从自然界中提取铁和铜
2017-2018学年高中化学三维设计江苏专版必修一讲义：专题3 第二单元 第一课时 从自然界获取铁和铜
铁、铜的冶炼1．铁、铜的存在铁、铜在自然界中主要以化合态的形式存在。
(1)铁矿有磁铁矿(主要成分为Fe 3O 4)、赤铁矿(主要成分为Fe 2O 3)等。
(2)铜矿有黄铜矿(主要成分为CuFeS 2)、孔雀石[主要成分为CuCO 3·Cu(OH)2]等。
2．铁、铜的早期获取人们最早利用的单质铁和单质铜均直接来自于自然界。
所不同的是铁单质只存在于从天而降的陨铁中，所以古代人称铁为“天石”，而铜则来自于地球上自然存在的少量单质铜。
3．铁的冶炼 (1)设备：炼铁高炉。
(2)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。
(3)主要反应①还原剂的生成。
a.生成CO 2：C ＋O 2高温,CO 2， b 生成CO ：CO 2＋C 高温,2CO 。
②铁的生成：Fe 2O 3＋3CO 高温,2Fe ＋3CO 2。
③炉渣的形成：a.CaCO 3高温,CaO ＋CO 2， b ．CaO ＋SiO 2高温,CaSiO 3。
[特别提醒]使用炼铁高炉得到的是含碳2%～4.5%的生铁，生铁经过进一步冶炼，包括降碳，调硅锰，除硫、磷，得到含碳量0.03%～2%的钢。
4．炼铜(1)工业炼铜：工业上采用高温冶炼黄铜矿(主要成分为CuFeS 2)的方法得到铜。
黄铜矿――→还原剂高温冰铜―→粗铜(含Ag 、Au 、Fe 、Zn 等杂质)――→电解精炼精铜 (2)生物炼铜(矿堆浸铜法)①原理：CuS ――→细菌O2CuSO 4――→FeCu 。
②特点：成本低、污染小、反应条件简单等。
1．高炉炼铁的生产中，下列说法正确的是( ) A ．焦炭和一氧化碳都是还原剂 B ．采用富氧空气可以得到纯铁C．加石灰石的目的主要是为了得到CO2D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿2．回答下列关于高炉炼铁的问题：(1)炼铁的原料有______________________________________________________。
从自然界获取铁和铜
从自然界获取铁和铜一、铁1、铁元素在自然界中的存在状态①游离态：主要存在于__________________②化合态：主要矿物有___________、___________、_____________等。
2、铁的冶炼①设备______________。
②原料______________、______________、______________、______________。
③原理_______________________、________________________、____________________。
④炉渣的形成_________________________、_______________________________。
二、铜1、铜元素在自然界中的存在状态（1）游离态_____________（2）化合态：黄铜矿_______________孔雀石______________ 2、铜的冶炼：（1）高温冶炼黄铜矿（2）生物炼铜巩固练习1．我国是世界文明古国，有些化学工艺发明较早。
我国掌握冶铁技术的历史时期是（）A．春秋初年B．商代C．唐代D．战国晚期2.下列各种冶炼方法中，可制得相应金属的为（）A、加热氢氧化铝B、加热碳酸钙C、电解熔融氯化镁D、电解饱和食盐水3.高炉炼铁中石灰石的作用（）A.除S、P 等杂质 B、催化剂 C、除二氧化硅 D、脱氧4．下列情况中，能通过置换反应得到铁的是（）A、铜与氯化亚铁溶液常温下混合；B、一氧化碳通过灼热的三氧化二铁；C、氢气通入硫酸亚铁溶液；D、铝和四氧化三铁混合加热到高温；5．已知一些金属单质的发现与其金属活动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．②③⑤B．②③C．①②③D．①④⑤铁、铜及其化合物的应用一、铁及其化合物1、铁（1）物理性质纯铁是一种_________色金属，密度________，硬度_________，熔沸点________，有较好的_________、_________、__________，能被磁铁吸引。
从自然界中获取铁、铜
点燃
CO2 + C = 2CO CaO + SiO2 = CaSiO3
高温
高温
还原剂生成反应
造渣反应
生铁
铁碳合金， 含碳2 % ~4.5%
除碳
钢
铁碳合金， 含碳0.03 % ~2%
2、铜 黄铜矿 CuFeS2
方法一：高温冶炼黄铜矿
高温
2CuFeS2 + O2 = Cu2S + 2FeS + SO2↑
铁的物理性质 一、铁、铜的物理性质
铁 银白色金属光泽，铁 粉为黑色 可被磁铁吸引 具有良好的导热性、 导电性、延展性 铜 紫红色金属光泽 具有良好的导热性、 导电性、延展性
二、铁、铜单质的化学性质
铁 盐酸（稀硫酸） 醋酸 铜 盐酸、稀硫酸、醋酸 不反应
某些盐（硫酸铜）
细菌பைடு நூலகம்
Fe
Cu
四、不同金属冶炼方法的选择
Na+KCl=K↑+NaCl
电解氯化物
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au
电解法 Al2O3 热还原法 热分解 富集法
（C、CO、H2、
活泼金属）
铁、铜及其化合物的应用
铁的应用 回忆铁、铜的应用， 试说两者的物理性质
3CO+Fe2O3 =2Fe+3CO2
提供还原剂提 供热量 CO2+C=2CO C+O2=CO2 放热
生铁 （含碳2%-4.5%）
小结：1、设备 2、原料 3、原理
：炼铁高炉 ：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等 ：3CO + Fe2O3 ══ 2Fe + 3CO2
高中化学必修一 专题三 第二单元 铁铜的获取及应用
第二单元 铁、铜的获取及应用第一课时 从自然界中获取铁和铜一、铁和铜在自然界中的存在铁和铜在自然界主要以 化合态 的形式存在。
常见的铁矿 磁铁矿 (主要成分为Fe 3O 4)、 赤铁矿 (主要成分为Fe 2O 3)等；常见的铜矿有 黄铜矿 (主要成分为CuFeS 2)、 孔雀石 [主要成分为CuCO 3·Cu(OH)2]等。
此外铁在自然界中还以 游离态 的形式存在于陨铁中。
二、工业炼铁工业炼铁的原理是利用 氧化还原 反应，用 还原剂 将铁从铁矿石中还原出来。
1．原料铁矿石 、焦炭 、空气 、石灰石 等。
2．设备 炼铁高炉。
3．反应原理用还原剂将铁从其化合物中还原出来。
4．工艺流程从高炉下方鼓入空气与焦炭反应产生 二氧化碳 ，并放出大量的热量；二氧化碳 再与灼热的 焦炭 反应，生成 一氧化碳 ；一氧化碳 在高温下将氧化铁还原为铁。
有关反应的化学方程式：C ＋O 2 CO 2 ； CO 2＋C 2CO ； Fe 2O 3＋3CO 2Fe ＋3CO 2 。
5．除去铁矿石中含有的SiO2石灰石在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙与铁矿石中的二氧化硅等反应生成炉渣，有关反应的化学方程式：CaCO 3 CaO ＋CO 2↑ ；CaO ＋SiO 2 CaSiO 3 。
炉渣的密度比铁水小，故浮在铁水上面，分离可得铁水。
三、工业炼铜1．用黄铜矿炼铜工业上用高温分解黄铜矿的方法获得铜。
粗铜中铜的含量为 99.5%～99.7% 。
含有 Ag 、=====点燃 =====高温 =====高温 =====高温 工业炼铁中碳的作用是什么？ 作用主要有：①与氧气经过一系列反应提供还原剂； ②反应放热维持高温。
Au 、Fe 、Zn 等杂质。
2．粗铜的精炼电解精炼铜的原理是让 粗铜 作阳极，失电子变为Cu2＋，在阴极上用 纯铜 作阴极即可得 精铜 。
电解精炼得到的铜，其含量高达 99.95%～99.98% 。
从自然界获取铁和铜
矿物
明确存在形式
Fe2O3 Fe3O4 FeS2等化合态
掌握提炼原理
热还原法
优化冶炼工艺
高炉炼铁
铁 铜
学习任务二 ： 迁移运用，初探如何从自然界获取铁单质
问题1：你能预测铁在自然界中的存在形式吗？
问题2：如何将铁由化合态转化为游离态？
问题3：铁的冶炼工艺是怎样的？
学习任务一 ： 分析炼铜原理 认识炼铜工艺
3800年前 西汉时期
火法炼铜：火烧孔雀石，得CuO，还原得Cu。 湿法冶铜：Fe+CuSO4= FeSO4+Cu
硫杆菌
几百年前 现代工业
生物炼铜： 硫化铜
硫化矿
高温
硫酸铜 精铜
铜
粗铜
电解精炼
99.5~99.7%
99.95~99.98%
问题3：对于金属的冶炼有什么启发？（需要解决哪些问题）
天然铜
斑铜矿(Cu5FeS4) 蓝铜矿[Cu3(CO3)2(OH)2 ]
铁在自然界中的存在形式
较活泼
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au
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 化合态
游离态
陨 铁
交流与讨论
生成铁的化学方程式 （以氧化铁为原料） 高温 3C+2Fe2O3 == 4Fe+3CO2 高温 3H2+Fe2O3 == 2Fe+3H2O 高温 3CO+Fe2O3 == 2Fe+3CO2 高温 2Al+Fe2O3 == Al2O3+2Fe
第二单元 铁铜的获取及应用
从自然界获取铁和铜
从自然界获取铁和铜从自然界获取铁和铜第一课时从自然界获取铁和铜（1）了解自然界中铁、铜的存在形式，掌握高炉炼铁的化学原理，简单了解湿法炼铜的过程。
（2）通过介绍我国悠久的铜、铁冶炼史，对学生进行爱国主义教育，体会铁、铜的冶炼对人类文明的重要影响。
（3）通过介绍铁和铜的使用情况，使学生认识到化学与生活的紧密联系，培养学生的社会责任感。
二、学习重点与难点重点：工业炼铁的原料、原理、设备、工艺流程与产物除金等少量的金属在自然界存在单质外，大多数金属以化合物的形式存在于大自然。
铁和铜主要以矿物的形式广泛存在于地壳中。
铁矿主要有_______________________________________，铜矿主要有________________________________________。
铁元素在地壳中的含量为4.65%，我国有丰富的铁矿资源，但品位不高。
在矿物中，金属元素的化合价呈正化合价，所谓金属的冶炼就是把金属从它们的化合物中____________(填“氧化”或“还原”出来) 。
完成课本P.72“交流与讨论”。
1．从矿石中提炼金属的一般步骤：①选矿（矿石的富集、除杂质，提高有用成分含量）；②冶炼；③精炼提纯。
2．冶炼金属常用方法(1)加热法——加热金属的氧化物和硫化物，使其分解出金属，例如Ag 2O＋O 2，适用于冶炼稳定金属。
(2)还原剂法——用还原剂把金属从化合物种还原出来。
常见的还原剂有H 2、CO 、C 、Al 等。
例如：Fe 2O 3＋CO ——_________________________________________，WO 3＋H 2——___________________________________________，Cr 2O 3＋2Al ——__________________________________________。
(3)电解法——用电流使金属还原，适用于冶炼活动金属。
【课堂设计】14-15苏教化学必修1课件：3.2.1 从自然界中获取铁和铜
2．(1)为何不直接用焦炭还原铁的氧化物？ (2)在铁的冶炼过程中，焦炭的作用是什么？ 提示： (1)工业炼铁不用焦炭直接还原铁的氧化物的原因是焦炭 为固体，与铁矿石的接触面积很有限，很难充分发生反应，而 CO 是气体，与铁矿石的接触面积大，提高了反应速率。 (2)①为反应提供热量；②提供反应所需的还原剂(CO)。
下列各种冶炼方法中，可制得相应金属的是( A．加热Al2O3 B．加热CaCO3 C．电解熔融NaCl D．氯化钠与铝粉高温共热
)
解析：制铝不能通过加热，只能通过电解Al2O3；加热CaCO3 电解 只能生成CaO；电解熔融NaCl：2NaCl(熔融)== === 2Na＋Cl2↑；NaCl与铝粉高温共热不反应。 答案：C
3．热分解法 用于冶炼金属活动性顺序中位于氢后面的不活泼金属， △ 如2HgO== === 2Hg＋O2↑ △ 2Ag2O== === 4Ag＋O2↑
冶炼金属一般有下列方法：①焦炭法 氢气，或一氧化碳)法 ③活泼金属置换法
②水煤气(或
④电解法；四种
方法在工业上均有应用。 (1)请对下表中的金属冶炼方法进行分析，从上述四种方法中 选择相应的序号填入表中空格： 火烧孔雀 湿法 铝热法 从光卤石 石炼铜 炼铜 炼铬 中炼镁
(2)请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个(用化学方程 式表示)： ①_______________、 ②_________________、 ③_________________、 ④_________________。 解析：(1)火烧孔雀石炼铜是用C还原孔雀石分解得到的 CuO，故选①；湿法炼铜和铝热法炼铬都是利用活泼金属置 换较不活泼金属，故选③；光卤石炼镁的反应为MgCl2(熔 通电 融)== ===Mg＋Cl2↑故选④。
从自然界获取铁和铜
天然铜
铁是自然界里分布最广的金属
元素之一，在地壳中的含量仅
次于铝，游离态的铁只能从陨
陨铁
石中得到。
交流与讨论
+还原剂 化合态铁、铜
游离态铁、铜
常用的还原剂：CO、H2、焦炭、Al、Zn等。
根据已学过的知识，尽可能多的写出上述转化的化学 方程式，填在课本P72表3-3中。
交流与讨论
生成铁的化学方程式
生成铜的化学方程式
高温
3H2 + Fe2O3 == 2Fe + 3H2O
高温
3CO + Fe2O3 == 2Fe + 3CO2 高温
2Al+ Fe2O3 == 2Fe + Al2O3
Δ
H2 + CuO == Cu + H2O
Δ
CO + CuO == Cu + CO2
Δ
C + 2CuO ==2Cu + CO2↑
Zn + FeSO4 ==Fe + ZnSO4 Fe+ CuSO4 ==Cu + FeSO4
交流与讨论
阅读P72，了解炼铁原理，并完成“交 流与讨论”。
高炉结构图
进料口
铁水
1、一氧化碳是怎样形成的？
废气
点燃
C+
O2
===
高温
CO2
C + CO2 === 2CO
2、铁被还原的化学方程式？
高温
空 气
2.湿法炼铜：CuSO4+Fe=Cu+FeSO4
四、金属冶炼的常用方法
化合态 得电子，被还原 游离态
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3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
Fe+CuCl2 Cu+FeCl2
Zn ＋ FeSO 4 = Fe ＋ ZnSO 4 2Al+3CuO Al2O3+3Cu
古代炼铁
里边堆上柴火，上面放上铁矿石，炼出的铁水顺炉内通道 汇聚于炉底，再从一小口流出，便可以作为生铁使用了。
炼铁和炼铜
二.铁的冶炼
11、．原炼料：铁铁的矿原石料，焦有炭哪，些石灰？石，空气 22、.基设本反备应是原什理么：3？CO+ Fe2O3 高温 2Fe+3CO2 3．还原剂是什么？是如何生成的？
③造渣（除脉石）： CaCO3 高==温 CO2+CaO CaO+SiO2 高==温CaSiO3 （熔剂：石灰石）
5、炼铁产品：生铁（含碳2% ~ 4%） 高炉煤气（N2、CO、CO2）
拓展知识：
生铁与钢
铁合金
生铁
钢
含碳量
2%--4.5%（多） 0.03%--2%（少）
机械性能 质硬而脆,无韧性 坚硬、韧性大、塑性好
湿法冶金的先驱。
? ?
为什么地球上只存在少 量单质铜，而铁单质只 存在于陨石中?
?
分组讨论
应加入还原剂，使其从 化合物被还原成单质。
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+Fe2O3 Al2O3+2Fe
H2+CuO Cu+H2O
3H2+Fe2O3 2Fe+3H2O
CO+CuO Cu+CO2
金属冶炼 钠、镁、铝——电解法 铁、铜——高温还原法
金——物理方法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag
电解法
热还原法 热分解法
LOGO
巩固练习
1.铁和铜在自然界中主要以_化__合__物__的形式存 在.工业上铁的冶炼是在_炼__铁__高__炉__中进行的， 原料有_铁___矿___石、_焦__炭_、_空__气_、_石__灰__石__等。冶 炼的过程 将氧化铁还___原__为__单质铁的方程式 为:__F_e_2_O__3_+__3_C__O_____2_F__e_+_3__C__O_2__。
炼铁和炼铜
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
常见的铁矿石
黄铁矿(FeS2)
赤铁矿（Fe2O3）
陨铁（Fe）
磁铁矿(Fe3O4)
褐铁矿(Fe2O3·nH2O )
常见的铜矿石
黄铜矿（CuFeS2）
孔雀石(Cu2(OH)2CO3 )
天然铜
毛赤铜矿(Cu2O )
蓝铜矿(Cu3(CO3)2(OH)2 )
炼铁和炼铜
一.铁、铜在自然界中的存在：
主要以化合态形式存在于自然界。
炼铁和炼铜
三.铜的冶炼：
1、湿法冶铜：Fe+CuSO4= FeSO4+Cu
2、高温冶炼黄铜矿：（CuFeS2）
黄铜矿
粗铜 电解 精铜
（99.5%~99.7%） （99.95%~99.98%）
3、生物炼铜：P73
金属冶炼方法 钠、镁、铝——? 铁——？ 金——？
金属冶炼的方法与什么有关？为什么？
LOGO
利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂
4（．主发要生是C了O)几从个铁矿反石应中？还原出铁。 35、．设杂备质：炼如铁何高除炉 去？
炼铁和炼铜
4、炼铁的主要反应过程
①产生还原剂： C+O2== CO2 CO2+C== 2CO （空气，焦炭）
②还原铁矿石： Fe2O景象
狮子座流星划过天空
从天而降的陨石——天石
新疆铁陨石
陨石
陈列于新疆地质矿产博物馆重达30吨、 世界排行第三(按重量)的大陨铁。
第二单元 铁、铜的获取及应用 Direct Smelting Technology
从自然界获取铁和铜
© HIsmelt Corporation 2008
用途
钢的用途更广
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拓展知识：
不锈钢
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。
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炼铁和炼铜
下图为我国纪念1996年钢铁产量超亿吨而发行的邮票
2.在高温下可还原氧化铁的化合物是 ( D )
A.焦炭
B.氢气
C.二氧化碳
D.一氧化碳
3.将20克钢铁样品置于氧气中灼烧，得到0.4 克二氧化碳，求此样品中碳的质量分数，它 是钢还是铁？
解：设钢铁样品中碳的质量为x：
C + O 2 == CO 2
12
44
x
0.4g
X=0.11g，该样品中碳的质量分数为0.11/20=0.0055， 说明该样品含碳量在0.03%~2%之间，所以它是钢。