课题3 金属资源的利用和保护 2023-2024学年人教版化学九年级下册

第八单元

金属和金属材料课题3金属资源的利用和保护第1课时人教版化学九年级下册[导入1]如图1表示金属活动性顺序表中铜、铁和铝被人类大规模开发、利用的大致年限。提疑：为什么铜的开发使用比铁和铝早数千年？金属被大规模开发、利用主要和金属的哪些性质和特点有关？钠、镁等金属为什么在自然界中不能以单质形式存在，而是以化合物形式存在于各种矿物之中？[导入2]为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨而发行的邮票。自然界以单质形式存在的金银。我们知道自然界中只有金、银等少数金属以单质形式存在，大部分的金属是以化合物形式存在的，那么我们在生产、生活中用到最多的金属—铁是怎样炼成的？[导入3]《钢铁是怎样炼成的》是前苏联作家尼古拉·奥斯特洛夫斯基所著的一部长篇小说。有一名钢铁厂的工人误把这本书当成介绍钢铁是怎样炼成的科技书籍。

同学们读过了《钢铁是怎样炼成的》，你知道钢铁是怎样炼成的的吗？钢铁有哪些元素组成的？一、金属资源概况1.人类目前普遍使用的金属有哪些?

2.这是否和它们在地壳中的含量有一定的关系呢?地壳中各种元素的含量（质量分数）工业上把能用来提炼金属的矿物叫____矿石二、铁的冶炼比较Fe2O3与Fe的组成差异，设想用什么方法或试剂去完成铁的冶炼。钢和铁有着非常广泛和重要的应用，它们在某种程度上代表了一个国家工业发展的水平。铁的冶炼早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器，从公元1世纪起，铁便成了一种最主要的金属材料。1.有哪些物质可以把铁从它的氧化物中还原出来？2.观察图8-20，并结合学习的一氧化碳还原氧化铜的知识，思考：（1）实验室还原氧化铁的原理：（2）现象：比较Fe2O3与Fe的组成差异,设想用什么方法或试剂去完成铁的冶炼H2,C,CO

红色的Fe2O3变黑.同时产生使石灰水变浑浊的气体思考工业上铁矿石冶炼成铁的相关知识1.原料：2.原理：3.设备：4.过程：铁的冶炼（以赤铁矿为例）焦炭、石灰石、铁矿石在高温下，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高炉点燃C+O2===CO2高温C+CO2===2COFe2O3+3CO===2Fe+3CO2高温问题：在实验过程中应注意哪些安全事项？实验中的注意事项。1．先通CO，再加热，目的是将玻璃管中的空气排尽。2．实验完毕后，先停止加热继续通CO至冷却，目的防止石灰水倒吸。3．用酒精灯点燃尾气的作用是：防止一氧化碳污染空气。

实验室用一氧化碳还原氧化铁尾气处理：①用燃着的酒精灯将尾气点燃或②用气球收集尾气

CO还原氧化铁必须在封闭的硬质玻管中进行，防止CO污染空气。证明产物中有铁粉的方法是：用磁铁吸(或加稀盐酸)

2CO+O22CO2（尾气处理）点燃将铁矿石中的SiO2转变为炉渣点燃⑴C+O2===2CO2高温⑵C+CO2===2CO（Fe2O3）生铁出铁口炉渣出渣口⑶Fe2O3+3CO=====2Fe+3CO2高温高炉气体高炉气体①产生一氧化碳②提供热量例1.1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上炼出中含铁96%的生铁多少吨？解：设理论上可炼出铁的质量为x代入方程式计算时一定要纯净的质量

1602×56800t

xx=560tFe2O3+3CO2Fe+3CO2高温方法一：分步法答：理论上练出含铁96%的生铁583t。560t÷96%=583t氧化铁的质量：1000t×80%=800t

1602×56800tX三、有关杂质问题的计算例1：用1000t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：设理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量为x。1602×561000t×80％x×96%1602×561000t×80％x×96%

x=2×56×1000t×80％

160×96%=583tFe2O3+3CO2Fe+3CO2高温答：理论上可以练出含铁96%的生铁583t。方法二：解:Fe的质量为1000t×96%=960t。设铁矿石的质量为x,则氧化铁的质量为70%x。

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2例2某炼铁厂每天生产1000t含Fe96%的生铁,理论上需消耗含Fe2O370%的赤铁矿石多少吨?x=1959.2t。答:需消耗含Fe2O3

70%的赤铁矿石1959.2吨。

160

11270%x

960t160

11270%x

960t炼铁和炼钢的比较炼铁炼钢目的把铁从矿石中还原出来通过氧化把碳硫等减少原理一氧化碳还原氧气氧化原料铁矿石、石灰石、焦炭、空气生铁、氧气，氧化钙设备炼铁高炉转炉、平炉、电炉【拓展延伸】1.下列矿石的主要成分表述错误的是 (

)A.黄铁矿(FeS2) B.菱铁矿(FeCO3)C.黄铜矿(CuFeS2) D.辉铜矿(CuS)解析:辉铜矿的主要成分为Cu2S.故选D.D2.下图是实验室用CO还原氧化铁的装置,关于该实验,下列说法错误的是 (

)A.实验时应先给玻璃管加热,后通COB.实验时,试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应有二氧化碳生成C.实验中能观察到玻璃管中红棕色粉末逐渐变成黑色D.为了减少空气污染,应增加尾气处理装置解析:一氧化碳有可燃性,加热或点燃一氧化碳和空气或氧气的混合物可能发生爆炸,故一氧化碳还原氧化铁实验开始时要先通入纯净的一氧化碳,排净装置内的空气,然后再点燃酒精喷灯;试管中澄清的石灰水变浑浊,证明该反应有二氧化碳生成;一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳,故看到的现象为玻璃管中红棕色固体变为黑色;尾气中有一氧化碳,一氧化碳有毒,所以一定要进行尾气处理.故选A.A3.某工厂要用赤铁矿石(主要成分是氧化铁,假设杂质不含铁元素)来炼制生铁.若要炼制含铁96%的生铁63t,假设在炼制过程中损失10%铁的元素,则理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是(

)A.120tB.108tC.96tD.84t解析:63t含铁96%的生铁中铁的质量为:63t×96%,则理论上所炼铁的质量为63t×96%÷(1-10%)=63t×96%×10/9

设需要含杂质20%的赤铁矿石的质量为x,则:

3CO+Fe2O3

2Fe+3CO2

160

112

(1-20%)x

63t×96%×解得x=120t.故选A160

112(1-20%)x

63t×96%×=

A4.钢铁是使用最多的金属材料.(1)人类从自然界提取量最大的金属是铁,高炉炼铁的原料是铁矿石、空气、石灰石和

.

(2)铝的活动性比铁强,但在生活中常在铁的表面涂上铝粉.其原因是

.(3)金属钴(Co)与铁具有相似的化学性质.CoCl2固体是蓝色的,CoCl2溶液是粉红色的.现将金属钴投入稀盐酸中,发生化学反应Co+2HClCoCl2+H2↑.该反应的实验现象为

.

.解析:(1)高炉炼铁的原料是铁矿石、空气、石灰石和焦炭.(2)铝的活动性比铁强,但在生活中常在铁的表面涂上铝粉.其原因是常温时,铝能和空气中的氧气反应,在表面生成致密的氧化物薄膜,保护里面的铁不被腐蚀.(3)金属钴投入稀盐酸中时,发生化学反应:Co+2HCl

CoCl2+H2↑.随着反应的进行,金属不断溶解,表面产生气泡,溶液由无色变为粉红色.焦炭金属不断溶解,表面产生气泡,常温时,铝在空气中表面生成致密的氧化物薄膜,保护里面的铁不被锈蚀溶液由无色变为粉红色

课题3金属资源的利用和保护第1课时一、金属资源概况二、铁的冶炼1.主要原理:3CO+Fe2O32.原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气3.设备:高炉4.实验室还原氧化铁三、原料或产物有杂质的相关计算2Fe+3CO2第八单元

金属和金属材料课题3金属资源的利用和保护第2课时人教版化学九年级下册生锈的铁锁、铜壶、菜刀、铁丝、水龙头，还能否使用?01食品包装袋中常用到铁粉“脱氧剂”。食品等包装袋中常会见到一小袋的铁粉“脱氧剂”，这种脱氧剂可以达到减少包装物内氧气含量,防止食品等氧化变质的作用。网易新闻：稀土出口:被妖魔化的“资源掠夺”。不久前，我国政府修订《稀土工业发展专项规划》，新规划规定调减稀土金属的出口数量，各地关闭了不少的稀土金属矿，保护我国稀土金属资源的可持续开发。四、金属的腐蚀和防护现有洁净无锈的铁钉、试管、稀硫酸(或醋酸)、食盐水、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花和干燥剂氯化钙。试设计实验比较铁钉在不同环境中的锈蚀速度。设计的方案可能有以下几种: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。

一周后铁钉一半浸没在水中：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现象分析结论试管1试管2

试管3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，主要成分是Fe2O3·XH2O，它是一种疏松多孔的物质。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：铁锈

(Ｆe2Ｏ3)氧化铝

(Al2O3)结构特点若不除去结果疏松多孔完全锈蚀致密结实使铝“自我保护”

铝与氧气反应生成的氧化铝能起保护里层铝的作用。铁锈是否也能保护里层的铁呢？回答下列问题：1.试管2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？是为了防止蒸馏水中溶有氧气。不能，因为铁锈是疏松多孔的。想一想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2.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？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1.导致铁制品锈蚀的因素是:水和氧气同时存在。铁铁锈与空气（氧气）接触与水接触铁生锈的条件：小结2.加速铁制品锈蚀的因素是:酸或者氯化钠。3.铁锈具有疏松多孔的结构,易吸水和氧气,从而加速铁的生锈。而铝表面有一层致密的氧化膜,保护铝不与氧气接触。五、金属资源的保护根据一些矿物的储量和消耗速度，有人估计一些矿物可供开采的年限如图所示（不包括今后探明的储量，一些国家的金属储备量和金属的回收利用等）。（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?（3）合理开采矿物。（4）寻找金属的代用品。（5）物尽其用。稀土是储量较少的一类金属的统称，有“工业的维生素”的美誉。广泛用于新材料，新能源，航空航天，电子信息等尖端科技领域，是不可再生的重要战略资源。1970年，我国已探明的稀土储量占世界总储量的75%左右，2005年，这一比例降到55%左右。目前我国稀土的生产和消费居世界第一位。按目前生产量，我国稀土仅能维持15~20年。我国60%以上稀土出口到国外。出于环保和资源储备因素的考虑，有些发达国家封存本国稀土而从我国进口稀土产品。我国从1999年开始实施稀土出口配额管理，2011年发布《国务院关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见》。拓展视野

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%以上的铁和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【拓展延伸】1.金属的表面防护：(1)改变金属的组成或结构。如在铁中加入一定比例的铬炼制的铬钢，具有很强的耐腐蚀性。既含铬又含镍的铬镍不锈钢，其耐腐蚀性更好。(2)在金属表面覆盖一层保护膜，使金属与周围具有腐蚀性的气体或电解质溶液隔离，便可保护金属，防止金属腐蚀。如在金属表面喷漆、电镀或表面钝化等。（3）电化学保护法。如在金属上铆接比它更活泼的另一种金属，发生金属腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀而金属本身受到保护。2.除锈方法物理方法：用砂纸打磨，用刀刮。化学方法：用酸清洗(酸不能过量)，以铁制品除锈为例，发生的反应为：Fe2O3+6HCl==2FeCl3+3H2O或Fe2O3+3H2SO4==Fe2(SO4)3+3H2O。1.下列关于铁的做法或说法错误的是 (

)A.用铁桶盛放硫酸铜溶液B.铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气C.铁钉在潮湿的空气中易生锈D.炼铁高炉内一氧化碳夺取氧化铁中的氧而生成了铁解析:铁能与硫酸铜发生反应;铁和稀盐酸反应生