金属资源的利用和保护216

1、一一.金属元素在自然界中的存在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元素在自然界中分布很广，极少数不活泼的金属（如金、银等）有金属（如金、银等）有单质形式单质形式存在；存在；图图52 地壳中金属的百分含量地壳中金属的百分含量 含有矿物的岩石称为含有矿物的岩石称为矿矿石。石。铁矿石等都是常见铁矿石等都是常见的矿石的矿石 其余大多数以其余大多数以化合物化合物的形式存在。金属化合物的形式存在。金属化合物在自然界中以在自然界中以矿物矿物的形的形式存在。式存在。元素名元素名称称质量分质量分数数/元素名元素名称称质量分质量分数数/铝铝7.73镁镁2.00铁铁4.75锌锌0

2、.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赤铁矿赤铁矿菱铁矿菱铁矿铝铝士士矿矿黄铜矿黄铜矿辉铜矿辉铜矿Fe2O3常见几种金属矿物的成分常见几种金属矿物的成分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，其中国家这一，矿物储量也很丰富，其中钨、钼、钨、钼、钛、锡、锑钛、锡、锑等储量居世界前列，等储量居世界前列，铜、铝、锰铜、铝、锰等等储量在世界观上也占有重要志地位。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

3、属矿物资源金属矿物资源，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用于工农业生产和其它领域。其中，提取量最大的是生产和其它领域。其中，提取量最大的是铁铁。二二.铁的冶炼铁的冶炼为纪念为纪念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现象：现象：红色红色粉末粉末变成变成黑色黑色，澄清，澄清的石灰水变浑浊。的石灰水变浑浊。点燃尾气有点燃尾气有蓝色蓝色火焰火焰一氧化碳还原氧化铁一氧化碳还原氧化铁Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O2C

4、O + O2 2CO2用酒精灯点燃尾气用酒精灯点燃尾气的作用是的作用是防止一氧化碳污染空气防止一氧化碳污染空气实验步骤：实验步骤：1、检查装置气密性、检查装置气密性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、点燃右边点燃右边酒精灯酒精灯4、通入一氧化碳通入一氧化碳气体气体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、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、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，然后熄灭右边熄灭右边酒精灯酒精灯实验前要先通实验前要先通CO将玻

5、璃管中的空气排尽再加热，防止加热时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，停止加热时要继续与空气混合发生爆炸；实验完毕后，停止加热时要继续通通CO至玻璃管内固体冷却，防止高温下的生成物铁与空气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。接触而被氧化，同时还可防止石灰水倒吸。赤铁矿赤铁矿 Fe2O3菱铁矿菱铁矿 FeCO3磁铁矿磁铁矿 Fe3O4在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁在高温下，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从铁矿石中还原出来Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2高温高温石灰石、

6、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子，炉子，炉壳用炉壳用钢板钢板制成，内部用制成，内部用耐耐火砖火砖作衬里。炼铁的主要原作衬里。炼铁的主要原料是料是铁矿石、焦炭、石灰石铁矿石、焦炭、石灰石和空气和空气。 高温下，用还原剂（主高温下，用还原剂（主要是一要是一氧化碳氧化碳）从铁矿）从铁矿石里把铁还原出来石里把铁还原出来 变式： 1000t含氧化铁含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可炼出的赤铁矿石，理论上可炼出含铁含铁 96%的生铁的生铁的质量是多少？的质量是多少？解：氧化铁的质量解：氧化铁的质量： 1000t 80% =800t

7、设：理论上可炼出铁的质量为设：理论上可炼出铁的质量为X.Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2 160 2X56800t X 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。 256 x=560t800t x=练习：练习： 要炼出含杂质要炼出含杂质3%的生铁的生铁2000吨，需要含吨，需要含四氧化四氧化三铁三铁质量分数为质量分数为90%的磁铁矿石多少？的磁铁矿石多少？解解：铁的质量铁的质量： 2000t(1-3%) =1940t设：可炼出四氧化三铁的质量为可炼出四氧化三铁的质量为XFe3O4+4CO = 3Fe+4CO2 232 168 X 19

8、40t高温232 x x=2679t168 1940t=折合为磁铁矿石的质量为折合为磁铁矿石的质量为2679t90%=2977t答：磁铁矿石的质量为2977t。 据有关资料报导，现在全世界每年被腐据有关资料报导，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钢铁的最大的弱点就是容易生绣三三.金属资源保护金属资源保护1.金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护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 一周后一周后铁钉浸没一半在水中：铁钉浸没一半在水中： 铁在空气、水的界铁在空气、水的界面处生锈面处

9、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一半在水中一半在水中干燥空气中干燥空气中1 1铁生锈是铁与氧气、水等物铁生锈是铁与氧气、水等物质相互作用。（缓慢氧化质相互作用。（缓慢氧化, ,放热）放热）2 2铁锈（混合物）的主要成分铁锈（混合物）的主要成分是氧化铁是氧化铁Fe2O3, ,红棕色红棕色. . 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，发生一系列复杂的物质相互作用，发生一

10、系列复杂的化学变化学变化化，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，能让水分和空气穿过它这种多孔性的物质，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，直至铁被的空隙，不断向里层渗透，继续跟铁反应，直至铁被完全锈蚀。完全锈蚀。 3.铁生锈的实质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铝膜性质比较 铁锈铁锈 (e

11、23)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4.4. 怎怎样样防止防止铁铁生生锈锈怎么防止钢铁生锈呢？怎么防止钢铁生锈呢？在在车车船船的的表表面面喷喷油油漆漆在机械表面涂防锈油在机械表面涂防锈油此外，还可以在钢此外，还可以在钢铁表面镀上一层能铁表面镀上一层能起保护作用的其他起保护作用的其他金属。金属。如：在钢铁表面镀如：在钢铁表面镀锌、和镀铬锌、和镀铬镀铜镀铜制成合金制成合金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；白铁皮镀锌，马镀金属保护层：如镀锡、镀锌、镀铬等；白铁皮镀锌，马口铁镀锡，钢圈镀铬、镍。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。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、 锯条上的锯条上的烤蓝。烤蓝。在钢铁里加入金属或非金属形成耐腐蚀合金：如不锈钢在钢铁里加入金属或非金属形成耐腐蚀合金：如不锈钢（加（加