07专题3 从矿物到基础材料 第二单元 铁、铜的获取及应用

第一节从自然界获取铁和铜专题3从矿物到基础材料第二单元铁、铜的获取及应用炼铁车间铜的电解精炼车间最早被人类“降服”的金属——铁、铜一般活泼性较差的金属首先被人类发现和利用。在人类历史上，首先发现并应用的有铜，其后是铁。而铝在19世纪才被发现并广泛使用。金和银的发现比铜、铁更早。春秋时期的铁器秦代的青铜剑你能写出工业上制备钠、镁、铝、铜的化学方程式吗？古代的铜钱自然界存在单质的铁和铜吗？为什么铜的发现比铁要早呢？铁在地球上只能以化合态存在，只有陨石中含有游离态的铁(陨铁)。自然界以单质形式存在的铜矿陨铁中含有天然的铁这是因为自然界存在单质的铜，而不存在单质的铁。一起来认识各种瑰丽的铁、铜矿石常见的铁矿石有：①磁铁矿(Fe3O4)：黑色，略有磁性。②赤铁矿(Fe2O3)：红褐色。③黄铁矿(FeS2)：黄棕色。它们都可以用来炼铁。磁铁矿黄铁矿赤铁矿你能标明以上铁矿石中各元素的化合价吗？续常见的铜矿石有：①黄铜矿(CuFeS2)：黄色。②孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]：绿色。它们都可以用来炼铜。①请标明以上铜矿石中各元素的化合价。②请将孔雀石的化学式改写为常规式子，想一想，孔雀石和生活中哪种物质的成分相同？黄铜矿孔雀石钢铁是怎样炼成的？——铁的冶炼1、原料：铁矿石(Fe2O3)、焦炭(C)、空气、石灰石(CaCO3)等。2、反应器：炼铁高炉(简称高炉)。3、反应原理：用还原剂(CO)将Fe从其化合物中还原出来。4、工艺流程：①制备还原剂CO：②CO还原铁矿石：③除去杂质SiO2：C＋O2CO2CO2＋C2COFe2O3+3CO2Fe+3CO2CaCO3CaO+CO2↑CaO+SiO2CaSiO3炼铁车间图示生活中无处不在的铁合金纯铁是银白色金属，质软，不合适加工成器具，一般用途广泛的是铁的合金，即生铁、钢、不锈钢等。生铁钢不锈钢含碳量2%~4.3%0.03%~2%0.03%~1.2%其他元素Si、Mn、SSi、MnCr、Ni、Ti纯铁银白色、质软生铁钢你能判断下列物品是哪种铁合金吗？铜是怎么来的？——铜的冶炼1、工业炼铜：高温冶炼黄铜矿(CuFeS2)，获得粗铜，进而电解精炼可获得精铜(铜含量可达99.95%~99.98%)。2、湿法炼铜：置换反应3、生物炼铜：利用细菌将矿石分化得到铜。铜的电解精炼车间Fe+CuSO4====Cu+FeSO4各种绚丽的铜合金铜合金有青铜、黄铜等。青铜黄铜其他元素Sn、PbZn商代青铜器精制黄铜水壶无处不在的铜导线作业本作业1、写出磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿、黄铜矿、孔雀石的化学式，并标明铁、铜、硫元素化合价。2．某炼钢厂用赤铁矿(Fe2O3)炼铁，现有2吨质量分数为90%的赤铁矿，问最多能制得多少吨的铁？(已知反应的转化率为80%)炼铁高炉工作原理返回炼铁高炉C＋O2CO2CO2＋C2COFe2O3+3CO2Fe+3CO2CaCO3CaO+CO2↑铁矿石打成粉末，至上而下投放焦炭打成粉末，向上吹出，焦炭需过量矿渣(CaSiO3)密度比铁水小，故浮在铁水上，需分离除去CaO+SiO2CaSiO3第二节铁、铜及其化合物的应用专题3从矿物到基础材料第二单元铁、铜的获取及应用还原铁粉形形色色的铜电缆当夜幕降临的时候我们发现我们不再像祖先一样生处一个危机四伏的黑暗世界而是享受着人类进步带来的光芒我们正处在一个——钢铁的世界回顾与复习——地壳中元素的含量阅读右表《地壳中元素的含量》，按含量大小元为各元素排序。氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氡……回忆并背诵《金属活动顺序表》。K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb（H）Cu、Hg、Ag、Pt、Au再识金属——铁二、铁原子性质概况：铁具有较强的还原性，但还原性比钠、镁、铝弱。一、铁的物理性质：铁是一种有金属光泽的银白色金属，质软，有良好导电、导热性、延展性。密度7.86g·cm—3，熔点1535℃，粉末为黑色。FeFe2+失去2个电子FeFe3+失去3个电子金属铁备注：铁属于重金属、黑色金属、常见金属。铁能被磁铁吸引。三、铁的化学性质：1、与非金属反应：续3Fe+2O2Fe3O4(火星四射，生成黑色固体)【备注】①常温下，铁在干燥的空气中很难跟氧气反应。纯铁抗腐蚀性强，但有杂质的铁在潮湿的空气中能跟氧气反应生成铁锈(Fe2O3)。【备注】铁遇弱氧化性物质氧化为+2价，遇强氧化性物质氧化为+3价。2Fe+3Cl22FeCl3(棕黄色的烟)Fe+SFeS(不溶性黑色固体)纯氧气铁与氧气反应2、与水反应：续3、与酸反应：与盐酸、稀硫酸反应。Fe+CuSO4===FeSO4+Cu(湿法炼铜)【备注】常温下，铁(或铝)与浓硫酸、浓硝酸发生钝化。Fe+2H+===Fe2++H2↑4、与盐溶液反应：Fe+2FeCl3===3FeCl2(黄色溶液褪色)3Fe(红热)+4H2O(g)Fe3O4+4H2世界的中坚力量——钢铁2、纯铁可作为催化剂。1、制造铸铁和多种特殊性能的铁合金(如不锈钢)，用于制造各种机械。认识铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4铁的价+2价+3价的+2价，的+3价俗名——铁红磁性氧化铁颜色状态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体水溶性不溶不溶不溶稳定性不稳定，加热迅速被氧化稳定稳定与酸反应略略略用途——炼铁、铝热剂、油料、涂料炼铁3132认识铁的氢氧化物——Fe(OH)2、Fe(OH)31、制备与转化：①制备Fe(OH)3：FeCl3+3NaOH===Fe(OH)3↓+3NaCl紧接着，沉淀颜色：白色→灰绿色→红褐色FeCl2+2NaOH===Fe(OH)2↓+2NaCl4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3②制备Fe(OH)2：(红褐色沉淀)(白色沉淀)2、Fe(OH)3的不稳定性：2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O如何鉴别Fe3+、Fe2+检验1、颜色法：Fe3+溶液呈现黄色。Fe2+溶液呈现浅绿色。2、KSCN试剂法：①含Fe3+溶液滴加KSCN溶液(无色)，溶液变血红色。Fe3++3SCN—===Fe(SCN)3血红色溶液，而非沉淀②含Fe2+溶液滴加KSCN溶液，无明显现象。然后加入新制氯水，溶液变为血红色。2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl—续3、碱液法：分别向Fe3+和Fe2+溶液中滴加NaOH溶液。①产生红褐色沉淀，当初是：②产生白色沉淀，接着，白色→灰绿色→红褐色，当初是：Fe3+Fe2+课堂作业1、写出化学方程式和离子方程式。①Fe与FeCl3溶液；②FeCl2溶液中加入新制氯水。③FeCl2溶液中与NaOH溶液，并放置一段时间；④Fe3O4与盐酸。2．2.8g铁与足量稀硫酸反应，求生成的氢气在标况下的体积和转移电子的物质的量。再识金属——铜二、铜原子的原子结构：铜的还原性较弱，但比银等强。一、铜的物理性质：铜是一种有金属光泽的紫红色金属，密度8.92g·cm—3，熔点1083℃，粉末也为紫红色。质软，具有良好导电、导热性、延展性。CuCu+失去1e—CuCu2+失去2e—备注：铜属于重金属、有色金属、常见金属。铜不能被磁铁吸引。亚铜离子三、铜的化学性质：1、与非金属反应：续一【备注】铜在加热的情况下，与氧气极易反应，该反应可用于除去氧气，例如：除去CO中混有的O2。2Cu+O2+H2O+CO2===Cu2(OH)2CO32Cu+O22CuO铜在潮湿的空气中易生锈：碱式碳酸铜，绿色【备注】碱式碳酸铜也是孔雀石的主要成分。黑色固体生锈的青铜器续Cu+Cl2CuCl2(棕黄色的烟)2Cu+S2Cu2S硫化亚铜，黑色固体【备注】铜遇弱氧剂氧化为+1价，遇强氧化剂氧化为+2价。2、与酸反应：铜不与盐酸、稀(浓)硫酸等反应。但铜与浓硫酸加热后能反应，但不会产生H2，发生复杂的化学反应，产生SO2。+1续3、与盐溶液反应：铜能置换出比其不活泼的金属，如Ag等。Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2AgCu+2FeCl3===CuCl2+2FeCl2铜还能还原一些常见的氧化剂，如Fe3+等。【备注】该反应用于制作印刷电路板。某品牌印刷电路板四、世界的血脉——铜2、国防工业中用于制造枪弹、炮弹、还用于制造各种化工器材。1、制造电线、电缆和各种电器设备。在机械、仪器、仪表行业中，常用于制造各种零件。铜的——氧化物五、铜的氧化物：1、氧化铜：黑色，不溶于水的粉末CuO+2H+===Cu2++H2OCuO+2H2Cu+H2OCuO+COCu+CO2氧化铜可被H2、CO、C等还原剂还原为Cu：2、氧化亚铜：红色，不溶于水的固体氧化铜氧化铜是碱性氧化物，可溶于酸：氧化亚铜铜的——氢氧化物六、铜的氢氧化物：1、化学性质：蓝色，不溶于水的固体Cu(OH)2+2H+===Cu2++2H2OCu(OH)2CuO+H2O加热易分解：2、制备：可溶性铜盐与NaOH等强碱溶液反应：弱碱，可溶于酸：Cu2++2OH—===Cu(OH)2↓氢氧化铜晶体【备注】难溶性氢氧化物加热，都易分解为氧化物和水。回忆并小结还有哪些这种例子。蓝色絮状沉淀如何鉴别Cu2+1、颜色法：与NaOH等强碱溶液反应，生成蓝色絮状沉淀：溶液中的Cu2+常为蓝色。Cu2++2OH—===Cu(OH)2↓2、沉淀法：硫酸铜溶液复习硫酸铜CuSO4无水硫酸铜是白色粉末，当遇到水，生成五水合硫酸铜，变为蓝色晶体。CuSO4+5H2O===CuSO4·5H2O无水硫酸铜五水合硫酸铜，俗称胆矾该反应可作为水的检验依据，但不能作为吸水剂。为什么？作业本作业1、写出用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板(Cu)的化学方程式？用双线桥法标明电子转移数目、氧化剂、还原剂。并改写为离子方程式。2、现有20gCuO粉末，试问需要多少升标准状况下的CO才能将其还原为Cu？作业本作业1、表面暗淡的铝片与NaOH溶液反应，写出化学和离子方程式。2、等质量的Al分别与足量盐酸和NaOH溶液反应。求：①生成H2的体积比；②消耗HCl和NaOH的物质的量比。3、钠、镁、铝各0.4mol分别与100mL2mol·L—1H2SO4溶液反应，求生成的H2体积比。作业本作业1、写出孔雀石[Cu2(OH)2CO3]经两步制备Cu的化学方程式。2、现有2mol·L—1盐酸和硫酸各100mL，分别加等质量铁粉，反应结束生成气体质量比为2:3，求加入铁粉的质量。3、托盘天平两托盘各放相同质量烧杯，分别放100mL1mol·L—1硫酸。现右盘放入6.5gZn，问左盘需放多少克铁才能使天平平衡。