课题3、金属资源的利用和保护

1、世界跨径最大的斜拉桥世界跨径最大的斜拉桥苏通大桥苏通大桥 苏通大桥总长苏通大桥总长8206米米，斜拉桥主孔跨度，斜拉桥主孔跨度1088米米，列世界第一；主塔高度列世界第一；主塔高度306米米,列世界第一；斜拉索的列世界第一；斜拉索的长度长度580米米,列世界第一。列世界第一。 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（如铂、金、银等）有金属（如铂、金、银等

2、）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 铝铝 7.73% 铁铁 4.75% 钙钙 3.45% 钠钠2.74% 钾钾2.47% 镁镁2.00% 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的矿铁矿石等都是常见的矿石石 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式的形式存在。存在。常见几种金属矿物的成分常见几种金属矿物的成分磁铁矿磁铁矿褐铁褐铁矿矿赤铁矿赤铁矿Fe3O4Fe2O3XH2OFe2O3 孔雀石孔雀石Cu2(OH)2CO3赤铜矿赤铜矿 Cu2O赤铁矿赤铁矿

3、黄铁矿黄铁矿菱铁矿菱铁矿铝土矿铝土矿黄铜矿黄铜矿辉铜矿辉铜矿 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

4、.铁的冶炼铁的冶炼现象：现象：红色红色粉末变成黑色，产生气体使澄清的石灰粉末变成黑色，产生气体使澄清的石灰水变浑浊。水变浑浊。一氧化碳还原氧化铁一氧化碳还原氧化铁3一氧化碳还原氧化铁实验(1)实验装置(如图 831 所示)(2)实验操作步骤图 831操作顺序：先通 CO，再加热；实验完毕，先停止加热，继续通 CO 至试管冷却。尾气处理：因 CO 有毒，不能排到空气中，要用酒精灯将 CO 点燃而除去。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

5、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

6、。接触而被氧化，同时还可防止石灰水倒吸。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，内制成，内部用部用耐火砖耐火砖作衬里。炼铁作衬里。炼铁的主要原料是的主要原料是铁矿石、焦铁矿石、焦炭、石灰石和空气炭、石灰石和空气。 高温下，用还原剂（主高温下，用还原剂（主要是要是一氧化碳一氧化碳）从铁矿）从铁矿石里把铁还原出来石里把铁还原出来 黄铁矿黄铁矿 FeS2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+

7、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：铁矿石焦炭热空气炉渣出口生铁出口石灰石高炉炼铁图：高炉炼铁图：补充：炼钢补充：炼钢视频：工业上生铁炼钢视频：工业上生铁炼钢炼钢和炼铁的比较炼钢和炼铁的比较生铁冶炼炼钢原料铁矿石、焦炭、空气、石灰石 生铁、废钢原理在高温下，用一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。 用氧气或铁的氧化物除去生铁中多余的碳元素主要设备高炉转炉、平炉、电炉产品生铁钢高温三、有关杂质问题的计算三、有关杂质问题的计算例1、1000t含杂质含杂质20%的赤铁矿石中含的赤铁矿石中含氧化铁的质量是多少？氧化铁的质量是多少？氧化铁

8、的质量氧化铁的质量： 1000t （ 1- 20% ）=800t纯物质的质量纯物质的质量=不纯物质的质量不纯物质的质量纯物质的质量分数（纯度）纯物质的质量分数（纯度）不纯物质的质量不纯物质的质量= 纯物质的质量纯物质的质量例题用1000t 含氧化铁80的赤铁矿石，理论上可以炼出含杂质4的生铁多少吨？解：解：1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为：赤铁矿石中含氧化铁的质量为：1000t 80=800t设：设：800t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为氧化铁理论上可以炼出铁的质量为 xFe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2高温高温160 112800t x112160 xt800 x=560t折合

9、为含杂质折合为含杂质4的生铁的质量为的生铁的质量为:560t(1-4 )=583t答：用答：用1000t 含氧化铁含氧化铁80的赤铁矿石，理论上可以炼出含杂的赤铁矿石，理论上可以炼出含杂质质4的生铁的生铁583t课堂练习课堂练习 一、选择题：请将唯一正确答案代量填入下列空格内 1（2006 广州）人类每年从自然界中提取大量的金属铁，下列关于铁的说法正确的是（ ） A、炼铁的过程是把单质铁变成氧化铁。 B、钢是很纯的铁。 C、生铁是含少量碳的铁合金。 D、被腐蚀的铁制品属于不可回收的垃圾。 2（2006 益阳）铁是人类生活中重要的一种材料，工业上可用如下化学反应制得铁， Fe2O3+3CO 2F

10、e+3CO2，该该反应中，发生还原反应的物质是 A、Fe2O3 B、CO C、Fe D、CO2 3、做一氧化碳还原氧化铁的实验后，清洗试管壁上留下的黑色物质时可选用的方法是（ ） A、用大量水边冲边洗。 B、用试管刷左右、上下猛烈刷。 C、用盐酸或稀硫酸清洗后再用水冲。 D、用肥皂粉清洗后再用水冲洗。高温高温CAC 二、计算题（2006黄冈） 用2000t 含氧化铁80的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96 的生铁多少吨？二、计算题（2006黄冈）用2000t 含氧化铁80的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96 的生铁多少吨？解：解：2000t赤铁矿石中含氧化铁的质量赤铁矿石中含氧化铁的质量为：为：2

11、000t 80=1600t设：设：1600t氧化铁理论上可以炼出铁的氧化铁理论上可以炼出铁的质量为质量为 x Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 160 112 1600t xx=1120t折合为含铁折合为含铁96 的生铁的质量为的生铁的质量为 1120t 96 =1166t答：用答：用2000t 含氧化铁含氧化铁80的赤的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁铁矿石，理论上可以炼出含铁96 的生铁的生铁1166txt1600112160高温梳理整合 本节课你学会了 哪些知识？ 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

12、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金属锈蚀的原因蚀的原因、防护防护的方法的方法和和废金属废金属的回收利用的回收利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。取取3枚洁净无锈的铁钉，分别放入枚洁净无锈的铁钉，分别放入3支试管支试管中进行下面的实验中进行下面的实验步骤一、在试管步骤一、在试管1中加入中加入少量的蒸馏水少量的蒸馏水

13、，使铁钉的一半浸没在，使铁钉的一半浸没在水中水中步骤二步骤二、在试管、在试管2中注满迅速中注满迅速冷却的沸水冷却的沸水塞紧橡皮塞塞紧橡皮塞步骤三步骤三、在试管、在试管3中加入少量中加入少量干燥剂干燥剂（生石灰或无水氯化钙）（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，塞紧橡皮塞再放一团干棉球，把铁钉放在干棉球上，塞紧橡皮塞在空气中锈蚀，实际上是在空气中锈蚀，实际上是铁铁跟跟氧气氧气、水水等物质相互作用，发生一系列复杂的等物质相互作用，发生一系列复杂的化化学变化学变化，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铁锈成分复杂，主要是Fe2O3XH2O它是一种疏松多孔的物质

14、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。 在切过咸菜的铁质菜刀同一面上选相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近的三处进行下列实验一处：用湿棉球湿润；一处：用湿棉球湿润；一处：用干布檫干一处：用干布檫干一处：用干布檫干后，涂上一层食油；一处：用干布檫干后，涂上一层食油；放置一昼放置一昼夜，观察夜，观察菜刀三处菜刀三处表面发生表面发生的变化的变化与空气（氧气）与空气（氧气）接触接触与水与水接触接触怎么防止钢铁生锈呢？怎么防止钢

15、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在面盆、杯子、在面盆、杯子、等表面烧涂搪瓷等表面烧涂搪瓷此外，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。（为什么？）金属。（为什么？）如：在钢铁表面镀如：在钢铁表面镀锡、镀锌、和镀铬锡、镀锌、和镀铬镀铜？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

16、继续与氧气反应，从而起来在铝的表面，防止铝继续与氧气反应，从而起来“自我保护自我保护”的作用的作用（1）隔绝空气或氧气隔绝空气或氧气 （2）隔绝水）隔绝水具体方法具体方法:1.“穿外衣穿外衣”加一层保护膜（如：刷油漆、涂油、加一层保护膜（如：刷油漆、涂油、电镀、致密的氧化膜）电镀、致密的氧化膜） 2.“打强心针打强心针”在铁中加入其它金属改变其内部在铁中加入其它金属改变其内部结构，（如：制成不锈钢）结构，（如：制成不锈钢）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，马口铁镀锡，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

17、镀铬、镍。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。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、 锯条上的烤蓝。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：防止铁锈蚀的主要措施：一一. .防止金属的腐蚀防止金属的腐蚀 二二. .回收利用废旧金属回收利用废旧金属三三.合理有效开采矿物合理有效开采矿物 四

18、四.寻找金属的代用品寻找金属的代用品（1）汞与稀盐酸）汞与稀盐酸 （2）铝与硫酸铜溶液）铝与硫酸铜溶液（3）银与硫酸锌溶液）银与硫酸锌溶液 （4）锌与硝酸银溶液）锌与硝酸银溶液（5）钠与稀硫酸）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。、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：、回答下列问题： （1）为什么沙漠地区的铁制品锈蚀较慢？）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？）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）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？能用带有油的布擦？ 3、若赤铁矿石中、若赤铁矿石中Fe2O3的质量分数为的质量分数为80%，600 t 这样的这样的赤铁矿可炼出含碳等其他杂质质量分数为赤铁矿可炼出含碳等其他杂质质量分数为7%的生铁多少的生铁多少吨？吨？ 解：设可炼出含杂质质量分数为解：设可炼出含杂质质量分数为7%的生铁的质量为的生铁的质量为x Fe2O33CO