1、第二单元 铁、铜的获取及应用 学习目标1.了解自然界中铁、铜的存在形式及常见的冶炼方法，掌握高炉炼铁、湿法炼铜的化学原理。2.掌握Fe2、Fe3的性质及相互转化，学会用化学方法鉴别Fe2、Fe3，系统掌握Fe及其化合物的化学性质。第1课时 从自然界获取铁和铜及铁、铜的性质 课堂互动讲练 探究整合应用 课前自主学案 知能优化训练 1第课时 从自然界获取铁和铜及铁、铜的性质 课前自主学案 一、铁的获取 1铁的存在(1)含量：铁元素在地壳中含量居第_位。(2)存在形态：自然界中主要以_的形式存在。铁单质只存在于_中。(3)常见铁矿石主要成分的化学式：磁铁矿：_ 赤铁矿：_。自主学习 四化合态陨铁Fe
2、3O4Fe2O32铁的冶炼(1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。(2)反应器：炼铁高炉。(3)反应原理：用还原剂将Fe从其化合物中还原出来。(4)工艺流程：在冶炼过程中，焦炭先与热空气中的氧气反应生成二氧化碳，并放出大量的热量；二氧化碳再与灼热的焦炭反应，生成一氧化碳；一氧化碳在高温下将氧化铁还原为金属铁。反应的化学方程式为：CO2=高温 CO2，CO2C=高温 2CO，Fe2O33CO=高温 2Fe3CO2。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。反应的化学方程式为：CaCO3=高温 CaO CO2，CaO SiO2=高温 CaSiO3。故 Ca
3、CO3 又叫造渣剂。炉渣的密度比铁水小，故浮在铁水上面，从而分离得铁水。3铁合金(1)生铁：含碳量2%4.5%。(2)钢：含碳量0.03%2%。二、铜的获取 1铜的存在(1)存在形态：主要以_形式存在，少量的单质。(2)常见铜矿石的主要成分的化学式 黄铜矿：_孔雀石：_ 化合态CuFeS2CuCO3Cu(OH)22铜的冶炼 方法有高温冶炼黄铜矿、湿法炼铜、生物炼铜。粗铜(铜含量99.5%99.7%，含有Ag、Au、Zn、Fe 杂 质)采 取 电 解 精 炼 法 得 纯 铜(铜 含 量 可 达99.95%99.98%)。三、铁的性质 1铁的物理性质 颜色 磁性 导热性 导电性 _色 能够被 _吸
4、引 良好 _ 银白磁铁良好 2.铁的化学性质 四、铜的性质 1铜的物理性质(1)颜色：_。(2)导热性、导电性、延展性：_。紫红色良好2铜的化学性质 1工业炼铁时，焦炭的作用是什么？【提示】(1)为反应提供能量。(2)提供反应所需的还原剂(CO)。2我国古代冶金有“曾青得铁化为铜”之说，你认为发生的是什么反应？【提示】CuSO4Fe=FeSO4Cu，发生的是置换反应。问题探究 1下列关于铁的叙述中，错误的是()A纯净的铁是光亮的银白色金属 B铁能被磁铁吸引 C铁是地壳中含量最多的金属元素 D纯铁的抗腐蚀能力相当强，铁在干燥的空气里不易被氧化 解析：选C。地壳中含量最多的金属元素是铝。自主体验
5、2在常温下，不能用铁制容器存放的物质是()A浓硫酸 B浓氨水C硫酸铜溶液D氢氧化钾溶液解 析：选 C。Fe CuSO4=Cu FeSO4，CuSO4会腐蚀铁制容器。课堂互动讲练 铁、铜的冶炼1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)反应原理：在高温条件下，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：CO2=高温 CO2，CO2C=高温2CO铁矿石的还原：Fe2O33CO=高温 2Fe3CO2炉渣的形成：CaCO3=高温 CaOCO2，CaOSiO2=高温 CaSiO32铜的冶炼(1)工业炼铜流程：黄铜矿主要成分CuFeS2高温灼烧粗铜含Ag
6、、Au、Fe、Zn等电解精炼精铜纯度99.95%99.98%(2)生物炼铜原理：CuS细菌 CuSO4FeCu特点：成本低，污染少，反应条件简单。例1Fe是地壳中含量很丰富的元素，也是生物体所必需的元素。自然界中铁矿石主要有赤铁矿和磁铁矿。金属铁是在高炉中冶炼的，高炉炼铁除了加入铁矿石外，还需加入焦炭和石灰石。请填空：(1)写出赤铁矿主要成分的化学式：_。(2)写出赤铁矿还原成铁的化学方程式：_。(3)写出焦炭在高炉中所参与反应的两个化学方程式：_。(4)写出CaCO3所参与反应的两个化学方程式：_。【解析】本题主要考查炼铁的原料和炼铁高炉中发生的化学反应，解答时要注意区分赤铁矿与磁铁矿所含主
7、要成分的不同。【答案】(1)Fe2O3(2)Fe2O33CO=高温 2Fe3CO2(3)CO2=高温 CO2，CO2C=高温 2CO(4)CaCO3=高温 CaOCO2，CaOSiO2=高温CaSiO3变式训练1 在高炉中，把Fe2O3还原成铁的还原剂是()焦炭 铁矿石 CO 空气 石灰石 A B CD 解析：选A。炼铁时，虽然向高炉中加的是焦炭，但焦炭并没有直接去还原Fe2O3，而是首先与O2反应生成CO2，CO2再与焦炭反应生成CO，再利用CO将铁从Fe2O3中还原出来。铁、铜的化学性质反应物反应条件铁铜非金属单质O2或点燃3Fe2O2=点燃Fe3O42CuO2=2CuO潮湿空气中缓慢氧化
8、FeFe2O3CuCu2(OH)2CO3反应物反应条件铁铜非金属单质Cl2点燃2Fe3Cl2=点燃2FeCl3CuCl2=点燃CuCl2SFeS=FeS2CuS=Cu2S反应物 反应条件 铁 铜 酸 非氧化性酸 Fe2H=Fe2H2 不反应 氧化性酸(常见的有浓H2SO4与HNO3)常温或加热 Fe氧化性酸铁盐H2O非金属氧化物，Fe常温下在浓H2SO4或浓HNO3中发生钝化 Cu氧化性酸铜盐H2O非金属氧化物 反应物反应条件铁铜盐盐FeCuSO4=CuFeSO4Cu2AgNO3=Cu(NO3)22AgH2O H2O(g)高温3Fe4H2O(g)=高温Fe3O44H2不反应铁和铜在一定条件下可
9、以与某些非金属、酸和盐溶液等发生反应，铁、铜在反应中充当还原剂。铜在反应中一般转化为2价铜的化合物；铁与氧化性较弱的氧化剂(如盐酸、硫酸铜溶液等)反应转化为2价铁的化合物，而与氧化性较强的氧化剂(如氯气、双氧水等)反应则转化为3价铁的化合物。例2某地污水中含有Zn2、Hg2、Fe3和Cu24种阳离子。甲、乙、丙三位同学设计的从该污水中回收金属铜的方案如下图所示：提示：Zn(OH)2溶于NaOH溶液 甲 污水NaOH溶液，过滤沉淀 CuOH2，Cu乙 污水过量铁粉，过滤滤渣 CuOH2，Cu丙 污水过量铁粉，过滤滤渣稀盐酸，过滤滤渣 CuO H2，Cu(1)三种实验方案中能制得纯净铜的方案是_。
10、(2)在能制得纯净铜的方案中，会导致环境污染的操作 步 骤 是 _，污 染 原 因 是_，改进方法是_。【解析】甲方案污水中加NaOH溶液所得沉淀中存在Cu2、Fe3、Hg2的氢氧化物，加热分解后得到Fe2O3、CuO、HgO，用H2还原后制得的Cu不纯净，且产生汞蒸气污染环境。乙方案加入过量铁粉所得滤渣中会残留铁，直接加热，会有CuO和Fe2O3生成，用H2还原所制得的铜不纯。只有丙方案以上两个方面均考虑到了，制得的铜是纯净的，但丙方案中会产生汞蒸气，有毒，污染环境，应增加冷凝装置加以回收、利用。【答案】(1)丙(2)Hg蒸发变成蒸气，Hg蒸气有毒 加上冷凝装置，将气态Hg变成液态Hg而回收
11、、利用 变式训练2 铁是一种化学性质比较活泼的金属，也是用途最为广泛的金属之一。铁在一定条件下能跟多种物质发生化学反应。完成下列问题：(1)以铁为研究对象，仿照下图中的案例在框图处填写物质的化学式(所填写的反应物不属于同一类别的物质，生成物必须填写铁的化合物)。(2)实验室要除去细碎铜屑中的少量铁屑，请用化学方法和物理方法将其除去(只用简单的原理描述即可)。解析：铁是一种活泼金属，能与氧气、酸、一些盐反应。答案：(1)FeCl2HCl Fe CuSO4FeSO4(或其他合理答案)(2)化学方法：加入足量稀盐酸，铁会溶解在稀盐酸中，2HClFe=FeCl2H2。物理方法：用磁铁吸引铁屑。探究整合
12、应用 铁、铜及其氧化物的性质 人类使用铁、铜已经有好几千年的历史了。目前已发现的金属有90多种，但其中应用最广泛、用量最多的，仍然是铁、铜。铁、铜都是变价金属,它们的单质及化合物在性质上有相似之处，也有很大差异。铁是日常生活中最常见的金属，某班同学在学习铁的知识时，有下列问题：问题1：铁为何称为黑色金属？问题2：CuO在高温下可分解为Cu2O和O2，Fe2O3在高温下可分解为FeO和O2吗？(1)对于问题1，同学们上网查寻，有两种解释：A因为在铁表面上有黑色的铁的氧化物，所以叫黑色金属。B因为铁的粉末为黑色,铁的氧化物也均为黑色,所以叫黑色金属。例你认为正确的说法是_。若有一黑色粉末，你如何鉴
13、别是铁粉，还是Fe3O4粉末：_。若有一黑色粉末为Fe和Fe3O4的混合物，你如何证 明 其 中 有 Fe3O4(只 要 求 简 述 实 验 方 法)：_。(2)对于问题2，同学们准备实验探究，他们设想了两种方法：A将Fe2O3高温灼烧，看灼烧前后颜色是否变化。B将Fe2O3高温灼烧，看灼烧前后质量是否变化。实验中应将Fe2O3放在_(填仪器名称)中灼烧。方 法 A 中，如 果 高 温 灼 烧 后 颜 色 由_变为_，说明Fe2O3确实发生了变化。能说明生成的一定为FeO吗？_，理由是_。方法B中，如果发生了预期的反应，固体高温灼烧前后质量比应为_，但是，若实验结果为固体灼烧前后质量比为302
14、9，则高温灼烧后生成物是_。比较两种方法，你认为较好的方法是_。【解析】(1)铁的氧化物中Fe2O3为红棕色，B的说法是错误的。可以利用Fe、Fe3O4与稀盐酸或稀硫酸反应现象的不同来鉴别两种物质。检验Fe和Fe3O4的混合物中Fe3O4的存在，实质是检验混合物中O的存在，可以用干燥的氢气或用纯净的一氧化碳与黑色粉末加热反应，然后检验产物中是否有水或二氧化碳产生。(2)灼烧Fe2O3需要在坩埚中进行。方法A中，如果高温灼烧后颜色由红棕色变为黑色，说明Fe2O3确实发生了变化。但不能说明生成的一定为FeO，因为若生成Fe3O4，颜色也由红棕色变为黑色。方法B中，如果发生了预期的反应，固体高温灼烧后由Fe2O3变为FeO，质量比应为109。高温灼烧前后质量比为3029，则高温灼烧后生成物是Fe3O4。比较上述两种方法可知，方法B的准确性较高。【答案】(1)A 取黑色粉末少许于试管中,加适量稀盐酸或稀硫酸，有气泡产生的原黑色粉末为铁粉，若无气泡产生则原黑色粉末为Fe3O4(其他合理答案亦可)用干燥的氢气与黑色粉末加热反应，用无水硫酸铜检测有水产生或用纯净的一氧化碳与黑色粉末加热反应，用澄清石灰水检测有二氧化碳产生(其他合理答案亦可)(2)坩埚 红棕色 黑色 不能 也可能为Fe3O4 109 Fe3O4 B