高中化学 专题3 从矿物到基础材料 第2单元 铁、铜的获取及应用——从自然界获取铁和铜课件 苏教版必修1-苏教版高一必修1化学课件

1、石器时代石器时代铜器时代铜器时代铁器时代铁器时代多元材料时代多元材料时代铁和铜元素在哪铁和铜元素在哪里？里？铁铜单质如何获铁铜单质如何获得？得？人类最早利用的单质铁和铜均直接来自于自然界。所不人类最早利用的单质铁和铜均直接来自于自然界。所不同的是铁单质只存在于从天而降的同的是铁单质只存在于从天而降的陨铁陨铁中，所以古人称中，所以古人称为为“天石天石”，而铜则来自于地球上自然存在的少量单质，而铜则来自于地球上自然存在的少量单质铜。铜。天然铜天然铜赤铁矿赤铁矿: : Fe2O3黄铁矿黄铁矿: : FeS2菱铁矿菱铁矿: : FeCO3磁铁矿磁铁矿: : Fe3O4黄铜矿：黄铜矿：CuFeS2CuC

2、O3. Cu(OH)2铁、铜从化合态转化为游离态铁、铜从化合态转化为游离态生成铁的化学方程式生成铁的化学方程式生成铜的化学方程式生成铜的化学方程式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高温你知道如何将铁、铜从化合态转你知道如何将铁、铜从化合态转化为游离态吗？请化为游离态吗？请尽可能多地尽可能多地写写出实现上述转化的化学方程式。出实现上述转化的化学方程式。把金属从矿

3、石中提炼出来，这就是把金属从矿石中提炼出来，这就是金属的冶炼金属的冶炼现代工业炼铁现代工业炼铁1、原料：、原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。2、反应原理：、反应原理：C + O2 CO2点燃点燃C + CO2 2CO高温高温Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2高温高温(产生大量的热产生大量的热)(得到还原剂得到还原剂CO)3、造渣：、造渣：CaCO3 CaO+CO2高温高温SiO2+CaO CaSiO3高温高温(炉渣的主要成分炉渣的主要成分)形成形成炉渣，炉渣，除去铁矿石中的除去铁矿石中的SiOSiO2 2等杂质等杂质4、主要设备：、主要设备： 炼铁高炉炼铁高炉

4、5、高炉煤气成分：、高炉煤气成分：N2 、CO、CO2等等6、产品：、产品： 生铁（含碳生铁（含碳2%4.5%）将将生铁生铁（含碳量在（含碳量在2%2%4.5%4.5%）进一步炼制，可以得）进一步炼制，可以得到用途更为广泛的到用途更为广泛的钢钢（含碳量在（含碳量在0.03%0.03%2% 2% ）铁合金铁合金 生生 铁铁 钢钢 C% 2% 4.5% 0.03% 2%其它其它杂质杂质Si、Mn、S、P（较多）（较多）Si、Mn、S、P（较少）（较少） 机械机械性能性能用途用途 坚硬、耐磨、铸造性好坚硬、耐磨、铸造性好但脆，但脆， 可铸不煅可铸不煅坚硬、韧性大，可塑坚硬、韧性大，可塑性好性好, ,

5、可铸可煅可铸可煅炼钢生铁炼钢生铁做炼钢的原料做炼钢的原料 ；铸造铸造生铁生铁用于造各种铸件，如机床用于造各种铸件，如机床床座等；床座等；球墨铸铁球墨铸铁性能较好，性能较好，制造齿轮、活塞等高级铸件制造齿轮、活塞等高级铸件钢的型号不同，应用不钢的型号不同，应用不同。如钢丝网、铆钉、同。如钢丝网、铆钉、锅炉等锅炉等 为了防锈在合金中加入为了防锈在合金中加入铬和镍铬和镍，这种，这种钢称为不锈钢。不锈钢通常是指含钢称为不锈钢。不锈钢通常是指含铬铬量量在在1230%的合金钢。的合金钢。 不锈钢外观呈微灰色或银白色。结构不锈钢外观呈微灰色或银白色。结构紧密，不易氧化生成氧化铁，故有不锈紧密，不易氧化生成氧

6、化铁，故有不锈之称。不锈钢是能抵抗酸、碱、盐等腐之称。不锈钢是能抵抗酸、碱、盐等腐蚀作用的合金钢的总称。蚀作用的合金钢的总称。2.2.湿法炼铜湿法炼铜 Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4 古老的冶炼技术古老的冶炼技术1.火烧孔雀石炼铜火烧孔雀石炼铜Cu 2(OH) 2CO3 我国劳动人民很早就认识了铜盐溶液里的铜能被我国劳动人民很早就认识了铜盐溶液里的铜能被铁置换，从而发明了湿法炼铜。它成为湿法冶金铁置换，从而发明了湿法炼铜。它成为湿法冶金术的先驱，在世界化学史上占有光辉的一页。水术的先驱，在世界化学史上占有光辉的一页。水法炼铜的原理是：法炼铜的原理是：CuSO4+Fe=Cu+Fe

7、SO4 在汉代在汉代许多著作里有记载许多著作里有记载“石胆能化铁为铜石胆能化铁为铜”，晋葛洪，晋葛洪抱朴子内篇抱朴子内篇黄白黄白中也有中也有“以曾青涂铁以曾青涂铁, ,铁赤铁赤色如铜色如铜”的记载。的记载。Cu2(OH) 2CO3= 2CuO+H2O+CO22CuO+C=2Cu+CO2张潜，北宋湿法炼铜家张潜，北宋湿法炼铜家 2 2、生物炼铜：、生物炼铜：1 1、高温炼铜：、高温炼铜：见见P:73页页【资料卡资料卡】2CuFeS2O2Cu2S2FeS+SO22Cu2O+Cu2S6Cu+SO22Cu2S3O22Cu2O+2SO2利用细菌将矿石分化得到铜利用细菌将矿石分化得到铜精铜精铜（99.95

8、99.98%）粗铜粗铜（99.599.7%）含含Au、Ag、Fe、Zn等杂质等杂质 CuS CuSO4 Cu成本低，污染小，反应条件简单成本低，污染小，反应条件简单Fe细菌 铁和铜是我们在日常生活中经常接触到的铁和铜是我们在日常生活中经常接触到的金属材料，铁和铜的许多应用是由它们的物理金属材料，铁和铜的许多应用是由它们的物理性质所决定的。你能根据铁和铜的应用，说出性质所决定的。你能根据铁和铜的应用，说出它们的物理性质吗？将你所知道的填入表它们的物理性质吗？将你所知道的填入表3-43-4。金属金属应应 用用物理性质物理性质铁铁铜铜表表3-4 铁和铜的应用与物理性质铁和铜的应用与物理性质铁、铜的物

9、理性质铁、铜的物理性质(3)(3)导电性：导电性：AgCuAlFe银白色的银白色的铁铁紫红色的紫红色的铜铜(1)(1)铁、铜都是热和电的良导体都有延展性铁、铜都是热和电的良导体都有延展性. . (2)(2)铁能被磁铁吸引铁能被磁铁吸引密度是密度是7.86g/cm7.86g/cm3 3熔点熔点153515350 0C,C,沸点是沸点是275027500 0C C密度密度8.92g/cm8.92g/cm3 3; ;熔点熔点1083.4,1083.4,沸点沸点25672567根据下图所示实验室用一氧化碳还原氧化铁的根据下图所示实验室用一氧化碳还原氧化铁的实验装置，回答以下问题：实验装置，回答以下问题

10、：反应过程中发生的现象是反应过程中发生的现象是 ；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生物炼铜：生物炼铜：日本日矿金属公司近日开始研究生物开矿技术。这日本日矿金属公司近日开始研究生物开矿技术。这一技术通过向矿床注入酸化细菌微生物来提取金属成分，不需一技术通过向矿床注入酸化细菌微生物来提取金属成分，不需发掘矿石，没有冶炼高炉，可在山脚下就地制铜，因而设备投发掘矿石，没有冶炼高炉，可在山脚下就地制铜，因而设备投资少，有利于环保。资少，有利于环保。 生物开矿技术是一种利用微生物开矿

11、的湿式制铜技术。先生物开矿技术是一种利用微生物开矿的湿式制铜技术。先在矿床上开凿在矿床上开凿“注入矿井注入矿井”和和“回收矿井回收矿井”，然后向矿井注入，然后向矿井注入铁酸化细菌和硫磺酸化细菌以加速金属成分溶解，再通过铁酸化细菌和硫磺酸化细菌以加速金属成分溶解，再通过“回回收矿井收矿井”回收有价金属。这一研究得到了日本能源医药生物研回收有价金属。这一研究得到了日本能源医药生物研究所的技术协助。究所的技术协助。 日矿金属公司与三井金属公司已在技术研发中心共同开设日矿金属公司与三井金属公司已在技术研发中心共同开设了湿式制铜车间，并于本月正式开始实验。这种湿式制铜法与了湿式制铜车间，并于本月正式开始实验。这种湿式制铜法与干式炼铜法相比，