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1、金属资源的利金属资源的利用和保护用和保护第八单元金属和金属材料自然界以单质形自然界以单质形式存在的银式存在的银自然界以单质形式自然界以单质形式存在的金存在的金赤铁矿赤铁矿( (主要成分是主要成分是 Fe2O3) )黄铁矿黄铁矿( (主要成分是主要成分是 FeS2) )菱铁矿菱铁矿( (主要成分是主要成分是 FeCO3) )常见的矿石常见的矿石科学小资料科学小资料铝土矿铝土矿( (主要成分是主要成分是 Al2O3) )黄铜矿黄铜矿( (主要成分是主要成分是 CuFeS2) )辉铜矿辉铜矿( (主要成分是主要成分是 Cu2S) )Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2高温高温 2. 原理：在
2、高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一原理：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。氧化碳把铁从铁矿石中还原出来。黄铁矿黄铁矿 FeS2赤铁矿赤铁矿 Fe2O3菱铁矿菱铁矿 FeCO3磁铁矿磁铁矿 Fe3O4焦炭、石灰石、铁矿石焦炭、石灰石、铁矿石一、铁的冶炼一、铁的冶炼1. 原料：原料：3. 设备设备高高 炉炉实验室模拟冶炼铁的实验实验室模拟冶炼铁的实验 一氧化碳一氧化碳氧化铁氧化铁石灰水石灰水现现 象象结结 论论红色粉末变为灰黑色粉末，澄清石灰水变浑浊红色粉末变为灰黑色粉末，澄清石灰水变浑浊CO 将红色将红色 Fe2O3 粉末还原生成灰黑色铁固体粉末还原生成灰黑色铁固
3、体, ,并产生并产生 CO2 用用 1 000 t 含氧化铁含氧化铁 80% 的赤铁矿石，理论上可的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁以炼出含铁 96% 的生铁多少吨的生铁多少吨?想想做做想想做做【解解】 1 000 t 赤铁矿石含氧化铁的质量为：赤铁矿石含氧化铁的质量为： 1 000 t 80% = 800 t 设设 800 t 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。Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 160 256 800 t x x = 560 t 高温高温x562t 800160 折合为含铁折合为含铁 96% 的生铁质量为的生铁质量为: 560 t 96
4、% = 583 t 答答: 1 000 t 含氧化铁含氧化铁 80% 的赤铁矿石，理论上可炼的赤铁矿石，理论上可炼出含铁出含铁 96% 的生铁的生铁 583 t。二、金属资源保护二、金属资源保护 资料一：人类每年要向自然界索取大量的金属矿物资料一：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，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量以及目前而且不能再生。根据已探明的一些矿物的储量以及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限如下图所示
5、( (不包括今后新探明的矿物储量、一些国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家的金属储备量和金属的回收利用等) )。科学小资料科学小资料据估计一些矿物可供开采的年限据估计一些矿物可供开采的年限 资料二：据有关资料报道，现在世界上每年因腐蚀资料二：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而报废的金属设备和材料相当于年产量的 20%40%。1. 金属资源短缺对人类社会发展意味着什么？金属资源短缺对人类社会发展意味着什么？2. 金属腐蚀会给我们带来哪些危害？金属腐蚀会给我们带来哪些危害？想想议议想想议议1. 金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防
6、护( (1) ) 铁制品锈蚀条件的探究铁制品锈蚀条件的探究铁生锈条件的探究铁生锈条件的探究活动与探究活动与探究 现有洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅速冷却的蒸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。明铁制品锈蚀的条件。IIIIII试管试管 I试管试管 II试管试管 III条条 件件现现 象象结结 论论铁既与水接触，铁既与水接触，又与氧气接触又与氧气接触铁只与水接触铁只与水接触铁只与氧气铁只与氧气接触接触在水、氧气同时存在的环境中铁能生锈在水、氧气同时存在的环境中铁能生锈生锈生锈
7、不生锈不生锈不生锈不生锈 回答下列问题：回答下列问题： 1. 试管试管中为什么要用煮沸过的蒸馏水，且要加入中为什么要用煮沸过的蒸馏水，且要加入植物油？植物油？ 这样做是为了防止蒸馏水中溶有氧气。这样做是为了防止蒸馏水中溶有氧气。想想议议想想议议 2. 铝与氧气反应生成的氧化铝能起到保护里层铝的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？作用。铁锈是否也能保护里层的铁呢？ 不能，因为铁锈是疏松的。不能，因为铁锈是疏松的。 3. 你能否根据铁生锈的条件提出防止铁制品生锈的你能否根据铁生锈的条件提出防止铁制品生锈的原理？原理？ 破坏铁生锈的条件：破坏铁生锈的条件： 隔
8、绝空气；隔绝空气； 隔绝水。隔绝水。 4. 在实际生活和生产中我们应该采取哪些具体方法在实际生活和生产中我们应该采取哪些具体方法来防止铁制品生锈呢？来防止铁制品生锈呢？ 防止铁制品生锈的具体方法为：防止铁制品生锈的具体方法为： 保持铁制品表面干燥和洁净；在铁制品表面涂一层保持铁制品表面干燥和洁净；在铁制品表面涂一层保护膜，如刷油漆，涂油，镀上一层耐磨、耐腐蚀的金保护膜，如刷油漆，涂油，镀上一层耐磨、耐腐蚀的金属铬，高温灼烧金属，进行属铬，高温灼烧金属，进行 “烤蓝烤蓝” 处理等。制成合金处理等。制成合金钢，如不锈钢。钢，如不锈钢。 5. 自行车的构件如支架、链条、钢圈等，分别采取自行车的构件如
9、支架、链条、钢圈等，分别采取了什么防锈措施？了什么防锈措施？ 答：刷漆、涂油、镀铬等。答：刷漆、涂油、镀铬等。 你知道吗？你知道吗？据估算，回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐据估算，回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐要便宜要便宜 20 %，而且还可节约金属资源和，而且还可节约金属资源和 95%的能源。的能源。1 t 废钢铁回炉冶炼可炼成近废钢铁回炉冶炼可炼成近 1 t 的钢，跟用铁矿石冶炼的钢，跟用铁矿石冶炼比，能节约比，能节约 11 t 煤和铁矿石，减少污染空气的悬浮微粒煤和铁矿石，减少污染空气的悬浮微粒11 kg。目前世界上已有。目前世界上已有 50% 以上的铁和以上的铁和 90% 以
10、上的以上的金得到了回收利用。金得到了回收利用。科学小资料科学小资料 废旧金属的回收利用还可以减少对环境的污染。例废旧金属的回收利用还可以减少对环境的污染。例如，废旧电池中含有汞等，如果将废旧电池随意丢弃，如，废旧电池中含有汞等，如果将废旧电池随意丢弃，汞等渗出会造成地下水和土壤的污染，威胁人类健康。汞等渗出会造成地下水和土壤的污染，威胁人类健康。如果将汞等回收利用，不仅可以节约金属资源，而且还如果将汞等回收利用，不仅可以节约金属资源，而且还可以减少对环境的污染。可以减少对环境的污染。废弃金属的回收有什么意义？废弃金属的回收有什么意义？想想议议想想议议 1. 可节约金属资源；可节约金属资源； 2
11、. 由于金属冶炼需在高温下进行，回收废弃金属并由于金属冶炼需在高温下进行，回收废弃金属并进行再利用可节约能源；进行再利用可节约能源； 3. 降低金属制品的生产成本，从而使人们能得到物降低金属制品的生产成本，从而使人们能得到物美价廉的金属制品；美价廉的金属制品； 4. 可减少金属对环境的污染。可减少金属对环境的污染。2. 金属资源保护金属资源保护保护金属资源的有效途径：保护金属资源的有效途径：( (1) ) 防止金属锈蚀；防止金属锈蚀；( (2) ) 回收利用废旧金属；回收利用废旧金属；( (3) ) 合理有效地开采矿物；合理有效地开采矿物；( (4) ) 寻找金属代用品。寻找金属代用品。 1.
12、 把铁矿石冶炼成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，其主要反应原理是在高温下，一氧化碳夺取铁矿石里的氧，将铁应原理是在高温下，一氧化碳夺取铁矿石里的氧，将铁还原出来：还原出来： Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 2. 在实际生产时，所用的原料或产物一般都含有杂在实际生产时，所用的原料或产物一般都含有杂质，在计算用料和产量时，应注意杂质问题。质，在计算用料和产量时，应注意杂质问题。学后应知学后应知高温高温 3. 铁生锈的主要条件是空气和水铁生锈的主要条件是空气和水( (或水蒸气或水蒸气) )直接接直接接触，如果隔绝了空气和水，就能在一定程度上防止钢铁触，如果
13、隔绝了空气和水，就能在一定程度上防止钢铁生锈。在钢铁表面涂油、刷漆、镀耐磨和耐腐蚀的铬及生锈。在钢铁表面涂油、刷漆、镀耐磨和耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金如不锈钢等，都能防止钢铁生锈。制造耐腐蚀的合金如不锈钢等，都能防止钢铁生锈。 4. 保护金属资源的有效途径是防止金属腐蚀、回收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、合理有效地开采矿物，以及寻找金属的利用废旧金属、合理有效地开采矿物，以及寻找金属的代用品等。代用品等。动手动脑学化学动手动脑学化学课后习题课后习题1. 通过实验回答，铁钉在下列哪些情况下容易生锈？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
14、空气中；在干燥的空气中； ( (2) ) 在潮湿的空气中；在潮湿的空气中； ( (3) ) 部分浸入食盐水中；部分浸入食盐水中； ( (4) ) 浸没在植物油中。浸没在植物油中。 指导建议：本题可通过实验来寻找结果，按题目所指导建议：本题可通过实验来寻找结果，按题目所给要求完成实验，并进行探究。当然还可以利用本课题给要求完成实验，并进行探究。当然还可以利用本课题中所学铁生锈的条件分析完成。铁制品在与氧气、水同中所学铁生锈的条件分析完成。铁制品在与氧气、水同时直接接触的条件下易生锈。所以在干燥的空气中，没时直接接触的条件下易生锈。所以在干燥的空气中，没有水分铁不易生锈，而在潮湿的空气中，既含有水
15、，又有水分铁不易生锈，而在潮湿的空气中，既含有水，又含有氧气，符合铁生锈的条件。当铁部分浸入食盐水中，含有氧气，符合铁生锈的条件。当铁部分浸入食盐水中，随着水分的蒸发，液面上的铁实际上也是处在潮湿的空随着水分的蒸发，液面上的铁实际上也是处在潮湿的空气中，所以也易生锈，但浸没在植物油中，不与氧气、气中，所以也易生锈，但浸没在植物油中，不与氧气、水接触，也就不会生锈了。水接触，也就不会生锈了。 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？ 指导建议：沙漠地区空气干燥。指导建议：沙漠地区空气干燥。 ( (2) ) 被雨水淋湿的自
16、行车，为什么须先用干布擦净被雨水淋湿的自行车，为什么须先用干布擦净后才能用带油的布擦？后才能用带油的布擦？ 指导建议：尽管用带油的布擦被水淋湿的自行车，指导建议：尽管用带油的布擦被水淋湿的自行车，水分却依然存在，并且水与油不相溶，铁依然能接触到水分却依然存在，并且水与油不相溶，铁依然能接触到空气和水，铁生锈的条件依然存在，所以必须先擦去水空气和水，铁生锈的条件依然存在，所以必须先擦去水分再抹油。分再抹油。 3. 我国古代将炉甘石我国古代将炉甘石( (ZnCO3) )、赤铜、赤铜( (Cu2O) )和木炭和木炭粉混合后加热到约粉混合后加热到约 800 ，得到一种外观似金子的锌和，得到一种外观似金
17、子的锌和铜的合金，试写出反应的化学方程式。铜的合金，试写出反应的化学方程式。( (提示：提示：ZnCO3 加热可分解为加热可分解为 ZnO。) ) 指导建议：分析题目，原料是指导建议：分析题目，原料是 ZnCO3、Cu2O 和和 C，而产物是而产物是 Zn 和和 Cu，且其中，且其中 C 是一种还原性物质，这是是一种还原性物质，这是一道利用还原剂从氧化物中冶炼金属的题目。要先找一道利用还原剂从氧化物中冶炼金属的题目。要先找 Zn 和和 Cu 的氧化物。根据提示：的氧化物。根据提示：ZnCO3 ZnO +CO2，所以可以用所以可以用 C 分别还原分别还原 ZnO 和和Cu2O，反应的化学方程，反
18、应的化学方程式如下：式如下： 2ZnO + C 2Zn + CO2 2Cu2O + C 4Cu + CO2高温高温高温高温 4. 某钢铁厂每天需消耗某钢铁厂每天需消耗 5 000 t 含含 Fe2O3 76%的赤铁的赤铁矿，该厂理论上可日产含矿，该厂理论上可日产含 Fe 98 % 的生铁多少吨？的生铁多少吨？指导建议：首先将不纯物质的质量转化成纯净物的质量。指导建议：首先将不纯物质的质量转化成纯净物的质量。Fe2O3 质量质量 = 5 000 t76 % = 3 800 t设生铁质量为设生铁质量为 x，则纯铁质量，则纯铁质量 = 98% x。 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 16
19、0 112 3 800 t 98% x 160 : 3 800 t = 112 : 98 % x x2 714.3 t高温高温 5. 冶炼冶炼 2 000 t 含杂质含杂质 3 % 的生铁，需要含的生铁，需要含 Fe3O4 90 % 的磁铁矿石多少吨？的磁铁矿石多少吨？指导建议：纯铁质量指导建议：纯铁质量 = 2 000 t( (1 - - 3%) )= 1 940 t。设磁铁矿质量为设磁铁矿质量为 x，则，则 Fe3O4 质量为质量为 90% x: 232 168 90% x 1 940 t 232 : 90 % x = 168 : 1 940 t x = 2 976.7 t 答：需要磁铁矿
20、石质量为答：需要磁铁矿石质量为 2 976.7 t。高温高温 Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2 6. 对如何防止你家的刀、剪等铁制品生锈，提出两对如何防止你家的刀、剪等铁制品生锈，提出两种以上的方案，比较方案的优缺点，并在家里实施你的种以上的方案，比较方案的优缺点，并在家里实施你的方案。方案。 指导建议：可针对铁制品生锈的条件提出方案。如指导建议：可针对铁制品生锈的条件提出方案。如用完后将这些铁制品擦干后放在干燥地方或擦干后涂上用完后将这些铁制品擦干后放在干燥地方或擦干后涂上一层起保护作用的油等。一层起保护作用的油等。 1. 钢铁厂常选用赤铁矿、磁铁矿为炼铁原料，一般钢铁厂常选用赤
21、铁矿、磁铁矿为炼铁原料，一般不选用黄铁矿不选用黄铁矿( (FeS2) )和褐铁矿和褐铁矿( (Fe2O3 x H2O) )等矿石，等矿石，请分析原因。请分析原因。快乐进阶快乐进阶矿矿 石石 名名 称称Fe 与与 O 的原子个数比的原子个数比( (含铁量含铁量) )赤铁矿赤铁矿( (Fe2O3) )1 : 1.5磁铁矿磁铁矿( (Fe3O4) )1 : 1.3硫铁矿硫铁矿( (FeS2) )相当于相当于 1 : 4褐铁矿褐铁矿( (Fe2O3 x H2O) )小于小于 1 : 2 2. 用光亮的铁钉进行下列实验，哪支试管的铁钉用光亮的铁钉进行下列实验，哪支试管的铁钉易生锈易生锈? 哪支试管的铁钉
22、不易生锈哪支试管的铁钉不易生锈? 说明原因。说明原因。A B C蒸馏水蒸馏水油油干燥空气干燥空气一氧化碳一氧化碳赤铁矿赤铁矿石灰水石灰水 3. 利用下图装置测定某赤铁矿中氧化铁的质量分利用下图装置测定某赤铁矿中氧化铁的质量分数。假设赤铁矿中氧化铁全部还原为铁，杂质不参与数。假设赤铁矿中氧化铁全部还原为铁，杂质不参与反应，现记录数据如下反应，现记录数据如下: ( (玻璃管质量为玻璃管质量为 65.6 g。) )实验前实验前实验后实验后玻璃管玻璃管( (包括样品包括样品) )85.6 g80.8 g洗气管洗气管( (包括药品包括药品) )156.8 g170.0 g一氧化碳一氧化碳赤铁矿赤铁矿石灰
23、水石灰水根据实验数据计算根据实验数据计算: ( (1) )赤铁矿中氧化铁的质量分数；赤铁矿中氧化铁的质量分数； ( (2) )实验结束后，玻璃管中剩余粉末中铁的质量分实验结束后，玻璃管中剩余粉末中铁的质量分数数 ( (杂质中不含其他可被还原的氧化物杂质中不含其他可被还原的氧化物) )； ( (3) )实验结束后，将洗气瓶中的石灰水过滤，可得实验结束后，将洗气瓶中的石灰水过滤，可得沉淀多少克沉淀多少克?解解: 样品的质量为样品的质量为 85.6 g - - 65.6 g = 20 g 氧化铁中氧元素的质量为氧化铁中氧元素的质量为 85.6 g - - 80.8 g = 4.8 g 氧化铁的质量为
24、氧化铁的质量为 4.8 g 100% = 16 g 产生产生 CO2 的质量为的质量为 170.0 g - - 156.8 g = 13.2 g48160( (1) )赤铁矿中氧化铁的质量分数为赤铁矿中氧化铁的质量分数为( (2) )剩余粉末中铁的质量分数为剩余粉末中铁的质量分数为% 80% 100g 02g 16 % 73.7% 100g 4.8g 20g 4.8g 16- - -CO2 + Ca( (OH) )2 CaCO3+ H2O 44 10013.2 g x x = 30 g x100g 3.2144 ( (3) )得到沉淀的质量得到沉淀的质量: 设得到沉淀的质量为设得到沉淀的质量为 x。