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第二节 金属矿物 铁的冶炼

发布时间:2013-12-09 14:31:33  

第二节 金属矿物

铁的冶炼

一、常见金属矿物
1、分布和存在 金属在自然界中主要以单质存在,还是以化合物存在? 极少数金属以单质存在(金、银、铂等) 自 然 界 中 以 单 质 存 在 的 银

自然界中以单质存在的金

大多数金属以化合物(化合态)存在

思考:为什么金、银等少数金属以单质的形式

存在?而大多数金属以化合物的形式存在呢?

2、常见矿石

赤铁矿
Fe2O3

黄铁矿 FeS2

褐铁矿
Fe2O3·XH2O

磁铁矿 Fe3O4

菱铁矿 FeCO3

铝土矿 Al2O3

孔雀石 Cu2(OH)2CO3

黄铜矿 CuFeS2

赤铜矿

Cu2O

二、铁的冶炼

选择冶炼原料时,通常考虑矿石的价格、 金属的含量、安全无污染等。

二、铁的冶炼
1、实验室模拟炼铁
药品:Fe2O3(红棕色粉末)、CO 原理:3CO+Fe2O3 装置图:
硬质玻璃管
高温

2Fe+3CO2

酒精喷灯

检验二氧化 碳

实验现象:固体由红色变成黑色; 澄清石灰水变浑浊。

实验步骤:

1. 2. 3. 4.

通:先通CO气体 点:再用酒精喷灯对着氧化铁加热 撤:反应结束,先撤酒精喷灯 停:冷却后停止通CO气体

待冷却后取出产物,用磁铁吸引,看能否被 吸起,判断反应中生成了什么物质。

观察实验并思考下列问题:
1、为什么通一段时间CO后,再加热Fe2O3? 目的是排尽玻璃管内的空气,防止CO与空气混合,气体加热 时发生爆炸 2、实验结束前,为什么还要通CO直至试管完全冷却? 目的是防止水倒吸;防止炽热的铁被空气中的氧气氧化。

CO:早出晚归

酒精喷灯:迟到早退

3、将尖嘴导管排出的气体点燃目的是什么? 目的是将尾气中有毒气体CO点燃,转化为CO2。

尾气的处理: 点燃 方法一:
方法三: 再利用

;方法二: , 目的:

用气球收集 , 防止污染空气 。

在探究用赤铁矿(主要成分Fe2O3 )炼铁的主要反应原理时, 老师设计的实验装置如图,实验中,小明发现一氧化碳白白烧掉太 浪费了,对装置又进行了改进。猜一猜小明是怎样改进的?

2、工业炼铁
上述反应原理也用于工业炼铁:



原料: 铁矿石、焦炭、热空气、石灰石 ①提供热源、维持炉温; ②生成还原气CO。 工业炼铁的主要设备: 高炉 主要反应: Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2
高温 C+O2 CO2+C

造渣除杂
点燃 高温 2CO CO2

高温

_Fe3O4 +_CO 1 4



_Fe+_CO2 3 4

原料

炼 铁 高 炉 的 结 构

炼 铁 工 业 设 备 图

3、工业炼钢
原理:
以生铁为原料,利用氧气或铁的氧化物将一部分

碳等杂质变为气体或炉渣而除去的过程。
目的: 降碳、调硅锰、除硫磷。

“百炼成钢”有何道理?

思考题:
炼铁选用的铁矿石通常不仅要求含铁量高,而且要 “有害元素”少,下列铁矿石你认为不适宜炼铁的是:

( A.磁铁矿(Fe3O4)72.4% B.赤铁矿(Fe2O3)70% D )

C.菱铁矿(FeCO3)48.3%
D.黄铁矿(FeS2)46.7%

金属的常用冶炼方法
由于不同的金属的化学活动性不同,因此,常采用不同的 冶炼方法。热还原法、电解法、热分解法等。 利用还原剂在高温下将金属从化合物中还原出 来。 Fe2O3 + 3CO === 2Fe + 3CO2 WO3 + 3H2 === W + 3H2O
高温 高温 高温

2CuO + C

=== 2Cu + CO 2

通常把金属(如铁)跟氧 气结合生成金属氧化物 (如氧化铁)的过程称为 金属的氧化

金属氧化物跟焦碳、氢气、一氧化碳等物质反应,失去氧 转化为金属的过程称为金属氧化物的还原

Fe2O3+3CO ==== 2Fe+3CO2 Fe2O3+3H2 ==== 2Fe+3H2O
高温

高温

2Fe2O3+3C ==== 4Fe+3CO2↑

高温

湿法冶金(金属) 用活泼金属将一些不太活泼的金属从其盐溶液中 置换出来。适于处理金属含量较低和组分比较复杂的

原料,如有色金属和稀有金属。
举例:

Fe+CuSO4=FeSO4+Cu

金属的常用冶炼方法
△ 2HgO === 2Hg + O2↑

△ 2Ag2O === 4Ag + O2↑

常用于不活泼金属(Hg、Ag等)的冶炼。 Au、Pt可通过金沙淘洗获得。
通电 2Al2O3====4Al 通电

+ 3O2↑ 2NaCl====2Na + Cl2↑

有关杂质问题的计算

有关杂质问题的计算
例1、1000t含杂质20%的赤铁矿石中含氧化铁的 质量是多少? 氧化铁的质量: 1000t× ( 1- 20% )=800t
纯物质的质量=不纯物质的质量×物质的质量分数

例2、计算多少吨生铁中含铁的质量分数为96%, 含铁560t?

生铁的质量: 560t÷96%=583.3t
不纯物质的质量=纯物质的质量÷物质的质量分数

例3:用1000t含氧化铁80%的赤铁矿石,理 论上可以炼出含铁96%的生铁多少吨? 赤铁矿石—氧化铁—铁—生铁

生铁的质量:
1000t×80% ×70%÷96%=583.3t 注意:带入化学方程式计算的数据应是纯净物的质量

练习:要炼出含杂质2%的生铁3200吨,需要含氧 化铁质量分数为80%的赤铁矿石多少吨?

生铁—铁—氧化铁—赤铁矿石
赤铁矿石:

3200t×(1-20%)÷70%÷80%=4571.5t

随堂练习

1、工业上以赤铁矿(Fe2O3)为原料冶炼铁。某钢铁厂

冶炼896Kg铁,需要含Fe2O364%的赤铁矿多少Kg? ( 2000 Kg )

2、2.8gCO在高温下跟5.8g某种铁的氧化物完全反应,这 种氧化物是( C A、FeO ) C、Fe3O4

B、Fe2O3

3、写出四氧化三铁分别与焦炭、氢气、一氧化碳在

高温下反应的化学方程式。
2C+Fe3O4 ==== 3Fe+2CO2↑ 4H2+Fe3O4 ==== 3Fe+4H2O
高温 高温

4CO+Fe3O4 ==== 3Fe+4CO2

高温

4、如图是用一氧化碳 还原氧化铜的实验装置, 回答下列问题: (1)有下列实验步骤:

①加热;②通入一氧化碳。请用上述实验步骤的标号填
② ① 空,实验开始时,应先_____,然后______。 (2)实验进行一段时间后,A装置中出现的现象为 粉末由黑变红 _

______ ___,说明有____ _生成,B装置中出现的现 Cu 石灰水变浑 象为______________,说明有_________生成。 CO2

(3)装置A中的反应化学方程式为_________________, CO+CuO == Cu+CO2



CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O 装置B中的反应化学方程式为_______________________,
除尾气,防污染 装置C中的目的是_________________。 停止通气 停止加热 (4)反应结束,应先__________,待冷却后__________。


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