第八单元 课题3金属资源的利用和保护

第八单元,金属和金属材料,课题,3,金属资源的利用和保护,第一课时,长丰乡学校 王景明,4.,知道废旧金属对环境的污染，认识回收利用废旧金属等金属资源保护的重要性。,学习目标：,2.,知道一些常见金属如铁、铝、铜等的矿物，了解从铁矿石中将铁还原出来的方法。,3.,会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关的计算。,1.,了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。,2.,会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关的计算。,1.,了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。,重点：,金属概述,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、银等有单质形式存在外，其余都以化合物形式存在。,第八单元 金属和金属材料,金属在地球上以,游离态（单质）和化合态,两种形式存在,图,8-15,自然界以单质形式存在的金,图,8-16,自然界以单质形式存在的银,除少数不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外,其余都以化合物形式存在。,金属的存在形式：,单质,(,少数，如金和银,),化合物,(,大多数，如各种铁矿石,),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,0.00001,钾,2.47,金,0.0000005,地壳中含量最多的金属是,Al,！,金属元素在地壳中含量：,赤铁矿（,主要成分是,Fe,2,O,3,）,菱铁矿（主要成分是,FeCO,3,）,图,8-17,常见的矿石,硫铁矿,(,主要成分是,FeS,2,),磁铁矿（,主要成分是,Fe,3,O,4,）,矿石,:,工业上把能用来提炼金属的矿物叫矿石,。,图,8-17,常见的矿石,辉铜矿（主要成分是,Cu,2,S,）,黄铜矿（主要成分是,CuFeS,2,）,铝土矿,主要成分是,Al,2,O,3,如何从矿石中提炼出金属来呢？,思 考,一、,铁的冶炼,：,生熟炼铁炉一,生熟炼铁炉二,图,8-18,我国古代炼铁图,图,8-20,上海宝山钢铁公司炼铁高炉,图,8-21,为纪念,1996,年中国钢产量突破,1,亿吨而发行的邮票,现象,分析,反应式,尾气处理,红色的,Fe,2,O,3,变成灰黑色，同时产生,的气体,使澄清的石灰水变浑浊,一氧化碳还原氧化铁生成铁粉,(,灰黑色,),与二氧化碳,1.,实验室用一氧化碳还原氧化铁,用燃着的酒精灯将尾气点燃或,用气球收集尾气,【,实验,8-3】,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe+3CO,2,高温,证明产物中有铁粉的方法是：,用磁铁吸,(,或加稀盐酸有气泡,),实验步骤：,.,按下图组装仪器，,并检查其气密性。,把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻璃管中。,把硬质玻璃管接入装置系统中，,先通入一氧化碳气体排除空气，防止一氧化碳与空气混合受热爆炸。点燃出气口处的酒精灯,(,或用气球收集,),，防止一氧化碳污染空气。待排尽后，点燃酒精喷灯，,并观察装置中所发生的变化。,当红棕色粉末已转变成黑色后，,停止加热，再通入一会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却，防止,Fe,被氧化。,一氧化碳还原氧化铁必须在,封闭,的硬质玻管中进行，,防止一氧化碳污染空气,。,原料：铁矿石、焦炭、石灰石,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe+3CO,2,高温,2.,工业炼铁：,反应的化学方程式：,CO,是还原剂；,Fe,2,O,3,是氧化剂,原理：,焦炭在高温条件下跟,O,2,反应生成,CO, CO,作还原剂，在高温条件下把铁矿石中,的铁还原出来。,设备：炼铁高炉,铁矿石、焦炭、石灰石,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe+3CO,2,高温,CO,2,C 2CO,高温,C+O,2,CO,2,点燃,工业上,炼铁时各物质的作用,：,石灰石,：把杂质转化为炉渣,焦炭,：,燃烧放热提高炉温，,与,CO,2,生成具有还原性的,CO,在炼铁高炉中起主要作用的还原剂是,CO,，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。,在,实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用料时和产量时,应考虑到杂质问题。,不纯物质、纯物质、纯度之间的关系：,列比例时，一定要用纯量。,3.,含杂质的物质的化学方程式的计算：,m(,纯,) =,m(,不纯,),纯度,m(,不纯,) =,m(,纯,) ,纯度,例题：用,1000t,含氧化铁,(Fe,2,O,3,),80%,的赤铁矿石，理论上可炼含铁,96%,的生铁多少吨？,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe + 3CO,2,高温,解：,1000t,赤铁矿石中含氧化铁的质量为,1000t 80%,800t,。,设,800t,氧化铁理论上可以炼出铁的质量为,X,。,160 112,800t X,160,800t,=,112,X,X,560t,折合含铁,96%,的生铁的质量为,560t 96%,583t,(,纯化杂,),答：,1000t,含氧化铁,(Fe,2,O,3,) 80%,的赤铁矿石，理论上可炼出含铁,96%,的生铁为,583t,。,或设,理论上可以炼,含铁,96%,的生铁,质量为,X,。,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe + 3CO,2,高温,160 112,1000t,80%,X,96%,160 :112,800t :X,96% X,583t,(,杂化纯,),解：设理论上可炼出含铁,98%,的生铁的质量为,X,。,Fe,2,O,3,+ 3CO= 2Fe + 3CO,2,160 112,5000t,80% X,98%,高温,160,4000t,=,112,X98%,X2857t,答,：,理论上可炼出含铁,98%,的生铁,2857t,。,1.【09,江西,】,某炼钢厂用含氧化铁,80%,的生铁,5000t,，理论上可炼出含铁,98%,的生铁的质量是多少？（计算结果保留整数）,练习：,2.,下图是课堂中模拟炼铁的实验装置。,（,1,）写出图中标有序号的仪器名称,，,。,(2),实验过程中，先要进行的是,_,。（填,或,）,加热,通一氧化碳,(3)A,中反应的化学方程式是 。,B,中反应的化学方程式是,，,B,中观察到的现象是,_,。,(4),该装置的不足之处是,。,铁架台,试管,Fe,2,O,3,+3CO = 2Fe+3CO,2,高温,没有尾气处理装置（或没有用燃着的酒精灯处理尾气等）,Ca(OH),2,+CO,2,=CaCO,3,+H,2,O,澄清的石灰水变浑浊,3.,右下图是金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发、利用的大致年限。,K Ca Na Mg Al Zn Fe,Sn,Pb,(H) Cu Hg Ag Pt Au,约,6000,年前,约,200,年前,约,600,年前,约,2500,年前,选择编号填空：铝的利用比铜和铁晚得多，原因是,；目前铝在多个领域替代易生锈的钢铁，其,主要,原因是,。,铝的密度小 铝很活泼,地壳中铝的含量高 铝的表面易生成致密的保护膜,钢铁的冶炼是人类文明的一个重要标志。,右图是实验室模拟炼铁的装置图，写出冶炼生铁的化学方程式,；能证明产物中有铁粉的方法是：,。,用磁铁吸,(,或加稀盐酸有气泡,),3CO+Fe,2,O,3,2Fe+3CO,2,=,高温,在组装仪器时，把玻璃管插入橡胶管的操作方法,是,。,此装置有不完善的地方，请说出其中一种改进方法：,。,用气球收集尾气或用燃着的酒精灯点燃,导管一端用水润湿后旋转插入,第八单元,金属和金属材料,课题,3,金属资源的利用和保护,第二课时,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%),P17,1.,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,铁生锈条件的探究,现象,分析,结论,试管,试管,试管,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）,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,Fe,2,O,3,XH,2,O,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。,铁,生,锈时会产,生,什么现,象,铁,的腐,蚀称为,生,锈,，其化,学,反,应过,程是相,当复杂,，但,结,果非常,简单,：,铁,(s),+,氧,气,(g),Fe,2,O,3,xH,2,O,(aq),水,疏松多孔，会加速铁的锈蚀,_,氧化铁与铝壶表面的氧化铝膜性质比较,铁锈,(,e,2,3,),氧化铝,(Al,2,O,3,),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”,铁锈,与,空气（氧气）,接触,与水,接触,想一想,回答下列问题：,1,、试管,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？,3,、你能否根据铁生锈的条件提出防止铁制品生锈的原理吗？,是为了防止蒸馏水中溶有氧气。,不能，因为铁锈是疏松的。,防止铁生锈的方法,(,破坏,铁生锈的条件即可,),：,P20,表,（,1,）,.,保持铁制品表面的洁净和干燥。,（,2,）,.,在铁制品表面涂油、刷漆、搪瓷、镀上 耐腐蚀的金属、烤蓝（,即表面生成致密的氧化膜保护层,），使铁制品与空气隔绝。,（,3,）,.,制成耐腐蚀的合金，,如不锈钢，就是在钢中加入一点镍和铬而制成的合金。,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：,图,8-25,据估计一些矿物可供开采的年限,2.,金属资源保护,为什么要保护金属资源？,矿物的储量是有限的，而且不能再生。,（,2,）、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。如以塑代钢。,图,8-26,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。,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,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,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,1/4,。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：,编号,操作方法,实验目的,A,探究铁在干燥空气中的生锈情况,B,放入铁钉，注入蒸馏水浸没铁钉，并用植物油液封,C,探究铁在有空气和水时的生锈情况,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,用植物油液封,用橡皮塞塞紧管口,3CO+Fe,2,O,3,2Fe+3CO,2,；,=,高温,1.,把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程，其主要反应原理是,在高温条件下,CO,作还原剂，夺取,铁矿石里的氧，,将铁还原出来。,2.,在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用料时和产量时,应考虑到杂质问题。,3.,铁生锈的条件是,铁与空气中的氧气、水,(,或水蒸气,),直接接触，如果隔绝了空气和水，就能在一定程度上防止钢铁生锈。,在铁表面涂油、刷漆、镀上耐磨和 耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金，如不锈钢等，就能防止钢铁生锈。,4.,保护金属资源的有效途径是防止金属的腐蚀、回收与利用废旧金属、合理有效地地开采矿物,以及寻找金属代用品等。,列比例时，一定要用纯量。,m(,纯,) = m(,不纯,),纯度,4Fe+3O,2,+2XH,2,O=2,Fe,2,O,3, XH,2,O,本单元小结：,一、金属和金属材料,金属与非金属物理性质的比较：,物理性质,金属,非金属,状态,在常温下，除汞,(Hg),是液体外，其余都是固体,在常温下，有固、液、气三态,密度,一般较大,一般较小,光泽,有,一般无,导电性,导热性,能导电、导热,一般不导电、不导热,延展性,有,没有,2.,金属材料包括,纯金属和合金,。把两种或两种以上,的金属熔合在一起，或者把金属和非金属熔合在一起，就可以得到具有金属特性的合金 。由于,合金的很多性能一般比,组成它们的纯金属,更好，因此，在实际中大量使用的金属材料是合金。,二、金属的化学性质,1.,很多金属都能与氧气、盐酸和稀硫酸等起反应，但反应的难易和剧烈程度不同。,),以,Fe,、,Al,、,Cu,为例，写出它与氧气、稀硫酸反应的化学方程式。,，,。,Fe+H,2,SO,4,FeSO,4,+H,2,2Al+3H,2,SO,4,Al,2,(SO,4,),3,+3H,2,3Fe+2O,2,Fe,3,O,4,点燃,4Al+3O,2,2Al,2,O,3,点燃,2Cu+O,2,2CuO,Cu+H,2,SO,4,不反应,2.,由一种单质 和一种 化合物反应，生成另一种单质 和另一种 化合物的反应叫做置换反应。例如,如果用,A,+,B ,C,来表示化合反应的话，请用相似的方法来表示分解反应和置换反应。,置换反应：,A,+,B,C,B,+,A,C,分解反应：,ABA + B,，,。,Zn+H,2,SO,4,ZnSO,4,+H,2,Fe+CuSO,4,FeSO,4,+Cu,3.,常见金属活动性顺序如下：,K Ca Na Mg Al Zn Fe,Sn,Pb,(H) Cu Hg Ag Pt Au,金属活动性，由强逐渐减弱,举例说明金属活动性顺序可以给你哪些判断的依据：,。,。,只有排在,H,前面的才能置换酸中的氢。,只有排在前面的金属才能把排在后面的金属从它们的化合物的溶液中置换出来。,(,K Ca Na,特殊、反应复杂,),三、金属资源保护,3CO+Fe,2,O,3,2Fe+3CO,2,；,=,高温,1.,把铁矿石冶炼成铁的主要反应原理是：,在实际生产时,还会遇到有关杂质的计算问题。,2.,铁锈蚀的主要条件以及,防止铁,锈蚀的主要措施是：,铁锈蚀的主要条件是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应。防止铁锈蚀的主要措施是在铁表面涂油、刷漆、镀上耐磨和 耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金，如不锈钢等，就能防止钢铁生锈。,防止金属的腐蚀、回收与利用废旧金属、合理有效地地开采矿物,以及寻找金属代用品等。,4.,保护金属资源的有效途径是：,列比例时，一定要用纯量。,m(,纯,) = m(,不纯,),纯度,