课题3 金属资源的利用和保护

第1课时 金属矿物、铁的冶炼

一、知识目标

1.知道大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在的，了解常见金属矿物的主要成分。

2.掌握铁的冶炼原理、原料、主要反应及产物，能正确书写相关化学方程式。

3.能根据化学方程式进行含杂质的简单计算，并解决生产生活中的简单问题。

二、核心素养目标

1.化学观念：通过对金属矿物的存在形式和炼铁的过程的学习，理解工业炼铁的化学原理。

2.科学思维：通过分析炼铁的原理和过程，建立化学变化中物质转化和能量转化的模型。

3.科学态度与责任：体会化学方法在金属冶炼中的重要作用，增强对我国金属资源的认识，培养节约资源和保护环境的意识。

一、教学重点

工业炼铁的过程及含杂质物质的化学方程式计算。

二、教学难点

含杂质物质的化学方程式计算及对炼铁原理的理解。

本节教学内容源于人教版2024年版九年级化学下册第八单元《金属和金属材料》课题3《金属资源的利用和保护》第1课时《金属矿物、铁的冶炼》。金属材料在生产、生活和社会发展中有着广泛应用，本课题内容是在学生学习了金属的化学性质之后，对金属资源的进一步探究，在教材中起着承上启下的作用，有助于学生全面认识金属材料。 按照课程标准要求，本课时安排了金属矿物和铁的冶炼两部分内容。教材首先介绍了地球上金属资源的存在形式，通过列举赤铁矿、磁铁矿等常见金属矿物，让学生了解大多数金属在自然界中以矿物形式存在，体会化学方法在金属冶炼中的重要作用。接着详细阐述了铁的冶炼原理、原料、设备、主要反应和产物等知识，并通过具体例题讲解了含杂质的化学计算，培养学生运用化学知识解决实际问题的能力。教材还结合我国金属矿物的储量情况，增强学生的民族自豪感和资源保护意识。

教学对象是九年级学生，他们已经具备了一定的化学基础知识和实验操作技能，在前面的学习中，学生已经了解了金属的一些物理性质和化学性质，对金属有了初步的认识。但对于金属在自然界中的存在形式以及如何从矿石中提取金属，学生还比较陌生。 在思维方面，九年级学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们对直观、生动的实验现象和实例比较感兴趣，但对于复杂的化学原理和计算可能理解起来有一定难度。因此，在教学过程中，教师应充分利用图片、视频等多媒体资源，结合实验演示，将抽象的知识形象化，帮助学生理解和掌握。 此外，学生在之前的化学学习中，已经掌握了一些化学计算的方法，但对于含杂质的化学计算可能还存在困难。教师要引导学生理解纯净物和混合物的关系，掌握将含杂质物质的质量转化为纯净物质量的方法，逐步培养学生的计算能力和逻辑思维能力。同时，要关注学生的个体差异，鼓励学生积极参与课堂讨论和练习，及时给予指导和反馈，让每个学生都能在原有基础上得到提高。

教学环节一  新课导入

【展示图片】同学们，老师先给大家展示一些图片。（展示沙里淘金以及冶炼钢铁的图片）地球上的金属资源广泛地存在于地壳和海洋中，可是它们的存在形式却各不相同。有的像金子一样可以以单质的形式存在，能直接从沙子里淘出来；而有的金属却要经过复杂的冶炼过程才能得到。大家想一想，这是为什么呢？金属存在形式的不同到底和什么有关呢？

【回顾金属活动性顺序】接下来，我们一起回顾一下金属活动性顺序。（在黑板上写下金属活动性顺序：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au ）从这个顺序中我们可以知道，金属的活动性是有强弱之分的。除了金、银等少数金属有单质形式存在外，大多数金属多以化合物的形式存在。就像我们看到的钢铁冶炼，铁在自然界中主要是以化合物的形式存在于矿石里，需要通过特定的方法把铁从化合物中提炼出来。那么，这些金属矿物都有哪些呢？又是如何把金属从矿物中冶炼出来的呢？带着这些疑问，让我们一起走进今天的学习——金属矿物、铁的冶炼。

【设计意图】通过生活中常见的“沙里淘金”“冶炼钢铁”情景引入，引发学生对金属存在形式的思考，结合金属活动性顺序表，让学生理解金属存在形式与活动性的关系，同时通过图片增强学生的直观认识。

教学环节二 金属矿物

活动一：常见的金属矿物

【情景引入】我们已经知道大多数金属在自然界中以矿物形式存在，那么常见的金属矿物有哪些呢？它们的主要成分又是什么呢？接下来我们就一起认识常见的金属矿物。

【师生活动】

教师展示赤铁矿、磁铁矿、铝土矿、赤铜矿、金红石、软锰矿等金属矿物的图片，并介绍它们的名称。

教师引导学生阅读课件上关于这些金属矿物主要成分的内容，然后提问：这些金属矿物的主要成分分别是什么？

学生回答，教师板书：

赤铁矿（主要成分Fe₂O₃）

磁铁矿（主要成分Fe₃O₄）

铝土矿（主要成分Al₂O₃）

赤铜矿（主要成分Cu₂O）

金红石（主要成分TiO₂）

软锰矿（主要成分MnO₂）

教师介绍我国金属矿物的储量情况，如我国金属矿物种类比较齐全，钨、钼、钛、锡、锑等储量居世界前列，铜、铝、锰等储量在世界上也占有重要地位。

【设计意图】通过展示图片让学生直观认识常见金属矿物，引导学生阅读和回答问题，加深对金属矿物主要成分的记忆，介绍我国金属矿物储量情况，增强学生的民族自豪感。

活动二：典例精讲

【展示题目】下列金属矿石主要成分对应错误的是（ ）

A. 磁铁矿（）

B. 赤铜矿（）

C. 金红石（）

D. 铝土矿（）

【学生回答】B

【讲解】赤铜矿的主要成分是Cu₂O，不是CuO，所以B选项错误；A、C、D选项中金属矿石主要成分对应正确。

【过渡】地壳中含量第二位的金属元素是铁元素，主要存在于矿石中，要想获取金属铁，工业上需要从矿石中提炼。

教学环节三 铁的冶炼

活动一：铁的冶炼历史和原理

【情景引入】同学们，铁在我们的生产生活中有着广泛的应用。我国有着悠久的炼铁历史，早在战国时期就有了铁制工具。那古代和现代是如何炼铁的呢？炼铁的原理又是什么呢？下面我们来学习铁的冶炼。

【师生活动】

教师展示《天工开物》记载的我国古代炼铁示意图、战国时期铁铲、南北朝铁鼎等图片，介绍我国古代炼铁的情况。

教师引导学生分析炼铁的原理，写出化学方程式Fe₂O₃+3CO===(高温) 2Fe+3CO₂。

教师提问：在这个反应中，铁矿石中的什么元素被夺取了？谁夺取了它？反应需要什么条件？

学生思考回答：铁矿石中的氧元素被一氧化碳夺取，发生了还原反应，反应需要高温条件。

教师展示现代炼铁高炉的图片，介绍现代炼铁的情况。

【设计意图】通过展示古代炼铁图片，让学生了解我国悠久的炼铁历史，增强民族文化认同感。分析炼铁原理的化学方程式，让学生理解炼铁的本质是金属氧化物被还原的过程，展示现代炼铁高炉图片，让学生了解现代炼铁的工业生产情况。

活动二：高炉炼铁

【情景引入】我们知道了炼铁的原理，那在实际的高炉炼铁中，需要用到哪些原料呢？发生了哪些反应？又得到了什么产物呢？接下来我们详细学习高炉炼铁的过程。

【师生活动】

教师展示高炉炼铁的示意图，介绍高炉炼铁的原料：赤铁矿石（主要成分Fe₂O₃）、焦炭、空气、石灰石。

教师引导学生分析各原料的作用：

对于焦炭，教师提问：焦炭在高炉炼铁中有什么作用呢？

学生思考，教师讲解：焦炭首先燃烧提供热量：C+O₂ ===(高温) CO₂，然后二氧化碳又与焦炭反应转化为一氧化碳：C+CO₂ ===(高温)2CO；一氧化碳作为还原剂用于还原铁矿石。

对于石灰石，教师讲解：铁矿石中的石英（SiO₂）对生铁产品的品质有严重影响，石灰石可以与它反应形成炉渣除去。

教师引导学生写出高炉炼铁的主要反应方程式：

C+O₂ ===(高温) CO₂

C+CO₂ ===(高温)2CO

Fe₂O₃+3CO===(高温) 2Fe+3CO₂

教师介绍高炉炼铁的产物：生铁，含碳量为2%-4.3%的铁合金，并说明一些提高炼铁效率的方法，如粉碎原料增大接触面积、适当增加炉体高度延长反应物接触时间等。

【设计意图】通过展示高炉炼铁示意图，让学生直观了解高炉炼铁的装置和流程。详细分析各原料的作用和主要反应方程式，让学生理解高炉炼铁的实际生产过程，介绍产物和提高效率的方法，让学生了解工业生产中的一些实际问题和解决措施。

活动三：含杂质的计算

【情景引入】在实际的炼铁生产中，铁矿石往往含有杂质，我们如何根据铁矿石的质量和纯度来计算炼出铁的质量呢？下面我们通过例题来学习含杂质的计算。

【师生活动】

教师展示例题：用1000 t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少（计算结果保留一位小数）？

教师引导学生分析解题思路：

首先要计算出1000 t赤铁矿石中含氧化铁的质量，带入化学方程式计算的数据应是纯净物的质量。

设未知数，根据化学方程式计算出纯净铁的质量。

最后根据生铁的含铁量计算出生铁的质量。

教师板书解题过程：

解：1000 t赤铁矿石中含氧化铁的质量为1000 t×80%=800 t。

设800 t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为x。

Fe₂O₃+3CO===(高温) 2Fe+3CO₂

160                   2×56

800 t                  x

(2×56)/160=x/(800 t)

x=560 t

折合为含铁96%的生铁的质量为560 t÷96%≈583.3 t。

答：理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是583.3 t。

教师总结含杂质计算的方法和注意事项：带入化学方程式计算的必须是纯净物的质量，计算过程中要注意单位的统一等。

【设计意图】通过实际例题，让学生掌握含杂质计算的方法和步骤，培养学生解决实际问题的能力，总结计算方法和注意事项，让学生避免在计算中出现错误。

活动四：典例精讲

【展示题目】如图是工业炼铁示意图。下列说法中不正确的是（ ）

A．赤铁矿的主要成分为Fe₂O₃

B．石灰石的作用是形成炉渣

C．焦炭的作用只是提供热量

D．高炉烟气对空气造成污染

【学生回答】C

【讲解】A、赤铁矿的主要成分为氧化铁，化学式为 ，故正确； B、高炉炼铁时，加入石灰石的作用是把矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去，故正确； C、高炉炼铁中原料焦炭燃烧生成二氧化碳，该反应放热，可提供热量，另外碳和二氧化碳高温下反应可生成一氧化碳，还可以生成还原剂一氧化碳，故错误； D、高炉烟气中的废气若不处理直接排放，会污染空气，故正确；故选C。

课题3 金属资源的利用和保护

课时1

一、金属矿物

二、铁的冶炼

1.原理：3CO+Fe₂O₃高温()2Fe+3CO₂

2.高炉炼铁

①原料：赤铁矿石（提供铁元素）

焦炭（提供热量、生成CO）

空气（提供氧气）

石灰石（除去杂质SiO₂形成炉渣）

②主要反应：C+O₂高温()CO₂、CO₂+C高温()2CO、3CO+Fe₂O₃高温()2Fe+3CO₂

③产物：生铁

3.有关杂质问题的计算：代入纯净物质量进行计算

1. （2025·江苏常州·一模）下列矿石适宜用来冶炼生铁的是（     ）

A．黄铜矿 B．孔雀石 C．铝土矿 D．赤铁矿

【答案】D

【解析】A、黄铜矿的主要成分是CuFeS₂，虽然含铁元素外，还含有铜元素和硫元素，但铁元素的质量分数较低，冶炼过程中会生成硫的氧化物污染空气，不适宜用来冶炼生铁，故选项不符合题意；

B、孔雀石的主要成分是Cu₂(OH)₂CO₃，不含铁元素，不适宜用来冶炼生铁，故选项不符合题意；

C、铝土矿的主要成分是Al₂O₃，不含铁元素，不适宜用来冶炼生铁，故选项不符合题意；

D、赤铁矿的主要成分是Fe₂O₃，含铁元素，且铁元素的质量分数较高，适宜用来冶炼生铁，故选项符合题意。

故选D。

2．（2025·吉林）竖炉炼铁的工艺流程如图所示。催化反应室中发生的反应之一为： 。下列分析正确的是（     ）

A．赤铁矿石粉碎后可以增加铁元素的含量

B．原料是赤铁矿石、天然气、高温尾气

C．合成气中X的化学式为 H₂O

D．赤铁矿石和天然气的主要成分都属于化合物

【答案】D

【解析】A.赤铁矿石粉碎后可以增大反应物的接触面积，使反应更充分，并不能增加铁元素的含量，故A错误；

B.由流程图可知，原料是赤铁矿石、天然气，高温尾气可循环使用，但不是原料，故B错误；

C.根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类和数目不变，反应物中C、H、O原子的个数分别为2、4、2，生成物中C、O原子的个数分别为2、2，所以2X中应有4个氢原子，X的化学式为H2，故C错误；

D.赤铁矿石的主要成分氧化铁（ Fe₂O₃），天然气的主要成分是甲烷（CH₄ ），它们都是由不同种元素组成的纯净物，都属于化合物，故D正确。

故选：D。

3.我国有着悠久的钢铁冶炼史，《天工开物》中记载的“炒钢法”如图1，该方法的生产过程可用图2表示。

资料：①潮泥灰主要成分是石灰石。②铁的熔点是1535 ℃。

根据图文回答下列问题。

(1)常见的铁矿石有赤铁矿和__________（写一种）。

(2)炼铁炉中生成铁的化学方程式为________________________________。

(3)撒入潮泥灰主要作用是________________________________。

【答案】(1)磁铁矿（合理即可）

(2)

(3)将铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去

【解析】（1）常见的铁矿石有赤铁矿和磁铁矿等；

（2）炼铁炉中生成铁的反应为一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：；

（3）潮泥灰主要成分是石灰石，炼铁过程中石灰石的主要作用是将铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去。

在本节课的教学中，通过展示各种金属矿石的图片和我国金属矿物的储量数据，能有效激发学生的学习兴趣，让学生直观了解金属矿物的相关知识。在讲解铁的冶炼时，结合古代炼铁示意图和现代高炉炼铁的流程，帮助学生理解炼铁的原理和过程。然而，学生在含杂质计算部分理解存在一定困难，后续应加强这方面的练习和指导，通过更多实例让学生掌握计算方法和步骤。此外，在教学过程中，应进一步引导学生思考金属资源的合理利用和保护问题，增强学生的环保意识和资源意识。