《金属资源的利用和保护2.16.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属资源的利用和保护2.16.（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 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 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，极少数不活泼的 金属（如金、银等）有单质形式存在； 图52 地壳中金属的百分含量 含有矿物的岩石称为矿 石。铁矿石等都是常见 的矿石 其余大多数以化合物 的形式存在。金属化合物 在自然界中以矿物的形 式存在。 元素名 称 质量分 数/ 元素名 称 质量分 数/ 铝7.73镁2.00 铁4.75锌0.008 钙3.45铜0.007 钠2.74银 0.0000 1 钾2.47金 0.0000 005 赤铁矿黄铁矿FeSFeS 2 2 菱铁
2、矿FeCOFeCO 3 3 铝 士 矿 黄铜矿辉铜矿 Fe2O3 常见几种金属矿物的成分 孔雀石 Cu2(OH)2CO3赤铜矿 Cu2O 磁铁矿磁铁矿（主要成分（主要成分FeFe 3 3O O4 4 ） 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 国家这一，矿物储量也很丰富，其中钨、钼、 钛、锡、锑等储量居世界前列，铜、铝、锰等 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金属矿物资源， 人类每年要提炼数以亿吨计的金属用于工农业 生产和其它领域。其中，提取量最大的是铁。 二.铁的冶炼 为纪念1996年中国钢产产量突破1亿吨而发行的邮票 上海宝山钢
3、铁公司炼铁高炉 现象：红色粉末 变成黑色，澄清 的石灰水变浑浊 。 点燃尾气有蓝色 火焰 一氧化碳还原氧化铁实验室 实验室 相关的化学方程式：相关的化学方程式： Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O 2CO + O2 2CO2 点燃点燃 高温高温 用酒精灯点燃尾气 的作用是 防止一氧化碳污染空气 实验步骤： 1、检查装置气密性 2、将适量的氧化铁装入试管并固定装置 3、点燃右边酒精灯 4、通入一氧化碳气体 5、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 7、待玻璃管内固体冷却后停止通入一氧化碳，然后熄灭
4、右边 酒精灯 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 CO与空气混合发生爆炸；实验完毕后，停止加热时要继续 通CO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。 1 1、原料：、原料： 黄铁矿 FeS2 赤铁矿 Fe2O3 菱铁矿 FeCO3 磁铁矿 Fe3O4 2 2、原理：、原理： 在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁 从铁矿石中还原出来 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 石灰石、铁矿石 焦炭、空气 3 3、设备：高炉、设备：高炉 化学方程式： 70%70% 48.27%48.27% 46.67%46.67% 72
5、.41%72.41% 含铁量含铁量 高炉是个竖直的圆筒形炉子， 炉壳用钢板制成，内部用耐火 砖作衬里。炼铁的主要原料是 铁矿石、焦炭、石灰石和空气 。 高温下，用还原剂（主 要是一氧化碳）从铁矿 石里把铁还原出来 工业上工业上 铁矿石 焦炭 热空气 炉 渣 出 口 生铁 出口 石灰石 高炉炼铁图： 炼铁时各物质的作用：炼铁时各物质的作用： 石灰石：把杂质转化为炉渣石灰石：把杂质转化为炉渣 焦炭：焦炭：燃烧放热提高炉温，并将生成的燃烧放热提高炉温，并将生成的 COCO 2 2 还原为具有还原性的还原为具有还原性的COCO，因此在，因此在 炼铁高炉中起主要作用的还原剂是炼铁高炉中起主要作用的还原剂
6、是COCO ，优点是气体还原剂具有流动性，能，优点是气体还原剂具有流动性，能 与矿石充分接触，使反应更彻底。与矿石充分接触，使反应更彻底。 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。 FeFe 2 2O O3 3 +3CO 2Fe+3CO+3CO 2Fe+3CO 2 2 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 有关杂质问题的计算 例 1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可炼出纯铁的 质量是多少？ 解：氧化铁的质量： 1000t 80% =80
7、0t 设：理论上可炼出铁的质量为X Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2 160 2X56 800t X 高温 160 256 x=560t 800t x = 答：1000t可炼出生铁为583t。 变式： 1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可炼出 含铁 96%的生铁的质量是多少？ 解：氧化铁的质量： 1000t 80% =800t 设：理论上可炼出铁的质量为X. Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2 160 2X56 800t 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。 160 256 x=560t 800t x =
8、 练习： 要炼出含杂质3%的生铁2000吨，需要含四氧化 三铁质量分数为90%的磁铁矿石多少？ 解：铁的质量： 2000t(1-3%) =1940t 设：可炼出四氧化三铁的质量为X Fe3O4+4CO = 3Fe+4CO2 232 168 X 1940t 高温 232 x x=2679t 168 1940t = 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 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 三.金属资源保护 1.金属的腐蚀和防护 铁轨的锈蚀 铁钉的生锈 各种铁制品的锈
9、蚀 为了减少损失， 需要探究金属锈 蚀的原因、防护 的方法和废金属 的回收利用 金属锈蚀给人类 带来了巨大的损 失。 全浸在水中 干燥空气中一半在水中 食盐水中 稀H2SO4中 2.2.实验：探究铁生锈的条件实验：探究铁生锈的条件 一周后 铁钉沾了酸液: 铁钉严重锈蚀 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 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 稀H2SO4中一半在水中食盐水中 干燥空气中 1铁生锈是铁与氧气、水等物质相互 作用。（缓慢氧化,放热） 2.在
10、有酸性和盐条件下会加快生锈速率 3铁锈（混合物）的主要成分是氧化 铁Fe2O3,红棕色. 结论: 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。 3.铁生锈的实质 氧化铁与铝壶表面的氧化铝膜性质比较 铁锈 (e23) 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” 与空气（
11、氧气）接触 与水接触 想一想 阅读教材阅读教材P19P19页，回答下列问题：页，回答下列问题： 1 1、试管、试管中为什么要用煮沸过的蒸馏水，且要中为什么要用煮沸过的蒸馏水，且要 加入植物油？加入植物油？ 2 2、铝与氧气反应生成的氧化铝能起到保护里层、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？铝的作用。铁锈是否也能保护里层的铁呢？ 3 3、你能否根据铁生锈的条件提出防止铁制品生、你能否根据铁生锈的条件提出防止铁制品生 锈的原理吗？锈的原理吗？ 是为了防止蒸馏水中溶有氧气。是为了防止蒸馏水中溶有氧气。 不能，因为铁锈是疏松的。不能，因为铁锈是疏松的。 氧气
12、水 生锈 4. 怎样防止铁生锈 加上保加上保护层护层 (1)(1) 油漆、油漆、加上加上塑塑胶层胶层或油脂或油脂 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 氧气和水与铁接触， 导致铁生锈 ( (2 2) ) 镀镀上其他金上其他金属属, , 如如镀锡镀锡或或铬铬等等 罐头是由镀锡铁制成。 镀铬的浴室水笼头。 ( (3 3) )牺牺牲性保牲性保护护 由镀锌铁制造的水桶。 把铁与一较活泼的金属相 连接，因而防止铁生成 Fe2+(aq) 离子，从而防锈 。 破损部位锌表层 氧与锌反应， 铁不会腐蚀 铁 锌块 (4)(4)使用使用铁铁合金合金 用不锈钢制造的器具 金属防腐蚀的
13、方法： a.a.改变金属的内部结构改变金属的内部结构 制成合金，如不锈钢制成合金，如不锈钢 b.b.形成保护层形成保护层 刷油漆、涂油、烧制搪瓷（物理方法）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 过化学反应使表面形成致密的氧化物薄膜等 c.c.改善腐蚀环境等等改善腐蚀环境等等 保持铁制品表面干燥和洁净保持铁制品表面干燥和洁净 （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 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 锌、和镀铬镀铜 制成合金 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，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、 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Cr、Ni） 防止铁锈蚀的主要措施： 一.防止金属的腐蚀 三.合理有效开采矿物 四.寻找金属的代用品 二.回收利用废旧金属 掌握几个公式 转化式 纯物质的质量=不纯物质纯度 纯度=1-杂质率
