1、第八单元第八单元 金属和金属材料金属和金属材料课题课题3 3 金属资源的利用和保护金属资源的利用和保护图图816 自然界以单质形式存在的金自然界以单质形式存在的金图图817 自然界以单质形式存在的银自然界以单质形式存在的银赤铁矿赤铁矿:Fe2O3黄铁矿黄铁矿:FeS2菱铁矿菱铁矿:FeCO3铝土矿铝土矿:Al2O3黄铜矿：黄铜矿：CuFeS2辉铜矿：辉铜矿：Cu2S金属活动性顺序表：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金属活动性由强逐渐减弱金属的存在形式 单质：少数化学性质较不活泼的金属，如金、银、铜等 化合物：化学性质较
2、活泼的金属，如铁、铝、锌、钠和钙等孔雀石孔雀石(Cu2(OH)2CO3)闪锌矿闪锌矿一、铁的冶炼一、铁的冶炼一、铁的冶炼一、铁的冶炼一、铁的冶炼一、铁的冶炼1.实验室用一氧化碳还原氧化铁实验室用一氧化碳还原氧化铁3 2 3高温高温Fe2O3+CO=Fe+CO2反应原理反应原理为什么？为什么？应用应用CO的什么性质？的什么性质？（通点熄停）实验步骤：实验步骤：.按下图组装仪器，按下图组装仪器，并检查其气密性。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，把硬质玻璃管接入装置系统中，先通入一氧化碳气体先通入一氧化碳气体排
3、除空气，防止一氧化碳与空气混合受热爆炸。点燃出气口排除空气，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处的酒精灯(或用气球收集或用气球收集)，防止一氧化碳污染空气。待排尽，防止一氧化碳污染空气。待排尽后，点燃酒精喷灯，后，点燃酒精喷灯，并观察装置中所发生的变化。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，当红棕色粉末已转变成黑色后，停止加热，再通入一停止加热，再通入一会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却，防止会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却，防止Fe被氧化。被氧化。一氧化碳还原氧化铁一氧化碳还原氧化铁必须在必须在封闭封闭的硬质玻的硬质玻管中进行，管中进行，防止一氧防止一氧化碳污染空气化
4、碳污染空气。现象现象分析分析反应式反应式尾气处理尾气处理红色的红色的Fe2O3变成灰黑色，同时产生变成灰黑色，同时产生的气体的气体使澄清的使澄清的石灰水变浑浊石灰水变浑浊一氧化碳还原氧化铁生成铁粉一氧化碳还原氧化铁生成铁粉(灰黑色灰黑色)与二氧化碳与二氧化碳用燃着的酒精灯将尾气点燃或用燃着的酒精灯将尾气点燃或用气球收集尾气用气球收集尾气Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温证明产物中有铁粉的方法是：证明产物中有铁粉的方法是：用磁铁吸用磁铁吸(或加稀盐酸有气泡或加稀盐酸有气泡)先通后点的原因是为了防止加热了的一先通后点的原因是为了防止加热了的一氧化碳和空气的混合气发生爆炸。氧化碳和空气的混
5、合气发生爆炸。实验结束后，先熄灯后停气的原因是为实验结束后，先熄灯后停气的原因是为了防止温度降低后外面的空气进入玻璃管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。倒吸入热的玻璃管，使之炸裂。先通先通COCO后点灯后点灯先熄灭酒精灯后停止通先熄灭酒精灯后停止通COCO原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温2.2.工业炼铁：工业炼铁：反应的化学方程式：反应的化学方程式：CO是还原剂；是还原剂；Fe2O3是氧化剂是氧化剂原理：原理：焦炭在高
6、温条件下跟焦炭在高温条件下跟O2反应生成反应生成CO,CO作还原剂，在高温条件下把铁矿石中作还原剂，在高温条件下把铁矿石中的铁还原出来。的铁还原出来。设备：设备：炼铁高炉炼铁高炉铁矿石、焦炭、石灰石铁矿石、焦炭、石灰石Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温CO2C 2CO 高温高温C+O2 CO2 点燃点燃 在实际生产时在实际生产时,所用的原料或产物一般都含所用的原料或产物一般都含有杂质有杂质,在计算用料时和产量时在计算用料时和产量时,应考虑到杂质应考虑到杂质问题。问题。不纯物质、纯物质、纯度之间的关系：不纯物质、纯物质、纯度之间的关系：列比例时，一定要用纯量。列比例时，一定要用纯量。3
7、.含杂质的物质的化学方程式的计算：含杂质的物质的化学方程式的计算：m(纯纯)=m(不纯不纯)纯度纯度m(不纯不纯)=m(纯纯)纯度纯度例题：用例题：用1000t含氧化铁含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿石，理的赤铁矿石，理论上可炼含铁论上可炼含铁96%的生铁多少吨？的生铁多少吨？Fe2O3+3CO=2Fe +3CO2高温高温解：解：1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为赤铁矿石中含氧化铁的质量为1000t 80%800t。设设800t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为氧化铁理论上可以炼出铁的质量为X。160 112800t X160800t=112XX560t折合含铁折合含铁96%的生铁的质量为的
8、生铁的质量为560t 96%583t(纯化杂纯化杂)答：答：1000t含氧化铁含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿石，理论上可炼出含的赤铁矿石，理论上可炼出含铁铁96%的生铁为的生铁为583t。或设或设800t氧化铁理论上可以炼氧化铁理论上可以炼含铁含铁96%的生铁的生铁质量为质量为X。Fe2O3+3CO=2Fe +3CO2高温高温160 112800t X96%160:112800t:X96%X583t(杂化纯杂化纯)例题：用例题：用1000 t含氧化铁含氧化铁80的赤铁矿石，理论上可以的赤铁矿石，理论上可以 炼出含铁炼出含铁96的生铁多少的生铁多少 t?解：设理论上可以炼出含铁解：设理论上
9、可以炼出含铁96%的生铁的质量为的生铁的质量为xFe2O3-2 Fe160 2561000t80 x96%160 256 1000t80 x96%x=256 1000t80 16096%=583 t答：略。答：略。解法二：解法二：设需含设需含Fe2O3质量分数为质量分数为85%的赤铁矿石的质量为的赤铁矿石的质量为x。解：生铁中含纯铁：解：生铁中含纯铁：3000t(15%)=2850t.Fe2O3 +3CO=2Fe +3CO2 112 X 85%2850t 高温高温160X 85%=1122850tX4790t答答：该该3000 t生铁中含纯铁生铁中含纯铁2850t。该炼钢厂每天需含该炼钢厂每天
10、需含Fe2O3质量分数为质量分数为85%的赤铁矿石为的赤铁矿石为4790t。1.某炼钢厂日产含杂质某炼钢厂日产含杂质5%的生铁的生铁3000t，试计算：，试计算：该该3000 t生铁中含纯铁多少吨？生铁中含纯铁多少吨？该炼钢厂每天需含该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为质量分数为85%的赤铁矿石多的赤铁矿石多少吨？（计算结果保留整数）少吨？（计算结果保留整数）练习：练习：2.下图是课堂中模拟炼铁的实验装置。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）写出图中标有序号的仪器名称 ，。(2)实验过程中，先要进行的是实验过程中，先要进行的是_。（填。（填或或）加热加热 通一氧化
11、碳通一氧化碳(3)A中反应的化学方程式是中反应的化学方程式是 。B中反应的化学方程式是中反应的化学方程式是 ，B中观察到的现象是中观察到的现象是_ 。(4)该装置的不足之处是该装置的不足之处是 。铁架台铁架台试管试管Fe2O3+3CO =2Fe+3CO2高温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）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+CO2=CaCO3+H2O澄清的石灰水变浑浊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。被人类大规模开发、利用的大致年限
12、。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au约约6000年前年前约约200年前年前约约600年前年前约约2500年前年前选择编号填空：铝的利用比铜和铁晚得多，原因选择编号填空：铝的利用比铜和铁晚得多，原因是是 ；目前铝在多个领域替代易生锈的钢铁，其；目前铝在多个领域替代易生锈的钢铁，其主要主要原原因是因是 。铝的密度小铝的密度小 铝很活泼铝很活泼 地壳中铝的含量高地壳中铝的含量高 铝的表面易生成致密的保护膜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。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右
13、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方程式 ；能证明产；能证明产物中有铁粉的方法是：物中有铁粉的方法是：。用磁铁吸用磁铁吸(或加稀盐酸有气泡或加稀盐酸有气泡)3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2=高温高温在组装仪器时，把玻璃管插入在组装仪器时，把玻璃管插入橡胶管的操作方法橡胶管的操作方法 是是 。此装置有不完善的地方，请说出其中一种改进方法：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导管一端用水润湿后旋转插入3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2；=高温高温 1.1.把铁矿石冶炼成
14、铁是一个复杂的过程，其主要反把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程，其主要反应原理是应原理是在高温条件下在高温条件下COCO作还原剂，夺取作还原剂，夺取铁矿石里的氧，铁矿石里的氧，将铁还原出来。将铁还原出来。2.2.在实际生产时在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂所用的原料或产物一般都含有杂质质,在计算用料时和产量时在计算用料时和产量时,应考虑到杂质问题。应考虑到杂质问题。列比例时，一定要用纯量。列比例时，一定要用纯量。m(纯纯)=m(不纯不纯)纯度纯度练习：练习：1、某钢铁厂每天需消耗、某钢铁厂每天需消耗5000t含氧化铁含氧化铁76的赤铁矿石，的赤铁矿石，该厂理论上可以日产含该厂理论上可以
15、日产含Fe98的生铁多少的生铁多少t?2、冶炼、冶炼2000t含杂质含杂质3的生铁，需要含的生铁，需要含Fe3O4的赤铁矿的赤铁矿 石多少石多少t?二、金属资源保护二、金属资源保护金属资源的保护资料一：资料一：根据已探明的一些矿物的储藏量和目前消根据已探明的一些矿物的储藏量和目前消耗速度，有人估计一些矿物可供开采的年限如下图耗速度，有人估计一些矿物可供开采的年限如下图所示。所示。资料二：资料二：据有关资料报道，现在世界上每年因腐蚀而据有关资料报道，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报废的金属设备和材料相当于年产量的20%-40%20%-40%。思考思考 1、金属资源短缺对
16、人类社会发展意味着什么呢？2、金属腐蚀的条件是什么？如何防腐？3、如何保护金属资源？铁生锈的条件：与氧气（或空气）接触 与水接触其它影响因素：温度、盐等思考：思考：根据铜绿的化学式根据铜绿的化学式Cu2(OH)2CO3分分析铜生锈的条件又是什么？析铜生锈的条件又是什么？与氧气、水和二氧化碳接触实验：探究铁生锈的条件请解释下列实验的现象液面处铁液面处铁锈较多锈较多干燥剂干燥剂干燥空气中干燥空气中部分浸没水中部分浸没水中 浸没水中浸没水中部分浸没食盐水中部分浸没食盐水中保持钢铁表面的清洁干燥。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，镀金属保护层：如镀锡、
17、镀锌、镀铬等；白铁皮镀锌，马口铁镀锡，钢圈镀铬、镍。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。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、形成氧化膜保护层：枪套上形成四氧化三铁、锯条上的烤蓝。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：防止铁锈蚀的主要措施：金属防腐蚀的方法：改变金属的本质改变金属的本质 制成合金钢，如不锈钢制成合金钢，如不
18、锈钢 形成保护层形成保护层 刷油漆、涂油、烧制搪瓷、电镀上一层刷油漆、涂油、烧制搪瓷、电镀上一层耐腐蚀的金属、通过化学方法使表面形耐腐蚀的金属、通过化学方法使表面形成氧化物薄膜等成氧化物薄膜等 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 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？1、防止金属的腐蚀，、防止金属的腐蚀，2、金属的回收利用，、金属的回收利用，3、合理地开采矿物，、合理地开采矿物，4、寻找金属的代用品。、寻找金属的代用品。怎样保护金属资源？怎样保护金属资源？（1）汞与稀盐酸）汞与稀盐酸 （2）铝与硫酸铜溶液）铝与硫酸铜溶液（3）银
19、与硫酸锌溶液）银与硫酸锌溶液 （4）锌与硝酸银溶液）锌与硝酸银溶液（5）钠与稀硫酸）钠与稀硫酸1、下列物质能否发生反应？写出能发生反应的化学方程式。、下列物质能否发生反应？写出能发生反应的化学方程式。2、回答下列问题：、回答下列问题：（1）为什么沙漠地区的铁制品锈蚀较慢？）为什么沙漠地区的铁制品锈蚀较慢？（2）切过咸鱼的刀不经洗净抹干，为什么很快就生锈？）切过咸鱼的刀不经洗净抹干，为什么很快就生锈？（3）被雨水淋湿的自行车，为什么须先用干布擦净后才）被雨水淋湿的自行车，为什么须先用干布擦净后才 能用带有油的布擦？能用带有油的布擦？1、菜刀在下述情况下，发生锈斑的严重程度顺序是（）切湿咸菜后放置
20、 切酸菜后放置切完菜后洗净擦干切完菜后洗净擦干，再抹一点花生油 切完菜后用水冲洗A B C D C2、在下列各种情况下，埋在地下的铸铁输气管道被腐蚀速度最慢的是（）A 在潮湿、疏松、透气的土壤中 B 在含沙粒较多、潮湿透气的土壤中C 在疏松、透气、干燥的土壤中D 在干燥、致密、不透气的土壤中D4、请你解释以下两个事实：1）铝比铁容易氧化，但为什么铝制品耐用而铁制品却容易锈蚀？铝被氧化后在其表面形成一层致密的氧化膜，保护可铝不再进一步被氧化；而铁氧化易生锈，需要一层保护膜。2）为什么沿海，尤其是南方沿海地区的钢铁制品比北方容易锈蚀？沿海地区，气候较潮湿，铁在潮湿的空气中更易被腐蚀。-39http
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