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课件网) 专题9 金属与人类文明 第一单元 金属的冶炼方法 地壳中蕴含丰富的矿石，人类在寻找石器的漫长过程中认识了矿石，在烧陶生产中逐步发展了炼金术。矿石中含有丰富的金属元素，人类在长期的生产实践中探索出了各种冶炼金属的化学方法。早在公元前4 000多，人类就通过煅烧矿石炼铜，以制造各种器皿、工具、兵器和饰品等；商周时期，我国的青铜冶铸技术已十分发达；到了春秋晚期，冶炼铁的技术已比较成熟。随着金属冶炼的方法越来越先进，人们能够制备的金属种类也越来越多，金属在生产、生活中的应用也越来越广泛。 金属的存在形式 从青铜器时代开始，人类就开始使用金属制作各种各样的工具。与传统的陶瓷和石器材料相比，金属材料既有良好的可塑性，坚固耐用，而且还有导电、导热等诸多优良性能，因而具有广泛的应用。大量的金属元素存在于地壳的矿石中，必须把它们提炼出来，以满足人类生存和发展的需要。 自然金 铝土矿 赤铁矿 在自然界中，只有少量的金属元素以游离态形式存在于地壳中，如自然金和自然银等。这些矿石中的金属元素以单质形式存在，表现出金属的特性，通过熔铸的方法即可对金属进行加工和锻造。 地壳中的大部分金属元素都是以化合态形式存在的。例如，铁元素存在于赤铁矿(主要成分为Fe2O3)中，铝元素存在于铝土矿(主要成分为Al2O3)中。这些矿石需要通过化学方法进行冶炼，才能获得较为纯净的金属。除了地壳外，还有一些金属以离子或矿石的形式分布于海洋中，如钠、镁、锰等。 下图表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发利用的大致年限。 在漫长的生产、生活实践中，人们逐步认识到金属的存在形式与其活动性有关。一般而言，活动性较强的金属，在自然界以各种各样的化合态存在；活动性较弱的金属，有可能以游离态形式存在。有的金属元素的存在形式既有游离态又有化合态，如铁元素有单质 (主要存在于陨石中)、氧化物和硫酸盐等存在形式，银元素有自然银、辉银矿(Ag2S)、碲银矿 (Ag2Te) 等存在形式。 金属的冶炼 无论原料是开采的矿石，还是从海水中获取的物质，利用化学反应使金属元素从化合态变为游离态的过程称为金属冶炼。金属冶炼和其他物质的制备一样，需要选择合适的金属化合物为原料，利用特定的设备，在一定条件下通过化学方法将原料转化为金属单质，并将其分离出来。工业上常用的金属冶炼方法有热分解法、高温还原法和电解法等。 像银这样的不活泼金属，可以采用热分解法进行冶炼，即通过加热它们的氧化物使其分解生成金属单质和氧气。例如，我们可以通过加热氧化银 (Ag2O)的方法来制取金属银。 利用金属化合物与还原剂在高温下的反应，可以制备大部分金属(如Fe、Zn等)常用的还原剂有C、CO、H2和活泼金属等。这种高温下借助还原剂的冶炼方法称为高温还原法。 工业上冶炼铁的原料是铁矿石、焦炭和石灰石等，该反应在高炉中进行，又被称为高炉炼铁。冶炼的基本过程为：从高炉下方通入热空气，原料从高炉上方的传送带送入炉中，焦炭先与热空气中的氧气反应生成二氧化碳，并放出大量的热；二氧化碳再与灼热的焦炭反应，生成一氧化碳；一氧化碳在高温下将氧化铁还原为液态的金属铁，并从高炉下方分离出来。 高炉炼铁 原料： 铁矿石、焦炭、石灰石等 设备： 炼铁高炉 原理： 高温下用还原剂将铁从其化合物中还原出来。 冶炼过程： 还原剂的生成 铁矿石的还原 炉渣的生成 活动性较强的单质铝也可还原出铁。将铝粉和氧化铁混合，在高温条件下发生反应，该反应能够放出大量的热，生成氧化铝和液态铁。该反应叫作铝热反应，工业上常利用该反应原理来焊接钢轨。 观察思考 将两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，在其中一个纸漏斗 ... ...
