课题3 金属资源利用和保护 文继荣

人类生活离不开金属

金属有广泛的用途，对于人类社会起着不可替代的作用!军事与科技也需要大量的金属课题3金属资源的利用和保护一、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（如金、银等）以单质形式存在；图5—2地壳中金属的百分含量

含有某金属的矿物称为矿石。铁矿石等都是常见的矿石

其余大多数以化合物的形式存在。金属化合物在自然界中以矿物的形式存在。黄铁矿FeS2菱铁矿FeCO3铝士矿黄铜矿辉铜矿赤铁矿Fe2O3常见几种金属矿物的成分孔雀石Cu2(OH)2CO3赤铜矿Cu2O磁铁矿（主要成分Fe3O4）罕见的铜矿石毛赤铜矿(Cu2O

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我国是世界上已知矿物种类比较齐全的少数国家这一，矿物储量也很丰富，其中钨、钼、钛、锡、锑等储量居世界前列，铜、铝、锰等储量在世界观上也占有重要志地位。

大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源，人类每年要提炼数以亿吨计的金属用于工农业生产和其它领域。其中，提取量最大的是铁。为纪念1996年中国钢产产量突破1亿吨而发行的邮票上海宝山钢铁公司炼铁高炉二、铁的冶炼

现象：红色粉末变成黑色，澄清的石灰水变浑浊。点燃尾气有蓝色火焰一氧化碳还原氧化铁实验室相关的化学方程式：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2CO2+Ca(OH)2CaCO3

↓+H2O2CO+O22CO2点燃高温

用酒精灯点燃尾气的作用是防止一氧化碳污染空气（一）实验步骤：1、检查装置气密性。2、将适量的氧化铁装入试管并固定装置。3、点燃右边酒精灯。4、通入一氧化碳气体。5、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。7、待玻璃管内固体冷却后停止通入一氧化碳，然后熄灭右边酒精灯。1.实验前为什么要先通CO将玻璃管中的空气排尽再加热？2.实验完毕后，为什么在停止加热前要继续通CO至玻璃管内固体冷却？答：防止加热时CO与空气混合发生爆炸；答：防止高温下的生成物铁与空气接触而被氧化，同时还可防止石灰水倒吸。思考（二）原料黄铁矿FeS2赤铁矿Fe2O3菱铁矿FeCO3磁铁矿Fe3O4（三）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中还原出来Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高温石灰石、铁矿石焦炭、空气（四）设备：高炉化学方程式：70%48.27%46.67%72.41%含铁量

高炉是个竖直的圆筒形炉子，炉壳用钢板制成，内部用耐火砖作衬里。炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭、石灰石和空气。

高温下，用还原剂（主要是一氧化碳）从铁矿石里把铁还原出来

。工业上铁矿石焦炭热空气炉渣出口生铁出口石灰石高炉炼铁图炼铁时各物质的作用石灰石：把杂质转化为炉渣焦炭：燃烧放热提高炉温，并将生成的CO2还原为具有还原性的CO，因此在炼铁高炉中起主要作用的还原剂是CO，优点是气体还原剂具有流动性，能与矿石充分接触，使反应更彻底。炼钢和炼铁的比较高温例3：用1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁多少吨？注意：带入化学方程式计算的数据应是纯净物的质量。赤铁矿石—氧化铁—铁—生铁1000t×80%×（112÷160）÷96%=583.3t生铁的质量答：练习：要炼出含杂质2%的生铁3200吨，需要含氧化铁质量分数为80%的赤铁矿石多少吨？生铁—铁—氧化铁—赤铁矿石3200t×（1-2%）÷70%÷80%=4571.5t赤铁矿石:答：

据有关资料报导，现在全世界每年被腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20%——40%钢铁的最大的弱点就是容易生绣。三、金属资源的保护1.金属的腐蚀和防护铁轨的锈蚀铁钉的生锈各种铁制品的锈蚀

为了减少损失，需要探究金属锈蚀的原因、防护的方法和废金属的回收利用。

金属锈蚀给人类带来了巨大的损失。全浸在水中干燥空气中一半在水中食盐水中稀H2SO4中实验：探究铁生锈的条件

一周后铁钉沾了酸液:铁钉严重锈蚀铁钉浸没一半的在食盐水中：浸没在食盐水中的铁钉几乎全部生锈铁钉浸没一半在水中：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）：铁未生锈铁钉放在干燥的空气中（加干燥剂等）：铁未生锈全浸在水中稀H2SO4中一半在水中食盐水中干燥空气中（一）铁生锈是铁与氧气、水等物质相互作用。（缓慢氧化,放热）（二）在有酸性和盐条件下会加快生锈速率。（三）铁锈（混合物）的主要成分是氧化铁Fe2O3为红棕色.结论: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变化，使铁转化为铁的化合物的过程。

因此，铁与空气接触，又有水分时，最易生锈！铁锈成分复杂，主要是Fe2O3·XH2O它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的空隙，不断向里层渗透，继续跟铁反应，直至铁被完全锈蚀。氧化铁与铝壶表面的氧化铝膜性质比较疏松多孔完全锈蚀致密结实使铝“自我保护”铁铁锈与空气（氧气）接触与水接触铁生锈的条件：与氧气（或空气）接触与水接触其它影响因素：温度、盐等思考：根据铜绿的化学式Cu2(OH)2CO3分析铜生锈的条件又是什么？与氧气、水和二氧化碳接触总结：探究铁生锈的条件想一想回答下列问题：1、铝与氧气反应生成的氧化铝能起到保护里层铝的作用。铁锈是否也能保护里层的铁呢？

2、你能否根据铁生锈的条件提出防止铁制品生锈的原理吗？不能，因为铁锈是疏松的。（2）加快铁生锈速率的情况酸性污染物的存在

(酸雨)加快生锈速度离子化合物的存在

(氯化钠)高溫

(加快化学反应速度)较不活泼金属接触（置换反应)经刮擦或凹凸扭曲表面(增加接触面)氧气水生锈（五）怎样防止铁生锈加上保护层(1)加上油漆、塑胶层或油脂铁油漆氧气和水不能与铁接触，所以铁不会生锈油漆剥落后油漆氧气和水与铁接触，导致铁生锈(2)镀上其他金属,如镀锡或铬等「罐头」是由镀锡铁制成。镀铬的浴室水笼头。(3)牺牲性保护由镀锌铁制造的水桶把铁与一些较活泼的金属相连接，因而防止铁生成Fe2+(aq)离子，从而防锈。破损部位锌表层氧与锌反应，铁不会腐蚀铁锌块(4)使用铁合金用不锈钢制造的器具金属防腐蚀的方法：改变金属的内部结构制成合金，如不锈钢形成保护层刷油漆、涂油、烧制搪瓷（物理方法）电镀上一层耐腐蚀的金属（镀铬、锌、锡）、通过化学反应使表面形成致密的氧化物薄膜等改善腐蚀环境等等保持铁制品表面干燥和洁净（1)隔绝空气或氧气(2)隔绝水①保持钢铁表面的清洁干燥。②镀金属保护层：如镀锡、镀锌、镀铬等；白铁皮镀锌，马口铁镀锡，钢圈镀铬、镍。③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面。④形成氧化膜保护层：枪套上形成四氧化三铁、锯条上的烤蓝。⑤在钢铁里加入金属或非金属形成耐腐蚀合金：如不锈钢（加Cr、Ni）防止铁锈蚀的主要措施：（1）防止金属腐蚀（2）回收和利用废旧金属2、金属资源保护资料一：人类每年要向自然界索取大量的金属矿物资源，以提取数以亿吨计的金属。金属矿物的储量有限，而且不能再生。根据已探明的一些矿物的储藏量，并根据目前这些金属的消耗速度，有人估计一些矿物可供开采的年限如下图所示（不包括今后新探明的矿物储量、一些国家的金属储备量和金属的回收利用等）。

据估算，回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐要便宜20%，而且还可节约金属资源和95%的能源。1t废钢铁回炉冶炼可炼成近1t的钢，跟用铁矿石冶炼比，能节约11t煤和铁矿石，减少污染空气的悬浮微粒11kg。目前世界上已有50%以上的铁的90%以上的金得到了回收利用。

废旧金属的回收利用还可以减少对环境的污染。例如，废旧电池中含有汞等，如果废旧电池随意丢弃，汞等渗出会造成地下水