課時2金屬礦物鐵的冶煉主題情境·高鐵建設(shè)中金屬材料的獲取

主題情境高鐵建設(shè)中金屬材料的獲取金屬材料的原料來源鋼軌材料的獲取高鐵車體和電傳輸系統(tǒng)材料的獲取情境線問題線如何獲取金屬材料的原料？自然界中金屬資源是以什么形式存在的？如何挑選用于冶煉金屬的礦石？如何獲取鋼軌材料？工業(yè)煉鐵的步驟是什么樣的？怎么根據(jù)實際需求計算礦石的投入量？知識線金屬在自然界的存在形式如何獲取高鐵車體和電傳輸系統(tǒng)材料？鐵的冶煉方法；能根據(jù)化學(xué)方程式對含有雜質(zhì)的反應(yīng)物或生成物進行有關(guān)計算了解銅和鋁的冶煉方法1.知道大多數(shù)金屬在自然界中是以金屬礦物形式存在的2.了解鐵的冶煉方法，體會通過化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的意義和價值3.能根據(jù)化學(xué)方程式對含有某些雜質(zhì)的反應(yīng)物或生成物進行有關(guān)計算，關(guān)注產(chǎn)品需求和成本核算學(xué)習(xí)目標(biāo)重點難點鋼軌主要材料是鋼通過各位高鐵設(shè)計師的研究討論，我們已經(jīng)確定了高鐵建設(shè)中需要用到的金屬材料。電傳輸線路主要是銅合金車體主要是鋁合金新課引入這些數(shù)據(jù)你知道嗎？鐵鐵路主要重軌50kg/m鋁一個高鐵車廂使用鋁合金10t銅高速列車每公里軌道10t

有何感想？s高鐵建設(shè)中需要大量的金屬自然界存在豐富的金屬元素。如鋁、鐵、鈣等，這三種金屬元素在地殼中總含量達到15%以上。金屬在自然界中是怎樣存在的？金屬材料的原料來源

任

務(wù)

1極少數(shù)不活潑的金屬（如銀、鉑、金等）單質(zhì)銀Ag鉑Pt金Au金屬資源存在的形式大多數(shù)都以化合物的形式存在金屬化合物在自然界中以礦物的形式存在化合物赤鐵礦(主要成分是Fe2O3)磁鐵礦(主要成分是Fe3O4)金紅石(主要成分是TiO2)鋁土礦(主要成分是Al2O3)軟錳礦(主要成分是MnO2)赤銅礦(主要成分是Cu2O)金屬資源存在的形式高鐵的建設(shè)離不開鋼鐵行業(yè)的支持，假如你是鋼鐵廠的廠長，現(xiàn)要完成一批鋼材的生產(chǎn)任務(wù)，你要考慮哪些因素？鋼軌材料的獲取

任

務(wù)

2自然界中大多數(shù)鐵都以化合物的形式存在，那么我們選擇哪種化合物（礦石）來獲取鐵呢？應(yīng)選擇含鐵量高、產(chǎn)物環(huán)保的礦石。菱鐵礦赤鐵礦磁鐵礦FeCO3黃鐵礦主要成分Fe2O3FeS2Fe3O448.3%70%72.4%46.7%含鐵量常用赤鐵礦和磁鐵礦。煉鐵會產(chǎn)生二氧化硫污染物Fe2O3化合物單質(zhì)Fe還原劑失去氧元素常見的還原劑：H2、C、CO小貼士：如何要使Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镕e呢？觀看視頻，思考以下問題：①工業(yè)煉鐵用了哪些原料?②焦炭起到什么作用?揭秘工業(yè)煉鐵原料：鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石

C+O2

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CO2C+CO2

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2COFe2O3+3CO

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2Fe+3CO2高溫高溫高溫主要反應(yīng)：提供還原劑(CO)，提供能量(高溫)將鐵礦石中的雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為爐渣工業(yè)煉鐵

資料卡片高爐煉鐵中的核心反應(yīng)是一氧化碳還原氧化鐵，最終獲得的鐵中還含有碳(含碳量為2%~4.3%)，所以稱為生鐵。但高鐵建設(shè)需要的材料是“鋼材”。生鐵和鋼是含碳量不同的兩種鐵合金，生鐵是怎樣煉成鋼的?鋼的含碳量為0.03%~2%

資料卡片資料1：轉(zhuǎn)爐煉鋼是將氧氣直接吹入紅熱的鐵水中，氣體產(chǎn)物主要是一氧化碳(轉(zhuǎn)爐煤氣)。生鐵中含碳量降低，降到一定標(biāo)準(zhǔn)就成了鋼，多次冶煉精度會更高，得到不同標(biāo)準(zhǔn)的鋼。資料2：古代人把高溫下燒紅的生鐵反復(fù)捶打“百煉成鋼”。兩種煉鋼方法都是“降碳”。兩種方法中碳元素發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)是否相同?生鐵中的碳與空氣中的氧氣反應(yīng)，生成二氧化碳生鐵中的碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳不相同總結(jié)：獲取高鐵軌道材料減碳工業(yè)處理，加入其他元素礦石生鐵工業(yè)煉鐵鋼高錳鋼和釩鋼某煉鐵廠現(xiàn)要煉出含鐵96％的生鐵583t，計算需要氧化鐵80％的赤鐵礦石多少t？如果你是煉鐵廠廠長，如何根據(jù)生產(chǎn)實際需求估算投入的礦石量？解：含鐵96％的生鐵583t，則含鐵的質(zhì)量為583t×96%≈560t設(shè)：需要氧化鐵80％的赤鐵礦石的質(zhì)量為x。答：需要氧化鐵80％的赤鐵礦石約1000t。160112x×80%

560t

x=1000tFe2O3+3CO=====2Fe+3CO2高溫

x×80%

160560t

112=帶入化學(xué)方程式的數(shù)值一定是純凈物的質(zhì)量某煉鐵廠現(xiàn)要煉出含鐵96％的生鐵583t，計算需要氧化鐵80％的赤鐵礦石多少t？雜質(zhì)問題的計算(2)純凈物的質(zhì)量

=

含雜質(zhì)的混合物的質(zhì)量×純度(3)含雜質(zhì)的混合物的質(zhì)量

=

純凈物的質(zhì)量÷純度(1)純度=

鋁的冶煉2Al2O3=====4Al+3O2↑通電如何獲取高鐵車體和電傳輸線路材料呢？

任

務(wù)

3高鐵車體和電傳輸系統(tǒng)材料的獲取鋁合金和銅合金銅的冶煉濕法煉銅Fe

+CuSO4=====FeSO4+Cu火法煉銅(主要方式)Cu2S＋O2

2Cu＋SO2制取鋁、銅后，再添加元素即可得到銅合金、鋁合金。課堂小結(jié)金屬礦物鐵的冶煉存在形式金屬冶煉極少數(shù)

單質(zhì)(金、銀等)大部分

化合物雜質(zhì)問題的計算鐵礦石鋁礦石銅礦石生鐵鋼鋼軌銅銅合金鋁鋁合金車體電傳輸通電電解工業(yè)煉鐵帶入是純凈物的質(zhì)量火法煉銅為主

C+O2

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CO2C+CO2

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2CO高溫高溫Fe2O3+3CO

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2Fe+3CO2高溫提供還原劑(CO)，碳與二氧化碳反應(yīng)放熱，提供能量(高溫)工業(yè)煉鐵1.下列鐵礦石中不宜用來煉鐵的是()

A.赤鐵礦B.黃鐵礦C.菱鐵礦D.磁鐵礦B2.下列有關(guān)金屬資源的說法正確的是()

A.金屬元素在自然界中都以單質(zhì)的形式存在B.自然界中的金屬礦物取之不盡，用之不竭C.自然界中金屬礦石的顏色相似D.用金屬礦物冶煉金屬的過程中發(fā)生了化學(xué)變化D隨堂練習(xí)3.

“化”說中國煉“金”術(shù)。(1)戰(zhàn)國《韓非子·內(nèi)儲說上》提到，早期采金技術(shù)均是“沙里淘金”。黃金能以單質(zhì)形式存在于自然界的原因是____________________。(2)西漢時期有一種煉鋼方法叫“炒鐵”，就是將含碳量過高的生鐵在高溫下加熱至半流體狀，然后加入鐵礦石粉不斷“翻炒”，該過程的目的是_____________________________。(3)鋁土礦的主要成分是Al2O3，現(xiàn)代工業(yè)通過電解熔融氧化鋁的方法制取鋁，同時反應(yīng)會生成氧氣，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________。金的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定低含碳量，使生鐵轉(zhuǎn)化為鋼降中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化2Al2O3=====4Al+3O2↑通電(1)高爐煉鐵過程中焦炭的主要作用是__________、_________。(2)步驟③反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________。4.某鋼鐵廠高爐煉鐵的主要原料是焦炭、赤鐵礦石(主