(上课用)金属资源利用与保护

1、人类生活离不开金属 一 .金属资源概况 地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，极少数不活泼的金属（如金、银等）有 单质形式 存在； 自然界以单质形式存在的金 自然界以单质形式存在的银 赤铁矿 黄铁矿 FeS2 菱铁矿 FeCO3 铝士矿 黄铜矿 辉铜矿 Fe2O3 其余大多数 金属 是以 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。 把含有某种金属的矿物叫矿石。 孔雀石 Cu2(OH)2CO3 赤铜矿 Cu2O 磁铁矿（主要成分 Fe3O4） 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、锰等储量在世界上也占有重要志地位。但由于人口众多，人均拥有量约为世界人均水平的 1 3，居世界第 80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 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。 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

2、海宝山钢铁公司炼铁高炉 钢的主要成分就是铁。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。新中国成立后，我国的钢铁工业得到了飞速的发展。 1949年，我国的钢产量只有 15 8万吨，居世界第 26位； 1996年，我国的钢产量首次突破 1亿吨，居世界前茅 。 （ 1）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 1、实验室：一氧化碳还原氧化铁 （ 2）相关的化学方程式： Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 CO2 + Ca(OH)2 =CaCO3+ H2O 2CO + O2 =2CO2 高温 用酒精灯点燃尾气的作用是 防止未反应的一氧化碳污染空气 点燃 （ 3）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 熄灭右边酒精灯 （ 4）注意事项： 实验前要先通 CO再加热，目的是排出玻璃管中的空气，防止加热时发生爆

3、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）原料： 黄铁矿 FeS2 赤铁矿 Fe2O3 菱铁矿 FeCO3 磁铁矿 Fe3O4 （ 2）原理： 在高温下，利用高炉内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）设备：高炉 化学方程式： 2、工业炼铁： (4) 产品 ： 生铁 铁矿石 焦炭 热空气 炉渣出口 生铁出口 石灰石 高炉炼铁图： C + O2 = CO2 点燃 CO2 + C = 2CO 高温 Fe2O3 + 3CO=2Fe + 3CO2 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% =800t 设：理论上可炼出铁的质量为 X Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2 160 2X56 800t X 高温 160 2 56 x=560t 800t x = 答：理论上可炼出纯铁的质量为 560t。 变式： 10

4、00t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560t 96%=583t 答： 1000t可炼出生铁为 583t。 160 2 56 x=560t 800t x = 有关炼铁的计算 【 例题 】 用 1000t含氧化铁 80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁 96%的生铁的质量是多少？ 改为一 ：用 1000t含杂质为 20%的赤铁矿石，理论上可炼出含铁 96%的生铁质量是多少？ 改为二 ：冶炼 1000t含杂质 3%的生铁需要含 Fe2O3为85%的赤铁矿石多少 t? 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：可需要四氧化三铁的质量为 X Fe3O4+4CO = 3Fe+4CO2 232 168 X 1940t 高温 232 x

5、 x=2679t 168 1940t = 折合为磁铁矿石的质量为2679t 90%=2977t 答：磁铁矿石的质量为 2977t。 有关炼铁的计算 冶炼 1000t含杂质 3%的生铁需要含 Fe2O3为 85%的赤铁矿石多少 t? 解：设需要含 Fe2O3为 85%的赤铁矿石的质量为 x。 Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2 160 112 x 85% 1000tX(1 3%) 高温 160 112 x 85% 1000tX(1 3%) x 1630.3t 答：需要含 Fe2O3为 85%的赤铁矿石的质量为 1630.3t。 资料： 据有关资料报道，现在世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20%-40%。 二、金属资源保护 1、金属的腐蚀和防护 铁制品锈蚀条件的探究 金属锈蚀给人类带来了巨大的损失。 为了减少损失，需要探究 金属锈蚀的原因 、 防护的方法 和 废旧金属的回收利用 铁钉锈蚀条件的探究 1 2 3 铁钉一半在蒸馏水里另一半在空气中 铁钉浸没在蒸馏水中上面用植物油密封 铁钉放在干澡的空气中 一周后 【 现象 】 1号试管中铁钉生锈 2号试管中铁钉没有生锈

6、 3号试管中铁钉也没有生锈 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） 想一想 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？ 煮沸是为了排出蒸馏水中溶解的氧气。加入植物 油是为了防止空气中的氧气溶解在蒸馏水中 不能，因为铁锈是疏松的。 铁锈是混合物，它的主要成分是 Fe2O3 1、铁生锈条件 铁与氧气、水同时接触 保持铁制品表面洁净和干燥 刷油漆、涂油、烧制搪瓷 电镀上一层耐腐蚀的金属（镀铬、镀锌） 烤蓝、制成不锈钢 2、铁制品的防锈方法破坏铁生锈的条件 注意：要根据具体的情况来选择防锈的方法 讨论 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？ 镀铬 刷油漆 涂油 思考： 根据铜绿的化学式 Cu2(OH)2CO3分析铜生锈的条件又是什么？ 推理依据是按铜绿的化学式可知：铜绿含

7、C、 H、 O、 Cu四种元素，若无空气中的O2、 H2O、 CO2 等对铜发生作用则铜绿中不可能含 O、 C、 H等元素。在潮湿的空气中铜与氧气、水、二氧化碳等作用生成了铜绿。 用白醋浸泡可除去铜锈。 资料：人类每年要向自然界索取大量的金属矿物资源，以提取数以亿吨计的金属。金属 矿物的储量有限，而且不能再生。根据已探明的一些矿物的储藏量，并根据目前这些金属的消耗速度，有人估计一些矿物可供开采的年限如下图所示（不包括今后新探明的矿物储量、一些国家的金属储备量和金属的回收利用等）。 二、金属资源保护 2、金属资源保护 （ 1）防止金属腐蚀 （ 2）回收和利用废旧金属 （ 3）合理开采矿物 （ 4）寻找金属的代用品 废弃金属的回收有什么意义？ 可节约金属资源 回收利用废弃金属可节约能源降低生产成本 可减少金属对环境的污染 小结 铁生锈的主要条件是与空气和水（或水蒸气）直接接触。 破坏铁生锈的条件就能防止铁生锈。 防止铁生锈的方法为： 保持铁制品表面干燥和洁净 在铁制品表面刷油漆、涂油、镀铬、 “ 烤蓝 ” 等 制成合金钢 保护金属资源的有效途径是： 防止金属腐蚀 回收利用废旧金属 合理有效的开采矿物 寻找金属的代用品 我会做 1、通过实验回答，铁钉在下列哪些情况下容易生锈？ （ 1）在干燥的空气中 （ ） （ 2）在潮湿的空气中 （ 3）部分浸入食盐水中 （ 4）浸没有植物油中 2、下列做法能防止铁制品生锈的是 （ ） A、自行车脏了用清水冲洗 B、用废酸液冲洗铁制污水管道 C、在铁制篮球架上刷一层油漆 D、切完咸菜后，尽快将菜刀洗净擦干 (2)、 (3) C、 D 我会做 3、随着人们生活质量的提高，各种电池使用量大幅度增加，废电池进行集中处理的问题被提到议事日程上来。其首要原因是 ( ) A 回收利用电池外壳的金属材料 B 防止电池中汞、镉、铅等重金属对土壤和水 源的污染 C 减轻电池中渗漏的液体对其他物品的腐蚀 D 回收利用电池中的石墨电极 B 我会做 4、（ 1）下列家庭生活垃圾：废旧书刊报纸 废电池 废弃橡胶、塑料制品 易拉罐饮料瓶 废弃电线 破旧铁锅、铝壶 变质剩饭菜 瓜皮果壳 废弃玻璃物品等，其中可回收利 用的有。回收利用与保护金 属资源的相关联的是。 （ 2）请你联系实际再提出两条节约金属资源的建议 : ；

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