課題3 金屬資源利用和保護 文繼榮

人類生活離不開金屬

金屬有廣泛的用途，對于人類社會起著不可替代的作用!軍事與科技也需要大量的金屬課題3金屬資源的利用和保護一、金屬元素在自然界中的存在

金屬元素在自然界中分布很廣，極少數(shù)不活潑的金屬（如金、銀等）以單質(zhì)形式存在；圖5—2地殼中金屬的百分含量

含有某金屬的礦物稱為礦石。鐵礦石等都是常見的礦石

其余大多數(shù)以化合物的形式存在。金屬化合物在自然界中以礦物的形式存在。黃鐵礦FeS2菱鐵礦FeCO3鋁士礦黃銅礦輝銅礦赤鐵礦Fe2O3常見幾種金屬礦物的成分孔雀石Cu2(OH)2CO3赤銅礦Cu2O磁鐵礦（主要成分Fe3O4）罕見的銅礦石毛赤銅礦(Cu2O

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我國是世界上已知礦物種類比較齊全的少數(shù)國家這一，礦物儲量也很豐富，其中鎢、鉬、鈦、錫、銻等儲量居世界前列，銅、鋁、錳等儲量在世界觀上也占有重要志地位。

大自然向人類提供了豐富的金屬礦物資源，人類每年要提煉數(shù)以億噸計的金屬用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和其它領域。其中，提取量最大的是鐵。為紀念1996年中國鋼產(chǎn)產(chǎn)量突破1億噸而發(fā)行的郵票上海寶山鋼鐵公司煉鐵高爐二、鐵的冶煉

現(xiàn)象：紅色粉末變成黑色，澄清的石灰水變渾濁。點燃尾氣有藍色火焰一氧化碳還原氧化鐵實驗室相關的化學方程式：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2CO2+Ca(OH)2CaCO3

↓+H2O2CO+O22CO2點燃高溫

用酒精燈點燃尾氣的作用是防止一氧化碳污染空氣（一）實驗步驟：1、檢查裝置氣密性。2、將適量的氧化鐵裝入試管并固定裝置。3、點燃右邊酒精燈。4、通入一氧化碳氣體。5、點燃酒精噴燈給氧化鐵加熱。6、待硬質(zhì)玻璃管內(nèi)紅色物質(zhì)完全變?yōu)楹谏珪r停止加熱。7、待玻璃管內(nèi)固體冷卻后停止通入一氧化碳，然后熄滅右邊酒精燈。1.實驗前為什么要先通CO將玻璃管中的空氣排盡再加熱？2.實驗完畢后，為什么在停止加熱前要繼續(xù)通CO至玻璃管內(nèi)固體冷卻？答：防止加熱時CO與空氣混合發(fā)生爆炸；答：防止高溫下的生成物鐵與空氣接觸而被氧化，同時還可防止石灰水倒吸。思考（二）原料黃鐵礦FeS2赤鐵礦Fe2O3菱鐵礦FeCO3磁鐵礦Fe3O4（三）原理

在高溫下，利用焦炭與氧氣反應生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石中還原出來Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高溫石灰石、鐵礦石焦炭、空氣（四）設備：高爐化學方程式：70%48.27%46.67%72.41%含鐵量

高爐是個豎直的圓筒形爐子，爐殼用鋼板制成，內(nèi)部用耐火磚作襯里。煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣。

高溫下，用還原劑（主要是一氧化碳）從鐵礦石里把鐵還原出來

。工業(yè)上鐵礦石焦炭熱空氣爐渣出口生鐵出口石灰石高爐煉鐵圖煉鐵時各物質(zhì)的作用石灰石：把雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為爐渣焦炭：燃燒放熱提高爐溫，并將生成的CO2還原為具有還原性的CO，因此在煉鐵高爐中起主要作用的還原劑是CO，優(yōu)點是氣體還原劑具有流動性，能與礦石充分接觸，使反應更徹底。煉鋼和煉鐵的比較高溫例3：用1000t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵96%的生鐵多少噸？注意：帶入化學方程式計算的數(shù)據(jù)應是純凈物的質(zhì)量。赤鐵礦石—氧化鐵—鐵—生鐵1000t×80%×（112÷160）÷96%=583.3t生鐵的質(zhì)量答：練習：要煉出含雜質(zhì)2%的生鐵3200噸，需要含氧化鐵質(zhì)量分數(shù)為80%的赤鐵礦石多少噸？生鐵—鐵—氧化鐵—赤鐵礦石3200t×（1-2%）÷70%÷80%=4571.5t赤鐵礦石:答：

據(jù)有關資料報導，現(xiàn)在全世界每年被腐蝕而報廢的金屬設備和材料相當于年產(chǎn)量的20%——40%鋼鐵的最大的弱點就是容易生繡。三、金屬資源的保護1.金屬的腐蝕和防護鐵軌的銹蝕鐵釘?shù)纳P各種鐵制品的銹蝕

為了減少損失，需要探究金屬銹蝕的原因、防護的方法和廢金屬的回收利用。

金屬銹蝕給人類帶來了巨大的損失。全浸在水中干燥空氣中一半在水中食鹽水中稀H2SO4中實驗：探究鐵生銹的條件

一周后鐵釘沾了酸液:鐵釘嚴重銹蝕鐵釘浸沒一半的在食鹽水中：浸沒在食鹽水中的鐵釘幾乎全部生銹鐵釘浸沒一半在水中：鐵在空氣、水的界面處生銹鐵釘完全浸沒在水中（上面還加植物油）：鐵未生銹鐵釘放在干燥的空氣中（加干燥劑等）：鐵未生銹全浸在水中稀H2SO4中一半在水中食鹽水中干燥空氣中（一）鐵生銹是鐵與氧氣、水等物質(zhì)相互作用。（緩慢氧化,放熱）（二）在有酸性和鹽條件下會加快生銹速率。（三）鐵銹（混合物）的主要成分是氧化鐵Fe2O3為紅棕色.結論:鐵

在空氣中銹蝕，實際上是鐵跟氧氣、水等物質(zhì)相互作用，發(fā)生一系列復雜的化學變化，使鐵轉(zhuǎn)化為鐵的化合物的過程。

因此，鐵與空氣接觸，又有水分時，最易生銹！鐵銹成分復雜，主要是Fe2O3·XH2O它是一種疏松多孔的物質(zhì)。鐵銹

鐵銹這種多孔性的物質(zhì)，能讓水分和空氣穿過它的空隙，不斷向里層滲透，繼續(xù)跟鐵反應，直至鐵被完全銹蝕。氧化鐵與鋁壺表面的氧化鋁膜性質(zhì)比較疏松多孔完全銹蝕致密結實使鋁“自我保護”鐵鐵銹與空氣（氧氣）接觸與水接觸鐵生銹的條件：與氧氣（或空氣）接觸與水接觸其它影響因素：溫度、鹽等思考：根據(jù)銅綠的化學式Cu2(OH)2CO3分析銅生銹的條件又是什么？與氧氣、水和二氧化碳接觸總結：探究鐵生銹的條件想一想回答下列問題：1、鋁與氧氣反應生成的氧化鋁能起到保護里層鋁的作用。鐵銹是否也能保護里層的鐵呢？

2、你能否根據(jù)鐵生銹的條件提出防止鐵制品生銹的原理嗎？不能，因為鐵銹是疏松的。（2）加快鐵生銹速率的情況酸性污染物的存在

(酸雨)加快生銹速度離子化合物的存在

(氯化鈉)高溫

(加快化學反應速度)較不活潑金屬接觸（置換反應)經(jīng)刮擦或凹凸扭曲表面(增加接觸面)氧氣水生銹（五）怎樣防止鐵生銹加上保護層(1)加上油漆、塑膠層或油脂鐵油漆氧氣和水不能與鐵接觸，所以鐵不會生銹油漆剝落后油漆氧氣和水與鐵接觸，導致鐵生銹(2)鍍上其他金屬,如鍍錫或鉻等「罐頭」是由鍍錫鐵制成。鍍鉻的浴室水籠頭。(3)犧牲性保護由鍍鋅鐵制造的水桶把鐵與一些較活潑的金屬相連接，因而防止鐵生成Fe2+(aq)離子，從而防銹。破損部位鋅表層氧與鋅反應，鐵不會腐蝕鐵鋅塊(4)使用鐵合金用不銹鋼制造的器具金屬防腐蝕的方法：改變金屬的內(nèi)部結構制成合金，如不銹鋼形成保護層刷油漆、涂油、燒制搪瓷（物理方法）電鍍上一層耐腐蝕的金屬（鍍鉻、鋅、錫）、通過化學反應使表面形成致密的氧化物薄膜等改善腐蝕環(huán)境等等保持鐵制品表面干燥和潔凈（1)隔絕空氣或氧氣(2)隔絕水①保持鋼鐵表面的清潔干燥。②鍍金屬保護層：如鍍錫、鍍鋅、鍍鉻等；白鐵皮鍍鋅，馬口鐵鍍錫，鋼圈鍍鉻、鎳。③涂非金屬保護層：如噴涂油漆、涂防銹油、在臉盆、杯子表面燒涂搪瓷、用橡膠或塑料包在鋼鐵表面。④形成氧化膜保護層：槍套上形成四氧化三鐵、鋸條上的烤藍。⑤在鋼鐵里加入金屬或非金屬形成耐腐蝕合金：如不銹鋼（加Cr、Ni）防止鐵銹蝕的主要措施：（1）防止金屬腐蝕（2）回收和利用廢舊金屬2、金屬資源保護資料一：人類每年要向自然界索取大量的金屬礦物資源，以提取數(shù)以億噸計的金屬。金屬礦物的儲量有限，而且不能再生。根據(jù)已探明的一些礦物的儲藏量，并根據(jù)目前這些金屬的消耗速度，有人估計一些礦物可供開采的年限如下圖所示（不包括今后新探明的礦物儲量、一些國家的金屬儲備量和金屬的回收利用等）。

據(jù)估算，回收一個鋁制飲料罐比制造一個新飲料罐要便宜20%，而且還可節(jié)約金屬資源和95%的能源。1t廢鋼鐵回爐冶煉可煉成近1t的鋼，跟用鐵礦石冶煉比，能節(jié)約11t煤和鐵礦石，減少污染空氣的懸浮微粒11kg。目前世界上已有50%以上的鐵的90%以上的金得到了回收利用。

廢舊金屬的回收利用還可以減少對環(huán)境的污染。例如，廢舊電池中含有汞等，如果廢舊電池隨意丟棄，汞等滲出會造成地下水