人教版九年级化学下册8.3.1　炼铁的原理　含杂质物质的有关计算备课素材

/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课时炼铁的原理含杂质物质的有关计算素材一新课导入[情景导入][多媒体展示]局部常见矿石的实物以及图片。地球上存在着丰富的矿产资源,矿产资源的利用对一个国家的工业开展有着十分重要的作用。金属资源就属于矿产资源的一个重要的分支。请同学们谈谈你们对金属资源的认识。[情景导入][多媒体展示]展示北京奥运会主体育场——“鸟巢〞的图片。[提出问题]钢是如何获得的？引出课题。[复习导入]地壳中含量最多的金属是什么？年产量最高的金属是什么？说出你所知道的含金属的矿石,这些矿石哪些是以金属单质形式存在的,哪些是以化合物形式存在的？(展示各种矿石图片)你想和同学们一起探究矿石变成金属的冶炼过程吗？素材二教学建言[建言1]实验室用一氧化碳复原氧化铁的实验此实验是本节课的重点。要把这个实验与炼铁生产的主要原理结合起来,使学生认识化学原理对实际生产的指导作用。实验中引导学生认真观察、掌握观察的方法。此实验对温度的要求较高,最好用酒精喷灯做,并相应配套用硬质玻璃管装药品,要十分注意实验平安。要求学生学会观察,养成边观察、边记录、边思考的习惯,对于各个步骤都可提出问题,如：1．你选择哪种矿石炼铁,为什么？2．铁矿石如何“变成〞铁？你选择什么方法或什么物质？3．假设选择赤铁矿和一氧化碳炼铁,操作步骤是什么？4．一氧化碳有可燃性,实验开始时应该先通一氧化碳还是先加热,理由是什么？5．实验结束后,应先停止加热还是先停止通一氧化碳？6．尾气有毒,如何处理？7．实验中观察到什么现象？每一步要与学生进行讨论,并给出合理的评价。实验后有必要增加一个演示实验：把反响前后两种固体分别用磁铁吸引或分别参加稀盐酸中看有无气泡产生。以证明氧化铁确实变成了铁。[拓展]一氧化碳的制备：取250mL的圆底烧瓶配上双孔胶塞,一孔插入温度计,另一孔插入导气管。在烧瓶内参加40～50mL浓硫酸和5～10mL甲酸,再放入几块碎瓷粒,塞紧胶塞,于石棉网上加热至80℃,就有一氧化碳放出,放出的气体经验纯后用排水集气法收集于集气瓶中或气袋里,严防泄漏污染环境。[建言2]一氧化碳复原氧化铁实验装置改良[改良一](1)装置改良：(2)改良说明：①将2个塑料瓶巧妙组合,使供气装置随开随用、随关随停、气流可大可小,增强了对实验过程的调控性；同时尾气存储装置既能自动吸储尾气,又能直观显示玻璃管内空气何时排完(玻璃管的容积为36mL),增强了实验的可操作性和平安性；另外,简化了实验装置,节省了一氧化碳气体(1瓶一氧化碳气体可以在3～4个班级连续实验)。②反响装置源于教材,主体局部保持了与教材设计的一致性,使学生易于接受实验原理。③对实验尾气的巧妙处理,既能很好地培养学生的环保意识,又能激发学生的创新精神。④利用废旧的塑料瓶替代供气装置和尾气存储装置,丰富了教育装备,节省了教育经费,培养了学生勤俭节约的习惯。[改良二](1)实验装置：(2)改良说明：①为节约药品用量将实验改成微型化实验,设计了一体化的一氧化碳发生装置,可通过胶头滴管滴加甲酸的量来控制反响速率。多余的一氧化碳的处理可以用小塑料袋收集后点燃,这样做既可以处理尾气又可以让学生观察到一氧化碳燃烧的现象。②本实验边制取一氧化碳气体边进行其性质检验,无需提前收集大量的一氧化碳气体,这样既方便,产生的污染又少。③教材中的实验使用的氧化铁粉末较多,反响所需温度较高且耗时较长,本实验氧化铁粉末用量较少,酒精灯加热即可发生反响,现象非常明显且耗时短。④本实验较平安、环保、简便,可操作性强,学生可进行分组实验。⑤本实验装置还可用于一氧化碳复原氧化铜的实验和氢气复原氧化铜的实验。[改良三](1)实验装置：(2)改良说明：①大理石和盐酸的用量要相对多一点,木炭粉的用量要多一点并且尽量平铺,氧化铁的量要尽可能少一点并且尽量平铺。②通二氧化碳后当看到澄清石灰水变浑浊就点燃酒精灯和酒精喷灯甲及酒精喷灯乙。③操作简单、无污染、平安、利于教师上课演示,现象明显,无需验纯一氧化碳。[建言3]含杂质的计算(1)学生阅读例题；分组讨论；代表讲解思路和要点；共同总结解题方法。(2)关系图突破难点①分步计算：②综合计算：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))3CO2＋2Fe160112赤铁矿×纯度生铁×纯度温馨提示：①不管分步计算还是综合计算,代入方程式的量必须是氧化铁和纯铁的质量。②设的未知数和题目中代入的量一定要符合。素材四板书设计[设计1]一、铁的冶炼1．原料：石灰石、铁矿石、焦炭、空气2．原理：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO23．设备：高炉二、有关杂质问题的计算要将纯物质的质量代入化学方程式纯物质的质量＝不纯物质的质量×纯物质的质量分数[设计2]素材五课后“练习与应用〞变式题1．[1题变式]地球上的金属资源广泛地存在于地壳和海洋中,工业上主要是从含有金属元素并有开采价值的矿石中提炼金属。(1)赤铁矿在自然界中储藏丰富,其主要成分的化学式是________。(2)磁铁矿的主要成分是Fe3O4。在Fe3O4中存在两种不同价态的铁离子,其中eq\f(1,3)是Fe2＋,eq\f(2,3)是Fe3＋。请写出Fe3O4与一氧化碳反响的化学方程式：____________________________________________。(3)工业上主要采用高炉炼铁,常用到的原料有铁矿石、焦炭、石灰石和空气。其中,焦炭的作用是_______________________________________________。(仅答一点)[答案](1)Fe2O3(2)Fe3O4＋4COeq\o(=,\s\up7(高温))4CO2＋3Fe(3)提供炼铁所需要的热量或生成复原磁铁矿所需要的复原剂一氧化碳2．[2题变式]“比照法〞是实验探究中常用的一种科学方法。分析以下铁钉生锈实验的设计,得出的结论不正确的选项是()A．比照①②可以说明铁生锈一定要有氧气参加B．比照②③可以说明铁生锈一定要有水参加C．比照①③可以说明铁生锈一定要有水参加D．比照①②③可以说明铁生锈必须水和氧气同时参加[答案]B3．[3题变式]金属在生产和生活中有着广泛的应用。(1)液化气罐钢瓶外表涂油漆的作用是______________________。(2)铁制品在沙漠地区不易锈蚀的原因是______________________。[答案](1)防锈(2)沙漠地区气候枯燥,空气中水分含量少4．[4题变式]随着人们生活水平的不断提高,汽车已走进千家万户。制造汽车要用到含铜、铁、铝等成分的多种金属材料。(1)在汽车电路中,经常用铜作导线,这是利用了铜的________性。(2)工业上用CO复原赤铁矿冶炼金属铁的化学方程式为______________________________________。(3)在实验室中探究铝、铜的金属活动性顺序,除铝、铜外,还需要用到的试剂是____________。(填一种即可)[答案](1)导电(2)3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2(3)稀盐酸(或稀硫酸或硫酸铜溶液等)5．[5题变式]将10.0gCu­Zn合金粉末放到盛有足量稀硫酸的烧杯中,使之充分反响后(杂质不反响),烧杯中物质的质量减少0.2g。(1)Cu­Zn合金属于________(“金属〞或“非金属〞)材料。(2)假设不考虑该合金中除Cu、Zn以外的其他成分,请计算原Cu­Zn合金中Zn的含量。(写出必要的计算过程)[答案](1)金属解：(2)设铜锌合金中Zn的质量为x,Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑652x0.2geq\f(65,2)＝eq\f(x,0.2g)x＝6.5g锌的含量＝eq\f(6.5g,10g)×100%＝65%答：铜锌合金中金属锌的含量为65%。6．[6题变式]要炼出含有杂质2%的铁1600t,需要含氧化铁质量分数为80%的赤铁矿多少吨？[答案]解：设需要赤铁矿的质量为x。Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO216011280%·x1600t×(1－2%)eq\f(160,112)＝eq\f(80%·x,1600t×〔1－2%〕)x＝2800t答：需要含氧化铁质量分数为80%的赤铁矿2800吨。7．[7题变式]以下防止铁制品锈蚀的措施都合理的是()A．防止菜刀生锈：菜刀外表涂油或者涂油漆B．防止剪刀生锈：可以涂油或者镀其他金属C．防止农具生锈：农具上的铁锈及时除去D．防止钢管生锈：工地上的钢管放在潮湿的地方或放水中[答案]C素材六教材参考答案[教材P18讨论·参考答案]1.对防止铁制品锈蚀的建议：①保持铁制品外表的清洁枯燥；②在铁制品外表涂上一层保护膜,如涂油、喷漆、镀上一层耐腐蚀的金属等；③制成耐腐蚀的合金,以改变其内部组成结构,如不锈钢等；④防止与酸(与金属能发生反响的物质)接触等。2.[教材P19讨论·参考答案]稀土金属是重要的战略资源,因其独特优异的性质而广泛应用于高精尖科技和军工领域,是不可再生的重要战略资源。可以从以下几个方面合理利用和保护我国稀土资源：①健全相关法规、制度,严格执法,如建立稀土战略资源储藏制度,出口配额制度等；②改良生产工艺、创新管理体系；③控制生产总量、控制稀土初级产品出口、开展深加工产品；④促进稀土资源回收利用；等等。[教材P21练习与应用·参考答案]1．(1)Fe2O3(2)Fe3O4(3)FeCO3(4)Al2O32．在(2)(3)两种情况下,铁钉容易生锈；(3)生锈最快。[解析]生锈的条件是铁与氧气、水接触。盐水能加快铁制品锈蚀。3．(1)沙漠地区气候枯燥,空气中水分含量低。(2)用干布擦净可保持自行车的洁净和枯燥,擦干后用带油的布擦,在自行车外表形成一层保护膜,水分不易侵入,可以防止铁生锈。如果直接用带油的布擦,不仅不易擦干,而且还容易将水分盖在油层下,使铁生锈。4．ZnCO3eq\o(=,\s\up7(高温))ZnO＋CO2↑2ZnO＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))2Zn＋CO2↑2Cu2O＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))4Cu＋CO2↑5．解：设该厂理论上可日产含铁98%的生铁的质量为x。Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO21601125000t×76%x×98%eq\f(160,112)＝eq\f(5000t×76%,x×98%)x≈2714.3t答：该厂理论上可日产含铁98%的生铁2714.3t。6．解：设需要含Fe3O490%的磁铁矿石的质量为x。Fe3O4＋4COeq\o(=,\s\up7(高温))3Fe＋4CO2232168x×90%2019t×(1－3%)eq\f(232,168)＝eq\f(x×90%,2000t×〔1－3%〕)x≈2976.7t答：需要含Fe3O490%的磁铁矿石2976.7t。7.方案一：涂油；优点是操作比拟简单,但使用了之后还需要再涂油,比拟麻烦。方案二：使用后洗净擦干,放在枯燥通风处；优点是防锈效果好,本钱低,但费时费力。素材七能力培优【培优训练题】1．〔全国复赛〕在a、b两支试管中参加体积相同的同种生铁块。在a中参加食盐水,塞上橡皮塞,如右图。U形玻璃管内为红墨水〔开始时两端液面等高〕。放置一段时间后,以下有关表达错误的选项是〔〕A．生铁块中的主要成分是铁,也含有少量的碳B．红墨水柱两边的液面变为左低右高C．两试管中铁均被锈蚀D．a试管中发生的反响是2C+2Fe+3O22FeCO32.〔佛山初赛〕钢铁是重要的金属材料。〔1〕以下铁制品的用途中,利用金属导热性的是〔填字母,下同〕。〔2〕目前世界上已有50%以上的废钢铁得到回收利用,其目的是。A.节约金属资源 B.合理开采矿物 C.防止钢铁生锈〔3〕为防止水龙头生锈,其外表镀有一层铬。铁生锈的条件是。〔4〕将生锈的铁制品放入盛有过量稀盐酸的洗槽中,观察到溶液变黄,有无色气泡逸出。写出其中一个反响的化学方程式。【情景创新题】3.〔原创题〕2012年4月21日－22日,中国腐蚀与防护学会联合北京科技大学新材料技术研究院在北京科技大学举办了第二届“世界腐蚀日〞中国区宣传活动。活动以“材料延寿——绿色防腐蚀产品与先进技术〞为主题,举办了材料延寿科技展览和企业新技术展览等活动。活动旨在通过展览等形式,向社会各界展示腐蚀的危害及腐蚀防护的重要性。金属锈蚀是一个长期困扰人们的难题,金属锈蚀造成的损失极其重大,据美国金属学会统计,全球每年因金属锈蚀造成的经济损失占生产总值的4％,因锈蚀而报废的金属占总产量的30％；我国每年因金属锈蚀造成的经济损失达3000多亿元。铁制品的防锈原理是隔绝空气或水,使铁失去生锈的条件。常见防锈方法有以下几类：第一类：外表保护法〔隔绝氧气、酸雨等物质〕。〔1〕外加防护漆或塑料。例如：汽车的外外表等；〔2〕覆盖活泼性较弱的金属。如：装饰品镀金,镀铜等；〔3〕定期外加润滑油。如：轴承中的润滑油不光有减少阻力的作用还能防止氧化。第二类：牺牲阳极的阴极保护法〔提供电子〕。外表覆盖活泼性较主体金属强的金属。如在海轮的船体上钉上锌块、镀锌铁。第三类：改变金属的组成〔合金〕。请根据上述材料答复以下问题：〔1〕2019年4月21日－22日,中国腐蚀与防护学会联合北京科技大学新材料技术研究院在北京科技大学举办了第二届“世界腐蚀日〞中国区宣传活动。活动以“材料延寿——绿色防腐蚀产品与先进技术〞为主题。以下做法不符合该主题的是〔〕A．回收铝制饮料罐B.在钢铁制造的船外表刷环保油漆C.在铁制品外表镀锌D.常用自来水冲洗自行车可防止生锈〔2〕以下做法易使金属被腐蚀的是〔〕A．用过的菜刀擦干B．铝锅盛放酸菜C．铁护栏涂上油漆D．自行车钢圈镀铬〔3〕自行车车把防锈的措施是镀金属锌,镀锌防锈的原理是〔〕A．锌与氧气结合生成致密的氧化锌保护膜,防止外界空气与内部铁接触B．金属锌的活动性比铁弱,化学性质稳定C．金属锌属于不活泼金属,不与酸、氧气等物质反响D．金属锌不能与水反响,所以起到防锈作用〔4〕以下防锈措施属于改变金属的组成的是〔〕A．自行车轴承中涂润滑油B.铁制大门外表喷漆C．制成不锈钢菜刀D.装饰品镀金〔5〕据了解,人的手汗也能腐蚀金属。汗液是一种无色透明或淡黄色带有咸味、呈弱酸性的液体,除含有钠、钾、钙、镁盐外,还含有少量尿素、乳酸、柠檬酸等有机酸。人的当汗液与金属接触时,会在金属外表形成一层汗液膜,汗液膜会对金属引起电化学作用,腐蚀金属。

为防止手汗引起锈蚀,请你给工厂生产人员提出合理的建议：〔写出一点即可〕。〔6〕金属锈蚀是一个长期困扰人们的难题,金属锈蚀造成的损失极其重大,我国每年因金属锈蚀造成的经济损失达3000多亿元。请你就保护金属资源提出一点合