資源簡介

(共26張PPT)
第八單元：金屬和金屬材料
課題3：金屬資源的利用和保護
第1課時：金屬資源的利用——金屬的冶煉
新課導入
在課題1、課題2中，我們學習了金屬材料及金屬的物理、化學性質，知道了金屬材料在生活中的應用無處不在。那這些金屬材料是“天生”就有的嗎？鋼鐵是怎樣煉成的呢？
春秋戰國時期，我國
開始生產和使用鐵器
唐代詩人李白有詩曰“爐火照天地，紅星亂紫煙?！庇涊d了唐代煉鐵場景
宋代宋應星《天工開物》中對古代煉鐵技術進行了系統介紹
近現代，高爐煉鐵具有工藝簡單、生產量大、生產率高等優點
學習目標
1.知道一些常見的金屬礦物（鐵礦、鋁礦等）及其主要化學成分。
2.了解從鐵礦中將鐵還原出來的方法。
3.認識工業煉鐵的主要原料及設備。
4.掌握不純物質化學方程式計算的方法。
知識全解
一、金屬礦物
地球上的金屬資源廣泛地存在于地殼和海洋中。具體存在形式如下：
（1）單質：極少數不活潑地金屬（如金、銀、鉑等）
金
銀
鉑
知識全解
一、金屬礦物
（2）化合物：除金、銀等其余金屬（如鐵、鋅、鈉、鈣等）
赤鐵礦（主要成分Fe2O3）
磁鐵礦(主要
成分Fe3O4)
菱鐵礦(主要
成分FeCO3)
鋁土礦(主要
成分Al2O3)
黃鐵礦(主要
成分FeS2)
知識全解
一、金屬礦物
（2）化合物：除金、銀等其余金屬（如鐵、鋅、鈉、鈣等）
黃銅礦(主要
成分CuFeS2)
輝銅礦(主要
成分Cu2S)
赤銅礦(主要
成分Cu2O)
金紅石(主要
成分TiO2)
軟錳礦(主要
成分MnO2)
工業上所需的金屬大都是從含有金屬元素并有開采價值的礦石中提煉的。其中提取量最大的金屬是鐵。
知識全解
思考與討論
1.金屬元素在地殼或海洋中的存在形式，與什么有關？
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金屬活動性由強逐漸減弱
金屬活動性順序
知識全解
思考與討論
2.鐵礦石的種類有赤鐵礦、黃鐵礦、菱鐵礦、磁鐵礦等，用什么礦石煉鐵比較好，為什么？
用赤鐵礦和磁鐵礦比較好。因為相同情況下兩者的含鐵量比較高，且不會生成二氧化硫污染氣體。
赤鐵礦（主要成分Fe2O3的含鐵量70%） 磁鐵礦(主要成分Fe3O4的含鐵量72.41%)
菱鐵礦(主要成分FeCO3的含鐵量48.27%) 黃鐵礦(主要成分FeS2的含鐵量46.67%)
知識全解
思考與討論
3.現有如下得到鐵的化學方程式，采用哪一個作為煉鐵的最佳原理呢？
3C+2Fe2O3 4Fe+3CO2↑
高溫
3H2+Fe2O3 2Fe+3H2O
高溫
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
高溫
還原劑+Fe2O3 Fe + CO2
除去氧化物中的氧元素
轉變為
H2作還原劑，成本高
焦炭是固體，與鐵礦石接觸不充分，鐵礦石利用率低
CO是流動性氣體，與鐵礦石接觸充分，利用率高，反應較充分,最佳選擇
√
知識全解
二、鐵的冶煉
實驗室模擬煉鐵
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
高溫
CO2+Ca(OH)2 CaCO3↓+H2O
2CO+O2 2CO2
點燃
實驗步驟：
1、檢查裝置氣密性
2、將適量的氧化鐵裝入試管并固定裝置
3、點燃右邊酒精燈
4、通入一氧化碳氣體
5、點燃酒精噴燈給氧化鐵加熱
6、待硬質玻璃管內紅色物質完全變為黑色時停止
加熱
7、待玻璃管內固體冷卻后停止通入一氧化碳，
然后熄滅右邊酒精燈
防CO污染空氣，用酒精燈點燃或用氣球收集，尾氣處理裝置
由紅色變為黑色
知識全解
思考與討論
在實驗室模擬煉鐵的實驗中，一氧化碳的通入和酒精噴燈的點燃熄滅順序。
CO ——“早進晚出” 酒精噴燈——“遲到早退”
實驗前要先通CO將硬質玻璃管中的空氣排盡再點燃酒精噴燈加熱，
防止加熱時CO與空氣混合發生爆炸；
實驗完畢后，停止加熱后要繼續通CO至硬質玻璃管內固體冷卻，
防止高溫下的生成物鐵與空氣接觸而被氧化，同時還可防止石灰水倒吸。
知識全解
二、鐵的冶煉
工業煉鐵
1.原料：
2.原理：
3.設備：
鐵礦石、焦炭、石灰石
C+O2 CO2
高溫
CO2+C 2CO
高溫
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
高溫
熱空氣,提供O2
生鐵
將礦石中的二氧化硅
轉變為爐渣
爐渣
提高溫度；產生一氧化碳
高爐
熱空氣
高爐氣體
高爐氣體
知識全解
煉鐵場景
知識全解
思考與討論
實驗室模擬煉鐵與工業煉鐵的產物是否相同？為什么？
實驗室模擬煉鐵 ——純鐵 工業煉鐵——生鐵
因工業煉鐵固體原料是鐵礦石及焦炭等，工業煉鐵所得產物中含有碳及少量磷、
硫的鐵合金——生鐵
知識全解
二、鐵的冶煉
工業煉鐵
4.產品：
生鐵
含有2%~4.3%的碳及少量磷和硫的鐵合金
硬而脆，不利于加工
可經過吹氧冶煉等工序生產鋼，含碳量降至0.03%~2%的鐵合金
知識全解
二、鐵的冶煉
含雜物質的計算
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噸？
解：設煉出含鐵96%的生鐵的質量為x
160 112
1000 t×80％ x·96%
x =
112×1000 t×80％
160×96%
= 583.3 t
Fe2O3+3CO === 2Fe+3CO2
高溫
=
160
1000 t×80％
112
x·96%
赤鐵礦——1000 t
氧化鐵——1000 t×80%
生鐵——x
鐵——96%x
答：理論上可以煉出含鐵96%的生鐵的質量為583.3 t 。
①代入化學方程式的是純凈物的質量
②純凈物質量=不純物質質量×純度
純凈物質量
不純物質質量
③純度= ×100%
知識全解
一題多解法
根據質量守恒定律可知，化學反應前后，元素的質量不變。根據鐵元素守恒，可得
112
160
二、鐵的冶煉
含雜物質的計算
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噸？
煉得生鐵的質量=1000 t×80%×——÷96% ≈583.3 t。
氧化鐵的質量
氧化鐵中鐵元素的質量
煉得生鐵的質量
課堂小結
金屬資源的利用
鐵的冶煉
金屬
資源
含雜物質
的計算
以游離態（單質）形式存在：金、銀、鉑等極少量金屬
以化合物形式存在：除金、銀、鉑以外的其余金屬
實驗室模擬煉鐵
工業
煉鐵
原理： 3CO+Fe2O3====2Fe+3CO2
產物：純鐵
步驟：
高溫
檢查裝置氣密性
裝藥品
固定儀器
通入CO氣體
驗純后點燃酒精燈
點燃酒精噴燈
反應結束后熄滅酒精噴燈
冷卻后停止通CO
熄滅酒精燈
原理：同上
設備：高爐
產物：生鐵
代入化學方程式的是純凈物的質量
課堂練習
1.下列金屬在自然界中能以單質形式存在的是( )
A．鋁 B．鐵 C．鈉 D．銀
D
課堂練習
解析：
以游離態（單質）形式存在：金、銀、鉑等極少量金屬。
課堂練習
2.下列礦石的主要成分不屬于氧化物的是( )
A．赤鐵礦(主要成分Fe2O3) B．黃鐵礦(主要成分FeS2)
C．鋁土礦(主要成分Al2O3) D．磁鐵礦(主要成分Fe3O4)
B
課堂練習
解析:
黃鐵礦的主要成分FeS2屬于硫化物，不屬于氧化物。
課堂練習
3.探究鐵的冶煉原理實驗裝置和煉鐵高爐的示意圖如下，下列敘述正確的是（ ）
A．甲圖中實驗結束時，應先停止通
一氧化碳再熄滅酒精噴燈
B．乙圖中高爐煉鐵的原料中焦炭的
作用只是利用其燃燒提供熱量
C．乙圖中為了使焦炭燃燒生成一氧
化碳，只需通入少量的熱空氣
D．完全反應后，甲、乙圖中得到產物的區別是甲圖得到的是純凈物，乙圖得到
的是混合物
D
課堂練習
解析：
一氧化碳還原氧化鐵時，應先停止熄滅酒精噴燈繼續通一氧化碳直到玻璃管冷卻，防止鐵被氧化，故A錯誤；高爐煉鐵中原料焦炭的作用是提供熱量和還原一氧化碳，故B錯誤；乙圖中要通入過量的熱空氣，使得焦炭充分燃燒生成二氧化碳，然后在高溫的條件下，焦炭將二氧化碳還原為一氧化碳，故C錯誤；甲圖是一氧化碳還原氧化鐵，能得到純鐵，乙圖是煉鐵高爐，得到的是生鐵，屬于混合物，故D正確。
課堂練習
4.冶煉2000 t含雜質3％的生鐵，需要含Fe3O4 90%的磁鐵礦石多少噸？
解法一：設需要磁鐵礦石的質量為x
232 168
90%x 2000 t×(1-3%)
232 90%x
168 2000 t×(1-3%)
x≈2976.7 t
3CO+Fe3O4 3Fe+4CO2
高溫
—— = ————————
解法二：根據鐵元素守恒得
需要磁鐵礦石的質量為
2000 t×(1-3%)÷——÷90%≈2976.7 t
168
232
答：需要含Fe3O4 90%的磁鐵礦石2976.7 t。
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