课题3金属资源的利用和保护

1、课题课题3 3金属资源的保护和利用金属资源的保护和利用树梁中学树梁中学地球上的金属广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中地球上的金属广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中，金属存在形式金属存在形式：单质单质（很不活泼金属很不活泼金属）、化合物化合物自然界中以单质自然界中以单质形式存在的金形式存在的金自然界中以单质形自然界中以单质形式存在的银式存在的银地壳中各种元素的含量（质量分数）将化合物中的金属元素提取出来的过程称之为将化合物中的金属元素提取出来的过程称之为金属的冶炼金属的冶炼，在我国冶炼量最大的就是，在我国冶炼量最大的就是铁铁。思考：思考：根据你所学的化学知识，可通过哪些途根据你所学的化学知识，可通过哪些

2、途径得到径得到金属材料金属材料 铁铁？ 磁铁矿磁铁矿（主要成分主要成分FeFe3 3O O4 4）赤铁矿赤铁矿（主要成分主要成分FeFe2 2O O3 3）黄铁矿（黄铁矿（主要成分主要成分FeSFeS2 2）菱铁矿（菱铁矿（主要成分主要成分FeCOFeCO3 3）想一想想一想： 假如你是炼铁厂的厂长，你认为哪假如你是炼铁厂的厂长，你认为哪种矿石种矿石最不适宜最不适宜作为工业炼铁的原料？作为工业炼铁的原料？ 除了除了焦炭焦炭和和一氧化碳一氧化碳可以还原出铁来可以还原出铁来 ，氢气氢气也可以。你准备选用哪种物质来炼铁？也可以。你准备选用哪种物质来炼铁？70%70%72.4%72.4%46.7%46

3、.7%48.3%46.7%选矿石的原则选矿石的原则: 含铁量多，且污染少。即可提高经济效含铁量多，且污染少。即可提高经济效益，又可减少环境的污染。益，又可减少环境的污染。铁的冶炼铁的冶炼早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器，早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器，从公元从公元1世纪起，铁便成了一种最主要的金属材料。世纪起，铁便成了一种最主要的金属材料。上海宝山钢铁公司炼铁高炉上海宝山钢铁公司炼铁高炉为纪念为纪念1996年中国钢产产量突破年中国钢产产量突破1亿亿吨而发行而发行的邮箱吨而发行而发行的邮箱一、铁的冶炼冶炼的关键冶炼的关键: :铁的氧化物铁的氧化物(Fe(Fe2 2O O3

4、3)铁铁(Fe)(Fe) 实验过程中能观察到什么现象？实验过程中能观察到什么现象？ 酒精灯、澄清石灰水的作用分别是什么？酒精灯、澄清石灰水的作用分别是什么？铁铁AB现象和分析：现象和分析： 现象：现象：红色的粉末逐渐变成黑色红色的粉末逐渐变成黑色 生成的气体使澄清的石灰水变浑浊生成的气体使澄清的石灰水变浑浊 尾气燃烧并产生蓝色火焰尾气燃烧并产生蓝色火焰 分析：分析：红色的氧化铁被红色的氧化铁被CO还原生成单质还原生成单质铁，铁，CO在高温下得氧生成在高温下得氧生成CO2，未反应未反应的的CO燃烧产生蓝色火焰。燃烧产生蓝色火焰。实验步骤实验步骤检查装置气密性检查装置气密性装入药品并固定装入药品并

5、固定向玻璃管中通入向玻璃管中通入N2点燃酒精灯点燃酒精灯B，再通入，再通入CO点燃酒精喷灯点燃酒精喷灯A反应完成后熄灭酒精喷灯反应完成后熄灭酒精喷灯A试管冷却后停止通入试管冷却后停止通入CO熄灭酒精灯熄灭酒精灯B一氧化碳早出晚归一氧化碳早出晚归 酒精灯迟到早退酒精灯迟到早退1、实验中先通一段时间、实验中先通一段时间CO（或通（或通N2），再加热），再加热Fe2O3的目的：的目的：排出装置内的空气，以免加热时排出装置内的空气，以免加热时CO与空气混合，可能与空气混合，可能会发生爆炸会发生爆炸。2、实验完毕后继续通一氧化碳的目的实验完毕后继续通一氧化碳的目的防止生成的铁在高温下重新被氧化。防止生成

6、的铁在高温下重新被氧化。防止石灰水倒吸；防止石灰水倒吸；3、尾气的成分中含有、尾气的成分中含有CO，必须加以处理，方法有，必须加以处理，方法有 （1）、用气球收集；）、用气球收集； （2）、点燃；）、点燃； C+O2=CO2C+CO2=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2高温高温高温高温点燃点燃将铁矿石中的将铁矿石中的 SiOSiO2 2转变为炉渣转变为炉渣点燃点燃 C + O2 = 2CO2高温高温 C + CO2 = 2CO（FeFe2 2O O3 3）生铁生铁出铁口出铁口炉渣炉渣出渣口出渣口 Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2高温高温高炉气体高炉气体高炉气体高炉气体

7、产生一氧化碳产生一氧化碳 作燃料，提供作燃料，提供高温高温原料原料:原理原理:过量空气过量空气.焦炭焦炭焦炭焦炭.高温高温高温高温赤铁矿赤铁矿高温高温在高温下在高温下,利用炉内反应生成的一氧利用炉内反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。化碳把铁从铁矿石里还原出来。主要反应原理主要反应原理:Fe2O3+ CO= Fe+ CO2332高温高温CO2COFe铁矿石铁矿石.焦炭焦炭. 石灰石石灰石.空气空气设备设备: :出生铁出生铁（产品）（产品）高炉高炉一、铁的冶炼一、铁的冶炼在实验室用一氧化碳还原氧化铁的实验中，当用酒精在实验室用一氧化碳还原氧化铁的实验中，当用酒精喷灯给氧化铁加热一段时间后，

8、我们将看到固体由喷灯给氧化铁加热一段时间后，我们将看到固体由_色变成色变成_色，这时氧化铁变成色，这时氧化铁变成_，实验中，实验中石灰水会变石灰水会变_，用酒精灯点燃尾气的作用，用酒精灯点燃尾气的作用是是_。红红黑黑铁铁白色浑浊白色浑浊防止一氧化碳污染空气防止一氧化碳污染空气请写出相关的化学方程式：请写出相关的化学方程式：_ 设备设备：高炉高炉 原料原料：铁矿石、焦炭、石灰石铁矿石、焦炭、石灰石 原理原理：利用焦炭与氧气反应生利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。还原出来。工业上工业上:焦炭焦炭 A B铁铁 高温高温过量空气过量空气 高温高温 焦炭焦

9、炭 高温高温赤铁矿石赤铁矿石某炼铁厂用于炼铁的主要原料是赤铁矿石（主要含有某炼铁厂用于炼铁的主要原料是赤铁矿石（主要含有FeFe2 2O O3 3 ）、焦炭、空气等，主要反应过程如下图所示：）、焦炭、空气等，主要反应过程如下图所示： 炼铁厂用于炼铁的主要设备是：。炼铁厂用于炼铁的主要设备是：。 在上述框图中在上述框图中A、B所对应的有关反应生成物的化所对应的有关反应生成物的化学式分别是：、学式分别是：、 。 写出上述反应的化学方程式。写出上述反应的化学方程式。 ； 在此过程中，焦炭的作用是在此过程中，焦炭的作用是 、 。高炉高炉一氧化碳一氧化碳点燃点燃C + O2 = CO2高温高温C + C

10、O2 = 2COFe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2高温高温产生一氧化碳产生一氧化碳提供热量提供热量二氧化碳二氧化碳某同学改进某同学改进CO还原氧化铁实验装置如图还原氧化铁实验装置如图1.若先给氧化铁加热若先给氧化铁加热,再通再通CO,后果后果_2.写出写出A中反应的方程式中反应的方程式_3.根据根据B装置现象可以判断反应是否发生装置现象可以判断反应是否发生,则则B中试剂为中试剂为_4.C装置作用装置作用_5.C装置收集气体利用装置收集气体利用_性质性质涉及到杂质问题的计算：涉及到杂质问题的计算：化学方程式所表达的都是纯净物质发生化学变化化学方程式所表达的都是纯净物质发生化学变化时

11、的相互关系，各化学式所规定的化学量，反映的是纯净物之间的数量系时的相互关系，各化学式所规定的化学量，反映的是纯净物之间的数量系在在实际生产中，所用的原料或产物一般都是含有杂质的。因此，在实际生产中必实际生产中，所用的原料或产物一般都是含有杂质的。因此，在实际生产中必然会涉及到杂质的计算问题。当参与反应的物质含杂质时，应先要把含杂质物然会涉及到杂质的计算问题。当参与反应的物质含杂质时，应先要把含杂质物质的质量换算成纯净物质的质量，再进行计算质的质量换算成纯净物质的质量，再进行计算 纯物质质量不纯物质总量纯物质质量不纯物质总量纯物质所占质量分数纯物质所占质量分数 例例3 3、计算多少吨铁的质量分数

12、为、计算多少吨铁的质量分数为96%96%的生铁中含铁的生铁中含铁560t560t？例例2 2、1000t1000t含杂质含杂质20%20%的赤铁矿石中含氧化铁的质量是多少？的赤铁矿石中含氧化铁的质量是多少？解：解：1000t1000t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：1000t1000t(1-20%)=800t(1-20%)=800t解：生铁的质量为：解：生铁的质量为：560t560t96%=583t96%=583t反应物或生成物是混合物必须进行换反应物或生成物是混合物必须进行换算，换算方法如下：算，换算方法如下：混合物质量混合物质量质量分数质量分数 质量分数质量分数纯净

13、物质量纯净物质量例：用例：用1000t含氧化铁含氧化铁80%的赤铁矿石，的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁理论上可以炼出含铁96%的生铁多少的生铁多少t？例例4 4、某钢铁厂每天需要消耗、某钢铁厂每天需要消耗1000t1000t含氧化铁含氧化铁80%80%的赤铁矿石，该厂理论上每天可以炼出含的赤铁矿石，该厂理论上每天可以炼出含铁铁96%96%的生铁多少吨？的生铁多少吨？解解1:1:设每天可炼出的设每天可炼出的生铁生铁质量为质量为X X Fe Fe2 2O O3 3 + 3CO = 2Fe + 3CO+ 3CO = 2Fe + 3CO2 2 160 112 160 112 1000t 1000t80

14、%80% X X96%96% 160 112 160 112 800t 800t X X96%96% X = X = 583t583t答：略答：略高温高温解解2:2:设每天以炼出的设每天以炼出的铁铁质量为质量为X X Fe Fe2 2O O3 3 + 3CO = 2Fe + 3CO+ 3CO = 2Fe + 3CO2 2 160 112 160 112 1000t X 1000t X 160 112 160 112 1000t X 1000t X X = 700t X = 700t答：略答：略高温高温80% 800t560t560t生铁的质量生铁的质量= =560t560t96%96%= =5

15、83t583t练习：要炼出含2%杂质的生铁1600吨，需要含氧化铁质量分数为80%的赤铁矿石多少吨？解解1:设需要含氧化铁质量分数为设需要含氧化铁质量分数为80%的赤铁矿石质量为的赤铁矿石质量为X解解生铁生铁1600吨含纯铁的质量为：吨含纯铁的质量为：1600吨吨（12%）= 1568吨吨Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2高温高温16011280%.X1568吨吨吨1568%.80112160XX=2800吨吨答：略答：略二、金属资源保护二、金属资源保护全球每年因腐蚀而报废的金属材料全球每年因腐蚀而报废的金属材料相当于年产量的相当于年产量的2040！其中，钢铁制品因生锈的损失每年

16、其中，钢铁制品因生锈的损失每年约占世界总产量的四分之一。约占世界总产量的四分之一。思考思考 1 、金属资源短缺对人类社会发展意味着什么、金属资源短缺对人类社会发展意味着什么呢？呢？ 2 、金属腐蚀的条件是什么？如何防腐？、金属腐蚀的条件是什么？如何防腐？ 3、如何保护金属资源？、如何保护金属资源？水水植物油植物油蒸馏水蒸馏水烘烘干干的的试试管管（一）金属的腐蚀和防护（一）金属的腐蚀和防护观察的现象：观察的现象：试管试管中铁钉表面生成了一层红褐色的铁中铁钉表面生成了一层红褐色的铁锈，且与水面接触处生锈最严重；锈，且与水面接触处生锈最严重；无明显变化。无明显变化。 铁生锈实际上是铁生锈实际上是铁与

17、空气中的氧气、水铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程。蒸气等发生化学反应的过程。实验结论实验结论1、光亮的铁钉在下列情况下、光亮的铁钉在下列情况下,最先生锈的是最先生锈的是练一练练一练铁锈很铁锈很疏松多孔，疏松多孔，所以铁可以完全被锈蚀。所以铁可以完全被锈蚀。2.2.铁生锈的条件：铁生锈的条件：铁生锈是铁生锈是（ ）与空气中的与空气中的（ ）、( )共同作用的结果；共同作用的结果；铁在铁在( )中最容易生锈。中最容易生锈。（2 2）. .铁锈主要成分：铁锈主要成分：FeFe2 2O O3 3XHXH2 2O O 铁铁氧气氧气水水潮湿的空气潮湿的空气（3 3 ）加快加快铁铁生生锈锈速率的

18、情速率的情况况酸酸性污染物的存在性污染物的存在( (酸雨酸雨) )加快生加快生锈锈速度速度离离子化合物的存在子化合物的存在( (氯化氯化钠钠) )高溫高溫( (加快化加快化学学反反应应速度速度) )与活泼性较低与活泼性较低金金属属接接触（置换反应触（置换反应) )经经刮擦或凹凸扭曲刮擦或凹凸扭曲表面表面( (增增加接加接触触面面) )（二）（二）防止铁制品锈防止铁制品锈蚀的建议：蚀的建议：2、原理：、原理：隔绝空气或隔绝水隔绝空气或隔绝水1、除锈的方法：、除锈的方法：物理：物理：用砂纸打磨（或小刀刮）用砂纸打磨（或小刀刮）化学：化学：稀盐酸浸洗稀盐酸浸洗生活：生活：用醋浸泡用醋浸泡. 保持铁制

19、品表面的保持铁制品表面的洁净、干燥洁净、干燥.在铁制品在铁制品表面表面 涂一层涂一层保保 护膜护膜1、刷油漆（或喷漆）刷油漆（或喷漆）2、涂油、涂油3、镀其他金属（电镀）、镀其他金属（电镀）4、搪瓷、搪瓷 如洗脸盆如洗脸盆3、具体方法：、具体方法：通过化学反应使铁制品表面生成通过化学反应使铁制品表面生成一层一层致密的氧化物薄膜致密的氧化物薄膜。5、如烤蓝、如烤蓝如锯条如锯条制成制成合金，合金，以改变金属内部组织的结构。以改变金属内部组织的结构。如如不锈钢不锈钢自行车的构件支架、自行车的构件支架、链条、钢圈分别采取链条、钢圈分别采取了什么防锈措施？了什么防锈措施？支架支架刷漆刷漆链条链条涂油涂油钢圈钢圈电镀电镀。（三）金属资源保护（三）金属资源保护 （1）防止金属的腐蚀防止金属的腐蚀 （2 2）回收和利用废旧金属）回收和利用废旧金属 （3 3）合理有效地开采矿物）合理有效地开采矿物 （4 4）寻找金属的代用品）寻找金属的代用品讨论：金属回收利用的意义？讨论：金属回收利用的意义？练习：练习：例例5 5某同学晚上帮妈妈做饭，切完青菜就将菜刀放在砧板某同学晚上帮妈妈做饭，切完青菜