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专题三从矿物到基础材料第二单元铁、铜的获取及应用第1课时从自然界获取铁和铜1．了解铁、铜在自然界中的存在形式及常见的冶炼方法。2．掌握高炉炼铁、湿法炼铜的方法(重点)。01课前自主梳理02课堂合作探究03演练效果检测课时作业知识点一铁、铜的存在及应用1．铁元素含量居地壳中第四位，主要以________存在，如磁铁矿主要成分为________，赤铁矿主要成分为________，自然界的铁单质来自______。铁在国民经济发展中起着重要作用，是基础的金属材料。2．铜元素主要以________和少量单质存在，常见铜矿有黄铜矿主要成分为__________，孔雀石主要成分为________________。化合态Fe3O4Fe2O3陨石化合态CuFeS2CuCO3·Cu(OH)2[自我诊断]1．能解释“古代铁制品保存至今的很少”的理由是()A．铁元素在地壳中含量少B．冶炼铁的原料少，且冶炼困难C．铁易置换出其他金属D．铁易生锈，且铁锈对铁制品无保护作用答案：D知识点二铁、铜的冶炼1．铁的冶炼(1)设备：__________。(2)原料：________、_____、_____、________等。(3)主要反应的化学方程式①还原剂的生成：C＋O2=====点燃CO2，CO2＋C=====高温2CO。②铁矿石的还原：Fe2O3＋3CO=====高温2Fe＋3CO2。③炉渣的形成：CaCO3=====高温CaO＋CO2↑；CaO＋SiO2=====高温CaSiO3。④铁合金含碳___________的为生铁，含碳____________的为钢。炼铁高炉铁矿石焦炭空气石灰石2%～4.5%0.03%～2%2．铜的冶炼(1)工业上采用___________黄铜矿(CuFeS2)的方法得到铜，主要过程可表示为黄铜矿――→还原剂高温冰铜―→粗铜―→精铜这样得到的铜纯度最高为99.7%，通过电解精炼可得到更纯的铜(99.95%～99.98%)。(2)另外还有_____炼铜、______炼铜。高温冶炼生物湿法[自我诊断]2．高炉炼铁用于还原氧化铁的还原剂是()A．一氧化碳B．焦炭C．石灰石D．空气答案：A要点金属的冶炼[典例]冶炼金属一般有下列方法：①焦炭法②水煤气(或氢气，或一氧化碳)法③活泼金属置换法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：火烧孔雀石炼铜湿法炼铜铝热法炼铬从光卤石中炼镁火烧孔雀石炼铜所发生反应的化学方程式(写主要的两个)：____________________、________________________________________________________________________。(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(熔融)=====通电Mg＋Cl2↑故选④。(2)根据活泼性较强金属、活泼性介于Zn～Cu之间的金属、活泼性较弱金属，分别采用电解法、热还原法、热分解法。[答案](1)①③③④CuCO3·Cu(OH)2=====△2CuO＋CO2↑＋H2OC＋2CuO=====高温2Cu＋CO2↑(2)①3C＋2Fe2O3=====高温4Fe＋3CO2↑②H2＋CuO=====△Cu＋H2O③3MnO2＋4Al=====高温3Mn＋2Al2O3④2NaCl(熔融)=====通电2Na＋Cl2↑金属冶炼的方法1．电解法适用于金属活动性较强的金属，如K、Ca、Na、Mg、Al等，通常用通电电解其熔融盐或熔融氧化物的方法来冶炼。如2Al2O3(熔融)=====通电冰晶石4Al＋3O2↑；MgCl2(熔融)=====通电Mg＋Cl2↑2．热还原法用还原剂(C、CO、H2、Al等)还原金属氧化物，适合于金属活动性介于Zn～Cu之间的大多数金属的冶炼，如：Fe2O3＋3CO=====高温2Fe＋3CO2；WO3＋3H2=====高温W＋3H2O；Cr2O3＋2Al=====高温2Cr＋Al2O3；C＋2CuO=====高温2Cu＋CO2↑。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↑。冶炼金属有下列方法：①焦炭法；②水煤气(或H2、CO)法；③活泼金属置换法；④电解法。相应的冶炼法古代有(Ⅰ)火烧孔雀石，(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铁，(Ⅳ)氧化铝中炼铝。以下对应冶炼方法中，错误的是()A．(Ⅰ)①B．(Ⅱ)②C．(Ⅲ)③D．(Ⅳ)④解析：湿法炼铜属于用活泼金属铁置换硫酸铜中的铜。答案：B实验室模拟炼铁原理[典例]某课外活动小组拟用下列装置做炼铁原理的实验，同时检测氧化铁的纯度(假设矿石中不含其他与CO反应的成分)，并除去尾气。CO用乙二酸分解来制得：H2C2O4―――――――→浓硫酸，加热CO2↑＋CO↑＋H2O，与Fe2O3反应的CO需纯净、干燥。(1)若所制气体从左向右流向时，上述仪器组装连接的顺序是(用a，b……表示)a接b，c接________，________接________，________接________。(2)装置丙的作用是_______________________________________________________。(3)怎样除去尾气中的CO气体？__________________________________________________________________________________________________________________。(4)实验前，氧化铁矿粉末为xg，经充分反应实验后测得乙、丙质量分别增加yg和zg，则该矿石中氧化铁的质量分数为______________。[解析](1)由题给信息知乙中NaOH的作用为除去乙二酸分解产生的CO2以防干扰后面氧化铁的纯度的测定，丙装置中过量NaOH溶液的作用是吸收产生的CO2从而测定氧化铁的纯度，所以连接的顺序为c—f，g—h，i—e。(3)CO有毒，根据可燃性，将点燃的酒精灯放在d处，可以除去尾气，当然也可以用小气球来收集尾气。(4)设Fe2O3的质量为mg，Fe2O3＋3CO=====高温2Fe＋3CO2160g3×44gmgzgmgzg＝160g3×44g，得m＝4033z。故氧化铁的质量分数为40z33x×100%。[答案](1)fghie(h与i顺序可颠倒)(2)吸收CO2，以便于用燃烧法除去剩余的CO(3)将点燃的酒精灯放在d处(4)40z33x×100%[随堂训练]1．高炉炼铁生产中，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、赤铁矿和黄铁矿解析：高炉炼铁生产中，焦炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳还原铁的氧化物，这些反应中焦炭和一氧化碳是还原剂，A正确；采用富氧空气是为了焦炭能充分燃烧，B不正确；加石灰石的目的主要是为了造渣除去SiO2，C不正确；黄铁矿中铁的含量低，一般不用于冶炼生铁，D不正确。答案：A2．生物炼铜是利用某些具有特殊本领的微生物帮助我们从矿石中提取铜，这些“吃岩石的细菌”能利用空气中的氧气将不溶性的CuS转化为可溶性的铜的化合物，这种可溶性的铜化合物是()A．碳酸铜B．硝酸铜C．硫酸铜D．氢氧化铜解析：此题考查了正在迅速发展的生物炼铜技术。生物炼铜是一项成本低、污染小、反应简单、前景广阔的新兴炼铜技术，其利用“吃岩石的细菌”将不溶性的硫化铜转化为可溶性硫酸铜，而使铜的冶炼变得简单。答案：C3．某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3＋、Cu2＋、Au3＋等离子。有人设计了如图所示的工艺流程，利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑，从废水中回收金，并生产Fe2O3和CuO。已知：①Au和稀HNO3不反应，Cu可以和稀HNO3反应生成Cu(NO3)2。②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。填写下列空白。(1)图中标号处需加入的相应物质分别是①________、②________、③________、④________、⑤________；(2)写出①处发生反应的离子方程式______________________________________________________________；(3)铁红的化学式为________；分别写出铁红和氧化铜在工业上的一种主要用途：铁红________________；氧化铜______________。解析：在解此题时宜采用逆向推断法。从题中给出信息可知，首先分离的应是铁元素，所加最佳试剂应是铁粉，E溶液含Fe2＋，铁红成分为Fe2O3，可联想到2Fe(OH)3=====△Fe2O3＋3H2O，试剂⑤应为可溶性碱(NaOH或氨水)，加入该试剂后生成Fe(OH)2，Fe(OH)2迅速被空气中的O2氧化为Fe(OH)3；当加入过量铁粉后，所得A应为固体Fe、Cu、Au的混合物，此时，只需加入稀硫酸(试剂②)后过滤可得Cu、Au混合物B，再加入稀硝酸(试剂③)可使Cu、Au分离，Cu(NO3)2加可溶性碱后过滤加热得到CuO。答案：(1)①铁屑②稀硫酸③稀硝酸④氢氧化钠⑤氢氧化钠(2)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，2Au3＋＋3Fe===2Au＋3Fe2＋(3)Fe2O3用作红色涂料用作制造铜盐(如胆矾)的原料