初中化学科粤版（2024）九年级下册（2024）金属矿物与金属冶炼教案

这是一份初中化学科粤版（2024）九年级下册（2024）金属矿物与金属冶炼教案，共10页。
新课导入
[情境导入] 金属材料的使用,标志着人类的进步与发展。我国古代劳动人民在商代就能制造出青铜器,西汉时期就能使用铁犁等。大家知道我国古代劳动人民是如何把金属矿石中的金属冶炼出来的吗?这节课就让我们一起来探究金属的冶炼。
[情境导入] 多媒体课件展示部分常见矿石的实物以及图片。
地球上存在着丰富的矿产资源,矿产资源的利用对一个国家的工业发展有着十分重要的作用。金属资源就属于矿产资源的一个重要的分支。你知道如何从矿石中得到金属吗?
[复习导入] 地壳中含量最高的金属是什么?年产量最高的金属呢?说出你所知道的含金属的矿石。这些矿石中的金属哪些是以单质形式存在的?哪些是以化合物形式存在的?你知道矿石是如何变成金属的吗?
教学建言
[建言1] 一氧化碳还原氧化铁实验相关问题的设计
此实验是本节课的重点。要把这个实验与炼铁的主要原理结合起来,使学生认识到化学原理对实际生产的指导作用。有条件的地方可做演示实验,实验过程中要十分注意安全,同时要求学生学会观察,养成边观察、边记录、边思考的习惯,对于各个步骤都可提出问题,如:
(1)选择哪种矿石炼铁,为什么?
(2)铁矿石如何“变成”铁?选择什么方法或什么物质?
(3)一氧化碳有可燃性,实验开始时应该先通一氧化碳还是先加热,理由是什么?
(4)实验结束时,应先停止加热,还是先停止通一氧化碳?
(5)尾气有毒,如何处理?
(6)实验中观察到什么现象?
(7)实验过程中发生了几个反应?写出各处反应的化学方程式。
(8)用什么方法证明有铁生成?
每一个问题都可让学生进行讨论,并给出合理的评价。实验中可以增加一个演示实验:反应前后分别用磁铁吸引两种固体或将两种固体分别加入稀盐酸中观察有无气泡产生,从而证明氧化铁确实变成了铁。
[建言2] 一氧化碳还原氧化铁考查要点的介绍
针对经常考查的要点,分别进行介绍:
(1)关于实验操作顺序
方法一:“一通、二点、三灭、四停、五处理”。
“一通”:先通一氧化碳——排尽装置内的空气,防止加热时发生爆炸。
“二点”:点燃酒精喷灯进行加热。
“三灭”:实验完毕后,先熄灭酒精喷灯。
“四停”:等冷却到室温时再停止通一氧化碳——防止空气进入使铁被氧化,也防止石灰水倒流而使玻璃管炸裂。
“五处理”:注意处理尾气——防止一氧化碳污染环境。
方法二:一氧化碳早来晚走,尾气处理。
(2)关于实验现象:红变黑,清变浑,有火焰。
红变黑:玻璃管内观察到红色粉末变成黑色。
清变浑:试管中澄清石灰水变浑浊。
有火焰:导管口产生蓝色火焰。
(3)发生的反应
对应三处实验现象,发生的反应分别为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2;Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O;2CO+O22CO2。
[建言3] 一氧化碳还原氧化铁实验装置的改进
[改进一]
(1)实验装置改进
(2)改进说明
①将两个塑料瓶巧妙组合,使供气装置随开随用、随关随停、气流可大可小,增强了对实验过程的调控;同时尾气存储装置既能自动吸储尾气,又能直观显示玻璃管内空气何时排完(已知玻璃管的容积为36 mL),增强了实验的可操作性和安全性;另外,简化了实验装置,节省了一氧化碳气体。
②反应装置源于教材,主体部分保持了与教材设计的一致性,使学生易于理解实验原理。
③对实验尾气的巧妙处理,既能很好地培养学生的环保意识,又能激发学生的创新精神。
④利用废旧的塑料瓶替代供气装置和尾气存储装置,丰富了教育装备,节省了教育经费,培养了学生勤俭节约的习惯。
[改进二]
(1)实验装置改进
(2)改进说明
①为节约试剂,将实验改成微型化实验,设计了一体化的一氧化碳发生装置,可通过控制胶头滴管滴加甲酸的速率来控制反应速率。未反应的一氧化碳可以用气球收集后点燃,这样做既可以处理尾气又可以让学生观察到一氧化碳燃烧的现象。
②本实验制取一氧化碳气体并进行其性质实验,无须提前收集大量的一氧化碳气体,这样既方便,产生的污染又少。
③教材中的实验使用的氧化铁粉末较多,反应耗时较长,本实验氧化铁粉末用量较少,现象明显且耗时短。
④本实验较安全、环保、简便,可操作性强,可进行学生分组实验。
⑤本实验装置还可用于一氧化碳还原氧化铜的实验和氢气还原氧化铜的实验。
[改进三]
(1)实验装置改进
(2)改进说明
①大理石和稀盐酸的用量要相对多一点,木炭粉的用量要多一点并且尽量平铺,氧化铁的用量要尽可能少一点并且尽量平铺。
②通入二氧化碳后,当观察到澄清石灰水变浑浊时,点燃酒精灯及酒精喷灯甲和乙。
③操作简单、无污染、安全,利于教师上课演示,现象明显,教学效果好,无须验纯一氧化碳。
[建言4] 有关含杂质物质的化学方程式的计算
1.以“现有100 t含氧化铁质量分数为80%的赤铁矿石,理论上可炼出含铁96%的生铁的质量是多少”为例进行解答讲解。
方法一:利用“守恒思想”解答。氧化铁中的铁全部转化到生铁中,则可炼出生铁的质量为100 t×80%×56×256×2+16×3×100%÷96%=58.3 t。
方法二:利用“关系式法”解答。氧化铁中的铁全部转化到生铁中,则有Fe2O3~2Fe,设可得到含铁96%的生铁的质量为x。
Fe2O3 ~ 2Fe
160 112
100 t×80%96%×x
160112=100t×80%96%×x
x=58.3 t
方法三:利用“转化法”解答。
设可炼出含铁96%的生铁的质量为x。
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
100 t×80% 96%×x
160112=100t×80%96%×x
x=58.3 t
2.明确几个基本公式
(1)纯净物的质量分数(纯度)=纯净物的质量物质的总质量×100%=1-杂质的质量分数
(2)纯净物的质量=含杂质物质的总质量×纯净物的质量分数
(3)含杂质物质的总质量=纯净物的质量纯净物的质量分数
3.利用化学方程式解答有关含杂质问题的计算题步骤
(1)先理清所给的量是纯净物的质量,还是混合物的质量。
(2)若是混合物的质量,应先将混合物的质量换算为纯净物的质量。
(3)将纯净物的质量代入化学方程式进行计算。
(4)若要得到混合物的质量,将计算得到的纯净物的质量换算为混合物的质量。
情境素材建议
[新课标情境素材建议]
我国古代金属冶炼成就
古代冶金技术彰显了我国劳动人民的智慧。金属资源广泛存在于地壳和海洋中,以单质或化合物的形式存在。
战国《韩非子·内储说上》提到,早期采金技术均是“沙里淘金”。
北宋沈括所著的《梦溪笔谈》中记载了“湿法炼铜”的方法:“熬胆矾铁釜,久之亦化为铜。”即在硫酸铜溶液中加入铁,则可得到铜。
明代宋应星所著的《天工开物》一书,介绍了“火法炼锌”的方法:把炉甘石(ZnCO3)和煤炭饼粉碎后装入炼锌罐(如图所示),泥封,“其底铺薪,发火煅红”“冷定毁罐取出”。反应区中发生如下反应:炉甘石(ZnCO3)在高温下分解产生氧化锌,煤炭中的碳与氧化锌反应生成锌和二氧化碳。
古书还记载“炒钢”被称为当时“震撼大地”的发明,这种技术之一是把生铁在高温炒炉中搅拌翻炒,并持续鼓入空气,碳含量不断降低,百炼钢也曾传到国外,是中华民族历史上伟大的发明之一。
据《天工开物》记载,古代把铅与含银的矿物[主要成分是硫化银(Ag2S)]混合加热后,铅使硫化银变成银,并形成熔融矿团,再通过鼓入空气使铅转化为氧化铅(PbO)分离出来,即可得到纯银,此法叫“沉铅结银”。
考查点:
(1)古人通过“沙里淘金”就能直接获得金颗粒,这说明金在自然界中主要以哪种形态存在?(提示:无需化学提取,直接以纯金属形态存在)
(2)“湿法炼铜”也描述为“曾青(硫酸铜溶液)得铁则化为铜”,其反应原理是什么?该反应属于哪种基本反应类型?
(3)火法炼锌时,炉甘石(ZnCO3)在高温下会分解生成氧化锌和一种气体。写出该反应的化学方程式。
(4)火法炼锌时,图中泥罐外放置的煤的主要作用是什么?
(5)火法炼锌时,“冷定后毁罐取出”的原因是什么?(已知锌的熔点为419 ℃,沸点为907 ℃)
(6)生铁含碳量较高(2%~4.3%),古代将生铁在高温炒炉中搅拌翻炒并鼓入空气,可“炒”成钢(含碳量0.03%~2%)。从化学变化角度分析,这一过程的原理是什么?
(7)“沉铅结银”时,为什么鼓入空气后铅能被氧化而银不能?结合金属活动性顺序解释原因。
(8)分析金在自然界中的主要存在形式,而铁、锌等金属多以化合物形态存在于矿石中,说明金属的化学性质与存在形式有何关联?
[答案] (1)单质。
(2)反应原理:Fe+CuSO4FeSO4+Cu;基本反应类型:置换反应。
(3)ZnCO3ZnO+CO2↑。
(4)燃烧,提供热量。
(5)防止热的锌在空气中被氧化及锌蒸汽逸散在空气中。
(6)通过鼓入空气,使碳与氧气反应生成CO2气体逸出,降低含碳量(合理即可)。
(7)银的金属活动性较弱(位于氢后),常温或高温下不易与氧气反应;铅的金属活动性较强(位于氢前),更容易与氧气发生反应生成氧化铅。
(8)化学性质越稳定的金属,越易以单质形态存在(如金);活泼金属易与其他物质反应,多以化合物形态存在(如铁、锌)。
板书设计
课后习题变式
1.[1题变式:从知识点考查角度]下列关于金属的说法正确的是( )
A.地壳中含量最多的金属元素是铁
B.所有金属都能与氧气发生反应
C.金属矿物是工业上冶炼金属的主要原料
D.在化合物中,金属元素的化合价一定是+1或+2
[答案] C
2.[2题变式:从化学史角度]通常,金属的活动性越强,冶炼难度越大,人类使用该金属的时间越晚。如图为四种金属的最早冶炼历史年代。甲代表的金属是( )
A.铁 B.铜 C.钠 D.锌
[答案] B
3.[3题变式:从知识点考查角度]生铁和钢在组成上的主要区别在于( )
A.含杂质种类不同 B.含碳量不同
C.机械加工性能不同 D.耐腐蚀性不同
[答案] B
4.[4题变式:从证据推理角度]2023年5月28日,C919大型客机成功完成首次商业载客飞行。国产大飞机翱翔蓝天,承载着国家意志、民族梦想和人民期盼。
钢是制造C919飞机承重组件应用最广泛的铁合金之一,钢铁由铁矿石、焦炭为主要原料冶炼而成。常见的铁矿石有磁铁矿(主要成分Fe3O4)、赤铁矿(主要成分Fe2O3)和黄铁矿(主要成分FeS2)等,工业上常用赤铁矿而不用黄铁矿冶炼金属,结合其化学式分析,可能原因是 。
[答案] 黄铁矿中含有硫元素,冶炼时会生成含硫的污染物,污染环境
5.[5题变式:从生产工艺角度]某炼铁厂以焦炭、赤铁矿、空气等为主要原料炼铁,反应过程如下:
(1)在框图中写出相应物质的化学式。
(2)写出反应②③的化学方程式: 、 。
[答案] (1)CO2 CO (2)CO2+C2CO Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
6.[5题变式:从实验情境角度]根据如图所示实验回答问题。
(1)写出标有序号的仪器名称:a ;b 。
(2)试管中可观察到的现象是 。
(3)点燃酒精灯的目的是 。
(4)玻璃管中发生反应的化学方程式是 。
[答案] (1)试管 酒精灯
(2)澄清石灰水变浑浊
(3)将CO转化成CO2,防止CO逸散到空气中,污染空气(合理即可)
(4)3CO+Fe2O32Fe+3CO2
7.[6题变式:从含杂计算角度]冶炼1000 t含杂质2.5%的生铁,需含Fe3O4 85%的磁铁矿多少吨?(计算结果保留整数)
[答案] 解:设需含Fe3O4 85%的磁铁矿的质量为x。
Fe2O3+4CO3Fe+4CO2
232 168
x×85% 1000 t×(1-2.5%)
232168=x×85%1000t×(1-2.5%)
x=1584 t
答:需含Fe3O4 85%的磁铁矿1584 t。
教材参考答案
[教材P17~18观察活动参考答案]
[实验6-6]
2.排净硬度玻璃管内的空气,防止混合气体受热爆炸。
4.防止生成的铁在高温下被空气氧化,同时防止澄清石灰水倒吸入玻璃管中,使玻璃管炸裂。
观察到的现象:红棕色的氧化铁粉末逐渐变成黑色,生成的气体能使澄清的石灰水变浑浊。
说明反应生成物有:铁和二氧化碳。
[教材习题参考答案]
1.B 2.C 3.D 4.D
5.①C+O2CO2
②2C+O22CO
③Fe3O4+4CO3Fe+4CO2
④C+CO22CO
6.解:设该厂每月需消耗含氧化铁80%的赤铁矿原料的质量为x。
3CO+Fe2O32Fe+3CO2
160 112
x×80% 23072 t×97%
160112=x×80%23072t×97%
x=39964 t
答:该厂每月需消耗含氧化铁80%的赤铁矿原料不低于39964 t。