金属矿物与冶炼教案

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*）

黄铁矿(FeS2 )

磁铁矿(Fe3O4) 菱铁矿(FeCO3 )

赤铁矿(Fe2O3)

（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 = 2 CO ; 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．FeTiO3B．FeTiO4C．Fe2TiO3D．FeTi2O4

4．碳在高温下可以和氧化铁反应，化学方程式可表示为：2Fe2O3+3C 4Fe+3CO2↑，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+CO Cu+CO 2

B ．CO 2+

C 2CO B ．Fe 3O 4+4CO 3Fe+4CO 2

D ．Fe 2O 3+3CO 2Fe+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 —1 C —12 O —16 S —32 Fe —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 。

，B 中观察到的现象 。

（5）该装置的不足之处是 。

4．某炼铁厂日产杂质5%的生铁3000t ，试计算：（提示：O —16 Fe —56）

（1）该3000t 生铁中含纯铁多少吨？

（2）该炼钢厂每天需含Fe 2O 3质量分数为85%的赤铁矿石多少吨？（计算结果保留整数）

5． A ～J 都是初中化学中的常见物质，其中D 、E 对维持自然界生命活动至关重要，A 、B 为黑色固

体，C 是红色金属单质，H 为气体。它们的相互转化关系如下图所示。

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