课题3 金属资源的利用和保护 文继荣

1、 人类生活离不开金属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军事与科技也需要大量的金属 课题课题3 3 金属资源的利用和保护金属资源的利用和保护 一、金属元素在自然界中的存在一、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，极少数不元素在自然界中分布很广，极少数不 活泼的金属（如金、银等）以活泼的金属（如金、银等）以单质形式单质形式存在；存在； 图图52 52 地壳中金属的百分含地壳中金属的百分含 量量 含有某金属的矿物称含有某金属的矿物称 为为矿石。矿石。铁矿石等都铁矿石等都 是常见的矿石是常见的矿石 其余大多数以其余大多数

2、以化合化合 物物的形式存在。金属的形式存在。金属 化合物在自然界中以化合物在自然界中以 矿物矿物的形式存在。的形式存在。 元素元素 名称名称 质量分数质量分数/ 元素元素 名称名称 质量分数质量分数/ 铝铝7.73镁镁2.00 铁铁4.75锌锌0.008 钙钙3.45铜铜0.007 钠钠2.74银银0.00001 钾钾2.47金金0.0000005 黄铁矿黄铁矿菱铁矿菱铁矿 铝铝 士士 矿矿 黄黄 铜铜 矿矿 辉辉 铜铜 矿矿 赤铁矿赤铁矿Fe2O3 常见几种金属矿物的成分常见几种金属矿物的成分 孔雀石孔雀石 Cu2(OH)2CO3赤铜矿赤铜矿 Cu2O 罕见的铜矿石罕见的铜矿石 毛赤铜矿毛赤

3、铜矿( (CuCu2 2O O ) ) 我国是世界上已知矿物种类比较齐全的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，其中少数国家这一，矿物储量也很丰富，其中钨、钨、 钼、钛、锡、锑钼、钛、锡、锑等储量居世界前列，等储量居世界前列，铜、铝、铜、铝、 锰锰等储量在世界观上也占有重要志地位。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大自然向人类提供了丰富的金属矿物金属矿物 资源资源，人类每年要提炼数以，人类每年要提炼数以亿吨计的金属亿吨计的金属 用于工农业生产和其它领域。其中，提取用于工农业生产和其它领域。其中，提取 量最大的是量最大的是铁铁。 为纪念为纪

4、念1996年中国钢产产量突破年中国钢产产量突破1亿吨而发行的邮票亿吨而发行的邮票 上海宝山钢铁公司炼铁高炉上海宝山钢铁公司炼铁高炉 二、铁的冶炼二、铁的冶炼 现象：现象：红色红色粉末粉末 变成变成黑色黑色，澄清的，澄清的 石灰水变浑浊。石灰水变浑浊。 点燃尾气有点燃尾气有蓝色蓝色火火 焰焰 一氧化碳还原氧化铁一氧化碳还原氧化铁 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O 2CO + O2 2CO2 用酒精灯点燃尾用酒精灯点燃尾 气的作用是气的作用是 防止一氧化碳污染空气防止一氧化碳污染空气 （一）实验步骤：（一）实验步骤： 1 1、检查装置

5、气密性。、检查装置气密性。 2 2、将适量的氧化铁装入试管并固定装置。、将适量的氧化铁装入试管并固定装置。 3 3、点燃右边点燃右边酒精灯。酒精灯。 4 4、通入一氧化碳通入一氧化碳气体。气体。 5 5、点燃酒精喷灯给氧化铁加热。、点燃酒精喷灯给氧化铁加热。 6 6、待硬质玻璃管内红色物质完全变为黑色时停止加热。、待硬质玻璃管内红色物质完全变为黑色时停止加热。 7 7、待玻璃管内固体冷却后、待玻璃管内固体冷却后停止通入一氧化碳停止通入一氧化碳，然后，然后熄熄 灭右边酒精灯。灭右边酒精灯。 1.1.实验前为什么要实验前为什么要先通先通COCO将玻璃管中的空气排尽将玻璃管中的空气排尽 再加热？再加

6、热？ 2.2.实验完毕后，为什么在停止加热前要继续通实验完毕后，为什么在停止加热前要继续通COCO 至玻璃管内固体冷却？至玻璃管内固体冷却？ 答：防止加热时答：防止加热时COCO与空气混合发生爆炸；与空气混合发生爆炸； 答：防止高温下的生成物铁与空气接触而被氧答：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。化，同时还可防止石灰水倒吸。 思考思考 黄铁矿黄铁矿 FeSFeS2 2 赤铁矿赤铁矿 Fe2O3 菱铁矿菱铁矿 FeCOFeCO3 3 磁铁矿磁铁矿 FeFe3 3O O4 4 在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把

7、铁从铁矿石中还原出来铁从铁矿石中还原出来 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温高温 石灰石、石灰石、铁矿石铁矿石 焦炭、空气焦炭、空气 化学方程式：化学方程式： 高炉是个竖直的高炉是个竖直的圆筒形圆筒形炉炉 子，炉壳用子，炉壳用钢板钢板制成，内部制成，内部 用用耐火砖耐火砖作衬里。炼铁的主作衬里。炼铁的主 要原料是要原料是铁矿石、焦炭、石铁矿石、焦炭、石 灰石和空气灰石和空气。 高温下，用还原剂（主要是高温下，用还原剂（主要是 一氧化碳一氧化碳）从铁矿石里把铁）从铁矿石里把铁 还原出来还原出来 。 工业上工业上 铁矿石铁矿石 焦炭焦炭 热空气热空气 炉炉 渣渣 出出 口口 生铁出口生铁出

8、口 石灰石石灰石 高炉炼铁图高炉炼铁图 燃烧放热提高炉温，并将生成燃烧放热提高炉温，并将生成 的的COCO2 2还原为具有还原性的还原为具有还原性的COCO 炼钢和炼铁的比较炼钢和炼铁的比较 生铁冶炼生铁冶炼炼钢炼钢 原料原料铁矿石、焦炭、空气、石灰石铁矿石、焦炭、空气、石灰石 生铁、废钢生铁、废钢 原理原理 在高温下，用一氧化碳从铁的在高温下，用一氧化碳从铁的 氧化物中将铁还原出来。氧化物中将铁还原出来。 用氧气或铁的氧化用氧气或铁的氧化 物除去生铁中多余物除去生铁中多余 的碳元素的碳元素 主要主要 设备设备 高炉高炉转炉、平炉、电炉转炉、平炉、电炉 产品产品生铁生铁钢钢 高温高温 例例3：

9、用：用1000t含氧化铁含氧化铁80%的赤铁矿石，的赤铁矿石， 理论上可以炼出含铁理论上可以炼出含铁96%的生铁多少吨？的生铁多少吨？ 注意：注意： 带入化学方程式计算的数据应带入化学方程式计算的数据应 是纯净物的质量。是纯净物的质量。 赤铁矿石赤铁矿石氧化铁氧化铁铁铁生铁生铁 1000t80% （112160） 96%=583.3t 生铁的质量生铁的质量 答：答： 练习：要炼出含杂质练习：要炼出含杂质2%2%的生铁的生铁32003200吨，需要吨，需要 含氧化铁质量分数为含氧化铁质量分数为80%80%的赤铁矿石多少吨？的赤铁矿石多少吨？ 生铁生铁铁铁氧化铁氧化铁赤铁矿石赤铁矿石 3200t（

10、1-2%） 70%80%=4571.5t 赤铁矿石赤铁矿石: 答：答： 据有关资料报导，现在全世界每年据有关资料报导，现在全世界每年 被腐蚀而报废的金属设备和材料相当于被腐蚀而报废的金属设备和材料相当于 年产量的年产量的20%40%20%40% 钢铁的最大的弱点就是容易生绣。钢铁的最大的弱点就是容易生绣。 三、金属资源的保护三、金属资源的保护 1.金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护 铁轨的锈蚀铁轨的锈蚀 铁钉的生锈铁钉的生锈 各种铁制品的锈蚀各种铁制品的锈蚀 为了减少损失，为了减少损失， 需要探究需要探究金属锈蚀金属锈蚀 的原因的原因、防护的方防护的方 法法和和废金属的回收废金属的回收 利用。利

11、用。 金属锈蚀给人类金属锈蚀给人类 带来了巨大的损带来了巨大的损 失。失。 全浸在水中全浸在水中干燥空气中干燥空气中一半在水中一半在水中 食盐水中食盐水中 稀稀H H2 2SOSO4 4中中 一周后一周后 铁钉沾了酸液铁钉沾了酸液: : 铁钉严重锈蚀铁钉严重锈蚀 铁钉浸没一半的在食盐水中：铁钉浸没一半的在食盐水中：浸没在食盐水中的铁钉几乎全部生锈浸没在食盐水中的铁钉几乎全部生锈 铁钉浸没一半在水中：铁钉浸没一半在水中： 铁在空气、水的界面处生锈铁在空气、水的界面处生锈 铁钉完全浸没在水中（上面还加植物油）：铁钉完全浸没在水中（上面还加植物油）： 铁未生锈铁未生锈 铁钉放在干燥的空气中（加干燥剂

12、等）：铁钉放在干燥的空气中（加干燥剂等）： 铁未生锈铁未生锈 全浸在水中全浸在水中稀稀H2SO4中中一半在水中一半在水中食盐水中食盐水中干燥空气中干燥空气中 （一）铁生锈是铁与氧气、水等物质相互作用。（一）铁生锈是铁与氧气、水等物质相互作用。 （缓慢氧化（缓慢氧化, ,放热）放热） （二）在有酸性和盐条件下会加快生锈速率。（二）在有酸性和盐条件下会加快生锈速率。 （三）铁锈（混合物）的主要成分是氧化铁（三）铁锈（混合物）的主要成分是氧化铁 FeFe2 2O O3 3为红棕色为红棕色. . 结论结论: 在空气中锈蚀，实际上是在空气中锈蚀，实际上是铁铁跟跟氧气氧气、水水等等 物质相互作用，发生一系

13、列复杂的物质相互作用，发生一系列复杂的化学变化化学变化， 使铁转化为使铁转化为铁的化合物铁的化合物的过程。的过程。 因此，铁与空气接触，又有水分时，最易因此，铁与空气接触，又有水分时，最易 生锈！生锈！ 铁锈成分复杂，主要是铁锈成分复杂，主要是FeFe2 2O O3 3XHXH2 2O O它它 是一种疏松多孔的物质。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。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氧化铁与铝壶表面的氧化

14、铝膜性质比较 铁锈铁锈 (e23) 氧化铝氧化铝 (Al2O3) 结构特点结构特点 若不除去结果若不除去结果 疏松多孔疏松多孔 完全锈蚀完全锈蚀 致密结实致密结实 使铝使铝“自我保自我保 护护” 与空气（氧气）与空气（氧气）接触接触 与水与水接触接触 铁生锈的条件：铁生锈的条件： 与氧气（或空气）接触与氧气（或空气）接触 与水接触与水接触 其它影响因素：温度、盐等其它影响因素：温度、盐等 思考：根据铜绿的化学式思考：根据铜绿的化学式CuCu2 2(OH)(OH)2 2COCO3 3分分 析铜生锈的条件又是什么？析铜生锈的条件又是什么？ 与氧气、水和二氧化碳接触与氧气、水和二氧化碳接触 总结：总

15、结：探究铁生锈的条件探究铁生锈的条件 想一想想一想 （2 2）加快加快铁铁生生锈锈速率的情速率的情况况 酸酸性污染物的存在性污染物的存在 ( (酸雨酸雨) ) 加快生加快生锈锈 速度速度 离离子化合物的存在子化合物的存在 ( (氯化氯化钠钠) ) 高溫高溫 ( (加快化加快化学学反反应应速度速度) ) 较不较不活泼活泼金金属属接接触触 （置换反应（置换反应) ) 经经刮擦或凹凸扭曲刮擦或凹凸扭曲 表面表面( (增增加接加接触触面面) ) 氧气氧气 水水 生锈生锈 （五）（五）怎怎样样防止防止铁铁生生锈锈 (1)(1) 铁 油漆 氧气和水不能与铁接 触，所以铁不会生锈 油漆剥 落后 油漆 氧气和

16、水与铁接触， 导致铁生锈 罐头罐头是由是由镀锡铁制成镀锡铁制成。 镀铬镀铬的浴室的浴室水笼头水笼头。 由由镀锌铁制镀锌铁制造的水桶造的水桶 把把铁与铁与一一些较些较活活泼泼的的金属金属 相连接相连接，因而防止，因而防止铁铁生成生成 FeFe2+ 2+(aq) (aq) 离离子，子，从从而防而防锈锈。 破损部位锌表层 氧与锌反应， 铁不会腐蚀 铁 锌块 用不用不锈钢制锈钢制造的器具造的器具 金属防腐蚀的方法：金属防腐蚀的方法： （1)1)隔绝空气或氧气隔绝空气或氧气 (2)(2)隔绝水隔绝水 保持钢铁表面的清洁干燥。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；白铁皮镀镀金属保护

17、层：如镀锡、镀锌、镀铬等；白铁皮镀 锌，马口铁镀锡，钢圈镀铬、镍。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、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。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、形成氧化膜保护层：枪套上形成四氧化三铁、 锯条锯条 上的烤蓝。上的烤蓝。 在钢铁里加入金属或非金属形成耐腐蚀合金：如不在钢铁里加入金属或非金属形成耐腐蚀合金：如不 锈钢（加锈钢（加CrCr、NiNi） 防止铁锈蚀的主要措施：防止铁锈蚀的主要措施： 资料一：人类每年要向自然界索取

18、大量的金属资料一：人类每年要向自然界索取大量的金属 矿物资源，以提取数以亿吨计的金属。金属矿物资源，以提取数以亿吨计的金属。金属矿矿 物的储量有限，而且不能再生。根据已探明的一物的储量有限，而且不能再生。根据已探明的一 些矿物的储藏量，并根据目前这些金属的消耗速些矿物的储藏量，并根据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下图所度，有人估计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、一些国家的示（不包括今后新探明的矿物储量、一些国家的 金属储备量和金属的回收利用等）。金属储备量和金属的回收利用等）。 据估算，回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐要据估算，回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐要 便宜便宜20%20%，而且还可节约金属资源和，而且还可节约金属资源和95%9