第二节____金属矿物___铁的冶炼

1、第二节第二节 金属矿物金属矿物 铁的冶炼铁的冶炼 金属的存在形式 单质：少数化学性质较不活泼的金属， 如铂、金、银等。 化合物：化学性质较活泼的金属，如 铁、锌、钠、钙等 金属化合物在自然界中以矿物的形式 存在。 含有矿物的岩石称为矿石。 自然界以自然界以单质单质形式形式 存在的存在的金金 自然界以自然界以单质单质形式形式 存在的存在的银银 常见几种金属矿物的成分常见几种金属矿物的成分 磁铁矿磁铁矿褐铁矿褐铁矿赤铁矿赤铁矿 Fe3O4 Fe2O3XH2OFe2O3 黄铁矿黄铁矿 FeS2 赤铜矿赤铜矿 Cu2O 孔雀石孔雀石 Cu2(OH)2CO3 铜的矿物主要有黄铜矿、孔雀 石、斑铜矿和赤铜

2、矿等。 黄铜矿：黄铜矿：CuFeS2 辉铜矿：辉铜矿：Cu2S 孔雀石：孔雀石：Cu2(OH)2CO3 ) Cu5FeS4Cu2O CuFeS2 Cu2(OH)2CO3 ) 铝的矿物主要有铝土矿和明 矾石等。 铝土矿铝土矿: Al2O3 Al2O3 KAl(SO4)2 磁铁矿磁铁矿（主要成分主要成分FeFe3 3O O4 4）赤铁矿赤铁矿（主要成分主要成分FeFe2 2O O3 3） 黄铁矿（黄铁矿（主要成分主要成分FeSFeS2 2）菱铁矿（菱铁矿（主要成分 主要成分FeCOFeCO3 3） 想一想想一想： 假如你是炼铁厂的厂长，你认为哪假如你是炼铁厂的厂长，你认为哪 种矿石最不适宜作为工业

3、炼铁的原料种矿石最不适宜作为工业炼铁的原料？ 70%70% 72.4%72.4% 48.3%48.3%46.7%46.7% 由于由于铁的化学性质比较活泼铁的化学性质比较活泼, ,它在自然它在自然 界中以界中以化合物化合物的形式存在的形式存在, , 在地壳中含量在地壳中含量 位居金属元素的位居金属元素的第二位第二位，仅次于铝，约占，仅次于铝，约占 地壳总质量的地壳总质量的4.75%4.75%。 我国大型铁矿有：辽宁鞍山、湖北大我国大型铁矿有：辽宁鞍山、湖北大 冶、四川攀枝花。冶、四川攀枝花。 使金属矿物变成金属的过程，使金属矿物变成金属的过程， 叫做金属的冶炼。叫做金属的冶炼。 小资料 3、铁冶

4、炼的化学原理：CO还原Fe2O3 实验步骤：实验步骤： （1）向玻璃管内通入一氧化碳气体；）向玻璃管内通入一氧化碳气体；(通入通入co) （2）（点燃）（点燃酒精灯酒精灯） 再再给氧化铁加热；给氧化铁加热； （3）停止加热）停止加热；（熄灭（熄灭酒精喷灯酒精喷灯） （4）待试管内的物质冷却后停止通一氧化碳）待试管内的物质冷却后停止通一氧化碳。(停止通停止通co) CO: 酒精灯酒精灯: 迟到早退迟到早退 早出晚归早出晚归 红棕色 CO 澄清石灰水 气囊 Fe2O3 讨论讨论 CO 变浑浊变浑浊 磁铁磁铁 澄清石灰水澄清石灰水 讨论讨论 1.红棕色的固体逐渐变成 黑色，且能被磁铁吸引； 2.产生

5、能使澄清的石灰水变浑浊的气体。 3、酒精灯处产生蓝色火焰 实验现象：实验现象： 相关化学反应方程式：相关化学反应方程式： CO+ Fe2O3 Fe+ CO2 高温高温 32 3 CO2+Ca(OH)2=CaCO3 +H2O 1、澄清石灰水的作用是什么？、澄清石灰水的作用是什么？ 2、为什么要进行尾气处理？尾气如何处理？、为什么要进行尾气处理？尾气如何处理？ 3、实验中为什么要先通一段时间、实验中为什么要先通一段时间CO，再加热，再加热Fe2O3？ 4、实验结束后、实验结束后,为什么要先停止加热继续通为什么要先停止加热继续通CO直至试管内直至试管内 物质冷却？物质冷却？ 5、如何验证实验中产生了

6、铁？、如何验证实验中产生了铁？ 点燃或收集点燃或收集 检验生成的二氧化碳检验生成的二氧化碳 因为因为COCO有毒会污染环境有毒会污染环境 排出装置中的空气，防止加热时发生爆炸排出装置中的空气，防止加热时发生爆炸 防止防止FeFe又被氧化成又被氧化成Fe2O3 防止石灰水倒吸防止石灰水倒吸 用磁铁吸引或加入稀酸用磁铁吸引或加入稀酸 Page 15 n 1、还原法 n 把金属矿物与焦炭、氢气、一氧化碳等还原性物质 一起加热反应。 金属的冶炼方法金属的冶炼方法 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 高温高温 2Fe2O3 + 3C 4Fe + 3CO2 高温高温 Fe2O3 + 3H2 2F

7、e + 3H2O 高温高温 物质物质失去氧失去氧的反应称为的反应称为还原反应还原反应，物质，物质 得到氧得到氧的反应称为的反应称为氧化反应氧化反应。 Page 16 n CuO + H2 Cu + H2O n CuO + CO Cu + CO2 n 2CuO + C 2Cu + CO2 高温高温 还原氧化铜制铜还原氧化铜制铜 Page 17 n 2、电解法 n 某些活泼的金属很难从其矿石中还原出来，需用电解的方法。 n （1）电解熔融氧化铝制金属铝： n 2Al2O3 4Al + 3O2 n （2）电解熔融的氯化钠： n 2NaCl 2NaCl + Cl2 金属的冶炼方法金属的冶炼方法 通电

8、通电 Page 18 n 3、热分解法 n 有些金属的氧化物受热易分解，可用加热的方法。 n 氧化汞制水银： n 2HgO 2Hg + O2 金属的冶炼方法金属的冶炼方法 Page 19 n 4、湿法冶金 n 铁能从硫酸铜溶液中置换出铜，这种方法是现代湿法冶金 的原理: n Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu 金属的冶炼方法金属的冶炼方法 1.工业炼铁的主要设备是：高炉 3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2（吸热）（吸热） C+CO2=2CO （吸热）（吸热） C+O2=CO2 （放热）（放热） 高温高温 高温高温 点燃点燃 工业上炼得的不是纯铁（是工业上炼得的不是纯铁（是生铁生铁混混

9、 合物）合物） 主要反应：主要反应： 原料：原料：铁矿石、焦炭、铁矿石、焦炭、 石灰石、空石灰石、空 气气 2.2.工业炼铁原料的作用：工业炼铁原料的作用： （1 1）铁矿石：）铁矿石： （2 2）焦）焦 炭炭: : （3 3）石灰石：）石灰石： （4 4）空）空 气气: : 提供铁元素提供铁元素 a.a.提供热源、维持炉温提供热源、维持炉温 b.b.提供提供COCO 形成炉渣形成炉渣 提供氧气提供氧气 涉及到杂质问题的计算：涉及到杂质问题的计算：化学方程式所表达的都是纯净物质化学方程式所表达的都是纯净物质 发生化学变化时的相互关系，各化学式所规定的化学量，反映的发生化学变化时的相互关系，各化

10、学式所规定的化学量，反映的 是纯净物之间的数量关系在实际生产中，所用的原料或产物一是纯净物之间的数量关系在实际生产中，所用的原料或产物一 般都是含有杂质的。因此，在实际生产中必然会涉及到杂质的计般都是含有杂质的。因此，在实际生产中必然会涉及到杂质的计 算问题。当参与反应的物质含杂质时，应先要把含杂质物质的质算问题。当参与反应的物质含杂质时，应先要把含杂质物质的质 量换算成纯净物质的质量，再进行计算量换算成纯净物质的质量，再进行计算 纯物质质量不纯物质总量纯物质质量不纯物质总量纯物质所占质量纯物质所占质量 分数分数 例例3 3、计算多少吨铁的质量分数为、计算多少吨铁的质量分数为96%96%的生铁

11、中含铁的生铁中含铁560t560t？ 例例2 2、1000t1000t含杂质含杂质20%20%的赤铁矿石中含氧化铁的质量是多少？的赤铁矿石中含氧化铁的质量是多少？ 解：解：1000t1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为：赤铁矿石中含氧化铁的质量为：1000t1000t(1-20%)=800t(1-20%)=800t 解：生铁的质量为：解：生铁的质量为：560t560t96%=583t96%=583t 例例4 4、某钢铁厂每天需要消耗、某钢铁厂每天需要消耗1000t1000t含氧化铁含氧化铁80%80%的的 赤铁矿石，该厂理论上每天可以炼出含铁赤铁矿石，该厂理论上每天可以炼出含铁96%96%的生

12、的生 铁多少吨？铁多少吨？ 解解1:1:设每天可炼出的设每天可炼出的生铁生铁质量为质量为X X FeFe2 2O O3 3 + 3CO = 2Fe + 3CO + 3CO = 2Fe + 3CO2 2 160 112 160 112 1000t 1000t80%80% X X96%96% 160 112 160 112 800t 800t X X96%96% X = X = 560t560t 答：略答：略 高温高温 解解2:2:设每天以炼出的设每天以炼出的铁铁质量为质量为X X FeFe2 2O O3 3 + 3CO = 2Fe + 3CO + 3CO = 2Fe + 3CO2 2 160 1

13、12 160 112 1000t X 1000t X 160 112 160 112 1000t X 1000t X X = 700t X = 700t 答：略答：略 高温高温 80% 800t 537.6t537.6t 生铁的质量生铁的质量= =537.6t537.6t96%96%= =560t560t 练习：要炼出含2%杂质的生铁1600吨，需 要含氧化铁质量分数为80%的赤铁矿石多 少吨？ 解：设需要含为80%的赤铁矿石的质量为x 生铁1600吨含纯为1600吨（12%）= 1568吨 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 160 112 x80% 1568吨 x = 2800吨 答：需

14、这种赤铁矿石2800吨。 高温高温 Page 25 在实验室用一氧化碳还原氧化铁的实验中，当用酒精在实验室用一氧化碳还原氧化铁的实验中，当用酒精 灯给氧化铁加热一段时间后，我们将看到固体由灯给氧化铁加热一段时间后，我们将看到固体由 _色变成色变成_色，这时氧化铁变成色，这时氧化铁变成_，实验中，实验中 石灰水会变石灰水会变_，用酒精灯点燃尾气的作用，用酒精灯点燃尾气的作用 是是_。 红红 黑黑铁铁 白色浑浊白色浑浊 防止一氧化碳污染空气防止一氧化碳污染空气 请写出相关的化学方程式：请写出相关的化学方程式： _ _ Page 26 在实验生产中，所用的原料或产物一般含有杂质，在实验生产中，所用的

15、原料或产物一般含有杂质， 在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题 例题：用例题：用1000t含氧化铁含氧化铁80%的赤铁矿，理论上可以的赤铁矿，理论上可以 炼出含铁炼出含铁96%的生铁多少吨？的生铁多少吨？ 练习：某钢铁厂每天消耗练习：某钢铁厂每天消耗2000t含氧化铁含氧化铁80%的赤的赤 铁矿，理论上可以炼出含铁铁矿，理论上可以炼出含铁98%的生铁多的生铁多 少吨？少吨？ 1.（1 1）用）用COCO与赤铁矿石炼铁的实验步骤：与赤铁矿石炼铁的实验步骤： 加热加热 通通CO CO 熄灭酒精灯熄灭酒精灯 停止通停止通COCO （2 2）尾气要处理的原因：）尾气

16、要处理的原因： （3 3）如果将）如果将COCO改为改为H H2 2还要进行尾气处理吗？还要进行尾气处理吗？ CO有剧毒会污染空气有剧毒会污染空气 不需要，因为不需要，因为H2无毒无毒 学以致用 2.2.炼铁的原料是（炼铁的原料是（ ） A A、铁矿石、一氧化碳、空气、铁矿石、一氧化碳、空气 B B、铁矿石、烟煤、生石灰、铁矿石、烟煤、生石灰 C C、铁矿石、焦炭、空气、铁矿石、焦炭、空气 D D、铁矿石、焦炭、石灰石、空气、铁矿石、焦炭、石灰石、空气 D 3.3.下列变化过程不属于金属冶炼的是（）下列变化过程不属于金属冶炼的是（） A A电解氧化铝电解氧化铝 B B铁在氧气中燃烧铁在氧气中燃

17、烧 C C金属氧化物与焦炭在高温下反应金属氧化物与焦炭在高温下反应 D D高温下高温下COCO还原还原CuOCuO B 工业上以赤铁矿（Fe2O3）为 原料冶炼铁。某钢铁厂冶炼 896Kg铁，需要含Fe2O3 64%的 赤铁矿多少千克？ 随堂练习4： 1.地壳中元素含量由高到低的顺序是_ （前5位），其中位于金属元素第二位且应用最广的 是_。 2.铁的化学性质比较活泼，在自然界中主要 以_形式存在，常见的铁矿石有： _ （主要成分为 ）、 （主要成分为 ）、菱铁矿、黄铁矿等。 O.Si.Al.Fe.Ca Fe 化合物 复习 赤铁矿磁铁矿Fe2O3 Fe3O4 焦炭焦炭 A B铁铁 高温高温 过量空气过量空气 高温高温 焦炭焦炭 高温高温 赤铁矿石赤铁矿石 某炼铁厂用于炼铁的主要原料是赤铁矿石（主要含有某炼铁厂用于炼铁的主要原料是赤铁矿石（主要含有 FeFe2 2O O3 3 ）、焦炭、空气等，主要反应过程如下）、焦炭、空气等，主要反应过程如下图示：图示： 炼铁厂用于炼铁的主要设备是：。炼铁厂用于炼铁的主要设备是：。 在上述框图中在上述框图中A、B所对应的有关反应生成物的化所对应的有关反应生成物的化 学式分别是：、学式分别是：、 。 写出上述反应的化学方程式。写出上述反应的化学方程式。 ； 在此过程中，焦炭的作用是在此过程中，焦炭的作用是 、 。 高炉高炉 一氧化碳一