课题3金属资源的利用和保护

1、人类生活离不开金属人类生活离不开金属金属有广泛的用途，对于人类社会起着金属有广泛的用途，对于人类社会起着不可替代的作用不可替代的作用! !军事与科技也需要大量的金属军事与科技也需要大量的金属一一. .金属元素在自然界中的存在金属元素在自然界中的存在 金属元素在自然界中分布很广，极少数不活泼的金属元素在自然界中分布很广，极少数不活泼的金属（如金、银等）有金属（如金、银等）有单质形式单质形式存在；存在；图图52 52 地壳中金属的百分含量地壳中金属的百分含量 含有矿物的岩石称为含有矿物的岩石称为矿矿石。石。铁矿石等都是常见铁矿石等都是常见的矿石的矿石 其余大多数以其余大多数以化合物化合物的形式存在

2、。金属化合物的形式存在。金属化合物在自然界中以在自然界中以矿物矿物的形的形式存在。式存在。元素名元素名称称质量分质量分数数/元素名元素名称称质量分质量分数数/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0.0000005赤铁矿赤铁矿黄铁矿黄铁矿菱铁矿菱铁矿铝铝士士矿矿黄铜矿黄铜矿辉铜矿辉铜矿Fe2O3常见几种金属矿物的成分常见几种金属矿物的成分 孔雀石孔雀石 Cu2(OH)2CO3赤铜矿赤铜矿 Cu2O罕见的铜矿石罕见的铜矿石毛赤铜矿毛赤铜矿(Cu2O ) 我国是世界上已知矿物种类比较齐全的少数我国是世界上已知矿物种

3、类比较齐全的少数国家这一，矿物储量也很丰富，其中国家这一，矿物储量也很丰富，其中钨、钼、钨、钼、钛、锡、锑钛、锡、锑等储量居世界前列，等储量居世界前列，铜、铝、锰铜、铝、锰等等储量在世界观上也占有重要地位。储量在世界观上也占有重要地位。 大自然向人类提供了丰富的大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源金属矿物资源，人类每年要提炼数以人类每年要提炼数以亿吨计的金属亿吨计的金属用于工农业用于工农业生产和其它领域。其中，提取量最大的是生产和其它领域。其中，提取量最大的是铁铁。二二. .铁的冶炼铁的冶炼为纪念为纪念1996年中国钢产产量突破年中国钢产产量突破1亿吨而发行的邮票亿吨而发行的邮票上海宝山钢铁公

4、司炼铁高炉上海宝山钢铁公司炼铁高炉现象：现象：红色红色粉末粉末变成变成黑色黑色，澄清，澄清的石灰水变浑浊。的石灰水变浑浊。点燃尾气有点燃尾气有蓝色蓝色火焰火焰一氧化碳还原氧化铁一氧化碳还原氧化铁Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O2CO + O2 2CO2用酒精灯点燃尾气用酒精灯点燃尾气的作用是的作用是防止一氧化碳污染空气防止一氧化碳污染空气实验步骤：实验步骤：1、检查装置气密性、检查装置气密性2、将适量的氧化铁装入试管并固定装置、将适量的氧化铁装入试管并固定装置3、点燃右边点燃右边酒精灯酒精灯4、通入一氧化碳通入一氧化碳气体气体5、点

5、燃酒精喷灯给氧化铁加热、点燃酒精喷灯给氧化铁加热6、待硬质玻璃管内红色物质完全变为黑色时停止加热、待硬质玻璃管内红色物质完全变为黑色时停止加热7、待玻璃管内固体冷却后、待玻璃管内固体冷却后停止通入一氧化碳停止通入一氧化碳，然后，然后熄灭右边熄灭右边酒精灯酒精灯注意：注意： 1）实验前要先通）实验前要先通CO将玻璃管中的空气排尽再加热，防止加将玻璃管中的空气排尽再加热，防止加热时热时CO与空气混合发生爆炸；与空气混合发生爆炸； 2） 实验完毕后，停止加热时要继续通实验完毕后，停止加热时要继续通CO至玻璃管内固体至玻璃管内固体冷却，防止高温下的生成物铁与空气接触而被氧化，同时还冷却，防止高温下的生

6、成物铁与空气接触而被氧化，同时还可防止石灰水倒吸。可防止石灰水倒吸。黄铁矿黄铁矿 FeS2赤铁矿赤铁矿 Fe2O3菱铁矿菱铁矿 FeCO3磁铁矿磁铁矿 Fe3O4在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁在高温下，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从铁矿石中还原出来Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2高温高温石灰石、石灰石、铁矿石铁矿石焦炭、空气焦炭、空气化学方程式：化学方程式： 高炉是个竖直的高炉是个竖直的圆筒形圆筒形炉子，炉壳用炉子，炉壳用钢板钢板制成，内制成，内部用部用耐火砖耐火砖作衬里。作衬里。 炼铁的主要原料是炼铁的主要原料是铁矿石、铁矿石、焦炭、石灰石和空气

7、焦炭、石灰石和空气。 高温下，用还原剂高温下，用还原剂（主要是一（主要是一氧化碳氧化碳）从）从铁矿石里把铁还原出来铁矿石里把铁还原出来 铁矿石铁矿石焦炭焦炭热空气热空气炉炉渣渣出出口口生铁生铁出口出口石灰石石灰石高炉炼铁图：高炉炼铁图：炼钢和炼铁的比较炼钢和炼铁的比较生铁冶炼生铁冶炼炼钢炼钢原料原料铁矿石、焦炭、空气、石灰石铁矿石、焦炭、空气、石灰石 生铁、废钢生铁、废钢原理原理在高温下，用一氧化碳从铁的在高温下，用一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。氧化物中将铁还原出来。 用氧气或铁的氧化用氧气或铁的氧化物除去生铁中多余物除去生铁中多余的碳元素的碳元素主要主要设备设备高炉高炉转炉、平炉、电炉

8、转炉、平炉、电炉产品产品生铁生铁钢钢高温例例1：用：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%的生铁多少吨？的生铁多少吨？注意：注意： 带入化学方程式计算的数据应是带入化学方程式计算的数据应是 纯净物的质量纯净物的质量赤铁矿石赤铁矿石氧化铁氧化铁铁铁生铁生铁1000t80% 70%96%=583.3t生铁的质量：生铁的质量：练习：练习：要炼出含杂质要炼出含杂质2%的生铁的生铁3200吨，需要吨，需要含氧化铁质量分数为含氧化铁质量分数为80%的赤铁矿石多少吨？的赤铁矿石多少吨？生铁生铁铁铁氧化铁氧化铁赤铁矿石赤铁矿石3200t（1-2%）

9、70%80%=4571.5t赤铁矿石赤铁矿石:钢铁的最大的弱点就是容易生绣钢铁的最大的弱点就是容易生绣三三.金属资源保护金属资源保护1.1.金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护金属资源的保护金属资源的保护资料一：资料一：根据已探明的一些矿物的储藏量和目前消根据已探明的一些矿物的储藏量和目前消耗速度，有人估计一些矿物可供开采的年限如下图耗速度，有人估计一些矿物可供开采的年限如下图所示。所示。资料二：资料二：据有关资料报道，现在世界上每据有关资料报道，现在世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的年产量的20% 20% 40% 40%。思考 1 、金属资源

10、短缺对人类社会发展意味着、金属资源短缺对人类社会发展意味着什么呢？什么呢？ 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？铁轨的锈蚀铁轨的锈蚀铁钉的生锈铁钉的生锈各种铁制品的锈蚀各种铁制品的锈蚀 为了减少损失，为了减少损失，需要探究需要探究金属锈金属锈蚀的原因蚀的原因、防护防护的方法的方法和和废金属废金属的回收利用的回收利用金属锈蚀给人类金属锈蚀给人类带来了巨大的损带来了巨大的损失。失。取取3 3枚洁净无锈的铁钉，分别放入枚洁净无锈的铁钉，分别放入3 3支试管中支试管中进行下面的实验进行下面的实验步骤一、在试管步骤一、在试管

11、1中加入少量的蒸馏水，使铁钉的一半浸没在中加入少量的蒸馏水，使铁钉的一半浸没在水中水中步骤二步骤二、在试管、在试管2中注满迅速冷却的沸水塞紧橡皮塞中注满迅速冷却的沸水塞紧橡皮塞步骤三步骤三、在试管、在试管3中加入少量干燥剂（生石灰或无水氯化钙）中加入少量干燥剂（生石灰或无水氯化钙）再放一团干棉球，把铁钉放在干棉球上，塞紧橡皮塞再放一团干棉球，把铁钉放在干棉球上，塞紧橡皮塞一周后一周后铁钉浸没一半在水中：铁钉浸没一半在水中： 铁在空气、水的界面处生锈铁在空气、水的界面处生锈铁钉完全浸没在水中（上面还加植物油）：铁钉完全浸没在水中（上面还加植物油）： 铁未生锈铁未生锈铁钉放在干燥的空气中（加干燥剂

12、等）：铁钉放在干燥的空气中（加干燥剂等）： 铁未生锈铁未生锈全浸在水中全浸在水中一半在水中一半在水中干燥空气中干燥空气中。（缓慢氧（缓慢氧化，放热）化，放热）请解释下列实验的现象请解释下列实验的现象液面处铁液面处铁锈较多锈较多干燥剂干燥剂干燥空气中干燥空气中部分浸没水中部分浸没水中浸没水中浸没水中部分浸没食盐水中部分浸没食盐水中1 1铁生锈是铁与氧气、水等物质相互铁生锈是铁与氧气、水等物质相互作用。（缓慢氧化作用。（缓慢氧化, ,放热）放热）2.2.在有酸性和盐条件下会加快生锈速率在有酸性和盐条件下会加快生锈速率3 3铁锈（混合物）的主要成分是氧化铁锈（混合物）的主要成分是氧化铁铁Fe2O3,

13、 ,红棕色红棕色. . 结论结论:在空气中锈蚀，实际上是在空气中锈蚀，实际上是铁铁跟跟氧气氧气、水水等等物质相互作用，发生一系列复杂的物质相互作用，发生一系列复杂的化学变化学变化化，使铁转化为，使铁转化为铁的化合物铁的化合物的过程。的过程。因此，铁与空气接触，又有水分时，最易因此，铁与空气接触，又有水分时，最易生锈！生锈！铁锈成分复杂，主要是铁锈成分复杂，主要是FeFe2 2O O3 3XHXH2 2O O它它是一种疏松多孔的物质是一种疏松多孔的物质 铁锈铁锈这种多孔性的物质，能让水分和空气穿过它这种多孔性的物质，能让水分和空气穿过它的空隙，不断向里层渗透，继续跟铁反应，直至铁被的空隙，不断向

14、里层渗透，继续跟铁反应，直至铁被完全锈蚀。完全锈蚀。 氧化铁与铝壶表面的氧化铝膜性质比较氧化铁与铝壶表面的氧化铝膜性质比较 铁锈铁锈 (e23)氧化铝氧化铝 (Al2O3)结构特点结构特点若不除去结果若不除去结果疏松多孔疏松多孔完全锈蚀完全锈蚀致密结实致密结实使铝使铝“自我保自我保护护”与空气（氧气）与空气（氧气）接触接触与水与水接触接触铁生锈的条件：铁生锈的条件： 与氧气（或空气）接触与氧气（或空气）接触 与水接触与水接触其它影响因素：温度、盐等其它影响因素：温度、盐等思考：思考：根据铜绿的化学式根据铜绿的化学式Cu2(OH)2CO3分分析铜生锈的条件又是什么？析铜生锈的条件又是什么？ 与氧

15、气、水和二氧化碳接触与氧气、水和二氧化碳接触实验：探究铁生锈的条件实验：探究铁生锈的条件想一想想一想4.4. 加快加快铁铁生生锈锈速率的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) )较不活泼较不活泼金金属属接接触触（置置换反应换反应) )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) )保持钢铁表面的清洁干燥。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；白铁皮镀金属保护层：如镀锡、镀锌、镀铬等；白铁皮镀锌，

16、马口铁镀锡，钢圈镀铬、镍。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盆、杯子表面烧涂搪瓷、用橡胶或塑料包在钢铁表面。面。形成氧化膜保护层：枪套上形成四氧化三铁、形成氧化膜保护层：枪套上形成四氧化三铁、 锯锯条上的烤蓝。条上的烤蓝。在钢铁里加入金属或非金属形成耐腐蚀合金：如在钢铁里加入金属或非金属形成耐腐蚀合金：如不锈钢（加不锈钢（加Cr、Ni）5 5、防止铁锈蚀的主要措施：、防止铁锈蚀的主要措施：金属防腐蚀的方法：金属防腐蚀的方法：v改变金属的本质改变金属的本质制成合金钢，如不

17、锈钢制成合金钢，如不锈钢v形成保护层形成保护层刷油漆、涂油、烧制搪瓷、电镀上一刷油漆、涂油、烧制搪瓷、电镀上一层耐腐蚀的金属、通过化学方法使表层耐腐蚀的金属、通过化学方法使表面形成氧化物薄膜等面形成氧化物薄膜等v改善腐蚀环境等等改善腐蚀环境等等保持铁制品表面干燥和洁净保持铁制品表面干燥和洁净 自行车的构件如支架、链条、钢圈等，分自行车的构件如支架、链条、钢圈等，分别采取了什么防锈措施？别采取了什么防锈措施？1 1、防止金属的腐蚀，、防止金属的腐蚀， 2 2、废旧金属的回收利用，、废旧金属的回收利用，3 3、有计划、合理地开采矿物，、有计划、合理地开采矿物， 4 4、寻找金属的代用品。、寻找金属

18、的代用品。怎样保护金属资源？怎样保护金属资源？课堂小结课堂小结1、铁生锈的主要条件是与、铁生锈的主要条件是与空气和水（或水蒸气）直空气和水（或水蒸气）直接接触。接接触。2、破坏铁生锈的条件就能、破坏铁生锈的条件就能防止铁生锈。防止铁生锈。3、防止铁生锈的方法为：、防止铁生锈的方法为：保持铁制品表面干燥和洁保持铁制品表面干燥和洁净净 在铁制品表面刷油漆、涂在铁制品表面刷油漆、涂油、镀铬、油、镀铬、 “烤蓝烤蓝” 等等制成合金钢制成合金钢4、保护金属资源的有效、保护金属资源的有效途径是：途径是：防止金属腐蚀防止金属腐蚀废旧金属回收利用废旧金属回收利用合理有效的开采矿物合理有效的开采矿物寻找金属的代

19、用品寻找金属的代用品我会做我会做1、通过实验回答，铁钉在下列哪些情况下容易生锈？、通过实验回答，铁钉在下列哪些情况下容易生锈？（1）在干燥的空气中）在干燥的空气中（2）在潮湿的空气中）在潮湿的空气中（3）部分浸入食盐水中）部分浸入食盐水中（4）浸没有植物油中）浸没有植物油中2、下列做法能防止铁制品生锈的是（）、下列做法能防止铁制品生锈的是（）A、自行车脏了用清水冲洗、自行车脏了用清水冲洗B、用废酸液冲洗铁制污水管道、用废酸液冲洗铁制污水管道C、在铁制篮球架上刷一层油漆、在铁制篮球架上刷一层油漆D、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（2）(3)、C、D3、随着人们生活

20、质量的提高，各种电池使用量大、随着人们生活质量的提高，各种电池使用量大幅度增加，废电池进行集中处理的问题被提到议幅度增加，废电池进行集中处理的问题被提到议事日程上来。其首要原因是事日程上来。其首要原因是 ( ) A 回收利用电池外壳的金属材料回收利用电池外壳的金属材料B 防止电池中汞、镉、铅等重金属对土壤和水源防止电池中汞、镉、铅等重金属对土壤和水源的污染的污染C减轻电池中渗漏的液体对其他物品的腐蚀减轻电池中渗漏的液体对其他物品的腐蚀D回收利用电池中的石墨电极回收利用电池中的石墨电极 C 4、（、（1）下列家庭生活垃圾：废旧书刊报纸）下列家庭生活垃圾：废旧书刊报纸 废电池废电池 废弃橡胶、塑料

21、制品废弃橡胶、塑料制品 易拉罐饮料瓶易拉罐饮料瓶 废弃电线废弃电线 破旧铁锅、铝壶破旧铁锅、铝壶 变质剩饭菜变质剩饭菜 瓜瓜皮果壳皮果壳 废弃玻璃物品等，其中可回收利废弃玻璃物品等，其中可回收利用的有。回收利用与保护金用的有。回收利用与保护金属资源的相关联的是。属资源的相关联的是。（2）请你联系实际再提出两条节约金属资源的建）请你联系实际再提出两条节约金属资源的建议议:； （1）汞与稀盐酸）汞与稀盐酸 （2）铝与硫酸铜溶液）铝与硫酸铜溶液（3）银与硫酸锌溶液）银与硫酸锌溶液 （4）锌与硝酸银溶液）锌与硝酸银溶液（5）钠与稀硫酸）钠与稀硫酸5、下列物质能否发生反应？写出能发生反应的化学方程式。、下列物质能否发生反应？写出能发生反应的化学方程式。6、回答下列问题：、回答下列问题： （1）为什么沙漠地区的铁制