高中化學 專題3 從礦物到基礎材料 第2單元 鐵、銅的獲取及應用——從自然界獲取鐵和銅課件 蘇教版必修1-蘇教版高一必修1化學課件

1、石器時代石器時代銅器時代銅器時代鐵器時代鐵器時代多元材料時代多元材料時代鐵和銅元素在哪鐵和銅元素在哪里？里？鐵銅單質(zhì)如何獲鐵銅單質(zhì)如何獲得？得？人類最早利用的單質(zhì)鐵和銅均直接來自于自然界。所不人類最早利用的單質(zhì)鐵和銅均直接來自于自然界。所不同的是鐵單質(zhì)只存在于從天而降的同的是鐵單質(zhì)只存在于從天而降的隕鐵隕鐵中，所以古人稱中，所以古人稱為為“天石天石”，而銅則來自于地球上自然存在的少量單質(zhì)，而銅則來自于地球上自然存在的少量單質(zhì)銅。銅。天然銅天然銅赤鐵礦赤鐵礦: : Fe2O3黃鐵礦黃鐵礦: : FeS2菱鐵礦菱鐵礦: : FeCO3磁鐵礦磁鐵礦: : Fe3O4黃銅礦：黃銅礦：CuFeS2CuC

2、O3. Cu(OH)2鐵、銅從化合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)鐵、銅從化合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)生成鐵的化學方程式生成鐵的化學方程式生成銅的化學方程式生成銅的化學方程式Fe+CuSO4=Cu+FeSO4H2+CuO=Cu +H2O C+2CuO=2Cu+CO2 CO+CuO=Cu+CO2Zn+FeSO4=Fe+ZnSO43CO+ Fe2O3=2Fe+3CO23H2+ Fe2O3=2Fe+3H2O2Al+Fe2O3 = 2Fe+Al2O3高溫你知道如何將鐵、銅從化合態(tài)轉(zhuǎn)你知道如何將鐵、銅從化合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)嗎？請化為游離態(tài)嗎？請盡可能多地盡可能多地寫寫出實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化的化學方程式。出實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化的化學方程式。把金屬從礦

3、石中提煉出來，這就是把金屬從礦石中提煉出來，這就是金屬的冶煉金屬的冶煉現(xiàn)代工業(yè)煉鐵現(xiàn)代工業(yè)煉鐵1、原料：、原料：鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石等。鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石等。2、反應原理：、反應原理：C + O2 CO2點燃點燃C + CO2 2CO高溫高溫Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2高溫高溫(產(chǎn)生大量的熱產(chǎn)生大量的熱)(得到還原劑得到還原劑CO)3、造渣：、造渣：CaCO3 CaO+CO2高溫高溫SiO2+CaO CaSiO3高溫高溫(爐渣的主要成分爐渣的主要成分)形成形成爐渣，爐渣，除去鐵礦石中的除去鐵礦石中的SiOSiO2 2等雜質(zhì)等雜質(zhì)4、主要設備：、主要設備： 煉鐵高爐煉鐵高爐

4、5、高爐煤氣成分：、高爐煤氣成分：N2 、CO、CO2等等6、產(chǎn)品：、產(chǎn)品： 生鐵（含碳生鐵（含碳2%4.5%）將將生鐵生鐵（含碳量在（含碳量在2%2%4.5%4.5%）進一步煉制，可以得）進一步煉制，可以得到用途更為廣泛的到用途更為廣泛的鋼鋼（含碳量在（含碳量在0.03%0.03%2% 2% ）鐵合金鐵合金 生生 鐵鐵 鋼鋼 C% 2% 4.5% 0.03% 2%其它其它雜質(zhì)雜質(zhì)Si、Mn、S、P（較多）（較多）Si、Mn、S、P（較少）（較少） 機械機械性能性能用途用途 堅硬、耐磨、鑄造性好堅硬、耐磨、鑄造性好但脆，但脆， 可鑄不煅可鑄不煅堅硬、韌性大，可塑堅硬、韌性大，可塑性好性好, ,

5、可鑄可煅可鑄可煅煉鋼生鐵煉鋼生鐵做煉鋼的原料做煉鋼的原料 ；鑄造鑄造生鐵生鐵用于造各種鑄件，如機床用于造各種鑄件，如機床床座等；床座等；球墨鑄鐵球墨鑄鐵性能較好，性能較好，制造齒輪、活塞等高級鑄件制造齒輪、活塞等高級鑄件鋼的型號不同，應用不鋼的型號不同，應用不同。如鋼絲網(wǎng)、鉚釘、同。如鋼絲網(wǎng)、鉚釘、鍋爐等鍋爐等 為了防銹在合金中加入為了防銹在合金中加入鉻和鎳鉻和鎳，這種，這種鋼稱為不銹鋼。不銹鋼通常是指含鋼稱為不銹鋼。不銹鋼通常是指含鉻鉻量量在在1230%的合金鋼。的合金鋼。 不銹鋼外觀呈微灰色或銀白色。結構不銹鋼外觀呈微灰色或銀白色。結構緊密，不易氧化生成氧化鐵，故有不銹緊密，不易氧化生成氧

6、化鐵，故有不銹之稱。不銹鋼是能抵抗酸、堿、鹽等腐之稱。不銹鋼是能抵抗酸、堿、鹽等腐蝕作用的合金鋼的總稱。蝕作用的合金鋼的總稱。2.2.濕法煉銅濕法煉銅 Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4 古老的冶煉技術古老的冶煉技術1.火燒孔雀石煉銅火燒孔雀石煉銅Cu 2(OH) 2CO3 我國勞動人民很早就認識了銅鹽溶液里的銅能被我國勞動人民很早就認識了銅鹽溶液里的銅能被鐵置換，從而發(fā)明了濕法煉銅。它成為濕法冶金鐵置換，從而發(fā)明了濕法煉銅。它成為濕法冶金術的先驅(qū)，在世界化學史上占有光輝的一頁。水術的先驅(qū)，在世界化學史上占有光輝的一頁。水法煉銅的原理是：法煉銅的原理是：CuSO4+Fe=Cu+Fe

7、SO4 在漢代在漢代許多著作里有記載許多著作里有記載“石膽能化鐵為銅石膽能化鐵為銅”，晉葛洪，晉葛洪抱樸子內(nèi)篇抱樸子內(nèi)篇黃白黃白中也有中也有“以曾青涂鐵以曾青涂鐵, ,鐵赤鐵赤色如銅色如銅”的記載。的記載。Cu2(OH) 2CO3= 2CuO+H2O+CO22CuO+C=2Cu+CO2張潛，北宋濕法煉銅家張潛，北宋濕法煉銅家 2 2、生物煉銅：、生物煉銅：1 1、高溫煉銅：、高溫煉銅：見見P:73頁頁【資料卡資料卡】2CuFeS2O2Cu2S2FeS+SO22Cu2O+Cu2S6Cu+SO22Cu2S3O22Cu2O+2SO2利用細菌將礦石分化得到銅利用細菌將礦石分化得到銅精銅精銅（99.95

8、99.98%）粗銅粗銅（99.599.7%）含含Au、Ag、Fe、Zn等雜質(zhì)等雜質(zhì) CuS CuSO4 Cu成本低，污染小，反應條件簡單成本低，污染小，反應條件簡單Fe細菌 鐵和銅是我們在日常生活中經(jīng)常接觸到的鐵和銅是我們在日常生活中經(jīng)常接觸到的金屬材料，鐵和銅的許多應用是由它們的物理金屬材料，鐵和銅的許多應用是由它們的物理性質(zhì)所決定的。你能根據(jù)鐵和銅的應用，說出性質(zhì)所決定的。你能根據(jù)鐵和銅的應用，說出它們的物理性質(zhì)嗎？將你所知道的填入表它們的物理性質(zhì)嗎？將你所知道的填入表3-43-4。金屬金屬應應 用用物理性質(zhì)物理性質(zhì)鐵鐵銅銅表表3-4 鐵和銅的應用與物理性質(zhì)鐵和銅的應用與物理性質(zhì)鐵、銅的物

9、理性質(zhì)鐵、銅的物理性質(zhì)(3)(3)導電性：導電性：AgCuAlFe銀白色的銀白色的鐵鐵紫紅色的紫紅色的銅銅(1)(1)鐵、銅都是熱和電的良導體都有延展性鐵、銅都是熱和電的良導體都有延展性. . (2)(2)鐵能被磁鐵吸引鐵能被磁鐵吸引密度是密度是7.86g/cm7.86g/cm3 3熔點熔點153515350 0C,C,沸點是沸點是275027500 0C C密度密度8.92g/cm8.92g/cm3 3; ;熔點熔點1083.4,1083.4,沸點沸點25672567根據(jù)下圖所示實驗室用一氧化碳還原氧化鐵的根據(jù)下圖所示實驗室用一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置，回答以下問題：實驗裝置，回答以下問題

10、：反應過程中發(fā)生的現(xiàn)象是反應過程中發(fā)生的現(xiàn)象是 ；塑料袋的作用是塑料袋的作用是 。石石灰灰水水F Fe e2 2O O3 3C CO OC+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2生物煉銅：生物煉銅：日本日礦金屬公司近日開始研究生物開礦技術。這日本日礦金屬公司近日開始研究生物開礦技術。這一技術通過向礦床注入酸化細菌微生物來提取金屬成分，不需一技術通過向礦床注入酸化細菌微生物來提取金屬成分，不需發(fā)掘礦石，沒有冶煉高爐，可在山腳下就地制銅，因而設備投發(fā)掘礦石，沒有冶煉高爐，可在山腳下就地制銅，因而設備投資少，有利于環(huán)保。資少，有利于環(huán)保。 生物開礦技術是一種利用微生物開礦

11、的濕式制銅技術。先生物開礦技術是一種利用微生物開礦的濕式制銅技術。先在礦床上開鑿在礦床上開鑿“注入礦井注入礦井”和和“回收礦井回收礦井”，然后向礦井注入，然后向礦井注入鐵酸化細菌和硫磺酸化細菌以加速金屬成分溶解，再通過鐵酸化細菌和硫磺酸化細菌以加速金屬成分溶解，再通過“回回收礦井收礦井”回收有價金屬。這一研究得到了日本能源醫(yī)藥生物研回收有價金屬。這一研究得到了日本能源醫(yī)藥生物研究所的技術協(xié)助。究所的技術協(xié)助。 日礦金屬公司與三井金屬公司已在技術研發(fā)中心共同開設日礦金屬公司與三井金屬公司已在技術研發(fā)中心共同開設了濕式制銅車間，并于本月正式開始實驗。這種濕式制銅法與了濕式制銅車間，并于本月正式開始實驗。這種濕式制銅法與干式煉銅法相比，