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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1．了解铁、铜元素在自然界中的存在形态。2．掌握工业炼铁的原理。3．了解工业炼铜的方法。一、铁和铜在自然界中的存在铁和铜在自然界主要以的形式存在。常见的铁矿有(主要成分为Fe3O4)、(主要成分为Fe2O3)等；常见的铜矿有(主要成分为CuFeS2)、[主要成分为CuCO3·Cu(OH)2]等。此外铁在自然界中还以的形式存在于陨铁中。化合态磁铁矿赤铁矿黄铜矿孔雀石游离态二、工业炼铁1．原料、、、等。2．设备。3．反应原理用还原剂将铁从其化合物中还原出来。工业炼铁的原理是利用反应，用将铁从铁矿石中还原出来。氧化还原还原剂铁矿石焦炭空气石灰石炼铁高炉4．工艺流程从高炉下方鼓入空气与焦炭反应产生，并放出大量的热量；再与灼热的反应，生成；在高温下将氧化铁还原为铁。有关反应的化学方程式：；；。二氧化碳二氧化碳一氧化碳一氧化碳焦炭=====点燃=====高温=====高温C＋O2CO2CO2＋C2COFe2O3＋3CO2Fe＋3CO25．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：；。炉渣的密度比铁水小，故浮在铁水上面，分离可得铁水。CaCO3CaO＋CO2↑CaO＋SiO2CaSiO3=====高温=====高温工业炼铁中碳的作用是什么？【提示】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。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。含有等杂质。2．粗铜的精炼电解精炼铜的原理是让作阳极，失电子变为Cu2＋，在阴极上用作阴极即可得。电解精炼得到的铜，其含量高达。3．生物炼铜是一种已被人们沿用了几百年的生物炼铜方法，直到最近，生物工程学家才认识到是微生物在帮助我们从矿石中提取铜。99.5%～99.7%Ag、Au、Fe、Zn粗铜纯铜精铜99.95%～99.98%矿堆浸铜法一、铁的存在和冶炼工业炼铁中石灰石的作用是什么？[学生交流]【提示】铁矿石中含有二氧化硅需除去：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，有关化学方程式：CaCO3CaO＋CO2↑；CaO＋SiO2CaSiO3(炉渣)。=====高温=====高温如果要使Fe2O3还原为Fe，除CO外，还可选用哪些还原剂？你能写出化学方程式吗？[师生互动]【提示】将Fe2O3还原成Fe除了可用CO外，还有H2、C等非金属单质，或者Al等较活泼的金属。3C＋2Fe2O33CO2↑＋4Fe2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe=====高温=====高温生铁和钢在含碳量方面有什么区别？[学生交流]【提示】直接冶炼的铁含2%～4.5%的碳，称为生铁。生铁还要进一步冶炼去碳，制得含碳量2%的铁，称为钢。Fe是地壳中含量很丰富的元素，也是生物体所必需的元素。自然界中的铁矿石主要有磁铁矿和赤铁矿。在高炉炼铁过程中，除了加入铁矿石外，还应加入焦炭和石灰石。(1)写出磁铁矿主要成分的化学式：____________。(2)写出赤铁矿被还原成铁的化学方程式：____________________________。(3)写出焦炭在高炉中所参与的两个主要化学反应方程式：________________，_______________________________。(4)加入石灰石的作用是____________，CaCO3所参与的两个化学反应方程式：________________，______________________________。【思路指引】本题从工业炼铁的基本知识入手，掌握炼铁的原料、原理以及炼铁过程中焦炭、石灰石的作用。【解析】(1)高炉炼铁的过程及有关化学方程式为：①CO的产生：C＋O2CO2，CO2＋C2CO；②Fe的冶炼：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2；③造渣：CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2CaSiO3。=====点燃=====高温=====高温=====高温=====高温【答案】(1)Fe3O4(2)Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2(3)C＋O2CO2CO2＋C2CO(4)除去杂质(SiO2)CaCO3CaO＋CO2↑CaO＋SiO2CaSiO3=====点燃=====高温=====高温=====高温=====高温1.在高炉炼铁中将铁矿石还原成单质铁的主要还原剂是()A．CaCO3B．CC．SiO2D．CO【解析】高炉炼铁是重要的工业生产过程，要掌握其生产流程。本题考查高炉炼铁中发生的主要反应，从反应C＋O2CO2，CO2＋C2CO，Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2中知，主要还原剂为CO。【答案】D=====点燃=====高温=====高温二、铜的存在和冶炼铜的冶炼方法有哪些？[学生交流]【提示】什么是生物炼铜？[师生互动]【提示】铜矿石中的铜常常与其他元素结合在一起，特别是和硫结合得非常牢固，此外铜矿石中铜的含量往往较低，导致冶炼困难。生物炼铜利用某些具有特殊本领的细菌帮助我们解决这个问题，这些被称为“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性，并能用空气中的氧气氧化硫化铜矿石，把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。这样，我们就轻轻松松地得到了可溶性的铜盐，使铜的冶炼变得简单。铜是生命必需的元素。也是人类最早使用的金属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面产生了深远的影响，请完成(1)～(3)题：(1)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜[即曾青(CuSO4)跟铁反应就生成铜]试写出该反应的化学方程式：___________________________________________________。(2)铜器表面有时会生成铜绿，请写出生成铜绿的化学方程式：_____________________，这层铜绿可以用化学方法除去。试写出除去铜绿而不损伤器物的化学方程式__________________。(3)铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币？(铜的熔点是1183.4℃，铁的熔点是1534.8℃)【解析】西汉时期的“曾青得铁则化为铜”是湿法冶金术的先驱，Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。当铜生成铜绿时，铜元素的化合价升到＋2，所以空气中必有氧化剂参加了反应。因铜在常温下不与稀硫酸反应，而铜绿则能与稀酸反应，所以可以考虑用稀硫酸清洗。2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3；Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O，根据题给信息以及作货币的实际需要，选择铜作货币不仅是因为铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型，同时铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀，加上铜有迷人的光泽。【答案】(1)Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4(2)2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O(3)铜的熔点低，化学性质稳定，有迷人的光泽，易铸造。2.冶炼金属常用以下几种方法：①还原法，②电解法，③热分解法。现冶炼下列金属，试选择适宜的冶炼方法(用序号)。Al______，Mg______，Cu______，Hg______，Mn______【解析】金属的冶炼方法可以根据金属的活动性归纳如下：(1)电解法：活泼金属(K～Al)的阳离子氧化性很弱，一般还原剂难以将它们还原为金属单质，只能采用电解法。(2)还原剂法：常用的还原剂有C、CO、H2、Al、Na等。(3)热分解法：不活泼金属(Hg、Ag)的氧化性强，加热时可从化合物内部得电子被还原成单质。(4)铝热法：当铝粉跟某些金属氧化物反应时，产生大量的热量时，被还原的金属在较高温度下，呈熔融状态并跟形成的熔渣分离开来，从而获得较纯的金属，如钒、铬、锰、铁等。【答案】②②①③①金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系1．原理由于不同金属的活动性不同，金属离子得到电子被还原成金属原子的能力也不同。金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，越容易被还原，一般的还原方法就能使金属还原；金属的位置越靠前，越难被还原，最活泼金属只能用最强的还原手段来还原。2．金属活动顺序与金属冶炼方法的关系金属活动顺序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu原子失电子能力强―→弱离子得电子能力弱―→强主要冶炼方法电解法热还原法热分解法物理方法1．下列说法中不正确的是()A．人类历史上使用最早的合金是青铜B．司母戊鼎是我国目前已发现的最重的青铜器C．目前世界上使用量最大的合金是铝合金D．目前世界上用途最广的合金是钢【解析】世界上使用量最大的合金为铁合金。【答案】C2．中国工业报2007年7月2日报道，国际投行瑞士信贷发布报告称，由于中国对铁矿石的需求增长超过预期，国际矿业巨头明年可能再度提高铁矿石售价的25%。下列有关铁及其化合物的说法中正确的是()A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4B．铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2C．除去FeCl2溶液中的FeCl3杂质可以向溶液中加入铁粉，然后过滤D．Fe3＋与KSCN产生红色沉淀【解析】赤铁矿的主要成分是Fe2O3；铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4和H2；铁离子遇KSCN溶液变为红色，但没有沉淀产生，一般可以用此方法检验铁离子的存在。【答案】C金币、银币、铜币等金属货币在我国历史上曾发挥过重要的作用，其中的一些被收藏爱好者珍藏着，在一位收藏家的家中，陈列了很多金属货币。(1)其中有些货币表面是黑色，且有少量的绿色锈状物，则这肯定是________币，黑色物质是________，形成这种物质的化学方程式为________________________；绿色物质是____________，形成这种物质的化学方程式为__________________________，若要除去这些物质应选用________，发生反应的离子方程式为_______________________________________________________。充分反应后，这枚金属币的真面目为________色。(2)其中有一枚是闪闪发光的黄色金属币，它肯定是________币，表面一直未被氧化的原因是__________________________。3．【解析】铜在铜、银、金中比较活泼，能与空气中氧气发生反应生成氧化铜，也能与空气中氧气、水及CO2一起发生反应而得到铜锈；氧化铜和碱式碳酸铜都可溶于强酸，所以将其放入到稀酸，如稀盐酸或硫酸中即可恢复原貌；而银和金都不活泼很难与空气中氧气等反应，所以保持原样。【答案】(1)铜氧化铜2Cu＋O22CuOCu2(OH)2CO22Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3稀酸CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2OCu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O红(2)金金不活泼，不易与空气中O2反应=====△