1、第第1 1课时课时 金属的冶炼方法金属的冶炼方法应用广泛的金属材料 金属元素种类多、分布广、活动性差别大，在金属元素种类多、分布广、活动性差别大，在自然界的存在形式各异，自然界的存在形式各异，少数不活泼金属少数不活泼金属以以游离态游离态存在存在( (如金和铂等如金和铂等) )，多数金属多数金属以以化合态存化合态存在，人们在，人们在生活和生产中使用的金属材料多是在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就这就需要把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就是是金属的冶炼过程金属的冶炼过程。 提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步提炼金属要经过矿
2、石的富集、冶炼、精炼三步铝土矿铝土矿(Al2O3)赤铁矿赤铁矿(Fe2O3)多数金属以化合态存在多数金属以化合态存在金金(Au)铂铂(Pt)少数不活泼金属以游离态存在少数不活泼金属以游离态存在(如金和铂如金和铂)白云石白云石CaMg(CO3)2辰砂辰砂(HgS)美菱矿美菱矿(MgCO3)黄铜矿黄铜矿(CuFeS2)冶炼金属要追溯到古代：冶炼金属要追溯到古代：铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的的“石器时代石器时代”。在公元前在公元前6000年到年到7000年左右，人类开始迈进年左右，人类开始迈进了象征古代文明开端的了象征古代文明开端的“铜器时代铜器
3、时代”铜镜铜镜汉武帝时铜币汉武帝时铜币先秦刀币先秦刀币我国在西汉初期已经懂得用我国在西汉初期已经懂得用木炭与铁矿石木炭与铁矿石混混合高温冶炼生铁，领先欧洲一千余年合高温冶炼生铁，领先欧洲一千余年我们的生产生活需要金属，所以必须要开发利我们的生产生活需要金属，所以必须要开发利用金属资源，但金属资源是用金属资源，但金属资源是不可再生资源不可再生资源，不，不是取之不尽的。是取之不尽的。利用化学知识，科学开发利用金属矿物，使金利用化学知识，科学开发利用金属矿物，使金属矿物资源得到可持续发展属矿物资源得到可持续发展一、金属的存在形式一、金属的存在形式一般而言，一般而言，活动性较强活动性较强的金属，在自然
4、界以各种各样的的金属，在自然界以各种各样的化合态化合态存在；存在；活动性较弱活动性较弱的金属有可能以的金属有可能以游离态游离态形式存形式存在。有的金属元素的存在形式在。有的金属元素的存在形式既有游离态又有化合态既有游离态又有化合态。二、金属的冶炼二、金属的冶炼1.概念：概念： 利用利用化学反应化学反应使金属从使金属从化合态化合态变为变为游离态游离态的过的过程称为程称为金属冶炼金属冶炼 Fe2O33CO 2Fe3CO2高温高温例如：例如：2.实质：实质：根据根据氧化还原反应氧化还原反应，使金属矿物中的，使金属矿物中的金属阳金属阳离子得到电子离子得到电子，生成，生成金属单质金属单质的过程。的过程。
5、得电子，被还原得电子，被还原 +ne-Mn+ MK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au还原出金属的难易由什么决定呢？还原出金属的难易由什么决定呢？讨论讨论：金属越活泼，越：金属越活泼，越_失电子，该金属阳失电子，该金属阳离子就越离子就越_得电子，还原出该金属就越得电子，还原出该金属就越_。易易难难难难结论结论：要根据金属的活动性顺序不同，采用：要根据金属的活动性顺序不同，采用不同的冶炼方法不同的冶炼方法金属位置金属位置越靠后越靠后越越易被还原易被还原，一般的还原方法即可；，一般的还原方法即可；金属位置金属位置越靠前越靠前越越难被还原难被还原，要使用较强
6、的还原手，要使用较强的还原手段来还原段来还原即不同金属采用即不同金属采用不同强度的不同强度的冶炼方法冶炼方法电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法富集法富集法3.冶炼方法：冶炼方法：(1)富集法富集法 适用于适用于极不活泼极不活泼的金属：铂的金属：铂Pt、金、金Au(2)热分解法热分解法 适合一些适合一些不活泼不活泼的金属的金属2HgO = 2Hg+O22Ag2O = 4Ag+O2(3)高温还原法高温还原法 适合适合大部分较活泼大部分较活泼的金属的金属 H2CuO CuH2O Fe2O33CO 2Fe3CO2高温高温除了除了CO、H2、C等做等做还原剂还原剂外，一些外，一些活泼金属活泼金
7、属如如Al等也可做还原剂还原金属，用等也可做还原剂还原金属，用CO和和H2做还做还原剂原剂所得金属的纯度更高所得金属的纯度更高 在金属活动性顺序中，钾、钙、钠等几种金属的活泼性很强，在金属活动性顺序中，钾、钙、钠等几种金属的活泼性很强，它们的金属阳离子都很难得电子，因此不能用一般的方法和还原它们的金属阳离子都很难得电子，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，只能用通电分解其剂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熔融盐或氧化物的方法来冶炼。的方法来冶炼。(4)电解法电解法 适合一些非常活泼的金属适合一些非常活泼的金属2Al2O3 (熔融熔融) 4Al 3O2 通电
8、通电冰晶石冰晶石2NaCl (熔融熔融) 2Na Cl2 通电通电MgCl2 (熔融熔融) Mg Cl2 通电通电注意：注意：不能电解熔融不能电解熔融AlCl3，因为，因为AlCl3为共价化合物熔融状态为共价化合物熔融状态不电离，应电解熔融不电离，应电解熔融Al2O3 ，并加入冰晶石降低熔点，并加入冰晶石降低熔点电解熔融的电解熔融的NaCl、MgCl2，不能电解盐溶液，不能电，不能电解盐溶液，不能电解熔融解熔融MgO，因为，因为MgO熔点高于熔点高于MgCl2，耗能高；，耗能高； 1886年，美国化学家年，美国化学家霍尔霍尔通通过不断摸索过不断摸索, 把把氧化铝氧化铝熔化在熔化在熔融的熔融的冰
9、晶石冰晶石（Na3AlF6）中中进行电解进行电解, 终于看到小球状的终于看到小球状的铝聚集在阴极上。铝聚集在阴极上。电解铝方法的发明电解铝方法的发明冰晶石（冰晶石（Na3AlF6）做助熔剂，大大降低了）做助熔剂，大大降低了Al2O3 的熔点（的熔点（20540C）使其在）使其在1000熔融，降低铝的熔融，降低铝的冶炼成本。冶炼成本。2Al2O3 (熔融熔融) 4Al 3O2 通电通电冰晶石冰晶石4.金属冶炼的实际应用：金属冶炼的实际应用：(1)高炉炼铁：高炉炼铁：反应原理：反应原理： 在高温下，用还在高温下，用还原剂原剂(主要是主要是CO)把铁从铁把铁从铁矿石中矿石中还原还原出来出来原料：原料
10、：铁矿石、焦炭、石灰石和空气等铁矿石、焦炭、石灰石和空气等 设备：设备：还原剂的生成：还原剂的生成：炼铁高炉炼铁高炉生产过程：生产过程：铁矿石还原成铁：铁矿石还原成铁：除去脉石、炉渣：除去脉石、炉渣： Fe2O33CO 2Fe3CO2高温高温 C + CO2 2CO高温高温 CaO + SiO2 CaSiO3高温高温 CaCO3 CaOCO2高温高温 C + O2 CO2点燃点燃生铁生铁(含含c2%4.5%)钢钢(含碳含碳0.032%)产品：产品：高炉炼铁：高炉炼铁：(2)铝热反应：铝热反应：铝热反应：利用铝热反应：利用铝的还原性铝的还原性和铝转化为氧化铝时能放出和铝转化为氧化铝时能放出大量的
11、热的性质，工业上常用铝粉来还原一些金属氧化大量的热的性质，工业上常用铝粉来还原一些金属氧化物，这类反应叫铝热反应物，这类反应叫铝热反应铝热剂铝热剂：铝粉和比铝不活泼的金属氧化物的：铝粉和比铝不活泼的金属氧化物的混合物混合物，如，如Al与与Fe2O3 、 Al与与Cr2O3 、 Al与与MnO2 、 Al与与V2O5 等等除铝热剂外下列操作或物质的作用除铝热剂外下列操作或物质的作用镁带：利用镁燃烧镁带：利用镁燃烧放出大量的热放出大量的热引发反应引发反应氯酸钾：受热分解产生氯酸钾：受热分解产生氧气作助燃剂氧气作助燃剂蒸发皿盛沙：防止熔融的铁水溅落炸裂蒸蒸发皿盛沙：防止熔融的铁水溅落炸裂蒸发皿发皿外
12、层用湿的纸漏斗：防止漏斗燃烧外层用湿的纸漏斗：防止漏斗燃烧纸漏斗底部剪一个孔：使熔融铁水易于流下纸漏斗底部剪一个孔：使熔融铁水易于流下铝热反应：铝热反应：实验现象：实验现象：镁带剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量镁带剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热，有熔融物落入蒸发皿中。的热，有熔融物落入蒸发皿中。实验结论：实验结论：在高温下，铝与在高温下，铝与Fe2O3发生反应放出大量的热，发生反应放出大量的热，铝置换出相对不活泼的铁铝置换出相对不活泼的铁反应方程式：反应方程式： 2Al Fe2O3 2FeAl2O3高温高温铝热剂铝热剂应用：应用：制取熔点较高，活泼性弱于铝的金属，如铬、制取熔点较高，
13、活泼性弱于铝的金属，如铬、锰、钒等锰、钒等金属焊接，如野外焊接钢轨等金属焊接，如野外焊接钢轨等定向爆破定向爆破写出写出Al分别与分别与Cr2O3 、 MnO2 、V2O5 的反应方程式的反应方程式 Cr2O32Al 2CrAl2O3高温高温3V2O510Al 6V5Al2O3高温高温 3MnO24Al 3Mn2Al2O3高温高温工业上通常采用工业上通常采用铝热法铝热法将钒、铬、锰从含这些金属的将钒、铬、锰从含这些金属的矿物中冶炼出来矿物中冶炼出来金属冶炼的其他方法：金属冶炼的其他方法：Na + KCl NaCl + K 沸点沸点882.9沸点沸点774将将Na与与KCl共熔，共熔体中共熔，共熔
14、体中K的沸点比的沸点比Na、NaCl、KCl的沸点都低的沸点都低，先汽化逸出，平衡不断正向进行，得到，先汽化逸出，平衡不断正向进行，得到K单质单质1.钠置换钾钠置换钾2.火法炼铜火法炼铜 以黄铜矿以黄铜矿(CuFeS2)为主要原料为主要原料 2CuFeS2 Cu2S2FeSS高温高温 Cu2SO2 2CuSO2高温高温2.湿法炼铜湿法炼铜 CuSO4Fe CuFeSO4金属的活动金属的活动性顺序性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb、CuHg、AgPt、Au金属原子失金属原子失电子能力电子能力强强弱弱金属离子得金属离子得电子能力电子能力弱弱强强冶炼方法冶炼方法电解法电解法高温高温还原法还原法 热分解法热分解法 富集富集法法小结：金属冶炼的一般方法：小结：金属冶炼的一般方法：为什么人类使用铁器比使用铜器晚？为什么人类使用铁器比使用铜器晚？金属使用的先后与金属冶炼的难易有关金属使用的先后与金属冶炼的难易有关
