课题金属资源利用以及保护一

课题3

金属资源的利用和保护（一）金属材料建筑桥梁器械车辆、飞机、舰艇生活用具其它

用途自然金(主要成分为Au)单质形式存在的金属自然界以单质形式存在的银

化学性质

不活泼沙里淘金化合物形式存在的金属褐铁矿（Fe2O3·nH2O)

磁铁矿的主要成分为Fe3O4

黄铁矿的主要成分是FeS2

赤铁矿(主要成分为Fe2O3)

菱铁矿主要成分是FeCO3

铁矿石中含铁元素，可以提炼出铁铁矿石是混合物金红石（TiO2）孔雀石(主要成分为Cu2(OH)2CO3)蓝铜矿(主要成分为Cu2(CO3)2(OH)2)闪锌矿的主要成分是ZnS，常含有Fe、Cd、In、Ga等元素黄铜矿的主要成分是CuFeS2

铜矿，炼铜中国湖南辰州（今沅陵）盛产此矿物，故称辰砂，古时又称丹砂或朱砂。1980年在贵州岩屋坪矿山发现一块“辰砂王”，晶体长65.4毫米，宽35毫米，高37毫米，净重237克，质纯无暇，是辰砂晶体中的罕见珍品。

辰砂化学成分是HgS，晶体属三方晶系的硫化物矿物。矿物和条痕都呈朱红色。辰砂晶体主要是菱面体和厚板形，少数为短柱形，贯穿双晶常见。常见的是粒状，块状以及被膜状集合体。三组完全解理。肉眼识别辰砂的主要依据是：红色及红色条痕，比重大，达8.0，摩氏硬度低，为2-2.5，金刚光泽。辰砂是典型的低温热液矿物。

辰砂几乎是提炼汞的唯一矿物原料。辰砂的单晶体可以做激光调制晶体，是当前激光技术的关键材料。辰砂还是中药材之一。世界著名的辰砂产地是西班牙的阿尔玛登、意大利的伊德里亚、俄罗斯的尼基托夫卡、美国的新阿尔玛登。中国产地有新疆阿尔泰、湖南晃县和贵州铜仁等。

綠柱石的化學組成為Be3Al2[Si6O18]，晶體屬六方晶係的環狀結構硅酸鹽礦物。晶體常呈六方柱，柱面上有縱紋，集合體有時呈晶簇或針狀，有時可形成偉晶，長可達5米，重達18噸。多為淺綠色，成分中富含銫時，呈粉紅色，稱為玫瑰綠柱石；含鉻時，呈鮮艳的翠綠色，稱為祖母；含二價鐵時，呈淡藍色，稱為海藍寶石；含三價鐵時，呈黃色，稱為黃綠寶石。玻璃光澤，解理不完全。摩氏硬度7.5-8，比重2.6-2.9。

綠柱石主要產於花崗偉晶岩中，雲英岩及高溫熱液脈中也有產出。綠柱石是煉鈹的主要礦物原料，色澤美麗者是珍貴的寶石，如祖母綠、海藍寶石。

我国矿产资源总量多，但人均占有量少。我国矿产的总量居世界第6位。在我国已发现的矿产有168种，矿物种类比较齐全，其中已探明储量的有152种，己开发利用的有132种，在世界45种主要矿产储藏量价值比较中，我国矿产总值约占世界总数的14.6％，居世界第3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。“在翠绿色的孔雀石等铜矿石上燃烧炭火，会有红色的铜生成”，反应方程式是：Cu2(OH)2CO3

加热

2CuO+CO2↑+H2O；

。利用氢气或一氧化碳也可以从氧化铜中置换出铜，反应的化学方程式分别是：

、

。

“曾青得铁化作铜”，即湿法炼铜，化学方程式

：

。写出CO、C、H2还原氧化铜的化学方程式

CO+CuO==Cu+CO2△C+2CuO==2Cu+CO2高温H2+CuO==Cu+H2O△我国古代就已经通过“湿法炼铜”的方法来制取铜，其中发生的化学反应为

。Fe+CuSO4===Cu+FeSO41886年美国的霍尔和法国的赫鲁特，各自独立的发明了熔盐电解熔铝法，他们用冰晶石作熔剂，将氧化铝熔融，然后电解，得到金属铝。电解氧化铝的化学方程式为：

。2Al2O3====4Al+3O2通电生活和生产中使用最多的金属是什么？

人类每年要向地壳和海洋索取大量的金属矿物资源，以提取数以亿吨的金属。其中，提取量最大的是铁。有关铁的知识介绍1、铁元素在自然界中的存在2、人体中的铁元素成年人体中含铁元素约3-5克,70%存在于血红蛋白中;人体缺铁会造成缺铁性贫血.动物的肝脏、苋菜、芹菜、番茄中含有较多的铁元素；日常生活中提倡使用铁制厨具。颜色：硬度：延展性：电热导性：密度：熔沸点：银白色，金属光泽质软良好良好7.86克/厘米31535℃、2750℃铁的性质一、铁（纯铁）的物理性质铁的物理性质铁能被磁体吸引，并能被磁化1、铁跟氧气的反应现象：火星四射、生成黑色固体、放出大量的热（1）在纯氧中：条件：点燃化学方程式：3Fe+2O2====Fe3O4二、铁（纯铁）的化学性质点燃(2)在空气中铁能不能被点燃？铁能不能和空气发生化学反应？生锈现象剧烈氧化缓慢氧化2、铁跟酸的反应稀盐酸少量铁粉淡绿色FeCl2溶液铁与盐酸或稀硫酸的反应Fe+2HCl==FeCl2+H2↑Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑现象：（1）铁丝表面产生气泡

（2）溶液由无色变为浅绿色使用铁制品时，应尽量避免跟酸接触Fe+CuSO4===FeSO4+Cu3、铁与硫酸铜溶液的反应我国古代人民智慧的体现之一：

曾青得铁则化为铜---湿法炼铜3、铁跟金属化合物（如硫酸铜）溶液的反应CuSO4+Fe===Cu+FeSO4现象（1）铁丝表面覆盖一层红色的物质

（2）溶液由蓝色变成浅绿色湿法炼铜曾青得铁则化为铜

人类使用铁的历史可以追溯到四千五百多年以前，不过那时的铁是从太空掉下的陨铁（其中含铁90％以上）。我国在商代就开始用铁，在河北、北京、河南的某些地区出土过用陨铁打制的铁刃铜钺。我国最早的人工冶铁制品是甘肃灵台出土的春秋初年秦国的铜柄铁剑，这说明春秋初年我国已掌握了冶铁技术我国古代炼铁图我国现代炼铁为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨而发行的邮票

问题：你知道工业炼铁的主要原料、反应原理吗？原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气设备：高炉磁铁矿的主要成分为Fe3O4

菱铁矿主要成分是FeCO3

黄铁矿的主要成分是FeS2

常见的铁矿石赤铁矿(主要成分为Fe2O3）

铁元素一、炼铁1、原料：铁矿石焦炭石灰石赤铁矿Fe2O3磁铁矿Fe3O4菱铁矿FeCO3黄铁矿FeS2提供热量、产生还原剂想一想：上述原料中选哪些比较好呢？把矿石中的二氧化硅转变为炉渣哪种更好?2、反应原理高温Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

产生还原剂的反应还原氧化铁的反应C+O2==CO2C+CO2==2CO高温高温3、实验装置一氧化碳氧化铁石灰水123练习：1、实验室里用一氧化碳还原氧化铁得到铁，实验过程中，先通一会一氧化碳的目的是

。

2、炼铁厂以焦炭、赤铁矿、空气等为主要原料炼铁，反应过程如下：赶走玻璃管内的空气，防止爆炸？？有关杂质问题的计算例1、1000t含杂质20%的赤铁矿石中含（Fe2O3)氧化铁的质量是多少？其中含铁多少？氧化铁的质量：

1000t×（1-20%）=800t所含物质的质量=

不纯物质的总质量×所含物质的质量分数铁的质量=氧化铁的质量×铁在氧化铁中质量分数

=800t×=560t56×256×2+16×3例2、某炼铁厂炼出的生铁中含铁的质量分数为96%，含铁560t，那么炼的生铁的质量是多少吨？生铁的质量：560t÷96%=583.3t不纯物质的质量=

纯物质的质量÷物质的质量分数例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？赤铁矿石—

氧化铁—

铁—

生铁1000t×80%×70%÷96%=583.3t生铁的质量：氧化铁氧化铁中的铁元素，即炼出的纯铁练习：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%=5600t赤铁矿石:纯铁氧化铁的质量学完本节课，我们应知道：1、炼铁的原料是：铁矿石、焦炭、石灰石2、炼铁的原理是：CO作为还原剂，在高温下把铁矿石还原成铁3CO+Fe2O3

===2Fe+3CO2高温3、如果用化学方程式计算，应用纯净物的质量代入计算4、铁的质量=铁矿石的质量×纯净物的质量分数×纯净物中铁的质量分数5、铁矿石质量=铁的质量÷纯净物中铁的质量分数÷纯净物的质量分数

小结

一定要记住，在化学方程式的计算中，只能把纯净物的质量代入计算。

纯净物的质量=不纯物质的质量×该物质的质量分数

练习1、用1000吨含氧化铁80％的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁多少吨？练习2：

要炼出含杂质3％的生铁2000吨，需要含四氧化三铁90％的磁铁矿石多少吨？反馈练习：1、根据下图回答下面的问题：(气体X是CO、CO2、H2的一种或几种)（1）如果A、C中澄清石灰水都变浑浊，B中红色粉末变黑色，则X气体一定含有

，可能含有

.（2）如果C中澄清石灰水变浑浊，A中不变，B中红色粉末变黑色，则X气体中一定含有

，可能含有

.CO2,COCOH2H2

2、现有含杂质的氧化铁样品10克（杂质不参加反应），为测定该样品中氧化铁的质量分数，某同学用右图所示的装置进行实验，得到如下两组数据：反应前氧化铁完全反应后甲组洗气瓶和石灰水的质量为190g洗气瓶和石灰水的质量为196g乙组玻璃管和氧化铁样品的质量为57．9g玻璃管和剩余固体的质量为55．2g你认为应选择___组的数据来计算样品中氧化铁的质量分数，其结果为________。乙90%

3、某兴趣小组用下列装置做炼铁原理的实验。与铁矿石（Fe2O3）反应的CO必需纯净干燥，同时还需测定铁矿石的纯度（假设每一步反应都完全进行）（1)如果按气体从左向右流向时,上述仪器组装连接的顺序应是

接

，

接

，

接

，

接

。（2）装置乙的作用是

，装置丙的作用是

。AEDFGHIB验证并吸收反应生成的CO2除去反应物中的CO2

（3）实验前铁矿石的质量为10克，实验后测得乙、丙质量分别增加6.6克和0.5克，则铁矿石中Fe2O3的质量分数是多少？（4）若无丙装置，则测得Fe2O3的质量分数将

（偏大、偏小、无影响）。

80%偏大（5）这个实验还存在的不足之处是

。没有进行尾气处理，会污染空气使人中毒

4、乙醇是以高粱、玉米、薯类等为原料，经发酵、蒸馏而制得的，属于可再生能源。在汽油中加入适量的乙醇，可节省石油资源，减少汽车尾气的污染。乙醇完全燃烧时生成CO2和H2O。如果氧气不充足，乙醇燃烧可能还有CO生成。现用如下图所示装置进行实验，确证乙醇燃烧产物中有CO、CO2和H2O。请回答下列问题：能证明产物中有H2O的现象是____________________________________；能确证产物中有CO的现象是_________________________、___________________________。实验时，可观察到装置B中石灰水变浑浊，D中石灰水无变化。B装置的作用______________________，C装置的作用是_________________________，

D装置的作用是_________________________。此装置存在的不足之处是

。应用所学的知识解决问题下面三组实验会出现什么现象？说明什么问题？可以证明铁生锈的条件吗？ABC1．黄金是一种贵重的金属。在人类漫长的历史上，黄金是许多人梦寐以求的，并有“沙里淘金”、“真金不怕火炼”之说。这说明黄金在自然界中主要以

形式存在，也说明黄金的化学性质在自然条件下非常

。2．全世界每年因生锈损失的钢铁，约占世界年产量的四分之一。铁与氧气、水等反应生成铁锈，铁锈的主要成分是_________；请你谈谈生活中观察到的保护钢铁制品的两条有效措施：______________________________；______________________________。Fe2O3

在表面刷漆或喷漆；在表面涂上机油；在表面镀上一层其他金属；使其表面氧化生成致密的氧化膜

3．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．钢铁制品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4．“垃圾是放错了位置的资源”，应该分类回收。生活中废弃的铁锅，铝制易拉罐、铜导线，可归为同一类回收，它们属于()A．金属或合金B．氧化物C．矿石D．有机物

DA5．现有①汽车外壳、②机器上的齿轮、③门把手、④锯条等几种常见的铁制品。下列各种防锈方法，各适用于哪种器件?在表面刷漆或喷漆_________(填序号，下同)；在表面涂上机油_________；在表面镀上一层其他金属_________；使其表面氧化生成致密的氧化膜_________。6．如图所示，电线杆的铁丝拉线上M、N、P三处，最容易生锈的地方是()。A．M处B．N处

C．P处D．不能判断B①②③④7．下列说法中错误的是()。A．地壳中的铁都是以化合物形式存在B．锯条上的烤蓝是一层致密的氧化膜C．生铁和钢都不能完全溶解在盐酸中D．铁制品生锈产生的铁锈可以起保护作用，因而不要及时清除。8．炼铁选用的铁矿石不仅要求含铁量高，而且要“有害元素”少。今有铁矿石：黄铁矿(FeS2)、菱铁矿(FeCO3)、赤铁矿(Fe2O3)、褐铁矿(2Fe2O3·3H2O)、磁铁矿(Fe3O4)，你认为不适宜炼铁的矿石应是()。A．黄铁矿B．菱铁矿C．赤铁矿D．磁铁矿DA9．安徽省铜陵市是中国著名的“铜都”，铜矿蕴藏丰富，炼铜历史悠久。（1）该地产的一种矿石叫辉铜矿，主要成分为硫化亚铜（Cu2S），其中铜的化合价是

，铜元素与硫元素的质量比是

。（2）当地还产一种矿石叫孔雀石，成分为Cu2(OH)2CO3，加热时生成三种氧化物。该反应的化学方程式为

，反应类型是

。反应中生成的黑色氧化物在一定的条件下能被还原，生成红色固体，在该反应中可加入的还原剂有

、

等。+14：1分解反应CCO10．钢铁的生产与使用是人类文明和社会进步的一个重要标志。我们每年向自然界索取大量的金属矿物资源。随着金属材料使用量的增大和矿物资源的紧缺，人们对资源保护的意识日趋增强。保护金属资源的有效途径为(请写出两条)：①_____________________________________________________________；②_______________________________________________________________。．防止金属锈蚀；金属的回收利用；有计划、合理地开采矿物；寻找金属的代用品。。11．如右图所示关于铁的性质的实验中，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形管内装有红墨水，约一周后，能观察到铁丝表面有_________(写名称)生成，U形管_________(填“A”