金屬資源的利用和保護(hù)

第八單元金屬和金屬材料課題3金屬資源的利用和保護(hù)第一課時(shí)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圖8-16自然界以單質(zhì)形式存在的金圖8-17自然界以單質(zhì)形式存在的銀

除少數(shù)不活潑的金屬如金、銀等有單質(zhì)形式存在外,其余都以化合物形式存在。金屬的存在形式：單質(zhì)(少數(shù)，如金和銀)化合物(大多數(shù)，如各種鐵礦石)赤鐵礦〔主要成分是Fe2O3〕菱鐵礦（主要成分是FeCO3

）圖8-18常見的礦石硫鐵礦(主要成分是FeS2

)磁鐵礦〔主要成分是Fe3O4〕

圖8-18常見的礦石輝銅礦〔主要成分是Cu2S〕黃銅礦〔主要成分是CuFeS2〕鋁土礦主要成分是Al2O3

孔雀石Cu2(OH)2CO3赤銅礦

Cu2O罕見的銅礦石毛赤銅礦(Cu2O

)我國是世界上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、錳等儲量在世界上也占有重要志地位。但由于人口眾多，人均擁有量約為世界人均水平的1／3，居世界第80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(jì)的金屬用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和其它領(lǐng)域。其中，提取量最大的是鐵。元素名稱質(zhì)量分?jǐn)?shù)%元素名稱質(zhì)量分?jǐn)?shù)%鋁7.73鎂2.00鐵4.75鋅0.008鈣3.45銅0.007鈉2.74銀0.00001鉀2.47金0.0000005地殼中含量最多的金屬是Al！金屬元素在地殼中含量：一、鐵的冶煉：生熟煉鐵爐一生熟煉鐵爐二

圖8-19我國古代煉鐵圖圖8-20上海寶山鋼鐵公司煉鐵高爐圖8-21為紀(jì)念1996年中國鋼產(chǎn)量突破1億噸而發(fā)行的郵票現(xiàn)象分析反應(yīng)式尾氣處理紅色的粉末變成灰黑色，同時(shí)產(chǎn)生的氣體使澄清的石灰水變渾濁一氧化碳復(fù)原氧化鐵生成鐵粉(灰黑色)與二氧化碳1.實(shí)驗(yàn)室用一氧化碳復(fù)原氧化鐵①用燃著的酒精燈將尾氣點(diǎn)燃或②用氣球收集尾氣【實(shí)驗(yàn)8-3】Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高溫證明產(chǎn)物中有鐵粉的方法是：

用磁鐵吸(或加稀鹽酸有氣泡)實(shí)驗(yàn)步驟：①.按以下圖組裝儀器，并檢查其氣密性。②把少量研細(xì)的氧化鐵粉末裝進(jìn)硬質(zhì)玻璃管中。③把硬質(zhì)玻璃管接入裝置系統(tǒng)中，先通入一氧化碳?xì)怏w排除空氣，防止一氧化碳與空氣混合受熱爆炸。點(diǎn)燃出氣口處的酒精燈(或用氣球收集)，防止一氧化碳污染空氣。待排盡后，點(diǎn)燃酒精噴燈，并觀察裝置中所發(fā)生的變化。④當(dāng)紅棕色粉末已轉(zhuǎn)變成黑色后，停止加熱，再通入一會兒一氧化碳，直至玻璃管冷卻，防止Fe被氧化。一氧化碳還原氧化鐵必須在封閉的硬質(zhì)玻管中進(jìn)行，防止一氧化碳污染空氣?！?〕、原料：黃鐵礦FeS2赤鐵礦Fe2O3菱鐵礦FeCO3磁鐵礦Fe3O4〔2〕、原理：在高溫下，利用焦炭與氧氣反響生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石中復(fù)原出來Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高溫石灰石、鐵礦石焦炭、空氣〔3〕、設(shè)備：高爐化學(xué)方程式：70%48.27%46.67%72.41%含鐵量2.工業(yè)煉鐵：鐵礦石焦炭熱空氣爐渣出口生鐵出口石灰石高爐煉鐵圖：煉鐵高爐鐵礦石、焦炭、石灰石Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高溫CO2＋C2CO

高溫C

+

O2

CO2

點(diǎn)燃煉鐵時(shí)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復(fù)原為具有復(fù)原性的CO，因此在煉鐵高爐中起主要作用的復(fù)原劑是CO，優(yōu)點(diǎn)是氣體復(fù)原劑具有流動(dòng)性，能與礦石充分接觸，使反響更徹底。18.煉鋼和煉鐵的比較生鐵冶煉煉鋼原料鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石

生鐵、廢鋼原理在高溫下，用一氧化碳從鐵的氧化物中將鐵還原出來。Fe2O3+3CO2Fe+3CO2用氧氣或鐵的氧化物除去生鐵中多余的碳元素主要設(shè)備高爐轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐產(chǎn)品生鐵鋼高溫19.

在實(shí)際生產(chǎn)時(shí),所用的原料或產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì),在計(jì)算用料時(shí)和產(chǎn)量時(shí),應(yīng)考慮到雜質(zhì)問題。不純物質(zhì)、純物質(zhì)、純度之間的關(guān)系：列比例時(shí)，一定要用純量。3.含雜質(zhì)的物質(zhì)的化學(xué)方程式的計(jì)算：m(純)=m(不純)×純度m(不純)=m(純)÷純度例題：用1000t含氧化鐵(Fe2O3)

80%的赤鐵礦石，理論上可煉含鐵96%的生鐵多少噸？Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高溫解：1000t赤鐵礦石中含氧化鐵的質(zhì)量為1000t×80%＝800t。設(shè)800t氧化鐵理論上可以煉出鐵的質(zhì)量為X。160112800tX160800t=112XX＝560t折合含鐵96%的生鐵的質(zhì)量為560t÷96%＝583t

(純化雜)答：1000t含氧化鐵(Fe2O3)80%的赤鐵礦石，理論上可煉出含鐵96%的生鐵為583t?；蛟O(shè)800t氧化鐵理論上可以煉含鐵96%的生鐵質(zhì)量為X。Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高溫160112800tX×96%160:112＝800t:X×96%X＝583t

(雜化純)鐵的冶煉⑵設(shè)需含F(xiàn)e2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的赤鐵礦石的質(zhì)量為x。解：⑴生鐵中含純鐵：3000t×(1－5%)=2850t.Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2112X·85%2850t

高溫160X·85%=1122850tX≈4790t答：⑴該3000t生鐵中含純鐵2850t。⑵該煉鋼廠每天需含F(xiàn)e2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的赤鐵礦石為4790t。1.某煉鋼廠日產(chǎn)含雜質(zhì)5%的生鐵3000t，試計(jì)算：⑴該3000t生鐵中含純鐵多少噸？⑵該煉鋼廠每天需含F(xiàn)e2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的赤鐵礦石多少噸？〔計(jì)算結(jié)果保存整數(shù)〕練習(xí)：2.以下圖是課堂中模擬煉鐵的實(shí)驗(yàn)裝置。

〔1〕寫出圖中標(biāo)有序號的儀器名稱①，②。(2)實(shí)驗(yàn)過程中，先要進(jìn)行的是______________?！蔡睥窕颌颉尝瘢訜幄颍ㄒ谎趸?3)A中反響的化學(xué)方程式是。B中反響的化學(xué)方程式是，B中觀察到的現(xiàn)象是_______________。(4)該裝置的缺乏之處是。鐵架臺試管ⅡFe2O3+3CO===2Fe+3CO2高溫沒有尾氣處理裝置〔或沒有用燃著的酒精燈處理尾氣等〕Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O澄清的石灰水變渾濁①②3.右以下圖是金屬活動(dòng)性順序表中銅、錫、鐵和鋁元素被人類大規(guī)模開發(fā)、利用的大致年限。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu約6000年前約200年前約6000年前約2500年前⑴選擇編號填空：鋁的利用比銅和鐵晚得多，原因是；目前鋁在多個(gè)領(lǐng)域替代易生銹的鋼鐵，其主要原因是。①鋁的密度?、阡X很活潑③地殼中鋁的含量高④鋁的外表易生成致密的保護(hù)膜②①④第八單元金屬和金屬材料課題3金屬資源的利用和保護(hù)第二課時(shí)為什么要保護(hù)金屬資源？二、金屬資源保護(hù)保護(hù)金屬資源的原因：⑴每年大量開采(數(shù)以億噸計(jì))⑵每年大量的金屬被腐蝕(相當(dāng)于年產(chǎn)量的20%~40%)P181.金屬的腐蝕和防護(hù)人們采取了許多措施，但每年全世界因生銹而損失的鋼鐵約占世界年產(chǎn)量的四分之一！如何防銹？實(shí)驗(yàn)：探究鐵生銹的條件123鐵在枯燥空氣中鐵在有水而無空氣〔氧氣〕時(shí)鐵在有空氣和水時(shí)用植物油液封用橡皮塞塞緊管口

一周后鐵釘浸沒一半在水中：鐵在空氣、水的界面處生銹嚴(yán)重鐵釘完全浸沒在水中〔上面還加植物油〕：鐵未生銹鐵釘放在枯燥的空氣中〔加枯燥劑等〕：鐵未生銹全浸在水中食鹽水中干燥空氣中1231．鐵生銹是鐵與氧氣、水等物質(zhì)相互作用?！簿徛趸?放熱〕2.在有酸性和鹽條件下會加快生銹速率3．鐵銹〔混合物〕的主要成分是氧化鐵Fe2O3·XH2O，紅棕色.結(jié)論:氧化鐵與鋁壺外表的氧化鋁膜性質(zhì)比較

鐵銹(Fe2O3·XH2O)氧化鋁

(Al2O3)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)若不除去結(jié)果疏松多孔完全銹蝕致密結(jié)實(shí)使鋁“自我保護(hù)〞鐵鐵銹與空氣〔氧氣〕接觸與水接觸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(xué)反響速度)較不活潑金屬接觸〔置換反響)經(jīng)刮擦或凹凸扭曲外表(增加接觸面)氧氣水生銹

怎樣防止鐵生銹加上保護(hù)層(1)加上油漆、塑膠層或油脂(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(hù)由鍍鋅鐵制造的水桶。把鐵與一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(yīng)，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(jié)構(gòu)制成合金，如不銹鋼形成保護(hù)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(xué)反響使外表形成致密的氧化物薄膜等改善腐蝕環(huán)境等等保持鐵制品外表枯燥和潔凈〔1)隔絕空氣或氧氣(2)隔絕水①保持鋼鐵外表的清潔枯燥。②鍍金屬保護(hù)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(hù)層：如噴涂油漆、涂防銹油、在臉盆、杯子外表燒涂搪瓷、用橡膠或塑料包在鋼鐵外表。④形成氧化膜保護(hù)層：槍套上形成四氧化三鐵、鋸條上的烤藍(lán)。⑤在鋼鐵里參加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：⑴三角架：⑵鋼線(輻條〕：⑷鏈條：刷漆鍍一層耐腐蝕的金屬涂油等平時(shí)要保持自行車的潔凈與枯燥〔或涂油〕！自行車防銹措施有哪些？討論：⑶鋼圈：

圖8-25據(jù)估計(jì)一些礦物可供開采的年限2.金屬資源保護(hù)⑴為什么要保護(hù)金屬資源？礦物的儲量是有限的，而且不能再生。2、怎樣保護(hù)金屬資源呢?P19⑴防止金屬的腐蝕。⑵金屬的回收與利用。⑶有方案,合理地開采礦物,嚴(yán)禁不顧國家利益的亂采礦。⑷尋找金屬代用品。如以塑代鋼。圖8-26金屬的回收利用回收一個(gè)鋁制的易拉罐比制造一個(gè)新的鋁制的易拉罐要廉價(jià)20%，而且還可以節(jié)約金屬資源和95%能源。目前世界上有50%以上的鐵和90%以上的金得到回收利用。金屬資源的保護(hù)反響練習(xí)1.在以下情況下，埋在地下的鑄鐵管道腐蝕最快的是〔〕A.在潮濕、致密的土壤中B.在枯燥、致密的土壤中C.在潮濕、疏松的土壤中D.在枯燥、疏松的土壤中2.某運(yùn)輸用鐵船，在水中行駛，最易生銹的部位是(

)CBA.水面上的船頭局部B.水面附近的船體局部C.水面下的船底局部D.各局部都一樣速度生銹3.日常生活中的一些鐵制品經(jīng)常會被銹蝕。以下做法中不能起防銹作用的是〔〕①在鐵制品外表鍍鋅②在鐵制品外表涂油脂③保存鐵件外表的鐵銹作保護(hù)層④在鐵器外表刷油漆⑤自行車臟了用清水沖洗⑥用廢酸液沖洗鐵制污水管道⑦切完咸菜后，盡快將菜刀洗凈擦干A.②⑤B.③⑤⑥C.①③⑦D.②⑥⑦B4.全世界每年因生銹損失的鋼鐵約占世界鋼鐵年產(chǎn)量的1/4。某學(xué)生想探究鐵生銹的條件，他將干凈的鐵釘分別同時(shí)入放A、B、C三支試管中進(jìn)行研究。⑴請你幫助該學(xué)生完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容：編號操作方法實(shí)驗(yàn)?zāi)康腁探究鐵在干燥空氣中的生銹情況B放入鐵釘，注入蒸餾水浸沒鐵釘，并用植物油液封C探究鐵在有空氣和水時(shí)的生銹情況加熱烘干試管，小心放入鐵釘，塞上塞子

探究鐵在有水而無空氣〔氧氣〕時(shí)的生銹情況小心放入鐵釘，注入蒸餾水，使鐵釘局部浸入水中⑵一周后，編號為________的試管中的鐵釘最易生銹。⑶用相同材料制作，經(jīng)過相同時(shí)間防銹處理的鐵欄桿，安裝在南方比安裝在北方更易生銹，其原因是___________________________________。C南方比北方天氣潮濕，鐵更易生銹ABC鐵在枯燥空氣中鐵在有水而無空氣〔氧氣〕時(shí)鐵在有空氣和水時(shí)用植物油液封用橡皮塞塞緊管口3CO+

Fe2O3

2Fe

+

3CO2

；====高溫1.把鐵礦石冶煉成鐵是一個(gè)復(fù)雜的過程，其主要反響原理是在高溫條件下CO作復(fù)原劑，奪取鐵礦石里的氧，將鐵復(fù)原出來。2.在實(shí)際生產(chǎn)時(shí),所用的原料或產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì),在計(jì)算用料時(shí)和產(chǎn)量時(shí),應(yīng)考慮到雜質(zhì)問題。3.鐵生銹的條件是鐵與空氣中的氧氣、水(或水蒸氣)直接接觸，如果隔絕了空氣和水，就能在一定程度上防止鋼鐵生銹。在鐵外表涂油、刷漆、鍍上耐磨和耐腐蝕的鉻及制造耐腐蝕的合金，如不銹鋼等，就能防止鋼鐵生銹。

4.保護(hù)金屬資源的有效途徑是防止金屬的腐蝕、回收與利用廢舊金屬、合理有效地地開采礦物,以及尋找金屬代用品等。列比例時(shí)，一定要用純量。m(純)=m(不純)×純度4Fe+3O2+2XH2O=2Fe2O3·XH2O本單元小結(jié)：一、金屬和金屬材料金屬與非金屬物理性質(zhì)的比較：物理性質(zhì)金屬非金屬狀態(tài)

在常溫下，除汞(Hg)是液體外，其余都是固體

在常溫下，有固、液、氣三態(tài)密度

一般較大

一般較小光澤

有

一般無導(dǎo)電性導(dǎo)熱性能導(dǎo)電、導(dǎo)熱

一般不導(dǎo)電、不導(dǎo)熱延展性有沒有

2.金屬材料包括純金屬和合金。把兩種或兩種以上的金屬熔合在一起，或者把金屬和非金屬熔合在一起，就可以得到具有金屬特性的合金。由于合金的很多性能一般比組成它們的純金屬更好，因此，在實(shí)際中大量使用的金屬材料是合金。二、金屬的化學(xué)性質(zhì)1.很多金屬都能與氧氣、鹽酸和稀硫酸等起反響，但反響的難易和劇烈程度不同。)以Fe、Al、Cu為例，寫出它與氧氣、稀硫酸反響的化學(xué)方程式。

，

。

Fe

+

H2SO4

＝

FeSO4

+

H2↑2Al

+3H2SO4

＝

Al2(SO4)3

+3H2↑3Fe

+

2O2Fe3O4點(diǎn)燃4Al

+

3O22Al2O3點(diǎn)燃2Cu

+

O2

2CuO

△Cu

+

H2SO4→不反響2.由一種單質(zhì)和一種化合物反響，生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反響叫做置換反響。例如如果用A+B→C來表示化合反響的話，請用相似的方法來表示分解反響和置換反響。置換反響：A+BC→B+AC分解反響：AB→A+B

，

。

Zn

+

H2SO4

＝ZnSO4

+

H2↑Fe

+

CuSO4

＝

FeSO4

+

Cu3.常見金屬活動(dòng)性順序如下：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬活動(dòng)性，由強(qiáng)逐漸減弱舉例說明金屬活動(dòng)性順序可以給你哪些判斷的依據(jù)：

。

。

⑴只有排在H前面的才能置換酸中的氫。⑵只有排在前面的金屬才能把排在后面的金屬從它們的化合物的溶液中置換出來。(KCaNa特殊、反響復(fù)雜)三、金屬資源保護(hù)3CO+

Fe2O3

2Fe

+

3CO2

；====高溫1.把鐵礦石冶煉成鐵的主要反響原理是：在實(shí)際生產(chǎn)時(shí),還會遇到有關(guān)雜質(zhì)的計(jì)算問題。2.鐵銹蝕的主要條件以及防止鐵銹蝕的主要措施是：鐵銹蝕的主要條件是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生化學(xué)反響。防止鐵銹蝕的主要措施是在鐵外表涂油、刷漆、鍍上耐磨和耐腐蝕的鉻及制造耐腐蝕的合金，如不銹鋼等，就能防止鋼鐵生銹。

防止金屬的腐蝕、回收與利用廢舊金屬、合理有效地地開采礦物,以及尋找金屬代用品等。4.保護(hù)金屬資源的有效途徑是：列比例時(shí)，一定要用純量。m(純)=m(不純)×純度4.某課外興趣小組對一批鐵樣品〔含有雜質(zhì)，雜質(zhì)不溶于水，也不與稀硫酸反響〕進(jìn)行分析，甲、乙、丙三位同學(xué)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中只有一位同學(xué)所取用的稀硫酸與鐵樣品恰好完全反響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

請你認(rèn)真分析數(shù)據(jù)，答復(fù)以下問題：⑴哪位同學(xué)所取用的稀硫酸與