专题3 从矿物到基础材料 第二单元 铁铜的获取及应用

1、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

2、。,一起来认识各种瑰丽的铁、铜矿石,常见的铁矿石有： 磁铁矿(Fe3O4)：黑色，略有磁性。 赤铁矿(Fe2O3)：红褐色。 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： 黄铜矿(CuFeS2)：黄色。 孔雀石CuCO3Cu(OH)2：绿色。 它们都可以用来炼铜。, 请标明以上铜矿石中各元素的化合价。 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

3、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： 制备还原剂CO： CO还原铁矿石： 除去杂质SiO2：,C O2 CO2,CO2 C 2CO,Fe2O3 + 3CO2Fe + 3CO2,CaCO3 CaO+CO2,CaO + SiO2CaSiO3,炼铁车间,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。,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

4、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。,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,炼铁高炉,CO2 C 2CO,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(

5、CaSiO3)密度比铁水小，故浮在铁水上，需分离除去,CaO + SiO2CaSiO3,谢 谢！,欢迎批评指正！,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,

6、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7.86 gcm3，熔点1 535，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】 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

7、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

8、种机械。,认识铁的氧化物,认识铁的氢氧化物Fe(OH)2、Fe(OH)3,1、制备与转化： 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 + 2NaCl,4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3, 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)3 Fe2O3 + 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： 含Fe3

9、+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, 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。 产生红褐色沉淀，当初是： 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。 Fe与FeCl3溶液； FeCl2溶液中加入新制氯水。 FeCl2溶液中与NaOH溶液，并放置一段时间； Fe3O4与盐酸。 22

10、.8 g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8.92 gcm3 ，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(

11、OH)2CO3,2Cu+ 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 + 2Ag,Cu + 2FeCl3 = CuCl2 +

12、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+ + H2O,CuO + 2H2Cu + H2O,CuO + 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

13、、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+ + 2H2O,Cu(OH)2 CuO + 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

14、到水，生成五水合硫酸铜，变为蓝色晶体。,CuSO4 + 5H2O = CuSO45H2O,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20 g CuO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： 生成H2的体积比； 消耗HCl和NaOH的物质的量比。 3、钠、镁、铝各0.4 m