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1、第第5章章 金属冶炼与利用金属冶炼与利用第二节第二节 金属矿物金属矿物 铁的冶炼铁的冶炼化合态金属在自然界中以矿物的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。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）存在大多数金属以化合物（化合态）存在大多数金属以化合物（化合态）存在大多数金属以化合物（化合态）存在思考：为什么金、银等少数金属以单质的形式思考：为什么金、银等少数金属以单质的形式思考：为什么金、银等少数金属以单质的形式思考：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？存在？而大多数金属以化合物的形式存在呢？存在？而大多数金属以
2、化合物的形式存在呢？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地壳中含量在前四位的金属元素分别是什么？金属元素分别是什么？2 2、常见矿石、常见矿石赤铁矿赤铁矿FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3黄铁矿黄铁矿FeSFeSFeSFeS2 2 2 2褐铁矿褐铁矿FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3XHXHXHXH2 2 2 2O O O O磁铁矿磁铁矿FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4菱铁矿菱铁矿FeCOFeCOFeCOFeCO3 3 3 3铝土矿铝土矿AlAlAlAl2 2 2 2O O O O3 3 3 3孔
3、雀石孔雀石CuCuCuCu2 2 2 2(OH)(OH)(OH)(OH)2 2 2 2COCOCOCO3 3 3 3赤铜矿赤铜矿CuCuCuCu2 2 2 2O O O O黄铜矿黄铜矿CuFeSCuFeSCuFeSCuFeS2 2 2 2 铁元素在自然界中分布很广，在地壳中含量位居金铁元素在自然界中分布很广，在地壳中含量位居金 属元素的属元素的第二位第二位，仅次于铝，约占地壳总质量的，仅次于铝，约占地壳总质量的4.75%4.75%。 我国大型铁矿有：辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花我国大型铁矿有：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，叫做使金属矿物变成金属的过程，叫做金属的冶
4、炼金属的冶炼。 选择冶炼原料选择冶炼原料时，通常考虑矿石的价格、时，通常考虑矿石的价格、金属的含量、安全无污染等。金属的含量、安全无污染等。 炼铁选用的铁矿石通常不仅要求含铁量高，而且要炼铁选用的铁矿石通常不仅要求含铁量高，而且要“有害元素有害元素”少，下列铁矿石你认为不适宜炼铁的是：少，下列铁矿石你认为不适宜炼铁的是： （ ） A.A.磁铁矿（磁铁矿（FeFe3 3O O4 4）72.4%72.4% B. B.赤铁矿（赤铁矿（FeFe2 2O O3 3）70%70% C. C.菱铁矿（菱铁矿（FeCOFeCO3 3）48.3%48.3% D. D.黄铁矿（黄铁矿（FeSFeS2 2）46.7
5、%46.7%D D思考题思考题 原因：含铁量低且冶炼过程中会产生有毒的二氧原因：含铁量低且冶炼过程中会产生有毒的二氧化硫气体化硫气体。 铁矿石是怎样炼成铁的呢？让我们通过实验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。来研究铁冶炼的化学原理。 进行课本进行课本124124页的实验，实验过程中注意安全页的实验，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。（一氧化碳有毒），注意观察实验现象并记录。1 1、实验室模拟炼铁、实验室模拟炼铁药品：药品：FeFe2 2O O3 3（红棕色粉末）红棕色粉末）、COCO原理：原理：3CO3CO3CO3COFeFeFeFe2 2
6、 2 2O O O O3 3 3 3 2Fe 2Fe 2Fe 2Fe3CO3CO3CO3CO2 2 2 2高温高温装置图：装置图：硬质玻璃管硬质玻璃管酒精喷灯酒精喷灯检验二氧化碳检验二氧化碳二、铁的冶炼二、铁的冶炼现象：现象：红棕色红棕色粉末变成粉末变成黑色黑色(在在高温高温条件下，用还原剂条件下，用还原剂CO从从 铁的氧化物铁的氧化物中中将铁还原将铁还原出来出来)实验步骤实验步骤: :1.1.连接好装置，检连接好装置，检查查装置的装置的2.2.装装入药品，入药品，3.3.通通COCO气气体一会儿体一会儿, ,再用酒精灯对着氧化铁再用酒精灯对着氧化铁加热加热。 观察氧化铁的颜色变化和石灰水的变
7、化观察氧化铁的颜色变化和石灰水的变化4.4.反应结束，先反应结束，先撤撤氧化铁处酒精氧化铁处酒精灯灯，冷却后停冷却后停止通止通COCO气体气体 待冷却后取出产物，用磁铁吸引，看能否被待冷却后取出产物，用磁铁吸引，看能否被吸起，判断反应中生成了什么物质。吸起，判断反应中生成了什么物质。气密性气密性观察实验并思考下列问题观察实验并思考下列问题: :1、为什么通一段时间、为什么通一段时间CO后，再加热后，再加热Fe2O3？5、澄清石灰水的作用是什么？、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？、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、实验结束前，为什么
8、还要通CO直至试直至试管完全冷却？管完全冷却？4、你如何验证得到的是铁粉？、你如何验证得到的是铁粉？观察实验并思考下列问题观察实验并思考下列问题: :1、为什么通一段时间、为什么通一段时间CO后，再加热后，再加热Fe2O3？3、将尖嘴导管排出的气体点燃目的是什么？、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、实验结束前，为什么还要通CO直至试管直至试管完全冷却？完全冷却？ 目的是排尽试管内的空气，防止目的是排尽试管内的空气，防止CO与与空气混合气体加热时发生爆炸空气混合气体加热时发生爆炸目的是将尾气中有毒气体目的是将尾气中有毒气体CO点燃，转化为点燃，转化为CO2。目的是
9、目的是防止水倒吸；防止水倒吸；防止炽热的防止炽热的铁被空气中的氧气氧化。铁被空气中的氧气氧化。尾气的处理：尾气的处理： 方法一：方法一： ；方法二：；方法二： ， 方法三：方法三： ， 目的：目的： 。点燃点燃用气球收集用气球收集防止污染空气防止污染空气再利用再利用观察实验并思考下列问题观察实验并思考下列问题: :5、澄清石灰水的作用是什么？、澄清石灰水的作用是什么？4、你如何验证得到的是铁粉？、你如何验证得到的是铁粉？检验产生的气体是检验产生的气体是CO2。（1 1）用磁铁吸。若黑色粉末能被吸引，）用磁铁吸。若黑色粉末能被吸引，则证明是铁。则证明是铁。（2 2）取少量黑色粉末加入稀盐酸。若有
10、气泡）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。产生，溶液变成浅绿色，则证明是铁。 （3 3）取少量黑色粉末加入硫酸铜溶液。若）取少量黑色粉末加入硫酸铜溶液。若有红色物质析出，则证明是铁。有红色物质析出，则证明是铁。 A A处处：硬质玻管中硬质玻管中红棕色红棕色的固体逐渐变成的固体逐渐变成黑色黑色；B B处处：试管中试管中澄清石灰水变浑浊。澄清石灰水变浑浊。C C处处：尾气燃烧产生淡蓝色火焰：尾气燃烧产生淡蓝色火焰实验现象：实验现象：ABCAC先点燃先点燃A还是先点燃还是先点燃C，为什么？，为什么？COCO：早出晚归：早出晚归 酒精喷灯：迟到早退酒精喷灯：迟到早退尾气
11、处理的酒精灯：起早摸黑尾气处理的酒精灯：起早摸黑工业炼铁工业炼铁上述反应原理也用于工业炼铁上述反应原理也用于工业炼铁: :原料：原料：主要反应主要反应: :高炉高炉 铁矿石、焦炭、热空气、石灰石铁矿石、焦炭、热空气、石灰石工业炼铁的主要设备：工业炼铁的主要设备：提供热源、维持炉温提供热源、维持炉温；生成还原气生成还原气COCO。造渣除杂造渣除杂FeFe2 2O O3 3+3CO +3CO 2Fe+3CO2Fe+3CO2 2高温高温FeFe3 3O O4 4 + +CO CO Fe+Fe+COCO2 2高温高温4 43 34 41 1C+O2CO2点燃点燃CO2C2CO高温高温原料原料炼炼 铁铁
12、 高高 炉炉 的的 结结 构构高高炉炉炼炼铁铁. .s sw wf f 炼炼 铁铁 工工 业业 设设 备备 图图参观宝山炼铁厂参观宝山炼铁厂.mpg.mpg思考思考 由于由于不同的金属的化学活动性不同的金属的化学活动性不同，因此，常采用不同的不同，因此，常采用不同的冶炼方法。冶炼方法。热还原法、电解法、热分解法等。热还原法、电解法、热分解法等。利用利用还原剂还原剂在在高温高温下将下将金属金属从化合物中从化合物中还原出还原出来来。FeFe2 2O O3 3 + 3 + 3COCO = 2Fe + 3CO = 2Fe + 3CO2 2WOWO3 3 + 3 + 3H H2 2 = W + 3H =
13、 W + 3H2 2O O2CuO + C = 2Cu + CO2CuO + C = 2Cu + CO2 2 高温高温 高温高温 高温高温通常把通常把金属金属（如铁）（如铁）得氧得氧结合结合生成金属氧化物生成金属氧化物（如（如氧化铁）氧化铁）的过程称为的过程称为金属金属的氧化的氧化 金属氧化物金属氧化物跟焦碳、氢气、一氧化碳等物质反应，跟焦碳、氢气、一氧化碳等物质反应，失去氧失去氧转化为金属的过程称为金属氧化物的还原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金属的常用冶炼方法如如CO、H2和和C等等FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3+3CO = 2Fe+3C
14、O+3CO = 2Fe+3CO+3CO = 2Fe+3CO+3CO = 2Fe+3CO2 2 2 2高温高温FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3+3H+3H+3H+3H2 2 2 2 = 2Fe+3H = 2Fe+3H = 2Fe+3H = 2Fe+3H2 2 2 2O O O O高温高温2Fe2Fe2Fe2Fe2 2 2 2O O O O3 3 3 3+3C = 4Fe+3CO+3C = 4Fe+3CO+3C = 4Fe+3CO+3C = 4Fe+3CO2 2 2 2高温高温 （即物质跟氧结合的反应称为（即物质跟氧结合的反应称为氧化氧化。物质失去氧的。物质失去氧的过程称
15、为过程称为还原还原。同理：物质跟氧结合的反应叫氧化反。同理：物质跟氧结合的反应叫氧化反应，这种物质叫应，这种物质叫还原剂还原剂。物质失去氧的反应叫还原反。物质失去氧的反应叫还原反应，这种物质叫应，这种物质叫氧化剂氧化剂。）。） 通常把金属（如铁）跟氧结合生成金属氧化物（如通常把金属（如铁）跟氧结合生成金属氧化物（如氧化铁）的过程称为氧化铁）的过程称为金属的氧化金属的氧化。金属氧化物跟焦炭、。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，氢气、一氧化碳等物质反应，失去氧转化为金属的过程，称为称为金属氧化物的还原金属氧化物的还原。 如在反应如在反应3CO3COFeFe2 2O
16、 O3 3 2Fe2Fe3CO3CO2 2中，中，FeFe2 2O O3 3失去氧的失去氧的过程，称为过程，称为FeFe2 2O O3 3被还原。被还原。FeFe2 2O O3 3发生的反应就叫还原反应。发生的反应就叫还原反应。FeFe2 2O O3 3是氧化剂，是氧化剂，COCO跟氧结合被氧化，是还原剂。跟氧结合被氧化，是还原剂。高温高温高温高温2 2HgHgO = 2O = 2HgHg + O + O2 2 2 2AgAg2 2O = 4O = 4AgAg + O + O2 2常用于不活泼金属常用于不活泼金属（HgHg、AgAg等等）的冶炼。的冶炼。AuAu、PtPt可通过金沙淘洗获得。可
17、通过金沙淘洗获得。 在金属活动性顺序中，在金属活动性顺序中，K K、NaNa、CaCa、AlAl等等活泼金属活泼金属的的还原还原性很强性很强，都很，都很容易容易失去失去电子电子，因此不能用一般的方法和还原剂，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通电分解其熔融盐或氧化物的方法来的方法来冶炼冶炼。2Al2Al2 2O O3 3=4=4AlAl + 3O + 3O2 2 2NaCl=2 2NaCl=2NaNa + Cl + Cl2 2通电通电通电通电金属的常用冶炼方法金属的常用冶炼方法补充：湿法冶金（金属）补充：湿法冶金（金
18、属） 用活泼金属将一些不太活泼的金属从其盐溶液中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。原料，如有色金属和稀有金属。举例：举例：Fe+CuSOFe+CuSO4 4=FeSO=FeSO4 4+Cu+Cu关于铝、铁、铜三种金属：关于铝、铁、铜三种金属：地壳中含量由大到小：地壳中含量由大到小：出现的年代从早到晚：出现的年代从早到晚：金属活动性顺序：铝金属活动性顺序：铝 铁铁 铜铜铝、铁、铜铝、铁、铜铜、铁、铝铜、铁、铝有关杂质问题的计算有关杂质问题的计算有关杂质问题的计算有关杂质
19、问题的计算例例1、1000t含杂质含杂质20%的赤铁矿石中含氧化铁的的赤铁矿石中含氧化铁的质量是多少？质量是多少？氧化铁的质量：氧化铁的质量： 1000t （ 1- 20% ）=800t纯物质的质量纯物质的质量=不纯物质的质量不纯物质的质量物质的质量分数物质的质量分数例例例例2 2、计算多少吨生铁中含铁的质量分数为计算多少吨生铁中含铁的质量分数为计算多少吨生铁中含铁的质量分数为计算多少吨生铁中含铁的质量分数为96%96%， 含铁含铁含铁含铁560t560t？生铁的质量：生铁的质量：生铁的质量：生铁的质量： 560t96%=583.3t560t96%=583.3t不纯物质的质量不纯物质的质量=纯
20、物质的质量纯物质的质量 物质的质量分数物质的质量分数物质的质量分数物质的质量分数例例3：用用1000t含氧化铁含氧化铁80%的赤铁矿石，理的赤铁矿石，理 论上可以炼出含铁论上可以炼出含铁96%的生铁多少吨？的生铁多少吨？注意：注意：带入化学方程式计算的数据应是纯净物的质量带入化学方程式计算的数据应是纯净物的质量赤铁矿石赤铁矿石氧化铁氧化铁铁铁生铁生铁1000t80% 70%96%=583.3t生铁的质量：生铁的质量：练习：练习：要炼出含杂质要炼出含杂质2%的生铁的生铁3200吨，需要含氧吨，需要含氧 化铁质量分数为化铁质量分数为80%的赤铁矿石多少吨？的赤铁矿石多少吨？生铁生铁铁铁氧化铁氧化铁
21、赤铁矿石赤铁矿石3200t（1-20%）70%80%=4571.5t赤铁矿石赤铁矿石:随堂练习随堂练习 1 1、工业上以赤铁矿（、工业上以赤铁矿（FeFe2 2O O3 3）为原料冶炼铁。某钢铁厂）为原料冶炼铁。某钢铁厂冶炼冶炼896Kg896Kg铁，需要含铁，需要含FeFe2 2O O3 364%64%的赤铁矿多少的赤铁矿多少KgKg？（ 2000 Kg 2000 Kg 2000 Kg 2000 Kg ）2 2、2.8gCO2.8gCO在高温下跟在高温下跟5.8g5.8g某种铁的氧化物恰好完全反应，某种铁的氧化物恰好完全反应，这种氧化物是（这种氧化物是（ ） A A、FeO BFeO B、F
22、eFe2 2O O3 3 C C、FeFe3 3O O4 4 C C 3 3、写出四氧化三铁分别与焦炭、氢气、一氧化碳在、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。高温下反应的化学方程式。2C+Fe2C+Fe2C+Fe2C+Fe3 3 3 3O O O O4 4 4 4 = 3Fe+2CO= 3Fe+2CO= 3Fe+2CO= 3Fe+2CO2 2 2 2高温高温高温高温4H4H4H4H2 2 2 2+Fe+Fe+Fe+Fe3 3 3 3O O O O4 4 4 4 = 3Fe+4H= 3Fe+4H= 3Fe+4H= 3Fe+4H2 2 2 2O O O O高温高温高温
23、高温4CO+Fe4CO+Fe4CO+Fe4CO+Fe3 3 3 3O O O O4 4 4 4 = 3Fe+4CO= 3Fe+4CO= 3Fe+4CO= 3Fe+4CO2 2 2 2高温高温高温高温 4 4、如图是用一氧化碳、如图是用一氧化碳还原氧化铜的实验装置，还原氧化铜的实验装置，回答下列问题：回答下列问题：（1 1）有下列实验步骤：）有下列实验步骤： 加热；加热；通入一氧化碳。请用上述实验步骤的标号填通入一氧化碳。请用上述实验步骤的标号填空，实验开始时，应先空，实验开始时，应先_，然后，然后_。（2 2）实验进行一段时间后，）实验进行一段时间后，A A装置中出现的现象为装置中出现的现象为
24、_ _ _，说明有，说明有_ _ _生成，生成，B B装置中出现的现装置中出现的现象为象为_，说明有，说明有_生成。生成。粉末由黑变红粉末由黑变红CuCuCuCu石灰水变浑石灰水变浑COCOCOCO2 2 2 2（3 3）装置）装置A A中的反应化学方程式为中的反应化学方程式为_，装置装置B B中的反应化学方程式为中的反应化学方程式为_，装置装置C C中的目的是中的目的是_。（4 4）反应结束，应先）反应结束，应先_，待冷却后，待冷却后_。 CO+CuO = Cu+COCO+CuO = Cu+CO2 2 COCO2 2+Ca(OH)+Ca(OH)2 2=CaCO=CaCO3 3+H+H2 2O O除尾气，防污染除尾气，防污染停止加热停止加热停止通气停止通气 以生铁为原料，利用氧气或铁的氧化物将一部分以生铁为原料，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。碳等杂质变为气体或炉渣而除去的过程。 目的：目的： 降碳、调硅锰、除硫磷。降碳、调硅锰、除硫磷。 原理：原理：工业炼钢工业炼钢“百炼成钢百炼成钢”有何道理？有何道理？
