\stackrel{高温}{=}\) 2CO（CO 与焦炭在高温下反应，生成还原 Fe O 的 CO）；
还原铁矿石：Fe O + 3CO \(\stackrel{高温}{=}\) 2Fe + 3CO （CO 在高炉中上升，与铁矿石反应，生成液态铁）；
去除杂质：CaCO \(\stackrel{高温}{=}\) CaO + CO ↑，CaO + SiO \(\stackrel{高温}{=}\) CaSiO （石灰石分解生成 CaO，与杂质 SiO 反应生成炉渣，与铁水分离）；
产物分离：铁水从出铁口放出，炉渣从出渣口放出，高炉煤气回收利用。
4. 生铁与钢的区别（拓展）
生铁：工业炼铁的直接产物，含碳量2%-4.3%，还含 Si、Mn、S、P 等杂质，质地硬而脆，不易锻造（主要用于制作铁锅、机床底座等）；
钢：生铁经 “炼钢” 处理后得到，含碳量0.03%-2%，去除了大部分 S、P 等有害杂质，质地坚硬、有韧性，可锻造（主要用于制作钢材、汽车外壳、刀具等）；
炼钢原理：在高温下，用氧气或铁的氧化物将生铁中的多余碳和杂质氧化去除（如 C + O \(\stackrel{高温}{=}\) CO ，S + O \(\stackrel{高温}{=}\) SO ）。
幻灯片 5：金属冶炼的一般思路
根据金属的活动性顺序，不同金属的冶炼方法不同，核心是 “选择合适的还原剂或电解方法，将金属化合物还原为金属单质”：
金属活动性顺序
金属举例
冶炼方法
原理示例
K、Ca、Na、Mg、Al（活泼金属）
Al、Mg
电解法（电解熔融的金属化合物）
2Al O \(\stackrel{通电}{=}\) 4Al + 3O ↑（冰晶石作助熔剂，降低熔点）；MgCl \(\stackrel{通电}{=}\) Mg + Cl ↑
Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu（较活泼金属）
Fe、Cu
热还原法（用 C、CO、H 等还原剂在高温下还原）
Fe O + 3CO \(\stackrel{高温}{=}\) 2Fe + 3CO ；CuO + H \(\stackrel{\triangle}{=}\) Cu + H O
Hg、Ag（不活泼金属）
Hg、Ag
热分解法（加热金属氧化物即可分解为金属单质）
2HgO \(\stackrel{\triangle}{=}\) 2Hg + O ↑；2Ag O \(\stackrel{\triangle}{=}\) 4Ag + O ↑
Pt、Au（极不活泼金属）
Au、Pt
物理富集法（直接从自然界中获取单质，如淘金）
从金矿中筛选出金单质
关键规律：
金属活动性越强，其化合物越稳定，越难被还原，需用更强的还原手段（如电解法）；
金属活动性越弱，其化合物越不稳定，越易被还原，甚至可通过加热分解得到金属（如 HgO）。
幻灯片 6：课堂小结
金属矿物：常见的有赤铁矿（Fe O ）、磁铁矿（Fe O ）、铝土矿（Al O ）等，选择依据为金属含量、杂质、开采成本；
铁的冶炼：
① 实验室：用 CO 还原 Fe O ，需注意尾气处理和防止 Fe 重新氧化；
② 工业：高炉炼铁，原料为铁矿石、焦炭、石灰石、空气，核心反应为 Fe O + 3CO \(\stackrel{高温}{=}\) 2Fe + 3CO ，产物为生铁；
金属冶炼思路：根据金属活动性选择方法（活泼金属电解法、较活泼金属热还原法、不活泼金属热分解法）；
核心逻辑：金属冶炼的本质是 “将金属化合物中的金属元素还原为单质”，还原剂或电解条件的选择取决于金属的活动性。
幻灯片 7：随堂训练
题目 1：下列矿物中，不属于炼铁原料的是（ ）
A. 赤铁矿（Fe O ） B. 磁铁矿（Fe O ） C. 黄铁矿（FeS ） D. 菱铁矿（FeCO ）
解析：黄铁矿 FeS 冶炼时产生 SO ，污染空气，且 Fe 含量较低，一般不作为炼铁原料，答案选 C。
题目 2：实验室用 CO 还原 Fe O 的实验中，下列操作错误的是（ ）
A. 加热前先通入 CO 排尽空气 B. 尾气直接排放到空气中
C. 反应结束后先熄灭酒精灯，继续通 CO D. 用磁铁检验生成的黑色粉末是否为铁
解析：CO 有毒，尾气不能直接排放，需点燃或收集，B 错误，答案选 B。
题目 3：工业高炉炼铁中，石灰石的作用是（ ）
A. 提供热量 B. 生成还原剂 CO C. 去除杂质 SiO D. 直接还原铁矿石
解析：石灰石分解生成 CaO，CaO 与 SiO 反应生成炉渣，去除杂质，C 正确，答案选 C。
题目 4：下列金属中，能用热分解法冶炼的是（ ）
A. Al B. Fe C. Cu D. Hg
解析：Hg 属于不活泼金属，加热其氧化物（HgO）可分解为 Hg，D 正确；Al 用电解法，Fe、Cu 用热还原法，答案选 D。
幻灯片 8：致谢
感谢语：感谢同学们的认真思考与实验分析！金属矿物及铁的冶炼是理解金属工业生产的基础，不仅涉及化学反应原理，还关联到资源利用与环境保护。希望大家能掌握金属冶炼的一般思路，理解 “物质性质决定冶炼方法” 的逻辑，为后续学习金属的性质与用途打下基础，有疑问欢迎课后交流。
2024沪教版化学九年级上册
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6.1 金属矿物及铁的冶炼
第6章 金属资源综合利用
a
i
T
u
j
m
i
a
N
g
学习目标
1. 能认识大多数金属在自然界中以金属矿物的形式存在；
2. 能体会化学方法在金属冶炼中的重要作用；
3. 简要叙述工业炼铁的反应原理。
新课导入
青铜器时代
铁器时代
金属作为一种重要的材料，对生产生活、社会发展有着十分重要的作用。
今天
探索新知
一、常见的金属矿物
地壳中几种金属元素的含量
（质量分数）
单质（游离态）：极少数化学性质很不活泼的金属，如金、银、铂等。
化合物（化合态）：大部分化学性质较活泼的金属，如铜、铁、锌、铝、钠等。
金属元素在自然界中一般以矿物的形式存在。
铁的矿物
赤铁矿
磁铁矿
菱铁矿
黄铁矿
Fe2O3
含铁量为 70%
Fe3O4
含铁量为 72.4%
FeCO3
含铁量为 48.2%
FeS2
含铁量为 46.7%
铜的矿物
黄铜矿
辉铜矿
孔雀石
CuFeS
Cu S
Cu (OH) CO
铝的矿物
铝土矿
明矾石
KAl (SO ) (OH)
交流讨论
你知道学校所在地区（或家乡）有哪些金属矿物？能识别它们吗？请收集金属矿物样品或查阅相关资料，并与同学交流。
二、铁冶炼的化学原理
如果由你来选择铁矿石，你会选择哪种矿石作为炼铁的原料？为什么？
赤铁矿
磁铁矿
菱铁矿
黄铁矿
Fe2O3
Fe3O4
FeS2
FeCO3
把金属矿物转化成金属的过程，叫作金属冶炼。
赤铁矿
Fe2O3
铁（ Fe ）
还原欲得铁
夺氧成单铁
常见的三大还原剂
H2 C CO
实验室模拟炼铁
（1）试剂：
氧化铁粉末、澄清石灰水、一氧化碳气体
（2）原理：
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
高温
（3）装置：
实验室模拟炼铁
（4）现象：
红棕色的固体逐渐变成黑色
澄清石灰水变浑浊
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
高温
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O
尾气如何处理？
（1）用气球或排水法收集气体。
（2）用酒精灯点燃气体。
（3）用导管将气体送至酒精喷灯处点燃，再次利用。
（5）实验步骤：
实验室模拟炼铁
1. 检查装置气密性
2. 向玻璃管中装入氧化铁
3. 通入纯净的一氧化碳
4. 点燃酒精喷灯加热固体
5. 熄灭酒精喷灯
6. 继续通 CO 直至装置冷却
交流讨论
1. 上述一氧化碳与氧化铁反应的实验中，对实验操作顺序有哪些具体要求？说明理由。
2. 某钢铁公司用490 万吨含氧化铁60％的赤铁矿石炼铁，理论上冶炼得到的生铁中最多含铁多少万吨？
高炉炼铁
炼铁高炉的结构
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
高温
C + O2 CO2
高温
C + CO2 2CO
高温
产品：生铁（混合物）
氢能炼铁
3H2 + Fe2O3 2Fe + 3H2O
高温
1. 北宋王希孟创作的绢本设色画《千里江山图》所用的部分矿物颜料如表所示，其中可用于冶炼铁的矿物是(　　)
A. 赭石 B. 蓝铜矿 C. 碎磲 D. 朱砂
A
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矿物 赭石 蓝铜矿 碎磲 朱砂
颜色 暗棕红色 或灰黑色 深蓝色 白色 大红色
主要成分 Fe2O3 2CuCO3·Cu(OH)2 CaCO3 HgS
B
2. [2024·扬州月考]如图是炼铁高炉示意图，下列说法正确的是(　　)
A. 焦炭的主要作用是提供热量、产生二氧化碳
B. 石灰石的作用是与铁矿石中的杂质反应形成炉渣
C. 生铁出口的位置低于炉渣出口
的原因是生铁的密度小于炉渣
D. 产生的废气无须处理，因为它
不会污染空气
防止生成的铁被氧化
3. [2024·唐山期末]炼铁的原理是一氧化碳与氧化铁反应，实验装置如图所示。
(1)实验结束时先撤走酒精喷灯，继续通入一氧化碳，目的是___________________________。
(2)实验中，玻璃管A中的现象是______________________，发生反应的化学方程式为__________________________。
(3)试管B中的现象也可以证明一氧化碳与氧化铁发生了反应，反应的化学方程式为______________________________。
红棕色固体变成黑色
3CO＋Fe2O3=====2Fe＋3CO2
高温
CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O　
ac
(4)小明在通一氧化碳之后用酒精灯点燃的方法处理尾气时，发现火焰顺着导管进入试管B中而发出轻微的爆鸣声。对此，下列说法正确的是________(填字母)。
a. 改用气球收集尾气
b. 个别现象，无关紧要，不予理睬
c. 发出爆鸣声的原因可能是试管B中的空气未排尽
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7：3
4. 改革开放以来，我国钢铁工业飞速发展，近年来钢铁产量已稳居世界首位。某钢铁厂采用赤铁矿(主要成分为Fe2O3)炼铁，试计算：
(1)Fe2O3中铁元素和氧元素的质量比为________(填最简整数比)。
(2)该钢铁厂用含Fe2O3 80%的赤铁矿石1 000 t，理论上可炼铁多少吨？
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5. 明代宋应星所著《天工开物》一书，介绍了“火法炼锌”的方法，把炉甘石(ZnCO3)和煤炭饼装入炼锌罐，如图所示，泥封、“其底铺薪，发火煅红”“冷淀，毁罐取出”。
D
下列说法错误的是(　　)
A. 炉甘石(ZnCO3)加入锌罐之前，将其粉碎的目的是增大反应物之间的接触面积
B. 反应区中发生的反应之一为C＋2ZnO=====2Zn＋CO2↑，该反应体现了C的还原性
C. “冷淀，毁罐取出”的目的是防止锌
在较高温度下再次被氧化
D. “火法炼锌”符合低碳发展理念
高温
6. [2024·龙岩期末]模拟炼铁的实验装置如图所示，具体操作如下：
Ⅰ. 打开两端止水夹K1、K2,通入CO2一段时间后,关闭K1、K2；
Ⅱ. 用酒精喷灯对着炭粉加热一段时间后移到氧化铁处加热；
Ⅲ. 待反应结束后，先停止加热，后打开K1、K2，继续通入CO2一段时间后，关闭K1、K2；
Ⅳ. 待玻璃管冷却后，取出生成物，检验是否有铁生成。
(1)实验刚开始先通入CO2一段时间的目的是________________________________________________。
(2)实验中通入CO2一段时间后关闭止水夹，用酒精喷灯对准炭粉加热发生化合反应，其反应的化学方程式为__________________________。
排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸
CO2＋C=====2CO
高温
(3)一段时间后，将酒精喷灯移至氧化铁处加热，发生反应的化学方程式为__________________________________。
(4)反应结束后继续通入CO2的目的是________________________________________________。
3CO＋Fe2O3=====2Fe＋3CO2
高温
收集玻璃管内的一氧化碳，防止污染空气
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课堂小结
必做作业：从教材习题中选取；
选做作业：完成练习册本课时的习题.
谢谢观看！

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