从矿石中获得金属 PPT

(2009 年山东理综)金属铝的生产是以 Al2O3 为原料，
在•熔融状态下进行电解：2Al2O3通7电50=，～==N9=7a=03A℃lF6 4Al＋3O2↑
请回答下列问题：
(1) 冰 晶 石 (Na3AlF6) 的 作 用 是 ____________________ __________________。
• 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
【解析】 在炼铁时，焦炭的主要作用有两个：一是通过焦 炭燃烧放出大量热，提供炼铁过程所需的热量，二是产生炼铁所 需的还原剂 CO。在炼铁过程中碳被氧化。炼钢时用来降低碳含量 的主要反应为：C＋FeO=高==温==CO↑＋Fe，这个反应在碳被氧化的 同时吸收热量。综合以上分析，可知 A、C、D 选项是错误的。
(3)在吹氧后加入 Ni、Cr 等可以制成不锈钢，以防止 Cr 在吹 氧时被氧化。
(4)能源和环保已是世界性问题，特别是在工业生产中，能变 废为宝更是最佳工艺路线。炼钢和炼铁都含有的污染性气体 CO 经处理后可用作燃料或还原剂。
【答案】 (1)炉身 炉腰 (2)2P＋5FeO＋3CaO=高==温==Ca3(PO4)2＋5Fe 脱氧和调整钢的成分
• 【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。
(2)炼钢是除去生铁中的硫、磷等有害物质，调整生铁中的硅、 锰含量。磷发生反应 2P＋5FeO＋3CaO=高==温==Ca3(PO4)2＋5Fe 形 成炉渣而除去，加入硅、锰和铝的作用是脱氧和调整钢中各成分 含量。
(3)后 避免 Cr 被氧化(或“氧吹前加入 Cr 会形成炉渣被除 去”)
(4)CO 燃料(或还原剂)
• 【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
应 。
• 阳极： 4Al3＋＋12e－=== 4Al
；
• 阴极：
。
• 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
• (3)电解Al2O3
•①
冰晶石电(Na3AlF6)和氧化铝解的熔融液
质
是
氟化钙
碳素，材加料 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。
• •
②总电解原理2：Al2O3通9电50=，～==N9=反7a=03A℃lF64Al＋3O2↑
式：
• 电极反应6O：2－－12e－===3O2↑
炼铁
炼钢
①生成还原剂(CO)，产 生高温
①杂质的氧化 2Fe＋O2=高==温==2FeO
C＋O2=加==热==CO2
Si＋2FeO=高==温==SiO2＋2Fe
主 CO2＋C=高==温==2CO 要 ②生铁的形成
Mn＋FeO===MnO＋Fe C＋FeO=高==温==CO↑＋Fe
化 学 反
Fe2O3＋3CO=高==温==2Fe ＋3CO2 ③造渣
• 实验方案二及步骤：
• ①加足量NaOH溶液并过滤(除去Fe2O3)： • Al2O3＋2OH－===2AlO2－＋H2O • SiO2＋2OH－===SiO32－＋H2O • ②加足量HCl并过滤(除去H2SiO3)： • AlO2－＋4H＋===Al3＋＋2H2O • ③通足量NH3并过滤[保留Al(OH)3]： • Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4＋
• (1) 原 理 ：氧化剂在将生铁高中过多温的碳和下其他杂质用
氧化成气体或炉渣除去
，再添加硅、锰、
铝等脱其氧他剂 合金作为 成分。
炼铁厂的铁水或废钢铁
• (2)原料：
，调整钢水的 。
• (3)主要的反应：
2C＋O2=点==燃==2CO
•
2Fe＋O2=高==温==2FeO
；
• FeO＋C=高==温==CO＋Fe(脱碳) ；
•
(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 _______________________ _______________。
• 课题2
• 第一课时 从矿石中获得金属
• 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化通学过
金属从矿石方法把
中 提 取 出 来开，采一 般初步要加经工 过
• 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、H2、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)：4Al3＋＋12e－=== 4Al
• 阳极(和电源正极相连)：6O2－－12e－=== 3O2↑ • 在高温下，阳极产生的氧气会跟碳电极发生反
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、CO2、SO2Fra Baidu bibliotekNO2，炉渣 有CaSiO3、少量含C、P、S、Si、Mn的化合物 及SiO2等。
还原反应、中和反应、水解反应等，对原料(矿石、精矿等)，
中的间产冶物金或过再生程资。源中的金属进行提取和分离
• 二、钢铁的冶炼
• 1．生铁的冶炼
• (1)几种矿石的主要成分：磁Fe铁3O矿4
Fe2O，3 赤
铁矿 矿
2Fe2O3。·3H，2O褐铁矿
FeS2
黄铁
还原剂将铁从其氧化物中还原出来
• (2) 原 理 ： 在 高 温 下
• 【答案】 B
• 二、铝的冶炼 • 铝Fe2土O3·矿Si的O2等主，要怎成样分从铝是土A矿l2O中3 获，得另纯外净含的氧有
化铝？
• [师生互动] • 【提示】 实验方案一及步骤： • ①加足量HCl溶液并过滤(除去SiO2)： • Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O • Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
• a．冰晶石
b．氧化铝
• c．铝锭
d．硫酸铝
• 【解析】 (1)Al2O3晶体熔点很高，电解熔融 Al2O3需消耗很大的能量，加入冰晶石可降低 Al2O3的熔点。(2)阴极上Al3＋获得电子形成金 属Al，沉积在熔融液下层。(3)阳极上O2－失电 子形成O2，高温下O2与阳极碳反应消耗。
• 【答案】 (1)降低Al2O3的熔化温度 • (2)下层 (3)碳素(或石墨) 阳极 (4)c
• (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________。
•
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
用
。以赤
铁矿为例铁，矿用石方程焦式炭表示石为灰：石3CO空＋气Fe2O32Fe
• C＋(3aC)3OC3O=高=2=温。==CaO＋CO2除↑去，脉Ca石O＋SiO2=高==温==CaSiO3
原
料：
炼铁、高炉
、
、
。
• (4)石灰石的作用：
，有关方程
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
• 2．钢的冶炼
探矿 采矿和
选(矿主要包括 冶炼 、 阶段。
、 等工序)及
• 2．金属冶炼的基本原理
• 金 属 冶 炼 的 利用基氧化本还原反原应将金理属 是
从其化合物中还原出来
。
• 3．金属冶炼的方法
• (1) 火 法 利冶用高温从金矿石中：提取金属是或其他指
化合物
的冶金方法。
• (2) 湿 法 在冶水溶液或金非水溶：液中进行是包括氧指化
Fe2O3＋3CO=高==温==2Fe＋3CO2 WO3＋3H2=高==温==W＋3H2O Cr2O3＋2Al=高==温==2Cr＋Al2O3(铝热反应)
(3)电解法：适合于位于金属活动性顺序表前端的金属，如 K、
Na、Ca、Al 等金属。
电解 2Al2O3=====
4Al＋3O2↑
2NaCl=电==解==2Na＋Cl2↑
炼三个步骤。 (1)热分解法：适合于位于金属活动顺序表后端(金属活动性位
于氢后面)的金属，如 Hg、Ag 等。 2HgO==△===2Hg＋O2↑ 2Ag2O==△===4Ag＋O2↑
(2)热还原法：适合于位于金属活动顺序表中部(Al～Pb)的金 属，常用的还原剂有焦炭、CO、H2、活泼金属(如 Al)等。
(2)电解生成的金属铝是在熔融液的________(填“上层”或 “下层”)。
• (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)。
• 【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Cu2(OH)2CO3， 其冶炼方法是( )
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。
[师生互动]
• 【提示】 冶冶炼炼金金属属的实的质实是质用还、原步剂把 骤金和属方矿石法中是的什金属 离子么还原？成单质，从矿石中提炼金属经过矿石的富集、冶炼、精
应 CaCO3=加==热==CaO＋
CO2↑
②除硫、磷(了解) FeS＋CaO=高==温==FeO＋CaS 2P＋5FeO＋3CaO=高==温==5Fe＋
Ca3(PO4)2 ③脱氧
CaO＋SiO2=高==温== CaSiO3
2FeO＋Si=高==温==2Fe＋SiO2 3FeO＋2Al=高==温==3Fe＋Al2O3
②加足量 NaOH 并过滤[除去 Fe(OH)3]： Al3＋＋4OH－===AlO2－＋2H2O Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓ ③通足量 CO2 并过滤[保留 Al(OH)3]： AlO2－＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO3－ ④煅烧：2Al(OH)3==△===Al2O3＋3H2O
• FeS＋CaO=高==温==CaS＋FeO(脱硫) ；
•
。
• 3．铝的冶炼
• (1)原料： 铝土矿
。
• (2)提纯Al2O3，用化学反应方程式表示为：
• ① Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O
；
• ② NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3
；
• ③ 2Al(OH)3==△===Al2O3＋3H2O 。