從自然界獲取鐵和銅

從自然界中獲取鐵和銅鐵床架鐵碟鐵盒鐵掛鎖鐵合頁獵戶座流星雨景象

獅子座流星劃過天空陳列于新疆地質(zhì)礦產(chǎn)博物館重達30噸、世界排行第三(按重量)的大隕鐵。

奧運福娃銅章銅掛鎖銅接頭

《司母戊大方鼎》青銅制，高133厘米，重875公斤，制作于商朝，出土于河南安陽。

鐵銅在自然界的發(fā)現(xiàn)和存在

鐵、銅是人類使用最早、應用最廣泛的兩種金屬，你知道自然界中鐵和銅是如何發(fā)現(xiàn)的嗎?你知道嗎(一)鐵的發(fā)現(xiàn)地球上是不存在純鐵的，而天體上卻有較純的鐵星，地球上偶爾發(fā)現(xiàn)從天上墜下的宇宙來客—鐵殞星。(二)銅的發(fā)現(xiàn)5000多年前的新石器時代晚期，人們在采取石塊做工具時，無意中發(fā)現(xiàn)了一種與普通石料不同的美麗石塊，當用力摩擦、刻畫或敲打時，表面鐵跡脫落，奇跡般的出現(xiàn)絢爛奪目的紫紅色金屬，這就是天然純銅。1、鐵元素、銅元素在自然界中的存在鐵是一種活潑的金屬，因此，除了天外墜至地球的隕鐵(游離態(tài)的鐵)外，自然界里的鐵是以化合態(tài)的形式存在的。銅的化學性質(zhì)比鐵穩(wěn)定，在自然界中主要以化合態(tài)存在，也有少量單質(zhì)銅。主要以化合態(tài)形式存在于自然界。隕鐵天然銅隕鐵隕星的形狀各異，最大的隕石是重1770千克的吉林1號隕石，最大的隕鐵是納米比亞的戈巴隕鐵，重約60噸；隕鐵石之冠是山東莒南縣的“大鐵?！?，約重4噸。鐵礦石的成分和種類鐵礦石脈石和硫磷雜質(zhì)鐵化合物Fe3O4(磁鐵礦石)Fe2O3(赤鐵礦石)2Fe2O3·3H2O(褐鐵礦石)FeCO3(菱鐵礦石)鐵和銅的存在FeS2（黃鐵礦或叫硫鐵礦）赤鐵礦(Fe2O3)磁鐵礦(Fe3O4)褐鐵礦(Fe2O3·nH2O)黃鐵礦(FeS2

)常見的鐵礦石銅礦石的成分和種類黃銅礦（CuFeS2）孔雀石（CuCO3●Cu(OH)2）煉鐵和煉銅毛赤銅礦(Cu2O

)藍銅礦(Cu3(CO3)2(OH)2

)黃銅礦（CuFeS2）孔雀石(Cu2(OH)2CO3)常見的銅礦石古代是怎樣冶煉鐵和銅的?1.人類最先用薪火加熱熔解鐵礦石而制鐵,后來用木炭代替薪火制鐵.2.考古學家和史學家考證我國在公元前2500~2000年已懂得用孔雀石與木炭一起煅燒制銅,后來我國古代人民創(chuàng)造了濕法制銅.

你知道嗎為什么銅使用比鐵早？？①地球上存在少量單質(zhì)銅，單質(zhì)鐵只存在隕鐵中②鐵的性質(zhì)比銅活潑，容易氧化生銹③鐵的熔點（1539℃）又比銅（1083℃）高得多，就使得它比銅難于熔煉【交流與討論】KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg電解法熱還原法熱分解法不同金屬冶煉方法的選擇KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）Cu

HgAg冶煉方法的選擇簡單，實用，節(jié)省的原則如何將鐵、銅從“化合態(tài)”轉化為“游離態(tài)”？根據(jù)已學過的知識，你能寫出多少種上述轉化的化學方程式。交流與討論小小化學家

根據(jù)所學的化學知識,你能寫出哪些從自然界獲得鐵和銅單質(zhì)的化學反應方程式?生成鐵的化學方程式生成銅的化學方程式

3H2+Fe2O32Fe+3H2OH2+CuOCu+H2OCO+CuOCu+CO2

Fe+CuSO4Cu+FeSO43CO+Fe2O32Fe+3CO2

3C+Fe2O32Fe+3COC+CuOCu+COZn+FeSO4Fe+ZnSO4在土中挖一坑洞，周圍用石塊堆砌，稱為地爐。以木炭為燃料，利用自然風力進行燃燒、加熱和還原鐵礦石，產(chǎn)品為類似塊狀的海綿鐵。先人的足跡先人的足跡（1）設備是什么？（2）原料是什么？（3）煉鐵過程中發(fā)生了哪些反應？【交流與討論】①鐵礦石是如何被還原的?

②CO是怎樣形成的?③石灰石的作用是什么?高爐1、設備一、工業(yè)煉鐵①利用氧化-還原反應，在高溫下，用還原劑從鐵礦石里把鐵還原出來鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石3、反應原理2、原料Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

高溫C+O2CO2

CO2+C2COCaCO3CaO+CO2↑CaO+SiO2CaSiO3高溫高溫高溫高溫②還原劑的生成

③除脈石、爐渣的形成4.煉鐵產(chǎn)品：生鐵5.煉鐵和環(huán)保節(jié)能高爐煤氣：CO、CO2、N2

生鐵

和

鋼2%~4.3%0.03%~2%硅錳(較多)硫磷(較多)硅錳(適量)硫磷(較少)可鑄不可鍛可鑄,可鍛,可壓延硬而脆硬而韌,有彈性鐵合金的性質(zhì)我國西漢時的煉丹家劉安所著《淮南萬畢術》中記載“曾青得鐵，則化為銅?！币馑际钦f銅鹽遇到鐵時，就有銅生成。實質(zhì)就是我們現(xiàn)在所說的：鐵和可溶性銅鹽發(fā)生的置換反應。這一發(fā)現(xiàn)要比西方國家早1700多年。在宋朝時采用這一方法煉銅已有相當規(guī)模，每年煉銅500噸。這種煉銅方法在我國最早，是濕法冶金的先驅(qū)。煉鐵和煉銅二、工業(yè)煉銅1.濕法冶銅：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu2.高溫冶煉黃銅礦：（99.95%~99.98%）（99.5%~99.7%）黃銅礦粗銅精銅電解3.生物煉銅：鐵在人體中的作用鐵是維持生物的主要物質(zhì)，是制造血紅素和肌血球素的主要物質(zhì)，是促進維生素(維生素食品)B族代謝的必要物質(zhì)。成人攝取量是10～15mg。缺乏癥：缺鐵會導致貧血。過量表現(xiàn)：嘔吐、心衰、性機能障礙。課外閱讀資料食物中鐵的來源鐵(鐵食品)的豐富來源有牛腎、魚子醬、雞內(nèi)臟、可可粉、魚粉、肝臟、土豆、精白米、黃豆粉、麥糠、麥胚和小麥黃豆混合粉。

良好來源有牛肉、紅糖、蛤肉、干果、蛋黃、豬和羊腎臟。

一般來源有蘆筍、豆類、雞、強化面包、魚、羊肉、扁豆類、花生類、豌豆類、香腸、午餐肉、菠菜和全蛋。

微量來源有干酪、脂肪、油(油食品)、新鮮水果、罐頭類水果(水果食品)、冰淇淋、牛奶、許多新鮮蔬菜和罐頭蔬菜(蔬菜食品)、酸奶和糖。自然界中獲得的最大的天然銅重420噸.在古代,人們便發(fā)現(xiàn)了天然銅，用石斧將其砍下來，用錘打的方法把它加工成物件。于是銅器擠進了石器的行列，并且逐漸取代了石器，結束了人類歷史上的新石器時代。

銅的發(fā)現(xiàn)簡史

銅的發(fā)現(xiàn)簡史銅是古代就已經(jīng)知道的金屬之一。一般認為人類知道的第一種金屬是金，其次就是銅。銅在自然界儲量非常豐富，并且加工方便。銅是人類用于生產(chǎn)的第一種金屬，最初人們使用的只是存在于自然界中的天然單質(zhì)銅，用石斧把它砍下來，便可以錘打成多種器物。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，只是使用天然銅制造的生產(chǎn)工具就不敷應用了，生產(chǎn)的發(fā)展促使人們找到了從銅礦中取得銅的方法。含銅的礦物比較多見，大多具有鮮艷而引人注目的顏色，例如：金黃色的黃銅礦CuFeS2，鮮綠色的孔雀石CuCO3·Cu(OH)2或者Cu2(OH)2CO3，深藍色的石青2CuCO3·Cu(OH)2等，把這些礦石在空氣中焙燒后形成氧化銅CuO，再用碳還原，就得到金屬銅。純銅制成的器物太軟，易彎曲。人們發(fā)現(xiàn)把錫摻到銅里去，可以制成銅錫合金──青銅。銅，COPPER，源自Cuprum，是以產(chǎn)銅聞名的塞浦路斯島的古名，早為人類所熟知。它和金是僅有的兩種帶有除灰白黑以外顏色的金屬。銅與金的合金，可制成各種飾物和器具。加入鋅則為黃銅；加進錫即成青銅。從銅礦石冶煉銅的過程比較復雜。以黃銅礦為例，首先把精礦砂、熔劑（石灰石、砂等）和燃料（焦炭、木炭或無煙煤）混合，投入“密閉”鼓風爐中，在1000℃左右進行熔煉。于是礦石中一部分硫成為SO2（用于制硫酸），大部分的砷、銻等雜質(zhì)成為As2O3、Sb2O3等揮發(fā)性物質(zhì)而被除去：2CuFeS2＋O2＝Cu2S＋2FeS+SO2↑課外閱讀資料一部分鐵的硫化物轉變?yōu)檠趸铮?FeS+3O2＝2FeO+2SO2↑Cu2Ｓ跟剩余的FeS等便熔融在一起而形成“冰銅”（主要由Cu2S和FeS互相溶解形成的，它的含銅率在20%～50%之間，含硫率在23％～27%之間），F(xiàn)eO跟SiO2形成熔渣：FeO+SiO2＝FeSiO3熔渣浮在熔融冰銅的上面，容易分離，借以除去一部分雜質(zhì)。然后把冰銅移入轉爐中，加入熔劑（石英砂）后鼓入空氣進行吹煉（1100℃～1300℃）。由于鐵比銅對氧有較大的親和力，而銅比鐵對硫有較大的親和力，因此冰銅中的FeS先轉變?yōu)镕eO，跟熔劑結合成渣，而后Cu2S才轉變?yōu)镃u2O，Cu2O跟Cu2S反應生成粗銅（含銅量約為98.5%）。2Cu2S＋3O2＝2Cu2O+2SO2↑2Cu2O+Cu2S＝6Cu+SO2↑再把粗銅移入反射爐，加入熔劑（石英砂），通入空氣，使粗銅中的雜質(zhì)氧化，跟熔劑形成爐渣而除去。在雜質(zhì)除到一定程度后，再噴入重油，由重油燃燒產(chǎn)生的一氧化碳等還原性氣體使氧化亞銅在高溫下還原為銅。得到的精銅約含銅99.7%。在我國，距今4000年前的夏朝已經(jīng)開始使用紅銅，即天然銅。它的特點是鍛錘出來的。1957年和1959年兩次在甘肅武威皇娘娘臺的遺址發(fā)掘出銅器近20件，經(jīng)分析，銅器中銅含量高達99.63%～99.87%，屬于純銅。

當然，天然銅的產(chǎn)量畢竟是稀少的。生產(chǎn)的發(fā)展促進人們找到從銅礦中取得銅的方法。銅在地殼中總含量并不大，不超過0.01%，但是含銅的礦物是比較多見的，它們大多具有各種鮮艷而引人注目的顏色，招至人們的注意。例如鮮綠色的孔雀石CuCO3.Cu（OH）2，深藍色的石青2CuCO3.Cu（OH）2等。這些礦石在空氣中燃燒后得到銅的氧化物，再用碳還原，就得到金屬銅。

1933年，河南省安陽縣殷虛發(fā)掘中，發(fā)現(xiàn)重達18.8千克的孔雀石，直徑在1寸以上的木炭塊、陶制煉銅用的將軍盔以及重21.8千克的煤渣，說明3000多年前我國古代勞動人民從銅礦取得銅的過程。

但是，煉銅制成的物件太軟，容易彎曲，并且很快就鈍。接著人們發(fā)現(xiàn)把錫摻到銅里去制成銅錫合金——青銅。青銅器件的熔煉和制作比純銅容易的多，比純銅堅硬（假如把錫的硬度值定為5，那么銅的硬度就是30，而青銅的硬度則是100～150），歷史上稱這個時期為青銅時代。我國戰(zhàn)國時代的著作《周禮·考工記》總結了熔煉青銅的經(jīng)驗，講述青銅鑄造各種不同物件采用銅和錫的不同比例:“金有六齊（方劑）。六分其金（銅）而錫居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢（箭）之齊；金錫半，謂之鑒（鏡子）燧（利用鏡子聚光取火）之齊?！边@表明在3000多年前，我國勞動人民已經(jīng)認識到，用途不同的青銅器所要求的性能不同，用以鑄造青銅器的金屬成分比例也應有所不同。

青銅由于堅硬，易熔，能很好的鑄造成型，在空氣中穩(wěn)定，因而即使在青銅時代以后的鐵器時代里，也沒有喪失它的使用價值。例如在公元前約280年，歐洲愛琴海中羅得島上羅得港口矗立的青銅太陽神，高達46米，手指高度超過成人。

我國古代勞動人民更最早利用天然銅的化合物進行濕法煉銅，這是濕法技術的起源，是世界化學史上的一項發(fā)明。西漢《淮南子·萬畢術》記載：曾青得鐵則化為銅。曾青為硫酸銅。這種