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1、课题3 金属资源的利用和保护,淮阳一高 郑堃,前言,地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中，除少数很不活泼的金属如金、银、铂等有单质形式存在外，其余都以化合物形式存在。,自然界以单质形式存在金,自然界以单质形式存在银,工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石 常见的铁矿石,磁铁矿(Fe3O4),赤铁矿(Fe2O3),黄铁矿(FeS2 ),菱铁矿主要成分为FeCO3,铝土矿Al2O3,常见的铜矿石,孔雀石(Cu2(OH)2CO3 ),黄铜矿CuFeS2,辉铜矿Cu2S,罕见的铜矿石,毛赤铜矿(Cu2O ),在地壳中，矿物常与岩石混合共存在一起，形成矿石,把金属矿石变成金属的过程，叫金属的冶炼
2、。,铁的冶炼,我国是世界上已知矿物种类比较齐全的少数国家之一，矿物储量也很丰富，其中钨、钼、钛、锡等储量居世界前列，铜、铝、锰等储量在世界上也占有重要地位。 铁器时代是人类发展史中一个极为重要的时代。人类最早发现和使用的铁，是天空中落下来的陨（yn）铁。陨铁是铁和镍、钴等金属的混合物，含铁量较高。在很久以前，人们就曾用这种天然铁制作过刀刃和饰物，这是人类使用铁的最早情况。地球上的天然铁是少见的，所以铁的冶炼和铁器的制造经历了一个很长的时期。当人们在冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶炼铁的技术之后，铁器时代就到来了。,中国最早的关于使用铁制工具的文字记载，是左传中的晋国铸铁鼎。在春秋时期，中国已经在农
3、业、手工业生产上广泛使用铁器。 铁在自然界分布极广，是地壳的重要组成元素之一。因为天然的纯铁在自然界几乎不存在，铁矿石的熔点也较高，又不易还原，所以人类利用铁较铜、锡、铅、金等还要晚些，在埃及、西南亚等一些文明古国所发现的最早的铁器，都是由陨铁加工而成的。,生熟炼铁炉,模拟炼铁实验,一氧化碳还原氧化铁的实验,现象及反应方程式,玻璃管内红色粉末变成黑色粉末 高温 3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2 澄清的石灰水变浑浊 CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O 出气管口处有蓝色火焰产生 点燃 2CO+O2=2CO2,注意事项,加热前要通入一段时间的CO，排尽硬质玻璃管中的空气，防止加热一氧化碳
4、和空气的混合物发生爆炸。 反应完成后，须待玻璃管冷却后再停止通CO，防止热的铁再被氧化 CO要“早来晚走” 酒精喷灯要“迟到早退”酒精灯要“早到迟退” 尾气处理：CO有毒,工业炼铁,（1）炼铁原理：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里还原出来。,注意几个问题,一、最适宜炼铁的两种铁矿石（赤铁矿，磁铁矿、而不用菱铁矿、黄铁矿）的原因：1、铁元素的含量高。2、冶炼过程中不产生有害气体二氧化硫。 二、炼铁时焦炭的作用：1、产生热量，提高炉温。2、产生还原剂一氧化碳。 三、高炉中生铁出口低于炉渣出口的原因:生铁的密度大于炉渣的密度。 四、石灰石的作用：将矿石中的二氧化硅转变为炉渣。
5、 五、几个过程：1、还原剂的形成。2、生铁的生成。3、炉渣的形成。,关于含杂质的计算,化学方程式反映的是纯净物之间的反应，所以我们在计算的时候带入的数据必须是参加反应的纯净物的质量。这就需要混合物与纯净物质量之间的换算。,反应物或生成物是混合物必须进行换算，换算方法如下：,混合物质量,纯度,纯度,纯净物质量,例：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t？ 解题过程看课本17页。（两种解法）,含杂质物质的化学方程式的计算,冶炼2000t含杂质3%的生铁,需要含Fe3O490%的磁铁矿石多少吨？ 分析：这是一道“双杂质”的综合化学方程式计算题。对化学方程式的计算不
6、论反应物还是生成物都要求“纯物质质量”。那么应按怎样的步骤进行解呢？ 一般有如下几步： 第一步：将含有杂质物质质量换算成纯物质的质量：纯物质质量含杂质物质质量纯度,第二步：将纯物质质量代入化学方程式进行计算 第三步：将计算得到的纯物质质量换算成含杂质物质质量。 含杂质物质质量纯物质质量/纯度,1:为什么要保护金属资源？,二、金属资源保护,保护金属资源的原因：,每年大量开采(数以亿吨计),每年大量的金属被腐蚀(相当于年产量的20%40%),P17,图据估计一些矿物可供开采的年限,金属资源保护,矿物的储量是有限的，而且不能再生。,2.金属的腐蚀和防护,人们采取了许多措施，但每年全世界因生锈而损失的
7、钢铁约 占世界年产量的四分之一！,如何防锈？,现有洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花和干燥剂氯化钙。试设计实验以证明铁制品锈蚀的条件。,铁生锈条件的探究,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 二、在试管2中注入冷却的沸水，使其侵没铁钉，上面加上植物油并塞紧橡皮塞 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
8、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,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,2:
9、金属防腐蚀的方法 (破坏铁生锈的条件即可),改善腐蚀环境等等 保持铁制品表面干燥和洁净 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 改变金属的内部结构 制成合金，如不锈钢,（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,在脸盆、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,反馈练习,1.在下列情况下，埋在地下的铸铁管道腐蚀最快的是 （ ） A.在潮湿、致密的土壤中 B.在干燥、致密的土壤中
10、 C.在潮湿、疏松的土壤中 D.在干燥、疏松的土壤中,2.某运输用铁船，在水中行驶，最易生锈的部位是( ),C,B,A.水面上的船头部分 B.水面附近的船体部分 C.水面下的船底部分 D.各部分都一样速度生锈,三角架：,钢线(辐条）：,链条：,刷漆,镀一层耐腐蚀的金属,涂油等,平时要保持自行车的洁净与干燥（或涂油）！,自行车防锈措施有哪些？,讨论：,钢圈：,三、怎样保护金属资源呢?,防止金属的腐蚀。,金属的回收与利用。,有计划,合理地开采矿物,严禁不顾国家利益的乱采矿。,寻找金属代用品。如以塑料代钢。,图: 金属的回收利用,回收一个铝制的易拉罐比制造一个新的铝制的易拉罐要便宜20%，而且还可以
11、节约金属资源和95%能源。目前世界上有50%以上的铁和90%以上的金得到回收利用。,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,3.日常生活中的一些铁制品经常会被锈蚀。 下列做法中不能起防锈作用的是（ ） 在铁制品表面镀锌 在铁制品表面涂油脂 保留铁件表面的铁锈作保护层 在铁器表面刷油漆 自行车脏了用清水冲洗 用废酸液冲洗铁制污水管道 切完咸菜后，尽快将菜刀洗净擦干 A. B. C. D.,B,4.全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界 钢铁年产量的1
12、/4。某学生想探究铁生锈的条件，他将 干净的铁钉分别同时入放A、B、C三支试管中进行研究。 请你帮助该学生完成下列实验设计的内容：,加热烘干试管，小心放入铁钉，塞上塞子,探究铁在有水而无空气 （氧气）时的生锈情况,小心放入铁钉，注入蒸馏水，使铁钉部分浸入水中,一周后，编号为_的试管中的铁钉最易生锈。 用相同材料制作，经过相同时间防锈处理的铁栏杆，安装在南方比安装在北方更易生锈，其原因是 _。,C,南方比北方天气潮湿，铁更易生锈,A B C,铁在干燥空气中,铁在有水而无空气（氧气）时,铁在有空气和水时,4.某课外兴趣小组对一批铁样品（含有杂质，杂质不溶于水，也不与稀硫酸反应）进行分析，甲、乙、丙
13、三位同学分别进行实验，其中只有一位同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应。实验数据如下表： 请你认真分析数据，回答下列问题： 哪位同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应； 计算样品中铁的质量分数； 若生产1000 t这种纯度的铁，至少需要含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿多少吨？,改正：(烧杯的质量为25.4g；计算结果精确到0.1%),解：分析表中数据可知，甲、乙、丙三人的实验生成气的质量都是0.3g(如甲为200g+9g-208.7g0.3g),即各人的实验中都有一种反应物完全反应。由甲、乙数据可知，9g铁样品中的铁完全反应，甲中的酸过量。由乙、丙数据可知，(150g 25.4g)124
14、.6g的稀硫酸中的H2SO4完全反应，丙中的金属过量。综合分析可知乙同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应。,解：乙反应生成氢气的质量为150g+9g-158.7g0.3g。 设Fe的质量为X。 Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 2 X 0.3g,计算样品中铁的质量分数；,答：样品中铁的质量分数为93.3%。,若生产1000 t这种纯度的铁，至少需要含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿多少吨？,解：需要含氧化铁80%的赤铁矿的质量为Y。 1000 t这种纯度的铁含纯铁的质量为1000t93.3%930t。,160 112 Y80% 930t,160:112=Y80%: 930t Y=1666.1t,答：生产1000 t这种纯度的铁，至少需要含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿为1666.1t。,
