第16课时 金属的冶炼
学案
【学习目标】
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。 【重点难点】
高炉炼铁及电解法炼铝的原理、生产过程和主要设备。
课前预习
【情景材料】不同金属的化学活动性不同，它们在自然界中存在形式也各不相同。少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金、铂、铜、银；化学性质比较活泼的金属，在自然界中以化合态存在。大多数金属在自然界中是以化合态存在的，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。人们日常应用的金属材料，多为合金或纯金属，这就要求人闪必须把金属从从矿物中提炼出来，也就是金属的冶炼，我们这节课介绍几种金属的冶炼方法。 【预习内容】
根据教材有关内容填写下列空白：
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通过 方法把 中提取出来，一般要经过 和 (主要包括 、 、 等工序)及 阶段。 2．金属冶炼的基本原理
金属冶炼的基本原理是 。 3．金属冶炼的方法
(1)火法冶金：是指 的冶金方法。
(2)湿法冶金：是指 的冶金过程。 二、钢铁的冶炼 1．生铁的冶炼
(1)几种矿石的主要成分：磁铁矿 ，赤铁矿 ，褐铁矿 黄铁矿 。 (2)原理：在高温下用 。以赤铁矿为例，用方程式表示为：3CO＋Fe2O3
2Fe＋3CO2。
(3)原料： 、 、 、 。 (4)石灰石的作用： ，有关方程式为：
。 (5)设备： 。 2．钢的冶炼
(1)原理：在高温下用 ，再添加硅、锰、铝等其他合金作为 ，调整钢水的成分。
(2)原料： 。 (3)主要的反应：
； ；
；
。 3．铝的冶炼
(1)原料： 。
(2)提纯Al2O3，用化学反应方程式表示为：
① ；
② ； ③ 。 (3)电解Al2O3
①电解质是 ，加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电解原理：
总反应式： 。 电极反应：
阳极： ； 阴极： 。 预习内容答案
一、1.化学 金属从矿石 开采 初步加工 探矿 采矿 选矿 冶炼 2．利用氧化还原反应将金属从其化合物中还原出来
3.利用高温从矿石中提取金属或其他化合物 在水溶液或非水溶液中进行包括氧化还原反应、中和反应、水解反应等，对原料(矿石、精矿等)，中间产物或再生资源中的金属进行提取和分离
二、1．Fe3O4 Fe2O3 2Fe2O3·3H2O FeS2 还原剂将铁从其氧化物中还原出来 铁矿石 焦炭 石灰石 空气 除去脉石 CaCO3SiO2
CaSiO3 炼铁高炉
CaO＋CO2↑，CaO＋
2.氧化剂将生铁中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去 脱氧剂 炼铁厂的铁水或废钢铁 2C＋O2CaO
2CO 2Fe＋O2
2FeO FeO＋C
CO＋Fe(脱碳) FeS＋
CaS＋FeO(脱硫)
3.铝土矿 Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3
2Al(OH)3Al2O3＋3H2O 冰晶石(Na3AlF6)和氧化铝的熔融液 氟化钙 碳素材料
950～970 ℃
2Al2O3=====4Al＋3O2↑
通电，Na3AlF66O2－12e=3O2↑
＋－
4Al3＋12e= 4Al
－
－
堂中互动
【问题探究1】从氧化物、碳酸盐、硫化物中冶炼金属有哪些不同？为什么？ 【教师点拨】关键从冶炼的实质出发，结合物质的性质把握其区别。由于金属的活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，因此，对于不同活性的金属离子就必须采取不同的还原方法进行冶炼。
分析解答: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。
【即学即练1】在冶金工业上，均不能用通常化学还原剂制得的金属组是( ) A．Na，Ba，Mg，Al B．Na，K，Zn，Fe C．Zn，Fe，Cu，Ag D．Mg，Al，Zn，Fe 1.A【解析】 金属的冶炼方法，根据金属的活动性归纳如下： 方法名称 冶炼的金属 举例
熔融电解
电解法： K～Al； 2Al2O3===== 4Al＋3O2↑
冰晶石还原剂法： Zn～Cu； 2Al＋Fe2O3加热法：Hg、Ag；HgS＋O2
2Fe＋Al2O3
Hg＋SO2
因为活泼金属的阳离子氧化性很弱，一般还原剂难以将它还原为金属，所以采用电解法，不活泼金属的阳离子氧化性强，加热时可从化合物内部得电子被还原成单质，所以可用加热法。
【问题探究2】高炉炼铁产生的废气、废渣的成分是什么？炼铁和炼钢的主要反应原理有何异同？
【教师点拨】阅读教材P58～P59找到其答案。
分析解答：高炉炼铁中产生的废气、废渣的主要成分：废气有CO、CO2、SO2、NO2，炉渣有CaSiO3、少量含C、P、S、Si、Mn的化合物及SiO2等。 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)。
【即学即练2】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___________________ _______ _______ _______ ；
2017人教版高中化学选修2第16课时《金属的冶炼》
