课题8.3.1 金属资源的利用和保护课件.ppt

世界跨径最大的斜拉桥 苏通大桥 苏通大桥总长8206米 斜拉桥主孔跨度1088米 列世界第一 主塔高度306米 列世界第一 斜拉索的长度580米 列世界第一 课题3金属资源的利用和保护 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 4 知道废旧金属对环境的污染 认识回收利用废旧金属等金属资源保护的重要性 学习目标 2 知道一些常见金属如铁 铝 铜等的矿物 了解从铁矿石中将铁还原出来的方法 3 会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关的计算 1 了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法 2 会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关的计算 1 了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法 重点 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 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 地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中 除少数很不活泼的金属如金 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 资料 金属元素在地壳中含量 地壳中含量最多的金属是Al 磁铁矿 Fe3O4 褐铁矿 Fe2O3 nH2O 黄铁矿 FeS2 赤铁矿 Fe2O3 常见的铁矿石 菱铁矿 主要成分是FeCO3 蓝铜矿 Cu2 CO3 2 OH 2 孔雀石 Cu2 OH 2CO3 常见的铜矿石 黄铜矿 CuFeS2 辉铜矿 Cu2S 金红石 TiO2 闪锌矿 其它矿石 铝土矿主要成分是Al2O3 中国已探明储量的金属矿产有54种 铁矿 全国已探明的铁矿区有1834处 锰矿 全国已探明的锰矿区共有213处铬铁矿 有56处产地 铜矿 已探明矿区910处 铝土矿 有310处产地 铅锌矿 有产地700多处 镍矿 有产地近百处 钼矿 有产地222处 钨矿 探明产地252处 锡矿 探明产地293处 汞 锑矿 探明汞产地103处 锑产地111处 金矿 探明矿区1265处 银矿 探明产地569处 矿产与数字 我国是世界上已知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 锰等储量在世界观上也占有重要志地位 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 资料 生熟炼铁炉一 生熟炼铁炉二 图8 19我国古代炼铁图 铁的冶炼 早在春秋战国时期 我国就开始生产和使用铁器 从公元1世纪起 铁便成了一种最主要的金属材料 将化合物中的金属元素提取出来的过程称之为金属的冶炼 在我国冶炼量最大的就是铁 工业炼铁 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 思考 根据你所学的化学知识 可通过哪些途径得到金属材料 铁 磁铁矿 主要成分Fe3O4 赤铁矿 主要成分Fe2O3 想一想 假如你是炼铁厂的厂长 你认为哪种矿石最不适宜作为工业炼铁的原料 除了焦炭和一氧化碳可以还原出铁来 氢气也可以 你准备选用哪种物质来炼铁 70 72 4 48 3 46 7 Fe2O3 3CO2Fe 3CO2 高温 演示实验 原理 在高温条件下 利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来 铁的冶炼 实验过程中能观察到什么现象 酒精灯 澄清石灰水的作用分别是什么 尾气处理 用燃着的酒精灯将尾气点燃或 用气球收集尾气 现象 红色的Fe2O3变成灰黑色 同时产生的气体使澄清的石灰水变浑浊 点燃尾气有蓝色火焰 用酒精灯点燃尾气的作用是 防止一氧化碳污染空气 相关的化学方程式 实验室用一氧化碳还原氧化铁 把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻璃管中 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 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 按右图组装仪器 并检查其气密性 注 实验前要先通CO将玻璃管中的空气排尽再加热 防止加热时CO与空气混合发生爆炸 实验完毕后 停止加热时要继续通CO至玻璃管内固体冷却 防止高温下的生成物铁与空气接触而被氧化 同时还可防止石灰水倒吸 实验步骤 答 为了排尽试管中的空气以免引起一氧化碳燃烧而发生爆炸 答 防止Fe被氧化 防止石灰水倒吸 1 反应刚开始时为什么要先通一氧化碳后加热氧化铁 2 为什么当红色粉末变成黑色时要等试管冷却后才停止通入一氧化碳能否先停止通一氧化碳后停止加热 3 为什么反应装置后面要用酒精灯点燃尾气 4 你还有其他处理尾气的方法吗 答 防止一氧化碳污染空气 思考 1 原料 2 原理 在高温下 利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来 石灰石 铁矿石焦炭 空气 3 设备 高炉 化学方程式 工业炼铁 CO是还原剂 Fe2O3是氧化剂 Fe2O3 生铁 炉渣 进风口 铁矿石 焦炭 热空气 炉渣出口 生铁出口 石灰石 高炉炼铁图 产物 1 生铁 2 高炉煤气 CO CO2 N2 大量灰尘等 3 炉渣 主要是CaSiO3 高炉是个竖直的圆筒形炉子 炉壳用钢板制成 内部用耐火砖作衬里 炼铁的主要原料是铁矿石 焦炭 石灰石和空气 高温下 用还原剂 主要是一氧化碳 从铁矿石里把铁还原出来 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还原为具有还原性的CO 因此在炼铁高炉中起主要作用的还原剂是CO 优点是气体还原剂具有流动性 能与矿石充分接触 使反应更彻底 问题1 原料中焦炭和石灰石的作用是什么 答 焦炭的作用是作燃料和形成还原剂 石灰石的作用是作熔剂 除脉石 将铁矿石中的SiO2转变为炉渣 问题2 生铁含那些成分 问题3 高炉煤气能否直接排放 怎么处理 答 生铁主要含铁 除此之外还含有2 4 3 的碳 还含有锰 硅 硫 磷等元素 答 高炉煤气不可直接排放 必须净化处理并加以综合利用 想一想 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 有关杂质问题的计算 例 1000t含氧化铁80 的赤铁矿石 理论上可炼出纯铁的质量是多少 解 氧化铁的质量 1000t 80 800t 答 1000t可炼出生铁为560t 解得 x 560t 设 理论上可炼出铁的质量为x 1602 56800tx 注意 化学方程式计算的数据应是纯净物的质量 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 160112 800tx 解得 x 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 160112800tx 96 解得 x 583t 杂化纯 例 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 1 要炼出含杂质3 的生铁2000吨 需要含四氧化三铁质量分数为90 的磁铁矿石多少 解 铁的质量 2000t 1 3 1940t 折合为磁铁矿石的质量为 2679t 90 2977t 答 磁铁矿石的质量为2977t 中考链接 设 可炼出四氧化三铁的质量为x 232168x1940t 解得 x 2679t 解 生铁中含纯铁 3000t 1 5 2850t 解得 x 4790t 答 该3000t生铁中含纯铁2850t 该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85 的赤铁矿石为4790t 2 某炼钢厂日产含杂质5 的生铁3000t 试计算 该3000t生铁中含纯铁多少吨 该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85 的赤铁矿石多少吨 计算结果保留整数 设需含Fe2O3质量分数为85 的赤铁矿石的质量为x 3 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 2 实验过程中 先要进行的是 填 或 加热 通一氧化碳 3 A中反应的化学方程式是 B中反应的化学方程式是 B中观察到的现象是 4 该装置的不足之处是 铁架台 试管 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 A B 4 右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 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 铝的密度小 铝很活泼 地壳中铝的含量高 铝的表面易生成致密的保护膜 钢铁的冶炼是人类文明的一个重要标志 右图是实验室模拟炼铁的装置图 写出冶炼生铁的化学方程式 能证明产物中有铁粉的方法是 用磁铁吸 或加稀盐酸有气泡 在组装仪器时 把玻璃管插入橡胶管的操作方法是 此装置有不完善的地方 请说出其中一种改进方法 用气球收集尾气或用燃着的酒精灯点燃 导管一端用水润湿后旋转插入 5 某炼铁厂用于炼铁的主要原料是赤铁矿石 主要含有Fe2O3 焦炭 空气等 主要反应过程如下图所示 炼铁厂用于炼铁的主要设备是 在上述框图中A B所对应的有关反应生成物的化学式分别是 写出上述反应的化学方程式 在此过程中 焦炭的作用是 高炉 一氧化碳 产生一氧化碳 提供热量 二氧化碳 炼钢工业 1 反应原理高温下 用氧化剂把生铁里过多的碳和其它杂质氧化成气体或炉渣而除去 2 目的 降碳 调硅锰 去硫磷 3主要反应 分三个阶段 炼钢 1 氧化造渣2Fe O2 2FeO Q2FeO Si SiO2 2Fe QFeO Mn Fe MnO QFeO C CO Fe 生成的二氧化硅 氧化锰与造渣材料生石灰相互作用成为炉渣 高温 高温 高温 高温 3 主要反应 分三个阶段 2 去硫 磷FeS CaO FeO CaS2P 5FeO 3CaO 5Fe Ca3 PO4 2 3 脱氧用硅铁 锰铁或金属铝来还原钢水中含有的少量FeO2FeO Si SiO2 2Fe3FeO 2Al 3Fe Al2O3FeO Mn Fe MnO生成的二氧化硅等大部分形成炉渣而除去 部分的硅 锰等留在钢里以调整钢的成分 钢水合格后 可以浇成钢的铸件或钢锭 钢锭可以再轧成各种钢材 高温 高温 高温 高温 高温 方法 转炉 电炉 平炉 氧气顶吹转炉炼钢法 1 转炉的构造 2 原料 生铁 液态 氧气 适量的造渣材料 如生石灰等 脱氧剂 3 热源 依靠熔融铁水中的杂质等被氧气氧化所放出的热量 不需要燃料 问题1 为什么要用纯氧来代替空气炼钢 问题2 炼钢过程中产生的大量棕色烟