《金属资源的利用和保护》最新版

第八单元金属和金属材料 课题3金属资源的利用和保护 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 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 金属活动性顺序表 KCaNaMgAlZnFeSnPb H CuHgAgPtAu 金属活动性由强逐渐减弱 一 金属元素在自然界中的存在 金属元素在自然界中分布很广 极少数不活泼的金属 如铂 金 银等 有单质形式存在 图5 2地壳中金属的百分含量 铝7 73 铁4 75 钙3 45 钠2 74 钾2 47 镁2 00 含有矿物的岩石称为矿石 铁矿石等都是常见的矿石 其余大多数以化合物的形式存在 金属化合物在自然界中以矿物的形式存在 地壳中含量最多的金属是Al 金属元素在地壳中含量 常见几种金属矿物的成分 磁铁矿 褐铁矿 赤铁矿 Fe3O4 Fe2O3 XH2O Fe2O3 孔雀石Cu2 OH 2CO3 赤铜矿Cu2O 赤铁矿 黄铁矿 菱铁矿 铝士矿 黄铜矿 辉铜矿 罕见的铜矿石 毛赤铜矿 Cu2O 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 锰等储量在世界上也占有重要地位 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 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 一 铁的冶炼 生熟炼铁炉一 生熟炼铁炉二 图8 19我国古代炼铁图 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 现象 红色粉末变成黑色 产生气体使澄清的石灰水变浑浊 一氧化碳还原氧化铁 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 一氧化碳还原氧化铁生成铁粉 灰黑色 与二氧化碳 1 实验室用一氧化碳还原氧化铁 用燃着的酒精灯将尾气点燃或 用气球收集尾气 实验8 3 实验步骤 按下图组装仪器 并检查其气密性 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 原料 铁矿石 焦炭 石灰石 2 工业炼铁 反应的化学方程式 CO是还原剂 Fe2O3是氧化剂 原理 焦炭在高温条件下跟O2反应生成CO CO作还原剂 在高温条件下把铁矿石中的铁还原出来 高炉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 设备 炼铁高炉 铁矿石 焦炭 石灰石 铁矿石 焦炭 热空气 炉渣出口 生铁出口 石灰石 高炉炼铁图 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 补充 炼钢 视频 工业上生铁炼钢 实验步骤 1 检查装置气密性2 将适量的氧化铁装入试管并固定装置3 点燃右边酒精灯4 通入一氧化碳气体5 点燃酒精喷灯给氧化铁加热6 待硬质玻璃管内红色物质完全变为黑色时停止加热7 待玻璃管内固体冷却后停止通入一氧化碳 然后熄灭右边酒精灯实验前要先通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 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 设备 高炉 化学方程式 据有关资料报导 现在全世界每年被腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20 40 钢铁的最大的弱点就是容易生绣 三 金属资源保护 1 金属的腐蚀和防护 为什么要保护金属资源 二 金属资源保护 保护金属资源的原因 每年大量开采 数以亿吨计 每年大量的金属被腐蚀 相当于年产量的20 40 P18 1 金属的腐蚀和防护 人们采取了许多措施 但每年全世界因生锈而损失的钢铁约占世界年产量的四分之一 如何防锈 铁轨的锈蚀 铁钉的生锈 各种铁制品的锈蚀 为了减少损失 需要探究金属锈蚀的原因 防护的方法和废金属的回收利用 金属锈蚀给人类带来了巨大的损失 取3枚洁净无锈的铁钉 分别放入3支试管中进行下面的实验 步骤一 在试管1中加入少量的蒸馏水 使铁钉的一半浸没在水中步骤二 在试管2中注满迅速冷却的沸水塞紧橡皮塞步骤三 在试管3中加入少量干燥剂 生石灰或无水氯化钙 再放一团干棉球 把铁钉放在干棉球上 塞紧橡皮塞 a 在干燥空气中b 浸没在水中c 半截浸没在水中 铁的生锈过程 哪种条件下 铁最易生锈 为什么 不生锈 有水无O2 不生锈 有O2无水 在水与空气的交界面最易生锈 植物油 abc 请思考 用橡皮塞塞紧管口 有水和 2 铁 在空气中锈蚀 实际上是铁跟氧气 水等物质相互作用 发生一系列复杂的化学变化 使铁转化为铁的化合物的过程 铁锈成分复杂 主要是Fe2O3 XH2O它是一种疏松多孔的物质 铁锈 铁锈这种多孔性的物质 能让水分和空气穿过它的空隙 不断向里层渗透 继续跟铁反应 直至铁被完全锈蚀 在切过咸菜的铁质菜刀同一面上选相近的三处进行下列实验 一处 用湿棉球湿润 一处 用干布檫干一处 用干布檫干后 涂上一层食油 放置一昼夜 观察菜刀三处表面发生的变化 铁 铁锈 与空气 氧气 接触 与水接触 怎么防止钢铁生锈呢 在车船的表面喷油漆 在机械表面涂防锈油 在面盆 杯子 等表面烧涂搪瓷 此外 还可以在钢铁表面镀上一层能起保护作用的其他金属 为什么 如 在钢铁表面镀锡 镀锌 和镀铬 镀铜 总结 防止钢铁制品生锈的方法 铝比铁更容易跟氧气和其他物质发生化学反应 铝在空气中与氧气反应 生成的氧化铝形成一层致密而结实的膜覆盖在铝的表面 防止铝继续与氧气反应 从而起来 自我保护 的作用 1 隔绝空气或氧气 2 隔绝水 具体方法 1 穿外衣 加一层保护膜 如 刷油漆 涂油 电镀 致密的氧化膜 2 打强心针 在铁中加入其它金属改变其内部结构 如 制成不锈钢 三角架 钢线 辐条 链条 刷漆 镀一层耐腐蚀的金属 涂油等 平时要保持自行车的洁净与干燥 或涂油 自行车防锈措施有哪些 讨论 钢圈 保持钢铁表面的清洁干燥 镀金属保护层 如镀锡 镀锌 镀铬等 白铁皮镀锌 马口铁镀锡 钢圈镀铬 镍 涂非金属保护层 如喷涂油漆 涂防锈油 在脸盆 杯子表面烧涂搪瓷 用橡胶或塑料包在钢铁表面 形成氧化膜保护层 枪套上形成四氧化三铁 锯条上的烤蓝 在钢铁里加入金属或非金属形成耐腐蚀合金 如不锈钢 加Cr Ni 防止铁锈蚀的主要措施 图8 25据估计一些矿物可供开采的年限 2 金属资源保护 为什么要保护金属资源 矿物的储量是有限的 而且不能再生 2 怎样保护金属资源呢 一 防止金属的腐蚀二 回收利用废旧金属 三 合理有效开采矿物四 寻找金属的代用品 图8 26金属的回收利用 回收一个铝制的易拉罐比制造一个新的铝制的易拉罐要便宜20 而且还可以节约金属资源和95 能源 目前世界上有50 以上的铁和90 以上的金得到回收利用 1 汞与稀盐酸 2 铝与硫酸铜溶液 3 银与硫酸锌溶液 4 锌与硝酸银溶液 5 钠与稀硫酸 1 下列物质能否发生反应 写出能发生反应的化学方程式 2 回答下列问题 1 为什么沙漠地区的铁制品锈蚀较慢 2 切过咸鱼的刀不经洗净抹干 为什么很快就生锈 3 被雨水淋湿的自行车 为什么须先用干布擦净后才能用带有油的布擦 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 例 某赤铁矿含Fe2O380 用3000t这种矿石 可炼出含杂质4 的生铁多少吨 分析 计算时应注意把反应物和生成物都换算成纯物质的量 再代入化学方程式计算 解 设3000t这种矿石 可炼出生铁质量为x 根据题设 纯Fe2O3质量 3000t 80 2400t纯Fe质量 x 1 4 x 96 代入化学方程式中 Fe2O3 3CO 2Fe 3CO21601122400tx 96 x 1750t答 可炼出含杂质4 的生铁1750t 若赤铁矿石中Fe2O3的质量分数为80 600t这样的赤铁矿可炼出含碳等其他杂质质量分数为7 的生铁多少吨 解 设可炼出含杂质质量分数为7 的生铁的质量为xFe2O3 3CO 2Fe 3CO2160112600t 80 x 1 7 x 365t答案 可炼出含碳等杂质质量为7 的生铁365t 点拨 这类题很容易出错 错误原因主要在于没有理解哪些是不纯物的质量 哪些是纯净物的质量 赤铁矿和生铁都是混合物 而在化学方程式的计算中 所涉及到的都是纯净物的质量 只要牢牢把握住这一点 所有含杂质的计算都可迎刃而解 练习 1 某钢铁厂每天需消耗5000t含氧化铁76 的赤铁矿石 该厂理论上可以日产Fe98 的生铁多少t 2 冶炼2000t含杂质3 的生铁 需要含90 Fe2O3的赤铁矿石多少t 4 某钢铁厂每天需消耗5000t含Fe2O376 的赤铁矿石 该厂理论上可日产含Fe98 的生铁多少吨 指导建议 首先将不纯物的量转化成纯物质量Fe2O3质量 5000t 76 3800t设生铁质量为x 则纯铁质量 98 x然后再根据方程式进行计算 Fe2O3 3CO2Fe 3CO21601123800t98 x160 3800t 112 98 xx 2714 3t 冶炼2000t含杂质3 的生铁 需要含Fe3O490 的磁铁矿石多少吨 指导建议 纯铁质量 2000t 1 3 1940t设磁铁矿石质量为x 则Fe3O4质量为90 x反应原理 Fe3O4 4CO3Fe 4CO223216890 x1940t232 90 x 168 1940tx 2976 7t所以磁铁矿质量为2976 7t 1 245gK