第 1 课时 从自然界中获取铁和铜 [ 学习目标定位 ] 1. 熟知铁、 铜的冶炼原理和方法， 会写有关的化学方程式。 2. 初步了解金 属冶炼的一般方法和原理。

一、铁、铜的存在形式 1．铁和铜在自然界中主要以化合态的形式存在。 (1) 常见的铁矿有磁铁矿 ( 主要成分为 Fe3O4) 、赤铁矿 ( 主要成分为 Fe2O3) 、黄铁矿 ( 主要成分 为 FeS2) 、菱铁矿 ( 主要成分为 FeCO3) 等。 (2) 常见的铜矿有孔雀石 [ 主要成分为 CuCO3· Cu(OH)2] 、黄铜矿 ( 主要成分为 CuFeS2) 等。 2．人们最早利用的单质铁和单质铜均直接来自于自然界。所不同的是铁单质只存在于从天 而降的陨铁中，所以古代人称铁为“天石”，而铜则来自于地球上自然存在的少量单质铜。

1. 铁、铜元素在自然界中的存在形式既有游离态也有化合态。 2．铁在地壳中的含量仅次于氧、硅、铝，居第四位。

1．铜在自然界存在于多种矿石中。 下列矿石的主要成分中铜元素的质量分数最高的是 ( ) A．黄铜矿 CuFeS2

B．斑铜矿 Cu5FeS4

C．辉铜矿 Cu2S

D．孔雀石 CuCO3· Cu(OH)2

答案 C

2 8 解析 设均含有 2 个 Cu原子，比较“ Fe 2S4”“Fe S ”“S”“H 2C O5”的式量可知， Cu2S 中

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铜的质量分数最高， CuFeS2 中的 Cu 的质量分数最低。 二、铁、铜的冶炼 1．铁的冶炼 (1) 原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。 (2) 设备：炼铁高炉。 (3) 反应原理：用还原剂将铁从其化合物中还原出来。 (4) 工艺流程：从高炉下方鼓入空气与焦炭反应产生 C O2 并放出大量的热量； C O2 再与灼热的焦炭反应，生成 C O；CO在高温下将氧化铁还原为金属铁。 (5) 铁矿石中含有二氧化硅需除去：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， 炉渣的密度比铁水小， 故浮在铁水上面， 从而分离得 到铁水。 (6) 用这种方法炼出来的铁是含碳 2 %～4.5%的生铁。将生铁进一步炼制，就可以得用途更广 泛的钢 ( 含碳 0.03%～2%)。 2．铜的制备与精炼 工业上主要采用高温冶炼黄铜矿 ( 主要成分是 CuFeS2) 的方法获得铜。 用这种方法冶炼得到的

铜，含铜量为 99.5%～99.7%，还含有 Ag、Au、Zn、Fe 等杂质。要达到电气工业生产用铜的 要求，这种由黄铜矿高温冶炼得到的铜还必须经过电解精炼，其得到的铜，含铜量高达 99.95%～99.98%。

1. 炼铁的主要化学反应 点燃 高温 (1) 还原剂的形成： C＋O2=====CO2，C＋C O2=====2CO。

高温 (2) 铁的还原： Fe2O3＋3CO====2=Fe＋3CO2。

高温 高温 (3) 炉渣的形成： CaCO3=====CaO＋C O2↑， CaO＋SiO2=====CaSiO3。

2．金属冶炼的一般方法 (1) 电解法：适合冶炼金属活动性较强的金属 ( 一般为金属活动性顺序表中铝及铝前面的金 属) 。 通电 例如： MgCl2( 熔融)=====Mg＋Cl 2↑，

通电 2NaCl( 熔融)=====2Na＋Cl 2↑，

通电 2Al 2O3( 熔融)=====4Al ＋3O2↑。

(2) 高温还原法：用还原剂 (CO、C、H2、Al 等) 还原金属氧化物，适合冶炼金属活动性顺序表

中 Zn 到 Cu之间的大多数金属。 高温 例如： 2Al ＋Cr2O3=====2Cr＋Al 2O3。

(3) 热分解法：适合于冶炼金属活动性较差的金属。 △ 例如： 2Ag2O====4=Ag＋O2↑，

△ 2HgO====2=Hg＋O2↑。

提醒 (1) 在工业上还有一种冶炼方法叫做湿法冶金，即利用活泼金属把不活泼金属从它的 盐溶液中置换出来。 例如： CuSO4＋Fe===Cu＋FeSO4。

2(2) 金属的冶炼方法与金属活动性的关系 2．高炉炼铁生产中下列说法正确的是 ( ) A．还原氧化铁的还原剂是焦炭 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除去过量碳 D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿 答案 D 点燃 高温 解析 A 项中，焦炭发生的反应： C＋O2=====CO2、C O2＋C====2=CO，其中 CO将铁矿石中的铁

还原成铁单质， A 项错误；高炉炼铁得到的只是含碳量为 2%～4.5%的生铁，不会得到纯铁， B 项错误；加入石灰石的目的是它在高温下分解成生石灰，继而再与 SiO2 反应生成 CaSiO3

炉渣，除去杂质 SiO2，故 C项错误。 易错提醒 高炉炼铁时，虽然加入的是焦炭，实际上的还原剂是 C O。 3．火法炼铜首先要焙烧黄铜矿，其反应为 2CuFeS2＋O2===Cu2S＋2FeS＋SO2，下列说法正确

的是( ) A．SO2 是氧化产物

B．CuFeS2 仅作还原剂，硫元素被氧化 C．每生成 1 mol Cu 2S，有 4 mol 硫被氧化 D．每转移 1.2 mol 电子，有 0.2 mol 硫被氧化 答案 D

解析 由反应方程式知， CuFeS2 中 Cu 化合价降低被还原为 Cu2 S，CuFeS2 中 1 4 的 S 化合价升高，

被氧化为 SO2；O2 在反应后化合价降低，被还原为 SO2，因此可知 SO2 既是氧化产物又是还原 产物， A 项错误； CuFeS2 既是氧化剂又是还原剂， B项错误；每生成 1 mol Cu2S，有 1 mol S

被氧化， C项错误；利用反应知转移 6 mol e － ，有 1 mol S 被氧化， D项正确。

1．下列物质中含铜元素的是 ( ) 3A．天石 B．孔雀石 C．赤铁矿 D．石灰石 答案 B 解析 孔雀石的主要成分为 CuCO3· Cu(OH)2。 2．下列关于金属冶炼的说法正确的是 ( ) A．金属冶炼的本质是将化合态金属还原为游离态，冶炼方法由金属的活动性决定 B．Cu的湿法冶炼是将金属钠投入到 CuSO4 溶液中，从而置换出铜

C．Fe 通常采用热还原法冶炼，加入石灰石的目的是除去过量的碳 D．由于 Al 的活动性强，故工业上采用电解熔融氯化铝的方法生产铝 答案 A 解析 A 项，关于金属冶炼的本质和方法的叙述是正确的； B项， 湿法炼铜是用铁置换出铜； C项，炼铁中加入石灰石是为了除去二氧化硅杂质； D项，工业上用电解熔融氧化铝的方法 生产铝。 3．下列有关金属的工业制法中正确的是 ( ) A．制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的 NaCl 溶液 B．制铝：从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝 C．制镁：用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体， H2 还原得镁 D．制铁：以铁矿石为原料， CO还原得铁 答案 D 解析 分别电解熔融的 NaCl、MgCl2、Al 2O3( 和冰晶石 ) 来制取 Na、Mg、Al ，A、B、C三项均

错。 4．冶炼金属一般有下列四种方法： ①焦炭法； ②水煤气法 ( 或 H2 或 CO)；③活泼金属置换法；

④电解法。 四种方法在工业上均有应用。 古代有( Ⅰ) 火烧孔雀石炼铜， ( Ⅱ) 湿法炼铜，现代 有( Ⅲ) 铝热法炼铬， ( Ⅳ) 从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是 ( ) A．( Ⅰ) 用① B．( Ⅱ) 用② C．( Ⅲ) 用③ D．( Ⅳ) 用④ 答案 B 解析 由于金属的化学活动性不同， 金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同， 因 此必须采用不同的冶炼方法。 ( Ⅰ)( Ⅱ)( Ⅲ)( Ⅳ) 发生的反应分别是 高温 ( Ⅰ)Cu 2(OH)2CO3=====2CuO＋C O2↑＋ H2O

△ C＋2CuO====2=Cu＋C O2↑，适用于①。

( Ⅱ)Fe＋ CuSO4===FeSO4＋C u，适用于③。 高温 ( Ⅲ)2Al ＋ Cr2O3=====Al 2O3＋2Cr，适用于③。

4通电 ( Ⅳ) 先从光卤石中提取 MgCl2，再电解熔融 MgCl2，MgCl2=====Mg＋Cl 2↑，适用于④。

[ 基础过关 ] 题组一 金属的冶炼原理及方法 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。如图表示了三种 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．金属的活动性强弱 答案 D 解析 由于人类掌握科学知识的局限性，越活泼的金属越难以冶炼，故发现年代越晚。 2．工业上由含钒、铬和锰的矿物冶炼难熔的金属钒、铬和锰，通常采用的方法是 ( ) A．碳还原法 B．铝热法还原 C．直接加热法 D．盐的水溶液与活泼金属置换法 答案 B 解析 钒、铬、锰等难熔的金属通常采用铝热反应进行冶炼。 3．生物炼铜是利用某些具有特殊本领的微生物帮助我们从矿石中提取铜，这些“吃岩石的 细菌”能利用空气中的氧气将不溶性的 CuS转化为可溶性的铜的化合物， 这种可溶性的铜化 合物是 ( ) A．碳酸铜 B．硝酸铜 C．硫酸铜 D．氢氧化铜 答案 C 解析 此题考查了正在迅速发展的生物炼铜技术。 生物炼铜是一项成本低、 污染小、 反应简 单、前景广阔的新兴炼铜技术， 其利用“吃岩石的细菌”将不溶性的硫化铜转化为可溶性硫 酸铜，而使铜的冶炼变得简单。 4 ． 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

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