第一节 常见的金属材料 第2课时 金属矿物及其冶炼

第2课时 金属矿物及其冶炼
1.知识与技能
（1）知道一些常见的金属（铁）等矿物，了解从铁矿石中将铁还原出来的方法。
（2）认识还原反应及物质的还原性。
（3）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。
2..过程与方法
通过收集材料、查阅资料、讨论交流等具体探究活动培养学生的良好学习习惯和学习方法。
3.情感、态度与价值观
增强热爱祖国的情感，树立为民族振兴、社会进步学习化学的志向，使学生体会学习化学的价值；保持和增强对生活中化学现象的好奇心和探究欲，培养学习化学的兴趣，树立珍惜资源、爱护环境、合理使用化学物质的观念。
【教学重点】
常见铁矿石中提炼铁的原理。
【教学难点】
“一氧化碳与氧化铁反应”的实验。
【教学准备】
（1）金属矿物样品。
（2）仪器：铁架台、硬质玻璃管、单孔橡皮塞、酒精灯、试管、酒精喷灯、双孔橡皮塞、导气管。
（3）药品：氧化铁粉末、澄清石灰水、一氧化碳气体。
一、导入新课
你知道哪些与钢铁有关的成语？“恨铁不成钢”，对铁而言，钢具有哪些更优良的性能？“百炼成钢”，为什么生铁百炼可以成钢？那么，你知道“钢铁是怎样炼成的”吗？
二、推进新课
活动1： 知道一些常见的金属矿物
【引入】或许你已经知道一些金属矿物，如果你是炼铁厂的厂长，你会选择哪种铁矿石？
【板书】三、金属矿物及其冶炼
1．金属矿物
【投影】几种金属的矿石标本
1．观察几种金属的矿石标本，了解矿石的主要成分。
2．几种常见的金属矿物。
【讲解】地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，除金、银等少数很不活泼的金属有单质形式存在外，其余都以化合物的形式存在。
【学生活动】
几种常见的金属矿物的名称和主要成分。见下表。
活动2：了解铁的冶炼方法
【过渡】现在，人类每年都要向地壳和海洋索取大量的金属矿物资源，以提取数以吨计的金属。其中，提取量最大的是铁。把金属矿物变成金属的过程，叫做金属的冶炼。炼铁的过程称之为铁的冶炼。下面，我们就来学习有关铁的冶炼的知识。
【板书】2．铁的冶炼
【介绍】
早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器，从公元1世纪起，铁便成了一种最主要的金属材料。钢铁工业的发展状况是世界各国工业化水平的重要标志之一。
【过渡】铁矿石是怎样炼成铁的呢？现以赤铁矿的主要成分Fe2O3为例，来学习研究如何实现铁的冶炼。
【启发】比较Fe2O3与Fe的组成差异，设想用什么方法或试剂去完成铁的冶炼。
【学生讨论】Fe2O3与Fe在组成上只相差一种元素，即氧元素。要使Fe2O3变为铁关键是使Fe2O3失去“O”。可能的方案有：
1．加热使Fe2O3发生分解反应。
2．找寻一种物质使其主动夺去Fe2O3中的“O”。
【引导学生对以上方案评价】方案1要使Fe2O3分解，需较高的温度；又因为铁在高温下易与空气中的氧气反应，要使Fe2O3分解成功，还须在非空气氛围中进行，这样成本太高。方案2比较切实可行。但选用什么样的物质才能使Fe2O3失去“O”呢?
【结论】Mg、H2、C、CO等都符合条件。
【教师总结】事实上，这些物质都可把Fe2O3中的“O”夺走。但考虑到经济效益等原因，我们一般选用C或CO。
【设问】请大家写出以CO和Fe2O3为反应物冶铁的化学方程式。
【板书】冶炼原理：
【教师引导】请大家利用自己的智慧，设计一个模拟铁的冶炼过程的化学实验，并最好能验证其生成产物。
【学生讨论】教师可引导学生从金属冶炼的一般条件、生成物的证明、尾气的处理等角度进行考虑。如根据经验学生可判断出金属冶炼的一般条件是高温；根据以前所学知识学生可想象到用澄清石灰水验证CO2；用磁铁验证铁的生成；CO有毒，尾气应处理等。
【观察与思考】
进行课本59页的实验探究9－1，实验过程中注意安全（一氧化碳有毒），注意观察实验现象并记录。（注意实验步骤）
实验后观察
2．实验现象：红色粉末变成黑色，石灰水变浑浊。
3．操作步骤：先通气体（排尽空气）再加热，目的防止爆炸。先停止加热（待试管冷却）再停止通气体，目的是防止铁再次变成氧化铁。
【深化讨论】
1．该反应是否属于置换反应？（反应物没有单质。）
2．如何证明有铁生成？（反应完毕后，把得到的黑色粉末倒在白纸上观察，并试验它能不能被磁铁吸起或加入稀盐酸看是否有气泡产生，以判断反应中是否生成了铁。）
3．石灰水的作用是什么？（检验生成物二氧化碳和判断玻璃管中反应的发生。）
4．你还能设计出其他尾气处理装置吗？（将气球换为酒精灯或用排水法收集等。）
5．什么叫还原反应？除了一氧化碳，还有什么物质也具有还原性？（含氧化物中的氧被夺去的反应属于还原反应，氢气、碳都具有还原性。）
6．工业上用什么方法炼铝，写出反应的化学方程式。（电解法炼铝，）
活动3：体验含杂质的计算
【过渡】
在冶铁的实际生产过程中，所用的原料或产物一般都含有杂质，故在计算用料和产量时就不可能不考虑杂质问题。
【展示例题】
例1 某炼铁厂每天需消耗5000t含Fe2O376%的赤铁矿石，理论上可生产含Fe 98%的生铁多少吨？
提示学生在根据化学方程式计算时，代入的数据都是纯净物的质量，所以需要求出铁矿石中氧化铁的质量，然后再进行计算。
学生在讨论、计算过程中老师巡视、指导。
.
答：理论上可日产含铁98%的生铁2714.3t。
例2 某炼铁厂每天生产1000t含Fe96%的生铁理论上需消耗含Fe2O3 70%的赤铁矿石多少吨？
巡视、指导学生进行计算。
解：Fe质量为1000t×96%＝960t
设：铁矿石质量为x，则氧化铁质量为70%·x
答:需消耗含氧化铁70%的赤铁矿1959.2t。
三、典例剖析
例 早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器。工业上炼铁的原理是利用一氧化碳和氧化铁的反应。某化学兴趣小组利用下图装置进行实验探究，请按要求填空：
【解析】
（1）一氧化碳和氧化铁高温反应生成铁和二氧化碳，氧化铁是红色固体，铁粉是黑色固体，所以玻璃管内的红色粉末变为黑色；CO和Fe2O3在高温条件下生成铁和二氧化碳。
（2）生成的二氧化碳通入B中的澄清石灰水中，二氧化碳与石灰水反应生成碳酸钙沉淀，使石灰水变浑浊。
（3）由于一氧化碳有毒，如果直接排放到空气中，会造成污染，可用点燃的方法将一氧化碳燃烧掉，防止污染空气。
（4）反应前，先通一段时间一氧化碳，然后再加热（目的是为了尽可能的排净玻璃管内的空气，防止一氧化碳与其中的空气混合后，被点燃发生爆炸）。由于还原出的铁温度较高，易与空气中的氧气反应重新生成铁的氧化物。所以，实验后先停止加热再停止通入CO，直到玻璃管冷却为止。
【答案】
（1）红色粉末逐渐变成黑色Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2
（2）澄清的石灰水变浑浊
（3）除掉尾气中的CO，防止污染空气
（4）先通入CO再开始加热；先停止加热再停止通入CO
四、课堂小结
【提问】
这一节课你学到了哪些知识？
【小结】
1．工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。常见矿石有铁矿石：赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）、黄铁矿（FeS2）、菱铁矿（FeCO3）；铝矿石：铝土矿（Al2O3）等。
2．铁的冶炼是在高温条件下，一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来。
3．冶炼金属的常用方法有热还原法，如炼铁，电解法，如炼铝，还有直接加热法，如炼汞。
4．金属冶炼过程中有关从混合物中提炼单质的计算：纯物质的质量=含杂质物质质量×纯度；含杂质的物质质量=纯物质质量÷纯度。
五、布置作业
1.完成本课时对应练习。
2.课本P60挑战自我3、4题。
教材习题解答
今天我们认识几种金属矿物，知道了只有极不活泼的金、铂、银才能以单质形态游离存在于自然界中，大多数金属元素都以化合态存在。通过实验，我们知道了钢铁是怎样炼成的，什么叫还原反应和还原性，体验了如何鉴别孔雀石受热分解产物的探究过程和方法。
在这节课的实施过程中，我能够很好地完成了复习与归纳、体验生活与化学、活动与探究、知识规律与应用四大板块的教学设计，补充根据化学方程式计算，代入的量必须是纯净物，使学生能够从中获得知识并加以应用。