课题3金属资源的利用和保护

1、课题课题3 金属资源金属资源的利用和保护的利用和保护前言v地球上的金属资源广泛地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的地存在于地壳和浩瀚的海洋中，除少数很不活海洋中，除少数很不活泼的金属如金、银、铂泼的金属如金、银、铂等有单质形式存在外，等有单质形式存在外，其余都以化合物形式存其余都以化合物形式存在。在。自然界以单质形式存在金自然界以单质形式存在金 自然界以单质形式存银自然界以单质形式存银 工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石常见的铁矿石常见的铁矿石磁铁矿磁铁矿(Fe3O4)赤铁矿赤铁矿(Fe2O3) 黄铁矿黄铁矿(FeS2 )菱铁矿菱铁矿主要成分为主要成分

2、为FeCO3 罕见的铁矿石 七彩针铁矿七彩针铁矿 这不是一种稀有矿物，也没有完整的这不是一种稀有矿物，也没有完整的结晶，但它因晕彩而呈现出七彩颜色十分吸引人。结晶，但它因晕彩而呈现出七彩颜色十分吸引人。铝土矿铝土矿Al2O3常见的铜矿石孔雀石孔雀石(Cu2(OH)2CO3 )黄铜矿黄铜矿CuFeS2辉铜矿Cu2S罕见的铜矿石毛赤铜矿毛赤铜矿(Cu2O )在地壳中，矿物常与岩石混合共在地壳中，矿物常与岩石混合共存在一起，形成存在一起，形成矿石矿石把金属矿石变成金属的过程，叫金把金属矿石变成金属的过程，叫金属的冶炼。属的冶炼。铁的冶炼铁的冶炼我国是世界上已知矿物种类比较齐全的少我国是世界上已知矿物

3、种类比较齐全的少数国家之一，矿物储量也很丰富，其中数国家之一，矿物储量也很丰富，其中钨、钼、钛、锡等储量居世界前列，铜、钨、钼、钛、锡等储量居世界前列，铜、铝、锰等储量在世界上也占有重要地位。铝、锰等储量在世界上也占有重要地位。铁器时代是人类发展史中一个极为重要的铁器时代是人类发展史中一个极为重要的时代。人类最早发现和使用的铁，是天时代。人类最早发现和使用的铁，是天空中落下来的陨（空中落下来的陨（yn）铁。陨铁是铁）铁。陨铁是铁和镍、钴等金属的混合物，含铁量较高。和镍、钴等金属的混合物，含铁量较高。在很久以前，人们就曾用这种天然铁制在很久以前，人们就曾用这种天然铁制作过刀刃和饰物，这是人类使用

4、铁的最作过刀刃和饰物，这是人类使用铁的最早情况。地球上的天然铁是少见的，所早情况。地球上的天然铁是少见的，所以铁的冶炼和铁器的制造经历了一个很以铁的冶炼和铁器的制造经历了一个很长的时期。当人们在冶炼青铜的基础上长的时期。当人们在冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶炼铁的技术之后，铁器时逐渐掌握了冶炼铁的技术之后，铁器时代就到来了。代就到来了。v中国最早的关于使用铁制工具中国最早的关于使用铁制工具的文字记载，是的文字记载，是左传左传中的中的晋国铸铁鼎。在春秋时期，中晋国铸铁鼎。在春秋时期，中国已经在农业、手工业生产上国已经在农业、手工业生产上广泛使用铁器。广泛使用铁器。 铁在自然界铁在自然界分布极广，是

5、地壳的重要组成分布极广，是地壳的重要组成元素之一。因为天然的纯铁在元素之一。因为天然的纯铁在自然界几乎不存在，铁矿石的自然界几乎不存在，铁矿石的熔点也较高，又不易还原，所熔点也较高，又不易还原，所以人类利用铁较铜、锡、铅、以人类利用铁较铜、锡、铅、金等还要晚些，在埃及、西南金等还要晚些，在埃及、西南亚等一些文明古国所发现的最亚等一些文明古国所发现的最早的铁器，都是由陨铁加工而早的铁器，都是由陨铁加工而成的。成的。 生熟炼铁炉生熟炼铁炉 模拟炼铁实验模拟炼铁实验v一氧化碳还原氧化铁的实验一氧化碳还原氧化铁的实验 注意事项v加热前要通入一段时间的加热前要通入一段时间的CO，排尽硬质玻璃管，排尽硬质

6、玻璃管中的空气，防止加热一氧化碳和空气的混合物中的空气，防止加热一氧化碳和空气的混合物发生爆炸。发生爆炸。v反应完成后，须待玻璃管冷却后再停止通反应完成后，须待玻璃管冷却后再停止通CO，防止热的铁再被氧化防止热的铁再被氧化vCO要要“早来晚走早来晚走”v酒精喷灯要酒精喷灯要“迟到早退迟到早退”酒精灯要酒精灯要“早到迟退早到迟退”v尾气处理：尾气处理：CO有毒有毒工业炼铁（1）炼铁原理：在高温下，利用焦炭与氧气反）炼铁原理：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里还原出来。应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。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，

7、换算方法如下：算，换算方法如下：混合物质量混合物质量纯度纯度 纯度纯度纯净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？含杂质物质的化学方程式的计算含杂质物质的化学方程式的计算v冶炼冶炼2000t含杂质含杂质3%的生铁的生铁,需要含需要含Fe3O490%的磁铁矿石多少吨？的磁铁矿石多少吨？v分析：这是一道分析：这是一道“双杂质双杂质”的综合化学方程式的综合化学方程式计算题。对化学方程式的计算不论反应物还是计算题。对化学方程式的计算不论反应物还是生成物都要求生成物都要求“纯物质质量纯物质质量”

8、。那么应按怎样。那么应按怎样的步骤进行解呢？的步骤进行解呢？v一般有如下几步：一般有如下几步：v第一步：将含有杂质物质质量换算成纯物质的第一步：将含有杂质物质质量换算成纯物质的质量：纯物质质量含杂质物质质量质量：纯物质质量含杂质物质质量纯度纯度第二步：将纯物质质量代入化学方程式进行第二步：将纯物质质量代入化学方程式进行计算计算第三步：将计算得到的纯物质质量换算成含第三步：将计算得到的纯物质质量换算成含杂质物质质量。杂质物质质量。含杂质物质质量纯物质质量含杂质物质质量纯物质质量/纯度纯度铁生锈条件的实验探究铁生锈条件的实验探究v实验用品：洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅速冷实验用品：洁净无锈的铁钉

9、、试管、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花、干燥剂氯化钙等。却的蒸馏水、植物油、棉花、干燥剂氯化钙等。v（1）把铁钉的一半浸没在蒸馏水中；）把铁钉的一半浸没在蒸馏水中；v（2）铁钉完全浸没在蒸馏水中，再滴入）铁钉完全浸没在蒸馏水中，再滴入2mL的植的植物油物油v（3）铁钉放入试管中，在瓶口放置干燥剂，再塞）铁钉放入试管中，在瓶口放置干燥剂，再塞上塞子。上塞子。v注意每天观察铁钉锈蚀的现象，连续观察约一周，注意每天观察铁钉锈蚀的现象，连续观察约一周，做好记录。做好记录。实验结果铁制品的锈蚀v铁制品锈蚀的过程，实际上是铁在空气中铁制品锈蚀的过程，实际上是铁在空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过

10、程，的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程，铁制品锈蚀需要条件。例如，要有能够发铁制品锈蚀需要条件。例如，要有能够发生反应的物质，反应物要能相互接触，生生反应的物质，反应物要能相互接触，生成物不会对反应起阻碍作用等等。铝与氧成物不会对反应起阻碍作用等等。铝与氧气反应生成的致密的氧化铝薄膜，能覆盖气反应生成的致密的氧化铝薄膜，能覆盖在铝表面，从而保护里层的铝不再与氧气在铝表面，从而保护里层的铝不再与氧气反应。而铁与氧气、水蒸气等反应生成的反应。而铁与氧气、水蒸气等反应生成的铁锈（主要成分是铁锈（主要成分是Fe2O3xH2O）却很疏松，）却很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气等不能阻碍里层的铁继

11、续与氧气、水蒸气等反应，因此铁制品可以全部被锈蚀。反应，因此铁制品可以全部被锈蚀。防止铁生锈的方法v金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面都金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，使国民经济受到巨大的损失。据估计，世界浪费，使国民经济受到巨大的损失。据估计，世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值其国民生产总值3.54.2，超过每年各项大

12、灾，超过每年各项大灾（火灾、风灾及地震等）损失的总和。有人甚至估（火灾、风灾及地震等）损失的总和。有人甚至估计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为1亿吨！亿吨！因此，研究腐蚀机理，采取防护措施，对经济建设因此，研究腐蚀机理，采取防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。有着十分重大的意义。v金属防腐蚀的方法很多，主要有改善金属的本质，金属防腐蚀的方法很多，主要有改善金属的本质，把被保护金属与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面把被保护金属与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。防止铁生锈的方法vA.采用保

13、护膜是最普遍又重要的防锈措施。如采用保护膜是最普遍又重要的防锈措施。如在生产和生活实践中，人们常把暂时不用的钢在生产和生活实践中，人们常把暂时不用的钢铁制品表面，进行清洁干燥后，再涂上防锈材铁制品表面，进行清洁干燥后，再涂上防锈材料，如机油、凡士林、防锈油脂等。若长期防料，如机油、凡士林、防锈油脂等。若长期防锈常用保护膜法，如钢铁表面涂油漆、沥青、锈常用保护膜法，如钢铁表面涂油漆、沥青、橡胶、搪瓷等非金属材料。还可以利用某些金橡胶、搪瓷等非金属材料。还可以利用某些金属如锌、锡、铬、镍等表面形成一层致密氧化属如锌、锡、铬、镍等表面形成一层致密氧化膜的性质，用电镀法、浸镀法、喷镀法等，将膜的性质，用电镀法、浸镀法、喷镀法等，将上述金属镀在钢铁制品的表面，防止空气和水上述金属镀在钢铁制品的表面，防止空气和水对金属铁的锈蚀。对金属铁的锈蚀。金属资源的保护vB.组成合