从自然界获取铁和铜.
从自然界获取铁和铜
你在日常生活中见 到过哪些含有铁和铜的 金属制品？
问题1：人类首先发现并应用的是铜，其后是 铁，为什么？
自然界中，铜主要以化合态存在，也存在少量 单质铜。
自然界中获得的最大的天然铜重420吨。 在古代，人们便发现了天然铜，用石斧将其砍下 来，用锤打的方法把它加工成物件。于是铜器挤 进了石器的行列，并且逐渐取代了石器，结束了 人类历史上的新石器时代。
生成铁的反应
生成铜的反应
工业上从铁矿石制单质铁采用 电解法可以吗?为什么?
铁矿石(含少量SiO2杂质)要不要 先提纯呢?
阅读课文72页了解工业上是如何 解决这一问题的。
炼 铁：
铁矿石（化合态）→铁单质（游离态）
（1）基本反应原理：
Fe2O3+3CO
2Fe +3CO2
利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂 （主要是CO)从铁矿石中还原出铁。 （2）原料：铁矿石，焦炭，石灰石，空气 （3）设备：高炉
▽Байду номын сангаас
（5）炼铁产品：
①生铁 ②高炉煤气： CO、CO2、N2 ③炉渣：主要是CaSiO3 问题2：高炉煤气能否直接排放？怎么处理？ 高炉煤气不可直接排放。必须净化处理 并加以综合利用。 问题3：高炉煤气能够废物利用变为燃料，炉渣能 否也可废物利用？ 问题4：炼铁中得到的铁是纯铁吗
先人的足迹
在土中挖一坑 洞，周围用石 块堆砌，称为 地炉。以木炭 为燃料，利用 自然风力进行 燃烧、加热和 还原铁矿石， 产品为类似块 状的海绵铁。
当堂练习
6．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。四种方法均有应用。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 B ） 的冶炼方法的分析中，不正确的是（ A．Ⅰ用① B．Ⅱ用② C．Ⅲ用③ D．Ⅳ用④
从自然界获取铁和铜
O Fe Cu I
N
S
导
1
航
过滤生活、走进化学
2
交流讨论、突出重点
3
师生配合、突破难点
4
联系社会、深化目标
导入
重点 难点
小结
生活中铁和铜的制品是如何制取的呢？
在自然界中铁和铜是以
导入
重点 难点 小 资 料
化合态
形式存在的
常见的铁矿：磁铁矿（Fe304）和赤铁矿（Fe2O3） 常见的铜矿：黄铜矿（CuFeS2） 孔雀石（CuCO3· Cu(OH)2）
空气入口
铁水
高温
小结
废渣
CaO + SiO2 = CaSiO3
高温
3CO + Fe2O3 = 2Fe + 3CO2
Homework
导入
重点 难点
必 做
完成课时训练 选 做
小结
查找资料找出铜的冶炼方法
小结
交流讨论
导入
重点 难点
生成铁的化学方程式
△ Fe203 + 3H2 = 2Fe + 3H2O △ Fe203 + 3CO = 2Fe + 3CO2 △ Fe304 + 4H2 = 3Fe + 4H2O △ Fe304 + 4CO = 3Fe + 4CO2
生成铜的化学方程式
△ CuO + H2 = Cu + H2O △ CuO + CO = Cu + CO2 Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4 △ CuO + C = Cu + CO
高温
从自然界获取铁和铜
高温
2Al＋Fe2O3
黄铜矿（CuFeS2） 孔雀石（CuCO3•Cu(OH)2） Δ H2 + CuO ══ Cu + H2O Δ CO + CuO ══ Cu + CO2 Δ C + 2 CuO ══ 2Cu + CO2↑ Fe + CuSO4 ══ Cu + FeSO4 高温冶炼黄铜矿 高温冶炼得到含铜99.5~99.7%
三、铜的冶炼
1、湿法炼铜： Fe+CuSO4=FeSO4+Cu 氧化剂: CuSO） 高温冶炼
氧化还原反应 还原剂: Fe
粗铜 电解 精炼 精铜
3 、生物炼铜（课本P73 资料卡）
（吃岩石的细菌） （Fe） 硫化铜（CuS） CuSO4 Cu
小结
铁（ Fe） 铜（ Cu）
A.焦炭 C.二氧化碳 B.氢气 D.一氧化碳
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（ B ）
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．②③⑤
C．①②③
B．②③
D．①④⑤
高温 高温 点燃
二、现代工业炼铁
4、造渣： CaCO3
高温
CaO＋CO2↑
高温
SiO2＋CaO
CaSiO3（炉渣的主要成分）
石灰石作熔剂除掉SiO2 5、废气成分：N2、CO、CO2等 6、产品： 生铁（含碳2% — 4.5%） 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 % ）
含量 存在 形式 主要 矿石
化合态转化 为游离态
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
从自然界中获取铁和铜
电解法
热还原法
热分解法
二、金属的冶炼方法
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
2Ag2O
== 2Hg + O2↑
== 4Ag + O2↑
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。 Fe2O3+3CO == 2Fe+3CO2 高温 Cr2O3+2 Al == 2Cr+Al2O3 WO3+ 3 H2 == W+3H2O
（吃岩石的细菌） （Fe） 硫化铜（CuS） CuSO4 Cu
金属的冶炼
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 集矿 石 的 富 方合 法适 的 冶 炼 如 何 精 炼
不同金属冶炼方法的选择
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag
炼铁高炉结构图
3CO+Fe2O3 =2Fe+3CO2
CO2+C=2CO C +O2=CO2
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
C+O2 === CO2 (燃烧提供大量的热) 3、原理： C+CO2 === 2CO（产生炼铁的还原剂CO ） Fe2O3+2CO === 2Fe+2CO2
钢有不同型号，应用 不同如钢丝网、铆钉、 锅炉等
三、铜的冶炼
1、湿法炼铜：（ “曾青得铁，则化为铜。”--《淮南万毕术》 ） Fe+CuSO4=FeSO4+Cu 氧化还原反应 氧化剂: CuSO4 2、火法炼铜:
3.2.1从自然界中获取铁和铜
三、工业炼铜
1.湿法冶铜：Fe+CuSO4= FeSO4+Cu
2.高温冶炼黄铜矿：
黄铜矿
粗铜 电解 精铜
（99.5%~99.7%） （99.95%~99.98%）
3.生物炼铜：
硫化铜矿 细菌 空气
硫酸铜
Fe
Cu
铁铜的物理性质与用途
金属
应用
铁 建材;炊具;铸件;制铁 合金;制磁铁等。
铜 广泛用于电气工业；制 铜合金；各种仪表的零 件
为了防锈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，是能抵抗酸、碱、盐等腐蚀作用 的合金钢的总称。
生铁与钢
铁合金
生铁
钢
含碳量
其它杂 质 机械性 能 机械加 工
2%--4.5%
0.03%--2%
古人炼铁的情景
现代高炉出铁的情景
高炉结构图
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
点燃
===
CO2
(燃烧提供大量的热)
高温
C+CO2 ===
2CO（产生炼铁的还原剂CO
）
Fe2O3+3CO
高温
===
2Fe+3CO2（铁矿石提供铁元素)
二、现代工业炼铁
Si、Mn、S、P(多) Si、Mn、S、P(少)
质硬而脆,无韧性 坚硬、韧性大、塑性好
可铸不可锻
可铸、可锻、可压延
铁在人体中的作用
• 铁是维持生物的主要物质，是制造血红素和肌血球素的 主要物质，是促进维生素(维生素食品) B 族代谢的必要 物质。
从自然界获取铁和铜
资料卡
不锈钢 为了防锈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，是能抵抗酸、
碱、盐等腐蚀作用的合金钢的总称。
三、铜的冶炼
1、湿法炼铜：（ “曾青得铁，则化为铜。”--《淮南万毕术》 ） Fe+CuSO4=FeSO4+Cu 氧化还原反应 氧化剂: CuSO4 2、火法炼铜:
冶炼 方法 高炉炼铁
高温
主要 流程
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
金属的冶炼
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 集矿 石 的 富 方合 法适 的 冶 炼 如 何 精 炼
不同金属冶炼方法的选择
游离态（少量），主要化合态 黄铜矿（CuFeS2） 孔雀石（CuCO3•Cu(OH)2）
Δ H2 + CuO ══ Cu + H2O Δ CO + CuO ══ Cu + CO2 Δ C + 2 CuO ══ 2Cu + CO2↑ Fe + CuSO4 ══ Cu + FeSO4 高温冶炼黄铜矿
Al2O3＋2Fe 2Al＋Fe2O3 Zn + FeSO4 ══ Fe + ZnSO4
专题3 第二单元 第一课时
《从自然界获取铁和铜》 胡晓龙
流星
流星雨
陨石
一、自然界中铁和铜的存在形式
铁和铜在自然界主要以化合态形式存在
游离态 化合态
陨铁
磁铁矿(Fe3O4)
从自然界获取铁和铜
高炉结构图
3CO+Fe2O3 =2Fe+3CO2 CO2+C=2CO
C+O2=CO2
（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： Fe2O3+3CO ＝ 2Fe+3CO2 （铁矿石） ③造渣（除脉石）： CaCO3 ＝CO2+CaO （熔剂：石灰石） CaO+SiO2 ＝ CaSiO3
当堂练习
6．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。四种方法均有应用。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（ B ） A．Ⅰ用① B．Ⅱ用② C．Ⅲ用③ D．Ⅳ用④
高温 高温 高温
问题1：原料中焦炭和石灰石的作用是什么？
焦炭的作用是作燃料提供大量的热和形成炼铁的还原剂。石灰石的作 用是做熔剂。石灰石在高温下分解的氧化钙能与二氧化硅结合，生成 熔点比较低的硅酸钙。硅酸钙的密度较铁小，在高炉的下部成为炉渣， 漂浮在铁水的上面而与铁水分开。
▽
点燃
（5）炼铁产品：
①生铁 ②高炉煤气： CO、CO2、N2 ③炉渣：主要是CaSiO3
2%~4.3%
硅锰(较多) 硫磷(较多)
0.03%~2% 硅锰(适量) 硫磷(较少)
可铸不可锻
硬而脆
可铸,可锻,可压延
硬而韧,有弹性
二、铜冶炼和精制
1、高温炼铜
（火法） 热还原法
2 、湿法炼铜： 金属性强于铜的金属把铜从 溶液中置换出来 。如Zn，Fe 3、生物炼铜：含硫的铜矿（CuS）→硫酸铜→炼铜
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江苏省阜宁中学高一化学教学案（25）
专题三从矿物到基础材料
第二单元鉄、铜的获取及应用
从自然界获取铁、铜
编写：陶春审核：戴书锦
班级学号姓名
【学习目标】1、了解自然界铁、铜的存在形式及常见的冶炼方法。
2、掌握高炉炼铁、湿法炼铜的化学原理。
【课前预习】
1．铁、铜的存在：
铁、铜在自然界中主要以的形式存在。
常见的有磁铁矿、赤铁矿，常见的铜铁矿有黄铜矿（CuFeS2）、孔雀石等。
2．铁的冶炼：
工业上铁的冶炼是在中进行的。
原料有、、
和等。
在冶炼过程中，铁元素被还原，还原剂是，产生还原剂的化学方程式、。
由于矿石中有杂质需除去，所加造渣剂为，反应方程式为。
用这种方法炼出的铁是含碳2%～4.5%的，将生铁进一步冶炼，就可以得到用途广泛的钢。
3．铜的冶炼：
工业上用得到铜。
次冶炼得到的铜，其含量达到99.5%～99.7%。
通过法精炼铜，同等含量可以达到99.95%～99.98%。
一﹒铁的冶炼
1、冶炼方法：热还原法（在高温下，用还原剂将铁从铁矿石中还原出来）
2、主要用到的原料有：铁矿石、焦碳、空气、石灰石等
3、反应设备：炼铁高炉
4、还原剂（CO）的生成： C+O2CO2（供热） CO2＋C 2CO
5、反应原理： Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 得到生铁
生铁的含碳量在2%～4.5%，一般应用在生产需要进一步降低含碳量，提高它的韧性，使得含碳量在2%以下，
除脉石，炉渣的生成：CaCO3 CaO+CO2↑ SiO2+CaO CaSiO3（液态）
冶炼铁时加生石灰的作用是作助熔剂，用来除去脉石中SiO2，SiO2熔点很高，在冶炼铁条件下，不能熔化，但石灰石在高温下分解出的CaO，能跟脉石中SiO2起反应而生成熔
点较低的CaSiO3，且密度比铁水的小，所以浮在铁水的上面，从而分离得到铁水。
二、铜的冶炼
工业上主要用高温冶炼黄铜矿的方法获取铜。
但是含有较多的其它金属单质，所获得的粗铜还要经过电解精炼
①电解法：可直接电解氯化铜溶液获得，电解炼铜的铜可达99.95%～99.98%
CuCl2Cu+Cl2↑
②湿法炼铜：活泼的金属从铜的化合物中置换出铜
CuSO 4+Fe Cu +FeSO4
③生物炼铜：利用细菌将矿石分化得到铜
④粗铜的精炼：（简单介绍如图）
拓展知识面：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。
铁合金生铁钢
含碳量2%--4.5% 0.03%--2%
其它杂质Si、Mn、S、P(多) Si、Mn、S、P(少)
机械性能质硬而脆,无韧性坚硬、韧性大、塑性好
机械加工可铸不可锻可铸、可锻、可压延
【课堂练习】
1．炼铁是利用反应，在高温下用剂把铁从中出来；炼钢是利用反应，在高温下用将除去．
2．一般地说，含碳量在的铁的合金叫做生铁；含碳量在的铁的合金叫做钢．3．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(Fe2O3)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，石灰石能除去铁矿中的二氧化硅。
请填空：
(1)写出赤铁矿被还原成铁的化学方程式：
(2)写出焦炭在高炉中所参与反应的两个化学方程式：
(3)写出CaCO3参与反应的化学方程式:
4．怎样用化学方法除去下列物质中混有的少量杂质，写出有关反应的离子方程式。
（1）铜粉中混有铁粉
（2）铁粉中混有铝粉
（3）FeCl2溶液中混有FeCl3
（4）FeCl2溶液中混有CuCl2
（5）FeCl3溶液中混有FeCl2
【课后练习】
1．用生铁冶炼钢的主要目的是（）A．用还原剂把氧化亚铁还原成铁
B．适当降低生铁里含碳量，调整钢合金元素含量，除去大部分硫磷等有害杂质．C．加入各种合金元素，改善生铁的性能
D．把生铁提纯，除去生铁中的各种杂质
2．下列物质中不能直接作为炼铁矿石的是（）A．磁铁矿 B．赤铁矿 C．黄铁矿 D．菱铁矿
3．用足量的CO还原32.0g某种氧化物，将生成的气体通入足量的澄清石灰水，得到60g 沉淀，则该氧化屋是（）A．FeO B．Fe2O3 C．CuO D．Cu2O
4．高炉炼铁时，加入石灰石的作用是（）A．作还原剂 B．作熔剂 C．去SiO2 D．降低铁的熔点
5．下列可被工业上采用的冶金方法是（）A．电解熔融的三氯化铝制铝
B．焦碳还原磁铁矿
C．利用生物将CuS转化成CuSO4，再还原炼铜
D．电解熔融的三氧化二铝炼铝
6．下列矿石的主要成分与化学式不符的是（）A．赤铁矿（Fe2O3） B．磁铁矿（Fe3O4）
C．黄铜矿（主要成分为CuZnS2） D．孔雀石﹝Cu(OH)2·CuCO3﹞
7．均能使Fe2O3还原成Fe的一组物质是（）A．CO、H2、C B．CO、O2、He
C．CO2、 H2O、O2 D．CO2、He、C
8．一种无色气体A与红热的炭反应，得到另一种无色气体B；B在高温下与氧化铁反应，又得到A。
则A、B分别为（） A．CO2、O2 B．CO、O2 C．CO2、CO D．CO 、CO2
9．把a g铁铝合金粉末溶于足量盐酸中，加入过量NaOH溶液。
过滤出沉淀，经洗涤、干燥、灼烧，得到红棕色粉末的质量仍为a g，则原合金中铁的质量分数为（）
A. 52.4%
B. 70%
C.47.6%
D.30%
【错题整理】
【问题反思】。