第8單元課題3,金屬資源利用和保護(hù)(第2課時)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——第8單元課題3,金屬資源利用和保護(hù)(第2課時)課題33金屬資源的利用和保護(hù)（兩課時）

其次課時[表示投影資料]資料一：據(jù)有關(guān)資料報導(dǎo)，現(xiàn)在世界上每年因腐蝕而報廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)於年產(chǎn)量的20％～40％。

資料二：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，並根據(jù)目前這些金屬的消耗速度，有人估計一些礦物可供開採的年限如下圖所示(不包括今後新控要明的礦物儲量、一些國家的金屬儲備量和金屬的回收利用等)。

[議一議]1．金屬腐蝕可給我們帶來哪些危害?2．金屬資源短缺對人類社會的發(fā)展意味著什麼?[學(xué)生分組討論，並交流討論結(jié)果)1題可能的回復(fù)有：

(1)金屬大量腐蝕使冶煉金屬的本金提高。

譬如說既消耗能源，又浪費礦物，還可能產(chǎn)生大量的廢氣危害人類健康。

(2)使金屬製品的壽命縮短。

(3)作為量器，將影響到其精確度。

(4)若高科技領(lǐng)域所用金屬製品銹蝕，如在火箭上，將會失之毫釐，謬以千里，其帶來的損失不成估量。

(5)金屬製品銹蝕，會影響其美觀程度。

2題可能的回復(fù)有：

(1)金屬資源短缺時，將會使好多金屬冶煉廠因缺乏原料而倒閉，工人下崗。

(2)人們設(shè)計好的金屬製品將會因原料短缺而無法付諸實踐，即心想事不成。

(3)我們現(xiàn)在的交通工具多是金屬製品。若金屬資源短缺，它們的數(shù)量將急劇減少，從而影響人們的交流和旅行等。

(4)要是沒有那麼多的金屬起導(dǎo)電作用，我們勢必會經(jīng)常生活在黑暗中。

(5)金屬資源短缺雖會影響人類對金屬製品的使用，但它卻可以促使人們?nèi)ふ腋玫奶娲贰?/p>

[教師鼓勵學(xué)生暢所欲言，並對他們的奇思妙想進(jìn)行評價][總結(jié)]由大家剛才的討論可知，金屬腐蝕和金屬資源短缺對人類是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

[引入]因此，保護(hù)金屬資源也就成了目前我們所面臨的重大問題。

[板書]四、金屬資源保護(hù)[過渡]防止金屬腐蝕是我們保護(hù)金屬資源的有力措施。

[板書]1．金屑的腐蝕和防護(hù)[講解]金屑腐蝕是需要條件的，如要有能夠發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，反應(yīng)物要能相互接觸、生成物不會對反應(yīng)起阻礙作用等等。只要我們知道了金屬腐蝕的條件，就能知道如何防止金屬製品腐蝕。

[過渡]下面，就讓我們以生活中最常見的鐵製品為例來探究鐵製品的銹蝕條件及防銹措施。

[板書](1)鐵製品銹蝕條件的探究[投影]現(xiàn)有潔淨(jìng)無鏽的鐵釘、試管、稀硫酸(或醋酸)、食鹽水、經(jīng)煮沸急速冷卻的蒸餾水、植物油、棉花和乾燥劑氯化鈣。試設(shè)計實驗比較鐵釘在不同環(huán)境中的銹蝕速度。

注：此實驗在約一周前已給學(xué)生佈置。

[學(xué)生交流實驗方案和實驗結(jié)果]學(xué)生設(shè)計的方案大約有以下幾種：

實驗結(jié)果：鐵釘銹蝕的快慢順序為1234567。

[根據(jù)以上實驗，教師引導(dǎo)學(xué)生得出導(dǎo)致鐵釘銹蝕的因素，並板書]

在水、氧氣同時存在的環(huán)境中鐵能銹蝕。酸和氯化鈉能使鐵在氧氣、水存在的環(huán)境中加速銹蝕。

[講解]鐵製品銹蝕的過程，實際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程。

鐵銹的主要成分是Fe2O3xH2O。

[設(shè)問]鋁與氧氣反應(yīng)生成的氧化鋁能起到保護(hù)裡層鋁的作用。鐵銹是否也能保護(hù)裡層的鐵呢?[學(xué)生看書後回復(fù)]不能。

[講解]鐵銹是一種疏鬆多孔的物質(zhì)。具有吸水性，它能讓水分和空氣中的氧氣穿過它的空隙，不斷向裡層滲透，繼續(xù)跟鐵反應(yīng)，直至鐵被完全銹蝕。故鐵銹反而能加速裡層鐵的生銹。

[問]為什麼方案5中的鐵釘比方案4中的鐵釘鏽得慢呢?[答]因為煮沸過的蒸溜水中氧氣極少。

[過渡]瞭解了鐵製品銹蝕的條件，我們應(yīng)該採取什麼措施來防止鐵製品的生銹呢?[板書](2)鐵製品的防護(hù)措施[學(xué)生討論][教師啟發(fā)]鐵製品的銹蝕是需要具備確定條件的。假設(shè)破壞鐵製品銹蝕的條件，使它們不再具備銹蝕的基礎(chǔ)。就能防止鐵製品銹蝕。

[學(xué)生交流討論結(jié)果]如：1．鐵製品放置時要遠(yuǎn)離酸性環(huán)境，儘量放置在乾燥的環(huán)境中。

2．在鐵製品外面穿一層保護(hù)衣，如可塗上隔絕空氣的油脂、塗油漆、鍍上一層耐腐蝕的其他金屬、高溫灼燒金屬，進(jìn)行"烤藍(lán)'處理等等。

3．一發(fā)現(xiàn)鐵製品有銹蝕，就馬上處理，以防止其繼續(xù)曼延。

[教師總結(jié)並板書]①把鐵製品放在非酸性的乾燥環(huán)境中。②為其穿一層耐腐蝕的外衣。

[討論]自行車的構(gòu)件如支架、鏈條、鋼圈等，分別採取了什麼防銹措施?[學(xué)生討論並回復(fù)]刷漆、塗油脂、鍍其他金屬等。

[過渡]上面我們討論了鐵製品的腐蝕和防護(hù)。對於金屬資源，除了採取防止金屬腐蝕的措施外，還可以通過什麼途徑來使金屬資源得到保護(hù)呢?[板書]2．金屬資源保護(hù)

[啟發(fā)]廢品收購站為什麼要收購廢鐵、廢銅和易開罐等金屬?[生]回收它們是為了對它們進(jìn)行再利用。

[師]很正確!金屬的回收和利用是保護(hù)金屬資源的又一有效途徑。

[討論]廢棄金屬的回收有什麼意義?[學(xué)生討論，並各抒己見]可能的觀點有：

1．可節(jié)約金屬資源。

2．由於金屬冶煉需在高溫下進(jìn)行，回收廢棄金屬並再利用可節(jié)約能源。

3．降低金屬製品的生產(chǎn)本金，可便當(dāng)人們得到物美價廉的金屬製品。

4．可減少重金屬對水體和土壤的污染。

[講解]據(jù)估算，回收一個鋁制飲料罐比製造一個新飲料罐要低廉20％，1t廢鋼鐵回爐冶煉可煉成近1t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，可見回收利用廢金屬，具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。目前世界上已有50％以上的鐵和90％以上的金屬得到了回收和利用。

[討論]你還知道保護(hù)金屬資源的其他途徑嗎?[學(xué)生討論並回復(fù)]合理開採礦物，可制止亂採礦所引起的金屬資源的浪費；尋找金屬的代用品也可使金屬資源得到保護(hù)；進(jìn)一步研究金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，使各種金屬都能最大限度地得以運用。[總結(jié)並板書](1)防止金屬腐蝕(2)回收和利用廢舊金屬(3)合理開採礦物(4)尋找金屬代用晶(5)物盡其用

[師]金屬資源不成再生，我國隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，金屬資源呈日益短缺之勢，故保護(hù)金屬資源人人有責(zé)。夢想大家能從身邊做起，從自己做起，也夢想大家能好好學(xué)習(xí)，且能在將來利用你的聰慧找出更多的金屬代用品，從而使我們的未來不再為金屬資源的匱乏而發(fā)愁。

[小結(jié)]本節(jié)課我們主要探究了鐵製品腐蝕和防護(hù)，同時討論了金屬資源的保護(hù)問題。

[佈置作業(yè)]習(xí)題l、2、6板書設(shè)計四、金屬資源保護(hù)

1．金屬的腐蝕和防護(hù)(1)鐵製品銹蝕條件的探究在水、氧氣同時存在的環(huán)境中鐵能銹蝕。酸和氯化鈉能使鐵在氧氣、水存在的環(huán)境中加速銹蝕。

(2)鐵製品的防護(hù)措施①把鐵製品放在非酸性的乾燥的環(huán)境中。

②為其穿一層耐腐蝕的外衣。

2．金屬資源保護(hù)(1)防止金屬腐蝕(2)回收和利用廢舊金屬(3)合理開採礦物(4)尋找金屬代用品(5)物盡其用考題回顧1．日常生活中發(fā)生的以下變化都屬於化學(xué)變化的一組是()A.玻璃杯被摔碎、米飯變餿B．酒精揮發(fā)、濕衣服晾乾C.蠟燭燃燒、乒乓球變癟D.菜刀生銹、牛奶變酸

2．化學(xué)反應(yīng)往往需要在確定的條件下進(jìn)行。通過操縱或改變反應(yīng)條件可以加快、減緩甚至阻攔反應(yīng)的進(jìn)行。以下各項所反映的措施中，能加快其化學(xué)反應(yīng)速率的是()A．鐵門外觀噴漆B．冰箱保存食物C.扇子扇煤爐火D．埋入地下的電線桿稍稍燒焦3．下圖表示的是地殼裡所含各種元素的品質(zhì)分?jǐn)?shù)。請根據(jù)下圖回復(fù)以下問題：

(1)圖中表示出的金屬元素有________種；(2)地殼中鋁元素的含量為_____________；(3)地殼中含量最多的非金屬元素與含量占其次位的金屬元素之間，形成化合物的化學(xué)式可以是_____________。

4.(2022年北京市海澱區(qū)中考題)現(xiàn)有含雜質(zhì)的氧化鐵樣品(雜質(zhì)不參加反應(yīng))，為了測定該樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，某同學(xué)稱取該樣品10g，並用下圖所示的裝置進(jìn)行實驗，得到如下兩組資料：

反應(yīng)前氧化鐵完全反應(yīng)後A組玻璃管和氧化鐵樣品的品質(zhì)43.7g玻璃管和固體物質(zhì)的品質(zhì)41.3g

B組燒杯和澄清石灰水的品質(zhì)180g燒杯和燒杯中物質(zhì)的品質(zhì)186.2g試回復(fù)：

(1)你認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)選擇___組的實驗資料來計算樣品中氧化鐵的品質(zhì)分?jǐn)?shù)，計算的結(jié)果為______。

(2)這位元同學(xué)所用實驗裝置的缺乏之處是__________。

分析：(1)應(yīng)當(dāng)選擇A組的實驗資料來計算樣品中氧化鐵的品質(zhì)分?jǐn)?shù)，因為B組資料假設(shè)按燒杯中澄清石灰水的品質(zhì)變化來作為CO還原Fe2O3的產(chǎn)物CO2的品質(zhì)所導(dǎo)致的誤差較大，理由是空氣中的CO2也與石灰水作用。所以選擇A組資料，計算如下：

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2m160112160-112＝48x43．7g-41．3g＝2．4g

x＝8g，(Fe2O3)％=100％＝80％。

(2)因為CO通過玻璃管時並未全部轉(zhuǎn)化為CO2，而且燒杯中的溶液又不能吸收CO，所以CO通過燒杯中的石灰水後排放到空氣中，這種劇毒氣體將嚴(yán)重污染環(huán)境，所以要有尾氣處理裝置。

答案：1．D2．C3．(1)6(2)7．73％(3)FeO(或Fe2O或Fe3O4)4．(1)A80％(2)缺少尾氣處理裝置備課資料1．我國古代冶鐵、煉鋼的成就我國在2300多年以前就已經(jīng)接觸了鐵，並加以利用。在河北曾出土一把商代的銅鉞，其年頭約在西元前14世紀(jì)前後。銅鉞上嵌有的鐵刃已經(jīng)全部氧化成氧化鐵。對鐵刃的殘鏽檢驗後說明，鐵刃是用隕鐵鍛成的。這說明那時不僅認(rèn)識了鐵，而且能進(jìn)行鍛造加工。

已有的考古發(fā)現(xiàn)，我國最早人工冶煉的鐵器始於西元前6世紀(jì)，即春秋末期或更早一些。那時，幾乎同時產(chǎn)生了塊煉鐵和生鐵兩種工藝。塊煉鐵是用木炭在固態(tài)時還原鐵礦石的方法，這種鐵裡含有較多大塊的氧化鐵和矽酸鐵。生鐵是在高溫下液態(tài)冶煉出來的，含碳超過2％，還含有較細(xì)小的矽酸鹽。對西元前5世紀(jì)的鐵錛和鐵鏟進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)是生鐵鑄造的，其中鐵鏟還經(jīng)過退火處理，是展性鑄鐵。在我國一些早期的文獻(xiàn)(如《詩經(jīng)秦風(fēng)》《左傳昭公二十九年》)就有鐵和鐵器的文字記載。歐洲最早的生鐵出現(xiàn)在西元13世紀(jì)末至14世紀(jì)初，比我國晚1900多年。

塊煉鐵煉出以後需要加熱鍛打，以擠出夾雜物，鍛成器物。在屢屢加熱過程中，塊煉鐵同炭火接觸，有可能增碳變硬，塊煉滲碳鋼的冶煉技術(shù)由此產(chǎn)生。從河北易縣出土的79件鐵器證明。至遲在戰(zhàn)國後期，這種技術(shù)已在燕國應(yīng)用。對片面鐵器的檢查說明，絕大片面是鋼鍛制的，如長100．4cm的長劍以及某些殘劍、箭桿、矛等。這些鍛鋼件大都經(jīng)過淬火處理，這說明至遲在戰(zhàn)國晚期，淬火技術(shù)在生產(chǎn)上已經(jīng)廣泛應(yīng)用。

2．煉鐵的礦石主要有哪些?怎樣識別鐵礦石?鐵在自然界中的分佈很廣，主要以化合態(tài)存在，含鐵的礦石好多，具有冶煉價值的鐵礦石有磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。

識別鐵礦石的方法通常是利用其顏色，光澤、密度、磁性、刻痕等性質(zhì)。

①磁鐵礦(Fe3O4)黑色的，用粗瓷片在礦石上刻畫時，留下的條痕是黑色的。具有磁性，密度為4．9～5．2克／釐米3。

②赤鐵礦(Fe2O3)顏色暗紅，含鐵量越高，顏色就越深，甚至接近黑色，但是瓷片留下的刻痕依舊是紅色，不具磁性。成緻密塊狀或結(jié)晶塊狀(稱鏡鐵礦)產(chǎn)出，也有成土狀產(chǎn)出。密度為5～5．3克／釐米3。

③褐鐵礦(Fe2O33H2O)礦石有黃褐、褐和黑褐等多種顏色。瓷片的刻痕呈黃褐色。無磁性，密度為3．3～4克／釐米3。

④菱鐵礦(FeCO3)有黃白、淺褐或深褐等顏色。性脆，無磁性，在鹽酸裡有氣泡(CO2)放出。密度為3．8～3．9克／釐米3。

3．用高爐煉鐵時，為什麼要參與石灰石?煉鐵時用的鐵礦石，主要有赤鐵礦石(主要成分是氧化鐵)和磁鐵礦石(主要成分是四氧化三鐵)，在鐵礦石中還含有無用的脈石，主要成分是二氧化矽(SiO2)。煉鐵時，被還原出的鐵在高溫下變成液體，而二氧化矽熔點很高的顆粒雜質(zhì)混在煉出的鐵水中。為了除去這種雜質(zhì)，選用石灰石

作熔劑，石灰石在高溫下分解成氧化鈣和二氧化碳。氧化鈣在高溫下與二氧化矽反應(yīng)生成熔點比鐵水溫度還低的矽酸鈣，而液態(tài)矽酸鈣密度比鐵水小且跟鐵水不相混溶，便浮在鐵水上。打開高爐上的出渣口，液態(tài)矽酸鈣先流出去，凝固成高爐渣。過去這種高爐渣當(dāng)作煉鐵廠的廢物，丟棄在農(nóng)田。既毀了田，又污染環(huán)境?，F(xiàn)在將高爐渣粉碎配製成水泥，過去的廢物變成了今日的建築材料。

CaCO3CaO+CO2CaO+SiO2CaSiO34．鋼鐵是怎樣被腐蝕的?鋼鐵會生紅鏽，銅會生綠鏽，金屬的腐蝕現(xiàn)象特別普遍，它給經(jīng)濟建設(shè)帶來的損失特別驚人。據(jù)統(tǒng)計，每年由於腐蝕而報廢的金屬設(shè)備和材料，約相當(dāng)於年產(chǎn)量的1／3。腐蝕的危害不僅在於金屬本身受損失，更重要的是金屬製品遭破壞。金屬製品的價值比金屬本身要大的多，如汽車、船舶、飛機、橋樑、機械設(shè)備，細(xì)致儀器等的價值遠(yuǎn)高於金屬本身。此外，由於金屬設(shè)備的腐蝕而造成有用物質(zhì)的洩漏(輸油管漏油，輸氣管漏氣等)的損失也分外驚人。因此，認(rèn)識金屬腐蝕的理由，尋找金屬防護(hù)的方法具有特別重要的意義。

金屬腐蝕的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。即金屬在確定條件下，失去電子被氧化生成化合物的過程。根據(jù)腐蝕的理由，又將金屬腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化腐蝕兩大類。

①化學(xué)腐蝕：金屬跟非電解質(zhì)直接接觸被氧化，沒有電流產(chǎn)生。如：鐵在高溫時跟氯氣化合，高溫下軋製鋼材時，鐵被氧化成氧化鐵等。

②電化學(xué)腐蝕：是不純的金屬或合金跟電解質(zhì)水溶液接觸，構(gòu)成無數(shù)微小原電池而發(fā)生的鏽腐過程。較活潑的金屬被氧化，有微弱電流產(chǎn)生。電化腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍，危害更大，是金屬腐蝕的主要形式。實際上，兩種腐蝕往往同時發(fā)生。

在普遍碳素鋼中，碳以石墨形式均勻分佈在合金中，金屬外觀吸附水膜，再溶解進(jìn)CO2等氣體便成了電解質(zhì)溶液，與鋼鐵構(gòu)成了無數(shù)微小原電池，鐵是負(fù)極，石墨等雜質(zhì)是正極。鋼鐵發(fā)生電化腐蝕時，由於鋼鐵外觀的水膜性質(zhì)不同，可發(fā)生析氫或吸氧腐蝕。一般以吸氧的電化學(xué)腐蝕為主。

吸氧腐蝕的環(huán)境：鋼鐵與吸附在外觀的溶有氧氣的水膜構(gòu)成原電池，水膜根本為中性。

負(fù)極：Fe-2e-====Fe2+(鋼鐵溶解)正極：2H2O+O2+4e-====4OH-(吸收氧氣)溶解產(chǎn)生的Fe2+可繼續(xù)被氧氣氧化成高價態(tài)：

Fe2++OH-+O2Fe(OH)3最終鐵銹的成分是Fe(OH)3和它失水的產(chǎn)物Fe2O3的混合物。

析氫腐蝕的環(huán)境：鋼鐵與吸附在外觀的溶有CO2的水膜構(gòu)成原電池，水膜為酸性。

負(fù)極：Fe-2e-====Fe2+(鋼鐵溶解)正極：2H++2e-====H2(析出氫氣)發(fā)生析氫腐蝕的可能性不太大，並且最終鐵銹成分也主要是Fe(OH)3和Fe2O3的混合物。

綜上所述可知潮濕的空氣，有害氣體如二氧化硫、二氧化碳、氯化氫、氯氣等與金屬接觸，是金屬發(fā)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的條件。

因此，使金屬保持乾燥，與空氣或有害氣體隔絕，都可保護(hù)金屬防止生銹。具體的防護(hù)措施可採?。簤T油，噴漆，燒藍(lán)，熱鍍鋅、錫、電鍍鋅、鉻、鎳，製成抗腐蝕的合金如不銹鋼，還有電化學(xué)防法等。

5．重金屬引起的水污染名稱水中主要存在形態(tài)污染的來源污染的危害工業(yè)廢水最高容許排放濃度mgL-3

飲用水