3.2.1 从自然界中获取铁和铜 2

从自然界获取铁和铜铁铜元素的存在形式。铁铜元素的还原方法。炼铁原理与炼铜方法。汉代铜马西周←成王方鼎西周刖人守门方鼎→东汉错银牛灯→殷商←司母戊大方鼎最早的人工冶炼铁制品↓春秋初年铜柄铁剑我国春秋时开始炼铁铁镢头商代中期铜刃铁钺游离态形式的铁和铜游离态的铜天然铜（0.01%）游离态的铁陨铁（天石）铁和铜从哪里来？怎么来的？一、存在铁和铜在自然界中主要以化合态形式存在。赤铁矿Fe2O3磁铁矿Fe3O4铁矿黄铜矿CuFeS2孔雀石Cu2(OH)2CO3铜矿赤铁矿(Fe2O3)黄铁矿(FeS2)黄铜矿(CuFeS2)孔雀石[Cu2(OH)2CO3]磁铁矿(Fe2O3FeO)+3+2磁铁矿(Fe2O3•FeO)+3+2+2+2+2矿石中的Fe、Cu的化合价有什么特点？从价态变化角度来看如何得到Fe和Cu？Fe0Fe+2Fe、+3Cu+2Cu0矿石中Fe、Cu的化合价均降低，作氧化剂，需要使用还原剂。交流与讨论如何将铁、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2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe3H2+Fe2O32Fe+3H2OH2+CuOCu+H2OCO+CuOCu+CO2Fe+CuCl2Cu+FeCl23CO+Fe2O32Fe+3CO2交流与讨论常用还原剂：H2、C、CO、Al1.选用__________冶炼金属纯度高。原因______________________________。2.从来源和经济性考虑__最廉价。H2和CO气体反应后，无固体杂质残留C3.工业上用焦炭为原料来炼铁。其原理为：C燃烧生成CO2，高温下CO2和C反应生成CO；用CO还原铁矿石。4.在____中进行上述反应。高炉铁矿石、焦炭等炉渣空气铁水问题与思考5.用焦炭为原料炼铁所得的铁是否为纯铁？高炉炼铁得到生铁（碳2%~4.5%，S、P）进一步炼制得到钢（含碳0.03%~2%）生铁和钢均为铁的合金。生铁变成钢称为炼钢。6.铁矿石中含有SiO2，如何除去？碱性氧化物或碱7.从来源和经济角度考虑，应选用_____。8.是否需要直接加CaO？用石灰石代替CaO+SiO2===CaSiO3高温CaCO3===CaO+CO2↑高温生成的CaSiO3等叫炉渣。密度比铁水(液态铁)小，浮在铁水的上面。CaO二、炼铁1.原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。2.设备：高炉3.原理：4.造渣：6.产品：生铁C:2~4.5%5.尾气：N2COCO2等（高炉煤气）钢C:0.03~2%炼钢归纳与总结2.高温冶炼：1.湿法冶铜：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu3.生物炼铜：99.95~99.98%99.5~99.7%黄铜矿——→粗铜——→精铜电解三、炼铜阅读课本P73，了解铜的冶炼方法。硫化铜——→硫酸铜——→铜硫杆菌污染小、条件简单、原料要求低资料细菌冶金即微生物浸矿，近代湿法冶金新工艺。应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和大冶炉渣等，以回收某些贵重有色金属和稀有金属，达到防止矿产资源流失，最大限度地利用矿藏的一种冶金方法。可以用来冶炼铜铅锌等几十种贵重和稀有金属。练习：写出已经学过的，在产物中含有金属单质（如Na、Mg、Al、Hg等）的化学方程式MgCl2Mg+Cl2↑2Al2O34Al+3O2↑2HgO2Hg+O2↑2NaCl2Na+Cl2↑TiCl4+4NaTi+4NaCl等2AgI2Ag+I2四、冶金大多数金属矿石里含有杂质，如石英、石灰石等。从金属矿石中提炼金属的一般步骤：①富集：除去杂质，提高有用成分的含量；②冶炼：把金属离子还原成金属单质；③精炼：把冶炼出来的金属提纯。金属冶炼的一般方法①热分解法②热还原法③电解法2HgO＝2Hg＋O2↑△2NaCl====2Na＋Cl2↑通电熔融【思考】金属的冶炼方法是由什么决定？WO3＋3H2===W＋3H2O高温金属活动性冶炼方法①热分解法4CuO===2Cu2O＋O2↑高温2Ag2O＝4Ag＋O2↑△电解法KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu热分解法热还原法②热还原法铁Fe2O3＋3CO===2Fe＋3CO2高温钨WO3＋3H2===W＋3H2O高温还原剂C、H2、CO金属(如Al)铬Cr2O3＋2Al===2Cr＋Al2O3高温锰3MnO2＋4Al===3Mn＋2Al2O3高温③电解法MgCl2===Mg＋Cl2↑电解熔融2Al2O3===4Al＋3O2↑电解熔融1.从金属利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近百年的事。这个先后顺序跟下列有关的是①地壳中的金属元素的含量②金属活动性顺序③金属的导电性④金属冶炼的难易程度⑤金属的延展性A.①③B.②⑤C.③⑤D.②④D巩固与练习2.用一定量的铁和足量的稀硫酸及足量的CuO制取单质铜，有人设计了一下两种方案：若要制取相同质量的铜，并按照实验原则进行操作，则两者消耗的单质铁的量为A.一样多B.①多C.②多D.无法判断B3.上图是金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发、利用的大致年限。⑴选择编号填空：铝的利用比铜和铁晚得多，原因是______；目前铝在多个领域替代易生锈的钢铁，其主要原因是______。①铝的硬度小②铝很活泼③地壳中铝的含量高④铝表面易生成致密保护膜②④4．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气法（H2或CO）；③活泼金属置换法；④电解法。古代有：Ⅰ火烧孔雀石炼铜；Ⅱ湿法冶金术炼铜；现代有：Ⅲ铝热法炼铬；Ⅳ从光卤石（KCl·MgCl2·6H2O）中炼镁。下列对它们的冶炼方法的分析中，不正确的是A．Ⅰ用①B．Ⅱ用②C．Ⅲ用③D．Ⅳ用④B5．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：。Fe3O4Fe2O3+3CO2Fe+3CO2C+O2CO2CO2+C2COCaCO3CaO+CO2↑CaO+SiO2CaSiO36.根据下图所示实验室用一氧化碳还原氧化铁的实验装置，回答以下问题：①反应过程中发生的现象是；②塑料袋的作用是。石灰水Fe2O3CO我国西汉时的炼丹家刘安所著《淮南万毕术》中记载“曾青得铁，则化为铜。”意思是说铜盐遇到铁时，就有铜生成。实质就是我们现在所说的：铁和可溶性铜盐发生的置换反应。这一发现要比西方国家早1700多年。在宋朝时采用这一方法炼铜已有相当规模，每年炼铜500吨。这种炼铜方法在我国最早，是湿法冶金的先驱。湿法炼铜炉喉炉身炉腹炉腰炉缸高炉煤气铁矿石焦炭熔剂进风口热空气出铁口出渣口炉渣生铁高炉煤气进风口