金属资源的利用和保护

课题3金属资源的利用和保护,人类生活离不开金属,金属元素在自然界中的存在形式（1）,单质：少数化学性质较不活泼的金属，如金、银、铜等,自然界以单质形式存在的金,自然界以单质形式存在的银,金属元素在自然界中的存在形式（2）,化合物：化学性质较活泼的金属，如铁、锌、钠和钙等,孔雀石(Cu2(OH)2CO3),闪锌矿,孔雀石,金属元素在地壳中的含量,资料,赤铁矿,黄铁矿FeS2,菱铁矿FeCO3,Fe2O3,矿石:工业上把能用来提炼金属的矿物。,磁铁矿Fe3O4,铁矿石,孔雀石Cu2(OH)2CO3,赤铜矿Cu2O,黄铜矿CuFeS2,辉铜矿Cu2S,铜矿石,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。,现象：红色粉末变成黑色，澄清的石灰水变浑浊。点燃尾气有蓝色火焰,一氧化碳还原氧化铁,实验室,相关的化学方程式：,Fe2O3+3CO2Fe+3CO2,CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2O,2CO+O22CO2,点燃,高温,用酒精灯点燃尾气的作用是,防止一氧化碳污染空气,一.铁的冶炼,1、原料：,黄铁矿FeS2,赤铁矿Fe2O3,菱铁矿FeCO3,磁铁矿Fe3O4,2、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：,70%,48.27%,46.67%,72.41%,含铁量,一.铁的冶炼,工业上,铁矿石,焦炭,热空气,炉渣出口,生铁出口,石灰石,高炉炼铁图：,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,工业上,工业上,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。,有关杂质问题的计算,例1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可炼出含铁96%的生铁的质量是多少？,解：氧化铁的质量：1000t80%=800t,设：理论上可炼出铁的质量为XFe2O3+3CO=2Fe+3CO21602X56800X,800tx=560t256x,高温,=,折合为含铁96%的生铁的质量为560t96%=583t,答：1000t可炼出生铁为583t。,练习：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,设：可炼出四氧化三铁的质量为XFe3O4+4CO=3Fe+4CO2232168X1940t,高温,232xx=2679t1681940t,=,折合为磁铁矿石的质量为2679t90%=2977t,答：磁铁矿石的质量为2977t。,资料一：据有关资料报道，现在世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当与年产量的20%-40%。资料二：矿物的储量有限，而且不能再生。根据已探明的一些矿物的储藏量，并目前这些金属的消耗速度，有人估计一些矿物、可供开采的年限如课本图所示（不包括今后新探明的矿物储量，一些国家的金属储备和金属的回收利用等）。,二.金属资源保护,1.金属的腐蚀和防护,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,一周后,铁钉浸没一半在水中：铁在空气、水的界面处生锈铁钉完全浸没在水中（上面还加植物油）：铁未生锈铁钉放在干燥的空气中（加干燥剂等）：铁未生锈,全浸在水中,一半在水中,干燥空气中,铁生锈条件的探究,生锈,不生锈,不生锈,铁既与水接触，又与氧气接触,铁只与水接触,铁只与氧气接触,在水、氧气同时存在的环境中铁能生锈。（缓慢氧化，放热）,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。因此，铁与空气接触，又有水分时，最易生锈！,铁锈成分复杂，主要是Fe2O3XH2O它是一种疏松多孔的物质Fe2O3,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。,氧化铁与铝壶表面的氧化铝膜性质比较,疏松多孔,完全锈蚀,致密结实,使铝“自我保护”,铁,铁锈,与空气（氧气）接触,与水接触,请解释下列实验的现象,液面处铁锈较多,干燥剂,干燥空气中,部分浸没水中,浸没水中,部分浸没食盐水中,1,2,3,4,想一想,阅读教材P19页，回答下列问题：1、试管中为什么要用煮沸过的蒸馏水，且要加入植物油？2、铝与氧气反应生成的氧化铝能起到保护里层铝的作用。铁锈是否也能保护里层的铁呢？3、你能否根据铁生锈的条件提出防止铁制品生锈的原理吗？,是为了防止蒸馏水中溶有氧气。,不能，因为铁锈是疏松的。,金属防腐蚀的方法：,改变金属的内部结构制成合金，如不锈钢形成保护层刷油漆、涂油、烧制搪瓷（物理方法）电镀上一层耐腐蚀的金属（镀铬、锌、锡）、通过化学反应使表面形成致密的氧化物薄膜等改善腐蚀环境等等保持铁制品表面干燥和洁净,（1)隔绝空气或氧气(2)隔绝水,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。如：在钢铁表面镀锡、镀锌、和镀铬,镀铜,讨论,1、在实际生活和生产中我们应该采取哪些具体方法来防止铁制品生锈呢？,防止铁制品生锈的具体方法为：保持铁制品表面干燥和洁净在铁制品表面涂一层保护膜如：刷油漆、涂油、镀上一层耐磨、耐腐蚀的金属铬、高温灼烧金属，进行“烤蓝”处理等制成合金钢，如不锈钢,自行车的构件如支架、链条、钢圈等，分别采取了什么防锈措施？,刷油漆,涂油,镀铬,（2）回收和利用废旧金属,（1）防止金属腐蚀,怎样保护金属资源呢?,据估算，回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐要便宜20%，而且还可节约金属资源和95%的能源。1t废钢铁回炉冶炼可炼成近1t的钢，跟用铁矿石冶炼比，能节约11t煤和铁矿石，减少污染空气的悬浮微粒11kg。目前世界上已有50%以上的铁的90%以上的金得到了回收利用。废旧金属的回收利用还可以减少对环境的污染。例如，废旧电池中含有汞等，如果废旧电池随意丢弃，汞等渗出会造成地下水和土壤的污染，威胁人类健康。如果将汞等回收利用，不仅可以节约金属资源，而且还可以减少对环境的污染。,你知道吗？,讨论,废弃金属的回收有什么意义？,可节约金属资源由于金属冶炼需在高温下进行，回收废弃金属并再利用可节约能源降低金属制品的生产成本，可方便人们得到物美价廉的金属制品可减少金属对环境的污染,怎样保护金属资源呢?,（3）合理开采矿物（4）寻找金属的代用品（5）物尽其用,小结,铁生锈的主要条件是与空气和水（或水蒸气）直接接触。破坏铁生锈的条件就能防止铁生锈。防止铁生锈的方法为：保持铁制品表面干燥和洁净在铁制品表面刷油漆、涂油、镀铬、“烤蓝”等制成合金钢,保护金属资源的有效途径是：防止金属腐蚀回收利用废旧金属合理有效的开采矿物寻找金属的代用品物尽其用,我会做,1、通过实验回答，铁钉在下列哪些情况下容易生锈？（1）在干燥的空气中（2）在潮湿的空气中（3）部分浸入食盐水中（4）浸没有植物油中2、下列做法能防止铁制品生锈的是（）A、自行车脏了用清水冲洗B、用废酸液冲洗铁制污水管道C、在铁制篮球架上刷一层油漆D、切完咸菜后，尽快将菜刀洗净擦干,(3)、(4),C、D,我会做,3、随着人们生活质量的提高，各种电池使用量大幅度增加，废电池进行集中处理的问题被提到议事日程上来。其首要原因是()A回收利用电池外壳的金属材料B防止电池中汞、镉、铅等重金属对土壤和水源的污