课题3 金属资源的利用和保护.ppt

第八单元金属和金属材料 课题3金属资源的利用和保护 第一课时 人类生活离不开金属 金属有广泛的用途 对于人类社会起着不可替代的作用 军事与科技也需要大量的金属 图8 16自然界以单质形式存在的金 图8 17自然界以单质形式存在的银 除少数不活泼的金属如金 银等有单质形式存在外 其余都以化合物形式存在 金属的存在形式 单质 少数 如金和银 化合物 大多数 如各种铁矿石 赤铁矿 主要成分是Fe2O3 菱铁矿 主要成分是FeCO3 图8 18常见的矿石 磁铁矿 主要成分是Fe3O4 图8 18常见的矿石 辉铜矿 主要成分是Cu2S 黄铜矿 主要成分是CuFeS2 铝土矿主要成分是Al2O3 孔雀石Cu2 OH 2CO3 赤铜矿Cu2O 罕见的铜矿石 毛赤铜矿 Cu2O 我国是世界上已知矿物种类比较齐全的少数国家这一 矿物储量也很丰富 其中钨 钼 钛 锡 锑等储量居世界前列 铜 铝 锰等储量在世界上也占有重要志地位 但由于人口众多 人均拥有量约为世界人均水平的1 3 居世界第80位 大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源 人类每年要提炼数以亿吨计的金属用于工农业生产和其它领域 其中 提取量最大的是铁 地壳中含量最多的金属是Al 金属元素在地壳中含量 一 铁的冶炼 生熟炼铁炉一 生熟炼铁炉二 图8 19我国古代炼铁图 图8 20上海宝山钢铁公司炼铁高炉 图8 21为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨而发行的邮票 红色的粉末变成灰黑色 同时产生的气体使澄清的石灰水变浑浊 一氧化碳还原氧化铁生成铁粉 灰黑色 与二氧化碳 1 实验室用一氧化碳还原氧化铁 用燃着的酒精灯将尾气点燃或 用气球收集尾气 实验8 3 实验步骤 按下图组装仪器 并检查其气密性 把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻璃管中 把硬质玻璃管接入装置系统中 先通入一氧化碳气体排除空气 防止一氧化碳与空气混合受热爆炸 点燃出气口处的酒精灯 或用气球收集 防止一氧化碳污染空气 待排尽后 点燃酒精喷灯 并观察装置中所发生的变化 当红棕色粉末已转变成黑色后 停止加热 再通入一会儿一氧化碳 直至玻璃管冷却 防止Fe被氧化 1 原料 黄铁矿FeS2 赤铁矿Fe2O3 菱铁矿FeCO3 磁铁矿Fe3O4 2 原理 在高温下 利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来 石灰石 铁矿石焦炭 空气 3 设备 高炉 化学方程式 70 48 27 46 67 72 41 含铁量 2 工业炼铁 铁矿石 焦炭 热空气 炉渣出口 生铁出口 石灰石 高炉炼铁图 炼铁高炉 铁矿石 焦炭 石灰石 炼铁时各物质的作用 石灰石 把杂质转化为炉渣焦炭 燃烧放热提高炉温 并将生成的CO2还原为具有还原性的CO 因此在炼铁高炉中起主要作用的还原剂是CO 优点是气体还原剂具有流动性 能与矿石充分接触 使反应更彻底 炼钢和炼铁的比较 高温 在实际生产时 所用的原料或产物一般都含有杂质 在计算用料时和产量时 应考虑到杂质问题 不纯物质 纯物质 纯度之间的关系 列比例时 一定要用纯量 3 含杂质的物质的化学方程式的计算 m 纯 m 不纯 纯度 m 不纯 m 纯 纯度 例题 用1000t含氧化铁 Fe2O3 80 的赤铁矿石 理论上可炼含铁96 的生铁多少吨 解 1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为1000t 80 800t 设800t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为X 160112 800tX X 560t 折合含铁96 的生铁的质量为560t 96 583t 纯化杂 答 1000t含氧化铁 Fe2O3 80 的赤铁矿石 理论上可炼出含铁96 的生铁为583t 或设800t氧化铁理论上可以炼含铁96 的生铁质量为X 160112800tX 96 160 112 800t X 96 X 583t 杂化纯 铁的冶炼 设需含Fe2O3质量分数为85 的赤铁矿石的质量为x 解 生铁中含纯铁 3000t 1 5 2850t X 4790t 答 该3000t生铁中含纯铁2850t 该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85 的赤铁矿石为4790t 1 某炼钢厂日产含杂质5 的生铁3000t 试计算 该3000t生铁中含纯铁多少吨 该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85 的赤铁矿石多少吨 计算结果保留整数 练习 2 下图是课堂中模拟炼铁的实验装置 1 写出图中标有序号的仪器名称 2 实验过程中 先要进行的是 填 或 加热 通一氧化碳 3 A中反应的化学方程式是 B中反应的化学方程式是 B中观察到的现象是 4 该装置的不足之处是 铁架台 试管 没有尾气处理装置 或没有用燃着的酒精灯处理尾气等 Ca OH 2 CO2 CaCO3 H2O 澄清的石灰水变浑浊 3 右下图是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 选择编号填空 铝的利用比铜和铁晚得多 原因是 目前铝在多个领域替代易生锈的钢铁 其主要原因是 铝的密度小 铝很活泼 地壳中铝的含量高 铝的表面易生成致密的保护膜 第八单元金属和金属材料 课题3金属资源的利用和保护 第二课时 为什么要保护金属资源 二 金属资源保护 保护金属资源的原因 每年大量开采 数以亿吨计 每年大量的金属被腐蚀 相当于年产量的20 40 P18 1 金属的腐蚀和防护 人们采取了许多措施 但每年全世界因生锈而损失的钢铁约占世界年产量的四分之一 如何防锈 实验 探究铁生锈的条件 123 铁在干燥空气中 铁在有水而无空气 氧气 时 铁在有空气和水时 一周后 铁钉浸没一半在水中 铁在空气 水的界面处生锈严重铁钉完全浸没在水中 上面还加植物油 铁未生锈铁钉放在干燥的空气中 加干燥剂等 铁未生锈 全浸在水中 食盐水中 干燥空气中 1 2 3 1 铁生锈是铁与氧气 水等物质相互作用 缓慢氧化 放热 2 在有酸性和盐条件下会加快生锈速率3 铁锈 混合物 的主要成分是氧化铁Fe2O3 XH2O 红棕色 结论 氧化铁与铝壶表面的氧化铝膜性质比较 疏松多孔 完全锈蚀 致密结实 使铝 自我保护 铁 铁锈 与空气 氧气 接触 与水接触 加快铁生锈速率的情况 酸性污染物的存在 酸雨 加快生锈速度 离子化合物的存在 氯化钠 高溫 加快化学反应速度 较不活泼金属接触 置换反应 经刮擦或凹凸扭曲表面 增加接触面 怎样防止铁生锈 加上保护层 1 加上油漆 塑胶层或油脂 2 镀上其他金属 如镀锡或铬等 罐头 是由镀锡铁制成 镀铬的浴室水笼头 3 牺牲性保护 由镀锌铁制造的水桶 把铁与一较活泼的金属相连接 因而防止铁生成Fe2 aq 离子 从而防锈 4 使用铁合金 用不锈钢制造的器具 金属防腐蚀的方法 改变金属的内部结构制成合金 如不锈钢形成保护层刷油漆 涂油 烧制搪瓷 物理方法 电镀上一层耐腐蚀的金属 镀铬 锌 锡 通过化学反应使表面形成致密的氧化物薄膜等改善腐蚀环境等等保持铁制品表面干燥和洁净 1 隔绝空气或氧气 2 隔绝水 保持钢铁表面的清洁干燥 镀金属保护层 如镀锡 镀锌 镀铬等 白铁皮镀锌 马口铁镀锡 钢圈镀铬 镍 涂非金属保护层 如喷涂油漆 涂防锈油 在脸盆 杯子表面烧涂搪瓷 用橡胶或塑料包在钢铁表面 形成氧化膜保护层 枪套上形成四氧化三铁 锯条上的烤蓝 在钢铁里加入金属或非金属形成耐腐蚀合金 如不锈钢 加Cr Ni 防止铁锈蚀的主要措施 三角架 钢线 辐条 链条 刷漆 镀一层耐腐蚀的金属 涂油等 平时要保持自行车的洁净与干燥 或涂油 自行车防锈措施有哪些 讨论 钢圈 图8 25据估计一些矿物可供开采的年限 2 金属资源保护 为什么要保护金属资源 矿物的储量是有限的 而且不能再生 2 怎样保护金属资源呢 P19 防止金属的腐蚀 金属的回收与利用 有计划 合理地开采矿物 严禁不顾国家利益的乱采矿 寻找金属代用品 如以塑代钢 图8 26金属的回收利用 回收一个铝制的易拉罐比制造一个新的铝制的易拉罐要便宜20 而且还可以节约金属资源和95 能源 目前世界上有50 以上的铁和90 以上的金得到回收利用 金属资源的保护 反馈练习 1 在下列情况下 埋在地下的铸铁管道腐蚀最快的是 A 在潮湿 致密的土壤中B 在干燥 致密的土壤中C 在潮湿 疏松的土壤中D 在干燥 疏松的土壤中 2 某运输用铁船 在水中行驶 最易生锈的部位是 C B A 水面上的船头部分B 水面附近的船体部分C 水面下的船底部分D 各部分都一样速度生锈 3 日常生活中的一些铁制品经常会被锈蚀 下列做法中不能起防锈作用的是 在铁制品表面镀锌 在铁制品表面涂油脂 保留铁件表面的铁锈作保护层 在铁器表面刷油漆 自行车脏了用清水冲洗 用废酸液冲洗铁制污水管道 切完咸菜后 尽快将菜刀洗净擦干A B C D B 4 全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界钢铁年产量的1 4 某学生想探究铁生锈的条件 他将干净的铁钉分别同时入放A B C三支试管中进行研究 请你帮助该学生完成下列实验设计的内容 加热烘干试管 小心放入铁钉 塞上塞子 探究铁在有水而无空气 氧气 时的生锈情况 小心放入铁钉 注入蒸馏水 使铁钉部分浸入水中 一周后 编号为 的试管中的铁钉最易生锈 用相同材料制作 经过相同时间防锈处理的铁栏杆 安装在南方比安装在北方更易生锈 其原因是 C 南方比北方天气潮湿 铁更易生锈 ABC 铁在干燥空气中 铁在有水而无空气 氧气 时 铁在有空气和水时 1 把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程 其主要反应原理是在高温条件下CO作还原剂 夺取铁矿石里的氧 将铁还原出来 2 在实际生产时 所用的原料或产物一般都含有杂质 在计算用料时和产量时 应考虑到杂质问题 3 铁生锈的条件是铁与空气中的氧气 水 或水蒸气 直接接触 如果隔绝了空气和水 就能在一定程度上防止钢铁生锈 在铁表面涂油 刷漆 镀上耐磨和耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金 如不锈钢等 就能防止钢铁生锈 4 保护金属资源的有效途径是防止金属的腐蚀 回收与利用废旧金属 合理有效地地开采矿物 以及寻找金属代用品等 列比例时 一定要用纯量 m 纯 m 不纯 纯度 4Fe 3O2 2XH2O 2Fe2O3 XH2O 本单元小结 一 金属和金属材料 金属与非金属物理性质的比较 2 金属材料包括纯金属和合金 把两种或两种以上的金属熔合在一起 或者把金属和非金属熔合在一起 就可以得到具有金属特性的合金 由于合金的很多性能一般比组成它们的纯金属更好 因此 在实际中大量使用的金属材料是合金 二 金属的化学性质 1 很多金属都能与氧气 盐酸和稀硫酸等起反应 但反应的难易和剧烈程度不同 以Fe Al Cu为例 写出它与氧气 稀硫酸反应的化学方程式 Fe H2SO4 FeSO4 H2 2Al 3H2SO4 Al2 SO4 3 3H2 Cu H2SO4 不反应 2 由一种单质和一种化合物反应 生成另一种单质和另一种化合物的反应叫做置换反应 例如 如果用A B C来表示化合反应的话 请用相似的方法来表示分解反应和置换反应 置换反应 A BC B AC 分解反应 AB A B Zn H2SO4 ZnSO4 H2 Fe CuSO4 FeSO4 Cu 3 常见金属活动性顺序如下 KCaNaMgAlZnFeSnPb H CuHgAgPtAu 金属活动性 由强逐渐减弱 举例说明金属活动性顺序可以给你哪些判断的依据 只有排在H前面的才能置换酸中的氢 只有排在前面的金属才能把排在后面的金属从它们的化合物的溶液中置换出来 KCaNa特殊 反应复杂 三 金属资源保护 1 把铁矿石冶炼成铁的主要反应原理是 在实际生产时 还会遇到有关杂质的计算问题 2 铁锈蚀的主要条件以及防止铁锈蚀的主要措施是 铁锈蚀的主要条件是铁与空气中的氧气 水蒸气等发生化学反应 防止铁锈蚀的主要措施是在铁表面涂油 刷漆 镀上耐磨和耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金 如不锈钢等 就能防止钢铁生锈 防止金属的腐蚀 回收与利用废旧金属 合理有效地地开采矿物 以及寻找金属代用品等 4 保护金属资源的有效途径是 列比例时 一定要用纯量 m 纯 m 不纯 纯度 4 某课外兴趣小组对一批铁样品 含有杂质 杂质不溶于水 也不与稀硫酸反应 进行分析 甲 乙 丙三位同学分别进行实验 其中只有一位同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应 实验数据如下表 请你认真分析数据 回答下列问题 哪位同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应 计算样品中铁的质量分数 若生产1000t这种纯度的铁 至少需要含氧化铁 Fe2O3 80 的赤铁矿多少吨 改正 烧杯的质量为25 4g 计算结果精确到0 1 解 分析表中数据可知 甲 乙 丙三人的实验生成气的质量都是0 3g 如甲为200g 9g 208 7g 0 3g 即各人的实验中都有一种反应物完全反应 由甲 乙数据可知 9g铁样品中的铁完全反应 甲中的酸过量 由乙 丙数据可知 150g 25 4g 124 6g的稀硫酸中的H2SO4完全反应 丙中的金属过量 综合分析可知乙同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应