5.2金属矿物--铁的冶炼课件解析.ppt
一、常见的金属矿物一、常见的金属矿物1 1、分布和存在、分布和存在金属在自然界中主要以单质存在，还是以化合物存在？金属在自然界中主要以单质存在，还是以化合物存在？极少数金属以单质（游离态）存在极少数金属以单质（游离态）存在自自然然界界中中以以单单质质存存在在的的银银自然界中以单质存在的自然界中以单质存在的金金化合态金属在自然界中以矿物的化合态金属在自然界中以矿物的形式存在。含有矿物的岩石称为矿石。形式存在。含有矿物的岩石称为矿石。大多数金属以化合物（化合态）存在大多数金属以化合物（化合态）存在大多数金属以化合物（化合态）存在大多数金属以化合物（化合态）存在思考：为什么金、银等少数金属以单质的形式思考：为什么金、银等少数金属以单质的形式思考：为什么金、银等少数金属以单质的形式思考：为什么金、银等少数金属以单质的形式存在？而大多数金属以化合物的形式存在呢？存在？而大多数金属以化合物的形式存在呢？存在？而大多数金属以化合物的形式存在呢？存在？而大多数金属以化合物的形式存在呢？地壳中含量在前四位的地壳中含量在前四位的金属元素分别是什么？金属元素分别是什么？2 2、常见的矿石、常见的矿石赤铁矿赤铁矿FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3黄铁矿黄铁矿FeSFeSFeSFeS2 2 2 2褐铁矿褐铁矿FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3XHXHXHXH2 2 2 2O O O O磁铁矿磁铁矿FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4菱铁矿菱铁矿FeCOFeCOFeCOFeCO3 3 3 3铝土矿铝土矿AlAlAlAl2 2 2 2O O O O3 3 3 3孔雀石孔雀石CuCuCuCu2 2 2 2(OH)(OH)(OH)(OH)2 2 2 2COCOCOCO3 3 3 3赤铜矿赤铜矿CuCuCuCu2 2 2 2O O O O黄铜矿黄铜矿CuFeSCuFeSCuFeSCuFeS2 2 2 2 铁元素在自然界中分布很广，在地壳中含量位居金铁元素在自然界中分布很广，在地壳中含量位居金 属元素的属元素的第二位第二位，仅次于铝，约占地壳总质量的，仅次于铝，约占地壳总质量的4.75%4.75%。我国大型铁矿有：辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花我国大型铁矿有：辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花 使金属矿物变成金属的过程，叫做使金属矿物变成金属的过程，叫做金属的冶炼金属的冶炼。选择冶炼原料选择冶炼原料时，通常考虑矿石的价格、时，通常考虑矿石的价格、金属的含量、安全无污染等。金属的含量、安全无污染等。铁矿石是怎样炼成铁的呢？让我们通过实验铁矿石是怎样炼成铁的呢？让我们通过实验来研究铁冶炼的化学原理。来研究铁冶炼的化学原理。阅读课本阅读课本124124页的实验，思考实验过程中应注页的实验，思考实验过程中应注 意哪些事项（注：一氧化碳有毒）。意哪些事项（注：一氧化碳有毒）。ABC实验前观察实验前观察实验前观察实验前观察颜色：颜色：颜色：颜色：_状态：状态：状态：状态：_ 能否被磁铁吸起？能否被磁铁吸起？能否被磁铁吸起？能否被磁铁吸起？红棕色红棕色固体粉末固体粉末否否FeFe2 2O O3 3实验步骤实验步骤:1.1.反应前先检反应前先检查查装置的装置的2.2.装装入药品，连接好装置入药品，连接好装置3.3.先制先制COCO气体，然后气体，然后验纯验纯，若已纯，若已纯，通通COCO气气体一体一会儿会儿,再用酒精灯对着氧化铁再用酒精灯对着氧化铁加热加热。4.4.观察氧化观察氧化铁的颜色变化和石灰水的变化铁的颜色变化和石灰水的变化5.5.反应结束，先反应结束，先撤撤氧化铁处酒精氧化铁处酒精灯灯，稍稍，稍稍冷却后冷却后停止通停止通COCO气气体体6.6.待冷却后取出产物，用磁铁吸引，看能否被吸待冷却后取出产物，用磁铁吸引，看能否被吸起，判断反应中生成了什么物质。起，判断反应中生成了什么物质。气密性气密性(CO:早出晚归早出晚归酒精灯酒精灯:迟到早退迟到早退)ABC实验步骤：实验步骤：给药品加热给药品加热通入通入CO停止通入停止通入CO停止加热停止加热通入通入CO给药品加热给药品加热停止加热停止加热停止通入停止通入CO1.1.组装组装查查密密2.2.装入药品装入药品3.3.验纯验纯通气通气4.4.点灯点灯除尾除尾5.5.排空排空点灯点灯6.6.熄灯通气熄灯通气7.7.冷却冷却停气停气以防以防COCO泄露，污染大气泄露，污染大气以防以防COCO不纯，加热时发生爆炸不纯，加热时发生爆炸排尽装置中的空气，以防加排尽装置中的空气，以防加热时发生爆炸热时发生爆炸防止铁在较高的温度下重新被氧化防止铁在较高的温度下重新被氧化以防未反应的以防未反应的COCO污染大气污染大气注意事项：注意事项：A A处处：固体由：固体由红色红色变成变成黑色黑色；B B处处：澄清石灰水变浑浊。：澄清石灰水变浑浊。C C处处：尾气燃烧发蓝色火焰：尾气燃烧发蓝色火焰ABC实验现象：实验现象：尾气的处理：尾气的处理：方法一：方法一：；方法二：；方法二：，方法三：方法三：，目的：目的：。点燃点燃用气球收集用气球收集防止污染空气防止污染空气再利用再利用 在探究用赤铁矿在探究用赤铁矿(主要成分主要成分Fe2O3)炼铁的主要反应原理时炼铁的主要反应原理时,老师设计的实验装置如图老师设计的实验装置如图,实验中实验中,小明发现一氧化碳白白烧掉太小明发现一氧化碳白白烧掉太浪费了，对装置又进行了改进。猜一猜小明是怎样改进的？浪费了，对装置又进行了改进。猜一猜小明是怎样改进的？ABC 铁冶炼的化学原理铁冶炼的化学原理一氧化碳与氧化铁反应一氧化碳与氧化铁反应基本反应原理：基本反应原理：FeFe2 2O O3 3+CO CO Fe+Fe+COCO2 2高温高温FeFe2 2O O3 3FeFe3 32 23 31 1现象：现象：1 1、硬质玻管中粉末由红棕色变成黑色；、硬质玻管中粉末由红棕色变成黑色；2 2、试管中澄清石灰水变浑浊；、试管中澄清石灰水变浑浊；3 3、尾气可燃，火焰呈蓝色。、尾气可燃，火焰呈蓝色。工业炼铁工业炼铁上述反应原理也用于工业炼铁上述反应原理也用于工业炼铁:原料：原料：主要反应主要反应:高炉高炉 铁矿石、焦炭、热空气、石灰石铁矿石、焦炭、热空气、石灰石工业炼铁的主要设备：工业炼铁的主要设备：提供热源、维持炉温提供热源、维持炉温；生成还原气生成还原气COCO。造渣除杂造渣除杂FeFe2 2O O3 3+3CO+3CO 2Fe+3CO2Fe+3CO2 2高温高温FeFe3 3O O4 4+CO CO Fe+Fe+COCO2 2高温高温4 43 34 41 1原料原料炼炼 铁铁 高高 炉炉 的的 结结 构构 炼炼 铁铁 工工 业业 设设 备备 图图 炼铁选用的铁矿石通常不仅要求含铁量高，而且要炼铁选用的铁矿石通常不仅要求含铁量高，而且要“有害元素有害元素”少，下列铁矿石你认为不适宜炼铁的是：少，下列铁矿石你认为不适宜炼铁的是：（）A.A.磁铁矿（磁铁矿（FeFe3 3O O4 4）72.4%72.4%B.B.赤铁矿（赤铁矿（FeFe2 2O O3 3）70%70%C.C.菱铁矿（菱铁矿（FeCOFeCO3 3）48.3%48.3%D.D.黄铁矿（黄铁矿（FeSFeS2 2）46.7%46.7%D D思考题：思考题：由于由于不同的金属的化学活动性不同的金属的化学活动性不同，因此，常采用不同的不同，因此，常采用不同的冶炼方法。冶炼方法。热还原法、电解法、热分解法等。热还原法、电解法、热分解法等。利用利用还原剂还原剂在在高温高温下将下将金属金属从化合物中从化合物中还原出还原出来来。FeFe2 2O O3 3+3+3COCO=2Fe+3CO=2Fe+3CO2 2WOWO3 3+3+3H H2 2=W+3H=W+3H2 2O O2CuO+C =2Cu+CO2CuO+C =2Cu+CO2 2 高温高温 高温高温 高温高温通常把金属（如铁）跟氧通常把金属（如铁）跟氧气结合生成金属氧化物气结合生成金属氧化物（如氧化铁）的过程称为（如氧化铁）的过程称为金属的氧化金属的氧化 金属氧化物跟焦碳、氢气、一氧化碳等物质反应，失去氧金属氧化物跟焦碳、氢气、一氧化碳等物质反应，失去氧转化为金属的过程称为转化为金属的过程称为金属氧化物的还原金属氧化物的还原高炉炼铁高炉炼铁金属的常用冶炼方法金属的常用冶炼方法FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3+3CO=2Fe+3CO+3CO=2Fe+3CO+3CO=2Fe+3CO+3CO=2Fe+3CO2 2 2 2高温高温FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3+3H+3H+3H+3H2 2 2 2=2Fe+3H=2Fe+3H=2Fe+3H=2Fe+3H2 2 2 2O O O O高温高温2Fe2Fe2Fe2Fe2 2 2 2O O O O3 3 3 3+3C=4Fe+3CO+3C=4Fe+3CO+3C=4Fe+3CO+3C=4Fe+3CO2 2 2 2高温高温湿法冶金（金属）湿法冶金（金属）用活泼金属将一些不太活泼的金属从其盐溶液中用活泼金属将一些不太活泼的金属从其盐溶液中置换出来。适于处理金属含量较低和组分比较复杂的置换出来。适于处理金属含量较低和组分比较复杂的原料，如有色金属和稀有金属。原料，如有色金属和稀有金属。举例：举例：Fe+CuSOFe+CuSO4 4=FeSO=FeSO4 4+Cu+Cu2 2HgHgO=2O=2HgHg+O+O2 2 2 2AgAg2 2O=4O=4AgAg+O+O2 2常用于不活泼金属常用于不活泼金属（HgHg、AgAg等等）的冶炼。的冶炼。AuAu、PtPt可通过金沙淘洗获得。可通过金沙淘洗获得。在金属活动性顺序中，在金属活动性顺序中，K K、NaNa、CaCa、AlAl等等活泼金属活泼金属的的还原还原性很强性很强，都很，都很容易容易失去失去电子电子，因此不能用一般的方法和还原剂，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用使其从化合物中还原出来，只能用通电分解其熔融盐或氧化物通电分解其熔融盐或氧化物的方法来的方法来冶炼冶炼。2Al2Al2 2O O3 3=4=4AlAl+3O+3O2 2 2NaCl=2 2NaCl=2NaNa+Cl+Cl2 2通电通电通电通电金属的常用冶炼方法金属的常用冶炼方法有关杂质问题的计算有关杂质问题的计算例例1、1000t含杂质含杂质20%的赤铁矿石中含氧化铁的的赤铁矿石中含氧化铁的质量是多少？质量是多少？氧化铁的质量：氧化铁的质量：1000t（1-20%）=800t纯纯物质的质量物质的质量=不纯物质的质量不纯物质的质量物质的质量分数物质的质量分数例例例例2 2、计算多少吨生铁中含铁的质量分数为计算多少吨生铁中含铁的质量分数为计算多少吨生铁中含铁的质量分数为计算多少吨生铁中含铁的质量分数为96%96%，含铁含铁含铁含铁560t560t？生铁的质量：生铁的质量：生铁的质量：生铁的质量：560t96%=583.3t560t96%=583.3t不纯不纯物质的质量物质的质量=纯物质的质量纯物质的质量 物质的质量分数物质的质量分数物质的质量分数物质的质量分数例例3：用用1000t含氧化铁含氧化铁80%的赤铁矿石，理的赤铁矿石，理 论上可以炼出含铁论上可以炼出含铁96%的生铁多少吨？的生铁多少吨？注意：注意：带入化学方程式计算的数据应是纯净物的质量带入化学方程式计算的数据应是纯净物的质量赤铁矿石赤铁矿石氧化铁氧化铁铁铁生铁生铁1000t80%70%96%=583.3t生铁的质量：生铁的质量：练习：练习：要炼出含杂质要炼出含杂质2%的生铁的生铁3200吨，需要含氧吨，需要含氧 化铁质量分数为化铁质量分数为80%的赤铁矿石多少吨？的赤铁矿石多少吨？生铁生铁铁铁氧化铁氧化铁赤铁矿石赤铁矿石3200t（1-20%）70%80%=4571.5t赤铁矿石赤铁矿石:随堂练习随堂练习 1 1、工业上以赤铁矿（、工业上以赤铁矿（FeFe2 2O O3 3）为原料冶炼铁。某钢铁厂）为原料冶炼铁。某钢铁厂冶炼冶炼896Kg896Kg铁，需要含铁，需要含FeFe2 2O O3 364%64%的赤铁矿多少的赤铁矿多少KgKg？（2000 Kg 2000 Kg 2000 Kg 2000 Kg）2 2、2.8gCO2.8gCO在高温下跟在高温下跟5.8g5.8g某种铁的氧化物完全反应，这某种铁的氧化物完全反应，这种氧化物是（种氧化物是（）A A、FeOFeO B B、FeFe2 2O O3 3 C C、FeFe3 3O O4 4 C C 3 3、写出四氧化三铁分别与焦炭、氢气、一氧化碳在、写出四氧化三铁分别与焦炭、氢气、一氧化碳在高温下反应的化学方程式。高温下反应的化学方程式。2C+Fe2C+Fe2C+Fe2C+Fe3 3 3 3O O O O4 4 4 4=3Fe+2CO=3Fe+2CO=3Fe+2CO=3Fe+2CO2 2 2 2高温高温高温高温4H4H4H4H2 2 2 2+Fe+Fe+Fe+Fe3 3 3 3O O O O4 4 4 4=3Fe+4H=3Fe+4H=3Fe+4H=3Fe+4H2 2 2 2O O O O高温高温高温高温4CO+Fe4CO+Fe4CO+Fe4CO+Fe3 3 3 3O O O O4 4 4 4=3Fe+4CO=3Fe+4CO=3Fe+4CO=3Fe+4CO2 2 2 2高温高温高温高温 4 4、如图是用一氧化碳、如图是用一氧化碳还原氧化铜的实验装置，还原氧化铜的实验装置，回答下列问题：回答下列问题：（1 1）有下列实验步骤：）有下列实验步骤：加热；加热；通入一氧化碳。请用上述实验步骤的标号填通入一氧化碳。请用上述实验步骤的标号填空，实验开始时，应先空，实验开始时，应先_，然后，然后_。（2 2）实验进行一段时间后，）实验进行一段时间后，A A装置中出现的现象为装置中出现的现象为_ _ _，说明有，说明有_ _ _生成，生成，B B装置中出现的现装置中出现的现象为象为_，说明有，说明有_生成。生成。粉末由黑变红粉末由黑变红CuCuCuCu石灰水变浑石灰水变浑COCOCOCO2 2 2 2（3 3）装置）装置A A中的反应化学方程式为中的反应化学方程式为_，装置装置B B中的反应化学方程式为中的反应化学方程式为_，装置装置C C中的目的是中的目的是_。（4 4）反应结束，应先）反应结束，应先_，待冷却后，待冷却后_。CO+CuOCO+CuO=Cu+CO=Cu+CO2 2COCO2 2+Ca(OH)+Ca(OH)2 2=CaCO=CaCO3 3+H+H2 2O O除尾气，防污染除尾气，防污染停止加热停止加热停止通气停止通气 以生铁为原料，利用氧气或铁的氧化物将一部分以生铁为原料，利用氧气或铁的氧化物将一部分碳等杂质变为气体或炉渣而除去的过程。碳等杂质变为气体或炉渣而除去的过程。目的：目的：降碳、调硅锰、除硫磷。降碳、调硅锰、除硫磷。原理：原理：工业炼钢工业炼钢
