从矿石中获得金属.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,1,了解金属在自然界中的存在形态。,2,掌握金属的冶炼原理和冶炼方法。,3,了解钢铁的冶炼及铝的冶炼的主要设备和有关原理。,一、从矿石中获得金属的基本问题,1,获得金属材料的过程,获得金属材料首先要通过,方法把,中提取出来，一般要经过,和,(,主要包括,、,、,等工序,),及,阶段。,2,金属冶炼的基本原理,金属冶炼的基本原理是,。,化学,金属从矿石,开采,初步加工,探矿,采矿,选矿,冶炼,利用氧化还原反应将金属,从其化合物中还原出来,3,金属冶炼的方法,(1),火法冶金：是指,的冶金方法。,(2),湿法冶金：是指,的冶金过程。,利用高温从矿石中提取金属或其他,化合物,中间产物或再生资源中的金属进行提取和分离,在水溶液或非水溶液中进行包括氧化,还原反应、中和反应、水解反应等，对原料,(,矿石、精矿等,),，,二、钢铁的冶炼,1,生铁的冶炼,(1),几种矿石的主要成分：磁铁矿,，赤铁矿,，褐铁矿,黄铁矿,。,(2),原理：在高温下用,。以赤铁矿为例，用方程式表示为：,3CO,Fe,2,O,3,2Fe,3CO,2,。,(3),原料：,、,、,、,。,(4),石灰石的作用：,，有关方程式为：,。,(5),设备：,。,Fe,3,O,4,Fe,2,O,3,2Fe,2,O,3,3H,2,O,FeS,2,还原剂将铁从其氧化物中还原出来,铁矿石,焦炭,石灰石,空气,除去脉石,炼铁高炉,2,钢的冶炼,(1),原理：在高温下用,，再添加硅、锰、铝等其他合金作为,，调整钢水的成分。,(2),原料：,。,氧化剂将生铁中过多的碳和其他杂质,氧化成气体或炉渣除去,脱氧剂,炼铁厂的铁水或废钢铁,(3),主要的反应：,；,；,；,。,3,铝的冶炼,(1),原料：,。,(2),提纯,Al,2,O,3,，用化学反应方程式表示为：,；,；,。,铝土矿,Al,2,O,3,2NaOH=2NaAlO,2,H,2,O,NaAlO,2,CO,2,2H,2,O=Al(OH),3,NaHCO,3,(3),电解,Al,2,O,3,电解质是,，加入少量降低熔点的物质是,，阳极和阴极的材料是,，在电解槽中进行。,电解原理：,总反应式：,。,电极反应：,阳极：,；,阴极：,。,冰晶石,(Na,3,AlF,6,),和氧化铝的熔融液,碳素材料,氟化钙,6O,2,12e,=3O,2,4Al,3,12e,=4Al,一、炼钢和炼铁的比较,从氧化物、碳酸盐、硫化物中冶炼金属有哪些不同？为什么？,师生互动,【,提示,】,以氧化物形式存在的金属矿石可直接用还原剂还原，如生铁的冶炼；以碳酸盐形式存在的金属矿则可通过煅烧,(,在缺少空气条件下加热至高温但不使炉料熔化,),分解生成金属氧化物或金属，然后再将金属氧化物还原；以硫化物形式存在的金属矿，由于低价硫的存在，所以先要焙烧,(,在有空气条件下加热至高温但不使炉料熔化,),生成金属氧化物或金属，然后再将金属氧化物还原。,高炉炼铁产生的废气、废渣的成分是什么？,学生交流,【,提示,】,高炉炼铁中产生的废气、废渣的主要成分：废气有,CO,、,CO,2,、,SO,2,、,NO,2,，炉渣有,CaSiO,3,、少量含,C,、,P,、,S,、,Si,、,Mn,的化合物及,SiO,2,等。,炼铁和炼钢的主要反应原理有何异同？,学生交流,【,提示,】,炼铁和炼钢的主要反应原理的比较：,相同点：都是利用氧化还原反应。,不同点；炼铁主要是用还原剂把铁从铁矿石中还原出来,(,侧重还原,),，而炼钢主要是用氧化剂把生铁中过多的碳和其他杂质氧化而除去,(,侧重氧化,),。,【,归纳小结,】,炼钢和炼铁的比较,炼铁,炼钢,主要反应原理,利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂,(CO),从铁矿石里把铁还原出来,利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂把生铁里过多的碳和其他杂质氧化成为气体或炉渣除去,主要设备,高炉,转炉、电炉及平炉,主要原料,铁矿石,(,提供铁元素,),焦炭,(,制还原剂,CO,及提供热能,),石灰石,(,造渣材料,),空气,(,提供,O,2,),生铁,(,液态,),、,O,2,(,或空气,),、生石灰,(,造渣材料,),、脱氧剂,(,硅铁、锰铁和铝等,),(,山东理综,),钢铁工业对促进经济和社会发展起了重要作用。,(1),炼铁高炉分为五部分，铁矿石与高温煤气主要在,_,部分发生反应，在,_,部分开始生成生铁和炉渣。,(2),炼钢时，除磷的化学方程式为,_ _,；加入硅、锰和铝的目的是,_ _,。,(3),不锈钢含有的,Cr,元素是在炼钢过程的氧吹,_(,填,“,前,”,或,“,后,”,),加入，原因是,_,。,(4),炼铁和炼钢生产中，尾气均含有的主要污染物是,_,。从环保和经济角度考虑，上述尾气经处理可用作,_,。,【,解析,】,(1),高炉炼铁时将原料从炉喉送入高炉，送风系统从炉腹下部鼓入，炉料在下降过程中与高温煤气流在炉身部分发生作用，焦炭与氢气发生反应生成二氧化碳和一氧化碳。在炉腰部分形成炉渣和生铁，炉渣密度小，浮于生铁上面，分别从出渣口和出铁口排出。,【,点评,】,本题主要考查了冶炼的反应原理和主要生产设备，同时强化了环保意识。,1.,在炼铁、炼钢过程中都有碳参加反应。下列有关碳参加反应的叙述正确的是,(,),A,两个过程中碳原子都被氧化，都只起着提供热源的作用,B,炼铁过程中碳被氧化，既起产生热量的作用，又起产生,CO,的作用,C,炼钢过程中碳被还原，从而达到降低含碳量的目的,D,炼铁过程中碳参加反应，只起产生,CO,的作用,【,答案,】,B,二、铝的冶炼,铝土矿的主要成分是,Al,2,O,3,，另外含有,Fe,2,O,3,SiO,2,等，怎样从铝土矿中获得纯净的氧化铝？,师生互动,【,提示,】,实验方案一及步骤：,加足量,HCl,溶液并过滤,(,除去,SiO,2,),：,Al,2,O,3,6H,=2Al,3,3H,2,O,Fe,2,O,3,6H,=2Fe,3,3H,2,O,实验方案二及步骤,：,加足量,NaOH,溶液并过滤,(,除去,Fe,2,O,3,),：,Al,2,O,3,2OH,=2AlO,2,H,2,O,SiO,2,2OH,=SiO,3,2,H,2,O,加足量,HCl,并过滤,(,除去,H,2,SiO,3,),：,AlO,2,4H,=Al,3,2H,2,O,通足量,NH,3,并过滤,保留,Al(OH),3,：,Al,3,3NH,3,H,2,O=Al(OH),3,3NH,4,煅烧,为何用电解法冶炼金属铝？其电解过程如何？,学生交流,【,提示,】,(1),因铝金属活泼性较强，还原性强，用常见的还原剂,C,、,H,2,、,CO,等无法还原，故采用电解法。,(2),电解过程如下：,阴极,(,和电源负极相连,),：,4Al,3,12e,=4Al,阳极,(,和电源正极相连,),：,6O,2,12e,=3O,2,在高温下，阳极产生的氧气会跟碳电极发生反应，生成二氧化碳，所以在电解中要定时补充碳块。铝的熔点是,660,，电冶铝反应的温度是,1 000,左右，所以电解生成的铝呈液态，从电解装置的底部流出。,冶炼金属的实质、步骤和方法是什么？,(3),阴极和阳极均由,_,材料做成；电解时不断消耗的电极是,_(,填,“,阳极,”,或,“,阴极,”,),。,(4),铝是高耗能产品，废旧铝材的回收利用十分重要。在工业上，最能体现节能减排思想的是将回收铝做成,_(,填代号,),。,a,冰晶石,b,氧化铝,c,铝锭,d,硫酸铝,【,解析,】,(1)Al,2,O,3,晶体熔点很高，电解熔融,Al,2,O,3,需消耗很大的能量，加入冰晶石可降低,Al,2,O,3,的熔点。,(2),阴极上,Al,3,获得电子形成金属,Al,，沉积在熔融液下层。,(3),阳极上,O,2,失电子形成,O,2,，高温下,O,2,与阳极碳反应消耗。,【,答案,】,(1),降低,Al,2,O,3,的熔化温度,(2),下层,(3),碳素,(,或石墨,),阳极,(4)c,【,点评,】,本题以铝的冶炼为背景，考查电解过程中电极材料，电极反应等，旨在引导考生的环保意识及废物重新利用，造福人类的意识。,2.,我国古代曾用火烧孔雀石和焦炭混合物的方法炼铜。孔雀石的主要成分是,Cu,2,(OH),2,CO,3,，其冶炼方法是,(,),A,焦炭还原法,B,湿法炼铜,C,铝热还原法,D,电解冶炼法,【,答案,】,A,(,一,),法国皇帝拿破仑三世，为显示自己的富有和尊贵，命令官员给自己打造了一顶铝皇冠。他戴上铝皇冠，神气十足地接受百官的朝拜。在宴请宾客时，拿破仑三世使用一套珍藏的铝制餐具，而大臣们使用的是金或银制餐具。,法国皇帝拿破仑三世,(1808,1873),用铝盘款待最重要的宾客。而今天铝非常便宜，我们用铝箔包装食品,(,二,),门捷列夫创建了元素周期表，受到英国皇家学会的表彰，奖品是一只铝制奖杯。,思考：,为何当时铝显得如此珍贵？,提示：,铝在地壳中都以化合态存在，如氧化铝等。在,19,世纪中期铝冶炼的困难导致了铝价格的昂贵，甚至超过了黄金，但现在随着科学技术的进步，人们已经熟练地掌握了较好的冶炼铝的方法，铝的价格大大降低，走进了我们普通百姓家。,1,从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。下图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于,(,),A,金属的导电性强弱,B,金属在地壳中的含量多少,C,金属的化合价高低,D,金属的活动性大小,【,解析,】,一般来说，越活泼的金属就越难冶炼，被人类开发利用的年限就越短。如,Cu,可用,C,、,CO,等多种物质还原铜矿石冶炼得到，而,Al,需要用电解法才能冶炼，要困难得多。,【,答案,】,D,【,解析,】,工业上冶炼镁采用电解法，采用电解法时其原料应选用,MgCl,2,而不是,MgO,，因为,MgO,的熔点比,MgCl,2,高，会消耗大量电能，成本较高。,【,答案,】,C,3,把生铁冶炼成碳素钢的主要目的是,(,),A,把生铁提纯，除生铁中杂质,B,加入各种元素，改善生铁的性能,C,用还原剂把氧化亚铁还原成铁,D,适当降低生铁含碳量，除去大部分硫、磷等杂质,【,解析,】,生铁与钢的主要区别在于含碳量不同，由生铁为原料，通过降低碳的含量而炼制钢。,【,答案,】,D,4,(2009,年广东,),下列有关金属及其合金的说法不正确的是,(,),A,目前我国流通的硬币是由合金材料制造的,B,生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加,C,镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作照明弹,D,日用铝制品表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护作用,【,解析,】,生铁、普通钢、不锈钢中生铁含碳量最高。,【,答案,】,B,5,金属材料在人类社会中发挥着重要的作用，其冶炼过程离不开化学的支持。,铁是应用最广泛的金属，自远古时代人类就学会了炼铁，到目前为止，人类研制出很多炼铁的方法。某研究性学习小组查阅了工业炼铁的有关资料后，发现目前多采用高炉炼铁这种主流方法，其生产示意图如下，请回答下列问题：,(1),已知铁矿石中有一些难熔化的脉石,(SiO,2,),，在铁矿石中加入一定比例的石灰石就是为了除去这些脉石，形成的物质就是炉渣的主要成分，请写出有关化学方程式：,_ _,，,_,。,(2),铁矿石中加入一定比例的焦炭的目的是生成还原剂,CO,，请写出得到,CO,的化学方程式：,_ _,，,_,。,(3),热空气从高炉下部通入，而炉料从高炉顶部投入，这样操作的主要目的是,_,。,6,已知有关物质的熔、沸点数据如下表：,请参考表中数据回答下列问题：,(1),工业上用电解法生产镁，通常是电解,MgCl,2,而不是电解,MgO,，主要理由是,_,。,(2),工业上用电解法生产铝，通常是电解,Al,2,O,3,而不是电解,AlCl,3,，主要理由是,_,。,MgO,Al,2,O,3,MgCl,2,AlCl,3,熔点,2 850,2 072,714,190(2.5,10,5,Pa),沸点,3 600,2 980,1 412,182.7,【,解析,】,MgCl,2,和,MgO,都是离子化合物，要将它们电解制得金属镁首先要将其熔化，而,MgO,的熔点太高，将其熔化时需要消耗很多的能源，因而使用熔点较低的,MgCl,2,。虽然,Al,2,O,3,的熔点很高，但,AlCl,3,易升华,(,熔点低于沸点,),，显然属于共价化合物，熔融状态下不能导电，无法被电解。,【,答案,】,(1)MgO,的熔点高，会增加熔融时的能源消耗，因而使用熔点较低的,MgCl,2,生产金属镁,(2)AlCl,3,属于共价化合物，熔融状态下不能导电，不能被电解,