金属资源的利用和保护

第八单元金属和金属材料课题3金属资源的利用和保护第一课时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图8-16自然界以单质形式存在的金图8-17自然界以单质形式存在的银

除少数不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外,其余都以化合物形式存在。金属的存在形式：单质(少数，如金和银)化合物(大多数，如各种铁矿石)赤铁矿〔主要成分是Fe2O3〕菱铁矿（主要成分是FeCO3

）图8-18常见的矿石硫铁矿(主要成分是FeS2

)磁铁矿〔主要成分是Fe3O4〕

图8-18常见的矿石辉铜矿〔主要成分是Cu2S〕黄铜矿〔主要成分是CuFeS2〕铝土矿主要成分是Al2O3

孔雀石Cu2(OH)2CO3赤铜矿

Cu2O罕见的铜矿石毛赤铜矿(Cu2O

)我国是世界上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、锰等储量在世界上也占有重要志地位。但由于人口众多，人均拥有量约为世界人均水平的1／3，居世界第80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。元素名称质量分数%元素名称质量分数%铝7.73镁2.00铁4.75锌0.008钙3.45铜0.007钠2.74银0.00001钾2.47金0.0000005地壳中含量最多的金属是Al！金属元素在地壳中含量：一、铁的冶炼：生熟炼铁炉一生熟炼铁炉二

图8-19我国古代炼铁图图8-20上海宝山钢铁公司炼铁高炉图8-21为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨而发行的邮票现象分析反应式尾气处理红色的粉末变成灰黑色，同时产生的气体使澄清的石灰水变浑浊一氧化碳复原氧化铁生成铁粉(灰黑色)与二氧化碳1.实验室用一氧化碳复原氧化铁①用燃着的酒精灯将尾气点燃或②用气球收集尾气【实验8-3】Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高温证明产物中有铁粉的方法是：

用磁铁吸(或加稀盐酸有气泡)实验步骤：①.按以下图组装仪器，并检查其气密性。②把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻璃管中。③把硬质玻璃管接入装置系统中，先通入一氧化碳气体排除空气，防止一氧化碳与空气混合受热爆炸。点燃出气口处的酒精灯(或用气球收集)，防止一氧化碳污染空气。待排尽后，点燃酒精喷灯，并观察装置中所发生的变化。④当红棕色粉末已转变成黑色后，停止加热，再通入一会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却，防止Fe被氧化。一氧化碳还原氧化铁必须在封闭的硬质玻管中进行，防止一氧化碳污染空气。〔1〕、原料：黄铁矿FeS2赤铁矿Fe2O3菱铁矿FeCO3磁铁矿Fe3O4〔2〕、原理：在高温下，利用焦炭与氧气反响生成的一氧化碳把铁从铁矿石中复原出来Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高温石灰石、铁矿石焦炭、空气〔3〕、设备：高炉化学方程式：70%48.27%46.67%72.41%含铁量2.工业炼铁：铁矿石焦炭热空气炉渣出口生铁出口石灰石高炉炼铁图：炼铁高炉铁矿石、焦炭、石灰石Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高温CO2＋C2CO

高温C

+

O2

CO2

点燃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复原为具有复原性的CO，因此在炼铁高炉中起主要作用的复原剂是CO，优点是气体复原剂具有流动性，能与矿石充分接触，使反响更彻底。18.炼钢和炼铁的比较生铁冶炼炼钢原料铁矿石、焦炭、空气、石灰石

生铁、废钢原理在高温下，用一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。Fe2O3+3CO2Fe+3CO2用氧气或铁的氧化物除去生铁中多余的碳元素主要设备高炉转炉、平炉、电炉产品生铁钢高温19.

在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用料时和产量时,应考虑到杂质问题。不纯物质、纯物质、纯度之间的关系：列比例时，一定要用纯量。3.含杂质的物质的化学方程式的计算：m(纯)=m(不纯)×纯度m(不纯)=m(纯)÷纯度例题：用1000t含氧化铁(Fe2O3)

80%的赤铁矿石，理论上可炼含铁96%的生铁多少吨？Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高温解：1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为1000t×80%＝800t。设800t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为X。160112800tX160800t=112XX＝560t折合含铁96%的生铁的质量为560t÷96%＝583t

(纯化杂)答：1000t含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿石，理论上可炼出含铁96%的生铁为583t。或设800t氧化铁理论上可以炼含铁96%的生铁质量为X。Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高温160112800tX×96%160:112＝800t:X×96%X＝583t

(杂化纯)铁的冶炼⑵设需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石的质量为x。解：⑴生铁中含纯铁：3000t×(1－5%)=2850t.Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2112X·85%2850t

高温160X·85%=1122850tX≈4790t答：⑴该3000t生铁中含纯铁2850t。⑵该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石为4790t。1.某炼钢厂日产含杂质5%的生铁3000t，试计算：⑴该3000t生铁中含纯铁多少吨？⑵该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石多少吨？〔计算结果保存整数〕练习：2.以下图是课堂中模拟炼铁的实验装置。

〔1〕写出图中标有序号的仪器名称①，②。(2)实验过程中，先要进行的是______________。〔填Ⅰ或Ⅱ〕Ⅰ．加热Ⅱ．通一氧化碳(3)A中反响的化学方程式是。B中反响的化学方程式是，B中观察到的现象是_______________。(4)该装置的缺乏之处是。铁架台试管ⅡFe2O3+3CO===2Fe+3CO2高温没有尾气处理装置〔或没有用燃着的酒精灯处理尾气等〕Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O澄清的石灰水变浑浊①②3.右以下图是金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发、利用的大致年限。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu约6000年前约200年前约6000年前约2500年前⑴选择编号填空：铝的利用比铜和铁晚得多，原因是；目前铝在多个领域替代易生锈的钢铁，其主要原因是。①铝的密度小②铝很活泼③地壳中铝的含量高④铝的外表易生成致密的保护膜②①④第八单元金属和金属材料课题3金属资源的利用和保护第二课时为什么要保护金属资源？二、金属资源保护保护金属资源的原因：⑴每年大量开采(数以亿吨计)⑵每年大量的金属被腐蚀(相当于年产量的20%~40%)P181.金属的腐蚀和防护人们采取了许多措施，但每年全世界因生锈而损失的钢铁约占世界年产量的四分之一！如何防锈？实验：探究铁生锈的条件123铁在枯燥空气中铁在有水而无空气〔氧气〕时铁在有空气和水时用植物油液封用橡皮塞塞紧管口

一周后铁钉浸没一半在水中：铁在空气、水的界面处生锈严重铁钉完全浸没在水中〔上面还加植物油〕：铁未生锈铁钉放在枯燥的空气中〔加枯燥剂等〕：铁未生锈全浸在水中食盐水中干燥空气中1231．铁生锈是铁与氧气、水等物质相互作用。〔缓慢氧化,放热〕2.在有酸性和盐条件下会加快生锈速率3．铁锈〔混合物〕的主要成分是氧化铁Fe2O3·XH2O，红棕色.结论:氧化铁与铝壶外表的氧化铝膜性质比较

铁锈(Fe2O3·XH2O)氧化铝

(Al2O3)结构特点若不除去结果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

(加快化学反响速度)较不活泼金属接触〔置换反响)经刮擦或凹凸扭曲外表(增加接触面)氧气水生锈

怎样防止铁生锈加上保护层(1)加上油漆、塑胶层或油脂(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〕、通过化学反响使外表形成致密的氧化物薄膜等改善腐蚀环境等等保持铁制品外表枯燥和洁净〔1)隔绝空气或氧气(2)隔绝水①保持钢铁外表的清洁枯燥。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、杯子外表烧涂搪瓷、用橡胶或塑料包在钢铁外表。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在钢铁里参加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：⑴三角架：⑵钢线(辐条〕：⑷链条：刷漆镀一层耐腐蚀的金属涂油等平时要保持自行车的洁净与枯燥〔或涂油〕！自行车防锈措施有哪些？讨论：⑶钢圈：

图8-25据估计一些矿物可供开采的年限2.金属资源保护⑴为什么要保护金属资源？矿物的储量是有限的，而且不能再生。2、怎样保护金属资源呢?P19⑴防止金属的腐蚀。⑵金属的回收与利用。⑶有方案,合理地开采矿物,严禁不顾国家利益的乱采矿。⑷寻找金属代用品。如以塑代钢。图8-26金属的回收利用回收一个铝制的易拉罐比制造一个新的铝制的易拉罐要廉价20%，而且还可以节约金属资源和95%能源。目前世界上有50%以上的铁和90%以上的金得到回收利用。金属资源的保护反响练习1.在以下情况下，埋在地下的铸铁管道腐蚀最快的是〔〕A.在潮湿、致密的土壤中B.在枯燥、致密的土壤中C.在潮湿、疏松的土壤中D.在枯燥、疏松的土壤中2.某运输用铁船，在水中行驶，最易生锈的部位是(

)CBA.水面上的船头局部B.水面附近的船体局部C.水面下的船底局部D.各局部都一样速度生锈3.日常生活中的一些铁制品经常会被锈蚀。以下做法中不能起防锈作用的是〔〕①在铁制品外表镀锌②在铁制品外表涂油脂③保存铁件外表的铁锈作保护层④在铁器外表刷油漆⑤自行车脏了用清水冲洗⑥用废酸液冲洗铁制污水管道⑦切完咸菜后，尽快将菜刀洗净擦干A.②⑤B.③⑤⑥C.①③⑦D.②⑥⑦B4.全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界钢铁年产量的1/4。某学生想探究铁生锈的条件，他将干净的铁钉分别同时入放A、B、C三支试管中进行研究。⑴请你帮助该学生完成以下实验设计的内容：编号操作方法实验目的A探究铁在干燥空气中的生锈情况B放入铁钉，注入蒸馏水浸没铁钉，并用植物油液封C探究铁在有空气和水时的生锈情况加热烘干试管，小心放入铁钉，塞上塞子

探究铁在有水而无空气〔氧气〕时的生锈情况小心放入铁钉，注入蒸馏水，使铁钉局部浸入水中⑵一周后，编号为________的试管中的铁钉最易生锈。⑶用相同材料制作，经过相同时间防锈处理的铁栏杆，安装在南方比安装在北方更易生锈，其原因是___________________________________。C南方比北方天气潮湿，铁更易生锈ABC铁在枯燥空气中铁在有水而无空气〔氧气〕时铁在有空气和水时用植物油液封用橡皮塞塞紧管口3CO+

Fe2O3

2Fe

+

3CO2

；====高温1.把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程，其主要反响原理是在高温条件下CO作复原剂，夺取铁矿石里的氧，将铁复原出来。2.在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用料时和产量时,应考虑到杂质问题。3.铁生锈的条件是铁与空气中的氧气、水(或水蒸气)直接接触，如果隔绝了空气和水，就能在一定程度上防止钢铁生锈。在铁外表涂油、刷漆、镀上耐磨和耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金，如不锈钢等，就能防止钢铁生锈。

4.保护金属资源的有效途径是防止金属的腐蚀、回收与利用废旧金属、合理有效地地开采矿物,以及寻找金属代用品等。列比例时，一定要用纯量。m(纯)=m(不纯)×纯度4Fe+3O2+2XH2O=2Fe2O3·XH2O本单元小结：一、金属和金属材料金属与非金属物理性质的比较：物理性质金属非金属状态

在常温下，除汞(Hg)是液体外，其余都是固体

在常温下，有固、液、气三态密度

一般较大

一般较小光泽

有

一般无导电性导热性能导电、导热

一般不导电、不导热延展性有没有

2.金属材料包括纯金属和合金。把两种或两种以上的金属熔合在一起，或者把金属和非金属熔合在一起，就可以得到具有金属特性的合金。由于合金的很多性能一般比组成它们的纯金属更好，因此，在实际中大量使用的金属材料是合金。二、金属的化学性质1.很多金属都能与氧气、盐酸和稀硫酸等起反响，但反响的难易和剧烈程度不同。)以Fe、Al、Cu为例，写出它与氧气、稀硫酸反响的化学方程式。

，

。

Fe

+

H2SO4

＝

FeSO4

+

H2↑2Al

+3H2SO4

＝

Al2(SO4)3

+3H2↑3Fe

+

2O2Fe3O4点燃4Al

+

3O22Al2O3点燃2Cu

+

O2

2CuO

△Cu

+

H2SO4→不反响2.由一种单质和一种化合物反响，生成另一种单质和另一种化合物的反响叫做置换反响。例如如果用A+B→C来表示化合反响的话，请用相似的方法来表示分解反响和置换反响。置换反响：A+BC→B+AC分解反响：AB→A+B

，

。

Zn

+

H2SO4

＝ZnSO4

+

H2↑Fe

+

CuSO4

＝

FeSO4

+

Cu3.常见金属活动性顺序如下：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活动性，由强逐渐减弱举例说明金属活动性顺序可以给你哪些判断的依据：

。

。

⑴只有排在H前面的才能置换酸中的氢。⑵只有排在前面的金属才能把排在后面的金属从它们的化合物的溶液中置换出来。(KCaNa特殊、反响复杂)三、金属资源保护3CO+

Fe2O3

2Fe

+

3CO2

；====高温1.把铁矿石冶炼成铁的主要反响原理是：在实际生产时,还会遇到有关杂质的计算问题。2.铁锈蚀的主要条件以及防止铁锈蚀的主要措施是：铁锈蚀的主要条件是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反响。防止铁锈蚀的主要措施是在铁外表涂油、刷漆、镀上耐磨和耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金，如不锈钢等，就能防止钢铁生锈。

防止金属的腐蚀、回收与利用废旧金属、合理有效地地开采矿物,以及寻找金属代用品等。4.保护金属资源的有效途径是：列比例时，一定要用纯量。m(纯)=m(不纯)×纯度4.某课外兴趣小组对一批铁样品〔含有杂质，杂质不溶于水，也不与稀硫酸反响〕进行分析，甲、乙、丙三位同学分别进行实验，其中只有一位同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反响。实验数据如下表：

请你认真分析数据，答复以下问题：⑴哪位同学所取用的稀硫酸与