高中化学铁铝等金属的性质与应用（金属矿物及铁的冶炼实验讲解）

目前，人类使用的各种金属工具（如铜、铁、铝等）都是金属单质，而自然界中大多数金属（除铂、金、银等外）都是以化合物的形式存在金属矿物中，人类无法使用，如果人类要使用金属工具，就要把金属化合物转变成金属单质，该过程就是金属的冶炼。

1、常见的金属矿物

自然界中大多数金属都是以化合物的形式存在金属矿物中。

常见的金属矿物：铁的矿物、铜的矿物、铝的矿物；

1.1、铁的矿物主要有：赤铁矿（主要成分：Fe2O3)、磁铁矿（主要成分：Fe3O4)、褐铁矿（主要成分：Fe2O3.xH2O)、菱铁矿（主要成分：FeSO4)和黄铁矿（主要成分：FeS2)等；

1.2、铜的矿物主要有：黄铜矿（主要成分：CuFeS2铜和铁硫化物)、孔雀石（主要成分：Cu2(OH)2CO3)、斑铜矿（主要成分：Cu5FeS4铜和铁硫化物)和赤铜矿（主要成分：Cu2O)等；

1.3、铝的矿物主要有：铝土矿和明矾石（主要成分：KAl3(SO4)2(OH)6)等；

2、金属的冶炼

金属的冶炼：将金属矿石（金属化合物）转化成金属单质的过程。

2.1、铁的冶炼

铁的冶炼：将铁的化合物转化成单质铁的过程。

例如：工业炼铁原理：氧化铁（Fe2O3）在高温条件下与一氧化碳（CO）反应生成单质铁（Fe）。

纯铁的物理性质：纯铁是银白色金属，熔点为1535℃，密度为7.86g/cm3，质软，有延展性，能被磁铁吸引。

纯铁的化学性质：铁的化学性质比较活泼，能被氧气氧化生氧化铁，和酸会发生置换反应，产生氢气。

2.2、氧化铁（Fe2O3）在高温条件下与一氧化碳（CO）反应的实验

①实验装置

导管、酒精喷灯、试管、酒精灯、硬质粗玻璃管

②实验步骤

1、组装好设备；

2、向硬质玻璃管中加入红棕色的氧化铁粉末（Fe2O3）;

3、先点燃导管末端的酒精灯；

先点燃导管末端的酒精灯目的：防止通入的一氧化碳（CO）气体从导管流出到空气中，引起中毒（一氧化碳与人体的血红蛋白结合，降低了血红蛋白的携氧能力，造成缺氧）

4、通入一氧化碳气体，排出装置内的空气后，再点燃酒精喷灯加热玻璃管中的氧化铁；

5、当红棕色粉末变成黑色时，酒精喷灯停止加热；酒精灯继续燃烧，一氧化碳继续通入；

6、玻璃管中的物质冷却到室温后停止通入一氧化碳，后熄灭导管尾部的酒精灯；

一直通入一氧化碳冷却到室温的目的：防止生成的铁在高温下被空气氧化。

7、将硬质玻璃管中的黑色物质倒在纸上，用磁铁去吸引，再将黑色物质倒入盐酸溶液中观察现象。

③实验观察到的现象与结论

硬质玻璃管中的红棕色粉末变成黑色；

试管中的澄清石灰水变浑浊（说明有二氧化碳气体生成）；

黑色物质能被磁铁吸引（说明生成的物质为单质铁）；

黑色物质放到盐酸溶液中，有气泡生成，溶液变成浅绿色（说明铁与盐酸反应生成氯化亚铁）。

④实验改进

可以将末端的一氧化碳气体通到酒精喷灯的火焰上，减少酒精灯的使用，节约设备，也可以增加酒精喷灯火焰的温度。

导管末端一氧化碳也可用气球来收集。收集的一氧化碳可以再利用。

酒精灯火焰上安装灯罩，可以增加火焰的温度，让酒精灯充当酒精喷灯使用。

2.3、工业炼铁

工业炼铁原理：氧化铁（Fe2O3）在高温条件下与一氧化碳（CO）反应生成单质铁（Fe）。

工业炼铁的设备：高炉；

工业炼铁过程：把铁矿石、焦炭、石灰石一起从高炉顶部加入，从下方通入热空气，让焦炭燃烧生成二氧化碳，放出热量，生成的二氧化碳与焦炭在高温下生成一氧化碳气体，一氧化碳气体与氧化铁在高温下反应生成铁。

问题1：高炉中焦炭的作用？

①焦炭燃烧生成二氧化碳，放出热量，提供温度；

②焦炭与二氧化碳在高温下反应生一氧化碳，提供一氧化碳；

问题2：高炉通入热空气的作用？

①节约能量，减少热量损耗；

②为高炉中焦炭燃烧提供氧气；

问题3：高炉加入石灰石的作用？

石灰石作为熔剂，与铁矿石中的杂质反应形成炉渣，更容易除去铁中的杂质。让炼出的铁更纯净。

问题4：高炉中炉渣的出口在生铁的出口的上方？

因为炉渣的密度比生铁轻，炉渣浮在铁水上，炉渣的出口在上方便于炉渣的清理。

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