从自然界中获取铁和铜

铁和铜铁、铜在日常生活中的应用：游离态形式的铁和铜铜在地壳中含量约为0.01%，少量以单质铜形式存在天然铜铁是自然界里分布最广的金属元素之一，在地壳中的质量约占5％左右，仅次于铝，游离态的铁只能从陨石中得到。陨铁一、铁和铜在自然界存在形式。常见的铁矿石赤铁矿(Fe2O3)褐铁矿(Fe2O3·nH2O)黄铁矿(FeS2)菱铁矿FeCO3磁铁矿(Fe304)常见的铜矿石黄铜矿(CuFeS2)蓝铜矿(Cu2(CO3)2(OH)2)毛赤铜矿(Cu2O)斑铜矿Cu5FeS4辉铜矿Cu２S孔雀石（CuCO3•Cu(OH)2）把金属从矿石中提炼出来，这就是人们常说的金属的冶炼。表3-3铁、铜从化合态转化为游离态生成铁的化学方程式生成铜的化学方程式Fe+CuSO4══Cu+FeSO4H2+CuO══Cu+H2OΔC+2CuO══2Cu+CO2ΔCO+CuO══Cu+CO2ΔZn+FeSO4══Fe+ZnSO42Al+Fe2O3══2Fe+Al2O3高温3CO+Fe2O3══2Fe+3CO2Δ3H2+Fe2O3══2Fe+3H2OΔ炼铁高炉结构图C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2二、现代工业炼铁1、原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等2、设备：炼铁高炉3、原理：C+O2===CO2(燃烧提供大量的热)点燃C+CO2===2CO（产生炼铁的还原剂CO）高温Fe2O3+2CO===2Fe+2CO2高温二、现代工业炼铁4、造渣：6、产品：生铁（含碳2%—4.5%）5、废气成分：N2、CO、CO2等将生铁进一步炼制，可以得到用途更为广泛的钢（含碳量在0.03%—2%）石灰石作熔剂除掉SiO2CaCO3高温CaO＋CO2↑SiO2＋CaO高温CaSiO3（炉渣的主要成分）将生铁进一步炼制，可以得到用途更为广泛的钢（含碳量在0.03%—2%）生铁钢C%2%－4.5%0.03%－2%杂质Si、Mn、S、P（较多）Si、Mn、S、P（较少）机械性能用途生铁和钢的比较生铁硬而脆可铸不可煅坚硬、韧性大，可塑性好,可铸可煅炼钢生铁：炼钢原料；铸造生铁：制造各种铸件，如机床、床座、铁管等；球墨铸铁：制造齿轮、活塞等高级铸件；钢有不同型号，应用不同如钢丝网、铆钉、锅炉等三、铜的冶炼Fe+CuSO4=FeSO4+Cu氧化还原反应氧化剂:2、火法炼铜:CuSO4Fe1、湿法炼铜：（“曾青得铁，则化为铜。”---《淮南万毕术》）3、生物炼铜还原剂:原料:黄铜矿（CuFeS2）电解精炼精铜粗铜高温冶炼硫化铜（CuS）（Fe）CuCuSO4（吃岩石的细菌）自然界中的金属大都以化合态存在用化学的方法把化合态的金属变成游离态要考虑的问题矿石的富集合适的冶炼方法如何精炼金属的冶炼KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg电解法热还原法热分解法不同金属冶炼方法的选择KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg简单，实用，节省的原则1、热分解法有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。在金属活动性顺序表中，位于氢后面的某些金属的氧化物受热就能分解。2HgO==2Hg+O2↑2Ag2O==4Ag+O2↑二、金属的冶炼方法2．热还原法多数金属的冶炼过程属于热还原法。常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等。高温高温高温Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2WO3+3H2==W+3H2OCr2O3+2Al==2Cr+Al2O33．电解法在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。2Al2O3====4Al+3O2↑2NaCl====2Na+Cl2↑电解电解•4、湿法冶金：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu•5、生物冶金：含硫的铜矿→硫酸铜→炼铜拓展知识面：为了防锈又在合金中加入铬和镍，这种钢称为不锈钢。不锈钢通常是指含铬量在12—30%的合金钢。不锈钢外观呈微灰色或银白色。结构紧密，不易氧化生成氧化铁，故有不锈之称。不锈钢是能抵抗酸、碱、盐等腐蚀作用的合金钢的总称。不锈钢总结铁（Fe）铜（Cu）含量存在形式主要矿石化合态转化为游离态冶炼方法主要流程Fe+CuSO4══Cu+FeSO4H2+CuO══Cu+H2OΔC+2CuO══2Cu+CO2ΔCO+CuO══Cu+CO2ΔZn+FeSO4══Fe+ZnSO42Al+Fe2O3══2Fe+Al2O3高温3CO+Fe2O3══2Fe+3CO2Δ3H2+Fe2O3══2Fe+3H2OΔ多少游离态（陨铁）主要化合态游离态（少量）主要化合态高炉炼铁（1）湿法炼铜(2)火烧孔雀石（3）高温冶炼黄铜矿（4）电解精炼磁铁矿（Fe304）赤铁矿（Fe203）黄铜矿（CuFeS2）孔雀石（CuCO3•Cu(OH)2）高炉中炼成生铁，生铁进一步炼制成钢高温冶炼得到含铜在99.5~99.7%的铜，电解精炼得到纯度更高的铜