课题3金属资源的利用教案

课题课题 8 38 3 金属资源的利用和保护金属资源的利用和保护 知识点 知识点 1 了解冶铁的基本原理和过程 2 掌握由含一种杂质的反应物计算生成物的质量的计算方法 3 掌握铁锈蚀的原理 了解铁制品防止锈的一般原理和方法 4 确立金属资源有限的观念 自觉养成节约金属资源 合理使用 金属资源的意识 了解合理有效开采矿物 利用废旧金属 寻找金属代 用品的重要性 课文详解 课文详解 一 金属资源一 金属资源 环境中的金属资源广泛存在于地壳和海洋中 一般都以化合物的形式 存在 只有金 铂 银等极少数金属以单质的形式存在 自然界中以单质存在的金 自然界中以单质存在的铂 自然界中以单质存在的银 自然界中各种金属的含量是不同的 有的金属含量很高 如铝 铁等 有些金属在自然界中的含量很低 如金 银等 工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石 常见用来冶铁的矿物叫铁 矿石 能冶铝的矿物叫铝矿石等 用何种矿石冶炼金属 不仅看矿石中的有效金属元素含量 还要看矿 石中的杂质含量的高低 常用来冶铁的矿石有赤铁矿 主要成分是 Fe2O3 磁铁矿 主要成分 是 Fe3O4 菱铁矿 主要成分是 FeCO3 黄铁矿 主要成分 FeS2 等 这四种矿石中主要成分的含铁量分别为 70 72 4 48 3 46 7 赤铁矿和磁铁矿中铁的含量很高 黄铁矿中不仅含铁量低 而且含有有害 元素硫 若用其冶铁 会产生大量的二氧化硫 污染环境 因此 黄铁矿 最不适宜用于冶铁 二 钢铁冶炼二 钢铁冶炼 我国冶铁的历史悠久 早在春秋战国时期我国就开始了大量冶炼钢铁 1 冶铁 冶铁原理 工业上用一氧化碳还原铁矿石 3CO Fe2O3 2Fe 3CO2 实验一 实验室用下图所示的装置还原氧化铁 在硬质玻璃管中加入适量的氧化铁 通入一氧化碳一会儿后 加热 一段时间后 玻璃管中的红色粉末逐渐变黑色 可用磁铁在玻璃管外吸引 此黑色粉末可以被吸起 可见黑色粉末是铁粉 试管中澄清的石灰水变 浑浊 证明有二氧化碳生成 最后点燃 是为了防止未反应的一氧化碳污 染环境 原料 冶铁的原料有铁矿石 焦炭和石灰石 铁矿石提供冶铁的资源 不用赘述 焦炭燃烧可以提供冶铁所需的热量 同时 焦炭燃烧后产生的二氧化 碳在高温下再与焦炭反应 生成一氧化碳 提供冶铁的还原剂 C O2 CO2 CO2 C 2CO 石灰石的用途是造渣 铁矿石中除含有铁的化合物外 还含有熔点很 高的其它杂质 如 SiO2等 石灰石可在高温下与这些杂质反应 生成熔点 较低的硅酸盐等 形成矿渣 从而易与铁水分离 设备 冶铁的设备是高炉 如右图所示 冶铁的原料从高炉顶部依次加入 从炉底通入热空气 首先是焦炭与 氧气反应 然后再与焦炭反应 生成还原剂一氧化碳 一氧化碳与铁矿石 反应 得到高温下的铁水 从炉底的出铁口排出 同时杂质与石灰石反应 生成矿渣 从炉底的出渣口排出 产品 高炉冶铁所得的产品是生铁 生铁中含碳量很高 在 2 4 3 之间 三 含一种杂质 且不参与化学反应 的计算三 含一种杂质 且不参与化学反应 的计算 实际生产的原料中常含有杂质 在计算中应当考虑到杂质的问题 如 果杂质不参与反应 在计算时 要除去杂质 代入化学方程式计算的量必须是物质的质量 而且还必须是纯物质的 质量 同时还必须是全部参与化学反应的纯物质的质量 或全部是由化学 反应生成的物质的质量 例 用 1000 t t 含氧化铁 80 的赤铁矿石 理论上可以炼冶出含铁 96 的生铁的质量是多少 解 1000 t t 赤铁矿石中含氧化铁的质量为 1000 t t 80 800 t t 设 800 t 氧化铁理论上可以炼出铁的质量为x x Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 160 112 800 t t x x 160 112 800 t t x x 解得 x x 560 t t 折算成含铁 96 的生铁的质量为 560 t t 96 583 t t 答 1000 t t 含氧化铁 80 的赤铁矿石 理论上可炼出含铁 96 的生铁 583 t t 四 金属资源的保护四 金属资源的保护 1 铁的锈蚀 铁的年产量虽然是所有金属中产量最高的 但铁的锈蚀也很严重 每 年因锈蚀而损失的铁相当于全世界年产量的三分之一 铁的锈蚀由哪些因素影响呢 实验二 将洁净的无锈铁铁钉 或铁丝 试管 经煮混迅速冷却 的蒸馏水 用蒸馏水的目的是为了排除水中的氧气 植物油 棉花和干 燥剂氯化钙 用下图所示的装置进行实验 甲 乙 丙 甲装置中放入一根洁净的铁钉 或铁丝 加入少量蒸馏水 淹没铁 钉 或铁丝 的一部分 乙装置中加入一根铁钉 或铁丝 加入较多 的蒸馏水 淹没铁钉 或铁丝 并加入少量植物油封信蒸馏水 防止 空气溶入 丙装置中只放入一根洁净的铁钉 或铁丝 试管口塞上包 有干燥剂的棉团 并塞上试管口 大约一周后观察 可见甲装置中的铁钉 或铁丝 有明显锈蚀 特别 是气液交界面附近锈蚀更加严重 乙 丙装置中都未见明显的锈蚀现象 归纳总结 乙装置中铁接触水 但没有与空气 氧气 接触 不能 生锈 可见 没有空气 铁制品不会生锈 丙装置中 铁接触空气 氧气 但没有接触水 也不能生锈 可见 没有水 铁制品也不会生锈 甲装 置中 铁既接触空气 又接触水 铁明显锈蚀 可见 铁的锈蚀 是铁与空气 氧气 水三种物质共同作用的结果 铁的锈蚀 是铁与空气 氧气 水三种物质共同作用的结果 铁的锈蚀还受其它一些因素的影响 如铁制品表面含有酸 碱 盐的 溶液 会加速铁制品的锈蚀 所以保持铁制品表面的清洁非常重要 铁锈的主要成分是氧化铁的水合物 主要成分是 Fe2O3 x xH2O 一般情 况下 我们可以视铁锈为 Fe2O3 铁锈是疏松的 不仅不能隔绝氧气 而 且能吸水 会加速铁制品的锈蚀 因此 铁制品生锈后 应该擦拭去表面 的锈蚀 以防止铁制品锈蚀的加剧 铁锈蚀的防护 铁生锈是铁与空气 氧气 水共同作用的结果 破坏铁制品锈蚀的 任何一个条件 都可以阻止铁制品的锈蚀 因此 隔绝空气或水 都可以防止铁制品的锈蚀 一般来说 铁制品的防护可以选择如下方法 保持铁制品表面的干燥 在铁制品的表面涂油 涂一层漆或将铁制品表面烤黑 生成一层四 氧化三铁 在铁制品表面镀一层不易锈蚀的金属 如镀铬 锌等 改变金属的内部结构 将金属制成不易锈蚀的合金 如制成不锈钢 等 铁制品的部位不同 采用的方法也不同 比如 自行车的龙头 钢圈 等处可采用镀一层不易锈蚀的金属 一般镀铬 自行车车架 一般采用 涂漆的方法 自行车链条 轴承等处一般采用涂油的方法防锈 2 金属资源的保护 金属资源是有限的 矿物的储量是有限的 而且不能再生 根据已探明的一些矿物的储藏 量 并根据目前世界上这些金属的消耗速度 有人估计了一些矿物可供开 采的年限如下图所示 不包括今后新探明的矿物储量 一些国家的金属储 量和金属回收利用等 可见金属资源是非常有限的 节省和有效利用金属资源意义非常重大 保护资源的措施 除了上面提到的防止金属锈蚀的措施外 保护金属资源的途径还有 充分回收利用金属 金属回收不仅可以有效节约矿物资源 还可以节约金属冶炼的能源 降低冶炼成本 减降对环境的污染 有计划 合理地开采矿物 严禁不顾国家利益的乱采矿 寻找金属的代用品 习题参考答案习题参考答案 1 不易生锈 干燥的空气中缺少空气 氧气 易生锈 潮湿的空气中铁制品既接触空气 也接触水 故易生 锈 易生锈 生锈的条件不仅具备 而且盐溶液能加速铁制品的锈 蚀 不易生锈 因为植物油中 既缺少空气 氧气 也缺少水 2 沙漠地区缺水 故制品不易锈蚀 被雨水淋湿的自行车 必须先用干布擦净后才能用带油的布擦 否则 被油封堵住水分后 自行车仍可锈蚀 3 ZnCO3 ZnO CO2 2ZnO C 2Zn CO2 2Cu2O C 4Cu CO2 4 2714 3 t t 5 2976 7 t t 6 家中的刀 剪等可以采用的防锈措施有 用后用干抹布擦拭干 净 保持表面干燥 涂沫一层植物油 家具等铁制品可用的防锈措施有 用后用干抹布擦拭干净 保持表面干燥 涂油 上漆等 用干抹 布擦拭干净 涂油等 简单方便 但防锈效果不太理想 不适于长期保存 上漆相对效果较好 但不适用于刀 剪等长期摩擦部位的防锈 价格也较 上述方法高 资料资料 废旧电池的污染废旧电池的污染 一颗钮扣电池弃入大自然后 可以污染 60 万升水 相当于一个人一生 的用水量 而中国每年要消耗这样的电池 70 亿只 电池中含有汞 汞 汞即水银 是一种液体金属 比重 13 6 熔点 39 3 沸点 357 汞在常温下即可蒸发 其蒸气无色无味 比空气重七 倍 汞及其化合物毒性都很大 特别是汞的有机化合物毒性更大 鱼在含 汞量 0 01 0 02 毫克 升的水中生活就会中毒 人若食用 0 1 克汞就会中 毒致死 电池中还有镉 镉是一种毒性很大的重金属 其化合物也大都属毒性 物质 震惊世界的日本 痛痛痛 就是因镉污染而致 废电池是危害我们生存环境的一大杀手 一粒小小的钮扣电池可污染 600 立方米水 相当于一个人一生的饮水量 一节一号电池烂在地里 能使 一平方米的土地失去利用价值 并造成永久性公害 在对自然环境威胁最大的几种物质中 电池里就包含了汞 铅 镉等 多种 汞具有强烈的毒性 对人体中枢神经的破坏力很大 上世纪五十年 代发生在日本的震惊中外的水俣病就是由于汞污染造成的 铅能造成神经 紊乱 肾炎等 镉在人体内极易引起慢性中毒 主要病症是肺气肿 骨质 软化 贫血 很可能使人体瘫痪 而铅进入人体后最难排泄 它干扰肾功 能 生殖功能 若把废电池混入生活垃圾中一起填埋 久而久之 惨出的 重金属可能污染地下水和土壤 进而进入鱼类 农作物中 破坏人类的生 存环境 间接威胁到人类的健康 电池在我们生活中的使用量正在迅速增加 已深入到我们生活和工作 的每一个角落 我国是电池生产和消费大国 目前年产量达 140 亿枚 占 世界产量 1 3 如果以全国约 3 6 亿个家庭 每户每年用 10 枚计 消费量 已是 36 亿 若加上集团消费 每年 涌现 上百亿枚废旧电池当不在话下 这些电池若未得到妥善处理 将直接或间接地危害人们的身体健康 实施 并倡导废旧电池分类收集活动为越来越多的人们所认识 并得到越来越多 的重视 支持和参与 从我做起 从身边每一件小事做起 是我们的座右铭 关爱身边环境 参与废旧电池的分类回收利用是我们每一个人的责任和义务 个人的行为 也许微不足道 但把我们每个人的力量联合起来 便足以托起一种文明 一种与自然共生的文明 一种可持续发展的文明 废旧电池的危害主要集中在其中所含的少量的重金属上 如铅 汞 镉等 这些有毒物质通过各种途径进入人体内 长期积蓄难以排除 损害 神经系统 造血功能和骨骼 甚至可以致癌 铅 神经系统 神经衰弱 手 足麻木 消化系统 消化不良 腹部绞痛 血液中毒和其他的病变 汞 精神状态改变是汞中毒的一大症状 脉搏加快 肌肉颤动 口腔和消化系 统病变 电池报废后若处理不当 汞会慢慢溢出进入土壤水体 将通过农 作物进入食物链 给人体健康造成很大威胁 一节一号电他就可使一平方 米土地失去农用价值 而人们食用了被汞污染的水 食物后 就会发生汞 中毒 轻则出现怕羞 孤独 烦躁 抑郁 自觉口中有金属味等现象 重 则出现手指 舌 眼 脑袋震颤等 汞毒性震颤 现象 镉 锰 主要危 害神经系统 以下列举几种电池的危害性 1 钮扣电池 钮扣电池含有汞 当其废弃在自然界里 外层金属锈蚀 后 汞就会慢慢从电池中溢出来 进入土壤或在下雨之后进入地下水 再 通过农作物进入人体 损伤人的内 脏 在微生物的作用下 无机汞可以转 变成甲基汞 聚积在鱼类的身体里 人食用了这种鱼后 甲基汞会进入人 的大脑细胞 使人的神经系统受到严重破坏 重者会发疯致死 日本水俣 病就是甲基汞所致 2 充电电池 充电电池一般都含有有害重金属镉 在自然界中渗出后 污染土地和水流 最终进入人体 镉会使骨质疏松 并造成骨骼变形 骨 痛 并引起肝和肾受损等等严重后果 3 普