.3金屬礦物與金屬冶煉本節由常見金屬資源的來源以及資料“金屬元素在地殼中的含量”表引入，簡單介紹了地球上及我國的金屬資源現狀。人類對地球上金屬礦物資源的利用主要是用來冶煉金屬，而其中冶煉量最大的是鐵。因此，課本很自然地轉入到對鐵的冶煉的討論中。“鐵的冶煉”是本節教學的重點。課本除簡要地介紹了我國冶煉鐵的歷史外，主要是通過實驗，說明從鐵礦石中將鐵還原出來的化學反應原理，并結合煉鐵的實際情況，學習化學方程式計算中有關雜質問題的計算。這樣，把化學原理、計算和生產實際緊密地結合在一起，使學習活動成為有機的整體，有利于學生主動參與學習。【素養目標】1.認識一些常見的金屬礦物。2.了解煉鐵的化學原理。3.了解工業煉鐵的原料、過程及產物4.學會根據化學方程式對含有雜質的反應物或生成物進行有關計算。5.通過收集材料、查閱資料、討論交流等具體探究性活動，從而獲得良好學習習慣和學習方法。6.通過煉鐵的教學，使學生體會到化學在生產中的作用，樹立合理利用化學物質的觀念，樹立環保意識。認識到化學原理對實際生產的指導作用。【教學重點】一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置、現象和操作。【教學難點】煉鐵高爐中的有關化學反應，關于混合物的化學方程式計算。【教學準備】教學設備（投影儀，教學課件），一氧化碳還原氧化鐵視頻。【教學過程】一、導入新課地球上的金屬資源廣泛地存在于地殼和浩瀚的海洋中，除了少數很不活潑的金屬如金、鉑、銀等能以單質形式存在，絕大多數都是以化合物形式存在于礦物中的。以化合物形式存在的金屬在自然界中以礦物形式存在。通過金屬冶煉（主要是運用化學方法），人們可將礦物中的金屬化合物轉化為金屬單質。接下來我們一起來學習金屬冶煉的原理以及實際生產過程吧。二、推進新課知識點1了解幾種金屬礦物［提出問題］剛剛我們講過，絕大多數金屬在自然界中的以化合物的形式存在，這是為什么呢？［學生回答］金屬在地殼中的存在形態與金屬的活動性密切相關，很不活潑的金屬能以單質形態存在，活潑的金屬因其易與其他物質發生化學反應，只能以化合物形態存在。［課件展示］教師展示自然界中幾種礦石圖片（含課本P17圖6.32），及有關礦石的成分、產地、產量等背景資料。［提出問題］以上礦石都是純凈物嗎？［學生回答］不是。［交流討論］如果你是煉鐵廠的廠長，你會選擇上述哪種鐵礦石？煉鐵時應如何選取鐵礦石？［教師講解］煉鐵一般選用赤鐵礦和磁鐵礦，主要是赤鐵礦，因為赤鐵礦和磁鐵礦中含鐵量高，且赤鐵礦密度小、質地疏松，較易完全反應；一般不選用黃鐵礦，因為黃鐵礦中含有較多的六元素，在冶煉過程中會產生大量的污染氣體，會增加大氣污染風險和環保治理成本。［思考交流］閱讀課本P16“問題探討”內容，思考并交流對應問題。問題1.為什么銅、鐵、鋁大量冶煉的年代差距如此之大?回答：因為銅的化學性質不活潑，易于冶煉；鐵的化學性質比較活潑，冶煉技術相對復雜；鋁的化學性質非常活潑，難以尋找到合適的物質將其從礦物中還原出來，冶煉技術要求更高。問題2.為什么到目前為止，鐵仍是世界上產量最大、應用最廣的金屬?回答：鐵在地殼中含量豐富，其蘊藏量在金屬中居第二位，冶煉過程較為簡單，因此鐵是目前世界上產量最大的金屬。鐵具有優良的物理性能，生產加工較容易、價格較低、廢料易回收，故鐵是世界上應用最廣的金屬。知識點2鋼鐵的冶煉（一氧化碳還原氧化鐵實驗）［過渡］我們學過的具有還原性的物質有哪些？［學生回答］有碳、氫氣、一氧化碳。［布置任務］請寫出分別用碳、氫氣、一氧化碳還原氧化鐵的反應的化學方程式。［結果展示］2Fe2O3+3C高溫4Fe+3CO2；Fe2O3+3H2高溫2Fe+3H2O；Fe2O3+3CO高溫2Fe+3CO2［提出問題］應該選擇哪種還原劑進行鐵的冶煉？［教師講解］工業上鋼鐵的冶煉使用CO做還原劑，因為CO是氣體，能增大反應物間的接觸面積，是反應進行得更快、更充分，且CO較易獲得，大量獲取成本較低。［課件展示］課件展示一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置，并播放《一氧化碳還原氧化鐵》實驗視頻。（教師講解實驗過程、原理及注意事項，并引導學生觀察實驗現象）實驗裝置：［實驗記錄］實驗步驟：實驗現象玻璃管中的現象：紅褐色的粉末逐漸變為黑色。試管中的現象：澄清石灰水變渾濁。玻璃管出口處現象：尾氣燃燒，并產生藍色火焰。［討論］在實驗過程中應注意哪些安全事項？［學生總結］（1）先通CO，再加熱，目的是將玻璃管中的空氣排盡。（2）實驗完畢后，先停止加熱，繼續通CO至冷卻，目的是防止石灰水倒吸、防止生成的鐵在較高溫度下被氧化。（3）用酒精燈點燃尾氣的作用是：防止一氧化碳污染空氣。［布置任務］寫出在實驗過程中發生的幾個化學反應的化學方程式。［結果展示］知識點3了解工業煉鐵［過渡］上述實驗是實驗室模擬鐵的冶煉過程，工業上鐵的冶煉原理雖與上述實驗相同，但其規模、條件、裝置與此差異很大。［講師講解］把鐵礦石冶煉成鐵是一個復雜的過程。工業上煉鐵時，把鐵礦石和焦炭、石灰石一起從上方投入高爐，在高溫下，利用焦炭與氧氣反應生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來。［課件展示］展示煉鐵高爐結構（課本P18圖6.34）。［提出問題］工業煉鐵和實驗室煉鐵有什么不同？［討論交流］（1）產物不同。工業煉鐵得到的是生鐵，實驗室得到的是純鐵。（2）設備不同。工業煉鐵設備是高爐，實驗室用硬質玻璃管。（3）溫度不同。高爐內溫度高，硬質玻璃管內溫度較低。（4）對環境影響不同。高爐煉鐵對環境影響大，實驗室對環境影響小。（5）操作難易程度不同。高爐煉鐵工藝復雜，實驗室操作簡單。［教師講解］（1）煉鐵時，分別把焦炭、鐵礦石和石灰石等原料，按一定數量比送到爐頂的自動裝料設備，然后投入高爐里（加料后，開爐第一次先將下層的焦炭點燃），并鼓入熱空氣，焦炭就被氧化，生成二氧化碳（C+O2燃燒CO2），并放出大量熱。二氧化碳從爐底上升，與燒紅的焦炭相遇，被還原成一氧化碳（CO2+C高溫2CO）。一氧化碳繼續上升，遇到熾熱的鐵礦石，就把鐵逐步還原出來。由于鐵礦石里除了鐵的氧化物外，還含有不能被利用的礦物（如SiO2）。因此，煉鐵時還要加入石灰石（CaCO3），使其轉化為爐渣而被除去。實際上，高爐煉得的鐵中含有2%~4.3%的碳，以及少量硫和磷等，因而是鐵的合金——生鐵。它硬而脆，不利于加工。所以，人們還要把生鐵放在煉鋼爐里，吹進氧氣冶煉，使其含碳量降至0.03%~2%，并除去硫、磷等雜質，所得產品稱為鋼。（2）生鐵的出口比爐渣的出口低，這因為生鐵（鐵水）的密度大于爐渣的密度。（3）煉鐵高爐氣中的主要成分是CO、CO2、N2等。［學生閱讀］指導學生閱讀課本P18表64后，并思考生鐵和鋼有什么不同。［學生回答］生鐵和鋼的區別［拓展內容］冶煉金屬的常用化學方法：知識點4有關含雜質物質的化學方程式計算［過渡］在煉鐵的實際生產過程中，所用的原料或產物一般都含有雜質，故在計算用料和產量時就不可能不考慮雜質問題。［教師講解］有關含雜質物質的化學方程式計算原理：（1）化學方程式表示的是純凈物之間發生的化學反應，各化學式所表示的量也是純凈物之間的質量關系；（2）在實際生產中，原料和產品往往都不是純凈物，因此在計算時必須先將含雜質的物質的質量換算成純凈物質的質量，再進行計算。［學生閱讀］指導學生閱讀課本P19例題3。（教師注意講解計算過程，并指導學生理解和記憶）［交流討論］請根據剛才閱讀的內容和我們學習的計算原理，總結有關含雜質物質的化學方程式計算的一般步驟。［學生總結］計算步驟：（1）將含雜質物質的質量換算成純凈物的質量；（2）將純凈物的質量代入化學方程式計算；（3）將計算得到的純凈物的質量換算成含雜質物質的質量。［習題展示］某煉鐵廠每天生產1000t含Fe96%的生鐵理論上需消耗含Fe2O370%的赤鐵礦石多少噸？［布置任務］請同學按照總結的計算過程正確解答以上練習題。（教師注意巡視、指導學生進行計算）。［結果展示］解：Fe質量為1000t×96%＝960t設鐵礦石質量為x，則氧化鐵質量為70%·x。Fe2O3+3CO高溫2Fe+3CO216011270%×x960t答:需消耗含氧化鐵70%的赤鐵礦1959.2噸。（教師注意對學生出現的問題進行糾正和檢查）三、典例剖析例實驗室里用如圖所示裝置還原氧化鐵，關于該實驗下列說法錯誤的是（）A.玻璃管中發生的反應屬于置換反應B.該實驗說明了一氧化碳既可以燃燒又有還原性C.實驗觀察到的現象為紅褐色固體變黑，澄清石灰水變渾濁D.實驗時，先通入純凈的一氧化碳，再點燃酒精噴燈給玻璃管加熱【解析】A.在玻璃管中發生的反應是一氧化碳與氧化鐵在加熱時反應生成了二氧化碳和鐵，在該反應中反應物是兩種化合物，不屬于置換反應.故A說法錯誤。B.在該實驗中，一氧化碳將氧化鐵還原成鐵，又能被點燃，說明了一氧化碳既有可燃性又有還原性，故B說法正確。C.在加熱條件下，一氧化碳與氧化鐵反應生成了鐵和二氧化碳，二氧化碳與氫氧化鈣反應生成了碳酸鈣沉淀和水。所以反應的現象是：紅褐色固體變黑，澄清石灰水變渾濁，故C說法正確。D.由于一氧化碳與空氣的混合氣體在點燃時易發生爆炸，所以實驗開始時的操作是：先通入純凈的一氧化碳，再點燃酒精燈給玻璃管加熱，故D說法正確。【答案】A四、課堂小結［提問］學完本課后，你了解了什么？知