金属矿物与冶炼教案

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金属矿物与冶炼教学目的

1.了解地壳中金属的含量,掌握常见的金属矿物;

2.掌握实验室模拟炼铁的原理、装置、操作、现象、注意事项和产物验证; 3.掌握工业炼铁的原理、原料、设备、产物,熟练书写相关化学方程式; 4.知道生铁和钢的区别,掌握含杂质物质的化学方程式的计算。

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同同大家知道这些金属是怎么炼制的?自然界有没有现成的金属单质存在??

(一)金属在自然界的存在

(1)绝大多数金属在自然界中是以化合物形态(化合态)存在,少数不活泼的金属,如金(Au )银(Ag )铂(Pt )等以单质形态(游离态)存在。

(2)地壳中含量最多的金属是铝(Al ),占地壳总质量的7.73%,其次是铁(Fe )钙(Ca )钠(Na )等 (3)自然界以化合态存在的金属主要是以矿石的形式存在,如:赤铁矿(Fe2O3)磁铁矿(Fe3O4)黄铁矿(FeS2)孔雀石(Cu2(OH )2CO3)铝土矿(Al2O3) (二)模拟炼铁(*重点*)

(1)实验装置图:

(2)实验操作:

先通CO

(排净装置内空气,放置加热时发生爆炸)再加热,当反应结束后,先停止加热继

黄铁矿(FeS2)

磁铁矿

(Fe3O4)

菱铁矿(FeCO3)

赤铁矿

(Fe2O3)

续通一氧化碳至试管冷却(防止石灰水倒吸入玻璃管,使玻璃管炸裂,防止新进入的空气将热的铁氧化)。(3)实验现象:玻璃管内红棕色的粉末变成黑色,导管末端澄清石灰水变浑浊。

(4)发生的反应:Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2;Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O

(5)产物:铁和二氧化碳,为了验证反应的生成物,可用磁铁吸引黑色粉末能被吸起,证明有铁生成(或取

反应后的物质,向其中滴加稀盐酸有气泡生成,证明有铁生成,反应的化学方程式:Fe+2HCl=FeCl2+H2↑)为了验证一氧化碳的氧化产物,将反应后的气体通入澄清石灰水中,澄清的石灰水变浑浊,证明有二氧化碳生成,反应的化学方程式:Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O

注意:一氧化碳有毒,反应后的尾气不能直接排放到空气中,正确的做法是:收集起来或者点燃烧掉,负责污染空气。模拟炼铁得到的是纯净的铁,而高炉炼铁得到的是生铁。

(三)工业炼铁(*重点*)

原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气

原理:Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2;设备:高炉产物:生铁(铁合金、混合物)

高炉中发生的反应:C+O2=CO2;CO2+C=2CO;Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2;CaCO3=CaO+CO2↑

(四)生铁和钢(*重点*)

(1)生铁:生铁是指含碳2%--4.3%,以及少量磷和硫的铁合金。它硬而脆,不利于加工,可铸不可锻。

(2)钢:钢是含碳量为0.03%--2%,不含或含少量磷、硫杂质的铁合金。钢硬而韧,有弹性,可铸可锻。(五)氢气和一氧化碳还原金属氧化物的异同(*难点*)

(1)氢气是单质,一氧化碳是化合物,所以氢气和金属氧化物的反应属于置换反应;一氧化碳属于氧化物,反应不是置换反应。

(2)氢气无毒,尾气无需处理;一氧化碳有毒,装置需密闭,尾气需要点燃或者收集处理。

(3)氢气的反应物是水,试管口应略向下倾斜,不然可能使水倒流引起试管破裂;一氧化碳的反应产物是气体(4)氢气的反应产物是水,可观察到有水珠产生,检验一氧化碳的产物二氧化碳时利用澄清石灰水。

(六)含有杂质的反应物或生成物的有关计算(*难点*)

(1)金属冶炼选择矿石的标准:矿石容易获得、金属元素的含量高、冶炼时不会产生污染空气的物质等。(2)实际生产过程中,所用的原料一般都含有杂质,在计算用料和产量时,应考虑到杂质问题。

(3)化学方程式所表示的都是纯净物发生化反应时的相互关系,各化学式所表示的量是纯净物之间的质量关系,现实生活中绝对纯净的物质不存在,所以进行化学计算时不不纯的物质换成纯物质的质量进行计算:

纯度=纯物质的质量/不纯物质的质量*100%=1-杂质的质量分数

纯物质的质量=不纯物质的质量*纯度;不纯物质的质量=纯物质的质量/纯度。 基础训练

1.人类利用金属的历史经历了从青铜器时代到铁器时代,再到铝合金大量使用的过程。这一事实与下列因素有关的是()

A .地壳中金属元素的含量

B .金属的导电性、延展性

C .金属的活动性

D .金属冶炼的水平

2.人类在生产、生活中经常使用铁。下列关于铁的说法正确的是() A .铁矿石在地壳中含量最丰富,可以随意开采 B .生铁是含少量碳的铁合金

C .废弃铁制品回收成本太高,属于不可回收垃圾

D .纯铁比生铁硬,不锈钢比纯铁的防腐蚀性能差

3.钛(Ti )和铁(Fe )都是有广泛用途的金属,某钛铁矿中Ti 显+4价,Fe 显+2价,该钛铁矿的化学式是() A .FeTiO 3

B .FeTiO 4

C .Fe 2TiO 3

D .FeTi 2O 4

4.碳在高温下可以和氧化铁反应,化学方程式可表示为:2Fe 2O 3+3C4Fe+3CO 2↑,下列说法中正确的是() A .该反应属于分解反应 B .反应中碳元素的化合价降低,铁元素的化合价升高 C .碳是还原剂

D .氧化铁是还原剂

5.下列反应中,一氧化碳不是还原剂的是() A .CuO+COCu+CO 2

B .CO 2+C2CO

B .Fe 3O 4+4CO3Fe+4CO 2 D .Fe 2O 3+3CO2Fe+3CO 2

6.下列叙述正确的是()

A .由铁矿石炼铁是化学变化,由生铁炼钢是物理变化

B .由铁制容器盛放稀硫酸或硫酸铜溶液,容器易被腐蚀

C .生铁和钢都是铁的合金,它们在性能和用途上差异不大

D .生铁和钢都能完全溶解在稀盐酸中

7.铁是工农业生产和人们生活离不开的重要金属材料之一,人类每年要从自然界中获取大量的铁矿资源。 (1)写出工业上用一氧化碳和赤铁矿(主要成分Fe 2O 3)反应冶炼铁的化学方程式:。 (2)通过上述方法得到的是生铁,请写出另一种铁合金的名称 能力训练(提示:H —1C —12O —16S —32Fe —56)

1.有一种黑色粉末在高温下可以和CO 反应,该粉末可能是下列物质中的() A .铁粉

B .氧化铁

C .氧化铜

D .木炭粉

2.某同学在实验室用一氧化碳与氧化铁反应,若得到5.6g 铁,则消耗的一氧化碳的质量是() A .等于4.2g

B .大于4.2g

C .小于4.2g

D .不大于4.2g

3.CO 是一种无色、无味、有毒的可燃气体污染物,具有还原性,可用于冶金工业。如下图 (1)写出图中标有序号的仪器名称①,②。 (2)CO 气体能使人中毒,其原因是。 (3)实验过程中,先要进行的是,再进行。

(4)A 中反应的化学方程式是。B 中反应的化学方程式是。

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