初三化学TCT同步教案——铁的冶炼

1、 全国领先的个性化教育品牌聚智堂名师教育辅导教案 学员姓名： 年 级：初三 授课时数：3 辅导科目：化学 学科教师：朱老师授课主题 铁的冶炼授课日期及时段教 学 内 容 T-铁的冶炼知识引入 1、 常见的金属矿物铁、铜是两种活泼的金属，在自然界中以化合态的形式存在于矿石中。含有这两种金属的主要矿石品种如下图所示： 名称 主要成分 物理性质 磁铁矿 Fe3O4黑色，具有金属光泽，不透明 赤铁矿 Fe2O3暗红色，含铁量越高颜色越深铜铁矿（孔雀石） Cu2(OH)2CO3绿色2、 铁的冶炼原理【实验内容】一氧化碳还原氧化铁【实验原理】3CO+ Fe2O3 高温 2Fe + 3CO2【实验装置】如下

2、图所示： 【实验步骤】1.检查装置的气密性；2.将适量的氧化铁放入玻璃管内；3.通入一氧化碳，并点燃酒精灯；4.待装置内的空气排净后，点燃酒精喷灯给氧化铁加热；5.当红棕色粉末变成黑色后，停止加热；6.待试管内的物质冷却后停止通入一氧化碳，熄灭酒精灯。【实验现象】红棕色粉末变成黑色，澄清石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。【注意事项】1.先通入一氧化碳，以排净试管内原有的空气，防止一氧化碳与空气混合加热后发生爆炸；2.在通入一氧化碳的同时点燃酒精灯，燃烧掉一氧化碳，防止有毒的一氧化碳散发到空气中污染空气；3.实验结束后继续通入一氧化碳至试管冷却，防止高温下的铁粉与空气接触又被氧化。三、铁的冶炼

3、【原料】铁矿石、焦炭、石灰石、空气等。【原理】把铁矿石与焦炭、石灰石一起加入高炉里，从下方通入热风，高炉里发生复杂的反应，其中焦炭在炉内反应生成一氧化碳，一氧化碳与铁的氧化物在高温条件下反应生成铁，石灰石则与铁矿石中的杂质（主要是二氧化硅）反应生成炉渣。有关的反应方程式：（1）煤炉的底层：C + O2 点 燃 CO2 ； （2）煤炉的中层：CO2 + C 高 温 2CO ；（3）焦炭还原氧化铁：3CO+ Fe2O3 高 温 2Fe + 3CO2【注意】1.炼铁的过程中焦炭的作用：一是燃烧产生热量；二是与碳反应产生一氧化碳，一氧化碳还原氧化铁；2.炉渣出口高于生铁出口的原因是因为炉渣的密度小于生

4、铁的密度；3.石灰石的作用是将杂质转化成炉渣除去。典例分析1.工业炼铁的主要原料中，正确的一组是（ ） 铁矿石 焦炭 一氧化碳 石灰石 空气 A B C D2.炼铁高炉中发生了下列反应：高温下一氧化碳将铁矿石还原为铁；高温煅烧石灰石；灼热的焦炭和二氧化碳反应；焦炭充分燃烧。其中属于化合反应的是（ ） A和B和 C和 D只有3.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，证明该反应中有二氧化碳生成 B实验开始时，点燃酒精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

5、色，并且澄清的石灰水变浑浊【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，说法是正确的；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，然后再点燃酒精灯。故B说法错误；尾气中可能有一氧化碳，一氧化碳有毒，所以一定要进行尾气处理，故说法正确；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，说法正确。【答案】B4.右图是一氧化碳还原氧化铁的实验装置图，下列有关该反应的说法正确的是（ ） A当反应完成时可看到A中的红棕色粉末变成了银白色 B该实验中

6、只能体现出一氧化碳一条化学性质 C实验开始时应先通一氧化碳再加热 D若要还原160g氧化铁，实际通入的一氧化碳为84g5.图甲是一氧化碳还原氧化铁的装置，图乙是炼铁高炉示意图。下列叙述中错误的是（ ） A高炉炼铁中原料焦炭可以提供热量 B高炉炼铁原理是：3CO+Fe2O3 高温2Fe + 3CO2 C甲图中实验开始时应先点燃加热氧化铁的酒精喷灯 D甲图中点燃尾气是为了防止一氧化碳污染空气6.炼铁的原理是利用一氧化碳与氧化铁反应，某同学利用该原理设计了一个实验，实验装置见下图。 对实验进行分析并回答：（1）给玻璃管加热的仪器叫酒精喷灯，要用其_（填“外焰”“内焰”或“焰心”）进行加热。（2）实验

7、中玻璃管里氧化铁粉末的颜色变化是_，观察到澄清石灰水的现象是_。（3）实验前“通入CO”与“开始加热”的顺序是_；实验后“停止通入CO”与“停止加热”的顺序是_。（4）实验要在装置末端a处燃着一盏酒精灯，其作用是_。【解析】本题考查铁的冶炼原理，解题时要注意分析仪器的作用、操作顺序、尾气处理等问题。（1）酒精喷灯的外焰温度最高，故应用外焰加热。（2）氧化铁粉末被还原为铁，可观察到粉末由红色变为黑色，生成的二氧化碳使澄清的石灰水变浑浊。（3）实验开始时要先通入一氧化碳，以排净玻璃管中的空气，避免加热时发生爆炸，然后再加热；实验结束时应先停止加热，继续通入一氧化碳冷却至室温，防止高温的铁被氧化。（

8、4）由于一氧化碳有毒，不能直接排放到空气中，因此必须有尾气处理装置，装置末端a处的酒精灯所起的作用是点燃未反应的一氧化碳气体，防止污染空气。【答案】（1）外焰（2）由红色变为黑色 变浑浊（3）先通入CO，再开始加热 先停止加热，后停止通入CO（4）除去尾气中的CO，防止造成空气污染 课堂练习5书写下列化学方程式：1.冶铁的原料中，除铁矿石、焦炭、空气，还应添加的是（ ） A一氧化碳 B石灰石 C二氧化锰 D碳化铁2.下列说法中不正确的是（ ） A自然界中的铁主要以化合物的形式存在于矿石中 B工业上炼铁的主要设备是高炉来源 C工业上炼铁的原理是Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 D工业上炼铁中发

9、生反应的基本类型是置换反应3.实验室里，用如图所示装置还原氧化铁的过程中，可能生成四氧化三铁、氧化亚铁或铁等固体物质。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，证明该反应有二氧化碳生成 B实验结束时，玻璃管中红色的氧化铁粉末变成黑色，该产物不一定是铁 C反应后，玻璃管中的固体物质的质量比反应前减少了，证明一定有铁生成 D为了减少空气污染，应增加尾气处理装置4.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：（1）写出CO还原Fe2O3的化学方程式 ；（2）实验中盛澄清石

10、灰水的试管中可观察到的现象是 ；（3）右边导气管口放置点燃的酒精灯的目的是 ；（4）实验开始时要先通入CO，把装置中的空气排尽后再加热，以防发生爆炸。检验装置中的空气已排尽的方法是 。（1）3CO+Fe2O3= 2Fe+3 CO2（2）石灰水变浑浊 （3）燃烧多余的CO（或消除CO对空气的污染）（4）在右端导气管口用排水法收集一试管气体，移近火焰，若发出轻微的爆鸣声， 证明空气已经排尽。5.某地根据当地资源特点将石灰石开采、加工和高炉炼铁建在一起形成联产。 （1）炼铁的原料有铁矿石、焦炭、石灰石和空气。焦炭的主要作用有两点：其一是生成还原剂CO，其二是 。写出氧化铁在加热时被还原成铁的方程式

11、。（2）炼铁过程中，固体原料从炉顶往下加，而热空气却是从炉底通入。这样做的优点是 。高炉炼铁排放的废气中含有大量的高温一氧化碳，可作为能源用来煅烧石灰石。请写出煅烧石灰石的化学方程式： 。（3）此联产方式的主要优点是 （答出一点即可）（1）燃烧放热，维持炉温Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2使反应物充分接触 CaCO3 CaO + CO2（3） 降低成本（或变废为宝、减少环境污染、节约能源、合理利用资源等，其他合理答案均给分） C-含杂质的计算知识引入一、含杂质的反应物或生成物的有关计算 当参加反应的物质含杂质时，先要把含杂质的物质的质量换算成纯物质的质量，再进行计算。一般利用该公式

12、及其变形：（纯度就是不纯物质中纯物质的质量分数）【例题】1000t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？【解法】设理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量为x。（x不是纯物质的质量，不能直接代入计算）1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为：答：800t氧化铁理论上可以炼出生铁的质量为583t。典例分析1.某钢铁厂每天消耗4 000 t含Fe2O3 80%的赤铁矿石，该钢铁厂理论上可日产含Fe 98%的生铁质量是多少？（计算结果保留到0.1）【解析】根据铁矿石的质量和含Fe2O3的百分数可以求出铁矿石中Fe2O3的质量，然后根据化学方程式确定Fe2O3与Fe的质量关系列

13、出比例式，求出生成物铁的质量。再用铁的质量÷生铁中铁的质量分数，可得生铁的质量。【答案】解：设理论上每日可产含铁98%的生铁质量为xFe2O3+3CO 高温2Fe+3CO2160 1124 000 t×80% 98%xx2 285.7 t答：该厂理论上可日产含Fe 98%的生铁质量是2 285.7 t。2.为了测定某赤铁矿石中氧化铁的质量分数，取矿石样品40 g，加入盐酸，恰好完全反应时，共用去盐酸219 g，过滤、洗涤、干燥后得滤渣8 g（矿石中的杂质既不溶于水也不与盐酸反应）。计算：（1）该赤铁矿石中氧化铁的质量分数。（2）现有这种赤铁矿石1 000 t，用一氧化碳完全

14、还原，理论上可炼出含铁96的生铁多少吨？（1）矿石样品40 g，与盐酸恰好完全反应后得滤渣8 g，这是杂质的质量。则该赤铁矿石中氧化铁的质量分数为32 g/40 g ×100%=80%。（2）通过分析（1）我们知道，这种赤铁矿中氧化铁的质量分数是80，1 000 t赤铁矿石中氧化铁的质量：1 000 t×80=800 t。解：设理论上可炼出含铁96%的生铁质量为x。Fe2O3 + 3CO 高温2Fe3CO2 160 112800 t 96% x160/800 t=112/（96%x）x583 t答：理论上可炼出含铁96的生铁583 t。 课堂练习1.某赤铁矿样品中铁元素的质

15、量分数为63%，则该矿石样品中主要成分的质量分数为（ ）A95% B85% C90% D80%2.某炼铁厂日产杂质5%的生铁3000t，试计算：（提示：O16 Fe56）（1）该3000t生铁中含纯铁多少吨？2850t（2）该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石多少吨？（计算结果保留整数）4790t3.化学兴趣小组的同学对某炼铁厂生产的生铁（杂质不与酸反应）进行组成分析。其实验数据如下表。实验步骤相关数据1.称取生铁样品放入烧杯中16g2.加入足量15%的盐酸200.0g3.称取反应后烧杯中物质总质量215.5g根据表中数据，计算： （1）产生氢气的质量 （2）生铁样品中铁的质量

16、 （3）生铁中铁的质量分数。（1）0.5g （2）14g （3）87.5% T-能力提升典例分析1.某校化学兴趣小组的同学，对一氧化碳还原氧化铁实验作了绿色化改进后制取单质铁（K1、K2是活塞）（浓硫酸具有吸水性；NaOH能与CO2反应生成纯碱）：（1）关闭K1、开启K2，可以验证CO还原Fe2O3的产物。这是关于气体的实验，实验前必须对装置进行  ;CO还原Fe2O3的化学方程式为  ;在e处点燃气体的目的是 。（2）关闭K2，开启K1，可以将d口出来的气体再从a通入装置而循环使用。c瓶中应装（填序号）。 A.澄清石灰水B.水 C.石蕊溶液 D.浓硫酸来源t该实验这样改进

17、的主要优点是  。【解析】为了防止有毒的CO气体逸出对环境产生污染,且保证实验的顺利进行,实验前必须进行气密性的检验;为了防止未反应的有毒的CO气体逸出对环境产生污染,应将其燃烧掉或收集起来;为了使CO气体循环使用,循环使用前应用浓硫酸进行干燥处理;该实验这样改进可将CO2吸收,减少了CO2的排放,同时提高了CO气体的利用率。答案：（1）气密性检查 3CO+Fe2O32Fe+3CO2 防止污染空气（2）D减少了二氧化碳的排放,提高了原料利用率（合理即可）2.类比法是化学研究物质的重要方法之一草酸的化学性质与碳酸相似已知碳酸易分解，草酸在受热条件下也分解，仅生成三种氧化物某校研究性学习

18、小组对此展开探究： （1）小明首先根据草酸中含有 元素，可推测生成物中含有水（2）小明对分解生成的其他产物进行猜测、验证：【假设一】生成物中有二氧化碳实验一：将生成的气体通入澄清的石灰水，实验现象是 ，小明据此判断生成物中含有二氧化碳。【假设二】生成物中有一氧化碳实验二：小明用如图装置进行实验，从而证明生成物中含有一氧化碳。请回答：A装置中红色固体粉末是 （填化学式），A装置中的实验现象是 。（3）讨论交流：小芳认为，小明的“实验二”不需要B装置也能够推断出生成物中含有一氧化碳，是否支持小芳的观点：_（填“支持”或“不支持”），请说出你的理由 。小芳认为，从环保的角度看，“实验二”装置有一个缺

19、陷，请你指出该缺陷 ，处理的方法是 。【解析】（1）由草酸分解能生成水，再根据质量守恒定律，可推出草酸中一定含有氢元素和氧元素；（2）验证二氧化碳是通过澄清石灰水，能变浑浊说明有二氧化碳；因为一氧化碳具有还原性，能还原金属氧化物，根据该物质呈红色可推出，红色粉末是氧化铁；它被一氧化碳还原后，生成了黑色的金属铁因此，A装置中的实验现象是红色粉末变成黑色，（3）因为二氧化碳不具有还原性，只要是红色粉末变成黑色，就说明存在还原性物质，能说明存在一氧化碳，特别是在验证一氧化碳时，注意尾气处理，否则没反应的一氧化碳会污染空气。【答案】（1）氢和氧；（2）澄清石灰水变浑浊，Fe2O3，红色固体变为黑色；（

20、3）支持，只要根据红色固体变为黑色，就可判断三种氧化物中一定含有一氧化碳，缺少尾气处理装置，将尾气通到酒精灯的火焰上。课堂练习1.化学兴趣小组的同学设计了用一氧化碳气体还原氧化铁的实验装置，如下图所示。请回答下列问题：（1）为了避免玻璃管a在加热时可能发生爆炸，加热前应_。（2）a管中Fe2O3发生反应的化学方程式为：_。（3）B装置除了吸收CO2气体外，还_。写出B装置中NaOH发生反应的化学方程式：_。（4）若a管中氧化铁全部还原成铁，冷却后称量铁的质量比反应前氧化铁的质量减少了2.4 g，则加入a管中的氧化铁的质量是_g。（1）先通一氧化碳排尽玻璃管内空气（2）3COFe2O32Fe3CO2 （3）可收集纯净的一氧化碳，防止一氧化碳逸出污染空气CO22NaOH=Na2CO3H2O（4）8你认为本次课最难的知识点是哪一个？回家作业1.含氧化铁80%的赤铁矿，铁元素的质量分数是（ ） A63% B56%C70% D80%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