课堂新坐标教师用书高中化学 专题三 第二单元 铁铜的获取及应用教学设计 苏教版必修1.docx
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课堂新坐标教师用书高中化学专题三第二单元铁铜的获取及应用教学设计苏教版必修1
第二单元
铁、铜的获取及应用
第1课时 从自然界获取铁和铜 铁和铜的性质
(教师用书独具)
●课标要求
根据生产中的应用实例,了解铁、铜的主要性质。
●课标解读
1.了解从自然界中提取铁、铜的方法和原理。
2.了解铁、铜的主要基本性质及应用。
3.了解常见金属的冶炼方法。
●教学地位
钢铁、铜是生产、生活中必不可少的金属,如何从矿石中获取是任何国家面对的问题,矿石中炼铁、炼铜反应原理和流程是非常重要的,每年的高考试题也有涉及。
(教师用书独具)
●新课导入建议
人体中含铜量比含铁量要少得多,可是缺了它,人体的造血功能就会受到影响。
铜也是人类最早使用的金属之一。
考古资料证实,一万年前,在西亚就用铜来制作装饰品。
古埃及人在象形文字中,用带圈的十字架表示铜,含义是“永恒的生命”,盛赞它经久耐用和可以重复再生的特性。
你知道铁、铜的性质吗?
铁、铜如何获取,有什么重要应用吗?
要解决上述问题,我们学习本课时——从自然界中获取铁、铜,铁铜的性质。
●教学流程设计
【课前预习安排】:
建议课前用12分钟预习完成【课前自主导学】和“思考交流”。
⇒步骤1:
新课导入,教学地位分析⇒步骤2:
对“思考交流1”中焦炭作用要特别强调。
对“思考交流2”要指出反应原理同时不能引入新离子。
⇒步骤3:
对“探究1”建议让学生了解常见的金属冶炼方法及其原理,并让学生知道选择冶炼方法的依据,让学生完成“例1”和“变式训练1”,教师给予点评和纠错。
⇓
步骤6:
6分钟完成“当堂双基达标”,最后教师明确答案,点评较难题目。
⇐步骤5:
回顾本堂内容,点评,归纳“课堂小结”⇐步骤4:
对“探究2”建议教师结合初中Fe、Cu知识,归纳出Fe、Cu的基本性质和应用,并结合“例2”熟悉Fe、Cu性质和反应原理。
并指出Fe与一般氧化剂反应只生成Fe2+。
最后学生完成“变式训练2”。
课 标 解 读
重 点 难 点
1.了解从矿石中获取铁、铜的方法和原理。
2.了解铁、铜的性质及其应用。
1.高炉炼铁的原料和反应原理。
(重点)
2.铁铜的化学性质及其应用。
(重难点)
从自然界中获取铁和铜
1.铁、铜在自然界中的存在
存在金属
自然界中的存在形态
常见矿石及主要成分
铁
①主要以化合态形式存在
②铁单质只存在于陨铁中
①磁铁矿Fe3O4
②赤铁矿Fe2O3
铜
①主要以化合态形式存在
②少量单质
①黄铜矿CuFeS2
②孔雀石CuCO3·Cu(OH)2
2.铁的冶炼
(1)
高炉炼铁放出大量热的反应为C+O2
CO2原料为铁矿石、焦炭、空气、石灰石等
CO还原Fe2O3的反应为3CO+Fe2O3
2Fe+3CO2
石灰石选渣反应为:
①CaCO3
CaO+CO2↑,
②CaO+SiO2
CaSiO3
产品:
高炉冶炼得到的铁是含碳2%~4.5%
的生铁,将生铁进一步炼制,可得到用途更广泛
的含碳0.03%~2%的钢生成CO的反应为CO2+C
2CO
(2)铝热反应炼铁
2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3
3.铜的冶炼
(1)工业炼铜流程
黄铜矿(主要成
分CuFeS2)
粗铜(含Ag、
Au、Fe、Zn等)
精铜(纯度
99.95%~
99.98%)
(2)生物炼铜(矿堆浸铜法)
①原理:
CuS
CuSO4
Cu
②特点:
成本低、污染小、反应条件简单等。
(3)湿法炼铜:
Fe+CuSO4===Cu+FeSO4
1.高炉炼铁的原料中焦炭和石灰石的作用是什么?
【提示】 焦炭的作用是燃烧产生热量,同时C与生成的CO2反应生成炼铁的还原剂CO。
石灰石作用是作熔剂,高温下生成的CaO与SiO2形成炉渣。
铁、铜的基本性质
1.铁、铜的物理性质
物理性质
铁
能被磁铁吸引的银白色金属,良好延展性和导热性
铜
紫红色金属,导电性和导热性仅次于银
2.铁、铜的化学性质(写出化学方程式或离子方程式)
(1)Fe
Fe+Cu2+===Cu+Fe2+
Fe+2H+===Fe2++H2↑
3Fe+2O2
Fe3O4
2Fe+3Cl2点燃,2FeCl3
钝化
(2)Cu
2Cu+O2
2CuO
Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+
2Cu+CO2+H2O+O2===
Cu2(OH)2CO3
2.如何除去FeSO4溶液中的CuSO4?
【提示】 加入过量的Fe粉,然后过滤。
金属的冶炼方法
【问题导思】
①钠、铝一般用什么方法进行冶炼?
【提示】 钠、铝的还原性很强,一般用电解法。
②铁的高炉冶炼原理是什么?
【提示】 利用还原剂CO高温还原铁矿石。
1.电解法
适用于冶炼金属活动性很强的金属(如K、Ca、Na、Mg、Al等),常采用电解它们的熔融盐或氧化物的方法。
如:
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑
MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
2.热还原法
用还原剂(C、CO、H2、Al等)还原金属活泼性介于Zn~Cu之间的金属氧化物。
如:
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2 2CuO+C
2Cu+CO2↑
WO3+3H2
W+3H2O Cr2O3+2Al
2Cr+Al2O3
3.热分解法
用于冶炼不活泼的金属(如Hg、Ag)。
如:
2HgO
2Hg+O2↑ 2Ag2O
4Ag+O2↑
选择金属冶炼的方法要依据金属在自然界中的存在形态和金属的活泼性。
金属活动性顺序表中,金属的位置越靠后,越容易被还原;金属的位置越靠前,越难被还原。
电解法是最强的氧化还原方法。
冶炼金属一般有下列四种方法:
①焦炭法;②水煤气法;③活泼金属置换法;④电解法。
四种方法在工业上均有应用。
古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜;(Ⅱ)湿法炼铜;现代有(Ⅲ)铝热法炼铬;(Ⅳ)从光卤石中炼镁。
对它们的冶炼方法的分析不正确的是( )
A.(Ⅰ)用① B.(Ⅱ)用②
C.(Ⅲ)用③D.(Ⅳ)用④
【解析】 对于(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)发生的反应分别是:
(Ⅰ)Cu2(OH)2CO3
2CuO+CO2↑+H2O,C+2CuO
2Cu+CO2↑,符合①。
(Ⅱ)Fe+CuSO4===FeSO4+Cu,符合③。
(Ⅲ)2Al+Cr2O3
Al2O3+2Cr,符合③。
(Ⅳ)先从光卤石中提取MgCl2,再电解MgCl2,MgCl2
Mg+Cl2↑,符合④。
【答案】 B
1.下列说法错误的是( )
A.金属越活泼,冶炼难度越大
B.可采用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝
C.可采用H2还原MgO制取Mg
D.可采用热还原法冶炼铁、铜
【解析】 Mg的还原性较强不能用H2还原法制取Mg。
【答案】 C
铁、铜的主要化学性质及应用
【问题导思】
①铁、铜在湿潮的空气中长时间放置,最终生成什么物质?
什么颜色?
【提示】 铁在湿潮空气中生成红色的铁锈(Fe2O3·xH2O),铜在湿潮空气中生成绿色的铜绿[Cu2(OH)2CO3]
②铁、铝常温下遇到浓H2SO4、浓HNO3有什么变化?
【提示】 钝化
Fe、Cu的化学性质及其转化
下列说法或方程式正确的是( )
A.Fe、Cu均能在潮湿的空气中生成氧化物
B.Fe与CuSO4溶液反应的离子方程式为
2Fe+3Cu2+===3Cu+2Fe3+
C.Fe、Cu与Cl2反应均生成高价氯化物
D.Fe、Cu均可稀与H2SO4反应生成H2
【解析】 A项,Cu在潮湿的空气中生成Cu2(OH)2CO3不是氧化物,错误;B项,Fe被Cu2+氧化生成Fe2+不是Fe3+,错误;C项,Fe、Cu与Cl2反应均生成+3价铁和+2价铜,正确;D项,Cu与稀H2SO4不反应,错误。
【答案】 C
Fe与一般氧化剂(如H+、Cu2+、Hg2+)反应生成Fe2+。
2.下列物质中,在一定条件下能将铁元素从0价转变为+3价的是( )
A.氯气 B.稀盐酸
C.CuCl2溶液D.ZnCl2溶液
【解析】 B、C中的H+、Cu2+只能将Fe从0价转变为+2价;D项中ZnCl2与Fe不反应。
【答案】 A
【教师备课资源】
铜及其化合物的颜色
(1)色彩缤纷
的铜世界
化合物
(2)溶液中的Cu2+常显蓝色(浓CuCl2显绿色,稀CuCl2显蓝色),可作为Cu2+的判定依据,如CuSO4溶液呈蓝色。
(3)Cu2+与碱反应生成蓝色沉淀[Cu(OH)2],也是鉴定Cu2+的依据之一。
白色的无水CuSO4遇水变成蓝色(生成CuSO4·5H2O),可作为检验水的依据。
1.了解Fe
的2种
冶炼
2.了解Cu
的3种
冶炼
3.了解金属
的3种冶
炼方法
4.了解Fe
的4种
反应
1.下列有关高炉炼铁的说法正确的是( )
A.焦炭和一氧化碳都作还原剂
B.用足量的焦炭可以得到纯铁
C.加石灰石的目的主要是为了提供更多的CO2
D.用铝代替焦炭作还原剂可以节约资金
【解析】 根据高炉炼铁的反应C+O2
CO2、CO2+C
2CO、Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2可知,C和CO都是还原剂,A正确;高炉炼铁得到的是含碳为2%~4.5%的生铁,B错误;CaCO3是造渣剂,目的是除去铁矿石中的SiO2杂质,防止影响生铁的品质,C错误;铝热反应虽然也可以制备铁,但是铝的价格远远高于焦炭,所以不可能节约资金,D错误。
【答案】 A
2.赤铜矿的成分是Cu2O,辉铜矿的成分是Cu2S,将赤铜矿与辉铜矿混合加热有以下反应:
Cu2S+2Cu2O△,6Cu+SO2↑,对于该反应,下列说法正确的是
( )
A.该反应的氧化剂只有Cu2O
B.Cu既是氧化产物,又是还原产物
C.Cu2S在反应中只被氧化
D.该反应可用于从矿石中提取Cu,但需要尾气处理
【解析】
2
+2
2
6
+
O2↑
【答案】 D
3.下列关于铁和铜的说法,正确的是( )
A.它们都呈银白色
B.它们都可溶于稀盐酸
C.它们都能被磁铁吸引
D.它们都可与氧气反应
【解析】 A项中,纯铁为银白色金属,纯铜为紫红色金属,A项错;B项中,铁能与稀盐酸反应置换出其中的氢,铜不能发生此反应,B项错;C项,铁具有磁性,能被磁铁吸引,铜不能,C项错;D项中,铁和铜都能与氧气发生反应:
3Fe+2O2
Fe3O4,2Cu+O2
2CuO,D项正确。
【答案】 D
4.下列金属冶炼的反应原理,错误的是( )
A.2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑
B.3MgO+2Al
3Mg+Al2O3
C.Fe3O4+4CO
3Fe+4CO2
D.2HgO
2Hg+O2↑
【解析】 Al不能把Mg置换出来。
【答案】 B
5.铁、铜是历史上使用很早的金属。
请回答下列问题:
(1)在西汉古籍中曾有记载:
曾青得铁则化为铜[即曾青(CuSO4)跟铁反应就生成铜]。
试写出该反应的化学方程式:
__________________________________。
(2)铜器表面有时能与空气中的O2和CO2、水蒸气等反应生成铜绿Cu2(OH)2CO3,请写出生成铜绿的化学方程式___________________,
试写出一个除去铜绿而不损坏铜器的化学方程式:
_______________________________________。
(3)铜钱在我国历史上曾经是一种广泛流通的货币,试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币。
(铜的熔点是1183.4℃,铁的熔点是1534.8℃)
_________________________________。
【解析】 “曾青得铁则化为铜”是湿法冶金术的先河,我国发现最早:
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu。
当铜生成铜绿时,铜元素的化合价升高到+2,所以空气中必有氧化剂(O2)参加了反应。
铜在常温下不与稀酸反应,而铜绿能与稀酸反应,所以可考虑用具有挥发性的稀盐酸清洗为好:
Cu2(OH)2CO3+4H+===2Cu2++CO2↑+3H2O。
根据题给信息以及货币的实际需要,选择铜作货币不仅是因为铜的熔点比较低,容易铸造成型,同时铜的化学性质比较稳定,不易被腐蚀。
【答案】
(1)Fe+CuSO4===Cu+FeSO4
(2)2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3
Cu2(OH)2CO3+4HCl===2CuCl2+CO2↑+3H2O
(3)铜的熔点低,化学性质稳定,易铸造
1.下列说法正确的是( )
A.高炉炼铁用于还原氧化铁的还原剂是焦炭
B.炼铁时,加入石灰石的作用是促进氧化铁的还原
C.我国最先应用的金属是铜
D.用于电气工业的钝铜是由黄铜矿冶炼直接得到的
【解析】 A项,还原剂是CO不是焦炭。
B项,石灰石作熔剂,形成炉渣;
D项,直接得到的是粗铜。
【答案】 C
2.已知一些金属单质的发现与其金属活泼性存在着某种必然的联系,你认为下列事件发生在铁器时代之前的是( )
①金属铝的冶炼 ②青铜器时代 ③金银的使用
④戴维发现金属钠 ⑤15世纪中国使用锌铸币
A.②③⑤ B.②③
C.①②③D.①④⑤
【解析】 铁器时代之前的金属比铁的活泼性差。
【答案】 B
3.下列关于金属的说法中,正确的是( )
A.各种金属在常温下都不能与氧气反应
B.各种金属在高温下都能与氧气反应
C.根据金属与氧气反应的难易程度可以初步比较一些金属的活动性顺序
D.各种金属都能与盐酸发生置换反应
【解析】 有些金属如钠等在常温下可与氧气反应;有些金属如铁、铝等都能存放在空气中,但在加热时都能和氧气剧烈反应;有些金属如金等即使在高温下也不与氧气发生反应。
在金属活动性顺序中,排在氢前面的金属能与盐酸发生反应,置换出氢气,排在氢后面的金属则不能。
【答案】 C
4.在Mg、Al、Cu、Fe四种元素中,每种元素都有某些方面不同于其他三种元素。
若从中选出铁元素,则选择的理由正确的是( )
A.在冷的浓硫酸、浓硝酸中发生钝化
B.在不同化合物中能显示不同的化合价
C.能与盐酸反应产生氢气,不能与氢氧化钠溶液反应产生氢气
D.能被磁铁吸引
【解析】 A项,Fe、Al在冷的浓硫酸、浓硝酸中均发生钝化,错误;B项,Fe、Cu均有可变化合价,错误;C项,Fe、Mg均与盐酸反应而不与NaOH溶液反应,错误;D项,“被磁铁吸引”是金属铁的特性,正确。
【答案】 D
5.将铁片投入到下列溶液中,不放出气体并且铁片质量增重的是( )
A.CuCl2溶液B.HCl溶液
C.ZnSO4溶液D.FeCl2溶液
【解析】 Cu2++Fe===Cu+Fe2+ △m
56g64g8g
【答案】 A
6.下列物质中,不能由单质直接化合生成的是( )
A.FeCl3 B.CuCl2
C.FeCl2D.Fe3O4
【解析】 Fe与Cl2反应只生成FeCl3而不是FeCl2。
【答案】 C
7.下列除杂的方法正确的是( )
A.除去Fe粉中的Cu粉:
加入稀H2SO4,过滤
B.除去FeSO4溶液中的Cu2+:
加入过量Fe粉,过滤
C.除去CuO中的Fe2O3:
加入稀盐酸,过滤
D.除去Cu中的CuO:
加热分解
【解析】 A项,Fe粉溶于稀H2SO4;C项,CuO也溶于盐酸;D项,加热CuO不分解且Cu又生成CuO。
【答案】 B
8.高炉炼铁的反应方程式是Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2,当有560g铁生成时,电子转移了( )
A.90molB.60mol
C.30molD.20mol
【解析】 n(Fe)=10mol,n(e-)=10×3mol=30mol。
【答案】 C
9.古代的药金外观与金相似,常被误认为是金子,冶炼的方法如下:
将碳酸锌、赤铜(Cu2O)、木炭混合加热到800℃,得到金光闪闪的“药金”。
(1)药金的主要成分是__________________________________________________________。
(2)冶炼时发生反应的化学方程式为_________________________________________________
_________________________________________________
__________________________________________________________。
【解析】 高温下,碳酸锌分解生成氧化锌和二氧化碳,木炭在高温下将氧化亚铜和氧化锌还原为金属铜和锌,在这种高温下铜锌形成合金而呈金黄色。
【答案】
(1)铜锌合金
(2)ZnCO3
ZnO+CO2↑;2Cu2O+C
4Cu+CO2↑;2ZnO+C
2Zn+CO2↑
10.Fe是地壳中含量很丰富的元素,也是生物体所必需的元素。
自然界中铁矿石主要有赤铁矿和磁铁矿。
金属铁是在高炉中冶炼的,高炉炼铁除了加入铁矿石外,还需加入焦炭和石灰石。
请填空:
(1)写出磁铁矿主要成分的化学式:
__________________________________________________________。
(2)写出赤铁矿被还原成铁的化学方程式:
_________________________________________________
__________________________________________________________。
(3)写出焦炭在高炉中所参与反应的两个化学方程式:
_________________________________________________
__________________________________________________________。
(4)写出CaCO3所参与反应的两个化学方程式:
_________________________________________________
__________________________________________________________。
【解析】 焦炭在高炉中先燃烧产生热量,同时还原生成的CO2生成CO。
【答案】
(1)Fe3O4
(2)Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2(写成Fe2O3+3C
2Fe+3CO↑也可)
(3)C+O2
CO2,CO2+C
2CO
(4)CaCO3
CaO+CO2↑,
CaO+SiO2
CaSiO3
11.下面是关于炼铁基本原理的探究式课堂教学中解决问题阶段,甲同学设计的实验装置如图所示。
(1)点燃酒精灯A、B的先后顺序为:
先__________后________(填字母代号)。
(2)硬质试管中发生反应的化学方程式为____________________。
洗气瓶中的实验现象为________________。
酒精灯B的作用为________________。
(3)乙同学质疑:
CO能否使澄清石灰水变浑浊?
为此,他设计在CO通入Fe2O3之前,应先通入澄清石灰水,以排除CO与澄清石灰水反应。
试对本次改进做出评价,你认为乙的设计________(填“必要”或“不必要”)。
【解析】 在加热前要通CO排空气,防止发生爆炸事故,考虑CO有毒,要进行尾气处理。
【答案】
(1)B A
(2)3CO+Fe2O3
2Fe+3CO2 澄清石灰水变浑浊 点燃CO,防止CO污染环境 (3)不必要
12.西安北郊古墓中曾出土一青铜锤(一种酒具),表面附着有绿色固体物质,打开盖子后,酒香扑鼻,内盛有26kg青绿色液体,专家认定是2000多年前的“西汉美酒”。
上述报道引起某校化学兴趣小组同学的关注,他们收集了家中铜器表面的绿色固体进行探究。
提出问题:
铜器表面附着的绿色固体物质由哪些元素组成?
猜想:
查阅相关资料后,猜想绿色固体物质可能是铜绿。
实验步骤:
①对试管内的绿色固体进行加热,至完全分解。
观察到A装置中绿色固体逐渐变成黑色,B装置中无水硫酸铜变成蓝色,C装置中澄清石灰水变浑浊。
②取少量加热后生成的黑色固体于试管中,加入稀硫酸。
观察到黑色固体逐渐溶解,溶液变成蓝色。
③取少量上述蓝色溶液于试管中,浸入一根洁净的铁丝。
观察到铁丝表面有红色物质析出。
实验结论:
绿色固体物质中含有________、________、________、________等元素。
(提示:
装置内的空气因素忽略不计)
表达与交流:
(1)上述实验步骤③中发生反应的化学方程式为_________________________________________________
__________________________________________________________。
(2)反应完成后,如果先移去酒精灯,可能出现的现象是__________________________________________________________。
(3)如果将B、C两装置对调行吗?
为什么?
【解析】 验证铜绿的组成元素是通过测定其分解的产物来推断的。
通过生成的黑色固体能溶于稀硫酸得蓝色溶液,铁能与此蓝色溶液反应得红色固体,可确定黑色固体是CuO,从而证明铜绿中含有Cu元素;通过无水硫酸铜变蓝证明产物有水,从而证明铜绿中有H和O;通过澄清石灰水变浑浊证明产物有CO2,从而确定铜绿中含有C元素。
【答案】 实验结论:
铜 碳 氢 氧
表达与交流:
(1)Fe+CuSO4===FeSO4+Cu
(2)C装置中的液体会倒流入B装置
(3)不行;若对调,则无法证明加热绿色固体后是否有水生成。
第2课时 铁、铜及其化合物的应用
(教师用书独具)
●课标要求
通过实验探究,了解Fe、Cu及其重要化合物的主要性质及其应用。
●课标解读
1.了解Fe、Cu的重要性质。
2.理解Fe、Fe2+、Fe3+的相互转化及应用。
3.了解Fe2+、Fe3+、Cu2+的检验方法。
●教学地位
铁是一种过渡元素,有+2、+3价常见价态,也是中学重点掌握的变价金属,应用十分广阔。
同时也是高考命题的热点内容。
(教师用书独具)
●新课导入建议
生产、生活中涉及的铁、铜及其化合物是很多,其应用也是非常广泛的,如FeSO4净水,铁、铜的锈蚀的防止措施;铜、铁在国防,科技应用也是离不了的。
铁有三种常见价态,三者是可以相互转化的,但你知道转化的条件吗?
本课时将讨论相关内容。
●教学流程设计
⇒
⇒
⇒
⇓
步骤6:
5~6分钟完成“当堂双基达标”,然后教师提问、点评、明确答案⇐步骤5:
回顾课堂内容,点评归纳“课堂小结”⇐步骤4:
对“探究2”要让学生知道这些离子的检验方法和检验时某些离子的干扰。
然后让学生完成“例2”和“变式训练2”,教师提问点评明确答案。
课 标 解 读
重 点 难 点
1.掌握铁、铜及其化合物的性质和应用。
2.掌握Fe2+、Fe3+的检验及相互转化。
1.Fe、Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)的相互转化及应用。
(重难点)
2.Fe2+、Fe3+的检验与推断。
(重点)
铁及其化合物的性质及