1、专题9 金属与人类文明第一单元 金属的冶炼方法科学技术社会春秋战国时代，我国社会经济飞跃发展的一个重要表现，便是铁器的应用和普及，它是当时社会生产力中的新因素之一。如何从自然界获得铁、铜单质呢？一、金属的存在形式1.金属的存在形式金属的存在形式（1）游离态：（2）化合态：黄铜矿(CuFeS2)自然界以单质形式存在，如“陨铁”和金等。自然界以化合物形式存在，如黄铜矿、赤铁矿、铝土矿等。赤铁矿(Fe2O3)铝土矿 (Al2O3)陨铁金（3）还有一些金属以离子或矿石的形式分布于海洋中，如钠、镁、锰等。深度思考(1)新石器中期，在我国的河北和甘肃等地就已用自然铜来打制铜器，俄罗斯和意大利都有自然铜的矿
2、产地。但很少听闻关于自然铁(单质铁)矿产的报道。为什么？如图表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发利用的大致年限。铁的活动性强，自然界中没有自然铁，自然铁主要存在于陨石中深度思考(2)根据以上金属的活动性和人类开发利用这些金属时间的数据，你发现了什么规律？(3)找出你熟悉的23种金属单质，说明它们的制备方法，写出有关的化学方程式。金属的活动性越弱，人类开发、利用它的时间越早；金属的活动性越强，人类开发、利用它的时间越迟。金属Na、MgMgCl2(熔融)= MgCl2电解2NaCl(熔融)= 2NaCl2电解二、金属的冶炼1.金属的冶炼实质金属的冶炼实质 冶炼金属的实质是用还原
3、的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属单质。（化合态）Mn+得电子M（游离态）（被还原）K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au深度思考金属活动性逐渐减弱(1)金属活动性不同，还原方法一样吗？(2)金属活动顺序与金属冶炼有关系吗？二、金属的冶炼2.金属冶炼的方法金属冶炼的方法 (1) 物理提取法：适用于极不活泼的金属的冶炼。Pt AuK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au(2)热分解法：适用于金属活动性顺序表中氢以后的金属冶炼。 Hg Ag(3)热还原法：适用于金属活动性顺序表中部的金属冶炼。
4、 Zn Fe Sn Pb Cu (4)电解法：适用于钾、钠、钙、铝等活泼金属的冶炼。 K Ca Na Mg Al如何将铁、铜从“化合态”转化为“游离态”？根据已学过的知识，你能写出多少种上述转化的化学方程式。生成铁的化学方程式生成铜的化学方程式碳显然是人类早期接触到的重要还原剂，今天仍为我们所用。3H2 + Fe2O3 = 2Fe + 3H2O3CO +Fe2O3 =2Fe +3CO22Al+Fe2O3=2Fe +Al2O3高温Zn+FeSO4 =Fe +ZnSO4H2 + CuO=Cu + H2OCO+ CuO=Cu+CO2C+2CuO =2Cu+CO2Fe + CuSO4=Cu+FeSO4
5、深度思考三、铁的冶炼高炉炼铁1.原料： 铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。2.反应原理：(1)还原剂的产生(2)铁矿石的还原(3)造渣：（炉渣的主要成分）石灰石的作用：形成炉渣，除去铁矿石中的SiO2等杂质C + O2=CO2高温C + CO2 = 2CO高温Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2高温CaCO3 = CaO+CO2高温SiO2+CaO = CaSiO3高温3.主要设备：炼铁高炉钢铁中的含碳量：铁：2%4.5%钢：0.03%2%三、铁的冶炼高炉炼铁四、铝热反应铝热反应放出大量的热。2 .用途2Al+Fe2O3 = 2Fe+Al2O3高温1 .反应原理冶炼难熔金属，如V、Cr、Mn等
6、。焊接钢轨铝的活动性强于铁，可置换出铁。拓展视野之一铝的冶炼铝土矿NaOH溶液二氧化碳Al(OH)3Al2O3AlNaAlO2溶液溶解过滤灼烧电解过滤酸化1. 工业流程拓展视野之一铝的冶炼铝土矿NaOH溶液二氧化碳Al(OH)3Al2O3AlNaAlO2溶液溶解过滤灼烧电解过滤酸化矿物的溶解Al2O3 +2NaOH = 2NaAlO2 + H2O滤液的酸化NaAlO2 + CO2 + 2H2O = Al(OH)3+ NaHCO3灼烧电解电解时加入冰晶石(Na3AlF6)，降低氧化铝的熔融温度。2. 反应原理2Al(OH)3 = Al2O3+3H2O高温2Al2O3 = 4Al + 3O2电解
7、1.古老的冶炼技术（1）火烧孔雀石炼铜Cu2(OH) 2CO3 = 2CuO+H2O+CO22CuO+C= 2Cu+CO2 （2）湿法炼铜 Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4汉代许多著作里有记载“石胆能化铁为铜”，晋葛洪抱朴子内篇黄白中也有“以曾青涂铁，铁赤色如铜”的记载。古籍中的湿法炼铜拓展视野之二铜的冶炼（3）生物炼铜：（1）高温炼铜 2.现代冶炼技术精铜（99.9599.98%）粗铜电解精炼（2）电解精炼铜：利用细菌将矿石分化得到铜拓展视野之二铜的冶炼课堂小结(1)金属的冶炼方法与金属活动性的关系(2)在工业上还有一种冶炼方法叫做湿法冶金，即利用活泼金属把不活泼 金属从它的盐
8、溶液中置换出来。例如：CuSO4Fe=CuFeSO4。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au电解法高温还原法热分解法物理提炼法随堂练习1.下列关于金属冶炼的说法正确的是A.金属冶炼的本质是将化合态金属还原为游离态，冶炼方法由金属的活 动性决定B.铜的湿法冶炼是将金属钠投入到CuSO4溶液中，从而置换出铜C.铁通常采用高温还原法冶炼，加入石灰石的目的是除去过量的碳D.用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液可制得金属钠随堂练习2.甲图是一氧化碳与氧化铁反应的装置示意图，乙图是高炉炼铁示意图。请回答下列问题：(1)写出甲图中硬质玻璃管内所发生反
9、应的化学方程式：_。(2)甲图中尾气处理的方法是_。将尾气在空气中点燃3COFe2O3=2Fe3CO2高温原理：玻璃管内CO还原氧化铁生成铁CO污染环境，可点燃除去随堂练习2.甲图是一氧化碳与氧化铁反应的装置示意图，乙图是高炉炼铁示意图。请回答下列问题：(3)乙图中高炉炼铁时焦炭的作用是_；_。(4)图中生铁出口低于炉渣出口的原因是_。产生热量(或提高炉温)生成还原剂一氧化碳铁水的密度大于液态炉渣的密度焦炭燃烧时可为炼铁提供能量，在高温下C和CO2反应生成CO是炼铁的还原剂。(铁水) (液态炉渣)随堂练习3.工业上用铝土矿(主要成分Al2O3、Fe2O3、SiO2)提取氧化铝作冶炼铝的原料，有
10、多种不同的操作过程。现有提取的操作过程如下所示：(1)写出步骤中发生反应的化学方程式：_。(2)写出滤液(甲)中一种溶质与过量NaOH溶液反应进入滤液(乙)所发生反应的化学方程式：_。Al2O36HCl=2AlCl33H2O、Fe2O36HCl=2FeCl33H2OAlCl33NaOH=Al(OH)33NaCl、Al(OH)3NaOH=NaAlO22H2OSiO2不溶于盐酸，Al2O3、Fe2O3均可与盐酸反应Al(OH)3可与NaOH反应随堂练习3.工业上用铝土矿(主要成分Al2O3、Fe2O3、SiO2)提取氧化铝作冶炼铝的原料，有多种不同的操作过程。现有提取的操作过程如下所示：(3)写出步骤中生成Al(OH)3沉淀的化学方程式：_。NaAlO2CO22H2O=Al(OH)3NaHCO3
