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6.3 金属矿物与金属冶炼
素养目标
1.知道常见的用来提炼金属的矿石，记住可用来炼铁的矿石。
2.了解炼铁的基本原理。
3.会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。
评价任务
1.完成学习任务一（检测目标1）
2.完成学习任务二（检测目标2）
3.完成学习任务三（检测目标3）
课前学习任务
一、几种金属矿物
1.少数很不活泼的金属，如 、银、 能以单质形态存在，绝大多数金属以 形态存在于矿物中。
2.常见金属元素在地壳中的含量最多的是 和 。
二、钢铁的冶炼
1. (1)药品: 、 、澄清石灰水。
(2)实验装置:
(3)现象: 色的氧化铁粉末变为 色,澄清石灰水 ,导管口有 色火焰产生。
(4)结论:一氧化碳和氧化铁在高温条件下反应,生成 和二氧化碳。
(5)化学方程式:3CO+Fe2O32Fe+3CO2。
(6)注意事项
①操作步骤:实验开始先通一会儿CO后 ,实验完毕先停止加热后停止通CO。
②尾气处理:产生的尾气不能直接排入空气中,应用 或气球收集起来的方法处理。
2.工业炼铁
(1)主要设备: 。
(2)原料: 、 、石灰石、空气等。
(3)原理:在 条件下,利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从 中还原出来。
(4)有关化学方程式:
① ② ③
课堂学习任务
学习任务一、金属资源的存在方式与矿石
1.地壳中居前五位的元素含量由大到小的排列顺序为：_ __，地壳中含量最多的元素与含量最多的金属元素所形成的化合物的化学式为_ __。 2.地球上的金属资源广泛的存在于地壳中，除少数很不活泼的金属如_ __、___ 等以__ ___式存在外，其余都以_ __形式存在。
3.常见的铁、铜、铝的矿石主要有哪些？主要成分分别是什么？
答案：铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿；铜矿石：孔雀石、赤铜矿；铝矿石：铝土矿。
【练习1】
1.（2024 广西）广西铝土矿资源丰富。铝土矿的主要成分是（　　）
A．二氧化硅 B．氧化铝 C．四氧化三铁 D．碳酸钙
2.下列矿石不能用于炼铁的是（　　）
A．赤铁矿（主要成分Fe2O3）
B．黄铜矿（主要成分CuFeS2）
C．菱铁矿（主要成分FeCO3）
D．辉铜矿（主要成分Cu2S）
3.如表是部分常见的金属矿石，其中可用于炼镁的是（　　）
矿石名称 白云石 冰晶石 方解石 炉甘石
主要成分 CaMg（CO3）2 Na3AlF6 CaCO3 ZnCO3
A．白云石 B．冰晶石 C．方解石 D．炉甘石
学习任务二、钢铁的冶炼
思考：常见的铁矿石有：磁铁矿（主要成分Fe3O4）、赤铁矿（主要成分Fe2O3）、菱铁矿（主要成分FeCO3）、黄铁矿（主要成分FeS2），你认为最适宜炼铁的两种矿石是磁铁矿 ，理由是 。（提示：可考虑铁元素的含量高低及在冶炼过程中对环境的影响大小）
观察实验：“一氧化碳还原氧化铁”
实验步骤：① ②装入药品并固定③ ④在C处点燃酒精灯⑤ ⑥（ ） ⑦ ⑧熄灭C处酒精灯。
直玻璃管内 试管内 酒精灯处
现象 __红_色的氧化铁变为_黑__色 澄清石灰水_变浑浊__ 导管口有_淡蓝__色火焰
化学方程式 3CO+Fe2O32Fe+3CO2 CO2 + Ca(OH)2 ═ CaCO3↓+ H2O 2CO + O22CO2
交流讨论：
（1）实验开始时，先 ，再 ，这样做的目的是以排净玻璃管中的空气，避免加热时发生爆炸 。
（2）实验结束时，要先 ，再 ，原因是防止高温的铁被氧化 。
（3）最后导气管中的气体为何要接一个燃着的酒精灯？ 。
（4）在一氧化碳与氧化铁的反应中，一氧化碳具有 性，做 剂。 （5）工业炼铁的主要设备是 ，原料是 、 、 、 等。石灰石的作用是 ，焦炭的作用是
（6）工业炼铁的产物是__ ______，它与钢有什么区别？
（7）若将Fe2O3换成CuO，预测A处现象 推测有 生成，B处现象是 推测有 生成，反应的化学方程式为 。 巧学妙记：上述实验可简记为：CO早出晚归，酒精灯迟到早退。
【填写表格】生铁和钢的比较
物质 生铁 钢
含碳量
其他元素 硅、锰等 铬、镍等
性能 硬而脆 坚硬,有韧性,抗腐蚀性能强
用途 制 、暖气片等 制机械、交通工具、炊具等
【练习2】
1.工业上炼铁的原理是一氧化碳和氧化铁反应。某兴趣小组利用如图所示的微型装置进行一氧化碳和氧化铁反应的实验。下列说法正确的是（　 　）

A．实验时应先点燃酒精喷灯，后将注射器内的一氧化碳推入硬质玻璃管中
B．实验过程中观察到黑色固体逐渐变红
C．实验中观察到滤纸条变蓝，说明有二氧化碳生成
D．气球的主要作用是防止尾气逸出污染空气
2.如图所示，下列有关模拟工业炼铁的叙述不正确的是（ 　）
A．实验先通入一氧化碳后加热
B．充分加热后，a处固体由红色变为黑色
C．反应前后Fe元素的化合价由+3价变为0价
D．可用氢氧化钠溶液吸收尾气中的CO
3.《天工开物》记载的“生铁、熟铁连续生成工艺”，处于当时世界领先地位，是现代冶金工艺的雏形。其流程图如图所示。下列说法不正确的是（　 　）
A．设备1中氧化铁被夺走氧元素
B．在生铁中加入足量稀硫酸可证明生铁是混合物
C．设备2中通入氧气的主要目的是将铁氧化
D．生铁和熟铁都属于金属材料
学习任务三、含杂物质的化学方程式计算
1.化学方程式表示的是纯净物质之间的质量关系，因此，如果物质中含有杂质，要把杂质的质量除去，代入纯净物质的质量进行计算。
2.不纯物质、纯物质和纯度之间的关系：
①纯物质的质量=不纯物质的质量×纯度
②不纯物质的质量= ③纯度 =
例如 ：工业上用一氧化碳还原氧化铁炼铁，计算用含氧化铁480t的赤铁矿理论上最多可炼出含杂质4%的生铁的质量是多少？（根据化学方程式计算）
【练习3】
（1）100吨含杂质3%的磁铁矿石中有多少四氧化三铁？
（2）含铁95%的生铁1000吨中纯铁的质量是多少？
（3）某炼铁厂利用含四氧化三铁80%的赤铁矿石100吨可得到含铁96%的生铁多少吨？
课后任务
1．生铁和钢的主要区别是 ( )
A．钢是铁的合金，而生铁是纯铁 B．含碳量不同 C．钢含碳而生铁不含碳D．生铁含碳而钢不含碳
2. 下列物质的颜色不是黑色的是（　 　　）
A．Fe2O3　　B．Fe3O4　　C．MnO2　　D．CuO
3. （2023连云港）钢铁是使用最多的金属材料。生铁和钢是含碳量不同的两种铁合金，其中生铁的含碳量为2%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～2%。
(1)从公元1世纪开始，铁便成了一种最主要的金属材料。
①历史上遗留下来的铜制品远比铁制品多。从物质性质的角度看，原因是_ _。
②下列铁制品中，利用了金属导热性的是_____(填字母)。
a． 后周铁狮子　b． 铸铁井盖　c． 不锈钢水壶
③下列关于铁及铁制品的说法中，正确的是_____(填字母)。
a．铁是地壳中含量最高的金属元素
b．沙漠地区的铁制品锈蚀较慢
c．不锈钢保温杯可长时间盛放酸性饮品
(2)工业上冶炼钢铁的主要工艺流程如下：

①石灰石(主要成分为)在高温下可将铁矿石中的转变为炉渣()，同时生成一种氧化物。该反应的化学方程式为__ ___。
②从物质组成的角度分析，炼钢炉中通入的目的是_ ____。
(3)将1.0g某铁合金在纯氧中完全燃烧，得到0.11g二氧化碳。通过计算判断该铁合金属于生铁还是钢。(写出计算过程，否则不得分)。
4.铁和铁的化合物在工农业生产中有广泛的应用。为了探究铁的冶炼原理，小组同学取24.0g Fe2O3粉末，用如图装置模拟炼铁，并测定反应后固体成分。
资料：碱石灰的主要成分是氢氧化钠和氧化钙，可吸收H2O和CO2。
（1）连接装置，先 ，再装入药品。
（2）实验时先通入CO，目的是 。
（3）①控制A中温度在700℃至固体全部变黑，继续通CO至冷却。目的是除了防止生成的Fe被氧化外还有 。
②通过测定装置B中固体的质量变化，可准确求得装置A中剩余固体质量。装置C的作用是 。
③现直接测得装置A中剩余固体质量为19.2g。则装置B中固体应增重 g。
（4）经分析A中剩余固体19.2g为Fe和FexOy的混合物，向其中加入足量的稀H2SO4充分反应，得H20.3g。
①固体中Fe质量为 g。
②FexOy的化学式为 。
2 / 2第六单元 金属和金属材料
6.3 金属矿物与金属冶炼
素养目标
1.知道常见的用来提炼金属的矿石，记住可用来炼铁的矿石。
2.了解炼铁的基本原理。
3.会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。
评价任务
1.完成学习任务一（检测目标1）
2.完成学习任务二（检测目标2）
3.完成学习任务三（检测目标3）
课前学习任务
一、几种金属矿物
1.少数很不活泼的金属，如金、银、铂能以单质形态存在，绝大多数金属以化合物形态存在于矿物中。
2.常见金属元素在地壳中的含量最多的是铝和铁。
二、钢铁的冶炼
1. (1)药品:　CO　、　氧化铁　、澄清石灰水。
(2)实验装置:
(3)现象:　红　色的氧化铁粉末变为　黑　色,澄清石灰水　变浑浊　,导管口有　蓝　色火焰产生。
(4)结论:一氧化碳和氧化铁在高温条件下反应,生成　铁　和二氧化碳。
(5)化学方程式:3CO+Fe2O32Fe+3CO2。
(6)注意事项
①操作步骤:实验开始先通一会儿CO后　加热　,实验完毕先停止加热后停止通CO。
②尾气处理:产生的尾气不能直接排入空气中,应用　燃烧　或气球收集起来的方法处理。
2.工业炼铁
(1)主要设备:　炼铁高炉　。
(2)原料:　铁矿石　、　焦炭　、石灰石、空气等。
(3)原理:在高温条件下,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。
(4)有关化学方程式:
①C+O2CO2
②CO2+C2CO
③3CO+Fe2O32Fe+3CO2
课堂学习任务
学习任务一、金属资源的存在方式与矿石
1.地壳中居前五位的元素含量由大到小的排列顺序为：_氧硅铝铁钙__，地壳中含量最多的元素与含量最多的金属元素所形成的化合物的化学式为__ AlCl3___。
2.地球上的金属资源广泛的存在于地壳中，除少数很不活泼的金属如_金___、___银_等以__单质___式存在外，其余都以__化合物___形式存在。
3.常见的铁、铜、铝的矿石主要有哪些？主要成分分别是什么？
答案：铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿；铜矿石：孔雀石、赤铜矿；铝矿石：铝土矿。
【练习1】
1.（2024 广西）广西铝土矿资源丰富。铝土矿的主要成分是（　　）
A．二氧化硅 B．氧化铝 C．四氧化三铁 D．碳酸钙
2.下列矿石不能用于炼铁的是（　　）
A．赤铁矿（主要成分Fe2O3）
B．黄铜矿（主要成分CuFeS2）
C．菱铁矿（主要成分FeCO3）
D．辉铜矿（主要成分Cu2S）
3.如表是部分常见的金属矿石，其中可用于炼镁的是（　　）
矿石名称 白云石 冰晶石 方解石 炉甘石
主要成分 CaMg（CO3）2 Na3AlF6 CaCO3 ZnCO3
A．白云石 B．冰晶石 C．方解石 D．炉甘石
答案：1.B 2.D 3.A
学习任务二、钢铁的冶炼
思考：常见的铁矿石有：磁铁矿（主要成分Fe3O4）、赤铁矿（主要成分Fe2O3）、菱铁矿（主要成分FeCO3）、黄铁矿（主要成分FeS2），你认为最适宜炼铁的两种矿石是磁铁矿 赤铁矿 ，理由是 含铁量高，污染小 。（提示：可考虑铁元素的含量高低及在冶炼过程中对环境的影响大小）
观察实验：“一氧化碳还原氧化铁”
实验步骤：① 检查装置气密性 ②装入药品并固定③ 先通一氧化碳 ④在C处点燃酒精灯⑤ 点燃A处酒精喷灯 ⑥（ ） 红色固体变黑停止加热 ⑦ 继续通一氧化碳到冷却 ⑧熄灭C处酒精灯。
直玻璃管内 试管内 酒精灯处
现象 __红_色的氧化铁变为_黑__色 澄清石灰水_变浑浊__ 导管口有_淡蓝__色火焰
化学方程式 3CO+Fe2O32Fe+3CO2 CO2 + Ca(OH)2 ═ CaCO3↓+ H2O 2CO + O22CO2
交流讨论：
（1）实验开始时，先 通一氧化碳 ，再 加热 ，这样做的目的是以排净玻璃管中的空气，避免加热时发生爆炸 。
（2）实验结束时，要先 停止加热 ，再 继续通一氧化碳 ，原因是防止高温的铁被氧化 。
（3）最后导气管中的气体为何要接一个燃着的酒精灯？ 点燃多余一氧化碳，防治污染空气 。
（4）在一氧化碳与氧化铁的反应中，一氧化碳具有 还原 性，做 还原 剂。
（5）工业炼铁的主要设备是 高炉 ，原料是 焦炭 、 赤铁矿 、 石灰石 、 空气 等。石灰石的作用是 除去脉石 ，焦炭的作用是 提供热量及转化成一氧化碳
（6）工业炼铁的产物是__生铁_______，它与钢有什么区别？
（7）若将Fe2O3换成CuO，预测A处现象 黑色固体变成红色 推测有 铜 生成，B处现象是 石灰水变浑浊 推测有 二氧化碳 生成，反应的化学方程式为CO2 + Ca(OH)2 ═ CaCO3↓+ H2O 。
巧学妙记：上述实验可简记为：CO早出晚归，酒精灯迟到早退。
【填写表格】生铁和钢的比较
物质 生铁 钢
含碳量 2%~4.3% 0.03%~2%
其他元素 硅、锰等 铬、镍等
性能 硬而脆 坚硬,有韧性,抗腐蚀性能强
用途 制铁锅、暖气片等 制机械、交通工具、炊具等
【练习2】
1.工业上炼铁的原理是一氧化碳和氧化铁反应。某兴趣小组利用如图所示的微型装置进行一氧化碳和氧化铁反应的实验。下列说法正确的是（　D　）

A．实验时应先点燃酒精喷灯，后将注射器内的一氧化碳推入硬质玻璃管中
B．实验过程中观察到黑色固体逐渐变红
C．实验中观察到滤纸条变蓝，说明有二氧化碳生成
D．气球的主要作用是防止尾气逸出污染空气
2.如图所示，下列有关模拟工业炼铁的叙述不正确的是（　D　）
A．实验先通入一氧化碳后加热
B．充分加热后，a处固体由红色变为黑色
C．反应前后Fe元素的化合价由+3价变为0价
D．可用氢氧化钠溶液吸收尾气中的CO
3.《天工开物》记载的“生铁、熟铁连续生成工艺”，处于当时世界领先地位，是现代冶金工艺的雏形。其流程图如图所示。下列说法不正确的是（　C　）
A．设备1中氧化铁被夺走氧元素
B．在生铁中加入足量稀硫酸可证明生铁是混合物
C．设备2中通入氧气的主要目的是将铁氧化
D．生铁和熟铁都属于金属材料
答案：1.D 2.D 3.C
学习任务三、含杂物质的化学方程式计算
1.化学方程式表示的是纯净物质之间的质量关系，因此，如果物质中含有杂质，要把杂质的质量除去，代入纯净物质的质量进行计算。
2.不纯物质、纯物质和纯度之间的关系：
①纯物质的质量=不纯物质的质量×纯度
②不纯物质的质量= 纯物质的质量 / 纯度
③纯度 = 纯物质的质量/不纯物质的质量
例如 ：工业上用一氧化碳还原氧化铁炼铁，计算用含氧化铁480t的赤铁矿理论上最多可炼出含杂质4%的生铁的质量是多少？（根据化学方程式计算）
【练习3】
（1）100吨含杂质3%的磁铁矿石中有多少四氧化三铁？
答案：100吨×（1-3%）=97吨
（2）含铁95%的生铁1000吨中纯铁的质量是多少？
答案：1000吨×95%=950吨。
（3）某炼铁厂利用含四氧化三铁80%的赤铁矿石100吨可得到含铁96%的生铁多少吨？
本课小结
请根据本课所学内容，画出你的思维导图吧！
课后任务
1．生铁和钢的主要区别是 ( B )
A．钢是铁的合金，而生铁是纯铁 B．含碳量不同 C．钢含碳而生铁不含碳D．生铁含碳而钢不含碳
2. 下列物质的颜色不是黑色的是（　A　　）
A．Fe2O3　　B．Fe3O4　　C．MnO2　　D．CuO
3. （2023连云港）钢铁是使用最多的金属材料。生铁和钢是含碳量不同的两种铁合金，其中生铁的含碳量为2%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～2%。
(1)从公元1世纪开始，铁便成了一种最主要的金属材料。
①历史上遗留下来的铜制品远比铁制品多。从物质性质的角度看，原因是_铁的金属活动性比铜的强，容易被腐蚀_。
②下列铁制品中，利用了金属导热性的是__c___(填字母)。
a． 后周铁狮子　b． 铸铁井盖　c． 不锈钢水壶
③下列关于铁及铁制品的说法中，正确的是__b___(填字母)。
a．铁是地壳中含量最高的金属元素
b．沙漠地区的铁制品锈蚀较慢
c．不锈钢保温杯可长时间盛放酸性饮品
(2)工业上冶炼钢铁的主要工艺流程如下：

①石灰石(主要成分为)在高温下可将铁矿石中的转变为炉渣()，同时生成一种氧化物。该反应的化学方程式为__ ___。
②从物质组成的角度分析，炼钢炉中通入的目的是_降低生铁中C元素的含量____。
(3)将1.0g某铁合金在纯氧中完全燃烧，得到0.11g二氧化碳。通过计算判断该铁合金属于生铁还是钢。(写出计算过程，否则不得分)。
(3)解：设1.0g铁合金中碳元素的质量为。
合金中碳元素的质量分数=
答：因生铁的含碳量在2%～4.3%，故该铁合金属于生铁。
4.铁和铁的化合物在工农业生产中有广泛的应用。为了探究铁的冶炼原理，小组同学取24.0g Fe2O3粉末，用如图装置模拟炼铁，并测定反应后固体成分。
资料：碱石灰的主要成分是氢氧化钠和氧化钙，可吸收H2O和CO2。
（1）连接装置，先 检查装置的气密性，再装入药品。
（2）实验时先通入CO，目的是 排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸。
（3）①控制A中温度在700℃至固体全部变黑，继续通CO至冷却。目的是除了防止生成的Fe被氧化外还有 把生成的CO2全部排出，被B吸收。
②通过测定装置B中固体的质量变化，可准确求得装置A中剩余固体质量。装置C的作用是 防止空气中的CO2和水蒸气进入装置B中。
③现直接测得装置A中剩余固体质量为19.2g。则装置B中固体应增重 13.2g。
（4）经分析A中剩余固体19.2g为Fe和FexOy的混合物，向其中加入足量的稀H2SO4充分反应，得H20.3g。
①固体中Fe质量为 8.4g。
②FexOy的化学式为 FeO。
答案：（1）检查装置的气密性；
（2）排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸；
（3）①把生成的CO2全部排出，被B吸收；
②防止空气中的CO2和水蒸气进入装置B中；
③13.2；
（4）①8.4；②FeO
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