5.2金属矿物铁的冶炼课件(共26张PPT内嵌视频)2023-2024学年度沪教版化学九年级上册

(共26张PPT)
第2节 金属矿物 铁的冶炼
九年级上册
沪教版
学习目标
新课引入
新知学习
课堂小结
1
2
3
4
1. 知道大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在的，知道一些常见金属矿物（铁矿、铝矿等）的主要成分。
2. 了解从铁矿石中将铁还原出来的方法，体会化学方法在金属冶炼中的重要性。
3. 知道工业炼铁的主要原料及设备。
4. 会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关计算。
学习目标
难点
重点
我们的生活离不开金属，金属有广泛的用途，金属对人类社会起着不可替代的作用
新课引入
工业生产氧气可以直接以空气为原料获得。对于金属这一类重要的材料，能否像工业制取氧气一样，直接从自然界中获取呢？
自然界存在丰富的金属元素。如铝、铁、钙等，这三种金属元素在地壳中总含量达到 15%以上。那么，对于金属元素，金属在自然界中是怎样存在的？
新知学习
单质银
单质金
单质铂
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性由强逐渐减弱
(1)自然界除少数极不活泼的金属如金、银、铂等有单质形式存在外，其余都以化合物的形式存在。金属化合物在自然界中以矿物的形式存在。
(2)金属在自然界中的存在状态与金属活动性有关。金属越不活泼，在自然界中以单质存在的可能性越大
总结
工业上要获得铁、铜等金属，能否像工业制取氧气一样采用物理方法来获得？如果不能，那又该采用怎样的方法来实现？
我国古代炼铁图
自然界中几乎不存在纯铁，而且铁矿
石熔点高，铁不容易还原出来。人们经过几千年探索，发明了“固体还原法”。接下来我们以实验来模拟冶铁的原理。
思考
选择哪种铁矿石炼铁最好？为什么？
①赤铁矿：Fe2O3 ②磁铁矿：Fe3O4
③菱铁矿：FeCO3 ④黄铁矿：FeS2
应选择含铁量高、不含有害元素的矿石，常用赤铁矿和磁铁矿。
菱铁矿含铁量低，黄铁矿含有硫元素
观看实验视频，仔细记录实验现象
检查装置气密性
装药品，固定仪器
通入CO气体
点燃酒精
喷灯
冷却后停止通CO
反应结束后熄灭酒精喷灯
一氧化碳“早出
晚归”，酒精喷灯“迟到早退”！
实验步骤
①该反应的反应物是什么？
②反应过程观察什么现象？
③反应产物是什么？如何确定的？
④该反应的化学方程式如何书写？
CO Fe2O3
红棕色的固体逐渐变黑；澄清的石灰水变浑浊；
产物是铁；用磁铁吸，或将产物加入稀盐酸中，观察现象
Fe2O3+3CO ====== 2Fe+3CO2
高温
议一议
⑥装置中要“接尾气处理装置”。从导管口出来的气体中含什么气体？
为何要连接“接尾气处理装置”？你认为该处理装置可如何设计？
产物CO2及未反应完的CO；CO对人体有害，不能直接排放到空气中
~先通CO的目的：排出装置内的空气，以免加热时CO与空气混合发生爆炸。
~实验完毕后继续通入CO直到硬质玻璃管冷却的目的：
防止还原生成的铁粉在较高温度下被重新氧化；
防止石灰水倒流使硬质玻璃管炸裂。
⑦CO为什么要“早出晚归”呢？
学习化学在于应用化学造福人类，工业炼铁是基于实验室炼铁成功的基础上的，但是工业炼铁无论是原料选择、反应设备、反应条件等，都与实验室炼铁有很大差别，那么工业如何炼铁呢？
炼铁厂
炼铁炉
产物：
生铁(是混合物，主要含铁)
原理：
原料：
铁矿石(磁铁矿或赤铁矿)：提供铁元素
焦炭：提供还原剂(CO)，提供能量(高温)
空气：提供反应所需氧气
石灰石：将铁矿石中的杂质转化为炉渣
设备：
高炉
炼铁高炉的结构
工业炼铁
Fe2O3+3CO ====== 2Fe+3CO2
高温
尾气：主要是氮气，此外还有生成的二氧化碳
和未反应的一氧化碳”
高炉内发生了哪些化学反应？
(1)以赤铁矿为原料，主要反应为：
Fe2O3 + 3CO ====== 2Fe + 3CO2
(2)焦炭的作用： ①提供热量， C + O2 ====== CO2
②提供还原剂，C + CO2 ====== 2CO
(3)石灰石作用:将矿石中的二氧化硅转变为炉渣除去
CaCO3 ====== CaO + CO2↑
CaO + SiO2 ====== CaSiO3（炉渣）
高温
高温
高温
高温
高温
（了解即可）
炼铁高炉的结构
炼铁过程，实际上是 CO 夺取了 Fe2O3中的 O 使之转化为 Fe。在工业生产过程中，常用焦炭、氢气或一氧化碳与金属矿物(常常为金属氧化物)一起加热，使其失去氧转化为金属的过程，称为金属氧化物的还原。
焦炭和氢气，也能还原金属氧化物
2Fe2O3 + 3C ====== 4Fe + 3CO2↑
高温
2CuO + C ====== 2Cu + CO2↑
高温
CuO + H2 ====== Cu + H2O
加热
Fe2O3 + 3H2 ====== 2Fe + 3H2O
高温
注意：金属氧化物被焦炭或CO或氢气还原，同时焦炭或CO或氢气被金属氧化物氧化
用1000 t 含氧化铁80％的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96％的生铁多少吨
解：1000 t 赤铁矿石中含氧化铁的质量为：1000 t ×80% = 800 t
设：理论上可以炼出的铁的质量为 x。
答：理论上可以炼出含铁96％的生铁583 t。
160 2×56
800 t x
x =560 t
Fe2O3 + 3CO ===== 2Fe + 3CO2
高温
x 2×56
800 t 160
=
折合为含铁96%的生铁的质量为：560 t ÷96% = 583 t
带入化学方程式的数值一定是纯净物的质量
含杂质的物质、纯净物、物质纯度之间的关系：
(2)纯净物的质量 = 含杂质的混合物的质量×纯度
(3)含杂质的混合物的质量 = 纯净物的质量÷纯度
(1)纯度 =
金属矿物
铁的冶炼
金属矿物
大多数以化合物形式存在，金、银等以单质形式存在
铁的冶炼
工业炼铁
含有杂质物质的计算
Fe2O3+3CO ===== 2Fe+3CO2
高温
CO还原氧化铁（实验室模拟炼铁）
反应原理：
课堂小结
1. 下列铁矿石中不宜用来炼铁的是(　　)
A. 赤铁矿 B. 黄铁矿 C. 菱铁矿 D. 磁铁矿
B
2. 下列有关金属资源的说法正确的是(　　)
A. 金属元素在自然界中都以单质的形式存在
B. 自然界中的金属矿物取之不尽，用之不竭
C. 自然界中金属矿石的颜色相似
D. 用金属矿物冶炼金属的过程中发生了化学变化
D
随堂练习
3. “化”说中国炼“金”术。
(1)战国《韩非子·内储说上》提到，早期采金技术均是“沙里淘金”。黄金能以单质形式存在于自然界的原因是____________________。
(2)西汉时期有一种炼钢方法叫“炒铁”，就是将含碳量过高的生铁在高温下加热至半流体状，然后加入铁矿石粉不断“翻炒”，该过程的目的是___
__________________________。
金的化学性质很稳定
低含碳量，使生铁转化为钢
降
(1)高炉炼铁过程中焦炭的主要作用是__________、_________。
(2)步骤③反应的化学方程式为_______________________________。
4. 某钢铁厂高炉炼铁的主要原料是焦炭、赤铁矿石(主要含Fe2O3)、石灰石、空气等，主要反应过程如下：
提高炉温
产生CO
3CO＋Fe2O3 2Fe＋3CO2
(3)下列关于高炉炼铁的叙述错误的是____(填字母)。
A. 为了加快反应速率，高炉炼铁前先将铁矿石粉碎
B. 高炉尾气对环境无影响，可直接排放
C. 炉渣的出口应高于产物的出口
B
5. 冶炼2000 t含杂质3%的生铁，需要含Fe3O4 90%的磁铁矿石的质量是多少？
解：设需含Fe3O4 90%的磁铁矿石的质量为 x。
Fe3O4＋4CO ===== 3Fe＋4CO2
232 168
x×90% 2000 t×(1-3%)
答：需含Fe3O4 90%的磁铁矿石2977 t。
x ≈ 2997 t
232 90% × x
168 2000 t×(1-3%)
=
高温