课件40张PPT。第二单元 铁、铜的获取及应用专题3 从矿物到基础材料第一课时 从自然界获取铁和铜自主学习
一、铁、铜在自然界中的存在
1．_______器时代约在6000年前，________时代约在2500年前。
2．铁、铜在自然界中的存在
青铜铁器化合态Fe3O4CuFeS2化合态CuCO3·Cu(OH)2Fe2O3想一想
1.青铜器时代、铁器时代均已成为历史,为什么说铁、铜仍然是重要的基础金属材料呢？
提示：在当代日常生活中，铁、铜应用仍然十分广泛，在国民经济的发展中起着举足轻重的作用。
二、铁、铜的冶炼
1．炼铁
(1)基本反应原理(用化学方程式表示)：
____________________________________。
利用__________反应,在高温下,用_________
(主要是CO)从铁矿石中把铁还原出来。
(2)原料：______________________________等。
氧化还原还原剂铁矿石、焦炭、空气、石灰石(3)设备：____________________。
(4)炼铁的主要反应过程：
①产生还原剂的化学方程式：
____________________________________。
②还原铁矿石的化学方程式：
____________________________________。
炼铁高炉③造渣(除脉石)的化学方程式：
____________________________________，____________________________________。
(5)产物:_______、____________________、________________________。
(6)将生铁进一步炼制，可得到用途更广泛的含碳0.03%～2%的______________。
生铁废气(N2、CO、CO2)炉渣(CaSiO3等)钢想一想
2．高炉炼铁中焦炭与石灰石的作用各是什么？
提示：焦炭的作用是作燃料提供大量的热和形成炼铁的还原剂.石灰石的作用是作熔剂,降低SiO2的熔点，用来除去难熔化的SiO2.
2.铜的冶炼
(1)工业炼铜流程
Fe＋CuSO4===FeSO4＋CuCuSO4自主体验
1．下列说法正确的是(双选)( )
A．青铜器时代、铁器时代均已远离我们几千年，铜、铁不是重要的金属材料
B．当代使用的铜和铁大都是经过物理方法获取的
C．自然界中铁主要以磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿等化合态形式存在
D．生铁不如钢的用途广泛
解析：选CD。铁与铜在当代仍然是重要的基础金属材料,A项不正确;当代使用的铁、铜大都是通过化学方法获取的,B项不正确。
2．制造货币，应该根据下列哪些性质而选材(双选)( )
A．从化学性质来看，金属材料化学性质应稳定
B．从物理性质来看，金属材料应有较低的熔点
C．从物理性质来看，金属材料应有一定的强度、硬度
D．制造货币的金属本身的价值应高于货币的面值
解析：选AC。B项，货币金属熔点过低,不便于贮藏，不正确；D项，若金属本身的价值高于货币的价值,可能无法流通,不正确。
3．下列化合物中，金属的质量分数最高的是( )
A．磁铁矿(Fe3O4)
B．赤铁矿(Fe2O3)
C．黄铁矿(FeS2)
D．孔雀石[Cu2(OH)2CO3]
解析：选A。按相对原子质量比上相对分子质量直接计算即可。
探究导引
已知Fe3＋能将I－氧化成单质I2，氢碘酸是比盐酸还强的酸，请你写出FeO、Fe2O3、
Fe3O4分别与氢碘酸反应的离子方程式。
提示：Fe3O4从组成上可看成Fe2O3·FeO，要注意Fe2O3中Fe3＋可将I－氧化成I2。
FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O；
Fe2O3＋6H＋＋2I－===3H2O＋2Fe2＋＋I2；
Fe3O4＋8H＋＋2I－===4H2O＋3Fe2＋＋I2。
要点归纳
铁的氧化物的种类、组成及性质
即时应用
1．用足量的CO还原11.6 g金属氧化物，将生成的气体通入足量的澄清石灰水中，得到20 g沉淀，则该氧化物是(双选)( )
A．FeO
B．Fe2O3
C．Fe3O4
D．FeO与Fe2O3组成的混合物
探究导引
欲从金属化合物中获取金属单质，需采取什么措施？
提示：金属化合物(MXn)中金属元素(M)一定显正价，欲将其转化成单质必须利用比该金属还原性强的还原剂将其还原出来或利用电解(最强的氧化还原手段)的方法获得。
要点归纳
1．金属冶炼的一般方法
(1)金属冶炼方法的选择与金属的活泼性有关.
②热还原法：在金属活动性顺序表中处于锌和铜之间的大部分金属，通常是通过在高温下用还原剂(常用还原剂有C、H2、CO和活泼金属铝等)将金属从其化合物中还原出来,这种方法叫热还原法。
③电解法：对于一些极活泼金属(如金属钠等)采用一般的还原剂很难将它们还原出来,工业上常用电解熔融态的盐、金属氧化物等进行冶炼。
(2)第二步：金属的冶炼。利用氧化还原反
应的原理，在一定条件下，用还原剂把金属矿物中的金属离子还原为金属单质的过程。主要的方法有电解法、热还原法、热分解法等。
(3)第三步：金属的精炼。采用适当的方法
提炼出纯金属。我们可用电解的方法提炼金属铜等。
即时应用
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CuCO3·Cu(OH)2，这种冶炼铜的方法是
( )
A．焦炭还原法 B．湿法炼铜
C．铝热还原法 D．电解冶炼法
解析：选A。孔雀石受热发生分解反应生成了氧化铜、CO2和H2O，生成的氧化铜被混合物中的焦炭还原而生成了铜。
高炉炼铁的生产中，下列说法正确的是( )
A．焦炭和一氧化碳都是还原剂
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得到CO2
D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿
【解析】 高炉炼铁的生产中，焦炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳还原铁的氧化物，这些反应中焦炭和一氧化碳都是还原剂，A正确；采用富氧空气是为了焦炭能充分燃烧，B不正确；加石灰石的目的主要是为了造渣，
C不正确；黄铁矿中铁的含量低，一般不用于冶炼生铁，D不正确。
【答案】 A
【规律方法】(1)选择金属的冶炼方法时，首先要考虑金属在自然界中的存在形态及金属的活动性,然后再根据具体情况综合选择.有些不活泼金属如Au、Pt在自然界中以游离态存在，一般用淘取法富集。
(2)不是任何金属矿物都适合冶炼金属，如黄铁矿的主要成分是FeS2，若硫的含量高于百分之五十，对硫而言称之为富矿，而铁的含量小于百分之五十,对铁而言称之为贫矿,所以适用于提炼硫不适合直接炼铁，但在提取硫时生成的Fe2O3对铁而言是富矿，可用于炼铁。
工业炼铜
【经典案例】铜在自然界多以＋1价矿石存在，在固态特别是高温下，＋1价铜的化合物比＋2价稳定。用辉铜矿(Cu2S)炼铜的方法之一是：①将一定量的矿石高温通空气焙烧，生成两种氧化物。②将焙烧过的矿石加上比原矿石的质量少一半的未经焙烧过的矿石，混合后隔绝空气再进行高温煅烧，结果得到金属铜和一种具有刺激性气味的气体。写出这两个反应的化学方程式。
①__________________________________；
②__________________________________。
【解析】 由题意知：高温下＋1价比＋2价稳定，写第一个化学方程式时，要注意到这一点。从①可知焙烧过的矿石是Cu2O，且与原Cu2S的物质的量相同。据②步再加上比①步矿石质量少一半的矿石(Cu2S)反应，得出Cu2O和Cu2S的物质的量的比为2∶1。再根据生成铜和一种具有刺激性气味的气体(SO2)可写出第二个方程式。
课件55张PPT。第二课时 铁、铜及其化合物的应用自主学习
一、铁及其化合物的性质及应用
1．铁的物理性质
银白色，有金属光泽，可被磁铁吸引，是热和电的良导体。
2．铁的化学性质(1)与非金属单质反应(用化学方程式表示)
①与O2反应：_______________________。
②与Cl2反应：_______________________。
(2)与酸反应
①强氧化性酸：常温下铁在浓硫酸、浓硝酸中_____________。
②非氧化性酸：______________________。(用离子方程式表示)
钝化Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑(3)与盐溶液反应(用离子方程式表示)
①与CuSO4溶液:_______________________.
②与FeCl3溶液：_____________________。
3．Fe3＋的检验
(1)试剂：__________________。
(2)现象：溶液变为___________色。
(3)离子方程式：
____________________________________。
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋CuFe＋2Fe3＋===3Fe2＋KSCN溶液Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3血红4．Fe2＋、Fe3＋的相互转化
棕黄浅绿无明显变化棕黄蓝无明显变化无明显变化变成血红色想一想
1.(1)为什么可用铁制容器盛放浓硫酸和浓硝
酸？
(2)铁与哪些物质反应生成＋3价或＋2价呢？
(3)为什么存放亚铁盐溶液时，向溶液中加入少量铁屑？
提示:(1)常温下铁在浓硫酸、浓硝酸中钝化.故在常温时可用铁制容器储存或运输浓硫
酸、浓硝酸。
(2)铁跟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。铁跟氧化性较强的氧化剂(如氯气、硝酸等)反应转化为＋3价铁的化合物。
(3)Fe2＋有较强的还原性，其对应的盐或氢氧化物在空气中放置时很容易被氧气氧化而变质，故向溶液中加入少量铁屑。
5.应用
(1)铁合金是重要的应用广泛的金属材料。
(2)铁元素是维持生命活动不可缺少的微量
元素，人体缺铁会引起贫血等疾病。
(3)铁的化合物
①Fe2O3可以制防锈油漆、红色颜料。
②氯化铁、硫酸亚铁可作净水剂。
③Fe3O4可作磁性材料。
④_______溶液可制作印刷电路板的腐蚀液.
氯化铁二、铜的性质及应用
1．物理性质
紫红色，有金属光泽，具有良好的导电、导热性和延展性。
2．化学性质
(1)与非金属单质反应(用化学方程式表示)
①与O2反应：________________________。
②与Cl2反应：_______________________。
(2)与盐反应(用离子方程式表示)
①与AgNO3溶液：
___________________________________。
②与FeCl3溶液：
____________________________________。
Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋想一想
2．(1)如何除去FeSO4溶液中含有的少量CuSO4?
(2)Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋的氧化性强弱关系如何？试用离子方程式说明。
提示：(1)加铁屑。(2)Fe3＋>Cu2＋>Fe2＋
(2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu)。
3.应用
(1)单质铜可以制导线、水管、电器仪表等.
(2)铜盐可以杀菌。
(3)Cu2O可以作玻璃、搪瓷的红色颜料。
自主体验
解析：选B。Fe3O4、Cu2(OH)2CO3、CuO均能与盐酸发生反应。
2．下列关于Fe2＋和Fe3＋的叙述中，错误的是(双选)( )
A．Fe2＋的水溶液为浅绿色
B．Fe3＋的水溶液为蓝色
C．Fe3＋具有氧化性，Fe2＋既具有氧化性又具有还原性
D．Fe3＋溶液中滴入含SCN－的溶液，立即出现血红色沉淀
解析：选BD。Fe3＋与SCN－反应产物为
Fe(SCN)3，是血红色溶于水的物质。
3．要证明某溶液中不含Fe3＋,而可能含Fe2＋,进行如下实验操作时，最佳顺序是( )
①加足量新制氯水 ②加足量KMnO4溶液 ③加少量KSCN溶液
A．①② B．③②
C．③① D．①②③
提示：(1)除去FeCl3中的FeCl2应滴加氯水；
(2)除去FeSO4中的Fe2(SO4)3应加铁屑。
要点归纳
1．“铁三角”是指Fe、Fe2＋、Fe3＋相互转化的三角关系
(1)Fe遇强氧化剂被氧化成Fe3＋。
(2)Fe遇弱氧化剂被氧化成Fe2＋。
(3)Fe只有还原性；Fe3＋只有氧化性；Fe2＋既有氧化性又有还原性，以还原性为主。
(4)常见氧化剂的氧化性强弱顺序为：
Cl2>Br2>Fe3＋>I2>S
Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>Fe2＋
(3)Fe3＋与Fe2＋的检验
①Fe3＋
a．加入OH－(强碱)→红褐色沉淀
b．加入KSCN→血红色溶液
②Fe2＋
a．加入OH－→白色沉淀→迅速变为灰绿色→红褐色
b．加入KSCN→不变色→滴加氯水后迅速变为血红色
即时应用
1．将Na2O2投入到FeCl2溶液中，可以观察到的现象是( )
①生成白色沉淀 ②生成红褐色沉淀 ③有无色气体产生
A．①② B．①③
C．②③ D．①②③
解析：选C。Na2O2与H2O反应生成NaOH和O2，同时将Fe2＋氧化成Fe3＋，Fe3＋与OH－反应生成红褐色沉淀。
探究导引
将铁屑加入FeCl3与CuCl2的混合液中，可能发生哪些反应，最终溶液中含有的金属离子有哪些？
提示：按先后顺序发生的反应为：
①Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
②Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
最终溶液中含有的离子可能是①Fe3＋、
Fe2＋、Cu2＋，
②Fe2＋、Cu2＋，③Fe2＋。
要点归纳
以a mol Fe3＋、b mol Cu2＋、c mol Fe和d mol Cu混合于同一溶液中为例讨论。
(1)可能发生的反应：
①2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
②2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
③Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
(2)从发生的化学反应来讨论：
即时应用
2．将Cu片放入0.1 mol·L－1 FeCl3溶液中，反应一段时间后取出Cu片，溶液中
c(Fe3＋)∶c(Fe2＋)＝2∶3，则Cu2＋与Fe3＋的物质的量之比为( )
A．3∶2 B．3∶5
C．4∶3 D．3∶4
解析：选D。Fe3＋具有强的氧化性，可以与Cu反应生成Fe2＋和Cu2＋，由2Fe3＋＋Cu
===2Fe2＋＋Cu2＋得n(Fe2＋)＝2n(Cu2＋)，代入c(Fe3＋)∶c(Fe2＋)＝2∶3中，可得
n(Fe3＋)∶2n(Cu2＋)＝2∶3，所以
n(Cu2＋)∶n(Fe3＋)＝3∶4。
根据下列框图回答问题(答题时,化学方程式中的M、E用所对应的元素符号表示)：
(1)写出M溶于稀H2SO4和H2O2混合液的化学方程式：____________________________。
(2)某同学取X的溶液，酸化后加入淀粉-KI溶液，变为蓝色，写出与上述变化过程相关的离子方程式：______________________、________________________。
(3)写出Cl2将Z氧化为K2EO4的化学方程式：
__________________________________。【思路点拨】 (1)寻找突破点——红色金属是Cu；
(2)依据框图线索确定各物质。
【解析】 由题目“红色金属”结合“蓝色溶液”及转化关系，很容易确定M是Cu，E是Fe。相关各物质分别为：
MSO4为CuSO4；X为FeSO4;Y为Fe2(SO4)3；Z为Fe(OH)3；K2EO4为K2FeO4。在写方程式时要注意元素守恒和原子守恒。
【答案】 (1)Cu＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋2H2O
(2)4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2
(3)10KOH＋3Cl2＋2Fe(OH)3===2K2FeO4＋6KCl＋8H2O
【名师点睛】 (1)铁及其化合物
(2)铜及其化合物
(3)解答框图题关键点是要寻找突破点——
①在题干中找，②在框图中找，③在问题中
找；主要依据①特殊的物理性质，②特征反应寻找。
把等物质的量的Cu、Fe和Zn粉投入一定量的FeCl3溶液中，充分反应后：
(1)若取出部分溶液，加入几滴KSCN溶液，显血红色,那么溶液中存在的离子有Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋、Zn2＋、Cl－，金属粉末有无剩余？_____________________________；
(2)若溶液显蓝色，加入KSCN溶液不显血红色，那么溶液中存在的离子有__________，可能存在的金属粉末物质是________；
(3)若加入铁粉的质量反应前后没有改变,那么溶液中存在的离子有Zn2＋、Fe2＋、Cl－，各种离子的物质的量之比是________；
(4)若加入的金属还有Zn粉剩余,那么溶液中存在的离子有Zn2＋、Cl－，粉末的质量在反应后比反应前______(填“增大”或“减少”)。
【解析】 金属的还原性：Zn>Fe>Cu，与FeCl3溶液反应的先后顺序为①Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，②2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋,③2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。若Zn粉过
量，Fe、Cu不能参加反应，且过量的Zn会将溶液中Fe2＋还原成Fe单质，④Zn＋Fe2＋
===Zn2＋＋Fe，仅发生反应①和④。
(1)反应后溶液中加KSCN溶液显血红色,说明FeCl3没反应完,金属全部参加反应,无剩余.发生的反应有①、②和③,溶液中存在的离子有Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋、Zn2＋和Cl－。
(2)反应后溶液呈蓝色，加入KSCN溶液不显血红色，说明Fe3＋全部参加反应，Zn、Fe反应完全，Cu全部或部分参加反应。溶液中存在的离子有Cu2＋、Fe2＋、Zn2＋和Cl－。可能存在的金属粉末是Cu。
(3)若加入铁粉的质量在反应前后没有变化,说明 Fe粉没有参加反应，也没有发生Zn粉置换出Fe的反应，即Zn恰好与Fe3＋反应完
全；
Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2
1 mol 1 mol 2 mol
所以溶液中n(Zn2＋)∶n(Fe2＋)∶n(Cl－)＝
1∶2∶6。
(4)若加入的金属中还有Zn粉剩余，仅发生反应①和④，Fe、Cu均未参加反应。溶液中存在的离子有Zn2＋和Cl－，过量的Zn将溶液中的Fe2＋(来自Fe3＋被Zn的还原)还原，由Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe知，溶解65 g Zn析出56 g Fe，且反应①也消耗了Zn，所以金属粉末质量在反应后比反应前减少。
【答案】 (1)无剩余 (2)Cu2＋、Fe2＋、Zn2＋、Cl－ Cu
(3)1∶2∶6 (4)减少
【规律方法】 一种氧化剂遇到多种还原剂时，还原性强的物质首先发生反应，依次类推；一种还原剂遇到多种氧化剂时，氧化性强的物质首先发生反应，依次类推。搞清楚发生反应的顺序是解答这类问题的关键。
Fe(OH)2的制备
由于Fe(OH)2很容易被空气中的O2或溶液中溶有的少量O2所氧化，所以制取Fe(OH)2要求在无氧气的环境下反应。
【经典案例】 (Ⅰ)在下图的装置中，当容器A中的反应开始后,再分别进行下列操作：
(1)若弹簧夹C打开，B容器中有什么现象发生？________________________________
____________________________________。
(2)若弹簧夹C一直关闭，容器A中的反应在进行时，B容器有什么现象发生？____________________________________；
写出B容器中有关反应的化学方程式：
____________________________________. (3)若先打开弹簧夹C一段时间，容器A中的反应还在进行时，再关闭弹簧夹C一会儿，B容器中有什么现象发生？
____________________________________.(Ⅱ)在如右图所示装置中，用NaOH
溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备白
色的Fe(OH)2沉淀。
(1)在试管Ⅰ中加入的试剂是________________________________。
(2)在试管Ⅱ中加入的试剂是________________________________。(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是__________________________。
(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是______________________。
【解析】 (Ⅰ)这是一道综合Fe2＋的性质和实验操作的实验题，解答该题必须明确：当B容器中空气未排尽时，NaOH与FeSO4反应的产物Fe(OH)2只能短暂存在；但当通入H2一段时间后，B容器中空气已排净，生成的Fe(OH)2能较长时间存在.
(Ⅱ)两支试管，试管Ⅱ是开口式，无法用产生的气体将溶液压入试管Ⅰ中，所以制取FeSO4应在试管Ⅰ中，而在试管Ⅱ中盛不含O2的NaOH溶液。当Fe与稀H2SO4放入试管Ⅰ后，产生的H2可从试管Ⅰ内短管处排出试管Ⅰ内空气，经过打开的止水夹通入试管Ⅱ中，再排尽试管Ⅱ内空气。然后关闭止水夹，试管Ⅰ内产生的H2无法逸出，H2将试管Ⅰ内FeSO4溶液通过长导管压入试管Ⅱ内，在压液过程中，液体都处于H2环境，从而避免了被空气中的O2氧化，使得Fe(OH)2能保存较长时间。
【答案】 (Ⅰ)(1)容器B中的导管口有气泡冒出
(2)容器A中溶液进入容器B，容器B有白色沉淀生成，沉淀迅速变为灰绿色，最后变成红褐色
2NaOH＋FeSO4===Fe(OH)2↓＋Na2SO4，
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
(3)开始时容器B中的导管口有气泡冒出，弹簧夹关闭后，容器A中溶液进入容器B,有白色沉淀(氢氧化亚铁)生成且较长时间不变色
(Ⅱ)(1)稀H2SO4、铁屑 (2)NaOH溶液
(3)检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度，当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹
(4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入
