理化生從自然界中獲取鐵和銅

理化生從自然界中獲取鐵和銅第1頁(yè)/共38頁(yè)人類文明發(fā)展“前世"--銅鐵的應(yīng)用信息時(shí)代鋼鐵時(shí)代銅器時(shí)代石器時(shí)代鐵器時(shí)代人類文明的發(fā)展歷程第2頁(yè)/共38頁(yè)司母戊鼎漢代鐵犁“前世"--銅鐵的應(yīng)用第3頁(yè)/共38頁(yè)“今生"--銅鐵的應(yīng)用第4頁(yè)/共38頁(yè)獵戶座流星雨景象

獅子座流星劃過(guò)天空“天上的金雨落進(jìn)沙漠里變成了黑色的鐵”第5頁(yè)/共38頁(yè)陳列于新疆地質(zhì)礦產(chǎn)博物館重達(dá)30噸、世界排行第三(按重量)的大隕鐵。

第6頁(yè)/共38頁(yè)天然的純銅，在大自然中不多。到目前為止，發(fā)現(xiàn)最重的一塊純銅為420噸。第7頁(yè)/共38頁(yè)磁鐵礦(Fe3O4)赤鐵礦(Fe2O3)黃鐵礦(FeS2

)菱鐵礦(FeCO3

)常見(jiàn)的鐵礦石第8頁(yè)/共38頁(yè)毛赤銅礦(Cu2O

)黃銅礦（CuFeS2）孔雀石(Cu2(OH)2CO3

)藍(lán)銅礦(Cu3(CO3)2(OH)2

)常見(jiàn)的銅礦石第9頁(yè)/共38頁(yè)分組討論如何將鐵、銅從化合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)？生成鐵的化學(xué)方程式生成銅的化學(xué)方程式

2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe3H2+Fe2O32Fe+3H2OH2+CuOCu+H2OCO+CuOCu+CO2

Fe+CuSO4=Cu+FeSO43CO+Fe2O32Fe+3CO2

Mg+FeSO4=Fe+MgSO42Al+3CuOAl2O3+3Cu第10頁(yè)/共38頁(yè)古代煉鐵

我國(guó)在西漢初時(shí)已經(jīng)懂得用木炭與鐵礦石混合高溫冶煉生鐵，領(lǐng)先歐洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭煉鐵，而歐洲最早直到500年后，才掌握這一技術(shù)。第11頁(yè)/共38頁(yè)工業(yè)煉鐵過(guò)程:(視頻展示)現(xiàn)代煉鐵

思考下列問(wèn)題:

⑴CO是怎樣形成的?⑵鐵礦石是如何被還原的?⑶石灰石的作用是什么?鐵的冶煉第12頁(yè)/共38頁(yè)現(xiàn)代煉鐵

煉鐵：鐵礦石（化合態(tài)）→鐵單質(zhì)（游離態(tài)）（2）基本反應(yīng)原理：利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑（主要是CO)從鐵礦石中還原出鐵。（3）設(shè)備：鐵礦石，焦炭，石灰石，空氣

（4）煉鐵的主要反應(yīng)過(guò)程：3CO+Fe2O32Fe+3CO2高溫（1）原料：高爐第13頁(yè)/共38頁(yè)寶鋼高爐第14頁(yè)/共38頁(yè)高爐結(jié)構(gòu)圖C+O2=CO2CO2+C2CO3CO+Fe2O32Fe+3CO2第15頁(yè)/共38頁(yè)現(xiàn)代煉鐵煉鐵的主要反應(yīng)過(guò)程①產(chǎn)生還原劑：

C+O2→CO2CO2+C→2CO

（空氣，焦炭）

②還原鐵礦石：

Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2

（鐵礦石）

③造渣（除脈石）：

CaCO3→

CO2+CaOCaO+SiO2→

CaSiO3

（熔劑：石灰石）高溫高溫（5）煉鐵產(chǎn)品：生鐵高溫點(diǎn)燃高溫第16頁(yè)/共38頁(yè)類別含碳量%含雜質(zhì)機(jī)械性能機(jī)械加工生鐵2~4.3多硬而脆可鑄不可鍛鋼0.03~2少硬而韌、有彈性可鑄可鍛生鐵和鋼的區(qū)別第17頁(yè)/共38頁(yè)1996年之后，我國(guó)再度成為鋼鐵產(chǎn)量最大的國(guó)家。煉鐵和煉銅第18頁(yè)/共38頁(yè)煉鐵和煉銅下圖為我國(guó)紀(jì)念1996年鋼鐵產(chǎn)量超億噸而發(fā)行的郵票第19頁(yè)/共38頁(yè)古代煉銅先秦文獻(xiàn)《墨子·耕柱篇》提到；“昔日夏后開(kāi)使蜚廉折金于山川，而陶鑄之于昆吾。”其中“折金”就是指開(kāi)采銅礦，表明銅的冶煉在我國(guó)是相當(dāng)早的。冶煉時(shí)，在熔鍋或熔爐內(nèi)放置孔雀石和木炭，讓木炭在里面燃燒，用吹管往里送風(fēng)，產(chǎn)生高溫，熔化礦石，同時(shí)產(chǎn)生一氧化碳使銅析出。至春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，此法煉銅的含銅量可達(dá)65%?！盎鸱掋~”第20頁(yè)/共38頁(yè)

我國(guó)西漢時(shí)的煉丹家劉安所著《淮南萬(wàn)畢術(shù)》中記載“曾青得鐵，則化為銅?！边@一發(fā)現(xiàn)要比西方國(guó)家早1700多年。在宋朝時(shí)采用這一方法煉銅已有相當(dāng)規(guī)模，每年煉銅500噸。這種煉銅方法在我國(guó)最早，是水法冶金技術(shù)的起源，在世界化學(xué)史上是一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。古代煉銅“水法煉銅（膽銅法）”第21頁(yè)/共38頁(yè)2.高溫冶煉黃銅礦：1.濕法冶銅：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu3.生物煉銅：（99.95%~99.98%）（99.5%~99.7%）黃銅礦粗銅精銅電解三、銅的冶煉：現(xiàn)代煉銅第22頁(yè)/共38頁(yè)"未來(lái)"--銅鐵前景展望128年32年24年鐵銅Text鋅19年15年金TextTextTextTextTextTextText銀我們還可以開(kāi)采多久？第23頁(yè)/共38頁(yè)"未來(lái)"--銅鐵前景展望循環(huán)替代減少?gòu)U舊金屬循環(huán)利用尋找替代品，使銅鐵發(fā)揮其核心作用在不影響使用的前提下，減少金屬的使用量第24頁(yè)/共38頁(yè)自然界中的金屬大都以化合態(tài)存在用化學(xué)的方法把化合態(tài)的金屬變成游離態(tài)要考慮的問(wèn)題礦石的富集合適的冶煉方法如何精煉金屬的冶煉第25頁(yè)/共38頁(yè)1、電解法在金屬活動(dòng)性順序中，鉀、鈉、鈣、鋁等幾種金屬的還原性很強(qiáng)，這些金屬都很容易失去電子，因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來(lái)，而只能用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來(lái)冶煉。2NaCl====2Na+Cl2↑電解冶煉方法的選擇簡(jiǎn)單，實(shí)用，節(jié)省的原則金屬冶煉第26頁(yè)/共38頁(yè)2．熱還原法多數(shù)金屬的冶煉過(guò)程屬于熱還原法。常用的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣和活潑金屬等。高溫高溫高溫Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2WO3+3H2==W+3H2OCr2O3+2Al==2Cr+Al2O3金屬冶煉第27頁(yè)/共38頁(yè)2HgO==2Hg+O2↑2Ag2O==4Ag+O2↑金屬冶煉3、熱分解法有些不活潑金屬僅用熱分解法就能制得。在金屬活動(dòng)性順序表中，位于氫后面的某些金屬的氧化物受熱就能分解。第28頁(yè)/共38頁(yè)金屬冶煉4、濕法冶金術(shù)用活潑金屬把不活潑金屬?gòu)乃柠}溶液中置換出來(lái)。Fe+CuSO4=Cu+FeSO4Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2第29頁(yè)/共38頁(yè)金礦Au鉑礦Pt少數(shù)不活潑金屬以游離態(tài)存在（物理提取法）金屬冶煉第30頁(yè)/共38頁(yè)KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu電解法熱還原法KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）Cu

HgAg

PtAu熱分解法物理方法可見(jiàn)，越活潑的金屬越難冶煉要根據(jù)金屬的活動(dòng)性順序不同，采取不同的冶煉方法金屬冶煉第31頁(yè)/共38頁(yè)1.從金屬利用的歷史來(lái)看，先是青銅器時(shí)代，而后是鐵器時(shí)代，鋁的利用是近百年的事。這個(gè)先后順序跟下列有關(guān)的是①地殼中的金屬元素的含量②金屬活動(dòng)性順序③金屬的導(dǎo)電性④金屬冶煉的難易程度⑤金屬的延展性A.①③B.②⑤C.③⑤D.②④D課堂練習(xí)第32頁(yè)/共38頁(yè)2．冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法；②水煤氣法（H2

或CO）；③活潑金屬置換法；④電解法。四種方法均有應(yīng)用。古代有：Ⅰ火燒孔雀石煉銅；Ⅱ濕法冶金術(shù)煉銅；現(xiàn)代有：Ⅲ鋁熱法煉鉻；Ⅳ從光鹵石（KCl·MgCl2·6H2O）中煉鎂。下列對(duì)它們的冶煉方法的分析中，不正確的是（）A．Ⅰ用①B．Ⅱ用②C．Ⅲ用③D．Ⅳ用④B課堂練習(xí)第33頁(yè)/共38頁(yè)KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu約6000年前約2500年前約200年前約600年前3.下圖是金屬活動(dòng)性順序表中銅、錫、鐵和鋁元素被人類大規(guī)模開(kāi)發(fā)、利用的大致年限。⑴選擇編號(hào)填空：鋁的利用比銅和鐵晚得多，原因是______；目前鋁在多個(gè)領(lǐng)域替代易生銹的鋼鐵，其主要原因是

______。①鋁的硬度小

②鋁很活潑③地殼中鋁的含量高

④鋁的表面易生成致密的保護(hù)膜課堂練習(xí)第34頁(yè)/共38頁(yè)4．Fe是地殼中含量很豐富的元素，也是生物體所必需的元素。自然界中鐵礦石主要有赤鐵礦和磁鐵礦，金屬鐵是在高爐中冶煉的，高爐煉鐵除了加入鐵礦石外，還需加入焦炭和石灰石。請(qǐng)?zhí)羁眨孩賹?xiě)出磁鐵礦主要成分的化學(xué)式：

。②寫(xiě)出赤鐵礦被還原成鐵的化學(xué)方程式：

。③寫(xiě)出焦炭在高爐中參與反應(yīng)的兩個(gè)化學(xué)方程式：

。④寫(xiě)出CaCO3所參與反應(yīng)的兩個(gè)化學(xué)方程式：

。Fe3O4

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

C+O2CO2CO2+C2CO

CaCO3CaO+CO2↑CaO+SiO2CaSiO3

課堂練習(xí)第35頁(yè)/共38頁(yè)5.根據(jù)下圖所