第二课时、炼铁的原理

铁在自然界中的分布 铁在自然界中分布很广，地壳中铁元素的含量仅次于铝，位于第二位。由于铁的化学性质比较活泼，所以它在自然界中主要以化合物的形式存在于各种铁矿石中，常见的铁矿石如下表：

铁的合金 1、 合金是由一种金属中加热熔合其他金属或非金属而成的具有金属特性的物质。 2.铁合金的应用 3、铁的合金：生铁与钢，主要成分为铁, 最大的区别是含碳量不同.

使金属矿物变成金属的过程，叫做金属的冶炼 铁 (iron)在自然界中分布很广，在地壳中含量居所有金属元素的第二位，仅次于铝，约占地壳总质量的4.75%。我国辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花等地都有大型铁矿. 使金属矿物变成金属的过程，叫做金属的冶炼 金 属 金属矿物 变成

常见的铁矿石 磁铁矿（主要成分Fe3O4） 铁矿石 赤铁矿（主要成分Fe2O3） 菱铁矿（主要成分FeCO3） 黄铁矿（主要成分FeS2)

菱铁矿 赤铁矿（Fe2O3） 磁铁矿（Fe3O4） 黄铁矿

铁的冶炼 铁矿石是怎样炼成铁的呢？让我们通过实验来研究铁冶炼的化学原理。 一氧化碳与氧化铁的反应

观察与思考 实验的原理 实验的步骤 实验的现象 实验注意那些问题？（先加热还是先通气？实验完毕是先停止加热吗？） 实验需要改进吗？（一氧化碳有毒，实验完毕的尾气怎么处理？）

Fe2O3 + 3CO === 2Fe + 3CO2 一氧化碳还原氧化铁实验 实验原理： 实验操作： 1、按上图组装仪器，并检查气密性 高温 Fe2O3 + 3CO === 2Fe + 3CO2 实验操作： 1、按上图组装仪器，并检查气密性 2、把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻管中，轻轻转动，使氧化铁粉末均匀地附在玻璃管内壁上 3、把硬质玻管接入装置系统中，先通入一氧化碳气体排气；待排尽后，点燃出气口处的酒精灯及酒精喷灯，并观察装置中所发生的变化  4、当红棕色粉末已转变成黑色后，先停止加热，再通一会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却.

问题讨论： 实验现象： 红色（氧化铁）粉末逐渐变成黑色，同时澄清的石灰水逐渐变浑浊。 注意事项： 1、如何判断反应中生成了什么物质？     红色（氧化铁）粉末逐渐变成黑色，同时澄清的石灰水逐渐变浑浊。 问题讨论： 1、如何判断反应中生成了什么物质？ 2、装置中右边的酒精灯起什么作用？ 3、石灰水的作用有哪些？ 注意事项： 1、一氧化碳还原氧化铁是在封闭的硬质玻管中进行的，先通一氧化碳，可以把管内的空气排出，防止一氧化碳与空气混合受热爆炸.   2、实验完毕先停止加热，还要继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却为止。（防止灼热的铁与氧气反应）

实验改进：     可将上述装置除尾气的部分，改成用气球收集，这样收集得到的未燃一氧化碳气体可重复利用 把尾气烧掉，防止污染空气

反应的原理： Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2 失去氧 得到氧 具有氧化性 具有还原性 是氧化剂 是还原剂 高温 失去氧 得到氧 具有氧化性 具有还原性 是氧化剂 是还原剂 发生还原反应 发生氧化反应 化学上把氧化物中氧被夺去的反应叫做还原反应。

工业炼铁 工业炼铁的主要设备是高炉 原料 冶炼厂

炼 铁 高 炉 的 结 构

炼 铁 工 业 设 备 图

炼 铁 工 业 设 备 图 金属的冶炼方法

金属的冶炼方法 1、热还原法 由于不同的金属的化学活动性不同，因此，常采用不同的冶炼方法。热还原法、电解法、热分解法等。 利用还原剂在高温下将金属从化合物中还原出来。 1、热还原法 高温 Fe2O3 + 3CO === 2Fe + 3CO2 WO3 + 3H2 === W + 3H2O 2CuO + C === 2Cu + CO2 通常把金属（如铁）跟氧气结合生成金属氧化物（如氧化铁）的过程称为金属的氧化。 高温 高温 金属氧化物跟焦碳、氢气或一氧化碳等物质反应，失去氧转化为金属单质的过程称为金属氧化物的还原。

金属的冶炼方法 2、热分解法 3、电解法 2HgO === 2Hg + O2↑ 2Ag2O === 4Ag + O2↑ △ △ 2、热分解法 2HgO === 2Hg + O2↑ 2Ag2O === 4Ag + O2↑ 常用于不活泼金属（Hg、Ag等）的冶炼。 Au、Pt可通过金沙淘洗获得。 通电 3、电解法 2Al2O3 ==== 4Al + 3O2↑ 2NaCl ==== 2Na + Cl2↑ MgCl2 ==== Mg + Cl2↑ 通电 通电 在金属活动性顺序中，K、Na、Ca、Al等活泼金属的还原性很强，都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。

钢铁的用途

我国钢铁工业的发展 早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器。 钢铁是非常重要的金属材料。钢铁的生产和使用是人类文明和社会进步的一个重要标志 早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器。

我国钢铁工业的发展 2002年，我国的钢产量为18224.89万吨，连续多年保持世界第一 新中国成立以后，我国的钢铁工业得到了飞跃的发展。 1994年钢产量只有15.8万吨，居世界26位； 1996年，我国的钢铁产量首次特破1亿吨 居世界前列； 2002年，我国的钢产量为18224.89万吨，连续多年保持世界第一 为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨而发行

铁的冶炼 生铁的冶炼 原理：3CO+Fe2O3 ==== 2Fe +3CO2 还原剂 氧化剂 设备：高炉 原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石 还原剂 氧化剂 设备：高炉 原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石 高温

生铁和钢 都是混合物 弄清楚以下几个问题 生铁 钢 含碳量 含其它 元素 性能 用途 2% ~ 4.3% 0.03% ~ 2% 0.03% ~ 2% 含碳、硫、磷、硅等元素较少 含较多的碳、硫、磷、硅等元素 硬而韧良好的延展性和弹性。可铸又可煅 硬而脆、可铸不可煅 烧菜用的铁锅、暖气片机床的底座等 制造机械、交通工具和武器

炼铁和炼钢 铁合金 生铁 钢 冶炼 生铁、废钢、 氧气、生石灰 铁矿石、焦碳、石灰石、空气 原料 在高温条件下，用还原剂一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。 高温下用氧气或铁的氧化物将生铁中多余的碳和其它杂质转变为气体或炉渣而除去。 原 理 例：Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 设备 高炉 转炉、平炉、电炉 产品 生铁 钢

含杂质物质的化学方程式的计算 （原则）：化学方程要配平 纯量才能代方程。 （方法）:纯质量=总质量×纯度 =总质量×（1– 杂质的质量分数）

= X = 2800t 例题：要炼出含杂质2%的铁1600t，需含氧化铁质量 分数为80%的赤铁矿石多少吨？ 解：设需赤铁矿石的质量为x 纯铁质量： 1600t × （1 – 2%）=1568t 纯Fe2O3的质量： 80% ×X Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 160 112 80%X 1568t 160 112 80%X 1568t = X = 2800t 答：需含氧化铁质量分数为80%的赤铁矿石2800t。

= 变式训练： X = 326.05t 炼200t含杂质3%的生铁，需要含85%氧化铁的赤铁矿石 多少个？ Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 160 112 85%X 200t×97% 160 112 85%X 200t×97% = X = 326.05t 答：需要含85%氧化铁的赤铁矿石326.05t.

作业： 挑战自我：第4题

友情提示—关于CO: 1、无色无味的气体，难溶于水； 2、有剧毒，具有可燃性，是家用煤气 　的主要成分，一旦泄露就会有使人中 　毒和爆炸的危险。