第三单元金属炼铁的原理

1、第一节第一节 常见的金属材料常见的金属材料 三、炼铁的原理三、炼铁的原理 自然界中的金属大多以什么自然界中的金属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? ?赤铁矿（Fe2O3） 磁铁矿（Fe3O4） 黄铁矿（FeS2） 褐铁矿（Fe2O3nH2O）黄铜矿（CuFeS2）方铅矿（PbS）孔雀石（Cu2(OH)2CO3）软锰矿（MnO2）形成形成 化合物化合物形成形成单质单质化合态化合态绝大多数绝大多数金属金属很少数不很少数不活泼金属活泼金属元素以元素以形式存在形式存在游离态游离态元素以元素以形式存在形式存在金属的存在形式金属的存在形式怎样从矿石中把铁炼出来呢? 要完成

2、铁的冶炼通常考虑哪些要完成铁的冶炼通常考虑哪些主要方面的问题？主要方面的问题？冶炼原料；冶炼原料；冶炼原理；冶炼原理；冶炼装置冶炼装置(设备设备)等。等。常见的几种铁矿石的成分常见的几种铁矿石的成分黄铁矿黄铁矿主要成分主要成分 FeS2菱铁矿菱铁矿主要成分主要成分FeCO3磁铁矿磁铁矿主要成分主要成分 Fe3O4主要成分主要成分 Fe2O3赤铁矿赤铁矿70% 72% 48% 56%主要成分中的含铁量主要成分中的含铁量 选择冶炼原料时，通常考虑选择冶炼原料时，通常考虑矿石的矿石的价格价格、金属的、金属的含量含量、安安全无污染等。全无污染等。 如何从铁矿石中得到铁呢如何从铁矿石中得到铁呢? 以以赤

3、铁矿赤铁矿(主要成分主要成分Fe2O3)为例。为例。Fe2O3 FeCO高温高温 在高温下，用还原剂（主要在高温下，用还原剂（主要是是CO)CO)从铁矿石中还原出铁。从铁矿石中还原出铁。Fe2O3 +3CO=2Fe +3CO2高温高温解读铁的冶炼解读铁的冶炼实验步骤：实验步骤：1、验纯，检查装置的气密性。、验纯，检查装置的气密性。2、先通一氧化碳气体，先通一氧化碳气体，点燃最后的酒精灯，最后再点燃最后的酒精灯，最后再点燃酒精喷灯。（为什么？）点燃酒精喷灯。（为什么？）3、停止、停止加热加热，继续通，继续通CO至试管冷却至试管冷却。1、红棕色粉末变成黑色粉末、红棕色粉末变成黑色粉末2、生成能使澄

4、清石灰水变浑浊的气体、生成能使澄清石灰水变浑浊的气体3、点燃尾气、点燃尾气,呈蓝色火焰呈蓝色火焰Fe2O3 +3CO=2Fe +3CO2;高温高温Ca(OH)2 +CO2=H2O +CaCO32CO+O2=2CO2点燃点燃4 4、实验结束，先停止加热，继续通一氧化碳直至硬质、实验结束，先停止加热，继续通一氧化碳直至硬质玻璃管冷却后再熄灭酒精灯，为什么？玻璃管冷却后再熄灭酒精灯，为什么？ 实验中要先通入一段时间的实验中要先通入一段时间的CO，再加热，再加热Fe2O3。 实验结束后要等玻璃管中的物质冷却后，再停止通入实验结束后要等玻璃管中的物质冷却后，再停止通入CO。 防止新生成防止新生成Fe再被

5、氧化，同时防止石灰水倒吸。再被氧化，同时防止石灰水倒吸。防止加热时试管内有空气可能会爆炸。防止加热时试管内有空气可能会爆炸。由于一氧化碳有由于一氧化碳有毒性，毒性，散失到空气中会造成空气污染，散失到空气中会造成空气污染，故使之燃烧转化成无毒的二氧化碳。故使之燃烧转化成无毒的二氧化碳。在实验过程中要及时点燃一氧化碳，使之燃烧。在实验过程中要及时点燃一氧化碳，使之燃烧。CO有毒，防止排放到空气中造成空气污染有毒，防止排放到空气中造成空气污染注意1、可燃性气体、可燃性气体CO使用前必须要验纯使用前必须要验纯2、实验前要检验装置的气密性、实验前要检验装置的气密性3、尾气要处理、尾气要处理4、CO要要“

6、早出晚归早出晚归”5、酒精灯酒精灯要要“迟到早退迟到早退”1.冶炼金属的方法冶炼金属的方法干法冶金术干法冶金术 湿法冶金术湿法冶金术电解法：电解法：例例:还原法：还原法：例例:2.两种反应两种反应还原反应还原反应氧化反应氧化反应高温高温3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2通电通电2Al2O3=4Al+3O2MgCl2=Mg+Cl2通电通电成语中蕴含了丰富的化学知识，成语中蕴含了丰富的化学知识，请查阅请查阅“沙里淘金沙里淘金”、“百炼成百炼成钢钢”的化学寓意。的化学寓意。 还原反应：还原反应：含氧化合物中的氧被夺去的反应。含氧化合物中的氧被夺去的反应。 Fe2O3+ 3CO 2Fe + 3CO2

7、 高温高温夺取氧的物质叫做夺取氧的物质叫做还原剂还原剂。得氧得氧失氧失氧解读氧化还原反应解读氧化还原反应发生氧化反应发生氧化反应 作还原剂作还原剂发生还原反应发生还原反应 作氧化剂作氧化剂A. H2+ CuO Cu+H2O加热加热B. Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe 判断下列反应中的还原剂。判断下列反应中的还原剂。 高温高温CO得氧，得氧，作作还原剂。还原剂。Fe3O4失氧，失氧，作作氧化剂。氧化剂。4CO+ Fe3O4 3Fe+4CO2高温高温： 写出下列反应的化学方程式写出下列反应的化学方程式1、 Fe2O3 + C2、CuO + CO3、Fe3O4 + CO参考答案：参考答案：1

8、、2Fe2O3 +3 C =4Fe + 3CO22、CuO + CO = Cu + CO23、Fe3O4 +4 CO =3Fe + 4CO2高温高温加热加热高温高温工业炼铁炼钢 工业上是怎工业上是怎么做的呢？么做的呢？炼铁高炉示意图炼铁高炉示意图工业炼铁工业炼铁1.原料原料:3.设备设备:高炉高炉铁矿石铁矿石焦炭焦炭石灰石石灰石空气空气2.原理原理:高温高温Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2aCo3 = CaO+co2高温3co+Fe2o3 = 2Fe+3co2高温CaO+SiO2=aSio3高温c+co2 = 2co高温c+o = co2点燃（供热、CO2）（制还原剂）（造渣）处理方法：回

9、收再利用高炉内发生的化学反应炼铁炼铁 炼钢炼钢钢钢生铁生铁产物产物将碳氧化将碳氧化原理原理生铁生铁铁矿石铁矿石,焦炭焦炭,石灰石石灰石原料原料炼钢炉炼钢炉高炉高炉设备设备炼炼 钢钢炼炼 铁铁含碳含碳24.3%0.032%Fe2O33CO2Fe3CO2+高 温1、生铁和钢的主要区别是、生铁和钢的主要区别是( )A：生铁和钢都是合金：生铁和钢都是合金B：生铁和钢的主要成分都是铁：生铁和钢的主要成分都是铁C：生铁的主要成分是碳，而钢的是铁：生铁的主要成分是碳，而钢的是铁D：生铁和钢都是铁的合金，但其含：生铁和钢都是铁的合金，但其含碳量不同碳量不同D2、在炼铁的过程中，下列叙、在炼铁的过程中，下列叙述

10、错误的是述错误的是( )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将铁从铁矿石中还原出来将铁从铁矿石中还原出来C：焦炭燃烧放出大量的热，提高炉温并：焦炭燃烧放出大量的热，提高炉温并D：炼铁的尾气可以随意的排放：炼铁的尾气可以随意的排放产生产生COD一氧化碳一氧化碳当碳燃烧不充分时，生成一氧化碳。当碳燃烧不充分时，生成一氧化碳。2CO2 2CO点燃点燃（不足）（不足） 二、二、 一氧化碳一氧化碳1.1.物理性质物理性质无色无味无色无味 气气 体体 无色无色 无味无味 气气 体体比空气略小比空气略小 比空气大比空气大 难难溶于水溶于水 能能溶于水溶于水色、味、色、味、

11、 态态 密密 度度水水 溶溶 性性 CO CO2（与二氧化碳比较）（与二氧化碳比较）COOOC思考：思考：从分子组成看，一氧化碳与二氧化碳有从分子组成看，一氧化碳与二氧化碳有 哪些异同？哪些异同？一氧化碳的可燃性一氧化碳的可燃性 一氧化碳与二氧化碳一氧化碳与二氧化碳不同，一氧化碳在空气里不同，一氧化碳在空气里能够燃烧生成二氧化碳，能够燃烧生成二氧化碳，燃烧时发出蓝色的火焰。燃烧时发出蓝色的火焰。2COO2 2CO2点燃点燃炼铁厂利用炼铁厂利用100100吨含吨含Fe2O380%80%的赤铁矿，可以炼的赤铁矿，可以炼出多少吨纯铁？出多少吨纯铁？3CO + Fe2O3= 2Fe + 3CO2高温高

12、温160160112112100100吨吨80%80%=80=80吨吨X1601601121128080吨吨 X=X=56=56吨吨解：可以炼出纯铁的质量为解：可以炼出纯铁的质量为X X可以炼出多少吨含铁可以炼出多少吨含铁96%的生铁？的生铁？典型例题：典型例题：生铁的质量：生铁的质量：5656吨吨96%=58.396%=58.3吨吨1 1、我国钢铁产量多年居世界第一位，每年要出口大量、我国钢铁产量多年居世界第一位，每年要出口大量的铁矿石，赤铁矿（主要成分是氧化铁）是其中的一种。的铁矿石，赤铁矿（主要成分是氧化铁）是其中的一种。氧化铁中铁元素的质量分数为氧化铁中铁元素的质量分数为 。1000t

13、1000t含氧化铁含氧化铁80%80%的赤铁矿石中，氧化铁的质量是的赤铁矿石中，氧化铁的质量是 t,t,用这些赤铁矿石理论上可以练出含杂质用这些赤铁矿石理论上可以练出含杂质4.4%4.4%的的生铁生铁 t t（计算结果保留整数）。（计算结果保留整数）。2 2、用、用2000t2000t含氧化铁含氧化铁80%80%的赤铁矿石，可炼的赤铁矿石，可炼出出含铁含铁80%生铁生铁多少吨？多少吨？学以致用：学以致用：3 3、煅烧含、煅烧含90%90%碳酸钙的石灰石碳酸钙的石灰石50t50t，可得到氧化钙多，可得到氧化钙多少吨？少吨？可得到含氧化钙可得到含氧化钙80%的生石灰多少吨？的生石灰多少吨？4 4、

14、炼、炼200t200t含含4.4%4.4%杂质的生铁，需要含杂质的生铁，需要含80%80%氧化铁的赤氧化铁的赤铁矿石多少吨？铁矿石多少吨？5 5、某炼铁厂用含杂质、某炼铁厂用含杂质20%20%的赤铁矿石（主要成分是氧的赤铁矿石（主要成分是氧化铁）冶炼生铁。求化铁）冶炼生铁。求1000kg1000kg这种矿石可炼出含铁这种矿石可炼出含铁90%90%的生铁多少千克？的生铁多少千克？1 1、在高炉炼铁中、在高炉炼铁中, ,将铁从铁的氧化物中还原将铁从铁的氧化物中还原出来的还原剂是出来的还原剂是：（）：（）、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高温2 2、在、在反应中，反应中，发生还原反应的物质是：（）发生还原反应的物质是：（）、Fe2o3、co、Fe、co23 3、生铁生铁赤铁矿赤铁矿石灰石石灰石无烟煤无烟煤焦炭，焦炭，炼铁时从高炉进料口投放的原料是以上物质中炼铁时从高炉进料口投放的原料是以上物质中的的：（）：（）、 、 、 、 C1：实验步骤：实验步骤：在硬质玻璃管中放入少量红色氧化铁粉末，在硬质玻璃管中放入少量红色氧化铁粉末， 先通一会儿先通一会儿_，然后用，然后用_加热，为什么？加热，为什么？ _.反应结束后，先停止反应结束后，先停止_，继续通，继续通_至玻璃至玻璃 管冷却。为什么？管冷却。为什么？2：实

16、验现象：实验现象：_、 _ _ 。3：实验结论（反应的化学方程式）：实验结论（反应的化学方程式）：_。炼铁的原理:防止高温下铁被空气中的氧气氧化，还可以防止高温下铁被空气中的氧气氧化，还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。澄清的石灰水变浑浊澄清的石灰水变浑浊将空气排尽，防止加热时发生爆炸将空气排尽，防止加热时发生爆炸。一氧化碳一氧化碳酒精喷灯酒精喷灯加热加热一氧化碳一氧化碳红色粉末变为黑色红色粉末变为黑色Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温在线测试：1.常见的铁矿石有磁铁矿常见的铁矿石有磁铁矿(主要成分是主要成分是_ ),赤铁赤铁 矿矿(主要

17、成分是主要成分是_ ).2. 工业炼铁的主要原料有工业炼铁的主要原料有_、_、 _，炼铁发生反应的主要化学方程式为，炼铁发生反应的主要化学方程式为 _。3.为适应火车提速，沪宁线上原有的短轨全部接为超为适应火车提速，沪宁线上原有的短轨全部接为超 长轨。在焊接过程中，工程技术人员点燃铝热剂长轨。在焊接过程中，工程技术人员点燃铝热剂 （铝粉和氧化铁的混合物）能释放大量的能量，生成（铝粉和氧化铁的混合物）能释放大量的能量，生成 熔融状态的铁可用来连接铁轨，反应的化学方程式熔融状态的铁可用来连接铁轨，反应的化学方程式 如下：如下： Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe ，其中的还原剂，其中的还原剂

18、为（为（ ） A. Fe2O3 B. Al C. Al2O3 D. Fe在线测试：1.常见的铁矿石有磁铁矿常见的铁矿石有磁铁矿(主要成分是主要成分是Fe3O4),赤铁赤铁 矿矿(主要成分是主要成分是Fe2O3 ).2. 工业炼铁的主要原料有工业炼铁的主要原料有 铁矿石、铁矿石、 焦碳、焦碳、 石灰石石灰石，炼铁发生反应的主要化学方程式为，炼铁发生反应的主要化学方程式为 Fe2O33CO 2Fe+3CO2。3.为适应火车提速，沪宁线上原有的短轨全部接为超为适应火车提速，沪宁线上原有的短轨全部接为超 长轨。在焊接过程中，工程技术人员点燃铝热剂长轨。在焊接过程中，工程技术人员点燃铝热剂 （铝粉和氧化

19、铁的混合物）能释放大量地能量，生成（铝粉和氧化铁的混合物）能释放大量地能量，生成 熔融状态的铁可用来连接铁轨，反应的化学方程式熔融状态的铁可用来连接铁轨，反应的化学方程式 如下：如下： Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe ，其中的还原剂，其中的还原剂 为（为（ B ） A. Fe2O3 B. Al C. Al2O3 D. Fe4. 某学生改进一氧化碳还原氧化铁的实验装置，如某学生改进一氧化碳还原氧化铁的实验装置，如图所示：图所示： (1）若先给氧化铁热，）若先给氧化铁热， 氧化铁氧化铁 再通入一氧化碳，可再通入一氧化碳，可 CO 能产生的后果是能产生的后果是 原因是原因是_ (2) 写出写

20、出A中发生反应的中发生反应的 A B C 化学方程式化学方程式_（3）装置）装置B中产生的现象可判断反应是否开始发中产生的现象可判断反应是否开始发 生，则生，则B中的试剂是（填名称）中的试剂是（填名称）_（4）装置）装置C的作用是的作用是_ (5) 装置装置C收集气体的方法叫做收集气体的方法叫做_。 4. 某学生改进一氧化碳还原氧化铁的实验装置，如图某学生改进一氧化碳还原氧化铁的实验装置，如图所示：所示： (1）若先给氧化铁热，再）若先给氧化铁热，再 氧化铁氧化铁 通入一氧化碳，可能通入一氧化碳，可能 CO 产生的后果是产生的后果是爆爆 炸炸， 原因是原因是一氧化碳中混一氧化碳中混 有空气不纯净，加热有空气不纯净，加热 A B C 时可能会发生爆炸。时可能会发生爆炸。 (2) 写出写出A中发生反应的化中发生反应的化 学方程式学方程式 Fe2O33CO 2Fe+3CO2 （3）装置）装置B中产生的现象可判断反应是否开始发中产生的现象可判断反应是否开始发 生，则生，则B中的试剂是（填名称）中的试剂是（填名称）澄清石灰水澄清石灰水（