课题3--金属资源的利用和保护.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八单元,金属和金属材料,课题,3,金属资源的利用和保护,第一课时,P15,4.,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。,学习目标：,2.,知道一些常见金属如铁、铝、铜等的矿物，了解从铁矿石中将铁还原出来的方法。,3.,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的计算。,1.,了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。,2.,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的计算。,1.,了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。,重点：,图,8-16,自然界以单质形式存在的金,图,8-17,自然界以单质形式存在的银,除少数不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外,其余都以化合物形式存在。,金属的存在形式：,单质,(,少数，如金和银,),化合物,(,大多数，如各种铁矿石,),赤铁矿（,主要成分是,Fe,2,O,3,）,菱铁矿（主要成分是,FeCO,3,）,图,8-18,常见的矿石,硫铁矿,(,主要成分是,FeS,2,),磁铁矿（,主要成分是,Fe,3,O,4,）,图,8-18,常见的矿石,辉铜矿（主要成分是,Cu,2,S,）,黄铜矿（主要成分是,CuFeS,2,）,铝土矿,主要成分是,Al,2,O,3,孔雀石,Cu,2,(OH),2,CO,3,赤铜矿,Cu,2,O,罕见的铜矿石,毛赤铜矿,(,Cu,2,O,),元素名称,质量分数,%,元素名称,质量分数,%,铝,7.73,镁,2.00,铁,4.75,锌,0.008,钙,3.45,铜,0.007,钠,2.74,银,0.00001,钾,2.47,金,0.0000005,地壳中含量最多的金属是,Al,！,金属元素在地壳中含量：,一、铁的冶炼：,生熟炼铁炉一,生熟炼铁炉二,图,8-19,我国古代炼铁图,图,8-20,上海宝山钢铁公司炼铁高炉,图,8-21,为纪念,1996,年中国钢产量突破,1,亿吨而发行的邮票,现象,分析,反应式,尾气处理,红色的,Fe,2,O,3,变成灰黑色，同时产生,的气体,使澄清的石灰水变浑浊,一氧化碳还原氧化铁生成铁粉,(,灰黑色,),与二氧化碳,1.,实验室用一氧化碳还原氧化铁,用燃着的酒精灯将尾气点燃或,用气球收集尾气,【,实验,8-3】,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe+3CO,2,高温,证明产物中有铁粉的方法是：,用磁铁吸,(,或加稀盐酸有气泡,),实验步骤：,.,按下图组装仪器，,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。,把硬质玻璃管接入装置系统中，,先通入一氧化碳气体排除空气，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,(,或用气球收集,),，防止一氧化碳污染空气。待排尽后，点燃酒精喷灯，,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，,停止加热，再通入一会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却，防止,Fe,被氧化。,一氧化碳还原氧化铁必须在,封闭,的硬质玻管中进行，,防止一氧化碳污染空气,。,（,1,）、原料：,黄铁矿,FeS,2,赤铁矿,Fe,2,O,3,菱铁矿,FeCO,3,磁铁矿,Fe,3,O,4,（,2,）、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,Fe,2,O,3,+3CO 2Fe+3CO,2,高温,石灰石、,铁矿石,焦炭、空气,（,3,）、设备：高炉,化学方程式：,70%,48.27%,46.67%,72.41%,含铁量,2.,工业炼铁：,炼铁高炉,铁矿石、焦炭、石灰石,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe+3CO,2,高温,CO,2,C 2CO,高温,C+O,2,CO,2,点燃,炼铁时各物质的作用：,石灰石：把杂质转化为炉渣,焦炭：,燃烧放热提高炉温，并将生成的,CO,2,还原为具有还原性的,CO,，因此在炼铁高炉中起主要作用的还原剂是,CO,，优点是气体还原剂具有流动性，能与矿石充分接触，使反应更彻底。,15,炼钢和炼铁的比较,生铁冶炼,炼钢,原料,铁矿石、焦炭、空气、石灰石,生铁、废钢,原理,在高温下，用一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。,Fe,2,O,3,+3CO 2Fe+3CO,2,用氧气或铁的氧化物除去生铁中多余的碳元素,主要,设备,高炉,转炉、平炉、电炉,产品,生铁,钢,高温,16,在,实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用料时和产量时,应考虑到杂质问题。,不纯物质、纯物质、纯度之间的关系：,列比例时，一定要用纯量。,3.,含杂质的物质的化学方程式的计算：,m(,纯,)=,m(,不纯,),纯度,m(,不纯,)=,m(,纯,),纯度,例题：用,1000t,含氧化铁,(Fe,2,O,3,),80%,的赤铁矿石，理论上可炼含铁,96%,的生铁多少吨？,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe +3CO,2,高温,解：,1000t,赤铁矿石中含氧化铁的质量为,1000t 80%,800t,。,设,800t,氧化铁理论上可以炼出铁的质量为,X,。,160 112,800t X,160,800t,=,112,X,X,560t,折合含铁,96%,的生铁的质量为,560t 96%,583t,(,纯化杂,),答：,1000t,含氧化铁,(Fe,2,O,3,)80%,的赤铁矿石，理论上可炼出含铁,96%,的生铁为,583t,。,或设,800t,氧化铁理论上可以炼,含铁,96%,的生铁,质量为,X,。,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe +3CO,2,高温,160 112,800t X,96%,160:112,800t:X,96%X,583t,(,杂化纯,),设需含,Fe,2,O,3,质量分数为,85%,的赤铁矿石的质量为,x,。,解：生铁中含纯铁：,3000t(1,5%)=2850t.,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe +3CO,2,112,X 85%2850t,高温,160,X 85%,=,112,2850t,X4790t,答,：,该,3000 t,生铁中含纯铁,2850t,。,该炼钢厂每天需含,Fe2O3,质量分数为,85%,的赤铁矿石为,4790t,。,1.【06,自贡,】,某炼钢厂日产含杂质,5%,的生铁,3000t,，试计算：,该,3000 t,生铁中含纯铁多少吨？,该炼钢厂每天需含,Fe,2,O,3,质量分数为,85%,的赤铁矿石多,少吨？（计算结果保留整数）,练习：,2.,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,，,。,(2),实验过程中，先要进行的是,_,。（填,或,）,加热,通一氧化碳,(3)A,中反应的化学方程式是 。,B,中反应的化学方程式是,，,B,中观察到的现象是,_,。,(4),该装置的不足之处是,。,铁架台,试管,Fe,2,O,3,+3CO =2Fe+3CO,2,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）,Ca(OH),2,+CO,2,=CaCO,3,+H,2,O,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,6000,年前,约,200,年前,约,600,年前,约,2500,年前,选择编号填空：铝的利用比铜和铁晚得多，原因是,；目前铝在多个领域替代易生锈的钢铁，其,主要,原因是,。,铝的密度小 铝很活泼,地壳中铝的含量高 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。,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,；能证明产物中有铁粉的方法是：,。,用磁铁吸,(,或加稀盐酸有气泡,),3CO+Fe,2,O,3,2Fe+3CO,2,=,高温,在组装仪器时，把玻璃管插入橡胶管的操作方法,是,。,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,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,3,金属资源的利用和保护,第二课时,P1821,为什么要保护金属资源？,二、金属资源保护,保护金属资源的原因：,每年大量开采,(,数以亿吨计,),每年大量的金属被腐蚀,(,相当于年产量的,20%40%),P18,1.,金属的腐蚀和防护,人们采取了许多措施，但每年全世界因生锈而损失的钢铁约 占世界年产量的,四分之一！,如何防锈？,全浸在水中,干燥空气中,一半在水中,食盐水中,稀,H,2,SO,4,中,实验：探究铁生锈的条件,一周后,铁钉沾了酸液,:,铁钉严重锈蚀,铁钉浸没一半的在食盐水中：,浸没在食盐水中的铁钉几乎全部生锈,铁钉浸没一半在水中：,铁在空气、水的界,面处生锈,铁钉完全浸没在水中（上面还加植物油）：,铁未生锈,铁钉放在干燥的空气中（加干燥剂等）：,铁未生锈,全浸在水中,稀,H,2,SO,4,中,一半在水中,食盐水中,干燥空气中,1,2,3,4,5,1,铁生锈是铁与氧气、水等物质相互作用。（缓慢氧化,放热）,2.,在有酸性和盐条件下会加快生锈速率,3,铁锈（混合物）的主要成分是氧化铁,Fe,2,O,3,红棕色,.,结论,:,氧化铁与铝壶表面的氧化铝膜性质比较,铁锈,(,e,2,3,),氧化铝,(Al,2,O,3,),结构特点,若不除去结果,疏松多孔,完全锈蚀,致密结实,使铝,“,自我保护,”,铁,铁锈,与空气（氧气）,接触,与水,接触,加快,铁,生,锈,速率的情,况,酸,性污染物的存在,(,酸雨,),加快生,锈,速度,离,子化合物的存在,(,氯化,钠,),高溫,(,加快化,学,反,应,速度,),较不活泼,金,属,接,触（,置,换反应,),经,刮擦或凹凸扭曲表面,(,增,加接,触,面,),氧气,水,生锈,怎,样,防止,铁,生,锈,加上保,护层,(1),加上油漆、塑,胶层,或油脂,(,2,),镀,上其他金,属,如,镀锡,或,铬,等,罐头,是由,镀锡铁制成,。,镀铬,的浴室,水笼头,。,(,3,),牺,牲性保,护,由,镀锌铁制,造的水桶。,把,铁与,一,较,活,泼,的,金属相连接,，因而防止,铁,生成,Fe,2+,(aq),离,子，,从,而防,锈,。,破,损,部位,锌,表,层,氧,与锌,反,应,，,铁,不,会,腐,蚀,铁,锌块,(4),使用,铁,合金,用不,锈钢制,造的器具,金属防腐蚀的方法：,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,改善腐蚀环境等等,保持铁制品表面干燥和洁净,（,1),隔绝空气或氧气,(2),隔绝水,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，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、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,Cr,、,Ni,）,防止铁锈蚀的主要措施：,三角架：,钢线,(,辐条）：,链条：,刷漆,镀一层耐腐蚀的金属,涂油等,平时要保持自行车的洁净与干燥（或涂油）！,自行车防锈措施有哪些？,讨论：,钢圈：,图,8-25,据估计一些矿物可供开采的年限,2.,金属资源保护,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。,2,、怎样保护金属资源呢,?P19,防止金属的腐蚀。,金属的回收与利用。,有计划,合理地开采矿物,严禁不顾国家利益的乱采矿。,寻找金属代用品。如以塑代钢。,图,8-26,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罐要便宜,20%,，而且还可以节约金属资源和,95%,能源。目前世界上有,50%,以上的铁和,90%,以上的金得到回收利用。,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是 （）,A.,在潮湿、致密的土壤中,B.,在干燥、致密的土壤中,C.,在潮湿、疏松的土壤中,D.,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,(,),C,B,A.,水面上的船头部分,B.,水面附近的船体部分,C.,水面下的船底部分,D.,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。下列做法中不能起防锈作用的是（）,在铁制品表面镀锌,在铁制品表面涂油脂,保留铁件表面的铁锈作保护层,在铁器表面刷油漆,自行车脏了用清水冲洗,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,A.,B.,C.,D.,B,4.,全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界钢铁年产量的,1/4,。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,A,、,B,、,C,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：,编号,操作方法,实验目的,A,探究铁在干燥空气中的生锈情况,B,放入铁钉，注入蒸馏水浸没铁钉，并用植物油液封,C,探究铁在有空气和水时的生锈情况,加热烘干试管，小心放入铁钉，塞上塞子,探究铁在有水而无空气,（氧气）时的生锈情况,小心放入铁钉，注入蒸馏水，使铁钉部分浸入水中,一周后，编号为,_,的试管中的铁钉最易生锈。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,_,。,C,南方比北方天气潮湿，铁更易生锈,A B C,铁在干燥空气中,铁在有水而无空气（氧气）时,铁在有空气和水时,用植物油液封,用橡皮塞塞紧管口,3CO+Fe,2,O,3,2Fe+3CO,2,；,=,高温,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,在高温条件下,CO,作还原剂，夺取,铁矿石里的氧，,将铁还原出来。,2.,在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用料时和产量时,应考虑到杂质问题。,3.,铁生锈的条件是,铁与空气中的氧气、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。,在铁表面涂油、刷漆、镀上耐磨和 耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金，如不锈钢等，就能防止钢铁生锈。,4.,保护金属资源的有效途径是防止金属的腐蚀、回收与利用废旧金属、合理有效地地开采矿物,以及寻找金属代用品等。,列比例时，一定要用纯量。,m(,纯,)=m(,不纯,),纯度,4Fe+3O,2,+2XH,2,O=2,Fe,2,O,3,XH,2,O,本单元小结：,一、金属和金属材料,金属与非金属物理性质的比较：,物理性质,金属,非金属,状态,在常温下，除汞,(Hg),是液体外，其余都是固体,在常温下，有固、液、气三态,密度,一般较大,一般较小,光泽,有,一般无,导电性,导热性,能导电、导热,一般不导电、不导热,延展性,有,没有,2.,金属材料包括,纯金属和合金,。把两种或两种以上,的金属熔合在一起，或者把金属和非金属熔合在一起，就可以得到具有金属特性的合金。由于,合金的很多性能一般比,组成它们的纯金属,更好，因此，在实际中大量使用的金属材料是合金。,二、金属的化学性质,1.,很多金属都能与氧气、盐酸和稀硫酸等起反应，但反应的难易和剧烈程度不同。,),以,Fe,、,Al,、,Cu,为例，写出它与氧气、稀硫酸反应的化学方程式。,，,。,Fe+H,2,SO,4,FeSO,4,+H,2,2Al+3H,2,SO,4,Al,2,(SO,4,),3,+3H,2,3Fe+2O,2,Fe,3,O,4,点燃,4Al+3O,2,2Al,2,O,3,点燃,2Cu+O,2,2CuO,Cu+H,2,SO,4,不反应,2.,由一种单质 和一种 化合物反应，生成另一种单质 和另一种 化合物的反应叫做置换反应。例如,如果用,A,+,B,C,来表示化合反应的话，请用相似的方法来表示分解反应和置换反应。,置换反应：,A,+,B,C,B,+,A,C,分解反应：,ABA+B,，,。,Zn+H,2,SO,4,ZnSO,4,+H,2,Fe+CuSO,4,FeSO,4,+Cu,3.,常见金属活动性顺序如下：,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,举例说明金属活动性顺序可以给你哪些判断的依据：,。,。,只有排在,H,前面的才能置换酸中的氢。,只有排在前面的金属才能把排在后面的金属从它们的化合物的溶液中置换出来。,(,K Ca Na,特殊、反应复杂,),三、金属资源保护,3CO+Fe,2,O,3,2Fe+3CO,2,；,=,高温,1.,把铁矿石冶炼成铁的主要反应原理是：,在实际生产时,还会遇到有关杂质的计算问题。,2.,铁锈蚀的主要条件以及,防止铁,锈蚀的主要措施是：,铁锈蚀的主要条件是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应。防止铁锈蚀的主要措施是在铁表面涂油、刷漆、镀上耐磨和 耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金，如不锈钢等，就能防止钢铁生锈。,防止金属的腐蚀、回收与利用废旧金属、合理有效地地开采矿物,以及寻找金属代用品等。,4.,保护金属资源的有效途径是：,列比例时，一定要用纯量。,m(,纯,)=m(,不纯,),纯度,4,.,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：,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；,计算样品中铁的质量分数；,若生产,1000 t,这种纯度的铁，至,少,需要含氧化铁,(Fe,2,O,3,)80%,的赤铁矿多少吨？,甲,乙,丙,烧杯稀硫酸,200g,150g,150g,加入的铁样品,9g,9g,14g,充分反应后，烧杯剩余物,208.7g,158.7g,163.7g,改正：,(,烧杯的质量为,25.4g,；计算结果精确到,0.1%),解：,分析表中数据可知，甲、乙、丙三人的实验生成气的质量都是,0.3g(,如甲为,200g+9g-208.7g,0.3g,),即各人的实验中都有一种反应物完全反应。由甲、乙数据可知，,9g,铁样品中的铁完全反应，,甲中的酸过量,。由乙、丙数据可知，,(150g,25.4g),124.6g,的稀硫酸中的,H,2,SO,4,完全反应，,丙中的金属过量,。综合分析可知,乙同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应。,甲,乙,丙,烧杯稀硫酸,200g,150g,150g,加入的铁样品,9g,9g,14g,充分反应后，烧杯剩余物,208.7g,158.7g,163.7g,解：,乙反应生成氢气的质量为,150g+9g-158.7g,0.3g,。,设,Fe,的质量为,X,。,Fe+H,2,SO,4,=FeSO,4,+H,2,2,X 0.3g,则,Fe%,8.4g,9g,100%,=93.3%,计算样品中铁的质量分数；,答：样品中铁的质量分数为,93.3%,。,56,X,2,0.3g,=,X=8.4g,若生产,1000 t,这种纯度的铁，至,少,需要含氧化铁,(Fe,2,O,3,)80%,的赤铁矿多少吨？,解：需要含氧化铁,80%,的赤铁矿的质量为,Y,。,1000 t,这种纯度的铁含纯铁的质量为,1000t93.3%,930t,。,3CO+Fe,2,O,3,2Fe+3CO,2,=,高温,160 112,Y80%930t,160:112=Y80%:930t Y=1666.1t,答：,生产,1000 t,这种纯度的铁，至,少,需要含氧化铁,(Fe2O3)80%,的赤铁矿为,1666.1t,。,