資源簡介

(共26張PPT)
課時2 金屬礦物 鐵的冶煉
主題情境·高鐵建設中金屬材料的獲取
主題情境
高鐵建設中金屬材料的獲取
金屬材料的原料來源
鋼軌材料的獲取
高鐵車體和電傳輸系統材料的獲取
情境線
問題線
如何獲取金屬材料的原料？自然界中金屬資源是以什么形式存在的？如何挑選用于冶煉金屬的礦石？
如何獲取鋼軌材料？工業煉鐵的步驟是什么樣的？怎么根據實際需求計算礦石的投入量？
知識線
金屬在自然界的存在形式
如何獲取高鐵車體和電傳輸系統材料？
鐵的冶煉方法；能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
了解銅和鋁的冶煉方法
1. 知道大多數金屬在自然界中是以金屬礦物形式存在的
2. 了解鐵的冶煉方法，體會通過化學反應實現物質轉化的意義和價值
3. 能根據化學方程式對含有某些雜質的反應物或生成物進行有關計算，關注產品需求和成本核算
學習目標
重點
難點
鋼軌主要材料是鋼
通過各位高鐵設計師的研究討論，我們已經確定了高鐵建設中需要用到的金屬材料。
電傳輸線路主要是銅合金
車體主要是鋁合金
新課引入
這些數據你知道嗎？
鐵
鐵路主要重軌
50kg/m
鋁
一個高鐵車廂使用鋁合金
10t
銅
高速列車每公里軌道
10t
有何感想？
s
高鐵建設中需要大量的金屬
自然界存在豐富的金屬元素。如鋁、鐵、鈣等，這三種金屬元素在地殼中總含量達到 15%以上。金屬在自然界中是怎樣存在的？
金屬材料的原料來源
任 務 1
極少數不活潑的金屬（如銀、鉑、金等）
單 質
銀 Ag
鉑 Pt
金 Au
金屬資源存在的形式
大多數都以化合物的形式存在
金屬化合物在自然界中以礦物的形式存在
化合物
赤鐵礦
(主要成分是Fe2O3)
磁鐵礦
(主要成分是Fe3O4)
金紅石
(主要成分是TiO2)
鋁土礦
(主要成分是Al2O3)
軟錳礦
(主要成分是MnO2)
赤銅礦
(主要成分是Cu2O)
金屬資源存在的形式
高鐵的建設離不開鋼鐵行業的支持，假如你是鋼鐵廠的廠長，現要完成一批鋼材的生產任務，你要考慮哪些因素？
鋼軌材料的獲取
任 務 2
自然界中大多數鐵都以化合物的形式存在，那么我們選擇哪種化合物（礦石）來獲取鐵呢？
應選擇含鐵量高、產物環保的礦石。
菱鐵礦
赤鐵礦
磁鐵礦
FeCO3
黃鐵礦
主要成分
Fe2O3
FeS2
Fe3O4
48.3%
70%
72.4%
46.7%
含鐵量
常用赤鐵礦和磁鐵礦。
煉鐵會產生二氧化硫污染物
Fe2O3
化合物
單質
Fe
還原劑
失去氧元素
常見的還原劑：H2、C、CO
小貼士：
如何要使Fe2O3轉變為Fe呢？
觀看視頻，思考以下問題：
①工業煉鐵用了哪些原料
②焦炭起到什么作用
揭秘工業煉鐵
原料：
鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石
C + O2 ====== CO2
C + CO2 ====== 2CO
Fe2O3 + 3CO ====== 2Fe + 3CO2
高溫
高溫
高溫
主要反應：
提供還原劑(CO)，
提供能量(高溫)
將鐵礦石中的雜質轉化為爐渣
工業煉鐵
資料卡片
高爐煉鐵中的核心反應是一氧化碳還原氧化鐵，最終獲得的鐵中還含有碳(含碳量為2%~ 4.3%)，所以稱為生鐵。但高鐵建設需要的材料是“鋼材”。
生鐵和鋼是含碳量不同的兩種鐵合金，生鐵是怎樣煉成鋼的
鋼的含碳量為0.03%~2%
資料卡片
資料1：轉爐煉鋼是將氧氣直接吹入紅熱的鐵水中，氣體產物主要是一氧化碳(轉爐煤氣)。生鐵中含碳量降低，降到一定標準就成了鋼，多次冶煉精度會更高，得到不同標準的鋼。
資料2：古代人把高溫下燒紅的生鐵反復捶打“百煉成鋼”。
兩種煉鋼方法都是“降碳”。
兩種方法中碳元素發生的主要化學反應是否相同
生鐵中的碳與空氣中的氧氣反應，
生成二氧化碳
生鐵中的碳轉化為一氧化碳
不相同
總結：獲取高鐵軌道材料
減碳
工業處理，
加入其他元素
礦石
生鐵
工業煉鐵
鋼
高錳鋼和釩鋼
某煉鐵廠現要煉出含鐵96％的生鐵583 t，計算需要氧化鐵80％的赤鐵礦石多少t？
如果你是煉鐵廠廠長，如何根據生產實際需求估算投入的礦石量？
解：含鐵96％的生鐵583 t，則含鐵的質量為583 t×96%≈560 t
設：需要氧化鐵80％的赤鐵礦石的質量為x。
答：需要氧化鐵80％的赤鐵礦石約1 000 t。
160 112
x×80% 560 t
x =1 000 t
Fe2O3 + 3CO ===== 2Fe + 3CO2
高溫
x×80% 160
560 t 112
=
帶入化學方程式的數值一定是純凈物的質量
某煉鐵廠現要煉出含鐵96％的生鐵583 t，計算需要氧化鐵80％的赤鐵礦
石多少t？
雜質問題的計算
(2)純凈物的質量 = 含雜質的混合物的質量×純度
(3)含雜質的混合物的質量 = 純凈物的質量÷純度
(1)純度 =
鋁的冶煉
2Al2O3 ===== 4Al + 3O2↑
通電
如何獲取高鐵車體和電傳輸線路材料呢？
任 務 3
高鐵車體和電傳輸系統材料的獲取
鋁合金和銅合金
銅的冶煉
濕法煉銅
Fe + CuSO4 ===== FeSO4 + Cu
火法煉銅
(主要方式)
Cu2S＋O2 2Cu＋SO2
制取鋁、銅后，再添加元素即可得到銅合金、鋁合金。
課堂小結
金屬礦物
鐵的冶煉
存在
形式
金屬
冶煉
極少數 單質(金、銀等)
大部分 化合物
雜質問題的計算
鐵礦石
鋁礦石
銅礦石
生鐵
鋼
鋼軌
銅
銅合金
鋁
鋁合金
車體
電傳輸
通電電解
工業煉鐵
帶入是純凈物的質量
火法煉銅為主
C + O2 ====== CO2
C + CO2 ====== 2CO
高溫
高溫
Fe2O3 + 3CO ====== 2Fe + 3CO2
高溫
提供還原劑(CO)，碳與二氧化碳反應放熱，提供能量(高溫)
工業煉鐵
1. 下列鐵礦石中不宜用來煉鐵的是(　　)
A. 赤鐵礦 B. 黃鐵礦 C. 菱鐵礦 D. 磁鐵礦
B
2. 下列有關金屬資源的說法正確的是(　　)
A. 金屬元素在自然界中都以單質的形式存在
B. 自然界中的金屬礦物取之不盡，用之不竭
C. 自然界中金屬礦石的顏色相似
D. 用金屬礦物冶煉金屬的過程中發生了化學變化
D
隨堂練習
3. “化”說中國煉“金”術。
(1)戰國《韓非子·內儲說上》提到，早期采金技術均是“沙里淘金”。黃金能以單質形式存在于自然界的原因是____________________。
(2)西漢時期有一種煉鋼方法叫“炒鐵”，就是將含碳量過高的生鐵在高溫下加熱至半流體狀，然后加入鐵礦石粉不斷“翻炒”，該過程的目的是___
__________________________。
(3)鋁土礦的主要成分是Al2O3，現代工業通過電解熔融氧化鋁的方法制取鋁，同時反應會生成氧氣，該反應的化學方程式為
_____________________。
金的化學性質很穩定
低含碳量，使生鐵轉化為鋼
降
中華優秀傳統文化
2Al2O3 ===== 4Al + 3O2↑
通電
(1)高爐煉鐵過程中焦炭的主要作用是__________、_________。
(2)步驟③反應的化學方程式為_______________________________。
4. 某鋼鐵廠高爐煉鐵的主要原料是焦炭、赤鐵礦石(主要含Fe2O3)、石灰石、空氣等，主要反應過程如下：
提高爐溫
產生CO
3CO＋Fe2O3 2Fe＋3CO2
(3)下列關于高爐煉鐵的敘述錯誤的是
____(填字母)。
A. 為了加快反應速率，高爐煉鐵前先將
鐵礦石粉碎
B. 高爐尾氣對環境無影響，可直接排放
C. 爐渣出口高于產物出口的原因是生鐵密度大于爐渣密度
B

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