初三化学讲学案金属资源的保护和利用.doc

初三化学 第十五讲 金属资源的保护和利用 【知识梳理】 1.元素的存在形式自然界中的元素有两种存在形态:一种是以单质的形态存在，叫做元素的 ;一种是以化合物的形态存在，叫做元素的 。 2.矿石 工业上能用来提炼金属的矿物叫做矿石。常见的矿石。(了解） 3.金属的分类工业上把金属分为黑色金属和有色金属两大类。（黑色金属包括铁、锰、铬，它们或它们的合金的表面常呈灰黑色。除铁、铬、锰外，其余金属均为有色金属。）地壳中金属元素的含量并不相同位于前五位的金属元素是 、 、 、 、钾。 4.铁的冶炼（1）炼铁的原料：铁矿石、焦炭和石灰石是炼铁的主要原料。铁矿石主要是磁铁矿、赤铁矿和菱铁矿等。焦炭的作用是提供热量和作为还原剂，石灰石主要是作熔剂，除去铁矿石中的SiO2等杂质。 （2）炼铁的原理和设备 在高温条件下，利用还原剂一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。炼铁的主要设备是炼铁高炉。 （3）炼铁的过程及反应 焦炭燃烧产生热量并生成还原剂CO。 C+O2 点燃CO2 C + CO2 高温2CO 氧化铁被CO还原成铁。 5.铁的腐蚀和防护 （1）铁生锈的条件铁生锈的主要条件是:与空气和水蒸气直接接触。铁制品锈蚀的过程，实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生复杂的化学反应，铁锈的主要成分是Fe2O3xH2O。（2）铁的防锈原理是：隔绝空气或水，使铁失去生锈的条件。防锈措施: 一是保持铁制品表面的洁净和干燥。 二是在铁制品表面涂上一层保护膜，防止铁与氧气和水的反应，例如:刷一层油漆;涂 上一层机油;电镀一层不易生锈的金属，如镀锌等;经加工使金属表面生成一层致密的氧化膜，如烤蓝;在金属表面覆盖搪瓷、塑料等。 三是形成合金，以改变金属内部组织的结构。例如，在钢中加人镍可增强防锈能力，含铬18%和含镍8%的合金钢常称为“铬镍不锈钢”。 （3）除锈 铁锈能与稀酸反应生成可溶性的物质(酸不宜过量)。 Fe2O3十6 HC1=2 FeCl2+ 3 H2O Fe2O3+3H2SO4 =Fe2(SO4)3十3H2O现象:铁锈逐渐消失，溶液由无色变成黄色。 6.保护金属资源的途径 (1)防止金属腐蚀。 (2)金属的回收和利用。 (3)有计划、合理地开采矿物。(4)寻找金属的代用品。 【考点精讲】 考点一:金属材料的性质和用途 1.下列物质的用途主要利用其化学性质的是( )。 A.氧气用于医疗急救 B.干冰用于人工降雨 C.铜、铝用于制作导线 D.汽油用于衣物除油 2.2010年5月，孙中山先生铜像回迁至南京市新街口。铜及铜合金属于( )。 A.天然材料 B.金属材料 C.复合材料 D.合成材料 3. 金属在生产和生活中有广泛的应用。 (1)下列金属制品中，利用金属导电性的是 (填字母序号)。 （2）铁制品在沙漠地区不易锈蚀的原因是 。 （3）一氧化碳和赤铁矿炼铁反应的化学方程式为: 。 (4)某厂排放的废水中含有硫酸铜，将废水处理可得到铜和铁红(氧化铁)两种产品。过程如图所示(废水中的其他物质不参与反应): 过程中发生反应的化学方程式为 。 AG七种物质中含铁元素的有 (填字母代号)。考点二 合金 1.铁及其合金在生产、生活中应用广泛。下列关于铁及其合金的说法中正确的是( )。 A.铁是地壳中含量最丰富的金属元素 B.不锈钢的抗腐蚀性好，可用于制造医疗器械 C.铁丝能在氧气中剧烈燃烧、火星四射，生成氧化铁 D.铁生锈是铁与空气中的氧气、水发生缓慢氧化的过程 2.我国第国套人民币硬币从1999年开始发行，一元币为钢芯镀镍(Ni)，伍角币为钢芯镀铜合金，一角币为铝合金或不锈钢。 (1)铸造以上硬币用到的材料都是 (填“合成材料”或“金属材料”)。 (2)选择铸造硬币的材料不需要考虑的因素是 (填序号)。 A.金属的导电性 B.金属的耐腐蚀性 C.金属的硬度 D.金属价格与硬币面值的吻合度(3) 以上硬币中涉及Fe、Cu、Al、Ni(镍)，已知Ni能够发生如下反应:Ni+ H2SO4= H2+ NiSO4 ; Fe-+NiCl2=Ni+FeCl2。 这两个反应的基本类型都是 。四种金属的活动性由强到弱的顺序为 。(用元素符号表示)。 考点三金属活动性顺序 1.为比较A、B、C三种金属的活动性，某同学设计了如图所示实验，由此判断三种金属活动性由强到弱的顺序是( )。 A. ACB B. ABC C. CAB D. BCA 3.同学们在实验室发现了三种金属铝、铁、铜，其中有一块铜片生锈了，表面附有部分铜绿，铜绿的主要成分是Cu2(OH)2CO3，他们的实验探究过程如下: (1)铜绿是铜与空气中的氧气、水和 (填化学式)共同作用的结果。(2)为探究铝、铁、铜的活动性顺序，某同学设计了一组实验:铝片浸人稀硫酸中;铜片浸人稀硫酸中;铝片浸人氯化亚铁溶液中，这组实验还不能完全证明三种金属的活动性顺序。请你补充一个实验来达到实验目的(写出实验步骤、现象) 。 (3)他们还想用加热的方法除去铜绿，加热时却发现铜片表面全部变黑。经查阅资料知道:铜绿受热分解会生成黑色的氧化铜;酒精在不完全燃烧时会生成炭黑;炭黑与稀硫酸不反应。 a.他们提出猜想:该黑色物质可能是氧化铜，也可能是氧化铜和 的混合物。 b.设计了下述实验方案，用于检验黑色物质。实验步骤 实验现象结论剪下一片变黑的铜片，放人盛有足量稀硫酸的试管中，微热铜片表面黑色固体全部消失，露出红色的铜，溶液变 色此黑色固体是 (填化学式) 考点四、炼铁反应原理的实验探究 1.实验装置 2.实验步骤(1)检验装置的气密性。 (2)装人药品并固定。 (3)向玻璃管内通人一氧化碳气体。 (4)给氧化铁加热。 (5)停止加热。 (6)停止通一氧化碳。 3.实验现象 红色粉末逐渐变为黑色粉末，澄清石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。 4.化学反应方程式： 5.实验注意事项 (1)为了使反应在高温下进行，用酒精喷灯加热。 (2)先通CO，再加热;实验完毕，停止加热，继续通CO至试管冷却。 (3)CO有剧毒，尾气必须处理(烧掉或收集集中处理)。 例题精讲 2011年是国际化学年(IYC2011)，其宗旨是“增进公众对化学重要性的认识，鼓励青年人热爱化学，学习和研究化学”。如图所示是某校化学兴趣小组的同学，对课本中一氧化碳还原氧化铁实验进行了绿色化改进后制取单质铁(K1、K2是活塞)。 (1)关闭K1、开启K1，可以验证CO还原Fe2 O3的产物。这是关于气体的实验，实验前必须对装置进行 。CO还原Fe2 O3的化学方程式为 。 在e处点燃气体的目的是 。 (2)关闭K2，开启K1，可以将d口出来的气体再从a通人装置而循环使用。 c瓶中装 (填序号)。 A.澄清石灰水 B.水 C.石蕊溶液 D.浓硫酸 反应完后(假设b瓶中NaOH全部转化为纯碱)，要从b瓶中溶液得到纯碱固体，必要的实验操作为转移、 、结晶。 该实验这样改进的主要优点是 。 例题精讲 某学生改进了CO还原Fe2 O3的实验装置，如图所示。 (1)若先给Fe2 O3加热，再通人CO，可能会产生的后果及原因是: 。 (2)写出装置A中发生反应的化学方程式 。 (3)装置B中产生的现象可以判断反应是否开始发生，则装置B中的试剂是 (填名称)。 (4)装置C的作用是: 。 (5)装置C收集气体的方法叫做什么?收集在装置C集气瓶中的气体应如何处理? 。 可燃性气体在点燃或加热前一定要先验纯或排净空气，以防爆炸;排放的尾气要经过处理，以防止污染空气。 考点五、铁制品锈蚀的条件及粉锈的方法 1.铁制品锈蚀条件：铁制品锈蚀的条件是:与氧气和水等物质相互作用。铁锈的主要成分是Fe2O3 2.防止铁制品锈蚀的方法 练习1.将洁净光亮的铁钉放在潮湿的棉花中比放在空气中更易生锈，主要原因是( )。 A.铁钉附近湿度增大 B.隔绝了氧气 C.温度更低 D.更易与二氧化碳反应 2.人类的生产和生活都离不开金属。 （1）金属元素在自然界中分布很广，地壳中含量最多的金属元素是 。金属以矿物形式存在，如图所示下列矿石的主要成分属于氧化物的是 (填化学式)。 （2）铁是应用最广泛的金属。 工业常用赤铁矿和一氧化碳在高温条件下炼铁，该反应的化学方程式为 。 使用过的菜刀、铁锅等铁制品，清洗后需要及时擦干放置，可以减少 对铁锈蚀的影响。 (3)将一定量的锌加人到稀硫酸、硫酸亚铁和硫酸铜的混合溶液中，充分反应后过滤，向滤渣中加人盐酸，有气泡产生。滤渣和滤液中一定有的物质是 。 考点六 有关含杂质物质的化学方程式的计算 1.纯净物与含杂质物质的换算关系 2.含杂质物质的有关化学方程式的计算步骤 (1)将含杂质的物质质量换算成纯物质的质量。 纯物质的质量一含杂质物质质量X纯度 (2)将纯物质质量代人化学方程式进行计算。 (3)将计算得到的纯物质质量换算成含杂质物质质量。 例题精讲 某课外活动小组，为了检测本地钢铁厂生铁产品的质量，在实验室中称取生铁屑样品10. 0 g放人烧杯中，加人一定量的稀硫酸。加热，使之充分反应(杂质不参加反应)，然后冷却、称量。反应后烧杯中物质的质量比反应前减少了0. 34 g。计算: (1)生铁样品中杂质的含量。 (2)生产100 t这种生铁，至少需要含氧化铁80%的赤铁矿的质量。 【基础训练】 一、选择题 1.下列与金属有关的说法正确的是( )。 A.生铁和钢都是铁的合金 B.废旧电池可以随意丢弃，不会对环境造成污染 C.银的导电性比铜强，所以一般用银作电线 D.铁矿石在地壳中含量最丰富，可以随意开采 2.取3枚洁净无锈的铁钉，分别放人3支试管中，加人如图所示的物质进行实验，试管中铁钉锈蚀速度由快到慢的顺序为（ ）。 A. B. C. D. 3.如图8一3一6所示，在盛水的试管中放人一根洁净的铁钉，用带U形管的胶塞塞紧，U形管内水面处于同一高度，一周后观察铁钉和U形管内水面变化，发现( )。 A.铁钉未锈蚀，水面一样高 B.铁钉未锈蚀，水面左低右高 C.铁钉锈蚀，水面左高右低 D.铁钉锈蚀，U形管水从右边全部溢出 4.日常生活中的一些铁制品经常会被锈蚀。下列做法中不能起防锈作用的是( )。 在铁制品表面镀锌; 在铁制品表面涂油脂; 保留铁件表面的铁锈作保护层; 在铁器表面刷油漆; 自行车脏了用清水冲洗; 用废酸液冲洗铁制污水管道; 切完咸菜后，尽快将菜刀洗净擦干。 A. B. C. D. 5.“绿箱子环保计划废弃手机及配件回收联合行动”已在全国40个重点城市中开展了近两年。下列有关废弃手机中的金属材料回收利用的说法不正确的是( )。 A.可以节约金属资源 B.可以节约冶炼相关金属所消耗的能源 C.可以减少对环境的污染 D.回收废弃手机中的金属材料没有任何价值 6.下列关于金属资源的说法，你不赞成的是( )。 A.地球上除少数不活泼的金属如金、银等以单质形式存在外，其余的金属都以化合物的形式存在 B.地球上的金属资源是取之不尽的 C.防止金属腐蚀、回收利用废旧金属可以保护金属资源和环境 D.合理开采矿物、寻找金属代用品都是保护金属资源的有效途径 二、填空题 7.人类生活离不开金属。铁是生活中常用的金属。某“取暖片”中发热剂主要成分有铁粉、活性炭、氯化钠、水等，其发热是利用铁生锈时会放热。 （1）发热剂需接触到空气才会发热，原因是铁要与 、 等物质共同作用才会生锈。 推测发热剂成分中氯化钠的作用是 。 （2）应用金属活动性顺序能帮助我们进一步学习金属性质。 已知下列各组物质间均能发生置换反应。 A. Fe和CuSO4溶液 B. Mg和MnSO4溶液 C. Mn和FeSO4溶液 写出Fe和CuSO4溶液反应的化学方程式: 。 2Mn、Fe、Mg、Cu四种金属的活动性由强到弱的顺序是 。 8.炼铁高炉发生的主要反应有: 根据以上反应推断:炼铁的原料主要有 、 ;还原铁矿石的反应是 (填序号，下同);造渣的反应是 ;热量来源的反应是 。 9.钢铁是人类生活和生产中非常重要的材料，但全世界每年都有约1/4的钢铁因生锈损失。某化学课外活动小组对钢铁制品锈蚀的条件进行了如下探究，设计了如图所示的实验，据此回答下列有关问题: (1)常温下，铁生锈的条件是铁与 和 等物质相互作用的结果，铁锈的主要成分是 (用化学式表示)。 (2)欲除去铁锈，同学们提出了3种不同的实验方法:用砂纸擦;稀盐酸洗;用稀碱液泡。你认为最有效的方法是 (填序号)。 (3)如何防止家庭中常用的铁制品生锈，简单易行的方法有(列举一种方法) 。 三、实验题10.某钢铁厂冶炼4000 t含杂质4%的生铁，需要含Fe3O485%的磁铁矿石多少吨? 【提高训练】 一、选择题 1.中国有广阔的海域，拥有航空母舰保卫祖国海疆一直是中国人的梦想。据环球时报报道，随着中国经济实力及造船能力的提高，已有能力建造航母。建造航母需要大量的金属材料，一种新兴的金属由于其密度小、延展性好、耐腐蚀性强，它和它的合金在航空、航海和化学工业正逐步取代铝和铝合金而被广泛应用，该金属是( )。 A.锌 B.铁 C.镁 D.锰 2.实验室里有一包混人了少量铁屑的细碎铜屑，为了除去混合物中的铁屑，某探究性学习小组设计了以下实验方案，你认为不能达到目的的是( )。 A.用磁铁反复接触该混合物 B.放入足量的稀盐酸中，反应后过滤 C.放人足量的硫酸锌溶液中，反应后过滤 D.放人足量的硫酸铜溶液中，反应后过滤 3.某同学按如下步骤对三种未知金属展开探究:(1)将它们编号:X、Y、Z; (2)取样，分别加人到CuSO4溶液中，发现X、Z表面出现红色物质而Y却没有;(3)取X、Z大小相等的颗粒，分别加人到溶质质量分数相等的稀H2SO4中，发现X表面产生气泡的速度明显比Z快。则X、Y、Z的金属活动性由强到弱依次为( )。 A. XYZ B. ZYX C. XZY D. ZXY 4.为验证Mg、Ag、Cu三种金属的活动性强弱，某化学兴趣小组设计了如图所示的四个实验。其中不必进行的实验是( ） 5.等质量的M、N两种金属，分别与相同质量分数的足量稀盐酸反应(已知M、N在生成物中均为+2价)，生成氢气质量和反应时间的关系如图所示，下列叙述正确的是( )。 A. M、N两种金属中较活泼的是N B.生成H2的质量 NM C.相对原子质量较大的是N D.产生H2的速率NM 6.下列各说法中正确的是( )。 A.铁在干燥的空气中剧烈燃烧，火星四溅、生成黑色四氧化三铁 B.铁跟盐酸反应生成氯化铁和氢气 C.铁丝浸人硫酸铜溶液中，片刻后取出，表面出现红色铁锈 D.烤蓝是在铁制品表面通过化学反应生成致密的氧化膜以防止铁生锈 7.下列叙述错误的是( )。 A.金属材料包括纯金属和它们的合金 B.金属在常温下都是固体(除汞外) C.物质的用途完全由其性质决定，与其他因素无任何关系 D.合金是金属与金属或金属与非金属熔合在一起制成的 8.在垃圾处理中，我们提倡实行垃圾分类回收。下列物质中能够被扔进绿色垃圾箱的是( )。 旧书、旧报纸 一次性塑料饭盒 果皮 废铁锅 易拉罐 口香糖 A. B. C. D. 9.在托盘天平两端的烧杯内，分别盛有等质量、等浓度的足量的稀硫酸，调节天平平衡。现向左边烧杯中加人6. 5 g表面锈蚀的铁钉，同时向右边烧杯中加入6. 5 g锌粒。在实验过程中，观察到指针偏转的情况可能是( )。 A.始终向左偏转 B.不发生偏转 C.始终向右偏转 D.最初向右偏转，然后向左偏转 二、填空题 10.(河北模拟)某小组收集到一些生锈的废铁屑样品，按如图所示进行实验。已知:甲、丙含有相同的一2价原子团，乙为气态化合物，A,C为气体。 （1）下列与废铁屑生锈有关的物质是( )。 A.水 B.氧气 C.氮气 D.二氧化碳 (2)样品与乙的高温反应是炼铁的主反应，写出其反应的化学方程式 。 (3)若丙溶液为蓝色，则D与丙反应的化学方程式为 。（4）已知一3价铁盐溶液可与铁单质反应生成+2价亚铁盐溶液。请你推测样品与过量甲溶液可能发生 个反应，其中既不属于置换反应又不属于化合反应的方程式是 。 三、实验题 11.人类的生产生活离不开金属，下列三种金属被发现、使用的先后顺序依次为铜、铁、铝。 (1)金属大规模被使用的先后顺序跟 (填序号)关系最大。 地壳中金属元素的含量 金属的导电性 金属的活动性 (2)为探究锰与铁的金属活动性，在相同温度下，取大小相同、表面光亮的两种金属薄片，分别投人