化学铁铜的获取及应用

铁、铜的获取及应用
从自然界中获取铁和铜
基础知识
在自然界里，铁、铜是以什么形式存在的？
一、从自然界中获取铁和铜
（一）自然界中的存在形式：游离态和化合态
1、一小部分以游离态形式存在：其中铜在地壳中含量约为0.01%，少量以单质铜形式存在；铁在地壳中的含量约占4.75％(仅次于铝)，游离态的铁只能从陨石中得到。

2、铁和铜在自然界主要以化合态形式存在。

常见铁矿石：
Fe3O4(磁铁矿石) 、Fe2O3(赤铁矿石)、2Fe2O3·3H2O(褐铁矿石)、FeCO3(菱铁矿石)
常见铜矿石：
黄铜矿(CuFeS2)、孔雀石[CuCO3•Cu(OH)2]、毛赤铜矿(Cu2O )、蓝铜矿(Cu3 (OH)2 (CO3) 2知识回顾
从自然界获得铁和铜单质的化学反应方程式?
生成铁的化学方程式生成铜的化学方程式
（二）高炉炼铁：
铁矿石（化合态）→铁单质（游离态）
（1）原料：、、、
（2）基本反应原理：
利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂(主要是CO)把铁从铁矿石中还原出来。

（3）设备：
（4）炼铁的主要反应过程：
①产生还原剂： C+O2→CO2 CO2+C→2CO （空气，焦炭）
焦炭的作用：a、提供热量。

b、提供还原剂。

②还原铁矿石： Fe2O3+3CO 高温 2Fe+3CO2
③造渣（除脉石）： CaCO3高温 CaO + CO2↑
（熔剂：石灰石） CaO+SiO2高温 CaSiO3
石灰石的作用：除去脉石，生成炉渣。

（5）炼铁产品：生铁(含碳2%～4.5%)，将生铁进一步炼制,可得到钢(含碳0.03%～2%);
(6)炼铁的尾气：红棕色的高炉煤气： Fe2O3粉尘、CO、CO2、N2
（三）铜的冶炼：
1、古老的冶炼技术：
(1) 用炭火烧孔雀石炼铜
CuCO3·Cu(OH)2△ 2CuO+CO2↑+H2O 2CuO + C △ 2Cu + CO2↑
(2) 湿法炼铜
Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4
2、新型冶炼技术：
(1)高温冶炼黄铜矿黄铜矿→ 粗铜→ 精铜
(2)生物炼铜
[高考模拟]
1、人类很早就发现，孔雀石（碱式碳酸铜）在熊熊燃烧的树木中灼烧，树木的余烬里会有一种红色光亮的金属凝固出来，写出整个过程中所发生的有关化学方程式___________________________________________，___________________________________________。

2、孔雀石的化学式可看作：Cu(OH)2•CuCO3，Cu(OH)2和CuCO3分别分解后的产物之和就是孔雀石受热分解后的产物。

同理，Fe3O4的化学式可看作:FeO•Fe2O3，写出孔雀石、Fe3O4与盐酸反应的化学方程式
（1）_________________________________________
（2）__________________________________________。

（3）铜器在潮湿的空气中，表面会慢慢地生成一层铜锈（碱式碳酸铜），该反应的化学方程式为
3、某世博园地区改造时将一座大型钢铁厂搬迁后,附近居民将不再受到该厂产生的棕红色的烟雾的困扰。

你估计这一空气污染物可能含有
A、FeO粉尘
B、P2O5粉尘
C、Fe2O3粉尘
D、SiO2粉尘
4、[春季高考]Fe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写出磁铁矿主要成分的化学式：。

②写出赤铁矿被还原成铁的化学方程式：。

③写出焦炭在高炉中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：
、
5、【2011年上海高考】高炉炼铁过程中即被氧化又被还原的元素是（）
A、铁
B、氮
C、氧
D、碳
金属活动顺序与金属冶炼方法的关系
金属活动顺序K Ca Na
Mg Al
Zn Fe Sn
Pb(H) Cu
Hg Ag Pt Au
原子失电子能力强弱
离子得电子能力弱强
主要冶炼方法电解法热还原法热分解法物理方法
【问题】
为什么青铜时代早于铁器时代？
①地球上存在少量的单质铜，单质铁只存在陨铁中。

②铁的性质比铜活泼，容易氧化生锈。

③铁的熔点（1535℃）又比铜（1083 .4℃）高得多，就使得它比铜难于熔炼。

铁、铜及其化合物的应用
二、铁的性质
1、铁的物理性质：
（1）银白色,有金属光泽,质软;（2）具有良好的延展性;（3）是电和热的良导体;（4）密度是7.86g/cm3,熔点1535℃,沸点是2750 ℃;（5）特性:能被磁体吸引，具铁磁性.。

按照金属不同的分类方法，铁属于重金属（密度）、黑色金属（冶金工业）、常见金属（含量）。

铁和铜单质的物理性质比较
共同点不同点
铁
具有金属光泽，密度较大，
熔点较高，易导电、导热纯净的单质铁为银白色，有良好的延展性，质地较软的固体，可被磁化
铜铜具有与众不同的紫红色，质地较硬的固体
2、铁的化学性质——还原性
Fe – 2e = Fe2+ Fe – 3e = Fe3+ Fe3+比Fe2+稳定(1)铁与强氧化剂反应
2Fe + 3Cl2点燃2FeCl3
Fe+4HNO3(稀）==Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
a.铁与氯气、硝酸、浓硫酸等强氧化剂反应可显+3价。

b.常温下，铁遇浓硫酸和浓硝酸钝化。

(2)铁与弱氧化剂反应
Fe + 2H+ = Fe2+ + H2↑（稀HCl或稀H2SO4)
Fe + Cu2+ = Cu＋Fe2+（与盐的反应）
Fe+2Fe3+=3Fe2+ (Fe3+的氧化性)
a.铁与H+、Cu2+、Fe3+等弱氧化剂反应可显+2价
b.Fe与过量HNO3→Fe3+、 Fe与少量HNO3→Fe2+
（3）与水的反应
常温下通常不与水反应，高温时可以反应，方程式如下3Fe +4H2O(g) 高温 Fe3O4 +4H2
（4）与氧气反应
3Fe + 2O2点燃Fe3O4 （纯氧气）
三、铁的重要化合物
1、铁的氧化物
氧化亚铁
FeO 三氧化二铁 Fe2O3
四氧化三铁 Fe3O4
（FeO•Fe2O3）
色态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体俗称无铁红磁性氧化铁铁元素价态+2 +3 +2、+3
溶解性难溶于水难溶于水难溶于水稳定性不稳定稳定稳定
与酸反应
FeO+2H+= Fe2++H2O
Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O Fe3O4+ 8H+=Fe2++2Fe3++4H2O
2、铁的氢氧化物
化学式Fe(OH)2Fe(OH)3
颜色
状态
白色固体粉末红褐色固体粉末溶解性难溶于水难溶于水
制备FeCl2+2NaOH=Fe(OH)2↓+2NaCl FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl 加热无2Fe(OH)3△Fe2O3+3H2O 与 H+ Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+= Fe3++3H2O
转化
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4 Fe(OH)3
白色絮状沉淀→灰绿色→ 红褐色沉淀
3、Fe2+ 和 Fe3+的检验方法
鉴别方法Fe2+Fe3+
直接观色浅绿色棕黄色
显色反应：与KSCN
与苯酚不显红色血红色不显紫色显紫色
利用Fe3+与铜片的氧化性：与淀粉 KI试纸无明显现象Cu被腐蚀
溶液变绿色试纸不变蓝试纸变蓝色
利用沉淀反应
与OH-作用白色沉淀迅速变灰
绿色最后呈红褐色
立即产生红褐
色沉淀
4、Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化——“铁三角”关系
四、铜的性质
1、物理性质
（1）.纯铜呈紫红色;（2）熔点1083.4℃,沸点2567℃;（3）密度8.92g/cm3;质软；（4）具有良好的延展性; （5）具有良好的导热、导电性;
2、铜的化学性质：
(1)与氧气反应：
(2)与硫反应
(3)与氯气反应：
(4)与酸的反应
a.铜与非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸等）不反应
b.铜与强氧化性酸（如浓硫酸、硝酸等）能反应，但不生成氢气。

(5) 与盐溶液的反应（制作印刷电路板）
3、铜的重要化合物
1. CuO 黑色 Cu2O 砖红色
2. Cu2（OH）2CO3 铜绿
3. CuSO4及 CuSO4·5H2O 用于检验水的存在
【问题】
1.实验室配制的FeSO4溶液久置是否会变质?为什么? 如何鉴定它已经变质?
2.如何防止FeSO4溶液变质?
五、铁及铜的化合物的应用
【练习】
1、能与Fe3+反应且能证明Fe3+具有氧化性的物质是: ①KSCN②Fe③FeCl2④NaOH( )
A.④
B. ①
C. ③
D. ②
2、某溶液中加入KSCN溶液无明显现象，再滴加氯水,溶液立即变为红色，说明原溶液中
一定含有（） A.Fe3+ B. Fe2＋ C. Cu2+ D. Zn2+
3、用一定量的铁和足量的稀硫酸及足量的CuO制取单质铜，有人设计了一下两种方案：
若要制取相同质量的铜，并按照实验原则进行操作，则两者消耗的单质铁的量为（）A.一样多 B. ①多 C. ②多 D.无法判断
4.下列离子方程式书写正确的是（）
A．FeCl2溶液中通入Cl2：Fe2＋＋Cl2→Fe3＋＋2Cl－
B．澄清石灰水与少量小苏打溶液混合：Ca2＋十OH－＋HCO3－→CaCO3↓＋H2O C．FeS固体放人稀硝酸溶液中：FeS＋2H＋→Fe2＋＋H2S↑
D．AlCl3溶液中加入过量氨水：Al3＋＋4OH－→〔Al (OH)4〕－
E．FeBr2溶液中通入过量Cl2：2Fe2＋＋2Br－＋2Cl2→2Fe3＋＋Br2＋4Cl－
5.往100 mL FeCl3溶液中，通入0.672L标准状况下的硫化氢气体，设气体完全被吸收，再加入过量的铁粉，反应停止后，测得溶液中含有0.12mol金属阳离子，则原氯化铁溶液的物质的量浓度为（）
A．0.1mol/L B．1mol/L C．0.08mol/L D．0.8mol/L
6.铜和镁的合金4.6g完全溶于浓硝酸，若反应中硝酸被还原只产生4480mL的NO2气体和336mL的N2O4气体(都已折算到标准状况)，在反应后的溶液中，加入足量的氢氧化钠溶液，生成沉淀的质量为（）
A．9.02g B．8.51g C．8.26g D．7.04g
7.有一种溶液，含有Fe3+和Ag+两种离子，需分离成分别含有这两种离子的溶液，下列各种方案中，合理的是（）
A．以氯化钠溶液为沉淀剂，再用氨水把分离出来的沉淀溶解
B．以氢氧化钠溶液为沉淀剂，用盐酸处理沉淀
C．以氨水为沉淀剂，再用硝酸对沉淀和溶液分别进行处理
D．以氯化钾溶液为沉淀剂，再用硝酸对分离出来的沉淀进行处理
8.完成下列反应的离子方程式：
（1）氢氧化铁溶于氢碘酸：
（2）苯酚钠溶液中通入二氧化碳气体：
（3）氢氧化亚铁溶于稀硝酸：
（4）已知H+比Ag+更易与NH3结合，要使[Ag(NH3)2]+转化为Ag+，应加入的有效试剂是，实现此反应的离子方程式为：。

（5）①在淀粉碘化钾溶液中，滴加少量的次氯酸钠溶液，立即会看到溶液变蓝色，这是因为：。

②在碘和淀粉形成的蓝色溶液中，滴加亚硫酸钠溶液，发现蓝色逐渐消失，这是因为：。

③对比①和②所得的实验结果，将I2、ClO-、SO42-按氧化性强弱顺序排列为：。

9．已知亚铜离子在酸性条件下能自身氧化还原为Cu和Cu2+，现由氧化铁和氧化亚铜组成的试样，将其等分为X和Y，如图实验：
(1)写出①中发生反应的离子方程式______
(2)写出②中发生反应的离子方程式_______ ；
原试样中氧化铁和氧化亚铜的物质的量之比为_______ 。