第2节 金属矿物 铁的冶炼
学习目标：
1.知道一些常见金属矿物的主要成分。
2.通过观察、实验探究，了解一氧化碳与氧化铁的反应原理、现象、操作步骤和实验装置。
3.了解工业炼铁的过程，体会化学与生产的关系。
教学过程：
【情景导入】说说所你所知道的铁。
【课堂探索】
一、铁的矿物
1.铁元素大多以化合物存在，铁的化合物在自然界中以矿物的形式存在。
2.铁的矿物：赤铁矿（主要成分___________）、 磁铁矿（主要成分_________）、黄铁矿、菱铁矿、褐铁矿等。
3. 炼铁选用的铁矿石通常不仅要求含铁量高，而且要“有害元素”少。在赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿中，你觉得哪种原料不适合用来炼铁？为什么？
4.以主要成分为Fe2O3的赤铁矿为例，写出CO与Fe2O3高温下反应的化学方程式。
_________________________________________，是否属于置换反应________________
二、实验室炼铁
注意观察实验现象及实验操作步骤。
【观察与思考】
1.实验中玻璃管中有何现象？
2.澄清石灰水的在实验中有何现象？澄清石灰水的作用是什么？
3.实验中为什么要先通一段时间CO，再加热Fe2O3？
4.实验结束时应如何操作，目的是什么？
5.如何验证实验中产生了铁？
6.从尖嘴管口排出气体的主要成分是什么？尾气为什么要处理？如何处理？
三、工业炼铁
1.炼铁的主要设备：__________
2.炼铁的原料及其作用
铁矿石： _______________________
焦炭： ______________、________________
石灰石：________________________
空气： _________________
3. 炼铁的主要反应（以赤铁矿为例）：
写出右图工业炼铁高炉对应位置所涉及的主要反应方程式。
③__________________________________
②__________________________________
① _________________________________
4.产物：____________
【知识回顾】
交流讨论：反应后硬质玻璃管内减轻的质量是什么的质量？请从反应原理上分析。
【课堂评价】
1．赤铁矿的主要成分是 （ ）
A．FeO B．Fe2O3 C．Fe3O 4 D．FeCO3
2．高炉炼铁的主要原料是 （ ）
A．铁矿石、一氧化碳、石灰石 B．铁矿石、焦炭、一氧化碳
C．铁矿石、焦炭、石灰石 D．铁矿石、二氧化碳、一氧化碳
3．人类每年从自然界中提取大量的金属铁，下列关于铁的说法正确的是（ ）
A．生铁是含有碳的铁合金
B．铁粉是银白色固体粉末
C．炼铁的过程是把铁矿石变成纯净的氧化铁
D．铁制污水管道可常用废酸液冲洗
4．下列说法中错误的是 （ ）
A．使金属矿物变成金属的过程，叫做金属的冶炼
B．工业炼铁的主要设备是高炉
C．工业炼铁的原理是3CO + Fe2O3 ==== 2Fe + 3CO2
D．工业炼铁中发生反应的基本类型是置换反应
5．如图装置是做CO与Fe2O3反应的实验的部分装置(在酒精灯火焰周围围上金属网罩可用提高其温度)。下列说法错误的是 ( )
A．实验开始要先通入CO(至空气排完)，再加热药品
B．实验产生的尾气少，可以直接排放到空气中
C．实验中红棕色固体逐渐变黑，石灰水慢慢变浑浊
D．实验结束先熄灭酒精灯，并继续通入CO至玻璃管冷却
6．某钢铁厂高炉使用磁铁矿炼铁的主要反应过程如下图所示：
按要求回答下列问题：
（1）A、B的化学式分别是：____________、____________。
（2）写出第①②③步的化学反应方程式：
①______________________________； ②______________________________；
③_______________________________。
【课后反馈】
1．某同学在实验室中用一氧化碳与氧化铁反应，若得到5.6g铁，则实际消耗一氧化碳的质量是 （ ）
A．4.2g B．大于4.2g C．小于4.2g D．无法确定
2．从金属的使用史来看，先是青铜器时代，后是铁器时代，铝的使用是近百年的事。下列说法中与这个先后顺序有关的是：①地壳中金属元素的含量；②金属的活泼性；③金属的导电性；④金属冶炼的难易程度；⑤金属的延展性 （ ）
A．①② B．②③ C．②④ D．③⑤
3．甲图是一氧化碳与氧化铁反应装置的示意图，乙图是
高炉炼铁示意图。请回答下列问题。
（1）写出甲图硬质玻璃管内反应的化学方程式： 。
（2）甲图连接实验装置、检查装置的气密性、装药品、固定实验装置后，主要实验步骤有：①通入一氧化碳；②停止通入一氧化碳；③点燃酒精灯；④熄灭酒精灯；⑤点燃酒精喷灯；⑥熄灭酒精喷灯。正确的操作顺序是 (填序号)。
（3）甲图中尾气处理的目的是 。
（4）乙图中设备的名称 ，冶炼出的产品是 。炼铁时焦炭的作用是： ① ；② 。
（5）为什么乙图中生铁出口低于炉渣出口？
答： 。
4．下图是实验室用CO与氧化铁反应来冶炼铁的微型实验示意图。
实验步骤及现象：
①对照图示连接好整套仪器，检查整套装置的气密性；
②在细硬质玻璃管内装入氧化铁粉末，在注射器内吸取一定量CO气体后，按照图示连接好整套装置；
③打开止水夹K1、K2，关闭止水夹K3，向里推动注射器活塞至不能推动为止；
④关闭止水夹K1、K2，打开止水夹K3，点燃酒精喷灯加热一段时间；
⑤打开止水夹K1，来回拉推注射器活塞3-5次；
⑥等到红棕色固体全部变黑后，关闭止水夹K1、K3，并熄灭酒精喷灯；
⑦等到硬质玻璃管冷却至室温后，取出黑色固体。
问：
（1）检查整套装置的气密性的方法：打开止水夹K1、K2、K3，向里推动注射器活塞至不能推动为止，若看到______________________________，则证明气密性良好。
（2）步骤③中“向里推动注射器活塞至不能推动为止”的目的是_____________。
（3）步骤⑤中“来回拉推注射器活塞3-5次” 的目的是____________________。
（4）关于本实验，下列分析正确的是 （ ）
A.两个气球可以收集实验中产生的尾气
B.在加热过程中，气球b可以缓冲装置内压强过大的现象
C.实验结束后，两个气球内的气体都能使澄清石灰水变浑浊
课 题：第二节 金属矿物 铁的冶炼
苏州工业园区第八中学 王剑根
一、教学目标
知识与技能：
1.了解一些常见铁矿的主要成分。
2.通过实验探究，了解一氧化碳与氧化铁的反应原理、现象、操作步骤和实验装置。
3.了解工业炼铁的过程，体会化学与生产的关系。
过程与方法：
1.通过对工业上铁的冶炼原理的探讨与研究，培养学生运用知识于实际生活的能力；
2.提高学生分析和解决实际问题的能力及创新思维能力。
情感态度价值观：
1.了解金属矿物资源的价值，认识合理开发与利用的重要性。
2.通过对冶铁原理的分析，培养学生安全操作意识和良好的环保意识。
二、教学重点：铁的冶炼原理
教学难点：工业炼铁的化学原理
三、教学过程
【情景导入】1.猜谜：金库失窃（打一元素）；
2.说说所你所知道的铁。
学生讨论回答: 铁。 ……
投影展示：铁的用途
【课堂探索】
投影展示： 《天工开物》古代炼铁图。
引导：早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器。要炼铁，首先要寻找适合的原料。我们知道，制取氧气的原料中一定含有氧元素，那炼铁的原料中一定要含有铁元素，那铁元素在哪里找呢？
交流讨论：
1.同学们一定知道地壳中含量最多的四种元素？
2.地壳中铁的含量在金属元素中居于第几位？
学生阅读：教科书P123，图5-7地壳中金属元素的百分含量。
引导：自然界中铁元素以何种形式存在的呢？
自然界中除了金、银、铂这些化学性质不活泼的金属有单质存在外，其余大多数在自然界中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。铁元素以化合物的形式存在于铁矿石中。
学生阅读： P123图5-8，认识一些金属矿物。
交流讨论：铁的矿物主要有哪些？他们的主要成分是什么？
板书：一、铁的矿物
引导：铁矿石的主要成分是铁的化合物，冶铁的过程就是以铁矿石为原料，把铁的化合物变成金属铁的过程。
交流讨论：炼铁选用的铁矿石通常不仅要求含铁量高，而且要“有害元素”少。根据这些要求，在赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿中，你觉得哪种原料不适合用来炼铁？为什么？
学生讨论回答:黄铁矿：冶炼过程中会产生二氧化硫气体污染环境且含铁量低。
过渡：今天我们以主要成分为Fe2O3的赤铁矿为例，来学习研究如何实现铁的冶炼。
交流讨论：如何将铁矿石中的铁元素转化为我们所使用的铁单质？
对比Fe2O3与Fe 组成上的区别，请大胆假设，如何实现从Fe2O3到Fe的转变？你能想出那些方法？
Fe2O3与Fe的组成上均含有Fe元素，不同之处在于Fe少了“O”元素，要使Fe2O3转变为Fe的关键是使Fe2O3失去氧。
可加入某类物质，让其与Fe2O3中的“O”元素结合，主动夺取Fe2O3中的“O”元素，使Fe2O3转变为金属Fe。我们以前所学过和接触的物质中，哪些可以和“O”结合，形成新的物质？
查阅资料：H2、C、CO、等物质可实现以上变化。
铁矿石——Fe2O3———————→Fe
还原剂H2、C、CO
引导：从理论上讲，这些物质都可以“担当此任”，实现所需转变，但从经济效益、环境保护及安全等角度出发，我们一般选择CO。
练习： CO和Fe2O3高温下反应生成铁，考虑一下，除了铁还有什么物质生成？请写出CO和Fe2O3高温下反应的化学方程式。
板书： 炼铁原理 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 （不属于置换反应）
过渡：现我们一起以CO为例，探讨铁的冶炼过程。
板书：二、实验室炼铁
投影展示：实验室炼铁的装置，学生认识仪器装置，强调“接尾气处理装置”。
实验探究：播放录制的CO与Fe2O3反应的视频，注意观察实验现象及实验操作步骤。
交流讨论：通过观察CO与Fe2O3的反应及其装置，思考下列问题：
关于实验现象：
1.实验中玻璃管中有何现象？
学生讨论回答:红棕色的固体逐渐变成黑色，
2.澄清石灰水的在实验中有何现象？澄清石灰水的作用是什么？
学生讨论回答:澄清石灰水变浑浊。
澄清石灰水的作用：检验有二氧化碳生成。
关于实验步骤：
3.实验中为什么要先通一段时间CO，再加热Fe2O3？
学生讨论回答:排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸。
4.实验结束时应如何操作，目的是什么？
学生讨论回答:防止灼热的铁与氧气反应；同时防止石灰水倒吸入玻璃管。
实验步骤小结：
操作顺序可简记为：CO“早出晚归”，酒精灯“迟到早退”；
操作颠倒则是：“先点后通会爆炸，先停后熄会氧化。”
关于产物：
5.如何验证实验中产生了铁？
【实验探究】
展示刚才所看到的实验中的玻璃管，观察生成物的颜色。把玻璃管中的黑色粉末倒在白纸上，①将磁铁靠近黑色粉末；②取少量黑色的粉末放入2支试管中，加入稀盐酸，塞好橡皮塞让学生传阅。（同时展示预先制得的FeCl2溶液）
小结：（1）将磁铁靠近黑色粉末，黑色粉末能被磁铁吸引，则初步判断含铁。（2）将黑色的粉末放入稀盐酸中，有气泡产生，溶液逐渐变成浅绿色，则证明是铁。
关于尾气：
6.从尖嘴管口排出气体的主要成分是什么？尾气为什么要处理？如何处理？你还有其他处理方法吗？
学生讨论回答:尾气的主要成分是CO和CO2。
处理的目的是防止多余的CO污染空气 。
处理方法：收集再处理法或直接燃烧法。
过渡：实验室模拟炼铁只是“小打小闹”，工业生产中是如何炼铁的呢？
展示：“宝钢”全景照片。
播放视频：高炉炼铁的视频
板书：三、工业炼铁
交流讨论：关于高炉炼铁
1.主要设备：高炉
2.原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气 (铁矿石、焦炭、石灰石从高炉顶部加入，热空气从底部通入)
3.主要反应 （以赤铁矿为例）：
①焦炭燃烧产生热量并生成还原剂CO
C+O2CO2； CO2+C2CO
②氧化铁被CO还原成铁
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
根据上述反应，思考各原料的作用？
铁矿石：提供铁元素
焦炭：产生热量和产生CO
石灰石：形成炉渣。
空气：提供氧气
4.产物：生铁
5.高炉尾气的主要成分是什么？
学生讨论回答: 尾气主要成分：CO和CO2 。
【知识回顾】
1.一氧化碳还原氧化铁的实验
交流讨论：反应后硬质玻璃管内减轻的质量是什么的质量？请从反应原理上分析。
学生讨论回答:玻璃管内减轻的质量是参加反应的Fe2O3中 O 元素的质量
2.关工业炼铁
【课堂评价】学生活动：学案
【课后反馈】学案
课件26张PPT。第5章 金属的冶炼与利用苏州工业园区第八中学 王剑根第2节
金属矿物 铁的冶炼铁猜谜金库失窃打一元素名称说说你知道的铁？1天
工
开
物早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器。铁在自然界中分布很广，在地壳中含量金属元素的第二位，仅次于铝。地壳中金属元素的含量（质量分数）自然界中除极少数不活泼的金属（如铂、金、银）有单质存在外，其余大多数金属元素以化合物存在。 金属化合物在自然界中以矿物的形式存在。铁元素以化合物的形式存在于铁矿石中使铁的矿物变成金属铁的过程，叫做铁的冶炼铁的矿物 赤铁矿 磁铁矿 黄铁矿
主要成分是： Fe2O3 Fe3O4 FeS2从这些物质的组成上去分析比较，你觉得哪种原料不适合用来炼铁？为什么？黄铁矿炼铁选用的铁矿石要求冶炼时产生污染性气体少，且含硫等有害元素少。铁的矿物 冶炼过程中会产生二氧化硫气体污染环境，且含铁量低。 想一想：如何将铁矿石中的铁元素转化为我们所使用的铁单质？赤铁矿Fe2O3铁 Fe Fe2O3和Fe的组成上均含有Fe元素，不同之处在于Fe少了O元素，要使Fe2O3转变成Fe ，可从哪方面考虑？比较Fe2O3和Fe的组成差别失去氧？用什么方法能使Fe2O3 失去氧呢？赤铁矿Fe2O3铁Fe查阅资料 可在一定条件下，可加入某类物质，让其与Fe2O3中的O元素结合，主动夺取Fe2O3中的“O”元素，使Fe2O3转变成金属Fe。交流与讨论用什么方法能使Fe2O3 失去氧呢？从多方面考虑，通常选用CO和Fe2O3 在高温条件下炼铁。赤铁矿Fe2O3铁Fe交流与讨论（不属于置换反应）原理：装置图：硬质玻璃管 酒精喷灯实验室炼铁一氧化碳与氧化铁的反应实验室炼铁注意观察实验现象及实验操作步骤实验室炼铁实验现象：涉及的化学方程式：检验有二氧化碳生成红棕色的固体逐渐变成黑色，澄清石灰水变浑浊。实验步骤：（1）检查装置的气密性。（2）装入药品并固定装置。（3）先通入一氧化碳，排出装置内的空气后，再点燃酒精喷灯。（4）实验结束后，先熄灭酒精喷灯，待玻璃管内物质冷却后，再停止通入一氧化碳。排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸。实验室炼铁防止灼热的铁与氧气反应；同时防止石灰水倒吸入玻璃管。CO“早出晚归”酒精喷灯“迟到早退”如何证明黑色粉末是铁？（1）用磁铁吸引，
若黑色粉末能被吸引，则初步判断含铁。（2）取少量黑色粉末加入稀盐酸，
若有气泡产生，溶液逐渐变成浅绿色，则证明是铁。思考：尾气为什么要处理？防止多余的CO污染空气含有哪
些气体？思考：燃烧法收集再处理法尾气如何处理？思考：思考：B实验开始时先点灯A还是先点灯B，为什么？A宝钢全景图工业炼铁上海宝山钢铁公司炼铁高炉 （2）原料： （3）发生的主要反应： （1）主要设备：工业炼铁过程中焦炭起什么作用？石灰石将矿石中的SiO2形成炉渣而除去工业炼铁高炉铁矿石、焦炭、石灰石 、空气炉渣出口（4）产物：生铁一氧化碳还原氧化铁的实验①红棕色物质逐渐变成黑色；②澄清石灰水变浑浊；③导管口发出蓝色火焰知识回顾反应后硬质玻璃管内减轻的质量是什么的质量？玻璃管内减轻的质量：参加反应的Fe2O3中 O 元素的质量高炉产生CO产生热量知识回顾工业炼铁炼铁原理：在高温条件下，用还原剂CO把铁从铁的氧化物中还原出来。谢谢！
