2019-2020年九年級化學(xué)上冊 5.2 金屬礦物 鐵的冶煉教學(xué)案 滬教版.doc
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2019-2020年九年級化學(xué)上冊 5.2 金屬礦物 鐵的冶煉教學(xué)案 滬教版 知識點(diǎn)1 金屬在自然界中的存在 (1)地殼中金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由大到小的順序?yàn)锳l、Fe、Ca、Na、K、Mg…… (2)金屬元素在自然界中分布很廣,除極少數(shù)不活潑的金屬(如鉑、金、銀等)以單質(zhì)形式存在外,其余大多數(shù)以化合物形式存在。 知識點(diǎn)2 常見的金屬礦物 名稱 化學(xué)式 鐵的礦物 赤鐵礦 Fe2O3 磁鐵礦 Fe3O4 菱鐵礦 FeCO3 黃鐵礦 FeS2 銅的礦物 黃銅礦 CuFeS4 孔雀石 Cu2(OH) 2CO3 斑銅礦 Cu3FeS4 赤銅礦 Cu2O 鋁的礦物 鋁土礦 Al2O3 明礬石 KAl(SO4) 2?12H2O 例1 (蘭州中考)現(xiàn)有①赤鐵礦(主要成分為Fe2O3)、②磁鐵礦(主要成分為Fe3O4)、③黃鐵礦(主要成分為FeS2),請你從經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)的角度分析三種礦石中哪種最不適合用來煉鐵________(填寫代號),理由是________________________________________________ ____________________________________________________________________________。 解析:先從物質(zhì)組成上比較分析:黃鐵礦中含硫元素,煉鐵過程中會產(chǎn)生污染空氣的二氧化硫。再從所含鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多少來比較分析:磁鐵礦主要成分是Fe3O4,鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72.4%;黃鐵礦的主要成分是FeS2,鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.7%;赤鐵礦主要成分是Fe2O3,鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%。鐵元素含量最低的是黃鐵礦,且在煉制過程中會生成SO2等有害氣體,因此最不適合用來煉鐵的是黃鐵礦。 答案:③ 黃鐵礦中鐵的含量最低,且煉鐵過程中會生成SO2等有害氣體,污染環(huán)境 方法技巧 優(yōu)質(zhì)鐵礦石必須具備兩點(diǎn):①含鐵量高;②不易產(chǎn)生污染。對于礦石中鐵元素含量的判斷,采用化學(xué)式變形法,即Fe3O4→,F(xiàn)e2O3→,F(xiàn)eS2。當(dāng)化學(xué)式中鐵原子個(gè)數(shù)相同時(shí),其中所含氧原子數(shù)越少(其他原子可看作相當(dāng)?shù)难踉?,鐵元素含量越高。 知識點(diǎn)3 鐵的冶煉(重點(diǎn)難點(diǎn)) 教材第124頁觀察與思考 解答:見中考考點(diǎn)對接。 金屬的冶煉:使金屬礦物變成金屬的過程。讓我們通過實(shí)驗(yàn)來研究鐵冶煉的化學(xué)原理。 圖5–2–1 (1)實(shí)驗(yàn)裝置:如圖5–2–1所示。 (2)實(shí)驗(yàn)步驟 ①檢驗(yàn)裝置的氣密性; ②裝入藥品并固定; ③向玻璃管內(nèi)通入純凈的一氧化碳?xì)怏w; ④給氧化鐵加熱; ⑤停止加熱; ⑥停止通一氧化碳。 說明 ①實(shí)驗(yàn)時(shí)先通一氧化碳?xì)怏w,目的是排出裝置內(nèi)的空氣,防止一氧化碳中混有空氣,在加熱時(shí)發(fā)生爆炸。 ②如果先停止通一氧化碳,熾熱的鐵遇到空氣,又被空氣中的氧氣氧化。 ③尾氣要處理,因?yàn)橐谎趸加卸?,不能直接排放到空氣中,一般可點(diǎn)燃后排放,也可以收集起來,集中處理。 規(guī)律總結(jié) 對于一氧化碳的通入、停止與開始加熱、停止加熱的先后順序可巧記憶:一氧化碳早出晚歸,酒精燈遲到早退。 (3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:紅棕色粉末逐漸變成黑色,澄清石灰水變渾濁,尾氣燃燒產(chǎn)生藍(lán)色火焰。 注意 鐵變成粉末狀,其顏色是黑色而不是銀白色。 (4)有關(guān)化學(xué)方程式:①Fe2O3+3CO2Fe+3CO2;②CO2+Ca(OH) 2====CaCO3↓+ H2O;③2CO+ O22CO2。 例2 (河南中考)在實(shí)驗(yàn)室里,可以利用圖5–2–2所示裝置制得鐵。 A B C 圖5–2–2 (1)A處玻璃管內(nèi)所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________。 (2)B處可觀察到的現(xiàn)象是___________;C處酒精燈的作用是__________________。 (3)待四氧化三鐵完全反應(yīng)后,停止加熱A處,在斷開A.B之前應(yīng)繼續(xù)通入一氧化碳至A處玻璃管冷卻。若不繼續(xù)通入一氧化碳,可能出現(xiàn)的后果是___________________。 解析:CO2能使澄清石灰水變渾濁;尾氣中含有CO,必須進(jìn)行尾氣處理,否則會污染空氣;若不繼續(xù)通CO,則A處玻璃管中壓強(qiáng)變小,石灰水倒流到玻璃管中,炸裂玻璃管且使還原出的鐵再次被氧化。 答案:(1) Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 (2)澄清石灰水變渾濁點(diǎn)燃多余的一氧化碳,避免污染空氣 (3)石灰水回流至A處玻璃管中,導(dǎo)致玻璃管炸裂,且使還原出的鐵再次被氧化 警示 CO有劇毒,會與血液中的血紅蛋白結(jié)合,使血紅蛋白失去運(yùn)輸氧氣的能力,導(dǎo)致人缺氧而中毒甚至死亡。 知識點(diǎn)4 工業(yè)煉鐵 (1)主要設(shè)備:高爐(如圖5–2–3所示)。 圖5–2–3 煉鐵高爐結(jié)構(gòu)示意圖 (2)原料:鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣。 (3)方法及原理:將鐵礦石(主要是赤鐵礦)、焦炭和石灰石按一定的比例加入高爐中,從爐下部通熱空氣,焦炭燃燒,生成的二氧化碳與焦炭在高溫下反應(yīng)生成一氧化碳?xì)怏w,一氧化碳跟氧化鐵在高溫下反應(yīng)生成鐵。石灰石的作用是使鐵礦石中的脈石(如二氧化硅)轉(zhuǎn)變成爐渣而除去。主要反應(yīng)原理的化學(xué)方程式為Fe2O3+3CO2Fe+3 CO2。 (4)產(chǎn)品:用高爐煉出來的鐵是生鐵。 例3 (安徽中考)某地根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源特點(diǎn)將石灰石的開采、加工和高爐煉鐵建在一起形成聯(lián)產(chǎn)。 (1)煉鐵的固體原料有鐵礦石、焦炭和________。請寫出煉鐵過程中CO和Fe2O3反應(yīng)的化學(xué)方程式:______________________________________________________________。 (2)高爐煉鐵排放的廢氣中含有大量的高溫氣體一氧化碳,可作為能源用來煅燒石灰石。請寫出煅燒石灰石的化學(xué)方程式:______________________________________________。 (3)此聯(lián)產(chǎn)方式的主要優(yōu)點(diǎn)是_______________________ (答出一點(diǎn)即可)。 解析:高爐煉鐵用石灰石作為助熔劑,除去鐵礦石中的二氧化硅;一氧化碳有毒,排放到空氣中會污染空氣,一氧化碳有可燃性,可作燃料二次使用,這是聯(lián)產(chǎn)方式的主要優(yōu)點(diǎn)。 答案:(1)石灰石 3CO+ Fe2O32Fe+3CO2 (2) CaCO3CaO+ CO2↑ (3)降低成本(或變廢為寶、減少環(huán)境污染、節(jié)約能源、合理利用資源等,其他合理答案均可) 提示 工業(yè)煉鐵過程中,焦炭主要有兩種作用:①燃燒放出熱量,創(chuàng)造高溫環(huán)境;②與生成的二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生一氧化碳。 知識點(diǎn)5 鋼的冶煉 (1)鋼的冶煉 把生鐵放在煉鋼爐中進(jìn)一步冶煉,過多的碳、硅以及硫和磷經(jīng)反應(yīng)后形成爐渣或氣體被除去,使含碳量降低到0.03%~2%之間,便可以得到鋼。 (2)煉鐵和煉鋼的比較 煉鐵 煉鋼 原料 鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣 生鐵、廢鋼 原理 在高溫條件下,用一氧化碳將鐵從礦石中還原出來 在高溫條件下,用氧氣或鐵的氧化物把生鐵中所含的過量的碳和其他雜質(zhì)氧化成氣體或爐渣而除去 主要設(shè)備 高爐 平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐 產(chǎn)品 生鐵 鋼 (3)煉鋼煉鐵的原理 注意 煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣,產(chǎn)物是生鐵,發(fā)生的主要是還原反應(yīng);煉鋼的主要原料是生鐵、氧氣,產(chǎn)物是鋼,發(fā)生的主要是氧化反應(yīng)。 生鐵和鋼都是鐵的合金,它們的含碳量不同,生鐵含雜質(zhì)較多,鋼含雜質(zhì)較少。 我國早在春秋戰(zhàn)國時(shí)期就開始生產(chǎn)和使用鐵器,公元1世紀(jì)時(shí),鐵在我國已經(jīng)廣泛使用。新中國成立以后,我國的鋼鐵工業(yè)得到了飛速的發(fā)展,我國的鋼產(chǎn)量從xx年起,連續(xù)多年保持世界第一。 例4 煉鋼的主要原料是生鐵,在古代,人們把燒紅的生鐵放在鐵砧上反復(fù)錘打,最終使生鐵轉(zhuǎn)化為鋼,這也是成語“百煉成鋼”和“千錘百煉”的來歷。請你寫出上述最關(guān)鍵一步反應(yīng)的化學(xué)方程式:______________________________。 解析:鋼中的含碳量低于生鐵中的含碳量。將燒紅的生鐵反復(fù)錘打的原理實(shí)質(zhì)是使其中所含的碳不斷與空氣中的氧氣反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w,從而使生鐵的含碳量降低而變成鋼。 答案:C+O2CO2 提示 該反應(yīng)的條件不應(yīng)寫“高溫”,因?yàn)楦邷貤l件下發(fā)生的反應(yīng)應(yīng)是吸熱反應(yīng),而碳和氧氣的反應(yīng)是放熱的,故條件應(yīng)為“點(diǎn)燃”。 知識點(diǎn)6 金屬的其他冶煉方法 (1)濕法冶金 我國古代曾記載“曾青得鐵則化為銅”,“曾青”是指硫酸銅溶液,該過程發(fā)生的是置換反應(yīng):Fe+CuSO4====Cu+FeSO4。這種方法是現(xiàn)代濕法冶金的先驅(qū)。 (2)電解法 如鈉、鉀、鎂、鋁等活潑金屬一般用電解法制得。 如:2Al2O34Al+3O2↑、MgCl2Mg+Cl2↑等。 (3)氧化還原法 ①氧化:物質(zhì)與氧結(jié)合生成氧化物的過程,稱為氧化,物質(zhì)發(fā)生的是氧化反應(yīng)。 ②還原:含氧化合物中的氧被奪去的過程,稱為還原,含氧化合物發(fā)生的是還原反應(yīng)。 如: ③氧化劑和還原劑:氧化劑和還原劑只能出現(xiàn)在反應(yīng)物中。能夠奪得氧的物質(zhì)是還原劑,能夠提供氧的物質(zhì)是氧化劑。如上述反應(yīng)中CO為還原劑,F(xiàn)e2O3為氧化劑。 ④氧化劑具有氧化性,發(fā)生還原反應(yīng);還原劑具有還原性,發(fā)生氧化反應(yīng)。 例5 查閱資料:金屬在活動性順序里的位置越靠后,其化合物越不穩(wěn)定,所以它的氧化物越容易被還原。在下列①②中各寫一個(gè)化學(xué)方程式,③中寫出還原金屬氧化物的方法。 解析:HgO的分解和C與CuO反應(yīng)是常見的氧化還原反應(yīng),③中反應(yīng)為“鋁熱反應(yīng)”,是利用一種金屬來還原金屬氧化物得到另一種金屬,常用來焊接鋼軌。 答案:①2HgO2Hg+ O2↑ ②C+2CuO2Cu + CO2↑ ③用一種金屬還原金屬氧化物(合理答案均可) 提示 物質(zhì)得氧是還原劑,發(fā)生氧化反應(yīng);物質(zhì)失氧是氧化劑,發(fā)生還原反應(yīng);氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)是同時(shí)發(fā)生的,不是彼此孤立的。 知識點(diǎn)7 含雜質(zhì)物質(zhì)的化學(xué)方程式計(jì)算(重點(diǎn)難點(diǎn)) 在實(shí)際生產(chǎn)過程中,所用的原料或產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì),在計(jì)算用料和產(chǎn)量時(shí),應(yīng)考慮到雜質(zhì)問題。 (1)化學(xué)方程式所表達(dá)的都是純凈物發(fā)生化學(xué)變化時(shí)的相互關(guān)系,各化學(xué)式所對應(yīng)的化學(xué)量,反映的是純凈物之間的質(zhì)量關(guān)系。 (2)在現(xiàn)實(shí)生活中絕對純凈或理想純凈的物質(zhì)是不存在的,物質(zhì)中或多或少都含有雜質(zhì)。當(dāng)參加反應(yīng)的物質(zhì)含雜質(zhì)時(shí),先要把含雜質(zhì)的物質(zhì)的質(zhì)量換算成純物質(zhì)的質(zhì)量,再進(jìn)行計(jì)算。 純度=100% 純物質(zhì)的質(zhì)量=不純物質(zhì)的質(zhì)量純度 雜質(zhì)質(zhì)量=不純物質(zhì)的質(zhì)量(1-純度) 教材第125頁交流與討論 解答:1.開始實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)先通一段時(shí)間CO再點(diǎn)燃酒精噴燈加熱,目的是排凈裝置內(nèi)的空氣,防止加熱一氧化碳與空氣的混合氣體發(fā)生爆炸;實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),先停止加熱,待玻璃管內(nèi)物質(zhì)冷卻后再停止通CO,防止空氣進(jìn)入后熱的鐵粉重新被氧化,也可以防止試管中的石灰水倒流進(jìn)硬質(zhì)玻璃管。 2.方法一:設(shè)490萬噸含氧化鐵60%的赤鐵礦石能煉出鐵的質(zhì)量為x。 490萬噸60%=294萬噸 Fe2O3+3CO2Fe+3 CO2 160 112 294萬噸 x 解得x=205.8萬噸 答:所得到的生鐵中最多含鐵205.8萬噸。 方法二:490萬噸60%=294萬噸 礦石中含鐵元素的質(zhì)量: 294萬噸100%=294萬噸100%=205.8萬噸 答:所得到的生鐵中最多含鐵205.8萬噸。 例6 某煉鐵廠用含F(xiàn)e2O3的鐵礦石冶煉10 t含雜質(zhì)2%的生鐵,至少需要一氧化碳的質(zhì)量是多少?標(biāo)準(zhǔn)狀況下,這些一氧化碳的體積是多少?(標(biāo)準(zhǔn)狀況下,一氧化碳的密度為1.25 kgm-3) 解析:先根據(jù)生鐵中鐵的質(zhì)量:10 t(1-2%)=9.8 t,計(jì)算CO的質(zhì)量,再根據(jù)公式V= 計(jì)算出所需CO的體積。 答案:解:設(shè)需要一氧化碳的質(zhì)量為x。 生鐵中鐵的質(zhì)量:10 t(1-2%)=9.8 t Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 84 112 9.8t x=7.35t V(CO)===5 880m3 答:至少需要7.35 t一氧化碳,其體積為5 880 m3。 警示 本題易出錯(cuò)的點(diǎn)是:10t含雜質(zhì)2%的生鐵,要注意10t是生鐵的質(zhì)量,并不是純鐵的質(zhì)量,純鐵的質(zhì)量應(yīng)為10t(1-2%)=9.8 t,代入化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算。- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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