1、第1课时从自然界获取铁和铜学习目标核心素养建构1.了解铁、铜在自然界的存在形式及常见的冶炼方法。2.掌握高炉炼铁、湿法炼铜的化学原理。3.体会铁、铜的冶炼对人类文明的重要影响。4.了解铁、铜的物理性质；掌握铁、铜及其重要化合物的主要性质。能知道依据金属的活动性选择金属冶炼的方法并加以运用。知 识 梳 理一、铁的获取1.存在(1)含量：铁元素在地壳中的含量居第四位。(2)形态：主要以化合态形式存在，铁单质只有在陨石中存在。2.铁的冶炼(1)设备：炼铁高炉。(2)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。(3)原理：高温下，用还原剂把铁从铁矿石中还原出来。(4)主要反应：还原剂的生成： CO2CO2、C
2、O2C2CO。铁矿石的还原： Fe2O33CO2Fe3CO2。炉渣的形成： CaCO3CaOCO2、CaOSiO2CaSiO3。(5)铁合金：含C 2%4.5%的为生铁，含C 0.03%2%的为钢。【自主思考】1.如何将铁从化合态转化为游离态？人类首先发现并应用的是铜还是铁，为什么？提示加入还原剂；铜，因为自然界存在游离态的铜。2.在工业炼铁中，石灰石的作用是什么？ 高炉煤气成分是什么？提示生成炉渣；N2、CO、CO2等。二、铜的获取1.存在(1)形态：化合态及少量单质。(2)常见铜矿石主要成分：黄铜矿 CuFeS2、孔雀石 CuCO3Cu(OH)2。2.冶炼(1)工业炼铜黄铜矿含Ag、Au、
3、Fe、Zn等杂质的粗铜精铜(2)生物炼铜(矿堆浸铜法)原理：CuS CuSO4Cu特点：成本低、污染小，反应条件简单等。【自主思考】3.要得到高纯度的铜，还要怎么处理？提示将粗铜电解精炼。4.生物炼铜有何优点？提示成本低、污染小、反应条件简单。效 果 自 测1.关于高炉炼铁的下列说法中，正确的是()A.焦炭是还原铁矿石反应中的还原剂B.石灰石在高炉中只发生非氧化还原反应，是造渣剂C.炼铁高炉产生的废气可以直接排放到大气中D.高炉炼铁炼出的产品为纯净物解析还原铁矿石反应中的还原剂是一氧化碳。答案B2.冶炼金属常用以下几种方法：以C或CO、H2作还原剂还原；电解法；热分解法；铝热反应。现有下列金属
4、：Al、Mg、Cu、Hg，试标明适宜的冶炼方法。Al ；Mg ；Cu ；Hg 。解析MgCl2(熔融)MgCl2；2Al2O3(熔融)4Al3O2；CuOCOCuCO2；2HgO2HgO2。答案探究一、铁的获取【探究讨论】为何不直接用焦炭还原铁的氧化物？在铁的冶炼过程中，焦炭的作用是什么？提示工业炼铁不用焦炭直接还原铁的氧化物的原因是焦炭为固体，与铁矿石的接触面积很有限，很难充分发生反应，而CO是气体，与铁矿石的接触面积大，提高了反应速率。焦炭的作用：为反应提供热量；提供反应所需的还原剂CO。【点拨提升】(1)炼铁的主要化学反应还原剂的形成：CO2CO2，CCO22CO。铁的还原：Fe2O33
5、CO2Fe3CO2。炉渣的形成：CaCO3CaOCO2，CaOSiO2CaSiO3。(2)炼铁时投进的焦炭转化为CO，CO才是炼铁时的还原剂。炉渣的主要成分是CaSiO3。(3)用这种方法炼出来的铁是含碳2%4.5%的生铁。将生铁进一步炼制，就可以得用途更广泛的钢(含碳0.03%2%)。【典题例证1】铁是自然界中含量很丰富的元素，也是生物体所必需的元素。自然界中的铁矿石主要有赤铁矿(Fe2O3)和磁铁矿(Fe3O4)。金属铁是在高炉中冶炼的，高炉炼铁除了加入铁矿石之外，还需要加入焦炭和石灰石。石灰石能除去铁矿石中的二氧化硅。请填空：(1)写出赤铁矿被还原成铁的化学方程式： 。(2)写出焦炭在高
6、炉中所参与反应的两个化学方程式： 。解析高炉炼铁包括三个主要过程：还原剂CO的生成；铁的冶炼；炉渣的形成。(1)赤铁矿被还原成铁的反应是还原剂CO在高温下还原Fe2O3的反应。(2)在高炉中部分焦炭首先燃烧生成CO2，生成的CO2在高温下再与过量的焦炭反应生成还原剂CO。答案(1)3COFe2O32Fe3CO2(2)CO2CO2，CO2C2CO【学以致用1】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应的化学方程式： 。(2)甲图中尾气处理的方法是 。(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
7、原因是 。解析(1)硬质玻璃管内CO还原氧化铁生成铁，这是工业上炼铁的原理。(2)反应生成的CO2被NaOH溶液吸收，未反应的CO可通过在空气中点燃除去。(3)焦炭燃烧时可为炼铁提供能量，在高温下C和CO2反应生成的CO是炼铁的还原剂。(4)因为铁水的密度大于液态炉渣的密度，所以生铁出口低于炉渣出口，从而可以将铁水和液态炉渣分离。答案(1)3COFe2O32Fe3CO2(2)将尾气在空气中点燃(3)产生热量(或提高炉温)生成还原剂一氧化碳(4)铁水的密度大于液态炉渣的密度探究二、金属的冶炼【探究讨论】1.工业上获取钠、镁、铝的方法是什么？提示电解法。2.工业上获取铁与钠、镁、铝为什么采用不同方
8、法？提示金属活动性不同。【点拨提升】1.金属的冶炼的方法(1)热分解法：适用于金属活动性顺序表中排在H以后的金属。2HgO2HgO22Ag2O4AgO2(2)热还原法：适用于金属活动性顺序表中处于中间或金属活动性与之相当的金属。常用还原剂有焦炭、CO、H2等。Fe2O33CO2Fe3CO2WO33H2W3H2OCr2O32Al2CrAl2O3(3)电解法：适用于活泼金属，电解熔融盐或氧化物，也可以电解铜、银盐溶液进行精炼。2Al2O3(熔融)4Al3O22NaCl(熔融)2NaCl22.方法选择的原则：依据金属活动性。【典题例证2】冶炼金属常用以下几种方法：以C、CO或H2作还原剂还原用活泼金
9、属Na、Mg等还原利用铝热反应原理还原电解法热分解法。下列金属的冶炼应采用哪种方法？(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属 (填序号，下同)。(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属 。(3)Hg、Ag等不活泼金属 。(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属 。解析根据每种金属的活动性应选择最佳方案。答案(1)(2)(3)(4)【学以致用2】冶炼金属一般有如下四种方法：焦炭法；水煤气(主要成分为氢气、一氧化碳)法；活泼金属置换法；电解法。古代有()火烧孔雀石炼铜；()湿法炼铜。现代有()铝热法炼铬；()利用光卤石炼镁。下列对它们的冶炼方法的分析不正确的是()A.()利用的是 B.()利用的是C.()
10、利用的是 D.()利用的是解析A项，()发生反应Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO2，C2CuO2CuCO2，利用的是，A项正确；B项，()发生反应FeCuSO4=FeSO4Cu，利用的是，B项不正确；C项，()发生反应2AlCr2O3Al2O32Cr，利用的是，C项正确；D项，()为先从光卤石中提取MgCl2，再发生反应MgCl2(熔融)MgCl2，利用的是，D项正确。答案B1.下列物质的工业制法不正确的是()A.电解熔融氯化镁制取金属镁B.用一氧化碳还原铁矿石炼铁C.用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜D.电解饱和食盐水制取金属钠解析电解饱和食盐水得到NaOH、H2和Cl2，电解熔融氯化钠可
11、制取金属钠。答案D2.铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。从物理性质和化学性质的角度分析，铜常用于制造货币的说法正确的是()A.铜来源广泛，易于从自然界冶炼得到B.铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀，铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型C.铜的外观为紫红色，大方美观，易于被人们接受D.铜的化学性质不稳定，在空气中易转化为铜绿，铜绿具有抗腐蚀能力，易于流通答案B3.铜及其化合物之间相互转化时常伴随着颜色的变化，下列符合黑色红色变化的是()A.Cu(OH)2CuO B.CuCu2SC.Cu2(OH)2CO3CuO D.CuOCu2O解析A项：蓝色黑色；B项：红色灰黑色；C项：绿色黑色；D项：黑色红色。
12、答案D4.工业上由含钒、铬和锰的矿物冶炼难熔的金属钒、铬和锰，通常采用的方法是()A.碳还原法B.铝热法还原C.直接加热法D.盐的水溶液与活泼金属置换法解析冶炼难熔金属通常用铝热法。答案B5.某地出产的孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3。(1)试写出该孔雀石在加热条件下分解的化学方程式： 。(2)试以(1)中所得金属氧化物为原料，分别采用湿法冶炼和高温冶炼的方法制取金属铜。供选择的试剂有木炭、铁屑、生石灰、稀硫酸，不得另选其他试剂。写出两种方法制取金属铜的化学方程式。湿法冶炼： 、 (可不填满，也可补充，下同)。高温冶炼： 。答案(1)Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO2(2)CuOH2SO4=CuSO4H2OFeCuSO4=FeSO4Cu2CuOC2CuCO2