初中化学科粤版九年级下册6.3 金属矿物与冶炼教案配套课件ppt

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金属元素的存在及矿物一氧化碳还原氧化铁实验工业炼铁生铁和钢
1. 人类使用的金属来自地壳中天然存在的矿物。极少数很不活泼的金属，如金、银、铂能以单质形态存在，绝大多数金属都是以化合物形态存在于矿物之中。2. 在地壳中，含量最多的金属元素是铝，其次是铁、钙等。
3. 几种常见的矿物及主要成分
人类使用材料的历史就是人类的进步史。下列物品的主要材质在自然界中以单质形式存在的是( )A.青铜器(铜) B.龙泉宝剑(铁) C.黄金首饰(金) D.铝合金(铝)
题型1 金属元素的存在
解题秘方：根据金属的活动性判断其在自然界中的存在形式。解析：铜、铁、铝在自然界中主要以化合物的形式存在于矿物中；金的化学性质很稳定，一般情况下，不与别的物质发生化学反应，在自然界中以单质形式存在。
知识链接：1. 活动性弱的金属在自然界中以单质形式存在，有银、金等，大多数金属以化合物形式存在。2. 生活中合金比纯金属应用更广泛。
“绿色化学”的理念正深入人心，工业生产更应关注。从效益与环保角度看，最不适宜炼铁的是(　　)A. 赤铁矿(Fe2O3) B. 磁铁矿(Fe3O4)C. 黄铁矿(FeS2) D. 菱铁矿(FeCO3)
解题秘方：解答本题可以从经济效益和环境保护的角度来分析。解析：赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿均可用于炼铁；不适宜用来炼铁的是黄铁矿，因为黄铁矿中含有硫元素，在冶炼过程中会产生污染空气的二氧化硫，污染环境，且黄铁矿中铁元素含量较低。
教你一招:冶炼金属时，选择矿石应遵循的原则：1. 所需提炼金属的含量高。2. 冶炼过程中对环境污染小。3. 冶炼途径尽可能简便。
一氧化碳还原氧化铁的实验
知识拓展：1. 酒精喷灯产生的温度比酒精灯产生的温度要高，一氧化碳还原氧化铁的实验需用酒精喷灯，若用酒精灯，需加上金属网罩使火焰集中，提高温度。2. 若要验证产物中有铁，可取样后加稀盐酸，若产生气泡则可证明；也可直接用磁铁吸引来验证(注意用磁铁矿冶炼金属铁不可用此方法)。3. 尾气中的CO 除可采用实验中的酒精灯点燃处理外，还可用气囊或气球代替酒精灯，收集多余的CO。
[模拟·福州] 如图1 是实验室模拟工业炼铁的装置，请回答问题：(1)装置中仪器A 的名称是 ________。
考向 一氧化碳还原氧化铁实验
(2)连接好装置后，在加入药品前应先进行的操作是________________。(3)实验前应先进行的操作是____________(填“加热”或“通一氧化碳”)，这样做的目的是 _______________________________________。
排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸
(4)玻璃管中观察到的现象是 _______________________。(5)实验过程中，观察到澄清石灰水变浑浊，说明有生成___________。
红棕色粉末逐渐变成黑色
(6)某同学认为此实验存在不足，应加以改进，改进的方法是用酒精灯点燃尾气，目的是 ______________________________，请写出此处反应的化学方程式：______________________。
处理尾气，防止污染环境
解题秘方：结合一氧化碳还原氧化铁实验的操作步骤、实验现象及装置缺陷等分析解答。解析：(1)装置中仪器A 的名称是试管。(2)连接好装置后，在加入药品前应先进行的操作是检验装置气密性。(3)为避免在加热时发生爆炸，加热前应先进行的操作是通一氧化碳。
(4)一氧化碳和氧化铁在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳，所以玻璃管中观察到的现象是红棕色粉末逐渐变成黑色。(5)二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙白色沉淀和水，所以澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成。(6)此装置没有尾气处理装置，应处理尾气，防止污染环境，一氧化碳和氧气在点燃的条件下生成二氧化碳。
方法点拨：此类题可利用口诀法解答。一氧化碳还原氧化铁的实验需注意“一通、二点、三灭、四停、五处理”。“一通” 先通一氧化碳；“二点”后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”等到玻璃管冷却到室温时再停止通一氧化碳；“五处理” 处理尾气，防止CO 污染环境。可巧记为：一氧化碳早出晚归；酒精喷灯迟到早退。
[节选·连云港] 在钢铁工业推进碳减排、碳捕集的过程中，化学发挥了重要作用。(1)“焦炭炼钢”是先将铁精矿(Fe2O3)和焦炭同时加入高炉，鼓入热空气，充分反应后得到生铁，再将生铁转移至炼钢炉中炼制得钢。
①高炉炼铁的主要反应原理是在高温下，______夺取了Fe2O3里的氧，将铁还原出来。②某钢铁厂每年需要向高炉中加入120 万吨的焦炭，若加入的焦炭全部转化为CO2，则该钢铁厂每年排放CO2 的质量为______万吨。
(2)一种以“氢能炼钢”替代“焦炭炼钢”的工艺流程如图2 所示。①高温下，用H2 炼铁时反应的化学方程式为____________________________。
②跟“焦炭炼钢”工艺相比，“氢能炼钢”的主要优点有 ______________________________。③从物质组成的角度，说明向炼钢炉中加入废钢的目的是__________________。
不排放二氧化碳，且无污染
解析：(1)①高炉炼铁的主要反应原理是在高温下，CO夺取Fe2O3 里的氧，将铁还原出来；②某钢铁厂每年需要向高炉中加入120 万吨的焦炭，若加入的焦炭全部转化为CO2，则该钢铁厂每年排放CO2 的质量通过计算可得：C ～ CO212 44120 万吨 440 万吨
2. 石灰石的主要作用：将矿石中的二氧化硅转化为炉渣而除去。3. 工业炼铁的主要反应原理不是置换反应。4. 工业炼铁炼出的不是纯铁，而是生铁；实验室炼出的为纯铁。
[中考·湘潭] 金属材料在人类文明的发展中起着重要作用，古代冶金技术彰显了我国劳动人民的智慧。Ⅰ . 战国《韩非子• 内储说上》提到，早期采金技术均是“沙里淘金”。金在自然界中主要以 _______ (填“单质”或“化合物”) 形式存在。
题型2 冶炼金属的常用方法
Ⅱ . 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。反应的化学方程式是_____________________________，反应属于 ____________ (填基本反应类型)反应。
Fe+CuSO4 ==== FeSO4+Cu
Ⅲ . 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)和煤炭饼装入炼锌罐，如图3所示，泥封， “其底铺薪，发火煅红” “冷定毁罐取出”。
(1) 炉甘石(ZnCO3) 加入锌罐之前，先将其粉碎的目的是 　______________________________________________________。(2)反应区中，炉甘石(ZnCO3)在高温下分解生成氧化锌和另一种氧化物，另一种氧化物的化学式是 ________。
增大反应物的接触面积，加快反应速率
(3)反应区中，煤炭中的碳与氧化锌反应生成锌和二氧化碳，反应的化学方程式是 ________________________，反应中体现了碳的 __________ (填“还原性”或“氧化性”)。
(4)必须“冷定”后才能“毁罐”取锌，请从化学变化的角度解释其原因 __________________________________________________。
防止生成的锌在较高温度下又被氧化成氧化锌
解题秘方：Fe+CuSO4 ====FeSO4+Cu，此反应属于置换反应。Ⅲ .(1)炉甘石(ZnCO3)加入锌罐之前，先将其粉碎的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率；(2)反应区中，炉甘石(ZnCO3)在高温下分解生成氧化锌和另一种氧化物，即碳酸锌在高温的条件下生成氧化锌和二氧化碳，另一种氧化物的化学式是CO2。
知识拓展：金属与氧反应生成金属氧化物属于氧化反应；反之，含氧化合物失去氧则称为还原反应。氧化反应和还原反应都涉及化合价的变化。如本题中碳和氧化锌在高温的条件下生成锌和二氧化碳，就包含氧化反应和还原反应。在反应物中, 氧化锌中锌元素的化合价为+2 价，单质碳中碳元素的化合价为0，在生成物中，锌的化合价为0，二氧化碳中碳元素的化合价为+4，这些元素的化合价发生了变化。
1. 生铁是含碳量为2%~ 4.3% 的铁碳合金；钢是含碳量为0.03%~ 2% 的铁碳合金。2. 二者之间的联系(1)生铁和钢都是铁和碳的合金；(2)都属于混合物；(3)炼钢的原料是生铁。
拓展视野：炼钢的原理生铁缺乏塑性和韧性，力学性能差，除熔化浇铸外，无法进行压力加工。为了克服生铁的这些缺点，必须在高温下利用各种来源的氧，把它里面的杂质氧化清除到一定的程度，以得到一定成分和一定性质的铁碳合金——钢。这种在高温下氧化清除生铁中杂质的方法叫炼钢。
下列有关生铁和钢的说法，不正确的是( )A. 钢是纯金属，生铁是混合物B. 生铁、钢的硬度都比纯铁大C. 钢的含碳量比生铁要低D. 生铁和钢的性能不同
考向 生铁和钢的区别与特点
解析：钢和生铁都是铁的合金，它们的主要成分都是铁，都属于混合物；合金的硬度一般比其组分金属的大，所以生铁、钢的硬度比纯铁的大；钢的含碳量为0.03%~ 2%，生铁的含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量比生铁的低；生铁和钢的含碳量不同，使钢和生铁的性能不同。
知识链接:生铁和钢都是铁的合金，二者的主要区别是含碳量不同。因此，将生铁炼成钢，需要减少生铁中碳的含量。钢的性能优于生铁。
1. 化学方程式表示的各物质的质量关系是纯净物间的质量关系。当已知量中含有杂质时，必须先将它们换算成纯净物的质量，再代入化学方程式进行计算。
含杂质物质的有关化学方程式的计算
2. 含杂质物质的有关化学方程式的计算步骤：(1)将含杂质物质质量换算成纯净物的质量；(2)将纯净物质量代入化学方程式进行计算；(3) 将计算得到的纯净物质量换算成含杂质物质的质量。或者根据题意将已知量、未知量全部换算成纯净物的质量，代入化学方程式进行计算。
[中考·杭州] 磁铁矿石(含Fe3O4)是常用的炼铁原料，工业上可通过如下反应：4CO+Fe3O4====3Fe+4CO2，将其中的Fe3O4 转化为Fe。(1)Fe3O4 中铁元素和氧元素的质量比为 ________。(2)假设冶炼过程中铁没有损耗，用含有464 t Fe3O4 的磁铁矿石可炼出含铁质量分数为96% 的生铁多少吨？
考向 含杂质物质的相关化学方程式的计算
解题秘方：先将混合物质量换算成纯净物质量，再代入化学方程式计算。