高中化学--金属的防护和回收

1、第三节 金属的防护和回收学习目标1.知道金属生锈的危害和所造成的浪费，每年因被腐蚀而损耗的钢铁材料，约占全年钢铁总产量的十分之一。2.通过探究实验知道钢铁生锈的条件：铁在空气中锈蚀，实际上是铁跟氧气、水等物质相互作用，发生一系列复杂的化学反应，使铁转化为铁的化合物的过程。3.知道铁锈的成分，铁锈成分复杂，主要是氧化铁。4.知道铁锈的特点：疏松多孔，能让水分和空气中的氧气通过，不断向里渗透，继续跟铁反应，直至铁被完全锈蚀。因此铁制品一旦生锈，要及时把锈除掉。5.钢铁除能被空气腐蚀外，还能被其他物质腐蚀或锈蚀。如盐酸和硫酸等也能把钢铁腐蚀。6.知道钢铁制品保护的原理：常采用在钢铁表面覆盖保护层的方

2、法来防止钢铁的生锈。7.知道钢铁制品防锈的常见用的方法：在钢铁制品表面喷油漆，在机械表面涂防锈油，在面盆、杯子等表面烧涂搪瓷等。另外，还可以在钢铁表面镀上一层能起保护作用的其他金属。8.知道铝等金属的自我保护：在空气中生成了一层致密的氧化物的保护膜。从而保护了里面的金属进一步被腐蚀。同时也提醒同学们注意，如铝制品表面生了“一层灰暗色的物质”，不要把它擦掉。9.知道什么是废金属：指冶金工业、金属加工业和日常生活中丢弃的金属碎屑、碎块，锈蚀和报废的金属物品等。10.能说出废金属造成的危害：废金属不仅造成资源浪费，还会造成镉、汞等有毒金属对环境的污染。11.能说出回收利用废金属的意义：既可以节约大量

3、的煤和铁矿石，又能减少污染空气的悬浮颗粒物。12.知道回收利用废金属的巨大社会效益和经济效益：目前全球钢产量的45%是通过对废钢的冶炼来完成的，全球铜产量的40%是通过对废铜的冶炼来完成的。目前我国金属产品三分之一以上的原料来自再生资源。教材分析重点、难点与疑点1.重点：钢铁的锈蚀及其防护。2.难点：探究钢铁的锈蚀的条件，以及设计对照实验。3.疑点：是否只有空气才能使钢铁锈蚀？怎样保存钢铁制品才能既很好地防止钢铁制品的生锈又不影响钢铁制品的使用？是否不同的钢铁制品的防锈方法都相同？ 教材解读一、钢铁的锈蚀及其防护对照实验：（1）把铁浸没在稀硫酸或醋酸溶液中；（2）把铁钉一半浸入食盐水中；（3）

4、把铁钉放在一团含食盐水的湿棉球上；（4）把铁钉浸没在蒸馏水中；（5）把铁钉放在有干燥剂的试管中并塞上橡皮塞。1、铁锈蚀的实质铁在空气中锈蚀，实际上是铁跟空气、水等物质相互作用，发生一系列复杂的化学反应，使铁转化为铁的化合物的过程。2、钢铁的防锈在钢铁表面覆盖保护层。现象：（1）中铁钉很快被腐蚀，当把变化后的溶液倒掉后，铁钉明显发生了变化。（3）试管中的铁钉生锈的速率最快，表面最早覆盖了一层红褐色的物质铁锈。这个过程只需要几分钟。（2）中的铁钉生锈速率比（3）稍慢一些。（4）和（5）都几乎无明显现象。对照实验是一组实验同时进行，让其中的各实验分别满足某些条件，而不满足某一条件，在让其中的一个实验

5、满足所有条件，在这种情况下观察实验现象，通过不同的实验现象得出正确的结论。这是进行化学研究的一个重要方法。铁锈的主要成分是氧化铁（Fe2O3）。铁锈是一种疏松多孔的物质，它能让水分和空气穿过它的空隙，不断向里渗透，继续跟铁反应，直至铁完全被锈蚀。因此钢铁一旦生锈就要立即擦去。防止钢铁制品生锈最简单的方法，便是保持钢铁制品表面的清洁干燥。在车船表面喷涂油漆，在机械表面涂防锈油，在面盆、杯子等表面烧涂搪瓷等。或在钢铁表面镀上一层能起保护作用的其他金属。或用化学方法，在钢铁制品表面生成一层致密的保护层。二、废金属的回收利用1、废金属主要指冶金工业、金属加工业和日常生活中丢弃的金属碎屑、碎块，锈蚀和报

6、废的金属物品等。2、回收利用废金属的意义回收利用废金属有着巨大的社会效益和经济效益。由于高新技术产品更新换代加快，废弃的汽车以及电脑、电视等电子产品越来越多，使废金属的量急剧增加。废金属不但造成资源浪费，还会造成镉、汞等有毒金属对环境的污染。 回收利用废金属既可以节约大量的煤和铁矿石，有能减少污染空气的悬浮颗粒物。“九五”期间，我国累计利用废钢铁1.6亿吨，相当节约成品铁矿石3.2亿吨，节约标准煤6400万吨。三、铝的自我保护铝在空气中会在表面生成一种致密的保护层。常利用这一原理制成“电化铝”。类似的金属还有锌、以及铁在遇到浓硫酸时都会在表面生成一层致密的氧化物的保护膜。防止里面的金属进一步跟

7、空气中的氧气和水发生反应而锈蚀。因此，当铝等金属表面生了一层锈时，不要擦去。拓展阅读一、防止汽车金属机件锈蚀汽车长期停驶，由于自然条件影响，会使技术状况不断变坏，金属机件锈蚀。汽车维护过程中，对于金属机件的维护，主要是防止发生锈蚀。因为金属锈蚀后，会使机件强度降低，摩擦表面的光洁度遭到破坏，因而影响使用寿命。在保管中金属机件的锈蚀，主要是由于空气中含有酸、碱、盐等物质，与水分结合后形成电解液，附着在金属表面，发生侵蚀作用。空气中的氧气则加速了锈蚀的发展。例如沿海湿热地区，由于大气和海露中含有较多的盐类，金属锈蚀的速度要比内地快46倍；露天停放的汽车，一般半年左右，外露金属的锈蚀面积可达50以上

8、。但是，如果保管和维护得当，锈蚀程度是可以大大减轻的。防止金属锈蚀的主要途径是避免与大气直接接触和防止机件受潮。为此，金属机件的封存，通常采用涂油、刷漆、密封包扎等方法。（l）涂油主要用于防止相配机件工作表面的锈蚀。例如发动机气缸壁与活塞、活塞环之间的相配表面极为光洁，不容许有轻微的锈蚀现象。但发动机工作后，由于废气中含有二氧化碳、二氧化硫和水分等，这些有害气体如在气缸内存留过久，就会引起严重的锈蚀。因此，发动机封存时，必须确实排尽废气，加注50g左右的脱水机油机油加注时的温度应在50一切60），以彻底冲洗缸壁上的旧滑油，并形成防锈油膜。因此，封存时应彻底擦拭、除锈、徐好石墨滑脂，以防止大气与

9、表面接触。必要时，还应包扎起来，以防发砂侵袭。其它金属机件如变速器、分动器、主减速器、转向器及万向节等也应按规定加注传动润骨油或润滑脂，以防锈蚀。（2）刷漆汽车机件的外露表面喷刷油漆，不仅是为了美观，更主要的是使金属表面形成一层保护漆膜，与大气隔绝接触，以达到防锈的目的。因此，封存时凡漆膜遭到破坏的地方，都应该重新喷漆或刷漆。刷漆前应将机件表面的锈皮、油垢、灰尘等彻底除净，否则刷漆后便会产生气泡和脱皮现象。（3）密封包扎密封是比较简便易行的办法。凡是汽车内部机件与大气相通的管口、孔眼、缝隙，均应用油纸或其它不透气的材料加以堵塞封贴，或进行包扎，以阻止空气在机件内部对流，减免大气对金属的锈蚀作用

10、。二、钢铁为什么会生锈据统计，全世界每年由于钢铁制品锈蚀而损失的数量，相当于全年钢铁总产量的l/4。为什么钢铁制品容易锈蚀，而且损失严重呢？ 首先因为铁在潮湿的空气中跟二氧化碳接触时，表面就会被一层酸性电解质溶液所包围。 由于钢铁中都含有少量碳，当表面覆盖着弱酸性电解质溶液时，表面就形成了若干原电池，铁是负极，碳是正极。铁作为负极就会失去电子被氧化：Fe2e-Fe2+ Fe2+再继续与氧气发生反应 4Fe2+O2+2H2O=4Fe3+4OH- Fe3+与OH-生成氢氧化铁沉淀。空气中的二氧化碳跟氢氧化铁反应，就生成红褐色的碱式碳酸铁。此外，铁与空气中的氧气反应还生成氧化铁，这些铁的化合物就是铁

11、锈的主要成分。 钢铁锈蚀与铝生锈不一样，铝表面氧化后生成一层致密的保护膜，可以阻止氧气继续向内侵蚀。而钢铁生锈时，铁锈的结构很疏松。因此，氧气、二氧化碳和水蒸气可以继续向里“进攻”，所以铁锈越来越厚，直到把钢铁全部锈蚀完。 为了防止钢铁制品锈蚀，人们已经想出了许多有效办法，如在表面镀上一层耐腐蚀的金属（如铬、镍、锌、锡等）、涂上油漆、镀上搪瓷等。网络点击 典型例题解析例1. 如图所示的实验中，将一枚洁净的铁钉放在试管内的湿棉 花上，并用装有U形导管的橡皮塞塞紧试管，U行管内装有红墨水，约一周后，发现U行管 （填“A”或“B”）点拨端红墨水下降，原因 。知道铁生锈的原理和实质，便找到解这题的钥匙

12、了。解答B 铁钉生锈消耗了试管内的氧气使试管内气压减小，大气压把红墨水朝试管这边压。总结铁生锈实际上是铁与氧气、水等物质相互作用而发生的一系列复杂的化学反应，这个过程消耗了氧气有没有新的气体产生，而使试管中的压强减小了。与之相连的U形管是连通器原理。变式题练习1. 铁生锈，实际上是铁跟 、 、等物质相互作用，发生 反应，使铁转化为铁的化合物的过程。铁锈的成分复杂，主要是 其化学式是 。铁锈是一种 的物质，能让水分和空气中的氧气穿过它的空虚，不断向里渗透，继续跟 反应，直至 。因此一旦铁生锈要 。解答空气、水，复杂，氧化铁，Fe2O3，疏松多孔，铁，完全锈蚀，及时把锈除去。例2.（2004年北京

13、市海淀区中考题）下列有关金属的说法中，正确的是 （ ）A.生铁、不锈钢都是纯铁 B.铜在潮湿的空气中也不会生锈C.钢铁表面涂油是为了更加美观 D.铝合金硬度大、密度小，用于飞机制造点拨这题是考查同学们对金属锈蚀和防护的相关知识的。另外还考查了铝的一些用途，掌握了这些知识，这题也就能解答了。解答D总结生铁和钢都是铁的合金，生铁含碳在2%4.3%，钢的含碳量在0.03%2%，因此他们都不是纯铁；铜的化学性质虽然没有铁活泼，在干燥的空气中很稳定，但在潮湿的空气中仍然能和二氧化碳、水、氧气发生反应生成铜绿（碱式碳酸铜）；钢铁表面涂油主要是为了防止钢铁生锈。变式题练习2.在下列情况下，埋在地下的铸铁管道

14、腐蚀速率最慢的是 （ ）A.在潮湿、疏松、透气的土壤中 B.在含铁元素较多的酸性土壤中C.在潮湿、致密、不透气的土壤中 D. 在干燥、致密、不透气的土壤中解答D例3.（2004年北京市海淀区中考题）将气体X通过下图所示的装置 请回答：（1）若观察到A中黑色CuO变红，B中白色无水CuSO4 变蓝，C中澄清石灰水无明显变化，则X可能是 ，A中发生反应的化学方程式是 （2）若通入的气体X是CO，则B中的现象为 ，C中的现象为 点拨这题在金属矿物的知识里，是考查金属冶炼的知识的，同时也考查氢气和一氧化碳的还原性，以及这两中气体还原金属氧化物时的产物，和各产物的特点。解答（1）氢气 ， （2）无明显现

15、象 ，澄清石灰水变浑浊。总结当氢气还原金属氧化物时，生成水和金属单质，水遇到无水硫酸铜时能使无水硫酸铜由白色变为蓝色；一氧化碳还原金属氧化物时，生成二氧化碳和金属单质，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。因此，氢气、一氧化碳常用来还原金属氧化物。变式题练习3.实验室备有铁、氧化铜、稀硫酸等试剂。甲、乙两位同学设计了两种不同的实验方案以制取金属铜：请说明哪位同学的方案最好，理由是什么？解答乙方案最好，乙方案装置简单，没有危险，消耗的原料少。例4.（2004年南昌市中考题）“保护环境，从我做起”。以下做法不利于环境保护的是 （ ）A.随意丢弃废旧电池 B.不用或少用含磷洗衣粉C.垃圾分类回收 D.实验在

16、不影响实验效果的前提下尽可能减少药品用量点拨该题是考查我们同学有没有养成环保意识，有没有养成环保习惯。知道哪些做法有利于环境保护，哪些做法不利于环境保护。解答A总结随意丢弃废旧电池会造成铅、镉等重金属对环境的污染。含磷洗衣粉的过多使用会导致“水华现象”，因此不提倡使用含磷洗衣粉是正确的。垃圾是放错了的资源，因此对一些可回收的垃圾要分类回收。变式题练习4.“环境友好化学也叫绿色化学”其含义是：把反应物尽可能转化为生成物，甚至全部转化为产物。下列四种基本反应类型中最能体现环境友好化学的是 （ ）A.化合反应 B.分解反应 C.置换反应 D.复分解反应解答A例5.（2004年烟台市中考题）生铁含碳约

17、为2%4.3%，钢含碳约0.03%2%。在古代，人们常在高温下反复捶打烧红的铁最终使生铁转化为钢，这也是所谓“百炼成钢”的来历。请你写出上述转变过程中最关键一步的化学方程式 。点拨把生铁炼成钢的实质就是降低生铁中的含碳量，知道这个原理就能解答此题了。解答总结在高温下反复捶打烧红的铁，使生铁中的碳在高温下燃烧生成二氧化碳，铁越打越薄，与氧气的接触面也越大，反应的碳也越多。从而使生铁中的碳含量降低，达到钢的含碳量，古代铸剑也是这个原理。变式题练习5.下列变化中，前者是化学变化，后者是物理变化的是 （ ）A.铁制品的生锈、工业上冶炼生铁 B.干冰的升华、碳酸氢铵受热C.高锰酸钾晶体溶于水、二氧化碳溶

18、于水 D.煤的干馏，石油的分馏解答D例6. （2004年潍坊市中考题）多数食品易吸收空气中的水分变潮湿，并与空气中的氧气反应而腐败。生产上多在食品中放入一小包氧化钙粉末，可使食品保持干燥。现已研究成功在食品中放入一小包铁粉（包裹在多孔泡沫中），铁粉吸收水分和氧气变为铁锈，从而保护食品。下列说法不正确的是 （ ）A.两种干燥剂袋上都要有明显的“勿食”字样 B.铁粉干燥剂能与水和氧气发生化学反应C.氧化钙干燥剂在空气中只与水发生反应 D.生成的铁锈是一种混合物点拨学习了空气中的各成分后知道，各成分主要的化学性质便知道了这题的答案，其次还要知道在食品包装袋中的干燥剂都要让食品食用者知道不能食用。解答

19、C氧化钙是生石灰，它与水反应之后生成熟石灰即氢氧化钙能和空气中的二氧化碳反应。总结铁粉作干燥剂是利用铁生锈与氧气和水发生反应，这个反应比较复杂，因此铁锈也就是混合物。其次还要知道作食品的干燥剂要无毒，但任何干燥剂都要能吸水或与水反应，又因为好多食品能与氧气反应，所以我们在选用干燥剂时还要考虑如是易变质食品还要能与氧气反应。变式题练习6.（2004年广东省中考题）为了防止月饼变质，常在月饼的内包装中放入1小包防腐剂，其主要成分是铁粉，铁粉的作用是 ；这种铁粉可以在实验室里用CO还原Fe2O3粉末而得到，进行该实验，加热前应先 ，以确保安全。解答跟氧气反应 通一段时间的一氧化碳例7.（2004年广

20、东省中考题）有一包粉末，可能由C、CuO、Fe三种物质中的一种或几种组成。某同学为了探究它的成分，按如下步骤进行实验。（1）先对实验进行了如下设想和分析。取少量粉末于烧杯中，向烧杯中加入过量的稀硫酸，则实验中，可能出现的现象与对应结论如下表所示（表中未列完所有情况）。请你完成下表。烧杯中可能出现的现象结论只含C含C、CuO有黑色不溶物，有气泡逸出，溶液呈浅绿色点拨这是探究题，探究题就是先做出假设，然后设计实验去验证，通过观察到的现象，判断出所探究的物质的成分。解答有黑色不溶物，溶液呈无色 有黑色不溶物，溶液呈蓝色 含C、Fe总结C不溶于水且不跟稀硫酸反应；CuO虽然不溶于水但能跟稀硫酸反应，反

21、应后生成硫酸铜溶液，呈蓝色；Fe不溶于水，但能跟稀硫酸反应放出氢气。知道了这些知识准备，根据实验现象就能做出正确判断。变式题练习7.（2004年大连市中考题）用过的铁质菜刀，放置一昼夜，会出现锈蚀的现象，其原因是 。为了防止菜刀生锈，可以采取的一种方法是 。解答菜刀与空气中的氧气以及菜刀上的水发生了化学反应 菜刀用完后擦干净（最好擦干后再涂上一层油）例8.（2004年兰州市中考题）纳米材料具有特殊的性能，“引火铁”（极细的铁粉）是一种准纳米材料，它在空气中可以自燃。下面是用新制的四氧化三铁与纯净的氢气制备“引火铁”的装置。（1）写出四氧化三铁与氢气制备“引火铁”的化学方程式 （2）B、C中所盛

22、的物质分别是B 、C 。（3）加热前，如何判断实验装置中的空气是否排尽？ （4）未参加反应的氢气直接排入实验室中可能引起爆炸，应该用什么方法处理？ 点拨氢气和一氧化碳相似，在用它们还原金属氧化物时，都要先通一段时间的气体，实验结束还要继续通一段时间。另外氢气具有可燃性，要进行尾气处理。解答（1）（2）水或氢氧化钠溶液 浓硫酸 （3）用试管收集D处导出的气体，检验氢气的纯度 （4）点燃（或用气球收集起来）总结要用纯净的氢气，因为稀盐酸制取的氢气中混有少量氯化氢气体和水蒸汽。要除去这两种杂质，除氯化氢气体可用水（氯化氢气体极易溶于水）或氢氧化钠溶液，除水蒸汽用浓硫酸，处理尾气一般可以收集或点燃。变

23、式题练习8. （2004年宜昌市中考题）小玲同学对所学部分化学知识归纳如下，其中有错误的一组是（ ）解答B例9.（2004年济南市中考题）实验证明，含有+3价铁元素的化合物，通常具有氧化性，如在FeCl3溶液中，三氯化铁能将单质铜氧化成氯化铜，自身被还原成氯化亚铁。试回答下列问题： （1）该反应的化学方程式可表示为 。 （2）向上述反应后的溶液中加入过量的锌粉充分反应后过滤，则滤纸上一定有的固体是（写化学式） ，滤液中的溶质是 （化学式）点拨这题是考查同学门对信息处理能力的，知道信息写化学方程式或化学式。并考查了化合价的相关知识。解答（1）2FeCl3 + Cu = CuCl2 +2 FeCl

24、2 （2）Zn、Cu 、Fe ZnCl2总结锌的活动性顺序排在铁和铜的前面，因此锌能从铁和铜的化合物的溶液中置换出铜和铁，生成铜和铁单质，另外因为锌是过量的，所以反应后过滤，滤纸上有锌剩余。变式题练习9. （2004年济南市中考题） 某化学探究活动小组的小峰同学为了测定某不纯氧化铁试样（其中的杂质不参与反应）中氧化铁的质量分数，设计了如下图所示的实验装置。试回答下列问题：（1）写出A中发生反应的化学方程式： 。（2）小峰同学通过称量反应前、后D部分的质量，来计算试样中氧化铁的质量分数，若按这一方案进行实验并记录数据，则计算出的结果和实际值相比将 （填“偏大”、“偏小”或“相同”）。（3）对于小

25、峰同学设计的这个实验方案，谈谈你的评价意见和建议。解答（1）Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 （2）偏大 （3）该方案不严密，从B中出来的气体中含有水蒸汽没有除去，导致D中的质量增重比理想的大。因此在B后加一个装有浓硫酸的洗气瓶。例10.（2004年上海市中考题）一般情况下，金属越活泼，与酸反应的速度越快。为了探究金属Mg、Zn、Fe与酸反应的快慢，某研究性学习小组设计了如下的实验。【实验步骤】取A、B、C三支试管，分别加入2mL浓度相同的盐酸溶液，分别加入足量的、大小相等的Mg、Zn、Fe，立即把三个相同的气球分别套在各试管口上。【实验预测与分析】（1）写出铁与盐酸反应的化学方程

26、式：_。（2）气球膨胀速度最快的是_（填试管编号）。（3）该实验表明，实验室一般选用锌而不选用镁、铁制取氢气的主要原因是： _。（4）步骤是实验获得成功的关键，你认为在操作过程中小组成员之间应该： 点拨该题考查同学们对金属活动性顺序相关知识的。另外还考查同学们对化学方程式的掌握，和对实验的比较、总结的能力。解答（1）Fe + 2HCl = FeCl2 + H2（2）A （3）镁反应太快，不易控制；铁反应太慢，不利于收集。（4）分成三个小组，分别先在试管中放好三种金属，然后同时加入稀盐酸并套好气球，记录每个气球变大所需的时间。总结做一组对照实验时，要有可比性。如这题，要比较气球变大的快慢，就要同

27、时进行化学反应，看气球变大的快慢。对实验结果，要进行科学的归纳和总结，为什么选择某一个，它与其他不同之处正是它优于其他的地方。变式题练习10.（2004年上海市中考题）实验室常用氯酸钾晶体和二氧化锰粉末制取氧气（装置A），也可用过氧化氢溶液和催化剂二氧化锰粉末来制取氧气（装置B）。装置B中的仪器a是分液漏斗，通过活塞的“开”、“关”可以随时滴加过氧化氢溶液，从而控制得到氧气的量。（1）写出一种实验室制取氧气的化学方程式： _。（2）从反应物状态和反应条件来比较装置A和B的差异：装置A装置B反应物状态反应条件（3）用装置B制得的氧气带有少量水蒸气，可用浓硫酸除去水蒸气，请在下列方框中添上带橡皮塞的玻璃导管，完成除去水蒸气的实验装置图。（4）用向上排空气法收集氧气，并用带火星的木条放在集气瓶口检验氧气是否收集满。这是利用了氧气的_、_性质。解答（1） （2）反应物状态A：固体 B：固体和液体；反应条件A：需要加热 B：不需要加热 （3）长的导管把气体从反应装置中导出与浓硫酸接触，短的导管把