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学习目标学习目标1.知道一些常见金属如铁、铝、铜等矿，知道一些常见金属如铁、铝、铜等矿，了解从铁矿石中将铁还原出来的方法。了解从铁矿石中将铁还原出来的方法。2.会根据化学方程式对含有某些杂质的反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计算。应物或生成物进行有关计算。3.了解金属腐蚀的条件以及防止金属腐蚀了解金属腐蚀的条件以及防止金属腐蚀的简单方法。的简单方法。4.知道废旧金属对环境的污染，认识回收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利用废旧金属等金
2、属资源保护的重要性世界跨径最大的斜拉桥世界跨径最大的斜拉桥苏通大桥苏通大桥 苏通大桥总长苏通大桥总长8206米米，斜拉桥主孔跨度，斜拉桥主孔跨度1088米米，列世界第一；主塔高度列世界第一；主塔高度306米米,列世界第一；斜拉索的列世界第一；斜拉索的长度长度580米米,列世界第一。列世界第一。人类生活离不开金属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军事与科技也需要大量的金属图图8-18-15 5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8-18-16 6 自然界以单质形式存在的银自然界以单质形式存在的银 除少数不活泼的金属如除少
3、数不活泼的金属如金、银金、银等以等以单质单质形式存在形式存在外外,其余其余都以都以化合物化合物形式存在。形式存在。金属的存在形式：金属的存在形式：单质单质(少数，如金和银少数，如金和银)化合物化合物(大多数，如各种铁矿石大多数，如各种铁矿石)赤铁矿赤铁矿黄铁矿黄铁矿菱铁矿菱铁矿铝士矿铝士矿黄铜矿黄铜矿辉铜矿辉铜矿 孔雀石孔雀石 Cu2(OH)2CO3赤铜矿赤铜矿 Cu2O磁铁矿磁铁矿（主要成分主要成分FeFe3 3O O4 4）赤铁矿赤铁矿（主要成分主要成分FeFe2 2O O3 3）黄铁矿（黄铁矿（主要成分主要成分FeSFeS2 2）菱铁矿（菱铁矿（主要成分主要成分FeCOFeCO3 3）想
4、一想想一想：假如你是炼铁厂的厂长，你认为哪种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矿石最不适宜作为工业炼铁的原料?哪种最适宜？哪种最适宜？除了焦炭和一氧化碳可以还原出铁来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？氢气也可以。你准备选用哪种物质来炼铁？70%70%6 62.4%2.4%48.3%48.3%46.7%46.7%一一.铁的冶炼铁的冶炼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粉末粉末变成黑色，澄清的石灰水变浑浊变成黑色，澄清的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(黑色黑色)和二氧化碳和二
5、氧化碳1 1、实验室用一氧化碳还原氧化铁（炼铁的原理）、实验室用一氧化碳还原氧化铁（炼铁的原理）用燃着的酒精灯将尾气点燃用燃着的酒精灯将尾气点燃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：用磁铁吸引用磁铁吸引(或加稀盐酸有气泡或加稀盐酸有气泡产生产生)实验步骤：实验步骤：1、检查装置气密性、检查装置气密性2、将适量的氧化铁装入试管并固定装置、将适量的氧化铁装入试管并固定装置3、点燃右边点燃右边酒精灯酒精灯4、通入一氧化碳通入一氧化碳气体气体5、点燃酒精喷灯给氧化铁加热、点燃酒精喷灯给氧化铁加热6、待硬质玻璃管内红色
6、物质完全变为黑色时停止加热、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、待玻璃管内固体冷却后停止通入一氧化碳停止通入一氧化碳，然后，然后熄灭右边熄灭右边酒精灯酒精灯注意：应先通注意：应先通COCO后加热，实验完毕后继续通后加热，实验完毕后继续通COCO直到试管直到试管冷却（即：冷却（即：COCO“早出晚归早出晚归”，酒精灯，酒精灯“迟到早退迟到早退”）。）。先通先通COCO后加热，是为了将玻璃管中的空气排尽，防止加后加热，是为了将玻璃管中的空气排尽，防止加热时可能发生爆炸；实验完毕后，先停止加热，继续通热时可能发生爆炸；实验完毕后，先停止加热，继续通COCO直至玻璃管
7、冷却，是为了防止高温下的生成物铁与氧直至玻璃管冷却，是为了防止高温下的生成物铁与氧气接触而被氧化，同时还可防止石灰水倒吸。气接触而被氧化，同时还可防止石灰水倒吸。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：在高温条件下，利用焦炭与在高温条件下，利用焦炭与O2反应生成反应生成的的CO把铁从铁矿石中还原出来。把铁从铁矿石中还原出来。设备：炼铁高炉设备：炼铁高炉铁矿石、焦炭、石灰石铁矿石、焦炭、石灰石Fe2O3+
8、3CO=2Fe+3CO2高温高温CO2C 2CO 高温高温C+O2 CO2 点燃点燃请看视频请看视频 在在实际生产时实际生产时,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,在计算用料和产量时在计算用料和产量时,应考虑到杂质问应考虑到杂质问题。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：代入化学方程式中计算的数据，必须代入化学方程式中计算的数据，必须是纯净物的质量。是纯净物的质量。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1000t 含氧化铁80的赤铁矿石
9、，理论上可以炼出含铁96 的生铁多少吨？解：1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为：1000t 80=800tFe2O3 +3CO 2Fe +3CO2高温160 112800t x112160 xt800 x=560t折合为含铁96 的生铁的质量为 560t 96=583t答：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583t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：解：生铁中含纯铁：生铁中含纯铁：3000t(15%)=2850t.Fe2O3 +3CO=2Fe +3CO2160 112 X 85%2850t 高温高温16
10、0X 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
11、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
12、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。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
13、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：。用磁铁吸引用磁铁吸引(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
14、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第八单元 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第二课时第二课时为什么要保护金属资源？为什么要保护金属资源？二、金属资源保护二、金属资源保护保护金属资源的原因：保护金属资源的原因：每年大量开采每年大量开采(数以亿吨计数以亿吨计)每年大量的金属被腐蚀每年大量的金属被腐蚀(相相当于年产量的当于年产量的20%40%)P17各种铁制品的锈蚀各种铁制品的锈蚀 为了减少损失，为了减少损失，需要探究需要探究金属锈金属锈蚀的原因蚀的原因、防护防护的方法的方法和和废旧金废旧金属的回收利用。属的回收利用。金属锈蚀给人类金
15、属锈蚀给人类带来了巨大的损带来了巨大的损失。失。1.1.金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护铁轨的锈蚀铁轨的锈蚀铁钉的生锈铁钉的生锈a.在干燥空气中在干燥空气中b.浸没在水中浸没在水中c.半截浸没在水中半截浸没在水中铁的生锈过程铁的生锈过程哪种条件下哪种条件下,铁最铁最易生锈易生锈?为什么为什么?不生锈不生锈(有水无有水无O2)不生锈不生锈 (有有OO2无水无水)在水与空气的交界面最易生锈在水与空气的交界面最易生锈 植物油植物油 a b c请思考：请思考：用橡皮塞用橡皮塞塞紧管口塞紧管口(同时有水和同时有水和2)铁与空气中的铁与空气中的氧气、水蒸气氧气、水蒸气发生化学反应。发生化学反应。铁锈的成份
16、很复杂铁锈的成份很复杂,主要为氧化铁主要为氧化铁Fe2O3 XH2O。(Fe2O3 XH2O很很疏松疏松，易吸水，不能阻碍里层的铁继续，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。锈，使铁全部被腐蚀。而铝不同，铝与氧气反应生成而铝不同，铝与氧气反应生成致致密密的的Al2O3薄膜，覆盖在铝的表面，从而保护里层的铝不薄膜，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。再与氧气反应，所以铝耐腐蚀。)铁生锈的条件：铁生锈的条件：要有能够发生反应的物质要有能够发生反应的物质(Fe、H2
17、O、O2)；铁制品锈蚀的条件铁制品锈蚀的条件:反应物要能相互接触；反应物要能相互接触；生成物不会对反应起阻碍作用生成物不会对反应起阻碍作用。4Fe+3O2+2XH2O=2Fe2O3 XH2O (缓慢氧化缓慢氧化)怎么防止钢铁生锈呢？怎么防止钢铁生锈呢？在在车车船船的的表表面面喷喷油油漆漆在机械表面涂防锈油在机械表面涂防锈油在面盆、杯子、在面盆、杯子、等表面烧涂搪瓷等表面烧涂搪瓷此外，还可以在钢此外，还可以在钢铁表面镀上一层能铁表面镀上一层能起保护作用的其他起保护作用的其他金属。金属。如：在钢铁表面镀如：在钢铁表面镀锡、镀锌、和镀铬锡、镀锌、和镀铬镀铜镀铜防止铁生锈的方法防止铁生锈的方法(破坏破
18、坏铁生锈的条件即可铁生锈的条件即可)：P18表表1.保持铁制品表面的洁净和干燥。保持铁制品表面的洁净和干燥。2.在铁制品表面涂上一层保护膜在铁制品表面涂上一层保护膜【如：涂油、刷油如：涂油、刷油漆、搪瓷、镀上漆、搪瓷、镀上 耐腐蚀的金属、烤蓝（耐腐蚀的金属、烤蓝（即表面生成致密即表面生成致密的氧化膜保护层的氧化膜保护层）】，使铁制品与空气隔绝。，使铁制品与空气隔绝。3.制成耐腐蚀的合金。制成耐腐蚀的合金。如不锈钢，就是在钢中加入少如不锈钢，就是在钢中加入少量镍和铬而制成的合金。量镍和铬而制成的合金。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？图图8-25 据估计一些矿物可供开采的
19、年限据估计一些矿物可供开采的年限2.2.金属资源保护金属资源保护为什么要保护金属资源？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。矿物的储量是有限的，而且不能再生。2 2、怎样保护金属资源呢、怎样保护金属资源呢?防止金属的腐蚀。防止金属的腐蚀。金属的回收利用。金属的回收利用。有计划有计划,合理地开采矿物合理地开采矿物,严禁不严禁不顾国家利益的乱采矿。顾国家利益的乱采矿。寻找金属代用品。如：以塑代钢。寻找金属代用品。如：以塑代钢。图图8-26 金属的回收利用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罐要便宜20%，而
20、且还可以节约金属资源和，而且还可以节约金属资源和95%能源。能源。目前世界上有目前世界上有50%以上的铁和以上的铁和90%以上的金得到回收利以上的金得到回收利用。用。反馈练习反馈练习 1.在下列情况下，埋在地下的铸铁管道腐蚀最快的在下列情况下，埋在地下的铸铁管道腐蚀最快的是是 （）（）A.在潮湿、致密的土壤中在潮湿、致密的土壤中 B.在干燥、致密的土壤中在干燥、致密的土壤中 C.在潮湿、疏松的土壤中在潮湿、疏松的土壤中 D.在干燥、疏松的土壤中在干燥、疏松的土壤中 2.某运输用铁船，在水中行驶，最易生锈的部位是某运输用铁船，在水中行驶，最易生锈的部位是()CBA.水面上的船头部分水面上的船头部
21、分 B.水面附近的船体部分水面附近的船体部分 C.水面下的船底部分水面下的船底部分 D.各部分都一样速度生锈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。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（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镀锌 在铁制品表面涂油脂在铁制品表面涂油脂保留铁件表面的铁锈作保护层保留铁件表面的铁锈作保护层在铁器表面刷油漆在铁器表面刷油漆自行车脏了用清水冲洗自行车脏了用清水冲洗 用废酸液冲洗铁制污水管道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切完咸菜后，尽快将菜刀洗净擦干A.B.C.D.B 4.全世
22、界每年因生锈损失的钢铁约占世界全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界钢铁年产量的钢铁年产量的1/4。某学生想探究铁生锈的条件，他将。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干净的铁钉分别同时入放A、B、C三支试管中进行研究。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：请你帮助该学生完成下列实验设计的内容：编号编号操作方法操作方法实验目的实验目的A探究铁在干燥空气中探究铁在干燥空气中的生锈情况的生锈情况B放入铁钉，注入蒸馏水放入铁钉，注入蒸馏水浸没铁钉，并用植物油浸没铁钉，并用植物油液封液封C探究铁在有空气和水探究铁在有空气和水时的生锈情况时的生锈情况加热烘干试管，小心放加
23、热烘干试管，小心放入铁钉，塞上塞子入铁钉，塞上塞子 探究铁在有水而无空气探究铁在有水而无空气（氧气）时的生锈情况（氧气）时的生锈情况小心放入铁钉，注入蒸馏小心放入铁钉，注入蒸馏水，使铁钉部分浸入水中水，使铁钉部分浸入水中一周后，编号为一周后，编号为_的试管中的铁钉最易的试管中的铁钉最易生锈。生锈。用相同材料制作，经过相同时间防锈处理的铁用相同材料制作，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干燥空气中铁在有水而无空铁在有水而无
24、空气（氧气）时气（氧气）时铁在有空气和水时铁在有空气和水时用植物用植物油液封油液封用橡皮塞用橡皮塞塞紧管口塞紧管口练习：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90%Fe2O3的赤的赤铁矿石多少铁矿石多少t?4 4.某课外兴趣小组对一批铁样品（含有杂质，杂质不溶于水，某课外兴趣小组对一批铁样品（含有杂质，杂质不溶于水，也不与稀硫酸反应）进行分析，甲、乙、丙三位同学分别进也不与稀硫酸反应）进行分析，
25、甲、乙、丙三位同学分别进行实验，其中只有一位同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完行实验，其中只有一位同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应。实验数据如下表：全反应。实验数据如下表：请你认真分析数据，回答下列问题：请你认真分析数据，回答下列问题：哪位同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应；哪位同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应；计算样品中铁的质量分数；计算样品中铁的质量分数；若生产若生产1000 t这种纯度的铁，至这种纯度的铁，至少少需要含氧化铁需要含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿多少吨？的赤铁矿多少吨？甲甲乙乙丙丙烧杯稀硫酸烧杯稀硫酸200g150g150g加入的铁样品加入的铁样品9g9g
26、14g充分反应后，烧杯剩余物充分反应后，烧杯剩余物208.7g158.7g163.7g(烧杯的质量为烧杯的质量为25.4g；计算结果精确到；计算结果精确到0.1%)解：解：分析表中数据可知，甲、乙、丙三人的实验生成氢气的分析表中数据可知，甲、乙、丙三人的实验生成氢气的质量都是质量都是0.3g(如甲为如甲为200g+9g-208.7g0.3g),即每人的实验中都有一即每人的实验中都有一种反应物已反应完。由甲、乙数据可知，种反应物已反应完。由甲、乙数据可知，9g铁样品中的铁完全反应，铁样品中的铁完全反应，甲中的酸过量甲中的酸过量。由乙、丙数据可知，。由乙、丙数据可知，(150g 25.4g)124
27、.6g的稀硫的稀硫酸中的酸中的H2SO4完全反应，完全反应，丙中的金属过量丙中的金属过量。综合分析可知。综合分析可知乙同学所乙同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应。取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应。甲甲乙乙丙丙烧杯稀硫酸烧杯稀硫酸200g150g150g加入的铁样品加入的铁样品9g9g14g充分反应后，烧杯剩余物充分反应后，烧杯剩余物208.7g158.7g163.7g解：解：乙反应生成氢气的质量为乙反应生成氢气的质量为150g+9g-158.7g0.3g。设设Fe的质量为的质量为X。Fe+H2SO4 =FeSO4 +H2 56 2 X 0.3g则则Fe%8.4g9g 100%=93.3%计
28、算样品中铁的质量分数；计算样品中铁的质量分数；答：样品中铁的质量分数为答：样品中铁的质量分数为93.3%。56X20.3g=X=8.4g若生产若生产1000 t这种纯度的铁，至这种纯度的铁，至少少需要含氧化铁需要含氧化铁(Fe2O3)80%的赤的赤铁矿多少吨？铁矿多少吨？解：解：需要含氧化铁需要含氧化铁80%的赤铁矿的质量为的赤铁矿的质量为Y。1000 t这种纯度的铁含纯铁的质量为这种纯度的铁含纯铁的质量为1000t93.3%930t。3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2=高温高温160 112Y80%930t160:112=Y80%:930t Y=1666.1t答：答：生产生产1000 t这种纯度的铁，至这种纯度的铁，至少少需要含氧化铁需要含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿为的赤铁矿为1666.1t。
