【矩道化学虚拟仿真实验室】铁的冶炼

教学目标：

知识与技能：

1、了解工业上从铁矿石中将铁还原出来的方法。

2、利用矩道化学仿真实验室掌握实验室一氧化碳与氧化铁反应的实验过程及注意事项。

过程与方法：

通过对工业上铁的冶炼原理的探讨与研究，锻炼运用知识于实际生活的能力。

情感态度与价值观：

1、通过了解钢铁、青铜等在历史上的冶炼和应用过程，增强民族自豪感。

2、通过对冶铁原理的分析，增强安全操作意识和良好的环保意识。

重点难点：

1、铁的冶炼原理；

2、合金及合金的物理特性；

3、工业炼铁的化学原理。

教学过程

一、提出并讨论问题，创设情境：

1.在平时的生产生活中应用最广泛的金属是什么？

2.自然界中铁元素以何种形式存在？

3.你知道我国最早在什么时期发明的炼铁技术？

4.当代工业又是通过什么技术将铁矿转化为铁单质的呢？今天我们一起学习以铁矿石为原料冶炼出铁的反应原理及过程。

二、进行实验。

今天我们以主要成分为Fe₂O₃的赤铁矿为例，来学习研究如何实现铁的冶炼。Fe₂O₃与Fe的组成上均含有Fe元素，不同之处在于Fe少了O元素，要使Fe₂O₃转变为Fe，可选择加入其他易得氧的物质与Fe₂O₃反应，以夺氧的方式还原Fe₂O₃。

从经济效益、反应是否充分、能源利用率等角度出发，工业上选择CO来夺取Fe₂O₃中的O。为更好地理解一氧化碳与氧化铁反应制取铁的过程，我们利用矩道VR/3D融合创新实验室进行实验，观察实验现象，分析实验过程。

组织学生进行正确的实验操作，观察并记录实验现象。

思考并讨论下列问题：

（1）实验中为什么要先通一段时间CO，再加热Fe₂O₃？

（2）澄清石灰水的作用是什么？

（3）点燃从尖嘴管口排出气体的目的是什么？

（4）先停止通一氧化碳气体还是先熄灭酒精喷灯，为什么？

（5）如何验证实验中产生了铁？

分析完实验，让学生尝试写出一氧化碳与氧化铁的反应方程式。

注意：本实验需要强调实验安全，若一氧化碳参与的实验，没有尾气处理装置，会导致空气中一氧化碳含量越来越高，达到一定浓度会使人中毒，甚至危及生命；若一氧化碳气体与空气混合受热，会发生爆炸，十分危险。以下是在化学融合创新实验室中进行危险操作的错误示范。

三、展示炼铁高炉的模型，分析高炉炼铁的过程。

归纳：工业上炼铁

设备：高炉

原料：铁矿石、焦炭、石灰石

尾气主要成分：CO和CO₂ （需经处理后再排放）

拓展：

拓展：在高炉中炼铁为什么使用焦炭？

焦炭是把一定品种的煤在炼焦炉中隔绝空气加强热——干馏，而得到的一种坚硬多孔性固体。高炉炼铁时使用焦炭，一是用作热源，焦炭在燃烧时放出大量热；二是生成的二氧化碳在高温下与焦炭反应得到还原剂一氧化碳，一氧化碳将铁矿石还原成铁。

焦炭硬度大、多孔、在高炉不易压碎，容易使气体通过，且发热量比煤大，所以高炉用焦炭而不用煤。

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