高中化学 专题3 从矿物到基础材料 第二单元 铁、铜的获取及应用 第1课时学案 苏教版必修1-苏教版高一必修1化学学案VIP免费

第1课时从自然界中获取铁和铜[学习目标定位]1.熟知铁、铜的冶炼原理和方法，会写有关的化学方程式。2.初步了解金属冶炼的一般方法和原理。一、铁、铜的存在形式1．铁和铜在自然界中主要以化合态的形式存在。(1)常见的铁矿有磁铁矿(主要成分为Fe3O4)、赤铁矿(主要成分为Fe2O3)、黄铁矿(主要成分为FeS2)、菱铁矿(主要成分为FeCO3)等。(2)常见的铜矿有孔雀石[主要成分为CuCO3·Cu(OH)2]、黄铜矿(主要成分为CuFeS2)等。2．人们最早利用的单质铁和单质铜均直接来自于自然界。所不同的是铁单质只存在于从天而降的陨铁中，所以古代人称铁为“天石”，而铜则来自于地球上自然存在的少量单质铜。1.铁、铜元素在自然界中的存在形式既有游离态也有化合态。2．铁在地壳中的含量仅次于氧、硅、铝，居第四位。【例1】铜在自然界存在于多种矿石中。下列矿石的主要成分中铜元素的质量分数最高的是()A．黄铜矿CuFeS2B．斑铜矿Cu5FeS4C．辉铜矿Cu2SD．孔雀石CuCO3·Cu(OH)2答案C解析设均含有2个Cu原子，比较“Fe2S4”“FeS”“S”“H2CO5”的式量可知，Cu2S中铜的质量分数最高，CuFeS2中的Cu的质量分数最低。二、铁、铜的冶炼1．铁的冶炼(1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。(2)设备：炼铁高炉。(3)反应原理：用还原剂将铁从其化合物中还原出来。(4)工艺流程：从高炉下方鼓入空气与焦炭反应产生CO2并放出大量的热量；CO2再与灼热的焦炭反应，生成CO；CO在高温下将氧化铁还原为金属铁。(5)铁矿石中含有二氧化硅需除去：石灰石在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙与铁矿石中的二氧化硅等反应生成炉渣，炉渣的密度比铁水小，故浮在铁水上面，从而分离得到铁水。(6)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，就可以得到用途更广泛的钢(含碳0.03%～2%)。2．铜的制备与精炼工业上主要采用高温冶炼黄铜矿(主要成分是CuFeS2)的方法获得铜。用这种方法冶炼得到的铜，含铜量为99.5%～99.7%，还含有Ag、Au、Zn、Fe等杂质。要达到电气工业生产用铜的要求，这种由黄铜矿高温冶炼得到的铜还必须经过电解精炼，其得到的铜，含铜量高达99.95%～99.98%。1.炼铁的主要化学反应(1)还原剂的形成：C＋O2=====CO2，C＋CO2=====2CO。(2)铁的还原：Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO2。(3)炉渣的形成：CaCO3=====CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2=====CaSiO3。2．金属冶炼的一般方法(1)电解法：适合冶炼金属活动性较强的金属(一般为金属活动性顺序表中铝及铝前面的金属)。例如：MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑，2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑，2Al2O3(熔融)=====4Al＋3O2↑。(2)高温还原法：用还原剂(CO、C、H2、Al等)还原金属氧化物，适合冶炼金属活动性顺序表中Zn到Cu之间的大多数金属。例如：2Al＋Cr2O3=====2Cr＋Al2O3。(3)热分解法：适合冶炼金属活动性较差的金属。例如：2Ag2O=====4Ag＋O2↑，2HgO=====2Hg＋O2↑。提醒(1)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溶液中置换出来。例如：CuSO4＋Fe===Cu＋FeSO4。(2)金属的冶炼方法与金属活动性的关系【例2】高炉炼铁生产中下列说法正确的是()A．还原氧化铁的还原剂是焦炭B．采用富氧空气可以得到纯铁C．加石灰石的目的主要是为了除去过量碳D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿答案D解析A项中，焦炭发生的反应：C＋O2=====CO2、CO2＋C=====2CO，其中CO将铁矿石中的铁还原成铁单质，A项错误；高炉炼铁得到的只是含碳量为2%～4.5%的生铁，不会得到纯铁，B项错误；加入石灰石的目的是它在高温下分解成生石灰，继而再与SiO2反应生成CaSiO3炉渣，除去杂质SiO2，故C项错误。易错提醒高炉炼铁时，虽然加入的是焦炭，实际上的还原剂是CO。【例3】火法炼铜首先要焙烧黄铜矿，其反应为2CuFeS2＋O2===Cu2S＋2FeS＋SO2，下列说法正确的是()A．SO2是氧化产物B．CuFeS2仅作还原剂，硫元素被氧化C．每生成1molCu2S，有4mol硫被氧化D．每转移1.2mol电子，有0.2mol硫被氧化答案D解析由反应方程式知，CuFeS2中Cu化合价降低被还原为Cu2S，CuFeS2中的S化合价升高，被氧化为SO2；O2在反应后化合价降低，被还原为SO2，因此可知SO2既是氧化产物又...