第五章金属矿物 铁的冶炼讲义-2023-2024学年九年级化学沪教版上册

第5章金属的冶炼与利用 金属矿物 铁的冶炼 一、金属矿物 1． 金属在自然界在的存在形式：大部分都以化合物的形式存在，少数很不活泼的金属如 金等以单质形式存在，人类使用最早的金属是金，目前，人类从矿石中提取量最大的金属是 铁。 2． 地壳中含量位于前五位的金属元素：铝、铁、钙、钠、钾。 3． 几种常见的矿石：矿石是指以化合物形式存在的金属在自然界中以矿物形式存在，含有矿物的岩石称为矿石。 1　 铁矿石：赤铁矿(主要成分是Fe2O3)、黄铁矿(主要成分是FeS2)、菱铁矿(主要成分是FeCO3)、磁铁矿(主要成分是Fe3O4)。 2　 铝矿石：铝土矿(主要成分是Al2O3 )。 3　 铜矿石：黄铜矿(主要成分是CuFeS2)、辉铜矿(主要成分是Cu2S)。 二、铁的冶炼 1、实验室模拟炼铁 （1）炼铁原理的实验装置图 （2）实验操作步骤及注意事项： ①检查装置气密性 ②装药品并固定装置 ③实验开始时，先通入一氧化碳，然后再点燃酒精喷灯的原因是排出装置内的空气，防止一氧化碳与空气混合加热时爆炸。 ④实验结束时的操作是“先停止加热，继续通一氧化碳，直到玻璃管冷却”。这样操作的目的是防止石灰水倒流，使试管炸裂。（如果没有石灰水，则目的是防止生成高温的铁又被氧化。） ⑤该实验的实验现象是硬质玻璃管中红色粉末逐渐变为黑色、试管中的澄清石灰水变浑浊、酒精灯上方导管口处的气体燃烧，发出蓝色火焰，体现了一氧化碳的可燃性。 ⑥相关反应的化学方程式：3CO+Fe2O32Fe+CO2、Ca(OH)2+CO2 =CaCO3↓+H2O 、2CO+O22CO2 ⑦如何判断反应中生成了什么物质？取少量产物于试管中，滴加适量稀盐酸，如有气泡产生证明含铁粉；或用磁铁吸引。 ⑧装置中导管末端点燃酒精灯：点燃尾气中的一氧化碳，防止污染空气。 2.工业炼铁 （1）设备：高炉 （2）原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气。 注意： ①焦炭的作用：一是生成还原剂一氧化碳，二是提高高炉的温度 ②石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去。 ③高炉炼铁得到的铁是生铁，其主要成分是铁，还含有C、P、S等元素。 （3）反应原理：A区发生反应的化学方程式为Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2；A区发生反应的化学方程式为C＋O2CO2、C＋CO22CO （4）出铁口为什么低于炉渣出口？因为炉渣的主要成分是CaSiO3,其密度小于铁水的密度,总是浮在铁水的上方．所以出铁口低于炉渣出口。 3、对比实验室与工业炼铁 实验室炼铁 工业炼铁 装置（设备） 实验装置 高炉 药品（原料） 氧化铁、一氧化碳 铁矿石、焦炭、石灰石、空气。 原理 Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 产品 纯铁 生铁 实验室模拟炼铁实际使用的CO的质量比参加反应的CO的质量要多。直玻璃管内的物质反应前后质量差为参加反应的氧化铁中氧元素的质量。澄清石灰水增加的质量的理论上是生成二氧化碳的质量。 三、金属的冶炼方法 （1）电解法：较活泼金属(如钠、钾、镁、铝等)的矿物很稳定，靠电解才能将它们还原出来。例：2Al2O34Al+3O2↑（铝的冶炼） （2）热还原法：很多金属(如铜、锌、锡、铅等)的冶炼跟铁类似，在加热或高温条件下，将金属化合物与焦炭或氢气或一氧化碳反应还原得到金属单质。 例：一氧化碳还原氧化铁Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 一氧化碳还原四氧化三铁Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2 氢气还原氧化铜CuO＋COCu＋CO2等。 （3）热分解法：极少数金属的化合物不稳定，加热就可以分解成金属单质，如银汞的化合物。 四、含杂质物质的计算 1． 原理 化学方程式所表达的物质间质量关系都是参加反应的纯净物间的关系。当参与反应或生成的是含杂质的物质时，要换算成纯净物的量，在进行计算。 2． 公式 ①　混合物中某物质的质量分数=。 ②　纯物质的质量=混合物的总质量×该物质的质量分数。 ③　混合物的总质量=。 3． 计算步骤 ①　将含杂质的物质的质量换算成纯物质的质量。 ②　将纯物质的质量代入化学方程式进行计算。 ③ 将计算得到的纯物质的质量换算成含杂质物质的质量。 【练习】 1．化学兴趣小组的同学模拟工业炼铁原理，设计如图所示的实验。下列有关说法错误的是（ ） A．实验开始先点燃酒精喷灯，再通入 B．实验结束后，观察到有黑色固体被磁铁吸引 C．关闭弹簧夹一段时间后注射器内的溶液变浑浊 D．装置中气球的作用是收集尾气，防止污染空气 2．利用如图所示实验装置模拟工业炼铁(加特仪器未画出)，下列说法正确的是（ ）    A．实验开始时，应先点燃酒精灯，再通入纯净的一氧化碳 B．反应过程中可观察到a处固体由黑色逐渐变为红色 C．实验结束时，应该停止加热之后继续通一氧化碳，直到玻