金屬及其冶煉

1、6.1 金屬及其冶煉游離態(tài)游離態(tài)少數(shù)化學(xué)性質(zhì)不活潑不活潑的金屬，在自然界中能以游離態(tài)存在，如：Au Pt及少量及少量Ag Cu化合態(tài)化合態(tài)化學(xué)性質(zhì)比較活潑比較活潑的金屬，在自然界中總是以化合態(tài)存在，如：Na Mg Al 等等一、金屬元素原子結(jié)構(gòu)的特點一、金屬元素原子結(jié)構(gòu)的特點1.1.金屬在自然界的存在金屬在自然界的存在藍藍銅銅礦礦磁磁鐵鐵礦礦 黑色金屬黑色金屬Fe Cr MnFe Cr Mn及其合金及其合金 有色金屬有色金屬除了除了Fe Cr MnFe Cr Mn以外的金屬以外的金屬 輕金屬（密度小于輕金屬（密度小于4.5g/cm4.5g/cm3 3）Na Al Mg BaNa Al Mg B

2、a 重金屬（密度大于重金屬（密度大于4.5g/cm4.5g/cm3 3）Cu Pb NiCu Pb Ni2.2.金屬的分類金屬的分類標(biāo)出金屬在周期表的位置標(biāo)出金屬在周期表的位置請根據(jù)位置分析金屬原子結(jié)構(gòu)特點二、金屬的性質(zhì)二、金屬的性質(zhì)1.1.物理性質(zhì)：物理性質(zhì)： 在常溫下絕大多數(shù)為銀白色固體，有金屬光澤，在常溫下絕大多數(shù)為銀白色固體，有金屬光澤，能導(dǎo)電傳熱，有延展性。能導(dǎo)電傳熱，有延展性。3 3、金屬的化學(xué)性質(zhì)、金屬的化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出還原性表現(xiàn)出還原性 （1 1）金屬與非金屬的反應(yīng)）金屬與非金屬的反應(yīng)如：鈉、鎂、鋁、鐵與氧氣的反應(yīng)如：鈉、鎂、鋁、鐵與氧氣的反應(yīng); ; 鈉、鐵、銅與氯氣、硫的反應(yīng)鈉

3、、鐵、銅與氯氣、硫的反應(yīng)K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu 以后以后 H2O（2 2）金屬與水的反應(yīng)）金屬與水的反應(yīng)非強氧化性酸非強氧化性酸：強氧化性酸強氧化性酸：濃濃H H2 2SOSO4 4 濃濃HNOHNO3 3 稀稀HNOHNO3 3王水王水 ( (稀稀)H)H2 2SOSO4 4 H H3 3POPO4 4 HCl HCl HAC HACH2(氫前金屬）氫前金屬）（Pt Au 除外）除外） SO42- + SO2 +H2O NO3- + NO2 +H2O NO3- + NO +H2O（3 3）金屬與酸的反應(yīng)）金屬與酸的反應(yīng)特例：鋁與強堿的反應(yīng)特例：鋁與強堿的反應(yīng)

4、 鎂與鎂與COCO2 2的反應(yīng)的反應(yīng)（冷）（冷）FeFe、AlAl鈍化鈍化AuAu、PtPt可溶可溶（4 4）金屬與鹽的反應(yīng)（單質(zhì)間的置換反應(yīng)）金屬與鹽的反應(yīng)（單質(zhì)間的置換反應(yīng)） 自發(fā)發(fā)生的反應(yīng)遵循氧化還原反應(yīng)的強弱律自發(fā)發(fā)生的反應(yīng)遵循氧化還原反應(yīng)的強弱律三三、 金屬的冶煉金屬的冶煉 人們?nèi)粘?yīng)用的金屬材料，多為合金或純金屬，人們?nèi)粘?yīng)用的金屬材料，多為合金或純金屬，這就需要把金屬從礦石中提煉出來，這就是人們常說這就需要把金屬從礦石中提煉出來，這就是人們常說的金屬的冶煉。的金屬的冶煉。（1 1）冶煉的實質(zhì)）冶煉的實質(zhì) 用用還原還原的方法，使金屬化合物中的的方法，使金屬化合物中的金屬陽離子金屬陽

5、離子得到得到電子變成金屬原子。即：電子變成金屬原子。即：Mn+ + neM（2 2）金屬冶煉的步驟）金屬冶煉的步驟礦石的富集礦石的富集除去雜質(zhì)雜質(zhì)，提高礦石中有用成分的含量冶煉冶煉 利用氧化還原氧化還原反應(yīng)，在一定條件下，用還原劑還原劑把金屬礦石中的金屬離子還原還原成金屬單質(zhì)。精煉精煉提高金屬的純度純度1 1）熱分解法）熱分解法有些不活潑金屬僅用熱分解法就能制得。有些不活潑金屬僅用熱分解法就能制得。在金屬活動性順序表中，位于氫后面的某在金屬活動性順序表中，位于氫后面的某些金屬的氧化物受熱就能分解。些金屬的氧化物受熱就能分解。2HgO = 2Hg + O22Ag2O = 4Ag + O2(3)(

6、3)金屬冶煉方法的選擇金屬冶煉方法的選擇2 2）熱還原法）熱還原法多數(shù)金屬的冶煉過程屬于熱還原法。多數(shù)金屬的冶煉過程屬于熱還原法。常用的還原劑有焦炭、一氧化碳、常用的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣和活潑金屬等。氫氣和活潑金屬等。高溫高溫高溫高溫高溫高溫Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2WO3+ 3 H2 = W+3H2OCr2O3+2 Al = 2Cr+Al2O3MgCl2 Mg+Cl2 2Al2O3 4Al+3O22NaCl 2Na+Cl23 3）電解法）電解法在金屬活動性順序中，鉀、鈉、鈣、鋁等幾種金屬的在金屬活動性順序中，鉀、鈉、鈣、鋁等幾種金屬的還原性很強，這些金屬都很容易失去電子

7、，因此不能還原性很強，這些金屬都很容易失去電子，因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來，而用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來，而只能用只能用通電分解其熔融鹽或氧化物通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉的方法來冶煉。電解電解電解電解電解電解鐵礦石的成分和種類鐵礦石的成分和種類Fe3O4(磁鐵礦石磁鐵礦石)Fe2O3(赤鐵礦石赤鐵礦石)2Fe2O33H2O(褐鐵礦石褐鐵礦石)FeCO3(菱鐵礦石菱鐵礦石)一一 煉鐵：煉鐵：（1 1）基本反應(yīng)原理：）基本反應(yīng)原理：3CO+ Fe3CO+ Fe2 2O O3=3=2Fe+3CO2Fe+3CO2 2高溫高溫利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，

8、用還原劑（主利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑（主要是要是CO)從鐵礦石中還原出鐵。從鐵礦石中還原出鐵。 （2）煉鐵的主要反應(yīng)過程：）煉鐵的主要反應(yīng)過程：煉鐵的主要反應(yīng)過程煉鐵的主要反應(yīng)過程產(chǎn)生還原劑：產(chǎn)生還原劑： C+O2=CO2 CO2+C=2CO （空氣，焦炭）（空氣，焦炭） 還原鐵礦石：還原鐵礦石： Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 （鐵礦石）（鐵礦石） 造渣（除脈石）：造渣（除脈石）： CaCO3=CO2+CaO CaO+SiO2= CaSiO3 （熔劑：石灰石）（熔劑：石灰石）高溫高溫高溫高溫一一 煉鐵：煉鐵：（1 1）基本反應(yīng)原理：）基本反應(yīng)原理：3CO+ Fe3CO+ F

9、e2 2O O3=3=2Fe+3CO2Fe+3CO2 2高溫高溫利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑（主利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑（主要是要是CO)從鐵礦石中還原出鐵。從鐵礦石中還原出鐵。（3）主要原料：）主要原料：鐵礦石，焦炭，石灰石，空氣鐵礦石，焦炭，石灰石，空氣 （2）煉鐵的主要反應(yīng)過程：）煉鐵的主要反應(yīng)過程：（4）煉鐵產(chǎn)物：）煉鐵產(chǎn)物： 生鐵生鐵高爐煤氣：高爐煤氣：CO、CO2、N2等等爐渣：爐渣：CaSiO3（5）設(shè)備：）設(shè)備： 高爐高爐小結(jié)：小結(jié)： 一一 二二 三三 四四 五五 不純凈的鐵有哪些缺點？如何克服不純凈的鐵有哪些缺點？如何克服? ?鐵的合金鐵的合金 生鐵生鐵

10、鋼鋼 C% 2%4.3% 0.03%2%其它雜質(zhì)其它雜質(zhì)Si、Mn、S、P （較多）（較多）Si、Mn、S、P （極少）（極少） 機械性能機械性能 質(zhì)硬而脆、質(zhì)硬而脆、 無韌性無韌性堅硬、韌性大、堅硬、韌性大、 可塑性好?？伤苄院谩C械加工機械加工 可鑄不可鍛可鑄不可鍛 可鑄、可鍛、可鑄、可鍛、 可壓延可壓延生鐵和鋼的比較生鐵和鋼的比較二二 煉鋼：煉鋼： 生鐵生鐵 鋼鋼(1)(1)需要做到：需要做到：降：降低含碳量降：降低含碳量除：除去大部分硫、磷等雜質(zhì)除：除去大部分硫、磷等雜質(zhì)（2）基本反應(yīng)原理：基本反應(yīng)原理：利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用氧化劑（用純利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用氧化劑（用

11、純氧氣）氧氣）把生鐵中過多的碳和其它雜質(zhì)氧化除把生鐵中過多的碳和其它雜質(zhì)氧化除去。去。（3）主要反應(yīng)：主要反應(yīng)：1 1）氧化）氧化 FeO22FeO C+FeO=Fe+CO Mn+FeO=MnO+Fe Si+2FeO=SiO2+2Fe2）造渣）造渣 FeS+CaO=FeO+CaS 2P+5FeO+3CaO=5Fe+Ca3(PO4)23）脫氧脫氧 2FeO+Si=2Fe+SiO2（4）煉鋼的原料：）煉鋼的原料：生鐵，氧氣，生石灰，生鐵，氧氣，生石灰，脫氧劑脫氧劑問題：為什么要用純問題：為什么要用純氧來代替空氣煉鋼？氧來代替空氣煉鋼？答：因為用純氧代替空氣可以答：因為用純氧代替空氣可以克服由于空氣里的氮氣的影響克服由于空氣里的氮氣的影響而使鋼質(zhì)變脆以及氮氣排出時而使鋼質(zhì)變脆以及氮氣排出時帶走熱量的缺點。帶走熱量的缺點。(5) 煉鋼設(shè)備：煉鋼設(shè)備： 轉(zhuǎn)爐，電爐，平爐轉(zhuǎn)爐，電爐，平爐煉煉鐵鐵煉煉鋼鋼目目的的原原理理原原料料設(shè)設(shè)備備煉鐵和煉鋼的比較煉鐵和煉鋼的比較把鐵從鐵礦石中把鐵從鐵礦石中還原出來還原出來降低含碳量降低含碳量;除硫磷等雜質(zhì)除硫磷等雜質(zhì);用還原劑把鐵從鐵用還原劑把鐵從鐵礦石中還原出來礦石中還原出來用氧化劑把生鐵中過多的用氧化劑把生鐵中過多的碳及其它雜質(zhì)氧化除去碳及其它雜質(zhì)氧化除去鐵礦石、石灰石、鐵礦石、石灰石、焦炭、空氣焦