課題3金屬資源的利用和保護 人類生活離不開金屬 金屬元素在自然界中的存在形式 1 單質(zhì) 少數(shù)化學性質(zhì)較不活潑的金屬 如金 銀等 自然界以單質(zhì)形式存在的金 自然界以單質(zhì)形式存在的銀 金屬元素在自然界中的存在形式 2 化合物 化學性質(zhì)較活潑的金屬 如鐵 鋅 鈉和鈣等 孔雀石 Cu2 OH 2CO3 閃鋅礦 孔雀石 金屬元素在地殼中的含量 資料 赤鐵礦 黃鐵礦FeS2 菱鐵礦FeCO3 Fe2O3 礦石 工業(yè)上把能用來提煉金屬的礦物 磁鐵礦Fe3O4 鐵礦石 孔雀石Cu2 OH 2CO3 赤銅礦Cu2O 黃銅礦CuFeS2 輝銅礦Cu2S 銅礦石 我國是世界上已知礦物種類比較齊全的少數(shù)國家這一 礦物儲量也很豐富 其中鎢 鉬 鈦 錫 銻等儲量居世界前列 銅 鋁 錳等儲量在世界上也占有重要地位 大自然向人類提供了豐富的金屬礦物資源 人類每年要提煉數(shù)以億噸計的金屬用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和其它領(lǐng)域 其中 提取量最大的是鐵 現(xiàn)象 紅色粉末變成黑色 澄清的石灰水變渾濁 點燃尾氣有藍色火焰 一氧化碳還原氧化鐵 實驗室 相關(guān)的化學方程式 Fe2O3 3CO2Fe 3CO2 CO2 Ca OH 2CaCO3 H2O 2CO O22CO2 點燃 高溫 用酒精燈點燃尾氣的作用是 防止一氧化碳污染空氣 一 鐵的冶煉 1 原料 黃鐵礦FeS2 赤鐵礦Fe2O3 菱鐵礦FeCO3 磁鐵礦Fe3O4 2 原理 在高溫下 利用焦炭與氧氣反應生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石中還原出來 石灰石 鐵礦石焦炭 空氣 3 設(shè)備 高爐 化學方程式 70 48 27 46 67 72 41 含鐵量 一 鐵的冶煉 工業(yè)上 鐵礦石 焦炭 熱空氣 爐渣出口 生鐵出口 石灰石 高爐煉鐵圖 高爐是個豎直的圓筒形爐子 爐殼用鋼板制成 內(nèi)部用耐火磚作襯里 煉鐵的主要原料是鐵礦石 焦炭 石灰石和空氣 高溫下 用還原劑 主要是一氧化碳 從鐵礦石里把鐵還原出來 工業(yè)上 工業(yè)上 煉鐵時各物質(zhì)的作用 石灰石 把雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為爐渣焦炭 燃燒放熱提高爐溫 并將生成的CO2還原為具有還原性的CO 因此在煉鐵高爐中起主要作用的還原劑是CO 優(yōu)點是氣體還原劑具有流動性 能與礦石充分接觸 使反應更徹底 在實際生產(chǎn)時 所用的原料或產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì) 在計算用料時和產(chǎn)量時 應考慮到雜質(zhì)問題 不純物質(zhì) 純物質(zhì) 純度之間的關(guān)系 列比例時 一定要用純量 3 含雜質(zhì)的物質(zhì)的化學方程式的計算 m 純 m 不純 純度 m 不純 m 純 純度 有關(guān)雜質(zhì)問題的計算 例1000t含氧化鐵80 的赤鐵礦石 理論上可煉出含鐵96 的生鐵的質(zhì)量是多少 解 氧化鐵的質(zhì)量 1000t 80 800t 設(shè) 理論上可煉出鐵的質(zhì)量為XFe2O3 3CO 2Fe 3CO21602X56800X 800tx 560t2 56x 高溫 折合為含鐵96 的生鐵的質(zhì)量為560t 96 583t 答 1000t可煉出生鐵為583t 練習 要煉出含雜質(zhì)3 的生鐵2000噸 需要含四氧化三鐵質(zhì)量分數(shù)為90 的磁鐵礦石多少 解 鐵的質(zhì)量 2000t 1 3 1940t 設(shè) 可煉出四氧化三鐵的質(zhì)量為XFe3O4 4CO 3Fe 4CO2232168X1940t 高溫 232xx 2679t1681940t 折合為磁鐵礦石的質(zhì)量為2679t 90 2977t 答 磁鐵礦石的質(zhì)量為2977t 資料一 據(jù)有關(guān)資料報道 現(xiàn)在世界上每年因腐蝕而報廢的金屬設(shè)備和材料相當與年產(chǎn)量的20 40 資料二 礦物的儲量有限 而且不能再生 根據(jù)已探明的一些礦物的儲藏量 并目前這些金屬的消耗速度 有人估計一些礦物 可供開采的年限如課本圖所示 不包括今后新探明的礦物儲量 一些國家的金屬儲備和金屬的回收利用等 二 金屬資源保護 1 金屬的腐蝕和防護 鐵軌的銹蝕 鐵釘?shù)纳P 各種鐵制品的銹蝕 為了減少損失 需要探究金屬銹蝕的原因 防護的方法和廢金屬的回收利用 金屬銹蝕給人類帶來了巨大的損失 取3枚潔凈無銹的鐵釘 分別放入3支試管中進行下面的實驗 步驟一 在試管1中加入少量的蒸餾水 使鐵釘?shù)囊话虢]在水中步驟二 在試管2中注滿迅速冷卻的沸水塞緊橡皮塞步驟三 在試管3中加入少量干燥劑 生石灰或無水氯化鈣 再放一團干棉球 把鐵釘放在干棉球上 塞緊橡皮塞 一周后 鐵釘浸沒一半在水中 鐵在空氣 水的界面處生銹鐵釘完全浸沒在水中 上面還加植物油 鐵未生銹鐵釘放在干燥的空氣中 加干燥劑等 鐵未生銹 全浸在水中 一半在水中 干燥空氣中 鐵生銹條件的探究 生銹 不生銹 不生銹 鐵既與水接觸 又與氧氣接觸 鐵只與水接觸 鐵只與氧氣接觸 在水 氧氣同時存在的環(huán)境中鐵能生銹 緩慢氧化 放熱 鐵 在空氣中銹蝕 實際上是鐵跟氧氣 水等物質(zhì)相互作用 發(fā)生一系列復雜的化學變化 使鐵轉(zhuǎn)化為鐵的化合物的過程 因此 鐵與空氣接觸 又有水分時 最易生銹 鐵銹成分復雜 主要是Fe2O3 XH2O它是一種疏松多孔的物質(zhì)Fe2O3 鐵銹 鐵銹這種多孔性的物質(zhì) 能讓水分和空氣穿過它的空隙 不斷向里層滲透 繼續(xù)跟鐵反應 直至鐵被完全銹蝕 氧化鐵與鋁壺表面的氧化鋁膜性質(zhì)比較 疏松多孔 完全銹蝕 致密結(jié)實 使鋁 自我保護 鐵 鐵銹 與空氣 氧氣 接觸 與水接觸 請解釋下列實驗的現(xiàn)象 液面處鐵銹較多 干燥劑 干燥空氣中 部分浸沒水中 浸沒水中 部分浸沒食鹽水中 1 2 3 4 想一想 閱讀教材P19頁 回答下列問題 1 試管 中為什么要用煮沸過的蒸餾水 且要加入植物油 2 鋁與氧氣反應生成的氧化鋁能起到保護里層鋁的作用 鐵銹是否也能保護里層的鐵呢 3 你能否根據(jù)鐵生銹的條件提出防止鐵制品生銹的原理嗎 是為了防止蒸餾水中溶有氧氣 不能 因為鐵銹是疏松的 金屬防腐蝕的方法 改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)制成合金 如不銹鋼形成保護層刷油漆 涂油 燒制搪瓷 物理方法 電鍍上一層耐腐蝕的金屬 鍍鉻 鋅 錫 通過化學反應使表面形成致密的氧化物薄膜等改善腐蝕環(huán)境等等保持鐵制品表面干燥和潔凈 1 隔絕空氣或氧氣 2 隔絕水 怎么防止鋼鐵生銹呢 在車船的表面噴油漆 在機械表面涂防銹油 在面盆 杯子 等表面燒涂搪瓷 此外 還可以在鋼鐵表面鍍上一層能起保護作用的其他金屬 如 在鋼鐵表面鍍錫 鍍鋅 和鍍鉻 鍍銅 討論 1 在實際生活和生產(chǎn)中我們應該采取哪些具體方法來防止鐵制品生銹呢 防止鐵制品生銹的具體方法為 保持鐵制品表面干燥和潔凈在鐵制品表面涂一層保護膜如 刷油漆 涂油 鍍上一層耐磨 耐腐蝕的金屬鉻 高溫灼燒金屬 進行 烤藍 處理等制成合金鋼 如不銹鋼 自行車的構(gòu)件如支架 鏈條 鋼圈等 分別采取了什么防銹措施 刷油漆 涂油 鍍鉻 2 回收和利用廢舊金屬 1 防止金屬腐蝕 怎樣保護金屬資源呢 據(jù)估算 回收一個鋁制飲料罐比制造一個新飲料罐要便宜20 而且還可節(jié)約金屬資源和95 的能源 1t廢鋼鐵回爐冶煉可煉成近1t的鋼 跟用鐵礦石冶煉比 能節(jié)約11t煤和鐵礦石 減少污染空氣的懸浮微粒11kg 目前世界上已有50 以上的鐵的90 以上的金得到了回收利用 廢舊金屬的回收利用還可以減少對環(huán)境的污染 例如 廢舊電池中含有汞等 如果廢舊電池隨意丟棄 汞等滲出會造成地下水和土壤的污染 威脅人類健康 如果將汞等回收利用 不僅可以節(jié)約金屬資源 而且還可以減少對環(huán)境的污染 你知道嗎 討論 廢棄金屬的回收有什么意義 可節(jié)約金屬資源由于金屬冶煉需在高溫下進行 回收廢棄金屬并再利用可節(jié)約能源降低金屬制品的生產(chǎn)成本 可方便人們得到物美價廉的金屬制品可減少金屬對環(huán)境的污染 怎樣保護金屬資源呢 3 合理開采礦物 4 尋找金屬的代用品 5 物盡其用 小結(jié) 鐵生銹的主要條件是與空氣和水 或水蒸氣 直接接觸 破壞鐵生銹的條件就能防止鐵生銹 防止鐵生銹的方法為 保持鐵制品表面干燥和潔凈在鐵制品表面刷油漆 涂油 鍍鉻 烤藍 等制成合金鋼 保護金屬資源的有效途徑是 防止金屬腐蝕回收利用廢舊金屬合理有效的開采礦物尋找金屬的代用品物盡其用 我會做 1 通過實驗回答 鐵釘在下列哪些情況下容易生銹 1 在干燥的空氣中 2 在潮濕的空氣中 3 部分浸入食鹽水中 4 浸沒有植物油中2 下列做法能防止鐵制品生銹的是 A 自行車臟了用清水沖洗B 用廢酸液沖洗鐵制污水管道C 在鐵制籃球架上刷一層油漆D 切完咸菜后 盡快將菜刀洗凈擦干 3 4 C D 我會做 3 隨著人們生活質(zhì)量的提高 各種電池使用量大幅度增加 廢電池進行集中處理的問題被提到議事日程上來 其首要原因是 A回收利用電池外殼的金屬材料B防止電池中汞 鎘 鉛等重金屬對土壤和水源的污染C減輕電池中滲漏的液體對其他物品的腐蝕D回收利用電池中的石墨電極 C 我會做 4 1 下列家庭生活垃圾 廢舊書刊報紙 廢電池 廢棄橡膠 塑料制品 易拉罐飲料瓶 廢棄電線 破舊鐵鍋 鋁壺 變質(zhì)剩飯菜 瓜皮果殼 廢棄玻璃物品等 其中可回收利用的有 回收利用與保護金屬資源的相關(guān)聯(lián)的是 2 請你聯(lián)系實際再提出兩條節(jié)約金屬資源的建議 防止金屬腐蝕 尋找金屬的代用品 謝謝大家