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1、第5章 金属冶炼与利用 第二节 金属矿物 铁的冶炼 永定县坎市中学 卢荣毅,表达式：,A,B,C,A,A,B,C,1、什么是置换反应？如何用字母表示其反应式？,2、CuO+H2 Cu+H2O反应类型是：,加热,置换反应,3、铁的化学性质是：（1）与氧气反应。（2）、与硫酸反应。 （3）、与硫酸铜反应,3、铁的化学性质是:,复 习,一、常见金属矿物,1、分布和存在,金属在自然界中主要以单质存在，还是以化合物存在？,极少数金属以单质（游离态）存在,自然界中以单质存在的银,自然界中以单质存在的金,化合态金属在自然界中以矿物的形式存在。含有矿物的岩石称为矿石。,大多数金属以化合物（化合态）存在,思考：
2、为什么金、银等少数金属以单质的形式存在？而大多数金属以化合物的形式存在呢？,地壳中含量在前四位的金属元素分别是什么？,2、常见矿石,赤铁矿,Fe2O3,黄铁矿,FeS2,褐铁矿,Fe2O3XH2O,磁铁矿,Fe3O4,菱铁矿,FeCO3,铝土矿,Al2O3,孔雀石,Cu2(OH)2CO3,赤铜矿,Cu2O,黄铜矿,CuFeS2,铁元素在自然界中分布很广，在地壳中含量位居金 属元素的第二位，仅次于铝，约占地壳总质量的4.75%。 我国大型铁矿有：辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花 使金属矿物变成金属的过程，叫做金属的冶炼。,选择冶炼原料时，通常考虑矿石的价格、金属的含量、安全无污染等。,我反思 我提
3、高,炼铁选用的铁矿石通常不仅要求含铁量高，而且要“有害元素”少，下列铁矿石你认为不适宜炼铁的是： （ ） A.磁铁矿（Fe3O4）72.4% B.赤铁矿（Fe2O3）70% C.菱铁矿（FeCO3）48.3% D.黄铁矿（FeS2）46.7%,D,原因：含铁量低且冶炼过程中会产生有毒的二氧化硫气体。,铁矿石是怎样炼成铁的呢？让我们通过实验来研究铁冶炼的化学原理。,进行课本124页的实验，实验过程中注意安全（一氧化碳有毒），注意观察实验现象并记录。,观察实验并思考下列问题:,1、为什么通一段时间CO后，再加热Fe2O3？,5、澄清石灰水的作用是什么？,3、将尖嘴导管排出的气体点燃目的是什么？,2
4、、实验结束前，为什么还要通CO直至试管完全冷却？,4、你如何验证得到的是铁粉？,实验步骤:,1.反应前先检查装置的 2.装入药品，连接好装置 3.先制CO气体，然后验纯，若已纯，通CO气体一会儿,再用酒精灯对着氧化铁加热。 观察氧化铁的颜色变化和石灰水的变化 4.反应结束，先撤氧化铁处酒精灯，稍稍冷却后停止通CO气体 待冷却后取出产物，用磁铁吸引，看能否被吸起，判断反应中生成了什么物质。,气密性,如何判断空气 是否排尽？,观察实验并思考下列问题:,1、为什么通一段时间CO后，再加热Fe2O3？,3、将尖嘴导管排出的气体点燃目的是什么？,2、实验结束前，为什么还要通CO直至试管完全冷却？,目的是
5、排尽试管内的空气，防止CO与空气混合气体加热 时发生爆炸,目的是将尾气中有毒气体CO点燃，转化为CO2。,目的是防止水倒吸；防止炽热的铁被空气中的氧气氧化。,CO：早出晚归 酒精喷灯：迟到早退,拓展延伸,尾气的处理： 方法一： ；方法二： ， 方法三： ， 目的： 。,点燃,用气球收集,防止污染空气,再利用,观察实验并思考下列问题:,5、澄清石灰水的作用是什么？,4、你如何验证得到的是铁粉？,检验产生的气体是CO2。,（1）用磁铁吸。 若黑色粉末能被吸引，则证明是铁。,（2）取少量黑色粉末加入稀盐酸。 若有气泡产生，溶液变成浅绿色，则证明是铁。,（3）取少量黑色粉末加入硫酸铜溶液。若有红色物质
6、 析出，则证明是铁。,1、实验室模拟炼铁,药品：Fe2O3（红棕色粉末）、CO,原理：3COFe2O3 2Fe3CO2,高温,装置图：,硬质玻璃管,酒精喷灯,检验二氧化碳,二、铁的冶炼,仪器装置,A,B,C,实验现象：,思考：,A,B,先点燃A还是先点燃B，为什么？,拓展延伸,在探究用赤铁矿(主要成分Fe2O3 )炼铁的主要反应原理时,老师设计的实验装置如图,实验中,小明发现一氧化碳白白烧掉太浪费了，对装置又进行了改进。猜一猜小明是怎样改进的？,A,B,C,小结：铁冶炼的化学原理,在高温条件下，用还原剂一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。,基本反应原理：,Fe2O3 +CO Fe+CO2,高温
7、,Fe2O3Fe,3,2,3,1,现象：,硬质玻管中粉末由红棕色变成黑色；,试管中澄清石灰水变浑浊；,尾气可燃，火焰呈蓝色。,工业炼铁,上述反应原理也用于工业炼铁:,原料：,主要反应:,高炉,铁矿石、焦炭、热空气、石灰石,工业炼铁的主要设备：,提供热源、维持炉温； 生成还原气CO。,造渣除杂,Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,高温,Fe3O4 +CO Fe+CO2,高温,4,3,4,1,原料,炼 铁 高 炉 的 结 构高炉炼铁.swf,炼 铁 工 业 设 备 图 参观宝山炼铁厂.mpg,思考,用高炉炼出的铁是纯铁吗,由于不同的金属的化学活动性不同，因此，常采用不同的冶炼方法。热还原法、电解
8、法、热分解法等。,利用还原剂在高温下将金属从化合物中还原出来。,Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 WO3 + 3H2 = W + 3H2O 2CuO + C = 2Cu + CO2,高温,高温,高温,热还原法,通常把金属（如铁）跟氧气结合生成金属氧化物（如氧化铁）的过程称为金属的氧化,金属氧化物跟焦碳、氢气、一氧化碳等物质反应，失去氧转化为金属的过程称为金属氧化物的还原,金属的常用冶炼方法,Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2,高温,Fe2O3+3H2 = 2Fe+3H2O,高温,2Fe2O3+3C = 4Fe+3CO2,高温,（即物质跟氧结合的反应称为氧化。物质失去氧的过
9、程称为还原。同理：物质跟氧结合的反应叫氧化反应，这种物质叫还原剂。物质失去氧的反应叫还原反应，这种物质叫氧化剂。）,通常把金属（如铁）跟氧结合生成金属氧化物（如氧化铁）的过程称为金属的氧化。金属氧化物跟焦炭、氢气、一氧化碳等物质反应，失去氧转化为金属的过程，称为金属氧化物的还原。,如在反应3COFe2O3 2Fe3CO2中，Fe2O3失去氧的过程，称为Fe2O3被还原。Fe2O3发生的反应就叫还原反应。Fe2O3是氧化剂，CO跟氧结合被氧化，是还原剂。,热分解法,2HgO = 2Hg + O2 2Ag2O = 4Ag + O2,常用于不活泼金属（Hg、Ag等）的冶炼。,Au、Pt可通过金沙淘洗
10、获得。,电解法,在金属活动性顺序中，K、Na、Ca、Al等活泼金属的还原性很强，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，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,通电,通电,金属的常用冶炼方法,补充：湿法冶金（金属） 用活泼金属将一些不太活泼的金属从其盐溶液中置换出来。适于处理金属含量较低和组分比较复杂的原料，如有色金属和稀有金属。 举例：,Fe+CuSO4=FeSO4+Cu,思考：,关于铝、铁、铜三种金属： 地壳中含量由大到小： 出现的年代从早到晚：,金属活动性顺序：铝 铁 铜,铝、铁、铜,铜
11、、铁、铝,？,有关杂质问题的计算,有关杂质问题的计算,例1、1000t含杂质20%的赤铁矿石中含氧化铁的质量是多少？,氧化铁的质量： 1000t （ 1- 20% ）=800t,纯物质的质量=不纯物质的质量物质的质量分数,例2、计算多少吨生铁中含铁的质量分数为96%， 含铁560t？,生铁的质量： 560t96%=583.3t,不纯物质的质量=纯物质的质量物质的质量分数,例3：用1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理 论上可以炼出含铁96%的生铁多少吨？,注意：带入化学方程式计算的数据应是纯净物的质量,赤铁矿石氧化铁铁生铁,1000t80% 70%96%=583.3t,生铁的质量：,练习：要炼
12、出含杂质2%的生铁3200吨，需要含氧 化铁质量分数为80%的赤铁矿石多少吨？,生铁铁氧化铁赤铁矿石,3200t（1-20%）70%80%=4571.5t,赤铁矿石:,1、工业上以赤铁矿（Fe2O3）为原料冶炼铁。某钢铁厂冶炼896Kg铁，需要含Fe2O364%的赤铁矿多少Kg？,（ 2000 Kg ）,2、2.8gCO在高温下跟5.8g某种铁的氧化物恰好完全反应，这种氧化物是（ ） A、FeO B、Fe2O3 C、Fe3O4,C,3、写出四氧化三铁分别与焦炭、氢气、一氧化碳在高温下反应的化学方程式。,2C+Fe3O4 = 3Fe+2CO2,高温,4H2+Fe3O4 = 3Fe+4H2O,高温
13、,4CO+Fe3O4 = 3Fe+4CO2,高温,4、如图是用一氧化碳 还原氧化铜的实验装置， 回答下列问题： （1）有下列实验步骤： 加热；通入一氧化碳。请用上述实验步骤的标号填空，实验开始时，应先_，然后_。 （2）实验进行一段时间后，A装置中出现的现象为_ _，说明有_ _生成，B装置中出现的现象为_，说明有_生成。,粉末由黑变红,Cu,石灰水变浑,CO2,（3）装置A中的反应化学方程式为_， 装置B中的反应化学方程式为_， 装置C中的目的是_。 （4）反应结束，应先_，待冷却后_。,CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O,除尾气，防污染,停止加热,停止通气,以生铁为原料，利用氧气或铁的氧化物将一部分碳等杂质变为气体或炉渣而除去的过程。,目的：,降碳、调硅锰、除硫磷。,原理：,工业炼钢,“百炼成钢”有何道理？,
