資源簡介

4.1 常見的金屬材料
第2課時
教學目標
1．知道一些常見的金屬（鐵等）礦物。
2．了解從鐵礦石中將鐵還原出來的方法。
3．了解冶煉鐵的原理和含雜質等不純量的化學方程式的計算。
4．認識鐵在生產、生活和社會發展中的重要作用。
5．通過鐵的冶煉過程，掌握金屬的冶煉方法。
6．學習從日常生活事物中發現和提出問題。
7．通過我國鋼鐵冶煉和使用的歷史介紹，培養學生的民族自豪感。
8．通過對冶鐵原理的分析，培養學生的安全操作意識和良好的環保意識。
教學重難點
【教學重點】
鐵的冶煉原理；工業煉鐵的設備和相關的化學反應。
【教學難點】
冶煉鐵的原理和含雜質等不純量的有關化學方程式的計算。
還原反應。
教學突破
1．因煉鐵需要用到有毒氣體一氧化碳，從安全方面考慮，改用氫氣還原氧化銅作為演示實驗。為激發學生主動參與的熱情，可讓學生輔助實驗。例如，進行氫氣的驗純，藥品的取用，儀器的裝配等，這都是已經學習過的內容。教師演示時，在關鍵步驟處簡潔提出問題引發思考，演示后再組織討論解決問題。師生互動中歸納出實驗步驟：氣——燈——燈——氣，一二步顛倒會引發爆炸，三四步顛倒可能使剛提煉出來的金屬又被氧化。
在演示實驗的基礎上，設計一種模擬鐵冶煉過程的化學實驗。教師把啟發學生思路的幾個問題進行多媒體展示，分小組按如下順序討論：金屬冶煉的一般條件是什么？實驗前一氧化碳是否需要像氫氣一樣驗純？實驗步驟和氫氣還原氧化銅是否一致？如何證明產物是二氧化碳和鐵？氧化碳有毒，如何對其進行處理？設計可行的處理方法。在交流評定后看一氧化碳還原氧化鐵的動畫模擬實驗。
2．還原反應的講解應結合前面所學的氧化反應來進行，通過得氧和失氧角度的講解來讓學生了解其概念。該知識點雖是難點，但并不是重點，因此應以學生了解為主。
課前準備
相關資料卡片、活動卡片、圖片等。
教學過程
導入新課
【導入】在我們的日常生活中，經常接觸到與鐵有關的物品，如鐵門、鐵窗框、鐵鍋等等。而一個國家的經濟命脈——重工業，更離不開鋼鐵的使用。那么鋼鐵是如何由礦石煉成的呢？
金屬材料的使用，標志著人類的進步和發展。我國古代勞動人民在商代就能制造出青銅器，春秋戰國時期就會冶鐵煉鋼。大家一定很想知道我國古代勞動人民是如何把金屬礦石中的金屬冶煉出來的。這節課就讓我們一起來了解鐵的冶煉方法。
二、講授新課
知識點一 金屬元素在自然界里的存在
【展示】
【提問】金、銀為什么在自然界中以單質的形式存在？
【分析】地球上的金屬資源廣泛地存在于地殼和浩瀚的海洋中，像金、銀這些少數不活潑金屬在自然界中以單質的形式存在，因此我們可以“沙里淘金”。其他金屬在自然界中是以化合物的形式存在，以化合物形式存在的金屬在自然界又以礦物形式存在。含有礦物的巖石稱為礦石。工業上就是從礦石中來提煉金屬的。
【過渡】由于地球上的金屬資源是有限的，故我們需對其進行合理的利用和有效的保護。
知識點二 金屬資源概況
【投影】金屬元素在地殼中的含量
【展示】各種礦物的圖片
【分析】我國的金屬礦物種類齊全，礦物儲量豐富，其中鎢、鉬、鈦、銻等儲量居世界前列，銅、鋁、錳等儲量在世界上占有重要地位。雖說我國礦物種類比較齊全、礦物儲量比較豐富，但由于多種因素的影響，我國主要礦產品進口量呈逐年上升趨勢。隨著我國經濟高速發展，對礦產資源需求增長很快，主要礦產資源短缺的態勢日益明顯。如果地質勘探無重大突破，不久的將來我國礦產資源將出現全面緊缺的局面。
【過渡】煉鐵的過程稱之為鐵的冶煉。下面，我們就來學習有關鐵的冶煉的知識。
知識點三 鐵的冶煉
【分析】早在春秋戰國時期，我國就開始生產和使用鐵器，從公元1世紀起，鐵便成了一種最主要的金屬材料。鋼的主要成分就是鐵。鋼和鐵有著非常廣泛和重要的應用，它們在某種程度上代表了一個國家工業發展的水平。新中國成立后，我國的鋼鐵工業得到了飛速的發展。1949年，我國的鋼產量只有15.8萬噸，居世界第26位；1996年，我國的鋼產量首次突破1億噸，居世界前茅。
【展示】鋼鐵的用途。
【介紹】我國遼寧鞍山、湖北大冶、四川攀枝花等地都有大型鐵礦。
【思考】鐵礦石是怎樣煉成鐵的呢？現以赤鐵礦（主要成分為Fe2O3）為例，來學習研究如何實現鐵的治煉。
【活動探究】鐵的治煉。
【討論】如何將赤鐵礦（主要成分Fe2O3）煉成鐵？
方案一：加熱使Fe2O3發生分解反應。
方案二：找尋種物質使其主動奪去Fe2O3中的“O”。
分析方案要使Fe2O3分解，需較高的溫度；又因為鐵在高溫下易與空氣中的氧氣反應，要使Fe2O3分解成功，還須在非空氣氛圍中進行。這樣成本太高。方案二比較切實可行。但選用什么樣的物質才能使Fe2O3失去“O”呢？我們可以從以前接觸過的一些物質中，尋找適合這種條件的物質請大家回憶思考并討論。
【結論】H、C、CO等都符合條件。事實上，這些物質都可把Fe2O3中的“O”奪走。但考慮到好濟效益等原因，我們一般選用C或CO。
冶煉原理：
【思考】請大家利用自己的智慧，設計一個模擬鐵的冶煉過程的化學實驗，并最好能驗證其生成產物。
【多媒體演示】高爐煉鐵過程中的一氧化碳還原氧化鐵的模擬實驗
實驗步驟：在硬質玻璃管中，放入少量的氧化鐵粉末，先通入一氧化碳，排出裝置內的空氣后，加熱氧化鐵，當紅棕色粉末變成黑色時停止加熱。試管內物質冷卻后，停止通入一氧化碳，觀察。
【討論】根據上圖所示的實驗，回答下列問題。
（1）將產物通人澄清石灰水中，澄清石灰水變渾濁。說明生成了什么氣體？
（2）把得到的黑色粉末倒在白紙上觀察，用磁鐵試驗它，黑色粉末能被磁鐵吸起。判斷固體是什么物質。
（3）請你寫出有關化學反應方程式。
（4）為什么實驗前應先通CO把裝置內空氣排干凈，然后再加熱；反應完成后，須待試管內物質冷卻后再停止通CO？
（5）木炭與一氧化碳有相似之處，都有還原性。能否用木炭還原氧化鐵？請推測出反應的產物，寫出化學方程式。
（6）一氧化碳還原氧化鐵和木炭還原氧化鐵，這兩個化學反應的基本類型是否都是置換反應？為什么？
（7）分別寫出一氧化碳還原四氧化三鐵氧化銅的化學方程式，分析一氧化碳是怎樣變成二氧化碳的，并由此推測出一氧化碳還原金屬氧化物的配平方法。
（8）為什么裝置的后面還要用點燃的酒精燈？
【回答】
（1）產生了二氧化碳氣體。
（2）這種固體是鐵。
（3）。
（4）若先加熱再通入CO，空氣和CO的混合氣受熱可能會發生爆炸；反應完成后，待試管內初壁冷卻后再停止通CO，是為了防止生成的鐵再次被氧化。
（5）能，產物是鐵和二氧化碳。
（6）不都是。因為置換反應是一種單質與一種化合物反應，生成另種單質與另一種化合物反應。所以只有木炭還原氧化鐵是置換反應。
（7）；奪取了金屬氧化物中的一個氧原子變成CO2，由此推斷出一氧化碳還原金屬氧化物的配平方法是：金屬氧化物中有幾個氧原子，CO的化學計量數就是幾，然后觀察配平。
（8）使未反應的CO燃燒生成CO2，防止污染空氣。
【總結】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。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、石灰石一起加入高爐，在高溫下，利用爐內反應生成的氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來。
【過渡】分析一氧化碳還原氧化鐵反應的化學方程式，從失氧、得氧的角度看，一氧化碳、氧化鐵是如何變化的？
【講解】在反應中，氧化鐵為一氧化碳提供了氧轉變為鐵，氧化鐵屬于氧化劑，發生了還原反應；而一氧化碳得到氧，生成了二氧化碳，發生了氧化反應，是還原劑。在化學上，把氧化物中的氧被奪去的反應叫做還原反應，奪氧的物質叫還原劑。
【提問】根據多媒體展示，試分析以下問題：
1．煉鐵的原料是什么？
2．煉鐵的設備是什么？
3．在高爐中煉鐵，主要發生了哪些化學反應？試寫出反應的化學方程式。
4．煉鐵為什么要用到石灰石？
【學生活動】小組內進行分析、討論、整理、總結。
【小結】
1．原料：鐵礦石、石灰石、焦炭。
2．設備：高爐
3．在高爐內主要發生的反應如下：
上層：
中層：
下層：
4．加入石灰石主要是為了除去礦石中的二氧化硅。
【過渡】在冶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。
知識點四 有關雜質問題的計算
【舉例】用1000 t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵96%的生鐵的質量是多少？
【分析】本題是有關化學方程式的計算，但化學方程式表示的是純物質之間的數量比，而不表示不純物質之間的數量之比。所以計算時須先進行換算。
純凈物的質量分數=純凈物的質量/不純物的質量，可知純凈物的質量=不純物的質量×純凈物的質量分數，可以計算出一定質量的鐵礦石中含鐵的氧化物的質量。
【投影】解：1000 t赤鐵礦石中含氧化鐵的質量為1000 t×80%=800 t。
設800t氧化鐵理論上可以煉出鐵的質量為x。
160 2×56
800t x
折合為含鐵96%的生鐵的質量為：560t× 96%=583 t。
答：1000 t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可煉出含鐵96%的生鐵583 t。
或：
解：設理論上可煉出含鐵96%的生鐵的質量為x。
160 2×56
1000 t×80% x×96%
x=583 t
答：1000 t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可煉出含鐵96%的生鐵583 t。
三、課堂練習
1．下列有關鐵的敘述中，正確的是（ ）
A．鐵在氧氣中燃燒生成黑色的氧化鐵
B．鐵是地殼中含量最多的金屬元素
C．鐵在自然界中主要以化合物形式存在
D．常用水沖洗鐵器表面，可以防止生銹
2．若赤鐵礦石中Fe2O3的質量分數為80%，多少噸這樣的赤鐵礦可煉出含碳等其他雜質為7%的生鐵365 t？
答案：1． C
解：設需含Fe2O3為80%的赤鐵礦石的質量為x。
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x×80% 365 t（1-7%）
答：需含Fe2O3 80%的赤鐵礦石的質量為606 t。
四、課堂小結
本節課通過類比的方法，由實驗室用一氧化碳還原氧化鐵的原理去認識理解工業煉鐵原理，充分體現了理論指導實踐的巨大作用。通過學習，要初步掌握有關質的計算。
板書設計
第四單元 金屬
第一節 常見的金屬材料（第2課時）
金屬資源概況
鐵的冶煉
冶煉原理：
有關雜質問題的計算
根據化學方程式進行計算時，要把含雜質物質的質量換算成純物質的質量。
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