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2019-2020年九年級化學全冊 5.2 鐵的冶煉 合金教案 滬教版 教學目標： 1、了解從鐵礦石中將鐵還原出來的方法； 2、知道生鐵和鋼等重要的合金，認識加入其他元素可以改善金屬特性的重要作用； 3、認識金屬材料在生產(chǎn)生活和社會發(fā)展中的重要作用。 過程與方法： 1、通過對工業(yè)上鐵的冶煉原理的探討與研究，培養(yǎng)學生運用知識于實際生活的能力； 2、提高學生分析和解決實際問題的能力及創(chuàng)新思維能力。 情感態(tài)度與價值觀： 1、通過對鋼鐵、青銅等合金知識的介紹，培養(yǎng)學生的愛國主義情感； 2、通過對冶鐵原理的分析，培養(yǎng)學生安全操作意識和良好的環(huán)保意識。 重點難點： 鐵的冶煉原理；合金及合金的物理特性；工業(yè)煉鐵的化學原理。 【教學設計思路】： 一、鐵的冶煉 呈現(xiàn)學習情景 提出問題 討論與探究 知識運用 工業(yè)煉鐵的設備及過程 CO還原Fe2O3的化學原理 如何從鐵礦石中提取鐵？ 從你所了解的鋼鐵知識入手 【教學過程】： 1、地殼中鐵的含量在金屬中居于第幾位？自然界中鐵元素以何種形式存在？ 2、你知道的鐵礦石有哪些？我國的鐵礦主要分布在哪些地區(qū)？ 3、就你所知的歷史知識，你知道我國勞動人民早在什么時期就發(fā)明了煉鐵和使用鐵器了？ 4、人類冶煉最多、在生產(chǎn)生活中應用最廣泛的金屬是什么？ 引導學生從地殼中鐵的含量，自然界中鐵元素的存在形式，我國鐵礦的類型及基地分布情況等方面進行討論。 既然鐵在日常生活和國民生產(chǎn)中的地位如此重要，那么，我們有必要了解和掌握以鐵礦石為原料冶煉出鐵的反應原理及過程。 【教師引導】 今天我們以主要成分為Fe2O3的赤鐵礦為例，來學習研究如何實現(xiàn)鐵的冶煉。對比Fe2O3與Fe 組成上的區(qū)別，請大膽假設，如何實現(xiàn)從Fe2O3到Fe的轉變。 Fe2O3與Fe的組成上均含有Fe元素，不同之處在于Fe少了O元素，要使Fe2O3轉變?yōu)镕e，可從下列方面入手： （1）可在一定條件下，使Fe2O3直接失氧，轉變?yōu)殍F； （2）可加入某類物質(zhì)，讓其與Fe2O3中的O元素結合，主動奪取Fe2O3中的“O”元素，使Fe2O3轉變?yōu)榻饘貴e。 評析： （1）對于活動性比較活潑的金屬（如Na、K 、Mg 、Al等）很難從其礦物中提取出來，為了得到它們，可采用電解的方式直接將它們分解，引讀P120“拓寬視野” 。金屬Fe的活動性不是很強，一般不采用這種方式。 （2）冶煉金屬鐵，可選擇加入其他易得氧的物質(zhì)與Fe2O3反應，以奪氧的方式還原Fe2O3。 引導：我們以前所學過和接觸的物質(zhì)中，哪些可以和“O”結合，形成新的物質(zhì)？ Mg、H2、C、CO、P、Cu等物質(zhì)可實現(xiàn)以上變化。 MgMgO H2H2O CCO2 PP2O5 CuCuO COCO2 引導：從理論上講,這些物質(zhì)都可以實現(xiàn)所需轉變,但從經(jīng)濟效益、環(huán)境保護、人體健康及安全角度出發(fā)，我們一般選擇C或CO?，F(xiàn)以CO為例，探討鐵的冶煉過程。 閱讀P119 “觀察與思考”中CO與Fe2O3的反應——工業(yè)煉鐵的反應原理。并思考下列問題： （1） 實驗中為什么要先通一段時間CO，再加熱Fe2O3？ （2） 澄清石灰水的作用是什么？實驗中會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ （3） 點燃從尖嘴管口排出氣體的目的是什么？ （4） 實驗結束前應如何操作，才能保證得到較純凈的鐵粉？ （5） 如何驗證實驗中產(chǎn)生了鐵？ 引導： 書寫CO和Fe2O3反應的化學方程式。Fe2O3 + 3COFe + 3CO2 引導學生閱讀 P120文字及展示煉鐵高爐的模型。（展示實物模型及光盤上關于高爐煉鐵的演示過程） 歸納：工業(yè)上煉鐵 設備：高爐 原料：鐵礦石、焦炭、石灰石 主要反應：2C +O2 2CO 3CO + Fe2O32Fe + 3CO2 CaCO3CaO +CO2↑ CaO +SiO2==CaSiO3 （爐渣——可用于制水泥） 尾氣主要成分：CO和CO2 （需經(jīng)處理后再排放） 二、生鐵和鋼 引導：生鐵和鋼均為鐵的合金。它們在生產(chǎn)生活中有著廣泛的用途。鋼鐵的生產(chǎn)和使用是人類文明和社會進步的一個重要標志。 閱讀P120-121 歸納：生鐵：含碳量在2﹪—4.3﹪之間的鐵的合金 鋼：含碳量在0.03﹪—2﹪之間的鐵的合金 從生鐵煉成鋼的實質(zhì)為：降碳、除硫磷、調(diào)硅錳 三、合金 引導：作為“金屬材料”之一的合金在生產(chǎn)生活中起著越來越重要的作用，合金的出現(xiàn)大大拓寬了金屬材料的范圍和使用價值。 閱讀：P122 有關文字。歸納：合金是一種金屬跟其他金屬（或非金屬）熔合形成的具有金屬特性的物質(zhì)。人類歷史上使用最早的合金是青銅；世界上最常見、應用最廣的合金是鋼。 引導學生閱讀 P122 活動與探究：某種保險絲是用武德合金制成的，熔點約為69℃。其組成金屬及其熔點分別為鉍（271℃ ）、鉛（327℃ ）、錫（232℃ ）、鎘（321℃ ）。比較武德合金和其組成金屬的熔點差異，歸納出合金的優(yōu)良特性。 歸納：合金具有許多良好的物理、化學或機械性能；合金的硬度一般比各成分金屬大；多數(shù)合金的熔點低于組成它的成分金屬。 內(nèi)容： 1、在煉鐵高爐里用一氧化碳與鐵礦石中的氧化鐵（或其他鐵的氧化物）在高溫下反應能生成生鐵。 2、生鐵和鋼是重要的鐵合金。 3、合金是由一種金屬跟其他金屬(或非金屬)熔合形成的有金屬特性的物質(zhì)。如青銅是由銅、錫等元素形成的合金。世界上最常見、應用很廣的鋼是由鐵、碳等元素形成的合金。通常所說的“金屬材料”，既包括各種純金屬，也包括各種合金。 4、含雜質(zhì)的化學方程式的計算。 本節(jié)在本章中的地位與作用：通過鐵的冶煉，使學生了解工業(yè)煉鐵的原理、設備、原料，從而將書本上的化學知識與工業(yè)生產(chǎn)相結合。知道生鐵和鋼等重要的合金，認識加入其它元素可以改善金屬特性的重要性；認識金屬材料在生產(chǎn)、生活和社會發(fā)展中的重要作用。通過含雜質(zhì)的化學方程式的計算，讓學生明白實際應用與理論計算之間的差異。通過學習，使學生了解我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展；認識金屬冶煉的重要性。 參考資料： 1、古代的煉鐵 天然的純鐵在自然界幾乎不存在，人類最早發(fā)現(xiàn)和使用的鐵，是天空中落下的隕鐵。隕鐵是鐵和鎳、鈷等金屬的混合物，含鐵量較高。但是，隕鐵畢竟十分稀少，它對制造生產(chǎn)工具起不了什么大的作用，但通過對隕鐵的利用，畢竟使人們初步認識到鐵。 原始的煉鐵方法，大致是在山坡上就地挖個坑，內(nèi)壁用石塊堆砌，形成一個簡陋的“爐膛”，然后將鐵礦石和木炭一層夾一層地放進“爐膛”，依賴自然通風，空氣從“爐膛”下面的孔道進入，使木炭燃燒，部分礦石就被還原成鐵。由于通風不足，“爐膛”又小，故爐溫難以提高，生成的鐵混有許多渣滓，叫毛鐵。 鐵的冶煉和應用以埃及和我國為最早。用高爐來煉鐵，我國要比歐洲大約早1000多年。 2、古代的煉銅 人類最早用石器制造工具，曾稱為“石器時代”。接著，人們發(fā)明了煉銅并用銅制造工具，曾稱為“銅器時代”。緊接著人們又發(fā)明了煉制銅與錫的合金——青銅，青銅被大量用于制造工具，曾稱為“青銅時代”。青銅的使用為人類使用金屬揭開了歷史的新篇章。 大約在5000年以前，中國已學會用孔雀石（堿式碳酸銅）冶煉出銅。冶煉時，在熔鍋或熔爐內(nèi)放置孔雀石和木炭，讓木炭在里面燃燒，用吹管往里送風，產(chǎn)生高溫，熔化礦石，同時產(chǎn)生一氧化碳使銅析出。根據(jù)可靠的文獻資料和出土銅器，可以肯定在殷商時期我國對青銅器的冶煉和青銅器的鑄造已達到相當高的水平。 在銅的冶金史和化學史上，我國還有一項重大的發(fā)明，就是濕法煉銅。早在公元前一兩百年，就已經(jīng)知道用鐵從銅鹽中置換出銅。在距今1200多年前，就用鐵鍋熬膽水（硫酸銅溶液）煉銅，此法煉銅到宋朝時發(fā)展到頂峰。直到今天，濕法煉銅仍然被世界各國采用，因為濕法煉銅適宜開采低品位貧銅礦。 3、鐵與人體健康 鐵是人們非常熟悉的一種物質(zhì)，且再日常生活中應用廣泛。如建筑材料、工業(yè)機床、鋼木家具、鍋、鏟、瓢、勺等等均離不開鐵做原料。然而鐵的用途并不僅僅是這些，更重要的是鐵元素人體健康必不可少的元素，它是人體血紅蛋白的一個重要組成部分，血紅蛋白之所以能把氧帶到全身的每一個細胞中去，其主角就是鐵，人體中的血是紅色的，就是由于鐵的存在。血紅蛋白的每一個次小單位都含有一個鐵原子，沒有鐵原子，血紅蛋白就制造不出來，氧就無法被輸送，這樣血液就變白，進而使膚色蒼白，因為血紅蛋白與氧結合，才使血帶上鮮紅色。人們每天吃進的食物中含有一部分鐵，在日常飲食中含鐵的食物主要有：雞、鴨、鵝、豬、牛、羊肉及肝臟、心臟、豬肚、蛋黃、海帶、黑木耳、蘑菇、菠菜、芹菜、蘿卜、番茄等。 當人膳食含有足夠的鐵時，所吸收的鐵就會被儲存在機體組織中，吃進的鐵不足時，儲存的鐵就會因逐漸消耗而減少，嚴重缺鐵會引起缺鐵性貧血。人體吸收鐵一般是無機鐵鹽比有機鐵鹽容易，二價鐵（Fe2+）比三價鐵（Fe3+）吸收率約大3倍。所以在給缺鐵性貧血病人補充鐵時，顯然應給予無機的二價鐵如硫酸亞鐵以及維生素C等酸性物質(zhì)。近幾年來世界衛(wèi)生組織，多次提倡推廣使用中國的鐵鍋、鐵鏟烹調(diào)食物，通過鐵鏟與鐵鍋而獲得大量的無機二價鐵，在胃酸中成離子態(tài)時被人體直接吸收，以補充人體對鐵的需要。 4、煉鐵的礦石及識別 鐵在自然界中的分布很廣，主要以化合態(tài)存在，含鐵的礦石很多，具有冶煉價值的鐵礦石有磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。 識別鐵礦石的方法通常是利用其顏色，光澤、密度、磁性、刻痕等性質(zhì)。 ①磁鐵礦（Fe3O4）黑色，用粗瓷片在礦石上刻劃時，留下的條痕是黑色的。具有磁性，密度為4.9~5.2克/厘米3。 ②赤鐵礦（Fe2O3）顏色暗紅，含鐵量越高，顏色就越深，甚至接近黑色，但是瓷片留下的刻痕仍然是紅色，不具磁性。成致密塊狀或結晶塊狀（鏡鐵礦）產(chǎn)出，也有成土狀產(chǎn)出。密度為5~5.3克/厘米3。 ③褐鐵礦（Fe2O33H2O）礦石有黃褐、褐和黑褐等多種顏色，瓷片的劃痕呈黃褐色。無磁性，密度為3.3~4克/厘米3。 ④菱鐵礦（FeCO3）有黃白、淺褐或深褐等顏色。性脆，無磁性，在鹽酸里有氣泡（CO2）冒出。密度為3.8~3.9克/厘米3。 5、在高爐中煉鐵為什么使用焦炭 焦炭是把一定品種的煤在煉焦爐中隔絕空氣加強熱——干餾，而得到的一種堅硬多孔性固體。高爐煉鐵時使用焦炭，一是用作熱源，焦炭在燃燒時放大量熱；二是生成的二氧化碳在高溫下與焦炭反應得到還原劑一氧化碳，一氧化碳使鐵礦石還原成鐵。 焦炭硬度大、多孔、在高爐不易壓碎，容易使氣體通過，且發(fā)熱量比煤大，所以高爐用焦炭而不用煤。 6、不銹鋼為什么能抗腐蝕 不銹鋼是能抵抗酸、堿、鹽等腐蝕作用的合金鋼的總稱。不銹鋼分兩大類：一類是鉻不銹鋼，含鉻在12%以上；另一類是鉻鎳不銹鋼，通常含鉻18%，含鎳8%左右。含鉻不銹鋼能抗一般腐蝕，鎳鉻不銹鋼有更強的抗蝕性能。廣泛用于化工、制藥、食品加工、手術器械。 一般來說，純金屬比不純金屬或合金難于被腐蝕，這是因為它們不容易形成電化腐蝕。而不銹鋼為什么反而能抗腐蝕呢？ 這是因為在不銹鋼中鎳、鉻含量相當高，足以在合金表面形成一層致密的氧化膜，如氧化鉻，起到保護內(nèi)部金屬的作用。 還有一種理論認為是鉻、鎳等元素使鐵發(fā)生鈍化，使鐵原子難以失去電子，因而活潑性大大降低，因而有抗腐蝕性。