从自然界获取铁和铜
从自然界获取铁和铜1
高温
高温
鞍钢2000立方米高炉外景图
120吨转炉炼钢时的情景
高炉结构图
3CO+Fe2O3 =2Fe+3CO2
CO2+C=2CO C +O2=CO2
金属冶炼方法小结 1.电解法制活泼金属:
电解
电解
2NaCl==2Na+Cl2↑
MgCl2==Mg+Cl2↑
2Al2O3==4Al+3O2↑
电解
2.热还原法: (铝热法)
3CO+ Fe2O3====2Fe+3CO2 2Al+ Fe2O3====2Fe+Al2O3 Cr2O3+2Al====2Cr+Al2O3
高炉煤气： CO、CO2ห้องสมุดไป่ตู้N2
课堂练习： 目前我们已经学习了的金属冶炼方法有哪些？ 请总结！
古代湿法炼铜
铜盐溶液里的铜能被铁置换，古代劳动人 民从而发明了水法炼铜。它成为湿法冶金术 的先驱，在世界化学史上占有光辉的一页。 在汉代许多著作里有记载“石胆能化铁为 铜”，晋葛洪《抱朴子内篇· 黄白》中也有 “以曾青涂铁，铁赤色如铜”的记载。南北 朝时更进一步认识到不仅硫酸铜，其他可溶 性铜盐也能与铁发生置换反应。 水法炼铜的原理是： CuSO4 + Fe == Cu + FeSO4
从自然界获取铁和铜
高炉炼铁的主要反应过程 ①产生还原剂： C+O2=CO2 CO2+C=2CO （热空气，焦炭） ②还原铁矿石： Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2 （铁矿石） ③造渣（除脉石）： CaCO3===CO2+CaO CaO+SiO2=CaSiO3 （熔剂：石灰石）
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
从自然界获取铁和铜
新型冶炼技术： 新型冶炼技术：
（1）高温冶炼黄铜矿（ CuFeS2） ）高温冶炼黄铜矿（ （2）生物炼铜等 ）
提高纯度
电解精炼
高温冶炼黄铜矿（ 高温冶炼黄铜矿（ CuFeS2）
主要反应过程 1.黄铜矿在氧气作用下生成硫化亚铁和硫 化亚铜 2.硫化亚铁在氧气作用下生成氧化亚铁， 并与二氧化硅反应生成矿渣 3.硫化亚铜与氧气反应生成氧化亚铜 4.硫化亚铜与氧化亚铜反应生成铜
铜（ Cu） ）
少 游离态（少量） 游离态（少量） 主要化合态 黄铜矿（ 黄铜矿（CuFeS2） 孔雀石（ 孔雀石（CuCO3•Cu(OH)2）
H2 + CuO ∆ Cu + H2O ══ ∆ CO + CuO ══ Cu + CO2 ∆ C + 2 CuO ══ 2Cu + CO2 Fe + CuSO4 ══ Cu + FeSO4 （1）湿法炼铜 ） (2)火烧孔雀石 火烧孔雀石 （3）高温冶炼黄铜矿 ） （4）电解精炼 ） （5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 的铜， 的铜 得到纯度更高的铜
冶炼方法
金属
很 活 泼 金 属
存在形式 NaCl MgCl2 Al2O3
冶炼方法
Na Mg Al
较
泼 金 属 和 不 活 活 泼
Fe Cu
金属的冶炼
7.实验室制取少量铁粉可以采用还原法制取 7.实验室制取少量铁粉可以采用还原法制取 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： 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 。
Fe2O3 CO
321从自然界获取铁和铜
§3.2.1从自然界获取铁和铜 【学习目标】1.了解铁、铜在自然界的主要存在形式。
2.能够说出高炉炼铁的化学原理。
3.了解铜的冶炼方法和原理。
了解不同金属冶炼的常用方法。
4.【学习过程】一、铁、铜在自然界中的存在 存在形式 游离态(少量) 化合态(主要形式)铁的存在 天然铁(陨铁) 磁铁矿 赤铁矿 铜的存在天然铜(少量)黄铜矿孔雀石二、铁、铜的冶炼 1.铁的冶炼：(1)原理：高温下用还原剂将___________________________。
(2)设备：炼铁高炉，如下图所示。
(3)原料：___________________和石灰石。
(4)冶炼过程。
(5)铁合金。
2.铜的冶炼： (1)高温炼铜。
①原理：高温下使黄铜矿(主要成分是CuFeS2)分解得到单质铜，再通过电解精炼，得到高纯度的铜。
②生产流程 黄铜矿 粗铜 高纯铜。
(2)生物炼铜。
①原理：利用细菌把___________________转化为_______的铜 盐，再用较活泼的金属还原。
②生产流程：如CuS _____ Cu 。
③优点：反应条件简单、成本低、污染小。
(3)湿法炼铜。
①原理：用活泼的金属(如铁)置换出铜盐中的铜。
②主要反应：离子方程式 。
高温分解电解 精练 O 2细菌Fe二、单质的物理性质 名称 共同点不同点铁具有 光泽，密度较 ，熔沸点较 ， 易导 、导 。
纯净的单质铁为银白色，有良好的延展性，质地较软的固体，可被磁化。
铜铜具有与众不同的紫红色，质地较硬的固体。
三、单质的化学性质铁 铜 与非金属反应 与盐酸反应与盐溶液反应【小结】①铜在反应中一般转化为 价铜的化合物。
②铁跟氧化性较弱的氧化剂（如盐酸、硫酸铜溶液等）反应转化为 化合物。
③铁跟氧化性较强的氧化剂（如氯气、硝酸等）反应转化为 的化合物。
四、铁的氧化物五、铁的两种氢氧化物Fe 2O 3Fe 3O 4 颜色、 俗称 与盐酸 反应Fe （OH ）2Fe(OH)3颜色 与盐酸 反应 制备【当堂巩固】1.辨析下列说法的正误：()(1)地壳中有大量的游离态的铁。
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
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。
从自然界获取铁和铜
3.在含有Cu(NO3)2 、Mg(NO3)2 和AgNO3的溶 液中加入适量锌粉，首先置换出的是（ C ） A.Mg B. Cu C. Ag D. H2 4.除去下列物质中混有的少量杂质应用怎样化 学方法，写出有关反应的离子方程式。 （1）铜粉中混有铁粉: 加入过量盐酸 、 Fe＋2H＋＝Fe 2＋＋H2↑ 。 （2）铁粉中混有铝粉: 、 2Fe2＋＋Cl2＝2Fe3＋＋2Cl－ 。 通入Cl2 （3）FeCl2溶液中混有CuCl2 加入过量Fe 、 Cu2＋＋Fe＝Fe2＋＋Cu 。
2019/3/3 专题三 从矿物到基础材料 18
专题三 从矿物到基础材料 8
2019/3/3
4.铜的冶炼原理
生成铜的化学方程式
（ 1）
Fe CuSO4 FeSO 4 Cu
（ 2） （ 3） （ 4）
CuO H 2 Δ Cu H 2O CuOO2
古代炼铜
2019/3/3
2019/3/3 专题三 从矿物到基础材料 14
作业：
全练P47-48 6、10、16不做， 其余全做
2019/3/3
专题三 从矿物到基础材料
15
2019/3/3
专题三 从矿物到基础材料
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图为我国纪念1996年钢铁产量超亿吨而发行的邮票
2019/3/3 专题三 从矿物到基础材料 17
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。
从自然界获取铁和铜
第三单元 从矿物到基础材料第一课时 从自然界获取铁和铜基础巩固1．下列说法中，不正确的是( )A ．金属的冶炼，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来B ．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂C ．金属由化合态变为游离态，都是被还原D ．金属单质被发现和应用得越早，其活动性一般越弱2．下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是( )A ．MgCl 2(熔融)=====电解Mg ＋Cl 2↑B ．TiCl 4＋4Na =====700～800℃Ti ＋4NaCl C ．Al 2O 3＋3H 2=====△2Al ＋3H 2O D ．Fe 3O 4＋4CO=====高温3Fe ＋4CO 23．从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。
下图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于()A ．金属的导电性强弱B ．金属在地壳中的含量多少C ．金属的化合价高低D ．金属的活动性强弱4．工业上，常用Mg 还原法制取金属Ti ，反应原理如下：2Mg ＋TiCl 4=====高温2MgCl 2＋Ti 。
下列说法正确的是( )①该反应属于置换反应；②该反应属于氧化还原反应；③该反应表明Mg 比Ti 活泼；④Ti 被誉为“21世纪的金属”，在航天工业上有广泛用途。
A ．只有①②B ．只有③④C ．只有①②③D ．全部5．冶炼金属常用以下几种方法：①以C 、CO 或H 2作还原剂；②利用铝热反应原理还原；③电解法；④分解法。
下列金属各采用哪种方法还原最佳(用序号填写下列空白)。
(1)Fe 、Zn 、Cu 等中等活泼金属：_________________________________________。
(2)Na 、Mg 、Al 等活泼或较活泼金属：____________________________________。
(3)Hg 、Ag 等不活泼金属：_____________________________________________。
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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
你能按使用年代顺序将下列图片排序吗？
为什么铜器时代晚于石器时代出现呢？
学习任务一 ： 分析炼铜原理 认识炼铜工艺
历史背景：新石器时期，人类就发明了制陶术。窑温达1000多度
孔雀石[Cu(OH)2.CuCO3]
CuO
Cu
熔点1083.4℃
完成相应物质转化的方程式书写 问题1：在这一过程中孔雀石经历了怎样的物质转化？ Cu2(OH)2CO3 = 2CuO+H2O+CO2 问题 2 ：你还知道哪些冶炼铜的方法吗？ 热还原法 火法炼铜 C+2CuO = 2Cu+CO2 CO+CuO = Cu+CO2
设备： 炼铁高炉
Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2
造渣：
脉石： SiO2+CaO=CaSiO3
产品：生铁
矿物
存在形式
提炼原理
冶炼工艺
金属单质
火 星
1.其橘红色外表是因为地表被赤铁矿覆盖。 2.火星上无液态水，但有大量的冰。 3.大气组成：二氧化碳（95.3%）、氮气 （2.7%）、氩气（1.6%）、氧气（0.15%） 和水汽（0.03%）
煤（宋）
焦炭（现代）
人工鼓风（宋） 小竖炉（宋）
鼓风机（现代）
炼铁高炉（现代）
3 2、石灰石的作用是什么？ 、炉气的主要成分是什么？ ? 1 、工业炼铁的主要原理是什么
原料：
铁矿石 焦炭 空气 石灰石
高炉煤气: N2、CO、CO2等 原理：
点燃 C+O2 = CO2 高温 C+CO2 = 2CO 高温 高温 CaCO3=CaO+CO2↑ 高温
炼铁工艺发展史
块 炼 铁
春秋战国时期 块炼铁是铁矿石在较低温度(1000℃左右)的固体状态下用木炭还原 而得到的含有较多夹杂物的铁（熔点1538℃）。这种铁为海绵状固体， 杂质较多，含碳量低，质软，只能锻，不能铸。
该冶炼方式最大的缺陷在哪里？ 如何优化工艺呢？
炼铁工艺发（春秋战国） 自然进风（ 春秋战国） 地炉（春秋战国）
未来，如何在火星上获取铁单质呢？
矿物
明确存在形式
掌握提炼原理
优化冶炼工艺
金属单质 铁 铜
问题1：金属元素在自然界的存在形式主要是由什么决定的？
问题2：你已经学习过哪些制备金属单质的方法了？
化合态或以化合态为主 游离态
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au
电解法
1921 年 1880 年 3000多 年前
热还原法
4000多 年前
物理富集法
矿物
明确存在形式
掌握提炼原理
优化冶炼工艺
金属单质
时间：从古代走向现在
技术：从理论走向工业
文明：从落后走向先进
铜在自然界中的存在形式
铜在地壳中含量约为0.01%，少量以单质铜形式存在，主要以化合态 形式存在 游离态 化合态
黄铜矿（CuFeS2）
孔雀石[Cu2(OH)2CO3 ]