金属及其冶炼

1、6.1 金属及其冶炼游离态游离态少数化学性质不活泼不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如：Au Pt及少量及少量Ag Cu化合态化合态化学性质比较活泼比较活泼的金属，在自然界中总是以化合态存在，如：Na Mg Al 等等一、金属元素原子结构的特点一、金属元素原子结构的特点1.1.金属在自然界的存在金属在自然界的存在蓝蓝铜铜矿矿磁磁铁铁矿矿 黑色金属黑色金属Fe Cr MnFe Cr Mn及其合金及其合金 有色金属有色金属除了除了Fe Cr MnFe Cr Mn以外的金属以外的金属 轻金属（密度小于轻金属（密度小于4.5g/cm4.5g/cm3 3）Na Al Mg BaNa Al Mg B

2、a 重金属（密度大于重金属（密度大于4.5g/cm4.5g/cm3 3）Cu Pb NiCu Pb Ni2.2.金属的分类金属的分类标出金属在周期表的位置标出金属在周期表的位置请根据位置分析金属原子结构特点二、金属的性质二、金属的性质1.1.物理性质：物理性质： 在常温下绝大多数为银白色固体，有金属光泽，在常温下绝大多数为银白色固体，有金属光泽，能导电传热，有延展性。能导电传热，有延展性。3 3、金属的化学性质、金属的化学性质表现出还原性表现出还原性 （1 1）金属与非金属的反应）金属与非金属的反应如：钠、镁、铝、铁与氧气的反应如：钠、镁、铝、铁与氧气的反应; ; 钠、铁、铜与氯气、硫的反应钠

3、、铁、铜与氯气、硫的反应K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu 以后以后 H2O（2 2）金属与水的反应）金属与水的反应非强氧化性酸非强氧化性酸：强氧化性酸强氧化性酸：浓浓H H2 2SOSO4 4 浓浓HNOHNO3 3 稀稀HNOHNO3 3王水王水 ( (稀稀)H)H2 2SOSO4 4 H H3 3POPO4 4 HCl HCl HAC HACH2(氢前金属）氢前金属）（Pt Au 除外）除外） SO42- + SO2 +H2O NO3- + NO2 +H2O NO3- + NO +H2O（3 3）金属与酸的反应）金属与酸的反应特例：铝与强碱的反应特例：铝与强碱的反应

4、 镁与镁与COCO2 2的反应的反应（冷）（冷）FeFe、AlAl钝化钝化AuAu、PtPt可溶可溶（4 4）金属与盐的反应（单质间的置换反应）金属与盐的反应（单质间的置换反应） 自发发生的反应遵循氧化还原反应的强弱律自发发生的反应遵循氧化还原反应的强弱律三三、 金属的冶炼金属的冶炼 人们日常应用的金属材料，多为合金或纯金属，人们日常应用的金属材料，多为合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，这就是人们常说这就需要把金属从矿石中提炼出来，这就是人们常说的金属的冶炼。的金属的冶炼。（1 1）冶炼的实质）冶炼的实质 用用还原还原的方法，使金属化合物中的的方法，使金属化合物中的金属阳离子金属阳

5、离子得到得到电子变成金属原子。即：电子变成金属原子。即：Mn+ + neM（2 2）金属冶炼的步骤）金属冶炼的步骤矿石的富集矿石的富集除去杂质杂质，提高矿石中有用成分的含量冶炼冶炼 利用氧化还原氧化还原反应，在一定条件下，用还原剂还原剂把金属矿石中的金属离子还原还原成金属单质。精炼精炼提高金属的纯度纯度1 1）热分解法）热分解法有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。在金属活动性顺序表中，位于氢后面的某在金属活动性顺序表中，位于氢后面的某些金属的氧化物受热就能分解。些金属的氧化物受热就能分解。2HgO = 2Hg + O22Ag2O = 4Ag + O2(3)(

6、3)金属冶炼方法的选择金属冶炼方法的选择2 2）热还原法）热还原法多数金属的冶炼过程属于热还原法。多数金属的冶炼过程属于热还原法。常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等。氢气和活泼金属等。高温高温高温高温高温高温Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2WO3+ 3 H2 = W+3H2OCr2O3+2 Al = 2Cr+Al2O3MgCl2 Mg+Cl2 2Al2O3 4Al+3O22NaCl 2Na+Cl23 3）电解法）电解法在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属的在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子

7、，因此不能还原性很强，这些金属都很容易失去电子，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，而用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用只能用通电分解其熔融盐或氧化物通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼的方法来冶炼。电解电解电解电解电解电解铁矿石的成分和种类铁矿石的成分和种类Fe3O4(磁铁矿石磁铁矿石)Fe2O3(赤铁矿石赤铁矿石)2Fe2O33H2O(褐铁矿石褐铁矿石)FeCO3(菱铁矿石菱铁矿石)一一 炼铁：炼铁：（1 1）基本反应原理：）基本反应原理：3CO+ Fe3CO+ Fe2 2O O3=3=2Fe+3CO2Fe+3CO2 2高温高温利用氧化还原反应，在高温下，

8、用还原剂（主利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要是要是CO)从铁矿石中还原出铁。从铁矿石中还原出铁。 （2）炼铁的主要反应过程：）炼铁的主要反应过程：炼铁的主要反应过程炼铁的主要反应过程产生还原剂：产生还原剂： C+O2=CO2 CO2+C=2CO （空气，焦炭）（空气，焦炭） 还原铁矿石：还原铁矿石： Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 （铁矿石）（铁矿石） 造渣（除脉石）：造渣（除脉石）： CaCO3=CO2+CaO CaO+SiO2= CaSiO3 （熔剂：石灰石）（熔剂：石灰石）高温高温高温高温一一 炼铁：炼铁：（1 1）基本反应原理：）基本反应原理：3CO+ Fe3CO+ F

9、e2 2O O3=3=2Fe+3CO2Fe+3CO2 2高温高温利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要是要是CO)从铁矿石中还原出铁。从铁矿石中还原出铁。（3）主要原料：）主要原料：铁矿石，焦炭，石灰石，空气铁矿石，焦炭，石灰石，空气 （2）炼铁的主要反应过程：）炼铁的主要反应过程：（4）炼铁产物：）炼铁产物： 生铁生铁高炉煤气：高炉煤气：CO、CO2、N2等等炉渣：炉渣：CaSiO3（5）设备：）设备： 高炉高炉小结：小结： 一一 二二 三三 四四 五五 不纯净的铁有哪些缺点？如何克服不纯净的铁有哪些缺点？如何克服? ?铁的合金铁的合金 生铁生铁

10、钢钢 C% 2%4.3% 0.03%2%其它杂质其它杂质Si、Mn、S、P （较多）（较多）Si、Mn、S、P （极少）（极少） 机械性能机械性能 质硬而脆、质硬而脆、 无韧性无韧性坚硬、韧性大、坚硬、韧性大、 可塑性好。可塑性好。机械加工机械加工 可铸不可锻可铸不可锻 可铸、可锻、可铸、可锻、 可压延可压延生铁和钢的比较生铁和钢的比较二二 炼钢：炼钢： 生铁生铁 钢钢(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、磷等杂质除：除去大部分硫、磷等杂质（2）基本反应原理：基本反应原理：利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂（用纯利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂（用

11、纯氧气）氧气）把生铁中过多的碳和其它杂质氧化除把生铁中过多的碳和其它杂质氧化除去。去。（3）主要反应：主要反应：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）脱氧脱氧 2FeO+Si=2Fe+SiO2（4）炼钢的原料：）炼钢的原料：生铁，氧气，生石灰，生铁，氧气，生石灰，脱氧剂脱氧剂问题：为什么要用纯问题：为什么要用纯氧来代替空气炼钢？氧来代替空气炼钢？答：因为用纯氧代替空气可以答：因为用纯氧代替空气可以克服由于空气

12、里的氮气的影响克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆以及氮气排出时而使钢质变脆以及氮气排出时带走热量的缺点。带走热量的缺点。(5) 炼钢设备：炼钢设备： 转炉，电炉，平炉转炉，电炉，平炉炼炼铁铁炼炼钢钢目目的的原原理理原原料料设设备备炼铁和炼钢的比较炼铁和炼钢的比较把铁从铁矿石中把铁从铁矿石中还原出来还原出来降低含碳量降低含碳量;除硫磷等杂质除硫磷等杂质;用还原剂把铁从铁用还原剂把铁从铁矿石中还原出来矿石中还原出来用氧化剂把生铁中过多的用氧化剂把生铁中过多的碳及其它杂质氧化除去碳及其它杂质氧化除去铁矿石、石灰石、铁矿石、石灰石、焦炭、空气焦炭、空气生铁、纯氧、生铁、纯氧、生石灰、脱氧剂生石灰、脱氧剂高炉高炉转炉、平炉、电炉转炉、平炉、电炉K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金属单质的还原性减弱，金属离子的氧化性增强金属单质的还原性减弱，金属离子的氧化性增强电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法