课题3金属资源的利用与保护.ppt

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1、 安 徽 巢 湖 谢 玉 荣 资源是人类赖以生存和发展的资源是人类赖以生存和发展的物质基础，对国民经济的发展起着物质基础，对国民经济的发展起着极为重要的作用。一个国家的工业极为重要的作用。一个国家的工业化过程，首先是对矿物原料产品需化过程，首先是对矿物原料产品需求的迅速增长，我国经济正在高速求的迅速增长，我国经济正在高速建设，目前，建设，目前，95以上的能源和以上的能源和80以上的工业原料来自于矿产资以上的工业原料来自于矿产资源源。一、金属资源的概况1.地球上的金属资源（地球上的金属资源（广泛存广泛存在于地壳和海洋中）在于地壳和海洋中）多数以化合物形式存在（如各种多数以化合物形式存在（如各种矿

2、石中）矿石中）少数以单质形式出现（如：少数以单质形式出现（如：Au、Ag等）等）自然中存在的一些金属自然金自然金(主要成分为主要成分为Au)自然界以单质形式存在的银自然界以单质形式存在的银 单质形式存在的金属单质形式存在的金属褐铁矿（褐铁矿（Fe2O3nH2O) 磁铁矿的主要成分为磁铁矿的主要成分为Fe3O4 黄铜矿的主要成分是黄铜矿的主要成分是CuFeS2 黄铁矿的主要成分是黄铁矿的主要成分是FeS2 化合物形式存在的金属化合物形式存在的金属赤铁矿赤铁矿(主要成分为主要成分为Fe2O3) 金红石（TiO2）孔雀石(主要成分为Cu2(OH)2CO3)蓝铜矿(主要成分为Cu2(CO3)2(OH)

3、2)闪锌矿的主要成分是ZnS，常含有Fe、Cd、In、Ga等元素菱铁矿主要成分是菱铁矿主要成分是FeCO3 我国矿物种类比较齐全，储量也丰富我国矿物种类比较齐全，储量也丰富其中钨、钼、钛、锡、锑等储量居世界其中钨、钼、钛、锡、锑等储量居世界前列；前列；铜、铝、锰等储量在世界上也占有重要铜、铝、锰等储量在世界上也占有重要位置。位置。 安 徽 巢 湖 谢 玉 荣铝土矿铝土矿Al2O3黄铜矿黄铜矿CuFeS2辉铜矿辉铜矿Cu2S矿石：矿石：工业上把能用来提炼金属的矿物叫矿石。工业上把能用来提炼金属的矿物叫矿石。铁矿石铁矿石 铁铁 课课 题题 3 3 金属资源的利用和保护金属资源的利用和保护一、铁的冶

4、炼 铁矿石是怎样炼成铁的呢？让我们通过实验来研究铁矿石是怎样炼成铁的呢？让我们通过实验来研究铁冶炼的化学原理。铁冶炼的化学原理。一氧化碳与氧化铁的反应一氧化碳与氧化铁的反应活动天地活动天地实验的原理实验的原理实验的步骤实验的步骤实验的现象实验的现象实验注意那些问题？（先加热还是先通气？实验实验注意那些问题？（先加热还是先通气？实验完毕是先停止加热吗？）完毕是先停止加热吗？）实验需要改进吗？（一氧化碳有毒，实验完毕的实验需要改进吗？（一氧化碳有毒，实验完毕的尾气怎么处理？）尾气怎么处理？）一氧化碳还原氧化铁实验一氧化碳还原氧化铁实验实验原理：实验原理：实验操作：实验操作：1 1、按上图组装仪器，

5、并检查气密性、按上图组装仪器，并检查气密性2 2、把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻管中，轻轻转、把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻管中，轻轻转 动动 ，使氧化铁粉末均匀地附在玻璃管内壁上，使氧化铁粉末均匀地附在玻璃管内壁上FeFe2 2O O3 3 + 3 + 3COCO = 2Fe + 3CO = 2Fe + 3CO2 2高温高温3 3、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，先通先通入一氧化碳气入一氧化碳气体排气；待排尽后，体排气；待排尽后，点燃点燃出气口处的酒精灯及酒精喷出气口处的酒精灯及酒精喷灯，并观察装置中所发生的变化灯，并观察装置中所发生的变化4 4、当红棕色粉末已

6、转变成黑色后，、当红棕色粉末已转变成黑色后，先停止加热先停止加热，再通再通一会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却一会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却. . 将产生的气体通入到澄清石灰水中，澄清石灰水变将产生的气体通入到澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊，则生成二氧化碳：浑浊，则生成二氧化碳：COCO2 2+Ca(OH)+Ca(OH)2 2=CaCO=CaCO3 3+H+H2 2O O ；红；红色粉末变黑色，用磁铁检验，证明黑色粉末为铁。色粉末变黑色，用磁铁检验，证明黑色粉末为铁。（若（若是一氧化碳还原四氧化三铁，将黑色粉末加入盐酸中，是一氧化碳还原四氧化三铁，将黑色粉末加入盐酸中，有气体生成，证明有铁。四氧化三

7、铁也有磁性，不能用有气体生成，证明有铁。四氧化三铁也有磁性，不能用磁铁吸引的方法检验。）磁铁吸引的方法检验。） 红色（红色（氧化铁氧化铁）粉末逐渐变成黑色，同时粉末逐渐变成黑色，同时澄清的石灰水逐渐变浑浊。澄清的石灰水逐渐变浑浊。实验现象：实验现象：问题讨论：问题讨论：1 1、如何判断反应中生成了什么物质？、如何判断反应中生成了什么物质？把尾气烧掉，防止污染空气把尾气烧掉，防止污染空气 2 2、装置中右边的酒精灯起什么作用？、装置中右边的酒精灯起什么作用？3 3、石灰水的作用有哪些？、石灰水的作用有哪些？ 澄清石灰水用来检验生成物二氧化碳，并吸收二澄清石灰水用来检验生成物二氧化碳，并吸收二氧化

8、碳便于处理尾气氧化碳便于处理尾气 1 1、一氧化碳还原氧化铁是在封闭的硬质玻管中进、一氧化碳还原氧化铁是在封闭的硬质玻管中进行的，行的，先通一氧化碳先通一氧化碳，可以，可以把管内的空气排出把管内的空气排出，防止一防止一氧化碳与空气混合受热爆炸氧化碳与空气混合受热爆炸. . 2 2、实验完毕、实验完毕先停止加热先停止加热，还要，还要继续通入一氧化碳继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却为止直到玻璃管冷却为止。因为如果先停止通一氧化碳，管因为如果先停止通一氧化碳，管内会因为缺少气体而变成真空，这样澄清石灰水中的液内会因为缺少气体而变成真空，这样澄清石灰水中的液体（含水）就会倒吸入管内，冷水遇到热的玻璃管会

9、引体（含水）就会倒吸入管内，冷水遇到热的玻璃管会引起玻璃管炸裂。起玻璃管炸裂。注意事项：注意事项：实验改进：实验改进： 可将上述装置除尾气的部分，改成用气球或方便袋收可将上述装置除尾气的部分，改成用气球或方便袋收集，这样收集得到的未燃一氧化碳气体可重复利用集，这样收集得到的未燃一氧化碳气体可重复利用 把尾气烧掉，防把尾气烧掉，防止污染空气止污染空气 FeFe2 2O O3 3 + 3CO = 2Fe + 3CO + 3CO = 2Fe + 3CO2 2高温高温失去氧失去氧得到氧得到氧是氧化剂是氧化剂是还原剂是还原剂化学上把氧化物中氧被夺去的反应叫做化学上把氧化物中氧被夺去的反应叫做还原反应。还

10、原反应。具有氧化性具有氧化性具有还原性具有还原性发生还原反应发生还原反应发生氧化反应发生氧化反应生熟炼铁炉二生熟炼铁炉二 生熟炼铁炉生熟炼铁炉一为纪念为纪念1996年中国钢产量突破年中国钢产量突破1亿吨亿吨而发行的邮票而发行的邮票 上海宝山钢铁公司炼铁高炉上海宝山钢铁公司炼铁高炉铁矿石焦炭热空气炉渣出口生铁出口石灰石高炉炼铁图：高炉炼铁图：炼钢用的电弧炉炼钢用的电弧炉转炉炼钢转炉炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢冶冶炼炼钢钢生铁生铁铁合金铁合金 在高温条件下，用还原剂一在高温条件下，用还原剂一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。出来。例：例：FeFe2 2O O3 3+3CO

11、2Fe+3CO+3CO 2Fe+3CO2 2高温高温原料原料铁矿石、焦炭、石灰石、空气铁矿石、焦炭、石灰石、空气生铁、废钢、生铁、废钢、氧气、生石灰氧气、生石灰 高温下用氧气或铁高温下用氧气或铁的氧化物将生铁中多余的氧化物将生铁中多余的碳和其它杂质转变为的碳和其它杂质转变为气体或炉渣而除去。气体或炉渣而除去。原原理理设备设备产品产品高炉高炉生铁生铁转炉、平炉、电炉转炉、平炉、电炉 钢钢 解： 1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为 1000t80%=800t 设：800t氧化铁理论上可以炼出纯铁的质量为x有关杂质问题的计算有关杂质问题的计算 安 徽 巢 湖 谢 玉 荣请用另一种方法试一试：请用另

12、一种方法试一试：解：解：1000t80% 256 160 96% = 583t练习：要炼出含杂质练习：要炼出含杂质3%的生铁的生铁2000吨，需要含四氧化吨，需要含四氧化三铁三铁90%的磁铁矿石的质量是多少？的磁铁矿石的质量是多少？Fe3O4+4CO 3Fe+4CO2高温解：需要含解：需要含Fe3O490%的磁铁矿石的质量为的磁铁矿石的质量为X232 356X 90 2000t (1-3%) 232 356 X 90 2000t (1-3%)X=2977t答：磁铁矿石的质量为答：磁铁矿石的质量为2977t。作业：作业：P21 4、5 课课 题题 3 3 金属资源的利用和保护金属资源的利用和保护

13、1、为避免一氧化碳污染空气、为避免一氧化碳污染空气,并回收利用一氧化碳并回收利用一氧化碳,方框方框中连接的是中连接的是C和和D，导管接口的连接顺序，导管接口的连接顺序a 。 C装置中装置中NaOH的作用是的作用是 。2、实验开始时，应、实验开始时，应 (填填“先加热再通先加热再通CO”或或“先通先通CO再加热再加热”)，目的是，目的是 。3、实验进行一段时间后，玻璃管、实验进行一段时间后，玻璃管A中出现的现象中出现的现象为为 ，反应方程式为，反应方程式为 。4、除、除CO外，还有哪些物质可以还原外，还有哪些物质可以还原Fe2O3 (请写请写一物质的化学式一物质的化学式)。某化学兴趣小组用一氧某

14、化学兴趣小组用一氧化碳与氧化铁的反应来化碳与氧化铁的反应来探究炼铁的原理，装置探究炼铁的原理，装置如下图所示。请回答有如下图所示。请回答有关问题：关问题：d b e除去残余的二氧化碳除去残余的二氧化碳 先通先通CO再加热再加热 赶尽玻璃管内的空气，防止加热爆炸赶尽玻璃管内的空气，防止加热爆炸 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2高温高温C或或H2 固体由红棕色变成黑色固体由红棕色变成黑色 课课 题题 3 3 金属资源的利用和保护金属资源的利用和保护 巢 湖 黄 麓 谢 玉 荣 安 徽 巢 湖 谢 玉 荣二、金属资源保护二、金属资源保护资料一：资料一：据有关资料报道，据有关资料报道，现在

15、世界上每年因腐蚀而报现在世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于废的金属设备和材料相当于年产量的年产量的20% 20% 40%40%。资料二：资料二：矿物的储量有限，而且不能再生。根据矿物的储量有限，而且不能再生。根据已探明的一些矿物的储藏量，并目前这些金属的已探明的一些矿物的储藏量，并目前这些金属的消耗速度，有人估消耗速度，有人估 计一些矿物、可供开采的年限计一些矿物、可供开采的年限如课本图所示（不包括今后新探明的矿物储量，如课本图所示（不包括今后新探明的矿物储量，一些国家的金属储备和金属的回收利用等）。一些国家的金属储备和金属的回收利用等）。 课课 题题 3 3 金属资源的利用和保护金

16、属资源的利用和保护金属锈蚀给人类带来了巨大的损失。金属锈蚀给人类带来了巨大的损失。为了减少损失，需要为了减少损失，需要探究探究金属锈蚀的原因、防护的方法和废金属的回收利用金属锈蚀的原因、防护的方法和废金属的回收利用. 1、金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护探究探究（铁制品锈蚀的条件）（铁制品锈蚀的条件） 条条 件件现象现象分分 析析水、氧气水、氧气水水氧气氧气生锈生锈不生锈不生锈不生锈不生锈可得铁生锈与氧气有关可得铁生锈与氧气有关可得铁生锈与水有关可得铁生锈与水有关结论：在结论：在水、氧气水、氧气同时存同时存在的环境中铁能生锈在的环境中铁能生锈。（缓慢氧化，放热）（缓慢氧化，放热）问题：问题：铝

17、的化学性质比铁铝的化学性质比铁活泼为什么不生锈呢？活泼为什么不生锈呢？ 课课 题题 3 3 金属资源的利用和保护金属资源的利用和保护 巢 湖 黄 麓 谢 玉 荣 安 徽 巢 湖 谢 玉 荣铝与氧气反应生成的致密的氧化铝薄膜，能覆盖在铝表面，铝与氧气反应生成的致密的氧化铝薄膜，能覆盖在铝表面，从而从而保护里层的铝不再与氧气反应保护里层的铝不再与氧气反应；而铁与氧气、水等反；而铁与氧气、水等反应生成的应生成的铁锈铁锈Fe2O3H2O却很疏松，不能阻碍里层的铁却很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水等反应继续与氧气、水等反应，因此铁制品可以全部锈蚀。，因此铁制品可以全部锈蚀。请同学们根据燃烧条件和灭

18、火的方法结合铁生锈的条件，请同学们根据燃烧条件和灭火的方法结合铁生锈的条件，说出防止铁生锈的方法。说出防止铁生锈的方法。（1)1)隔绝空气或氧气隔绝空气或氧气 (2)(2)隔绝水隔绝水 讨论：自行车的构件如支架、链条、钢圈等，分别采取了讨论：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？什么防锈措施？刷油漆刷油漆涂油涂油镀铬镀铬 课课 题题 3 3 金属资源的利用和保护金属资源的利用和保护金属锈蚀的条件金属锈蚀的条件： 要有能够发生反应的物质，要有能够发生反应的物质， 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等。生成物不会对反应起阻碍作用等。 合 肥 黄

19、 麓 谢 玉 荣对防止铁制品锈蚀的建议：对防止铁制品锈蚀的建议： 课课 题题 3 3 金属资源的利用和保护金属资源的利用和保护 改变金属的内部结构制成合金，如不锈钢；改变金属的内部结构制成合金，如不锈钢； 形成保护层刷油漆、涂油、烧制搪瓷（物理方法）电形成保护层刷油漆、涂油、烧制搪瓷（物理方法）电 镀上一层耐腐蚀的金属（镀铬、锌、锡）、通过化学镀上一层耐腐蚀的金属（镀铬、锌、锡）、通过化学 反应使表面形成致密的氧化物薄膜等；反应使表面形成致密的氧化物薄膜等； 改善腐蚀环境等等保持铁制品表面干燥和洁净。改善腐蚀环境等等保持铁制品表面干燥和洁净。 2、金属资源保护、金属资源保护保护金属资源的主要途

20、径：保护金属资源的主要途径： 防止金属的腐蚀防止金属的腐蚀 金属的回收和利用金属的回收和利用 有计划合理地开采矿物有计划合理地开采矿物 寻找金属代用品寻找金属代用品 物尽其用物尽其用讨论：稀土讨论：稀土金属回收的意义金属回收的意义:1、节约资源、节约资源2、节约能源、节约能源3、减少环境污染、减少环境污染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？8 安 徽 巢 湖 谢 玉 荣学完本课题你应该知道：学完本课题你应该知道：1、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、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，将铁还原出来：

21、温下，一氧化碳夺取铁矿石里的氧，将铁还原出来：Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2高温高温2、在实际生产时，所用的原料或产物一般都含有杂质，、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。在计算用料和产量时，应注意杂质问题。3、铁生锈的主要条件是与空气和水（或水蒸气）直接接触，如果、铁生锈的主要条件是与空气和水（或水蒸气）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生锈。在钢铁表隔绝了空气和水，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制造耐腐蚀的合金如不面涂油、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，都是能防止钢铁生锈。锈钢等，都是能防止钢铁生锈。4、保护金属资源的有效途径是防止金属腐蚀、回收利用废旧金、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，以及寻找金属的代用品等。属、合理有效地开采矿物，以及寻找金属的代用品等。注意：根据铜绿的化学式注意：根据铜绿的化学式Cu2(OH)2CO3分析铜生锈的条件分析铜生锈的条件 又是什么？又是什么？与氧气、水和二氧化碳接触与氧气、水和二氧化碳接触 安 徽 巢 湖 谢 玉 荣 巢 湖 黄 麓 谢 玉 荣