沪教版九年级化学第1节 金属矿物及铁的冶炼 第2课时（教学设计教案）

金属矿物及铁的冶炼第2课时铁的冶炼拓展及相关计算一、知识目标1.知道工业炼铁的原理、设备及原料，了解高炉炼铁和实验室炼铁的区别，掌握炼铁和炼钢的比较。2.知道金属的其他冶炼方法，如湿法冶金、电解法、热还原法。3.掌握含杂质的物质的化学方程式计算，能运用化学方程式和化学式进行相关计算。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识铁的冶炼过程、产物及金属的其他冶炼方法；从微观角度理解化学反应中物质的变化和质量关系。2.证据推理与模型认知：通过对炼铁、炼钢及金属冶炼方法的学习，建立化学变化的模型；依据化学方程式和化学式进行含杂质物质的计算，培养证据推理能力。3.科学态度与社会责任：认识到金属资源的综合利用和环境保护的重要性，培养合理利用资源、保护环境的意识。一、教学重点1.工业炼铁的原理、设备及原料；含杂质的物质的化学方程式计算。二、教学难点1.含杂质的物质的化学方程式计算；理解炼铁和炼钢的原理及区别。本节教学内容出自沪教版2024年版九年级化学上册第六章第一节《金属矿物及铁的冶炼》的第二课时《铁的冶炼拓展及相关计算》。金属资源的综合利用是化学学科中与实际生产生活紧密相连的重要内容，铁作为一种常见且重要的金属，其冶炼知识在教材中具有关键地位。本课时内容是在第一课时学习炼铁原理的基础上进行拓展和深化，起到了承上启下的作用。教材首先介绍了铁的冶炼拓展知识，包括高炉炼铁和实验室炼铁的区别、炼铁和炼钢的比较以及其他金属的冶炼方法，让学生对金属冶炼有更全面的认识。接着重点讲解含杂质的物质的化学方程式计算，这是化学计算中的一个重要类型，也是学生在实际生产应用中必须掌握的技能。通过这部分内容的学习，学生能够将化学知识与实际生产相结合，提高解决实际问题的能力。教学对象是九年级的学生，他们已经对化学学科有了一定的基础，在之前的学习中掌握了一些基本的化学概念和化学反应。在第一课时的学习中，学生已经了解了炼铁的原理，这为本课时的学习奠定了基础。然而，九年级的学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，对于一些抽象的概念和复杂的计算可能存在理解困难。在学习铁的冶炼拓展知识时，如高炉炼铁和实验室炼铁的区别、炼铁和炼钢的比较等内容，需要学生具备一定的分析和归纳能力。而在含杂质的物质的化学方程式计算中，涉及到纯度的概念和计算方法，对于学生来说可能是一个难点。此外，学生在学习过程中可能会出现理论与实际脱节的情况，不能很好地将化学知识应用到实际生产中。因此，在教学过程中，教师应结合实际案例，引导学生思考和分析问题，帮助学生理解和掌握知识，培养学生的化学思维和应用能力。同时，要关注学生的个体差异，对于学习困难的学生给予更多的指导和帮助。教学环节一新课导入【播放视频】同学们，上课之前老师先给大家播放一段视频。（播放一段大型钢铁厂炼铁的壮观场景视频，展示高炉炼铁时熊熊烈火、铁水奔流的画面）【提问引导】视频看完啦，大家是不是都被这震撼的场景吸引住了。那老师要考考大家，上节课我们学习过的炼铁的原理是什么呢？哪位同学能积极地站起来回答一下？（鼓励学生举手发言，引导学生说出炼铁原理的化学方程式：Fe2O3+3CO==高温2Fe+3CO2【拓展提问】大家回答得非常棒。那在这个工业炼铁的过程中，得到的产物是纯铁吗？还有，实验室炼铁和工业上的高炉炼铁又有什么区别呢？另外，除了铁，其他金属又是怎么冶炼的呢？在实际生产中，原料和产物往往都含有杂质，那我们该如何进行相关的计算呢？带着这些疑问，让我们一起进入今天“铁的冶炼拓展及相关计算”的学习。【设计意图】1.激发学生兴趣：通过播放钢铁厂炼铁的视频，以直观、震撼的画面吸引学生的注意力，激发学生对炼铁过程以及本节课内容的好奇心和学习兴趣，使学生快速进入学习状态。2.回顾旧知：提问上节课学习的炼铁原理，帮助学生巩固已学知识，为新知识的学习搭建桥梁，同时也能让教师了解学生对之前内容的掌握情况。3.引发思考，导入新课：提出一系列与本节课相关的问题，如产物是否为纯铁、高炉炼铁与实验室炼铁的区别、其他金属的冶炼方法以及含杂质物质的计算等，引发学生的思考，自然地过渡到本节课的学习内容，让学生明确学习目标和方向，提高学习的主动性和积极性。教学环节二铁的冶炼拓展活动一高炉炼铁与实验室炼铁的区别【引入】上节课我们学习了炼铁的原理，其化学方程式为Fe2O3+3CO==高温2Fe+3CO2。那大家思考一下，高炉炼铁和实验室炼铁有什么区别呢？它们得到的产物是纯铁吗？【问题】请同学们结合教材和之前所学知识，思考高炉炼铁和实验室炼铁在产物、设备、对环境影响、操作难易程度等方面可能存在哪些不同？【学生思考】1.学生分组讨论并派代表回答：工业炼铁得到的是生铁，含有2%−4.3%的碳及少量磷和硫，硬而脆，不利于加工；实验室得到的是纯铁。2.工业炼铁使用高炉，设备庞大；实验室炼铁设备相对简单。3.工业炼铁对环境影响较大，会产生大量废气废渣；实验室炼铁规模小，对环境影响相对较小。4.工业炼铁操作复杂，需要考虑很多因素；实验室炼铁操作相对容易控制。【讲解】评价、强调：大家总结得很全面。工业炼铁得到的生铁含碳量较高，需要进一步炼钢才能得到性能更好的钢。实验室炼铁更侧重于原理的验证和学习。我们要注意区分两者的不同，在实际应用中根据需求选择合适的方法。【对应训练1】高炉炼铁和实验室炼铁的产物不同，下列关于产物的说法正确的是（）A.高炉炼铁得到的是纯铁B.实验室炼铁得到的是生铁C.高炉炼铁得到的生铁含碳量比钢低D.实验室炼铁得到的是纯铁【答案】D【解析】高炉炼铁得到的是生铁，含碳量为2%−4.3%；实验室炼铁得到的是纯铁。钢的含碳量为0.03%−2%，生铁含碳量比钢高。所以A、B、C选项错误，D选项正确。【对应训练2】下列关于高炉炼铁和实验室炼铁的说法，错误的是（）A.两者的原理相同B.高炉炼铁设备复杂，实验室炼铁设备简单C.高炉炼铁对环境影响小，实验室炼铁对环境影响大D.高炉炼铁操作难度大，实验室炼铁操作相对容易【答案】C【解析】高炉炼铁和实验室炼铁的原理都是利用一氧化碳还原氧化铁，A选项正确；高炉炼铁使用大型高炉等设备，复杂且规模大；实验室炼铁设备简单，B选项正确；高炉炼铁会产生大量废气废渣，对环境影响大；实验室炼铁规模小，对环境影响相对较小，C选项错误；高炉炼铁涉及众多环节和复杂工艺，操作难度大；实验室炼铁操作相对容易控制，D选项正确。所以答案选C。活动二炼铁和炼钢的比较【引入】我们知道工业炼铁得到的生铁性能有一定局限性，需要进一步炼钢。那炼铁和炼钢有哪些不同呢？下面我们来详细比较一下。【问题】请同学们阅读教材相关内容，找出炼铁和炼钢在原料、原理、主要设备、产品等方面的区别。【学生思考】1.学生自主阅读后回答：炼铁的原料是铁矿石、焦炭、石灰石、空气；炼钢的原料是生铁、废钢、氧气。2.炼铁原理是在高温条件下，用一氧化碳将铁从铁矿石中还原出来；炼钢是将生铁放在炼钢炉中进一步冶炼，除去部分碳、硅、硫和磷，降低含碳量到0.03%−2%得到钢。3.炼铁主要设备是高炉；炼钢主要设备有平炉、转炉、电炉。4.炼铁产品是生铁，炼钢产品是钢。【讲解】评价、强调：大家回答得很准确。炼铁是将铁从矿石中还原出来，而炼钢是对生铁进行进一步提纯和改善性能。我们要清楚两者的区别，这对于理解金属的生产过程很重要。【对应训练1】下列关于炼铁和炼钢的说法，正确的是（）A.炼铁和炼钢的原料相同B.炼铁和炼钢的原理相同C.炼铁的主要设备是平炉D.炼钢是降低生铁的含碳量【答案】D【解析】炼铁原料是铁矿石、焦炭、石灰石、空气，炼钢原料是生铁、废钢、氧气，原料不同，A选项错误；炼铁是用一氧化碳还原铁的氧化物，炼钢是除去生铁中的部分杂质降低含碳量，原理不同，B选项错误；炼铁主要设备是高炉，平炉是炼钢设备，C选项错误；炼钢是将生铁中部分碳等杂质除去，降低含碳量到0.03%−2%得到钢，D选项正确。所以答案选D。【对应训练2】炼铁和炼钢过程中都涉及的反应是（）A.碳与氧气反应B.一氧化碳还原氧化铁C.铁与氧气反应D.硅与氧气反应【答案】A【解析】炼铁过程中焦炭燃烧会发生碳与氧气反应生成二氧化碳，二氧化碳再与碳反应生成一氧化碳用于还原铁的氧化物；炼钢过程中也需要氧气与生铁中的碳等杂质反应。一氧化碳还原氧化铁是炼铁特有的反应，B选项错误；铁与氧气反应不是炼铁和炼钢都涉及的主要反应，C选项错误；硅与氧气反应在炼钢中是除去硅杂质的反应，不是炼铁和炼钢都普遍涉及的，D选项错误。所以答案选A。活动三其他金属的冶炼方法【引入】除了铁的冶炼，其他金属也有各自的冶炼方法。我国古代就有“曾青得铁化为铜”的记载，这其实就是一种金属冶炼方法。下面我们来了解一下其他金属的冶炼方法。【问题】请同学们阅读教材，找出常见的其他金属冶炼方法有哪些，并举例说明。【学生思考】1.学生阅读后回答：常见的有湿法冶金，如“曾青得铁化为铜”，化学方程式为Fe+CuSO4=Cu+FeSO4。2.电解法，如冶炼钠、镁和铝等，以铝为例，化学方程式为2Al2O3==通电4Al+3O2↑。3.热还原法，许多金属如锰、锌、铁、镍等冶炼，例如CuO+CO==△Cu+CO2。【讲解】评价、强调：大家总结得很好。不同的金属根据其性质和矿石特点选择合适的冶炼方法。湿法冶金利用金属活动性顺序的差异进行置换反应；电解法适用于活泼金属的冶炼；热还原法是用还原剂将金属从其氧化物中还原出来。我们要理解这些方法的原理和适用范围。【对应训练1】下列金属冶炼方法与其他三种不同的是（）A.用铁置换硫酸铜溶液中的铜B.电解熔融氧化铝制铝C.一氧化碳还原氧化铜制铜D.氢气还原氧化铁制铁【答案】B【解析】A选项是湿法冶金，利用铁的活动性比铜强进行置换反应；C选项和D选项都是热还原法，分别用一氧化碳和氢气作为还原剂还原金属氧化物；B选项是电解法，用于冶炼活泼金属铝。所以答案选B。【对应训练2】“曾青得铁化为铜”涉及的化学反应类型是（）A.化合反应B.分解反应C.置换反应D.复分解反应【答案】C【解析】“曾青得铁化为铜”的化学方程式为Fe+CuSO4=Cu+FeSO4，是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应，属于置换反应。所以答案选C。教学环节三含杂质的物质的化学方程式计算活动一含杂质物质计算的基本原理【引入】在实际生产中，所用的原料或产物一般都含有杂质。那在进行化学方程式计算时，我们该如何处理这些杂质呢？下面我们来学习含杂质物质的化学方程式计算的基本原理。【问题】请同学们思考，如何将含杂质的物质质量转化为纯净物的质量？纯度的计算公式是什么？【学生思考】1.学生回答：纯物质的质量＝含杂质物质的质量×纯度。2.纯度＝纯物质的质量含杂质物质的总质量×100%。【讲解】评价、强调：非常正确。在进行含杂质物质的计算时，我们首先要将含杂质的物质质量转化为纯净物的质量，才能代入化学方程式进行计算。计算出纯净物的质量后，再根据纯度的公式进行相应的换算。【对应训练1】某铁矿石中含氧化铁的质量分数为80%，则100t该铁矿石中含氧化铁的质量为（）A.80tB.20tC.100tD.120t【答案】A【解析】根据纯物质的质量＝含杂质物质的质量×纯度，可得100t该铁矿石中含氧化铁的质量为100t×80%=80t。所以答案选A。【对应训练2】现有含杂质的氧化铜样品10g，经测定其中氧化铜的质量为8g，则该样品中氧化铜的纯度为（）A.20%B.80%C.100%D.120%【答案】B【解析】根据纯度＝纯物质的质量含杂质物质的总质量×100%，可得该样品中氧化铜的纯度为8g10g×100%=80%。所以答案选B。活动二含杂质物质计算的方法及例题讲解【引入】掌握了含杂质物质计算的基本原理后，我们通过具体的例题来学习如何运用这些原理进行计算。【问题】展示例题：用1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96【学生思考】学生分组讨论并尝试解题。代表上台讲解化学方程式解法：设理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量为x先计算赤铁矿石中氧化铁的质量为1000t×根据化学方程式Fe2O3+另一位代表上台讲解化学式解法：先计算赤铁矿石中氧化铁的质量为1000t×再计算氧化铁中铁元素的质量为800t×最后计算可得到生铁的质量为560t÷96%=【对应训练1】某钢铁公司用490万吨含氧化铁60%【答案】设所得到的生铁中最多含铁的质量为x。赤铁矿石中氧化铁的质量为490万吨×60%=根据化学方程式Fe2O3+【解析】先计算出赤铁矿石中氧化铁的纯净物质量，再根据化学方程式中氧化铁和铁的质量比列出比例式，求解出生铁中最多含铁的质量。【对应训练2】用含杂质20%的石灰石（主要成分是碳酸钙）125t，高温煅烧（杂质不反应），可得到含氧化钙90【答案】石灰石中碳酸钙的质量为125t×(碳酸钙中钙元素的质量为100t×氧化钙中钙元素的质量分数为4040设可得到含氧化钙90%的生石灰的质量为y，则y×90【解析】先计算出石灰石中碳酸钙的纯净物质量，再计算出碳酸钙中钙元素的质量。因为钙元素在反应前后质量不变，根据氧化钙中钙元素的质量分数和生石灰的纯度列出方程，求解出生石灰的质量。第1节金属矿物及铁的冶炼第2课时铁的冶炼拓展及相关计算一、铁的冶炼拓展高炉炼铁与实验室炼铁区别产物：高炉（生铁）、实验室（纯铁）设备环境影响操作难易炼铁炼钢比较炼铁炼钢原料铁矿石、焦炭、石灰石、空气生铁、废钢、氧气原理高温下CO还原铁降低生铁含碳量设备高炉平炉、转炉、电炉产品生铁钢其他金属冶炼方法湿法冶金：Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄电解法：2Al₂O₃==通电热还原法：CuO+CO==△二、含杂质的物质的化学方程式计算公式纯物质质量=含杂质物质质量×纯度纯度=纯物质质量/含杂质物质总质量×100%计算步骤含杂质物质质量→纯净物质量依据化学方程式计算未知纯物质质量纯物质质量→杂质物质质量1．用足量的CO还原Fe2O3和CuO的混合物，充分反应后得到固体混合物4.4g，产生的CO2气体用足量的澄清石灰水完全吸收，生成了10.0g白色沉淀。下列选项正确的是A．生成4.4gCO2 B．5.6gCO参加反应C．固体混合物中氧元素的质量为2.4g D．Fe2O3和CuO的总质量为8.0g【答案】A【分析】高温条件下一氧化碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，和氧化铜反应生成铜和二氧化碳，反应生成的二氧化碳中的氧元素一半来自于金属氧化物；设生成二氧化碳质量为x，x=4.4g，混合物中氧元素质量：4.4g×(×100%)×=1.6g。【解析】A、由分析可知，生成二氧化碳的质量为4.4g，故说法正确；B、由、可得：，所以参加反应一氧化碳的质量为2.8g，故说法错误；C、由分析可知，混合物中氧元素质量是1.6g，故说法错误；D、由分析可知，Fe2O3和CuO的总质量为4.4g+1.6g=6g，故说法错误。故选A。2．在CO和CO2的混合气体中，含氧元素64%，将混合气体5g，先通入灼热的氧化铁，再通入足量的石灰水中，可得白色沉淀物A．2.8g B．15g C．3g D．5g【答案】B【解析】在CO和CO2的混合气体中，氧元素的质量分数为64%，此混合气体5g中含碳元素的质量为5g×（1-64%）=1.8g，该混合气体通过灼热氧化铁后，全部转化为二氧化碳，二氧化碳与石灰水反应形成碳酸钙沉淀，根据化学变化前后碳元素质量不变，则最多可得到白色沉淀为：1.8g÷（×100%）=15g。故选B。3．某兴趣小组将3.20g氧化铁与1.00g碳粉混合均匀，放入无氧密闭装置持续加强热，装置内固体质量变化情况如图，下列说法不正确的是A．参加反应碳粉质量为0.72gB．反应剩余的固体一定是混合物C．实验结束后装置内物质总质量一定为4.20gD．0～t1时间段内，装置内二氧化碳质量不断增加【答案】D【分析】无氧密闭装置持续加强热，发生反应的化学方程式为；根据反应关系可知，反应后碳过量，过量的碳继续与二氧化碳反应，关系式为，由以上分析可知，参加反应碳粉的质量为0.36g+0.36g=0.72g小于1.00g，所以最终碳粉有剩余，故随着反应的进行，固体的质量逐渐减小，最后保持不变。【解析】A、由分析可知，参加反应碳粉质量为0.72g，故说法正确；B、从图像可知，反应后固体质量为2.52g，而由分析可知最终碳粉有剩余（1.00g-0.72g=0.28g），生成铁的质量为2.24