金属资源的利用和保护-优秀教案

金属资源的利用和保护【教学目标】1．知道—些常见的含铁、铝、铜等的金属矿物质。2．了解从铁矿石中将铁还原出来的方法。3．会根据化学方程式对含有杂质的反应物或生成物进行计算。【教学过程】知识点梳理一、几种主要的金属矿物——矿石金属资源的存在方式：地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，大多数金属化合物性质较活泼，所以它们以化合物的形式存在；只有少数金属化学性质很不活泼，如金、银等以单质形式存在。矿石：工业上把能提炼金属的矿物叫矿石。常见矿石名称与其主要成分：名称主要成分名称主要成分赤铁矿Fe2O3铝土矿Al2O3黄铁矿FeS2黄铜矿CuFeS2菱铁矿FeCO3辉铜矿Cu2S磁铁矿Fe3O4二、铁的冶炼1．钢铁生产的发展钢铁的生产和使用是人类文明和社会进步的一个重要标志。在古代和中世纪的一段很长的历史时期内，我国的钢铁生产技术一直处于世界领先地位。早在春秋战国时期，我国劳动人们就开始了生产和使用铁器；从公元1世纪起，铁成了我国最主要的金属；新中国成立后，我国的钢铁工业得到了飞速发展，1949年我国的钢铁产量只有15万吨，居世界第26位，1996年，我国的钢产量超过1亿吨，跃居世界首位。2．一氧化碳还原氧化铁（1）仪器：铁架台（2个）、硬质玻璃管、单孔橡皮赛（2个）、酒精灯、试管、酒精喷灯、双孔橡皮赛、导气管。（2）药品：氧化铁粉末、澄清石灰水、一氧化碳气体（3）装置图：（4）步骤：①检验装置的气密性；②装入药品并固定；③向玻璃管内通入一氧化碳气体；④给氧化铁加热；⑤停止加热；⑥停止通入一氧化碳。（5）现象：红色粉末逐渐变成黑色，澄清石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。（6）化学方程式：3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO22CO+O2点燃2CO2Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O（7）注意事项：与CO还原氧化铜的实验操作顺序一样，即先通入CO再加热，实验完毕，停止加热，继续通入CO至试管冷却。（8）尾气处理：因CO有毒，不能随意排放在空气中，处理的原则是将CO燃烧掉转化为无毒的CO2或收集备用。3．工业炼铁（1）原理：在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的还原剂（CO）将铁从铁矿石里还原出来。（2）原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气（3）主要设备：高炉（4）冶炼过程中发生的化学反应：C+O2点燃CO22CO+O2点燃2CO23CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2CaCO3高温CaO+CO2↑CaO+SiO2高温CaSiO3注意：石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣。知识点三含杂质化学反应的计算纯净物与含杂质物质的换算关系：X纯物质质量分数4．含杂质物质的化学方程式的计算步骤：（1）将含杂质的物质质量换算成纯净物的质量。（2）将纯净物质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。【典例精分析】例1．下列说法正确的是()A．在铁制品的表面刷油漆能起到防锈作用B．保留铁制品上的铁锈，能阻止铁制品进一步锈蚀C．铜长期在潮湿的空气中也不会生锈D．铝合金在空气中容易被腐蚀【答案】A解析：本题考查金属材料锈蚀的知识，较易。铁生锈是铁与空气中的氧气和水分共同作用的结果，在铁制品表面涂油漆可隔绝氧气和水分，防止铁制品生锈；铁锈很疏松，如不除掉会加快铁的生锈；铜在潮湿的空气中能与氧气、二氧化碳、水反应而生成铜绿；铝能与空气中的氧气作用生成一层致密的氧化物保护膜，所以铝合金抗腐蚀性强。故选A．例2．工业炼铁是把铁矿石和焦炭等原料一起加入高炉，在高温下通入空气进行一系列反应把铁还原出来。（1）通入空气使固态的焦炭转化为具有还原性的气态物质，转化过程中涉及反应的化学方程式是________。（2）赤铁矿（主要成分为Fe203）在高炉里反应生成单质铁的化学方程式是________。（3）计算：①氧化铁(Fe203)的相对分子质量是____；②5000t含氧化铁84%的赤铁矿中，氧化铁的质量是____t；③上述赤铁矿理论上可炼得含铁98%的生铁t。[答案]（1）2C+O2高温2CO（2）3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2(3)①160②4200③3000解析：（1）碳与氧气反应生成一氧化碳，即2C+O2高温2CO（2）生成的CO还原Fe2O3，即有3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2；（3）①Fe2O3的相对分子质量为56×2+16×3=160；②含氧化铁的质量为5000t×84%=4200t；③可炼得含铁98%的生铁的质量为4200t×的相对分子质量e2*的相对原子质量e32OFF×100%÷98%=4200t×160112×100%÷98%=3000t。误区指津1．以为地壳中含量最多的金属因素就是世界上年产量最高的金属，殊不知，金属的冶炼需要一定的条件和设备，不同的金属冶炼的难度不同，不同的金属应用的范围也不同，地壳中含量多的，不一定就是世界上年产量多的。2．不少同学认为铁矿石都可以用来炼铁，实际上工业炼铁要选择含铁质量分数高，生成物对环境无污染的矿石。基础回顾轻松入门知识点一、几种主要的金属矿物1．人类每年要向地壳和海洋中索取大量的金属矿物资源，以提取数亿吨计的金属。其中，提取量最大的是()A．铜B．铝C．铁D．银2．矿石的名称与主要成分的化学式不一致的是()A．黄铁矿(FeS2)B．赤铁矿(Fe0)C．辉铜矿(Cu2S)D．铝土矿(Al203)3．炼铁选用的铁矿石不仅要求含铁量高，而且要求含“有害元素”少。今有下列铁矿石，你认为不适宜炼铁的是（）A．磁铁矿B．赤铁矿C．菱铁矿D．黄铁矿4．由于铁的化学性质，所以铁在地壳中以形式存在。常见的含铁的矿物有：磁铁矿（主要成分为）、赤铁矿(主要成分为)。知识点二铁的冶炼5．炼铁高炉中发生了下列反应：（）①高温下一氧化碳将铁矿石还原为铁②高温煅烧石灰石③灼热的焦炭和二氧化碳反应④焦炭充分燃烧其中属于化合反应的是A．①和④B．②和③C．③和④D．只有④6．将6.96g铁的某种氧化物在高温下与足量的一氧化碳充分反应，生成5.28g二氧化碳，则这种铁的氧化物是（）A．FeOB．Fe2O3C．Fe3O4D．无法确定7．某课外活动小组的同学在老师的帮助下，探究用赤铁矿（主要成分是Fe203）炼铁的主要反应原理，他们设计的实验装置如下图：回答下列问题：（1）写出用一氧化碳还原氧化铁的化学方程式：（2）实验时澄清石灰水中观察到的现象是。（3）图（1）中，设计第②个酒精灯的目的是，其反应的化学方程式为，实验时，应先点燃第____个酒精灯。（4）图（2）与图（1）相比，它的主要优点是___________________。8．炼钢的主要原料是生铁，在古代，人们把烧红的生铁放在铁砧上反复捶打，最终可使生铁转化为钢，这也就是成语“百炼成钢”和“千锤百炼”的来历。请你根据所学知识，写出上述最关键一步的反应的化学方程式___________________________________。9．钢铁是重要的金属材料，在生产、生活中有广泛的用途。建造北京奥运会主体育场“鸟巢”，就是用了大量的钢铁。（1）钢铁属于______________（填“纯净物”或“混合物”）；（2）每年世界上钢铁的产量很高，钢铁的锈蚀也给人类带来了巨大的损失。铁在空气中锈蚀，实际上是铁跟空气中的__________和___________共同作用的结果；（3）为了防止钢铁锈蚀，人们常采用在其表面涂刷矿物油或镀上其他金属等覆盖保护膜的方法。这些方法都能防止锈蚀的共同原理是_________________________；（4）炼铁厂常以焦炭、赤铁矿（主要成分是氧化铁）、空气等为主要原料炼铁，反应过程如下：焦炭CO2COFe请写出第③步反应的化学方程式：_________________________________________；（5）金属矿物的储量有限，而且不能再生；目前世界上已有50%以上的废钢铁得到回收利用，其目的是_____________________________（填“合理开采矿物”或“节约金属资源”）。（1）混合物（2）水蒸汽氧气（3）隔绝氧气（4）3CO+Fe2O3===2Fe+3CO2（5）节约金属资源知识点三含杂质物质的化学方程式的计算10.化学方程式在量的方面表示_______________。在根据化学方程式进行计算时，对于含杂质的物质，则必须换算成________________的质量才能计算。11．16g含氧化铁80%的赤铁矿中含有铁()A．16gB．12．8gC．11．2gD．8．96g12．2000t含Fe20375%的赤铁矿可炼出含铁97%的生铁多少吨？13．某赤铁矿石样品中铁元素的质量分数为63%则该矿石样品中主要成分的质量分数为()过量空气、高温①焦炭、高温②赤铁矿、高温③高温乙甲A．95%B．85%C．90%D．80%14．加热一种矿石和铁的混合物，完全反应后，得到汞和硫化亚铁，则该矿石组成中一定含有的元素是()A．汞、硫、铁B．汞C．硫D．汞和硫15．将CO通入盛有lOgFe203的试管内，加热反应一段时间后，停止加热，通入CO至试管冷却后，试管内固体剩余物为7．6g，则剩余物中单质铁的质量为()A．llgB．5.6gC．2.8gD．7．Og16．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）甲图中尾气处理的目的是。（3）乙图中高炉炼铁时焦炭的作用是①；②。（4）为什么乙图中生铁出口低于炉渣出口？答：。17．我国铁矿石资源比较丰富，2000年，钢铁年总产量已达到1.27亿吨，成为世界钢铁大国。某钢铁厂日产含3%杂质的生铁2240吨，则需要含Fe20380%的赤铁矿多少吨？18．某化学兴趣小组用化学方法测定一种钢样品中铁的含量。同学们称取了5.7g钢样品，投入装有10.0g稀盐酸(足量)的烧杯(烧杯质量也为10.0g)中。在化学反应过程中对烧杯(包括溶液和残余固体)进行了四次称量，记录如下表：（1）反应中产生氢气克，这种钢样品中铁的含量是多少？(精确到0.1％)（2）钢的类型分为：含碳质量(C％)0.03％～0.3％为低碳钢；0.3％～0.6％为中碳钢；0.6％～2％为高碳钢。假设残留在烧杯中的黑色固体全部是炭，则这种钢属于________。（3）有同学提出：灼烧可使钢中的炭变为CO2挥发掉，灼烧后钢样品质量会减轻。可是他们将一定量的钢样品灼烧后，发现质量反而增加了很多。原因是。