(2013孙)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,图,8-16,自然界以单质形式存在的金,图,8-17,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,),赤铁矿（,主要成分是,Fe,2,O,3,）,菱铁矿（主要成分是,FeCO,3,）,图,8-18,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,）,图,8-18,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,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：,铁矿石,铁,矿石,如何变成,金属,？,一、铁的冶炼：,生熟炼铁炉一,生熟炼铁炉二,图,8-19,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,磁铁矿,（,主要成分,Fe,3,O,4,）,赤铁矿,（,主要成分,Fe,2,O,3,）,黄铁矿（,主要成分,FeS,2,）,菱铁矿（,主要成分,FeCO,3,）,想一想,：,假如你是炼铁厂的厂长，你认为哪种矿石最不适宜作为工业炼铁的原料,？,除了焦炭和一氧化碳可以还原出铁来，氢气也可以。你准备选用哪种物质来炼铁？,70%,72.4%,48.3%,46.7%,现象,分析,反应式,尾气处理,红色的,Fe,2,O,3,变成黑色，同时产生,的气体,使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,),CO,2,+Ca(OH),2,=CaCO,3,+H,2,O,2CO+O,2,=2CO,2,点燃,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,重新被氧化。,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,。,一氧化碳“早出晚归”,酒精灯“迟到早退”,实验结束时，先熄灯后停,CO,，是为了防止温度降低后外面的空气进入玻璃管使铁重新被氧化；还防止试管中的石灰水倒吸入热的玻璃管，使之炸裂。,操作中应注意些什么？,1,、先通,CO,还是先点燃酒精灯？为什么？,2,、先熄灭酒精灯还是先停止通,CO,？为什么？,先通后点的原因是为了防止加热一氧化碳和空气的混合气而发生爆炸。,注：,澄清石灰水的作用：,A,检验生成的气体,CO,2,B,石灰水变浑浊说明反应开始,原料：,黄铁矿,FeS,2,赤铁矿,Fe,2,O,3,菱铁矿,FeCO,3,磁铁矿,Fe,3,O,4,（,2,）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,Fe,2,O,3,+3CO 2Fe+3CO,2,高温,石灰石、,铁矿石,焦炭、空气,（,3,）设备：高炉,化学方程式：,70%,48.27%,46.67%,72.41%,含铁量,2.,工业炼铁：,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,炼铁时各物质的作用：,石灰石：把矿石中杂质（,SiO,2,),转化为炉渣,焦炭：,燃烧放热提高炉温，并将生成的,CO,2,还原为具有还原性的,CO,，因此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。,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。,Fe,2,O,3,+3CO 2Fe+3CO,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,例,1,、1000t含杂质20%的赤铁矿石中含氧化铁的质量是多少？,例,2,、计算多少吨,含,铁质量分数为96%的生铁中含铁560t？,解：,m,(氧化铁)=1000t,(1-20%)=800t.,答：略。,解：,m,(生铁)=560t,96%,=583.3t.,答：略。,分析：,m(纯)=m(不纯),纯度,m(,不纯,)=,m(,纯,),纯度,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,800t,氧化铁理论上可以炼,含铁,96%,的生铁,质量为,X,。,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe +3CO,2,高温,160 112,800t X,96%,160:112,800t:X,96%X,583t,(,杂化纯,),设需含,Fe,2,O,3,质量分数为,85%,的赤铁矿石的质量为,x,。,解：生铁中含纯铁：,3000t(1,5%)=2850t.,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe +3CO,2,112,X 85%2850t,高温,160,X 85%,=,112,2850t,X4790t,答,：,该,3000 t,生铁中含纯铁,2850t,。,该炼钢厂每天需含,Fe2O3,质量分数为,85%,的赤铁矿石为,4790t,。,1.【06,自贡,】,某炼钢厂日产含杂质,5%,的生铁,3000t,，试计算：,该,3000 t,生铁中含纯铁多少吨？,该炼钢厂每天需含,Fe,2,O,3,质量分数为,85%,的赤铁矿石多,少吨？（计算结果保留整数）,练习：,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,Fe,3,O,4,+4CO =3Fe+4CO,2,232 168,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,。,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%),P18,1.,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？,a.,在干燥空气中,b.,浸没在水中,c.,半截浸没在水中,铁的生锈过程,哪种条件下,铁最易生锈,?,为什么,?,不生锈,(,有水无,O,2,),不生锈,(,有,O,2,无水,),在水与空气的交界面最易生锈,植物油,a b c,请思考：,用橡皮塞塞紧管口,(,有水和,2,),铁与空气中的,氧气、水蒸气,发生化学反应。,铁锈的成份很复杂,主要为氧化铁,Fe,2,O,3,XH,2,O,。,(Fe,2,O,3,XH,2,O,很疏松，易吸水，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气反应，如不及时除去，会加快铁制品的生锈，使铁全部被腐蚀。,而铝不同，铝与氧气反应生成致密的,Al,2,O,3,薄膜，覆盖在铝的表面，从而保护里层的铝不再与氧气反应，所以铝耐腐蚀。,),铁生锈的条件：,要有能够发生反应的物质,(Fe,、,H,2,O,、,O,2,),；,铁制品锈蚀的条件,:,反应物要能相互接触；,生成物不会对反应起阻碍作用,。,4Fe+3O,2,+2XH,2,O=2,Fe,2,O,3,XH,2,O,(,缓慢氧化,),1,铁生锈是铁与氧气,和,水同时接触。（缓慢氧化,放热）,2.,在有酸性和食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,Fe,2,O,3,红棕色,.,结论,:,知识实践,反馈练习,为什么沙漠地区的铁制品腐蚀较慢,?,切过咸鱼的刀不经洗净抹干,为什,么很快就生锈,?,对如何防止你家的刀,.,剪等铁制品,和铁制农具等生锈,提出两种以上,的方案,并在家里实施你的方案,.,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。,镀,上较,活泼的金属,由,镀锌铁制,造的水桶。,把,铁与,一,较,活,泼,的,金属相连接,，因而,较活泼金属与氧气反应，,从,而防,止铁生,锈,。,(,牺,牲性保,护,),防锈方法,破,损,部位,锌,表,层,氧,与锌,反,应,，,铁,不,会,腐,蚀,铁,锌块,镀,上较