8-3金属资源的利用和保护

1、第八单元第八单元 金属和金属材料金属和金属材料 课题课题3 3 金属资源的利用和保护金属资源的利用和保护 图图8-16 8-16 自然界以单质形式存在的金自然界以单质形式存在的金 图图8-17 8-17 自然界以单质形式存在的银自然界以单质形式存在的银 除少数不活泼的金属如金、银等有单质形式存除少数不活泼的金属如金、银等有单质形式存 在外在外, ,其余都以化合物形式存在。其余都以化合物形式存在。 一、金一、金属的存在形属的存在形 式：式： 单质单质( ( 少数，如金和银少数，如金和银) ) 化合物化合物( ( 大多数，如各种铁矿石大多数，如各种铁矿石) ) 赤铁矿（主要成分是赤铁矿（主要成分是

2、Fe2O3 ） 菱铁矿（主要成分是菱铁矿（主要成分是FeCO3 ） 图图8-18 常见的矿石常见的矿石 硫铁矿硫铁矿(主要成分是主要成分是FeS2 ) 磁铁矿（主要成分是磁铁矿（主要成分是Fe3O4） 图图8-18 常见的矿石常见的矿石 辉铜矿（主要成分是辉铜矿（主要成分是Cu2S） 黄铜矿（主要成分是黄铜矿（主要成分是CuFeS2） 铝土矿主要成分是铝土矿主要成分是Al2O3 元素名称元素名称质量分数质量分数%元素名称元素名称质量分数质量分数% 铝铝7.73镁镁2.00 铁铁4.75锌锌0.008 钙钙3.45铜铜0.007 钠钠2. 74银银0.00001 钾钾2.47金金0.000000

3、5 地壳中含量最多的金属是地壳中含量最多的金属是AlAl！金属元素在地壳中含量：金属元素在地壳中含量： 二、铁的冶炼：二、铁的冶炼： 生熟炼铁炉一生熟炼铁炉一 生熟炼铁炉二生熟炼铁炉二 图图8-19 我国古代炼铁图我国古代炼铁图 图图8-20 上海宝山钢铁公司炼铁高炉上海宝山钢铁公司炼铁高炉 图图8-21 为纪念为纪念1996年中国钢产量突破年中国钢产量突破1亿吨而发行的邮票亿吨而发行的邮票 现象现象 分析分析 反应式反应式 尾气处理尾气处理 红色的红色的Fe2O3变变成黑成黑色，同时产生色，同时产生的气体的气体使澄清的石使澄清的石 灰水变浑浊灰水变浑浊 一氧化碳还原氧化铁生成铁粉一氧化碳还原

4、氧化铁生成铁粉( (灰黑色灰黑色) )与二氧化碳与二氧化碳 1.1.实验室用一氧化碳还原氧化铁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燃着的酒精灯将尾气点燃或用气球收集尾气用气球收集尾气 【实验实验8-3】 Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 高温高温 证明产物中有铁粉的方法是：证明产物中有铁粉的方法是： 用磁铁吸用磁铁吸(或加稀盐酸有气泡或加稀盐酸有气泡 ) 实验步骤：实验步骤： . .按下图组装仪器，按下图组装仪器，并检查其气密性。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，把硬质玻璃管接

5、入装置系统中，先通入一氧化碳气体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 处的酒精灯处的酒精灯(或用气球收集或用气球收集)，防止一氧化碳污染空气。待排尽，防止一氧化碳污染空气。待排尽 后，点燃酒精喷灯，后，点燃酒精喷灯，并观察装置中所发生的变化。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，当红棕色粉末已转变成黑色后，停止加热，再通入一停止加热，再通入一 会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却，防止会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却，防止Fe被氧化。被氧化。 一氧化碳还原氧化铁一氧化碳还原氧化铁 必须在必须在封闭封闭

6、的硬质玻的硬质玻 管中进行，管中进行，防止一氧防止一氧 化碳污染空气化碳污染空气。 （1）原）原料：铁矿石、焦炭、石灰石料：铁矿石、焦炭、石灰石 Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 高温高温 2.2.工业炼铁：工业炼铁： （2）原）原理：理： C+O2=CO2 C+CO2=2CO 点燃点燃 高温高温 （3）设）设备：炼铁高炉备：炼铁高炉 铁矿石、焦炭、石灰石铁矿石、焦炭、石灰石 Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 高温高温 CO2C 2CO 高温高温 C + O2 CO2 点燃点燃 在在实际生产时实际生产时, ,所用的原料或产物一般都含所用的原料或产物一般都含 有杂质有杂质, ,在计算用料

7、时和产量时在计算用料时和产量时, ,应考虑到杂质应考虑到杂质 问题。问题。 不纯物质、纯物质不纯物质、纯物质、质量分数之、质量分数之间的关系：间的关系： 列比例时，一定要用纯量。列比例时，一定要用纯量。 三、含杂质的物质的化学方程式的计算：三、含杂质的物质的化学方程式的计算： m(纯纯) = m(不纯不纯 )质量分数质量分数 m(不纯不纯) = m(纯纯) 质量分数质量分数 例题：用例题：用1000t含氧化铁含氧化铁(Fe2O3) 80%的赤铁矿石，理的赤铁矿石，理 论上可炼含铁论上可炼含铁96%的生铁多少吨？的生铁多少吨？ Fe2O3+3CO=2Fe + 3CO2 高温高温 解：解：1000

8、t赤铁矿石中含氧化铁的质量为赤铁矿石中含氧化铁的质量为1000t 80%800t。 设设800t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为氧化铁理论上可以炼出铁的质量为X。 160 112 800t X 160 800t = 112 X X560t 折合含铁折合含铁96%的生铁的质量为的生铁的质量为560t 96%583t(纯化杂纯化杂) 答：答： 1000t含氧化铁含氧化铁(Fe2O3) 80%的赤铁矿石，理论上可炼出含的赤铁矿石，理论上可炼出含 铁铁96%的生铁为的生铁为583t。 或设或设800t氧化铁理论上可以炼氧化铁理论上可以炼含铁含铁96%的生铁的生铁质量为质量为X。 Fe2O3+3CO=2F

9、e + 3CO2 高温高温 160 112 800t X96% 160 :112800t :X96% X583t (杂化纯杂化纯) 设需含设需含Fe2O3质量分数为质量分数为85%的赤铁矿石的质量为的赤铁矿石的质量为x。 解：生铁中含纯铁：解：生铁中含纯铁：3000t(15%)=2850t. Fe2O3 + 3CO= 2Fe + 3CO2 160 112 X 85% 2850t 高温高温 160 X 85% = 112 2850t X=4790t 答答：该该3000 t生铁中含纯铁生铁中含纯铁2850t。 该炼钢厂每天需含该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为质量分数为85%的赤铁矿石为的赤铁矿

10、石为4790t。 1.【06自贡自贡】某炼钢厂日产含杂质某炼钢厂日产含杂质5%的生铁的生铁3000t，试计，试计 算：算： 该该3000 t生铁中含纯铁多少吨？生铁中含纯铁多少吨？ 该炼钢厂每天需含该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为质量分数为85%的赤铁矿石多的赤铁矿石多 少吨？（计算结果保留整数）少吨？（计算结果保留整数） 练习：练习： 2.下图是课堂中模拟炼铁的实验装置。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）写出图中标有序号的仪器名称 ， 。 (2)实验过程中，先要进行的是实验过程中，先要进行的是_ 。（填。（填或或） 加热加热 通一氧化碳通一氧化碳 (3)

11、A中反应的化学方程式是中反应的化学方程式是 。 B中反应的化学方程式是中反应的化学方程式是 ， B中观察到的现象是中观察到的现象是_ 。 (4)该装置的不足之处是该装置的不足之处是 。 铁架台铁架台试管试管 Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2 高温高温 没有尾气处理装置（或没有用燃着的酒精灯处理尾气等）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。被人类大规模开发、利用的大致

12、年限。 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 约约6000年前年前约约200年前年前约约600年前年前 约约2500年前年前 选择编号填空：铝的利用比铜和铁晚得多，原因选择编号填空：铝的利用比铜和铁晚得多，原因 是是 ；目前铝在多个领域替代易生锈的钢铁，其；目前铝在多个领域替代易生锈的钢铁，其主要主要原原 因是因是 。 铝的密度小铝的密度小 铝很活泼铝很活泼 地壳中铝的含量高地壳中铝的含量高 铝的表面易生成致密的保护膜铝的表面易生成致密的保护膜 钢铁的冶炼是人类文明的一个重要标志。钢铁的冶炼是人类文明的一个重要标志。 右图是实验室模拟炼铁的装

13、置图，写出冶炼生铁的化学右图是实验室模拟炼铁的装置图，写出冶炼生铁的化学 方程式方程式 ；能证明产；能证明产 物中有铁粉的方法是：物中有铁粉的方法是： 。 用磁铁吸用磁铁吸(或加稀盐酸有气泡或加稀盐酸有气泡) 3CO+ Fe2O3 2Fe + 3CO2 = 高温高温 在组装仪器时，把玻璃管插入在组装仪器时，把玻璃管插入 橡胶管的操作方法橡胶管的操作方法 是是 。 此装置有不完善的地方，请说出其中一种改进方法：此装置有不完善的地方，请说出其中一种改进方法： 。用气球收集尾气或用燃着的酒精灯点燃 用气球收集尾气或用燃着的酒精灯点燃 导管一端用水润湿后旋转插入导管一端用水润湿后旋转插入 为什么要保护

14、金属资源？为什么要保护金属资源？ 四、金属资源保护四、金属资源保护 保护金属资源的原因：保护金属资源的原因： 每年大量开采每年大量开采(数以亿吨计数以亿吨计) 每年大量的金属被腐蚀每年大量的金属被腐蚀(相相 当于年产量的当于年产量的20%40%) 1. 1.金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护 人们采取了许多措施，但每年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全世界因生锈而损失的钢铁约 占世界年产量的占世界年产量的四分之一！四分之一！ 如何防锈？如何防锈？ a.在干燥空气中在干燥空气中 b.浸没在水中浸没在水中 c.半截浸没在水中半截浸没在水中 铁的生锈过程铁的生锈过程 哪种条件下哪

15、种条件下, ,铁最铁最 易生锈易生锈? ?为什么为什么? ? 不生锈不生锈(有水无有水无O2) 不生锈不生锈 ( (有有OO2无水无水) ) 在水与空气的交界面最易生锈在水与空气的交界面最易生锈 植物油植物油 a b c 请思考：请思考： 用橡皮塞用橡皮塞 塞紧管口塞紧管口 (有水和有水和2) 铁与空气中的铁与空气中的氧气、水蒸气氧气、水蒸气发生化学反应。发生化学反应。 铁锈的成份很复杂铁锈的成份很复杂,主要为氧化铁主要为氧化铁Fe2O3 XH2O。 (Fe2O3 XH2O很疏松，易吸水，不能阻碍里层的铁继续很疏松，易吸水，不能阻碍里层的铁继续 与氧气、水蒸气反应，如不及时除去，会加快铁制品的

16、生与氧气、水蒸气反应，如不及时除去，会加快铁制品的生 锈，使铁全部被腐蚀。锈，使铁全部被腐蚀。而铝不同，铝与氧气反应生成致密而铝不同，铝与氧气反应生成致密 的的Al2O3薄膜，覆盖在铝的表面，从而保护里层的铝不再薄膜，覆盖在铝的表面，从而保护里层的铝不再 与氧气反应，所以铝耐腐蚀。与氧气反应，所以铝耐腐蚀。) 1.铁生锈的条件：铁生锈的条件： 氧气（或空气）氧气（或空气）水水 (缓慢氧化缓慢氧化) 2.防止铁生锈的方法防止铁生锈的方法(破坏破坏铁生锈的条件即可铁生锈的条件即可)： 1.保持铁制品表面的洁净和干燥。保持铁制品表面的洁净和干燥。 2.使其表面有保护层，（涂使其表面有保护层，（涂油、

17、刷漆、搪油、刷漆、搪瓷、瓷、 镀上耐镀上耐腐蚀的金属、腐蚀的金属、烤蓝烤蓝) 3.制成耐腐蚀的合制成耐腐蚀的合金，金，(不不锈钢，就是在钢中锈钢，就是在钢中 加入一点镍和铬而制成的合加入一点镍和铬而制成的合金。金。) 三角架：三角架： 钢线钢线(辐条）：辐条）： 链条：链条： 刷漆刷漆 镀一层耐腐蚀的金属镀一层耐腐蚀的金属 涂油等涂油等 平时要保持自行车的洁净与干燥（或涂油）！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？自行车防锈措施有哪些？讨论：讨论： 钢圈：钢圈： 图图8-25 据估计一些矿物可供开采的年限据估计一些矿物可供开采的年限 2.2.金属资源保护金属资源保护

18、为什么要保护金属资源？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。矿物的储量是有限的，而且不能再生。 (2)(2)怎怎样保护金属资源呢样保护金属资源呢? ? 防防止金属的腐蚀。止金属的腐蚀。 金金属的回收与利用。属的回收与利用。 有有计划计划, ,合理地开采合理地开采矿物。矿物。 寻寻找金属代用品。如以塑代钢。找金属代用品。如以塑代钢。 图图8-26 金属的回收利用金属的回收利用 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 罐要便宜罐要便宜20%，而且还可以节约金属资源和，而且还可以节约金属资源和95%能源。能源。 目前世界上有目前世

19、界上有50%以上的铁和以上的铁和90%以上的金得到回收利以上的金得到回收利 用。用。 反馈练习反馈练习 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、致密的土壤中在潮湿、致密的土壤中 B.在干燥、致密的土壤中在干燥、致密的土壤中 C.在潮湿、疏松的土壤中在潮湿、疏松的土壤中 D.在干燥、疏松的土壤中在干燥、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.水面上的船头部分水面上的船头部分 B.水面附近的船体部分水面附近的船体部分 C.水面下的船底部分水面下

20、的船底部分 D.各部分都一样速度生锈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。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（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镀锌 在铁制品表面涂油脂在铁制品表面涂油脂 保留铁件表面的铁锈作保护层保留铁件表面的铁锈作保护层 在铁器表面刷油漆在铁器表面刷油漆 自行车脏了用清水冲洗自行车脏了用清水冲洗 用废酸液冲洗铁制污水管道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全世界每年因生锈损失的钢