第二节铁的冶炼合金
学习目标1．从铁矿石中将铁还原出来的方法
工业炼铁的主要设备是高炉。把铁矿石跟焦炭、石灰石一起加入高炉，从下方通入热风，焦炭在炉内反应生成的一氧化碳跟氧化铁在高温下反应生成铁。发生反应的化学方程式为：
Fe2O3+3CO=2Fe+3CO22．生铁和钢等重要的合金
生铁是含碳量为2%~4.3%的铁合金，其中还含有硫、磷、硅等杂质。
钢是含碳量为0.03%~2%的铁合金，钢是由生铁在炼钢炉中进一步冶炼除去过多的碳、硅、硫、磷而得到的。钢的性能比生铁优越。
合金是由一种金属跟其他金属（或非金属）熔合形成的具有金属特性的物质。合金具有许多良好的物理、化学或机械性能。
3．认识金属材料在生产、生活和社会发展中的重要作用。
4．含杂质物质的质量计算方法：纯净物质量=不纯物质量某物质质量分数。
学习要点重点、难点和疑点1．重点：⑴铁的冶炼。⑵合金的特点及应用。
2．难点：(1)铁的冶炼。(2)用所学知识解释和解决生活中有关金属和合金的问题。3．疑点：(1)冶炼生铁时为什么要用焦炭而不用煤？
(2)炼铁时为什么生成的是生铁而不是纯铁？
教材解读内容要点解析金属的冶炼：使金属矿物变成金属的过程。铁在不同化合物中表现出不同的化合价。一般，铁在置换反应的生成物中表现为+2价；铁在氯气等物质化合时生成+3价的铁离子；另外铁在氧气中燃烧生成Fe3O4，可将Fe3O4表示成FeO·Fe2O3，即Fe3O4中铁即表现出+2价，又表现出+3价。炼铁的原理：高温Fe2O3+3CO====2Fe+3CO2设备为高炉，原料为石灰石、铁矿石、焦炭、空气，产品为生铁。生铁是含碳量为2%---4.3%的铁合金，其中还含有硫、磷等杂质。钢是含碳量为0.03%----2%的铁的合金，钢是由生铁在炼钢炉中进一步冶炼除去过多的碳、硅、硫、磷而得到的。钢的性能比生铁优越。焦炭有着多孔性，它含硫量少，并有发热量高的优点。而煤中含有大量的硫、磷等杂质，如不经过洗涤干馏，把它们除去变成焦炭，则会使生铁中除含有碳外，还含有大量的硫、磷，从而大大影响生铁的性能。所以冶铁不能用煤而必须用焦炭。炼铁时，分别把焦炭、铁矿石和石灰石等原料，按一定数量比送到炉顶的自动装料设备，然后装进高炉里（加料后，开炉第一次先将下层的焦炭点燃），并鼓入热空气，焦炭就被氧化，生成二氧化碳，并放出大量热。C+O2=CO2+热，二氧化碳从炉底上升，与烧红的焦炭相遇，被还原成一氧化碳。CO2+C=2CO，一氧化碳继续上升，遇到炽热的铁矿石，就把铁逐步还原出来。3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2，Fe3O4+CO=3FeO+CO2，FeO+CO=Fe+CO2，由于铁矿石里除了铁的氧化物外，还含有难熔化的脉石（主要成分一般为SiO2）。因此，炼铁时还要加入助熔剂（一般用石灰石），利用石灰石（CaCO3）在高温下分解出的生石灰（CaO）与脉石反应生成熔点较低的硅酸钙，这样将脉石从矿石里分离出来。CaCO3=CaO+CO2↑，CaO+SiO2=CaSiO3，在冶炼过程中，混在铁矿石里的锰、硅、硫、磷等元素也会被碳或一氧化碳从它们的化合物中还原出来，少量的碳、锰、硅、硫、磷等在高温下熔合在铁里，成为生铁。这就是炼铁时不能得到纯铁的原因。从生铁炼成钢的实质为：降碳、除硫磷、调硅锰合金是由一种金属跟其他金属（或非金属）熔合形成的具有金属特性的物质。合金具有许多良好的物理、化学或机械性能。含杂质物质的质量计算方法
1 教学课题 5.2 铁的冶炼 合金 （第一课时）
学情与
教材分析 本节课的教学内容是用一系列问题呈现出来的。教学中要围绕这些问题组织教学，引导学生层层深入思考、学习，形成完整的知识体系。教学中要注重培养学生获取信息的能力，引导学生进行探究性学习。
教学目标 认知目标 了解从铁矿石中将铁还原出来的方法
能力目标 能利用化学方程式进行不纯物质的相关计算
情意目标 感受工业炼铁的过程
教学重点 指导从铁矿石中将铁还原出来的方法
教学难点 利用化学方程式进行不纯物质的相关计算
教学方法 分析讨论
教学准备
教学过程
教学内容 教师活动 学生活动
了解中国铁矿石的分布
一、铁的冶炼
1、原理
2、注意事项
（设问）地壳中铁元素的含量牌第几？在自然界中铁元素主要是以单质还是化合物形式存在的？你知道我国有哪些大型铁矿？
（讲述）金属铁的冶炼是吧它们的矿物与易得氧的物质一起加热反应，以夺取氧元素的方式还原铁的氧化物。
工业上通常使用的还原剂是一氧化碳，以赤铁矿为例：
播放视频
3CO + Fe2O3 = 2Fe + 3CO2
红棕色 黑色
引导学生分析讨论：
（1）澄清石灰水的作用是什么？实验中出现什么现象？为什么加热之前石灰水不变浑浊，此现象又说明了什么？ 交流讨论
——辽宁鞍山、四川攀枝花、湖北大冶等
仔细观察视频中的现象，并比较该装置与书上的装置有什么差异。
回忆学过的一氧化碳的性质特点
—— 可燃性 、毒性
分析实验时该注意什么事项？
2
3、实验步骤：
高炉炼铁的主要反应
CaCO3 = CaO + CO2
C + O2 = CO2
C + CO2 = 2CO
3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2
（2）尾气如何处理？
（3）实验时为什么要先通一段时间一氧化碳，再加热固体？
（4）实验结束前先停止加热还是先停止通一氧化碳？
（5）如何证明生成的黑色固体是单质铁？
教 案
教学课题：第二节 铁的冶炼 合金（2）
本课题教时数：2 本教时为第 2 教时 教学日期： 月 日
教学目的：
1．知识与技能：
①了解生铁和钢等重要的合金，认识加入其它元素可以改善金属特性的重要性
②通过含杂质的化学方程式计算，让学生明白实际应用与理论计算之间的差异
2．过程与方法：
①通过对合金的介绍，让学生体会到金属材料的用途和性能的广泛性
②提高学生分析和解决实际问题的能力及创新思维能力
3．情感态度与价值观：
通过对钢铁、青铜等合金知识的介绍，培养学生的爱国主义情感；
教学重点、难点：
教学重点：加入其它元素可以改善金属特性形成合金知识形态的形成
教学难点：含杂质物质的化学方程式的计算
教学方法：交流讨论→活动探究→归纳小结→学以致用
实验准备：
仪器：
药品：
教学过程：
课前准备
新课引入
板
书
学生阅读
1．CO与Fe2O3的反应时有如下注意事项，请问原因分别是什么？
（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？实验中会出现什么现象？
（3）点燃从尖嘴管口排出气体的目的是什么？
（4）实验结束前应如何操作，才能保证得到较纯净的铁粉？
2．高炉炼铁的原料是什么？其中焦炭的作用是什么？
高炉炼铁得到的是生铁，生铁有什么性质呢？
二．生铁和钢
1．生铁和钢的对比
学生阅读书本生铁和钢的相关内容，并完成下表：
生铁 钢
含碳质量分数 2%-.3% 0.03%-%
机械性能 硬而脆、无韧性 硬、延展性、弹性、韧性好
机械加工 可铸不可锻 可铸可锻
生铁和钢机械性能不同的原因是：含碳量不同
由上表我们可以看到生铁的机械性能远远不如钢，因此在生活中为了提高铁的机械性能，我们要将生铁转化为钢。根据生铁和钢机械性能不同
归纳小结
过
渡
板
书
交流讨论
7 铁合金生产 - 1
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7 铁合金生产
铁合金是指一种或一种以上的金属或非金属元素与铁组成的合金，它主要用作炼钢的脱氧剂和合金元素的添加剂。例如锰铁是锰与铁的合金，硅铁是硅与铁的合金，硅钙合金是硅与钙组成的合金。钢铁工业中习惯上把炼钢用的中间合金(不论含铁与否)，都叫做铁合金。由于铁合金的生产工艺比纯金属的制取过程简单，而且又具有比纯金属熔点低、体密大(指体密小的金属如钛、硼等)的优点，有利于炼钢过程中脱氧和合金化的进行。因此，炼钢脱氧和添加合金元素多以铁合金形式加入。
7.1 铁合金生产概述
7.1.1 铁合金的用途
(1)用作脱氧剂。炼钢是用氧化方法去除铁液中的碳、磷等杂质。在完成这些氧化的任务后，同时钢液中也吸收了氧，如果这些氧存在在钢中就会大大地降低钢的性能。因此需要添加一些与氧结合力比较强，且其脱氧产物又能顺利从钢液中排除，从而使钢液中的氧含量降低的元素。这个过程叫做钢的脱氧。用于脱氧的元素或合金叫做脱氧剂。常用的脱氧剂有锰、硅、铝等。这些元素多以铁合金Fe-Mn、Fe-Si和Al等形式加入钢液中。元素与氧的结合能力越强，在钢中含氧量愈高，其脱氧效果也就越好。
(2)用作合金剂。合金元素不但能降低钢中杂质的含量．而且还能调整钢的化学成分。用于调整钢的化学成分使钢合金化的元素或合金叫做合金剂，常用的合金元素有硅、锰、铬、钼、钒、钛、钨、钴、硼、铌等。不同的合金元素和不同的合金元素含量的钢钟具有不同的特性和用途。
铁合金的产量、品种和质量，直接影响着钢铁工业的发展，其用量一般占钢产量的2%～3％左右。
(3)用于铸造工业，改善铸造工艺和铸件性能。改变铸铁和铸钢性能的措施之一是改变铸件的凝固条件，在浇铸前加入某些铁合金作为晶核孕育剂，形成晶粒中心，使形成的石墨变得细小分散，晶粒细化，从而提高铸件的性能。
