1、1课题 3 金属资源的利用和保护第 课时1.知道一些常见金属如铁、铝、铜等的矿物,了解从铁矿石中将铁还原出来的方法.2.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.1.通过观察、实验、阅读资料、联系实际等方法获取信息.2.运用比较、分析、联想、分类等方法对所获取的信息进行加工.1.增强对生活和自然界中化学现象的好奇心和探究欲.关注与化学有关的社会问题,初步形成主动参与社会决策的意识.2.逐步树立珍惜资源、爱护环境、合理使用化学物质的观念.树立为社会的进步而学习化学的志向.【重点】 1.铁的冶炼.2.有关化学方程式计算中含杂质物质的计算.【难点】 有关化学方程式计算中含杂质物质的
2、计算.【教师准备】 矿石样品(重晶石、赤铁矿石等);金、银戒指;镊子;酒精灯;火柴等.一氧化碳还原氧化铁的视频和相关图片等.【学生准备】 课前预习本课时内容;收集我国钢铁厂的简介材料.导入一:【展示】 如图表示金属活动性顺序中铜、铁和铝被人类大规模开发、利用的大致年限.2【提问】 为什么铜的开发使用比铁和铝早数千年?金属被大规模开发、利用主要和金属的哪些性质和特点有关?钠、镁等金属为什么在自然界中不能以单质形式存在,而是以化合物形式存在于各种矿物之中?导入二:【展示图片】 为纪念 1996 年中国钢产量突破 1 亿吨而发行的邮票.自然界以单质形式存在的金、银.【设问】 我们知道自然界中只有金、
3、银等少数金属以单质形式存在,大部分的金属是以化合物形式存在的,那么我们在生产、生活中用到最多的金属铁是怎样炼成的?导入三:【展示】 钢铁是怎样炼成的是前苏联作家尼古拉奥斯特洛夫斯基所著的一部长篇小说.有一名钢铁厂的工人误把这本书当成介绍钢铁是怎样炼成的科技书籍.【提疑】 你知道钢铁是怎样炼成的吗?钢铁是由哪些元素组成的呢?一、金属资源概况过渡语 地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中,除少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外,其余都以化合物形式存在.以化合物形式存在的金属在自然界中以矿物形式存在.含有矿物的岩石称为矿石.工业上就是从矿石中来提炼金属的.思路一【引入】 不同种类的金
4、属在地壳中的含量并不相同.它们在地壳中呈怎样的分布趋势呢? 请大家观察和阅读关于“金属元素在地壳中的含量”的资料.元素名称 质量分数/%铝 7.73铁 4.75钙 3.45钠 2.74钾 2.47镁 2.00锌 0.008铜 0.007银 0.00001金 0.0000005【展示】 教材有关金属资源的图片.【提问】 人类目前普遍使用的金属有哪些?3【回答】 铁、铝、铜等.【追问】 这是否和它们在地壳中的含量有一定的关系呢?【学生】 肯定有!因为铝、铁在地壳中的含量是所有金属中最多的.【疑惑】 铜在地壳中的含量远小于铁和铝,为什么也普遍使用于我们的日常生活和工农业生产中呢?(可让学生讨论、各抒
5、己见)【总结】 这主要与铜的性质和铜的提炼成本有关.【追问】 那么,自然界含铁、铝、铜的矿石主要有哪些呢?它们的主要成分是什么?【展示】 常见的金属矿石的图片.【学生】 含铁的矿石主要有赤铁矿(主要成分是 Fe2O3)、磁铁矿(主要成分是 Fe3O4)、菱铁矿(主要成分是 FeCO3);含铝的矿石主要是铝土矿(主要成分是 Al2O3);含铜的矿石主要是黄铜矿(主要成分是 CuFeS2)和辉铜矿(主要成分是 Cu2S).【承接】 我国的金属矿物分布怎么样?【回答】 矿物种类齐全,矿物储量丰富,其中钨、钼、钛、锑等储量居世界前列,铜、铝、锰等储量在世界上占有重要地位.【补充】 虽说我国矿物种类比较
6、齐全、矿物储量比较丰富,但由于多种因素的影响,我国主要矿产品进口量呈逐年上升趋势.随着我国经济高速发展,对矿产资源需求增长很快,主要矿产资源短缺的态势日益明显.如果地质勘探无重大突破,21 世纪初,我国矿产资源将出现全面紧缺的局面.设计意图 激发学生探究大自然和学习新知识的兴趣.对学生进行爱国主义教育,激发学生热爱祖国的情感.思路二教师活动 学生活动 设计意图【讲解】 (针对导入一)金属被大规模开发、利用主要和金属的活动性有关,活动性弱的金属以单质形式存在,易被开发和利用,活泼金属一般以化合物形式存在,有的还比较难冶炼;其次是与该金属在地壳中的含量有关,含量越大,越容易被发现利用.【引入】 引
7、导学生复习金属活动性顺序.【提出问题】 金属活动性有强弱之分,那它们在自然界中是以什么样的形式存在的?【过渡陈述】 金属在人类日常生活中应用广泛,人们是如何从自然界中得到金属的?【思考讨论】 学生回忆已学知识,教师指定 23 名叙述说出常见金属的活动性顺序.并指出金属元素的存在形式.【学生思考并回答】 以单质或化合物的形式存在.【教师引导学生分析原因】活动性强的金属易和其他物质发生化学反应,以化合物形式存在;活动性弱的金属不易与其他物质发生反应,以单质形式存在.复习巩固已学知识.创设问题情境,实施启发式教学.过渡铺垫,不让学生感到突兀.4【分析】 地球上金属资源概况(广泛存在于地壳和海洋中).
8、元素名称 质量分数 /%铝 7.73铁 4.75钙 3.45钠 2.74钾 2.47镁 2.00锌 0.008铜 0.007银 0.00001金 0.0000005分析金属元素在地壳中的含量.【教师陈述】 我国的矿物种类比较齐全,储量也丰富.指导阅读教材1415 页有关内容.【活动】 教师展示金属元素在地壳中含量的表格;学生认真观看并聆听.【展示】 多媒体课件展示图片,学生认识以单质形式存在的金属和几种常见的矿石. 激发学生探究大自然和学习新知识的兴趣.加强学生阅读和总结的能力.二、铁的冶炼过渡语 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,以提取数以亿吨计的金属.其中,提取量最大的
9、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.思路一【引入】 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.【展示】 我国古代炼铁图:【讲解】 钢的主要成分就是铁.钢和铁有着非常广泛和重要的应用,它们在某种程度上代表了一个国家工业发展的水平.新中国成立后,我国的钢铁工业得到了飞速的发展.1949年,我国的钢产量只有 15.8 万吨,居世界第 26 位;1996 年,我国的钢产量首次突破 1 亿吨,居世界前列.【展示】 上海宝山钢铁公司炼铁高炉和为纪念 1996 年中国钢产量突破 1
10、 亿吨而发行的邮票.【介绍】 我国辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花等地都有大型铁矿.过渡语 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】 Fe 2O3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取 Fe2O3中的“O”.5【评价】 引导学生对以上方案进行评价,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
11、气中的氧气反应,要使 Fe2O3分解成功,还需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?【教师引导】 我们可以从以前接触过的一些物质中,寻找适合这种条件的物质.请大家回忆、思考并讨论.【学生讨论】 结论:H 2、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.【教师】 请大家写出以 CO 和 Fe2O3为反应物冶铁的化学方程式.【学生板书】 Fe 2O3+3CO 3CO2+2Fe【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
12、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.【演示实验】 一氧化碳还原氧化铁的实验:【点拨】 (1)实验前应先通 CO 把装置内空气排干净,然后再加热;反应完成后,需待玻璃管内物质冷却后再停止通 CO.(2)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引,以判断反应中是否生成了铁.【总结】 上述实验是实验室模拟铁的冶炼过程,工业上铁的冶炼原理虽与
13、上述实验相同,但其规模、条件、装置与此差异很大.把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程.工业上炼铁时,把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉,在高温下,利用反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来.思路二教师活动 学生活动 设计意图6【过渡】 如果你是炼铁厂的厂长,你会选择哪种铁矿石?【展示】 见教材第 15 页图 8-17.【讨论】 我们学过的还原剂有碳、一氧化碳等,选择哪种还原剂呢?炼铁的设备是什么?在炼铁时主要发生了哪些化学反应?【归纳板书】 1.主要原理:3CO+Fe 2O3 2Fe+3CO22.原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气3.设备:高炉【学生思考、讨论】 选择含铁量高,容易冶炼、含杂质少的
14、铁矿石.【思考、讨论】 选择碳、氢气、一氧化碳中的哪种物质做还原剂.【讨论】 观察图片,思考、讨论高炉内发生的化学反应,并写出化学方程式.【板演】C+O2 CO2CO2+C 2COFe2O3+3CO 2Fe+3CO2培养学生观察、阅读、交流、解决问题的能力.【展示】 一氧化碳还原氧化铁的图片,或者播放视频“一氧化碳还原氧化铁”.【提出问题】 在实验过程中应注意哪些安全事项?【交流讨论】 学生观看图片或视频.讨论在实验中的注意事项.1.先通 CO,再加热,目的是将玻璃管中的空气排尽,防止 CO 发生爆炸.2.实验完毕后,先停止加热,继续通 CO 至冷却,目的是防止铁被氧化及石灰水倒吸.3.用酒精
15、灯点燃尾气的作用是:防止一氧化碳污染空气.培养学生的环保意识、安全意识.【设计活动】 在实验过程中发生了几个化学反应,写出化学方程式.【学生讨论、交流】 书写化学方程式.Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2CO2+Ca(OH) 2 CaCO3+H 2O2CO+O2 2CO2体会科学的方法在实验中的作用.7【讨论交流】 引导学生分析比较工业炼铁和实验室炼铁有什么不同.【学生讨论后回答】 1.产物不同.工业炼铁得到的是生铁,实验室炼铁得到的是纯铁.2.设备不同.工业炼铁的设备是高炉,实验室用玻璃管.3.温度不同.高炉内温度高,玻璃管内温度较低.4.对环境影响不同.高炉炼铁对环境影响大,实验室炼铁对
16、环境影响小.5.操作难易程度不同.高炉炼铁工艺复杂,实验室炼铁操作简单.等等.培养学生分析问题的能力.体会到化工生产与实验室生产的不同.三、有关杂质问题的计算思路一过渡语 实际生产过程中,所有的原料或产物如铁矿石、生铁等一般都含有杂质,故在计算用料和产量时就不可能不考虑杂质问题.如果你是钢铁厂的工程师,你会 如何计算原料和产物的量呢?【展示】 例题: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?【分析】 本题是有关化学方程式的计算,但化学方程式表示的是纯净物之间的质量关系,而不表示不纯物质之间的质量关系,故计算时需先进行换算.如果题目给出或要求算出不纯物
17、质的质量,必须先换算成纯净物的质量,或先计算出纯净物的质量再换算成不纯物质的质量.【教师】 请大家根据以上分析,解答此题.【展示】 给出正确解法如下:解法 1:1000 t 赤铁矿石中含氧化铁的质量为 1000 t80%=800 t.设 800 t 氧化铁理论上可以炼出铁的质量为 x.Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2160 256800 t x=x=560 t.折合为含铁 96%的生铁的质量为:560 t96%=583 t.答:1000 t 含氧化铁 80%的赤铁矿石,理论上可炼出含铁 96%的生铁 583 t.解法 2:设理论上可炼出含铁 96%的生铁的质量为 x.Fe2O3+3CO 2
18、Fe+3CO2160 2561000 t80% x96%=,x=583 t.答:1000 t 含氧化铁 80%的赤铁矿石,理论上可炼出含铁 96%的生铁 583 t.【交流】 对练习中出现的错误进行分析和纠正.【总结并板书】 根据化学方程式进行计算时,要把含杂质物质的质量换算成纯净物的质量.纯净物的质量=混合物的质量纯净物的质量分数.【小结】 本节课我们主要学习了金属资源概况、铁的冶炼及有关杂质问题的计算等知识.思路二教师活动 学生活动 设计意图8【过渡】 在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用料和产量时,应考虑到杂质问题.【展示例题】例 1 某炼铁厂每天需消耗 3000 t含
19、 Fe2O3 76%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.纯净物的质量=混合物的质量纯净物的质量分数.【活动】 学生在讨论、计算过程中老师巡视、指导.【交流】 学生思考、独立完成例题后交流.例 1 解:Fe 2O3的质量为3000 t76%=2280 t.设生铁的质量为 x,则纯铁的质量为 98%x.Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2160 1122280 t 98% x=x=1628.6 t答:理论上可生产含铁 98%的生铁 1628.6 吨.体会化学方程式
20、的计算在化工生产中的作用.培养学生解决问题的能力.【展示例题】例 2 某炼铁厂每天生产 1000 t 含Fe 96%的生铁,理论上需消耗含 Fe2O3 70%的赤铁矿石多少吨? 【活动】 巡视、指导学生进行计算.例 2 解:Fe 的质量为 1000 t96%=960 t.设铁矿石的质量为 x,则氧化铁的质量为 70%x.Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2160 11270%x 960 t=x=1959.2 t答:需消耗含氧化铁 70%的赤铁矿石 1959.2 吨.巩固含杂质的化学方程式的计算.知识拓展 炼铁和炼钢的比较炼铁 炼钢目的 把铁从铁矿石中还原出来 通过氧化减少碳、硫等的含 量原理
21、一氧化碳还原 氧气氧化原料 铁矿石、石灰石、焦炭、空 气 生铁、氧气、氧化钙设备 炼铁高炉 转炉、平炉、电炉金属资源的利用1.下列矿石的主要成分表述错误的是 ( )A.黄铁矿(FeS 2) B.菱铁矿(FeCO 3)C.黄铜矿(CuFeS 2)D.辉铜矿(CuS)解析:辉铜矿的主要成分为 Cu2S.故选 D.2.(启东市一模)下图是实验室用 CO 还原氧化铁的装置,关于该实验,下列说法错误的是( )9A.实验时应先给玻璃管加热,后通 COB.实验时,试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应有二氧化碳生成C.实验中能观察到玻璃管中红棕色粉末逐渐变成黑色D.为了减少空气污染,应增加尾气处理装置解析:一
22、氧化碳有可燃性,加热或点燃一氧化碳和空气或氧气的混合物可能发生爆炸,故一氧化碳还原氧化铁实验开始时要先通入纯净的一氧化碳,排净装置内的空气,然后再点燃酒精喷灯;试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应有二氧化碳生成;一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳,故看到的现象为玻璃管中红棕色固体变为黑色;尾气中有一氧化碳,一氧化碳有毒,所以一定要进行尾气处理.故选 A.3.某工厂要用赤铁矿石(主要成分是氧化铁,假设杂质不含铁元素)来炼制生铁.若要炼制含铁 96%的生铁 63 t,假设在炼制过程中损失 10%铁的元素,则理论上需要含杂质 20%的赤铁矿石的质量是( )A.120 t B.108 tC.96 t
23、 D.84 t解析:63 t 含铁 96%的生铁中铁的质量为:63 t96%,则理论上所炼铁的质量为 63 t96%(1-10%)=63 t96%;设需要含杂质 20%的赤铁矿石的质量为 x,则:3CO+Fe2O3 2Fe+3CO 2160 112(1-20%) x 63 t96%=,解得 x=120 t.故选 A.4.(呼和浩特中考)钢铁是使用最多的金属材料.(1)人类从自然界提取量最大的金属是铁,高炉炼铁的原料是铁矿石、空气、石灰石和 . (2)铝的活动性比铁强,但在生活中常在铁的表面涂上铝粉.其原因是 . (3)金属钴(Co)与铁具有相似的化学性质.CoCl 2固体是蓝色的,CoCl 2
24、溶液是粉红色的.现将金属钴投入稀盐酸中,发生化学反应 Co+2HCl CoCl2+ H2.该反应的实验现象为 .解析:(1)高炉炼铁的原料是铁矿石、空气、石灰石和焦炭.(2)铝的活动性比铁强,但在生活中常在铁的表面涂上铝粉.其原因是常温时,铝能和空气中的氧气反应,在表面生成致密的氧化物薄膜,保护里面的铁不被腐蚀.(3)金属钴投入稀盐酸中时,发生化学反应:Co+2HClCoCl2+H2, 随着反应的进行,金属不断溶解,表面产生气泡,溶液由无色变为粉红色.故答案为:(1)焦炭(2)常温时,铝在空气中表面生成致密的氧化物薄膜,保护里面的铁不被锈蚀(3)金属不断溶解,表面产生气泡,溶液由无色变为粉红色
25、课题 3 金属资源的利用和保护第 1 课时一、金属资源概况二、铁的冶炼1.主要原理:3CO+Fe 2O3 2Fe + 3CO22.原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气3.设备:高炉4.实验室还原氧化铁10三、原料或产物有杂质的相关计算一、教材作业【必做题】教材第 21 页练习与应用的 4、5 题.【选做题】教材第 21 页练习与应用的 1、6 题.二、课后作业二、课后作业【基础巩固】1.下列矿石中,其主要成分属于氧化物的是 ( )A.黄铁矿 B.赤铁矿C.菱铁矿 D.石灰石2.实验室里用如图所示装置还原氧化铁.关于该实验,下列说法错误的是 ( )A.实验时,试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应中有
26、二氧化碳生成B.实验开始时,点燃酒精喷灯给玻璃管加热的同时通入纯净的一氧化碳C.为了减少空气污染,应增加尾气处理装置D.实验中观察到玻璃管中红色固体变为黑色,并且澄清的石灰水变浑浊3.下图为炼铁的两幅图,请据图判断下列叙述中错误的是 ( )乙图A.高炉炼铁原理是:Fe 2O3+3CO 2Fe+3CO211B.乙图中高炉炼铁时原料焦炭的作用是:只产生热量C.乙图中生铁出口低于炉渣出口的原因是:生铁密度大于炉渣密度D.甲图中尾气处理的目的是:防止一氧化碳污染空气4.(重庆中考)如图所示的炼铁高炉中发生了许多化学反应,其中就涉及碳及其化合物的相互转化.请回答下列问题.(1)空气通过进风口与原料中的焦
27、炭充分反应,其化学方程式为 . (2)由(1)中产生的气体与炽热的焦炭会继续反应,其化学方程式为 . 5.如图所示是一氧化碳与氧化铁反应的模拟炼铁实验.请回答下列问题.(1)写出一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式 . (2)实验中能观察到 A、B 两处的现象是 . (3)实验中酒精灯的作用是 . 【能力提升】6.用 CO 还原铁的氧化物 1.00 g,得到铁粉 0.75 g,则下列说法中正确的是 ( )A.该氧化物是 Fe2O3B.该氧化物可能是由 FeO、Fe 2O3、Fe 3O4组成的混合物C.该氧化物是 FeOD.该氧化物中不含 FeO【拓展探究】7.以大理石和赤铁矿(Fe 2O3)为主要
28、原料可以制取 B 和 G,其转化关系如下图所示,已知 D、G为单质.(C 是能使澄清石灰水变浑浊的常见气体).试回答下列问题:(1)写出工业上制取的两种物质的化学式:B ,G . (2)写出下列反应的化学方程式:12反应 .反应 . 反应 . 【答案与解析】1.B(解析:黄铁矿的主要成分是 FeS2,不含氧元素,不属于氧化物;赤铁矿的主要成分是氧化铁(Fe 2O3),是由两种元素组成且有一种是氧元素的化合物,属于氧化物;菱铁矿的主要成分是 FeCO3,是由铁、碳、氧三种元素组成的化合物,不属于氧化物;石灰石的主要成分是碳酸钙(CaCO 3),是由钙、碳、氧三种元素组成的化合物,不属于氧化物.)
29、2.B(解析:试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应有二氧化碳生成;一氧化碳有可燃性,加热或点燃一氧化碳和空气或氧气的混合物可能发生爆炸,故一氧化碳还原氧化铁实验开始时要先通入纯净的一氧化碳,排净装置内的空气,然后再点燃酒精喷灯;尾气中有一氧化碳,一氧化碳有毒,所以一定要进行尾气处理;一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳,故看到的现象为玻璃管中红色固体变为黑色,澄清的石灰水变浑浊.)3.B(解析:高炉炼铁时原料焦炭的作用是产生热量和产生一氧化碳,CO 用来还原氧化铁.)4.(1)O2+C CO2 (2)CO 2+C 2CO(解析:(1)焦炭充分反应生成二氧化碳,化学方程式为O2+C CO2.(2
30、)炼铁高炉内焦炭与二氧化碳反应生成一氧化碳,反应的化学方程式为:CO 2+C2CO.)5.(1)3CO+Fe2O3 2Fe + 3CO2 (2)A 处:红棕色粉末变黑,B 处:石灰水变浑浊 (3)处理尾气,减少 CO 对环境的污染(解析:(1)一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳.(2)A 中红棕色粉末逐渐变为黑色,B 处澄清石灰水变浑浊;(3)多余的一氧化碳有毒,扩散到空气中污染环境,酒精灯是为了将多余的一氧化碳点燃.)6.B(解析:铁的氧化物 1.00 g,得到铁粉 0.75 g,则氧元素的质量为 0.25 g,则铁和氧的原子个数比=.则不可能是纯净的 Fe2O3,故 A 错误
31、;也不可能是纯净的 FeO,故 C 错误.)7.(1)CaO;Fe (2)CaCO 3 CaO+CO2,CO 2+C 2CO,3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 (解析:由 C是能使澄清石灰水变浑浊的常见气体,可知 C 是二氧化碳.由图 A 物质在高温下分解生成二氧化碳和 B,结合题中给出信息:在工业上以大理石为主要原料可以制取 B,可以推出 A 是大理石的主要成分碳酸钙,B 是氧化钙;在工业上以赤铁矿(Fe 2O3)为主要原料,用一氧化碳作还原剂可以炼铁,所以 G 是铁,又由图可知 E 和 F 在高温下反应生成了二氧化碳和铁,E 又是二氧化碳和 D 在高温下反应生成的,可以推出 D 是碳,
32、E 是一氧化碳,那么 F 就是赤铁矿的主要成分氧化铁.至此,各种物质都已推出,也可以写出物质之间反应的化学方程式.)本课时的知识内容学生较为熟悉,但教师用丰富的素材引导学生感知熟悉学习的对象,从生活经验出发,引出课题,易激发学生的兴趣,让学生用科学家的身份来研究金属矿物的种类等,从而感受到“身边处处有化学”.在教学中,注意培养学生阅读教材、查阅资料的能力,展示学生课前调查和收集样品的信息,能较好地达到资源共享的目的,有利于培养“合作”意识.在整个教学过程中体现了学生“从生活走向化学,从化学走向社会”的理念.更可贵的是学生在课堂上充分发挥了主体作用,自主实验、自主探究、自主评价,无疑使自信心更强
33、,学习兴趣更浓.建议:一氧化碳还原氧化铁的实验采用动画演示,既明白清晰,又节约时间,同时可避免仪器、材料短缺而不能做实验的弊端,环节紧凑.我国古代冶铁、炼钢的成就13我国在 2300 多年以前就已经接触了铁,并加以利用.在河北曾出土一把商代的铜钺,其年代约在公元前 14 世纪前后.铜钺上嵌有的铁刃已经全部被氧化成氧化铁.对铁刃的残锈检验后表明,铁刃是用陨铁锻成的.这说明那时不仅认识了铁,而且能进行锻造加工.已有的考古发现,我国最早人工冶炼铁器始于公元前 6 世纪,即春秋末期或更早一些.那时,几乎同时产生了块炼铁和生铁两种工艺.块炼铁是用木炭在固态时还原铁矿石的方法,这种铁里含有较多大块的氧化铁
34、和硅酸铁.生铁是在高温下液态时冶炼出来的,含碳超过 2%,还含有较细小的硅酸盐.对公元前 5 世纪的铁锛和铁铲进行鉴定,发现是生铁铸造的,其中铁铲还经过退火处理,是展性铸铁.在我国一些早期的文献(如诗经秦风左传昭公二十九年)就有铁和铁器的文字记载.欧洲最早的生铁出现在公元 13 世纪末至 14 世纪初,比我国晚 1900 多年.块炼铁炼出以后需要加热锻打,以挤出夹杂物,锻成器物.在多次加热过程中,块炼铁同炭火接触,有可能增碳变硬,块炼渗碳钢的冶炼技术由此产生.从河北易县出土的 79 件铁器证明,至迟在战国后期,这种技术已在燕国应用.对部分铁器的检查表明,绝大部分是钢锻制的,如长 100.4 c
35、m 的长剑以及某些残剑、箭杆、矛等.这些锻钢件大都经过淬火处理,这表明至迟在战国晚期,淬火技术在生产上已经广泛应用.炼铁的矿石主要有哪些?怎样识别铁矿石?铁在自然界中的分布很广,主要以化合态存在,含铁的矿石很多,具有冶炼价值的铁矿石有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等.识别铁矿石的方法通常是利用其颜色、光泽、密度、磁性、刻痕等性质.磁铁矿(Fe 3O4)是黑色的,用粗瓷片在矿石上刻画时,留下的条痕是黑色的,具有磁性,密度为 4.95.2 克/厘米 3.赤铁矿(Fe 2O3)颜色暗红,含铁量越高,颜色就越深,甚至接近黑色,但是瓷片留下的刻痕仍然是红色的,不具有磁性.呈致密块状或结晶块状(称镜铁矿)
36、产出,也有的呈土状产出.密度为 55.3 克/厘米 3.褐铁矿(Fe 2O33H2O)矿石有黄褐、褐和黑褐等多种颜色,瓷片的刻痕呈黄褐色,无磁性,密度为 3.34 克/厘米 3.菱铁矿(FeCO 3)有黄白、浅褐和深褐等颜色.性脆,无磁性,在盐酸里有气泡(CO 2)放出.密度为 3.83.9 克/厘米 3.高炉炼铁时,为什么要加入石灰石?炼铁时用的铁矿石,主要有赤铁矿石(主要成分是氧化铁)和磁铁矿石(主要成分是四氧化三铁),在铁矿石中还含有无用的脉石,主要成分是二氧化硅(SiO 2).炼铁时,被还原出的铁在高温下变成液体,而熔点很高的二氧化硅以颗粒杂质的形式混在炼出的铁水中.为了除去这种杂质,
37、选用石灰石作熔剂,石灰石在高温下分解成氧化钙和二氧化碳,氧化钙在高温下与二氧化硅反应生成熔点比铁水还低的硅酸钙,而液态硅酸钙密度比铁水小且跟铁水不相混溶,便浮在铁水上.打开高炉上的出渣口,液态硅酸钙先流出去,凝固成高炉渣,过去这种高炉渣当作炼铁厂的废物,丢弃在农田,既毁了农田,又污染了环境.现在将高炉渣粉碎配制成水泥,过去的废物变成了今日的建筑材料.第 课时1.了解铁生锈的条件及防止铁生锈的简单方法.2.知道废旧金属对环境的污染,认识回收利用废旧金属等保护金属资源的途径的重要性.通过铁生锈条件的探究,进行收集材料、猜想、设计、验证、观察、分析、得到结论、讨论交流活动,培养学生的良好学习习惯和学
38、习方法.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、合理利用自然资源的意识.14【重点】 铁生锈的条件,生活中防止铁生锈的措施.【难点】 生活中防止铁生锈的措施.【教师准备】 一套提前准备好的探究铁生锈条件的器材,铁钉、5%的过氧化氢溶液、二氧化锰、铁钉、蒸馏水、酒精灯、带导管的单孔塞、氯化钠、火柴、试管、烧杯、石棉网、三脚架等.生锈的铁锁、因锈蚀穿孔的铜壶、长期未用的菜刀、几段生锈的铁丝、不能用的水龙头等.【学生准备】 课前预习本课时内容,收集一些有关金属回收利用的资料.在一周前做好铁钉锈蚀条件的探究的对比实验.导入一:【
39、展示】 出示生锈的铁锁、铜壶、菜刀、铁丝、水龙头或者展示下列图片,分析还能否使用.导入二:【展示】 食品包装袋中常用到的铁粉 “脱氧剂”图片.食品包装袋中常会见到一小袋的铁粉 “脱氧剂”,这种脱氧剂可以起到减少包装物内氧气含量,防止食品氧化变质的作用.导入三:【展示】 网易新闻:稀土出口:被妖魔化的“资源掠夺”.不久前,我国政府修订稀土工业发展专项规划,新规划规定调减稀土金属的出口数量,各地关闭了不少的稀土金属矿,保护我国稀土金属资源的可持续开发.四、金属的腐蚀和防护思路一过渡语 (针对导入一)金属腐蚀是需要条件的,生锈要有能够和金属发生反应的物质,反应物要能相互接触,生成物不会对反应起阻碍作
40、用等等.只要我们知道了金属腐蚀的条件,15就能知道如何防止金属制品腐蚀.下面,就让我们以生活中最常见的铁制品为例来探究铁制品的锈蚀条件及防锈措施.【展示】 现有洁净无锈的铁钉、试管、稀硫酸(或醋酸)、食盐水、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花和干燥剂氯化钙.试设计实验比较铁钉在不同环境中的锈蚀速度.【注意】 此实验约在一周前已给学生布置.【讨论交流】 学生交流实验方案和实验现象.学生设计的方案可能有以下几种:实验现象:铁钉锈蚀比较明显的为 1、2、3、4.锈蚀不明显的为 5、6.【问】 为什么方案 5 中的铁钉比方案 4 中的铁钉锈蚀得慢呢?【答】 因为方案 4 中的铁钉与氧气接触,方案 5
41、 中的铁钉与氧气不接触.【问】 为什么方案 6 中的铁钉锈蚀得慢呢?【答】 因为缺少水分.【交流总结】 根据以上实验,教师引导学生得出导致铁钉锈蚀的因素:在水、氧气同时存在的环境中铁能锈蚀.酸和氯化钠能使铁在氧气、水存在的环境中加速锈蚀.【讲解】 铁制品锈蚀的过程,实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程.铁锈的主要成分是 Fe2O3xH2O.【设问】 铝与氧气反应生成的氧化铝能起到保护里层铝的作用.铁锈是否也能保护里层的铁呢?【学生看书后回答】 不能.【讲解】 铁锈是一种疏松多孔的物质,具有吸水性,它能让水分和空气中的氧气穿过它的空隙,不断向里层渗透,继续跟铁反应,直至铁完全锈蚀
42、.故铁锈反而能加速里层铁生锈.【过渡】 了解了铁制品锈蚀的条件,我们应该采取什么措施来防止铁制品生锈呢?【学生讨论】 分组讨论.【教师启发】 铁制品的锈蚀是需要具备一定条件的.如果破坏铁制品锈蚀的条件,使它们不再具备锈蚀的基础,就能防止铁制品锈蚀.【学生交流讨论结果】1.铁制品放置时要远离酸性环境,尽量放置在干燥的环境中.2.在铁制品外面“穿”一层保护衣,如可涂上隔绝空气的油,涂油漆,镀上一层耐腐蚀的其他金属,高温灼烧金属、进行“烤蓝”处理等等.3.一发现铁制品锈蚀,就马上处理,以防止其继续蔓延.【教师总结并板书】 把铁制品放在干燥环境中.为其穿一层耐腐蚀的外衣.【讨论】 自行车的构件如支架、
43、链条、钢圈等,分别采取了什么防锈措施?【学生讨论交流】 刷漆、涂油、镀其他金属等.思路二教师活动 学生活动 设计意图16【过渡】 (针对导入二)铁粉 “脱氧剂”是如何减少包装袋内氧气含量的?真的能够防止食品等氧化变质吗?通过铁生锈条件的实验探究,可知究竟.【演示】 铁生锈条件的探究(学生提前一周准备实验).现有洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油.试设计实验以证明铁制品锈蚀的条件.试管 1 试管 2 试管 3与学生探讨设计的目的并对学生的设计给予评价.【小结】 在水、氧气同时存在的环境中铁能锈蚀,铁锈的主要成分是 Fe2O3 xH2O.【提问】1.试管 2 中为什么要用煮沸过的
44、蒸馏水,且要加入植物油?2.试管 3 中为什么要将空气干燥?【教师展示实验】(1)在试管中加入稀硫酸或醋酸溶液,浸没铁钉后,倒去溶液;(2)在试管中加入少量的氯化钠溶液,使铁钉的一半浸没在溶液中;(3)在试管中把铁钉放在一团湿棉球上;(4)在试管中注满迅速冷却的沸水,塞紧橡皮塞;(5)在试管中加入少量干燥剂(生石灰或无水氯化钙),再放一团干棉球,把铁钉放在干棉球上,塞紧橡皮塞.【注意】 试管需要事先用酒精灯进行加热.【提问】 1.通过探究总结使铁制品发生锈蚀的主要因素有哪些.2.通过探究总结加速铁制品锈蚀的主要因素有哪些.3.铝与氧气反应生成的氧化铝能起保护里层铝的作用.铁锈是否也能保护里层的
45、铁呢?【交流】 提前一星期设计、准备铁的锈蚀条件的 “活动与探究”,完成实验报告.在课堂上回顾实验步骤,汇报实验结果:试管 1:生锈试管 2:不生锈试管 3:不生锈【回答】1.为了防止蒸馏水中溶有氧气.2.为了除去空气中原有的水蒸气.【小结】1.导致铁制品锈蚀的因素是:水和氧气同时存在.2.加速铁制品锈蚀的因素是:酸或者氯化钠.3.铁锈具有疏松多孔的结构,易吸水和氧气,从而加速铁的生锈.而铝表面有一层致密的氧化膜,保护铝不与氧气接触. 学生实验有利于学生把握实验的关键,培养学生认真、细致、严谨的实验态度.培养学生归纳、总结和观察、思考的能力.让学生明确铁生锈的必要因素和其他因素的区别.【过渡】
46、 了解铁制品锈蚀的条件才能知道防止铁制品锈蚀的方法,因为破坏铁制品锈蚀的条件就能防止铁制品的锈蚀.【思考、讨论】 防止铁制品锈蚀的方法.防止铁生锈的原理是引导学生形成基本的运用知识的思路:了解反应的17【思考】(1)你对防止铁制品的锈蚀有什么建议?(2)防止铁生锈的原理是什么.【提问】 在实际生活和生产中我们应该采取哪些具体方法来防止铁制品生锈呢?【讨论】 自行车的构件如支架、链条、钢圈等,分别采取了什么防锈措施?破坏铁生锈的条件:隔绝空气;隔绝水.【讨论、交流】1.保持铁制品表面干燥和洁净.2.在铁制品表面涂一层保护膜,如:刷油漆,涂油,搪瓷,镀上一层耐磨、耐腐蚀的金属铬,高温灼烧金属,进行
47、“烤蓝”等.3.制成合金钢,如不锈钢.【回答】 刷漆、镀铬、涂油.条件促进或破坏反应的条件达到某一目的.联系日常生活事件和经验,培养学生学习化学的兴趣.五、金属资源保护过渡语 上面我们讨论了铁制品的腐蚀和防护.对于金属资源,除了采取防止金属腐蚀的措施外,还可以通过什么途径来使其得到保护呢?思路一【展示】 根据一些矿物的储量和消耗速度,有人估计一些矿物可供开采的年限如图所示(不包括今后探明的储量,一些国家的金属储备量和金属的回收利用等).【提问】 怎么保护金属资源呢?【交流】 防止钢铁的腐蚀.(1)制成合金,如不锈钢.(2)形成保护层,刷油漆、涂油、烧制搪瓷(物理方法).(3)电镀上一层其他金属
48、(镀铬、锌、锡).(4)通过化学反应使表面形成致密的氧化物薄膜等.(5)保持铁制品表面干燥和洁净.【讲述】 还有金属的回收利用.例如,回收一个铝质饮料罐比制造一个新饮料罐要便宜 20%.目前世界上有 50%以上的铁和 90%以上的金得到了回收利用.废旧电池中含有铅、镍、镉、汞等,如果将废旧电池随意丢弃,将造成地下水和土壤的污染.目前铅的生产量中,来自于汽车用过的铅酸蓄电池的再生就占很大比例.【提问】 保护金属的途径有哪些?【交流】 (1)防止金属的腐蚀.(2)金属的回收利用.(3)有计划、合理地开采矿物.(4)寻找金属的替代品.例如,目前已广泛用塑料代替钢和其他合金制造管道、齿轮等.【拓展视野
49、】 稀土是储量较少的一类金属的统称,有“工业的维生素”的美誉,广泛用于新材料、新能源、航空航天、电子信息等尖端科技领域,是不可再生的重要战略资源.1970 年,我国已探明的稀土储量约占世界总储量的 75%左右;到 2005 年,这一比例降到55%左右.目前我国稀土的生产和消费居世界第一位.按目前生产量,我国稀土储备仅能维持1520 年.我国 60%以上稀土产品出口到国外.出于环保和资源储备因素的考虑,有些发达国家封存本国稀土而从我国进口稀土产品.18我国从 1999 年开始实施稀土出口配额管理,2011 年发布国务院关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见.思路二教师活动 学生活动 设计意图【过渡】 (针对导入三)为什么我国政府修订稀土工业发展专项规划,规定调减稀土金属的出口数量,关闭了不少的稀土金属矿呢?【展示】 提供两份材料和相应图片,指出金属资源的宝贵性:资料一:一些矿物可供开采的年限(不包括今后新探明的矿物储量、一些国家的金属储备量和金属的回收利用等).资料二:据有关资料报道,现在世界上每
