第三單元金屬煉鐵的原理

1、第一節(jié)第一節(jié) 常見的金屬材料常見的金屬材料 三、煉鐵的原理三、煉鐵的原理 自然界中的金屬大多以什么自然界中的金屬大多以什么形式存在呢？主要存在在那里形式存在呢？主要存在在那里呢呢? ?赤鐵礦（Fe2O3） 磁鐵礦（Fe3O4） 黃鐵礦（FeS2） 褐鐵礦（Fe2O3nH2O）黃銅礦（CuFeS2）方鉛礦（PbS）孔雀石（Cu2(OH)2CO3）軟錳礦（MnO2）形成形成 化合物化合物形成形成單質(zhì)單質(zhì)化合態(tài)化合態(tài)絕大多數(shù)絕大多數(shù)金屬金屬很少數(shù)不很少數(shù)不活潑金屬活潑金屬元素以元素以形式存在形式存在游離態(tài)游離態(tài)元素以元素以形式存在形式存在金屬的存在形式金屬的存在形式怎樣從礦石中把鐵煉出來呢? 要完成

2、鐵的冶煉通?？紤]哪些要完成鐵的冶煉通?？紤]哪些主要方面的問題？主要方面的問題？冶煉原料；冶煉原料；冶煉原理；冶煉原理；冶煉裝置冶煉裝置(設備設備)等。等。常見的幾種鐵礦石的成分常見的幾種鐵礦石的成分黃鐵礦黃鐵礦主要成分主要成分 FeS2菱鐵礦菱鐵礦主要成分主要成分FeCO3磁鐵礦磁鐵礦主要成分主要成分 Fe3O4主要成分主要成分 Fe2O3赤鐵礦赤鐵礦70% 72% 48% 56%主要成分中的含鐵量主要成分中的含鐵量 選擇冶煉原料時，通?？紤]選擇冶煉原料時，通常考慮礦石的礦石的價格價格、金屬的、金屬的含量含量、安安全無污染等。全無污染等。 如何從鐵礦石中得到鐵呢如何從鐵礦石中得到鐵呢? 以以赤

3、鐵礦赤鐵礦(主要成分主要成分Fe2O3)為例。為例。Fe2O3 FeCO高溫高溫 在高溫下，用還原劑（主要在高溫下，用還原劑（主要是是CO)CO)從鐵礦石中還原出鐵。從鐵礦石中還原出鐵。Fe2O3 +3CO=2Fe +3CO2高溫高溫解讀鐵的冶煉解讀鐵的冶煉實驗步驟：實驗步驟：1、驗純，檢查裝置的氣密性。、驗純，檢查裝置的氣密性。2、先通一氧化碳氣體，先通一氧化碳氣體，點燃最后的酒精燈，最后再點燃最后的酒精燈，最后再點燃酒精噴燈。（為什么？）點燃酒精噴燈。（為什么？）3、停止、停止加熱加熱，繼續(xù)通，繼續(xù)通CO至試管冷卻至試管冷卻。1、紅棕色粉末變成黑色粉末、紅棕色粉末變成黑色粉末2、生成能使澄

4、清石灰水變渾濁的氣體、生成能使澄清石灰水變渾濁的氣體3、點燃尾氣、點燃尾氣,呈藍色火焰呈藍色火焰Fe2O3 +3CO=2Fe +3CO2;高溫高溫Ca(OH)2 +CO2=H2O +CaCO32CO+O2=2CO2點燃點燃4 4、實驗結(jié)束，先停止加熱，繼續(xù)通一氧化碳直至硬質(zhì)、實驗結(jié)束，先停止加熱，繼續(xù)通一氧化碳直至硬質(zhì)玻璃管冷卻后再熄滅酒精燈，為什么？玻璃管冷卻后再熄滅酒精燈，為什么？ 實驗中要先通入一段時間的實驗中要先通入一段時間的CO，再加熱，再加熱Fe2O3。 實驗結(jié)束后要等玻璃管中的物質(zhì)冷卻后，再停止通入實驗結(jié)束后要等玻璃管中的物質(zhì)冷卻后，再停止通入CO。 防止新生成防止新生成Fe再被

5、氧化，同時防止石灰水倒吸。再被氧化，同時防止石灰水倒吸。防止加熱時試管內(nèi)有空氣可能會爆炸。防止加熱時試管內(nèi)有空氣可能會爆炸。由于一氧化碳有由于一氧化碳有毒性，毒性，散失到空氣中會造成空氣污染，散失到空氣中會造成空氣污染，故使之燃燒轉(zhuǎn)化成無毒的二氧化碳。故使之燃燒轉(zhuǎn)化成無毒的二氧化碳。在實驗過程中要及時點燃一氧化碳，使之燃燒。在實驗過程中要及時點燃一氧化碳，使之燃燒。CO有毒，防止排放到空氣中造成空氣污染有毒，防止排放到空氣中造成空氣污染注意1、可燃性氣體、可燃性氣體CO使用前必須要驗純使用前必須要驗純2、實驗前要檢驗裝置的氣密性、實驗前要檢驗裝置的氣密性3、尾氣要處理、尾氣要處理4、CO要要“

6、早出晚歸早出晚歸”5、酒精燈酒精燈要要“遲到早退遲到早退”1.冶煉金屬的方法冶煉金屬的方法干法冶金術(shù)干法冶金術(shù) 濕法冶金術(shù)濕法冶金術(shù)電解法：電解法：例例:還原法：還原法：例例:2.兩種反應兩種反應還原反應還原反應氧化反應氧化反應高溫高溫3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2通電通電2Al2O3=4Al+3O2MgCl2=Mg+Cl2通電通電成語中蘊含了豐富的化學知識，成語中蘊含了豐富的化學知識，請查閱請查閱“沙里淘金沙里淘金”、“百煉成百煉成鋼鋼”的化學寓意。的化學寓意。 還原反應：還原反應：含氧化合物中的氧被奪去的反應。含氧化合物中的氧被奪去的反應。 Fe2O3+ 3CO 2Fe + 3CO2

7、 高溫高溫奪取氧的物質(zhì)叫做奪取氧的物質(zhì)叫做還原劑還原劑。得氧得氧失氧失氧解讀氧化還原反應解讀氧化還原反應發(fā)生氧化反應發(fā)生氧化反應 作還原劑作還原劑發(fā)生還原反應發(fā)生還原反應 作氧化劑作氧化劑A. H2+ CuO Cu+H2O加熱加熱B. Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe 判斷下列反應中的還原劑。判斷下列反應中的還原劑。 高溫高溫CO得氧，得氧，作作還原劑。還原劑。Fe3O4失氧，失氧，作作氧化劑。氧化劑。4CO+ Fe3O4 3Fe+4CO2高溫高溫： 寫出下列反應的化學方程式寫出下列反應的化學方程式1、 Fe2O3 + C2、CuO + CO3、Fe3O4 + CO參考答案：參考答案：1

8、、2Fe2O3 +3 C =4Fe + 3CO22、CuO + CO = Cu + CO23、Fe3O4 +4 CO =3Fe + 4CO2高溫高溫加熱加熱高溫高溫工業(yè)煉鐵煉鋼 工業(yè)上是怎工業(yè)上是怎么做的呢？么做的呢？煉鐵高爐示意圖煉鐵高爐示意圖工業(yè)煉鐵工業(yè)煉鐵1.原料原料:3.設備設備:高爐高爐鐵礦石鐵礦石焦炭焦炭石灰石石灰石空氣空氣2.原理原理:高溫高溫Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2aCo3 = CaO+co2高溫3co+Fe2o3 = 2Fe+3co2高溫CaO+SiO2=aSio3高溫c+co2 = 2co高溫c+o = co2點燃（供熱、CO2）（制還原劑）（造渣）處理方法：回

9、收再利用高爐內(nèi)發(fā)生的化學反應煉鐵煉鐵 煉鋼煉鋼鋼鋼生鐵生鐵產(chǎn)物產(chǎn)物將碳氧化將碳氧化原理原理生鐵生鐵鐵礦石鐵礦石,焦炭焦炭,石灰石石灰石原料原料煉鋼爐煉鋼爐高爐高爐設備設備煉煉 鋼鋼煉煉 鐵鐵含碳含碳24.3%0.032%Fe2O33CO2Fe3CO2+高 溫1、生鐵和鋼的主要區(qū)別是、生鐵和鋼的主要區(qū)別是( )A：生鐵和鋼都是合金：生鐵和鋼都是合金B(yǎng)：生鐵和鋼的主要成分都是鐵：生鐵和鋼的主要成分都是鐵C：生鐵的主要成分是碳，而鋼的是鐵：生鐵的主要成分是碳，而鋼的是鐵D：生鐵和鋼都是鐵的合金，但其含：生鐵和鋼都是鐵的合金，但其含碳量不同碳量不同D2、在煉鐵的過程中，下列敘、在煉鐵的過程中，下列敘述

10、錯誤的是述錯誤的是( )A：石灰石的主要作用是除去：石灰石的主要作用是除去SiO2B：用：用CO將鐵從鐵礦石中還原出來將鐵從鐵礦石中還原出來C：焦炭燃燒放出大量的熱，提高爐溫并：焦炭燃燒放出大量的熱，提高爐溫并D：煉鐵的尾氣可以隨意的排放：煉鐵的尾氣可以隨意的排放產(chǎn)生產(chǎn)生COD一氧化碳一氧化碳當碳燃燒不充分時，生成一氧化碳。當碳燃燒不充分時，生成一氧化碳。2CO2 2CO點燃點燃（不足）（不足） 二、二、 一氧化碳一氧化碳1.1.物理性質(zhì)物理性質(zhì)無色無味無色無味 氣氣 體體 無色無色 無味無味 氣氣 體體比空氣略小比空氣略小 比空氣大比空氣大 難難溶于水溶于水 能能溶于水溶于水色、味、色、味、

11、 態(tài)態(tài) 密密 度度水水 溶溶 性性 CO CO2（與二氧化碳比較）（與二氧化碳比較）COOOC思考：思考：從分子組成看，一氧化碳與二氧化碳有從分子組成看，一氧化碳與二氧化碳有 哪些異同？哪些異同？一氧化碳的可燃性一氧化碳的可燃性 一氧化碳與二氧化碳一氧化碳與二氧化碳不同，一氧化碳在空氣里不同，一氧化碳在空氣里能夠燃燒生成二氧化碳，能夠燃燒生成二氧化碳，燃燒時發(fā)出藍色的火焰。燃燒時發(fā)出藍色的火焰。2COO2 2CO2點燃點燃煉鐵廠利用煉鐵廠利用100100噸含噸含F(xiàn)e2O380%80%的赤鐵礦，可以煉的赤鐵礦，可以煉出多少噸純鐵？出多少噸純鐵？3CO + Fe2O3= 2Fe + 3CO2高溫高

12、溫160160112112100100噸噸80%80%=80=80噸噸X1601601121128080噸噸 X=X=56=56噸噸解：可以煉出純鐵的質(zhì)量為解：可以煉出純鐵的質(zhì)量為X X可以煉出多少噸含鐵可以煉出多少噸含鐵96%的生鐵？的生鐵？典型例題：典型例題：生鐵的質(zhì)量：生鐵的質(zhì)量：5656噸噸96%=58.396%=58.3噸噸1 1、我國鋼鐵產(chǎn)量多年居世界第一位，每年要出口大量、我國鋼鐵產(chǎn)量多年居世界第一位，每年要出口大量的鐵礦石，赤鐵礦（主要成分是氧化鐵）是其中的一種。的鐵礦石，赤鐵礦（主要成分是氧化鐵）是其中的一種。氧化鐵中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為氧化鐵中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為 。1000t

13、1000t含氧化鐵含氧化鐵80%80%的赤鐵礦石中，氧化鐵的質(zhì)量是的赤鐵礦石中，氧化鐵的質(zhì)量是 t,t,用這些赤鐵礦石理論上可以練出含雜質(zhì)用這些赤鐵礦石理論上可以練出含雜質(zhì)4.4%4.4%的的生鐵生鐵 t t（計算結(jié)果保留整數(shù)）。（計算結(jié)果保留整數(shù)）。2 2、用、用2000t2000t含氧化鐵含氧化鐵80%80%的赤鐵礦石，可煉的赤鐵礦石，可煉出出含鐵含鐵80%生鐵生鐵多少噸？多少噸？學以致用：學以致用：3 3、煅燒含、煅燒含90%90%碳酸鈣的石灰石碳酸鈣的石灰石50t50t，可得到氧化鈣多，可得到氧化鈣多少噸？少噸？可得到含氧化鈣可得到含氧化鈣80%的生石灰多少噸？的生石灰多少噸？4 4、

14、煉、煉200t200t含含4.4%4.4%雜質(zhì)的生鐵，需要含雜質(zhì)的生鐵，需要含80%80%氧化鐵的赤氧化鐵的赤鐵礦石多少噸？鐵礦石多少噸？5 5、某煉鐵廠用含雜質(zhì)、某煉鐵廠用含雜質(zhì)20%20%的赤鐵礦石（主要成分是氧的赤鐵礦石（主要成分是氧化鐵）冶煉生鐵。求化鐵）冶煉生鐵。求1000kg1000kg這種礦石可煉出含鐵這種礦石可煉出含鐵90%90%的生鐵多少千克？的生鐵多少千克？1 1、在高爐煉鐵中、在高爐煉鐵中, ,將鐵從鐵的氧化物中還原將鐵從鐵的氧化物中還原出來的還原劑是出來的還原劑是：（）：（）、焦炭、焦炭 、二氧化碳、二氧化碳、一氧化碳、一氧化碳D D、石灰石、石灰石3co+Fe2o3

15、= 2Fe+3co2高溫2 2、在、在反應中，反應中，發(fā)生還原反應的物質(zhì)是：（）發(fā)生還原反應的物質(zhì)是：（）、Fe2o3、co、Fe、co23 3、生鐵生鐵赤鐵礦赤鐵礦石灰石石灰石無煙煤無煙煤焦炭，焦炭，煉鐵時從高爐進料口投放的原料是以上物質(zhì)中煉鐵時從高爐進料口投放的原料是以上物質(zhì)中的的：（）：（）、 、 、 、 C1：實驗步驟：實驗步驟：在硬質(zhì)玻璃管中放入少量紅色氧化鐵粉末，在硬質(zhì)玻璃管中放入少量紅色氧化鐵粉末， 先通一會兒先通一會兒_，然后用，然后用_加熱，為什么？加熱，為什么？ _.反應結(jié)束后，先停止反應結(jié)束后，先停止_，繼續(xù)通，繼續(xù)通_至玻璃至玻璃 管冷卻。為什么？管冷卻。為什么？2：實

16、驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象：_、 _ _ 。3：實驗結(jié)論（反應的化學方程式）：實驗結(jié)論（反應的化學方程式）：_。煉鐵的原理:防止高溫下鐵被空氣中的氧氣氧化，還可以防止高溫下鐵被空氣中的氧氣氧化，還可以防止石灰水倒吸回玻璃管，使玻璃管炸裂。防止石灰水倒吸回玻璃管，使玻璃管炸裂。澄清的石灰水變渾濁澄清的石灰水變渾濁將空氣排盡，防止加熱時發(fā)生爆炸將空氣排盡，防止加熱時發(fā)生爆炸。一氧化碳一氧化碳酒精噴燈酒精噴燈加熱加熱一氧化碳一氧化碳紅色粉末變?yōu)楹谏t色粉末變?yōu)楹谏獸e2O3+3CO=2Fe+3CO2高溫高溫在線測試：1.常見的鐵礦石有磁鐵礦常見的鐵礦石有磁鐵礦(主要成分是主要成分是_ ),赤鐵赤鐵 礦礦(主要

17、成分是主要成分是_ ).2. 工業(yè)煉鐵的主要原料有工業(yè)煉鐵的主要原料有_、_、 _，煉鐵發(fā)生反應的主要化學方程式為，煉鐵發(fā)生反應的主要化學方程式為 _。3.為適應火車提速，滬寧線上原有的短軌全部接為超為適應火車提速，滬寧線上原有的短軌全部接為超 長軌。在焊接過程中，工程技術(shù)人員點燃鋁熱劑長軌。在焊接過程中，工程技術(shù)人員點燃鋁熱劑 （鋁粉和氧化鐵的混合物）能釋放大量的能量，生成（鋁粉和氧化鐵的混合物）能釋放大量的能量，生成 熔融狀態(tài)的鐵可用來連接鐵軌，反應的化學方程式熔融狀態(tài)的鐵可用來連接鐵軌，反應的化學方程式 如下：如下： Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe ，其中的還原劑，其中的還原劑

18、為（為（ ） A. Fe2O3 B. Al C. Al2O3 D. Fe在線測試：1.常見的鐵礦石有磁鐵礦常見的鐵礦石有磁鐵礦(主要成分是主要成分是Fe3O4),赤鐵赤鐵 礦礦(主要成分是主要成分是Fe2O3 ).2. 工業(yè)煉鐵的主要原料有工業(yè)煉鐵的主要原料有 鐵礦石、鐵礦石、 焦碳、焦碳、 石灰石石灰石，煉鐵發(fā)生反應的主要化學方程式為，煉鐵發(fā)生反應的主要化學方程式為 Fe2O33CO 2Fe+3CO2。3.為適應火車提速，滬寧線上原有的短軌全部接為超為適應火車提速，滬寧線上原有的短軌全部接為超 長軌。在焊接過程中，工程技術(shù)人員點燃鋁熱劑長軌。在焊接過程中，工程技術(shù)人員點燃鋁熱劑 （鋁粉和氧化

19、鐵的混合物）能釋放大量地能量，生成（鋁粉和氧化鐵的混合物）能釋放大量地能量，生成 熔融狀態(tài)的鐵可用來連接鐵軌，反應的化學方程式熔融狀態(tài)的鐵可用來連接鐵軌，反應的化學方程式 如下：如下： Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe ，其中的還原劑，其中的還原劑 為（為（ B ） A. Fe2O3 B. Al C. Al2O3 D. Fe4. 某學生改進一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置，如某學生改進一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置，如圖所示：圖所示： (1）若先給氧化鐵熱，）若先給氧化鐵熱， 氧化鐵氧化鐵 再通入一氧化碳，可再通入一氧化碳，可 CO 能產(chǎn)生的后果是能產(chǎn)生的后果是 原因是原因是_ (2) 寫出寫

20、出A中發(fā)生反應的中發(fā)生反應的 A B C 化學方程式化學方程式_（3）裝置）裝置B中產(chǎn)生的現(xiàn)象可判斷反應是否開始發(fā)中產(chǎn)生的現(xiàn)象可判斷反應是否開始發(fā) 生，則生，則B中的試劑是（填名稱）中的試劑是（填名稱）_（4）裝置）裝置C的作用是的作用是_ (5) 裝置裝置C收集氣體的方法叫做收集氣體的方法叫做_。 4. 某學生改進一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置，如圖某學生改進一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置，如圖所示：所示： (1）若先給氧化鐵熱，再）若先給氧化鐵熱，再 氧化鐵氧化鐵 通入一氧化碳，可能通入一氧化碳，可能 CO 產(chǎn)生的后果是產(chǎn)生的后果是爆爆 炸炸， 原因是原因是一氧化碳中混一氧化碳中混 有空氣不純凈，加熱有空氣不純凈，加熱 A B C 時可能會發(fā)生爆炸。時可能會發(fā)生爆炸。 (2) 寫出寫出A中發(fā)生反應的化中發(fā)生反應的化 學方程式學方程式 Fe2O33CO 2Fe+3CO2 （3）裝置）裝置B中產(chǎn)生的現(xiàn)象可判斷反應是否開始發(fā)中產(chǎn)生的現(xiàn)象可判斷反應是否開始發(fā) 生，則生，則B中的試劑是（填名稱）中的試劑是（填名稱）澄清石灰水澄清石灰水（