第八單元金屬和金屬材料課題3金屬資源的利用和保護(hù)(第二課時(shí)

1、課題3 金屬資源的利用和保護(hù)（兩課時(shí)）第二課時(shí)展示投影資料資料一：據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，現(xiàn)在世界上每年因腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于年產(chǎn)量的2040。資料二：礦物的儲(chǔ)量有限，而且不能再生。根據(jù)已探明的一些礦物的儲(chǔ)藏量，并根據(jù)目前這些金屬的消耗速度，有人估計(jì)一些礦物可供開(kāi)采的年限如下圖所示(不包括今后新控要明的礦物儲(chǔ)量、一些國(guó)家的金屬儲(chǔ)備量和金屬的回收利用等)。議一議1金屬腐蝕可給我們帶來(lái)哪些危害?2金屬資源短缺對(duì)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展意味著什么?學(xué)生分組討論，并交流討論結(jié)果)1題可能的回答有：(1)金屬大量腐蝕使冶煉金屬的成本提高。比如說(shuō)既消耗能源，又浪費(fèi)礦物，還可能產(chǎn)生大量的廢氣危害人類(lèi)健康。(2)使

2、金屬制品的壽命縮短。(3)作為量器，將影響到其精確度。(4)若高科技領(lǐng)域所用金屬制品銹蝕，如在火箭上，將會(huì)失之毫厘，謬以千里，其帶來(lái)的損失不可估量。(5)金屬制品銹蝕，會(huì)影響其美觀程度。2題可能的回答有：(1)金屬資源短缺時(shí)，將會(huì)使好多金屬冶煉廠因缺乏原料而倒閉，工人下崗。(2)人們?cè)O(shè)計(jì)好的金屬制品將會(huì)因原料短缺而無(wú)法付諸實(shí)踐，即心想事不成。(3)我們現(xiàn)在的交通工具多是金屬制品。若金屬資源短缺，它們的數(shù)量將急劇減少，從而影響人們的交流和旅行等。(4)要是沒(méi)有那么多的金屬起導(dǎo)電作用，我們勢(shì)必會(huì)經(jīng)常生活在黑暗中。(5)金屬資源短缺雖會(huì)影響人類(lèi)對(duì)金屬制品的使用，但它卻可以促使人們?nèi)ふ腋玫奶娲贰?/p>

3、教師鼓勵(lì)學(xué)生暢所欲言，并對(duì)他們的奇思妙想進(jìn)行評(píng)價(jià)總結(jié)由大家剛才的討論可知，金屬腐蝕和金屬資源短缺對(duì)人類(lèi)是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。引入因此，保護(hù)金屬資源也就成了目前我們所面臨的重大問(wèn)題。板書(shū)四、金屬資源保護(hù)過(guò)渡防止金屬腐蝕是我們保護(hù)金屬資源的有力措施。板書(shū)1金屑的腐蝕和防護(hù)講解金屑腐蝕是需要條件的，如要有能夠發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，反應(yīng)物要能相互接觸、生成物不會(huì)對(duì)反應(yīng)起阻礙作用等等。只要我們知道了金屬腐蝕的條件，就能知道如何防止金屬制品腐蝕。過(guò)渡下面，就讓我們以生活中最常見(jiàn)的鐵制品為例來(lái)探究鐵制品的銹蝕條件及防銹措施。板書(shū)(1)鐵制品銹蝕條件的探究投影現(xiàn)有潔凈無(wú)銹的鐵釘、試管、稀硫酸(或醋酸)、食鹽水、經(jīng)煮沸迅速冷

4、卻的蒸餾水、植物油、棉花和干燥劑氯化鈣。試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較鐵釘在不同環(huán)境中的銹蝕速度。注：此實(shí)驗(yàn)在約一周前已給學(xué)生布置。學(xué)生交流實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果學(xué)生設(shè)計(jì)的方案大約有以下幾種：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：鐵釘銹蝕的快慢順序?yàn)?234567。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，教師引導(dǎo)學(xué)生得出導(dǎo)致鐵釘銹蝕的因素，并板書(shū)在水、氧氣同時(shí)存在的環(huán)境中鐵能銹蝕。酸和氯化鈉能使鐵在氧氣、水存在的環(huán)境中加速銹蝕。講解鐵制品銹蝕的過(guò)程，實(shí)際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。鐵銹的主要成分是Fe2O3xH2O。設(shè)問(wèn)鋁與氧氣反應(yīng)生成的氧化鋁能起到保護(hù)里層鋁的作用。鐵銹是否也能保護(hù)里層的鐵呢?學(xué)生看書(shū)后回答不能。講解鐵銹是一種疏松多孔的物質(zhì)。

5、具有吸水性，它能讓水分和空氣中的氧氣穿過(guò)它的空隙，不斷向里層滲透，繼續(xù)跟鐵反應(yīng)，直至鐵被完全銹蝕。故鐵銹反而能加速里層鐵的生銹。問(wèn)為什么方案5中的鐵釘比方案4中的鐵釘銹得慢呢?答因?yàn)橹蠓羞^(guò)的蒸溜水中氧氣極少。過(guò)渡了解了鐵制品銹蝕的條件，我們應(yīng)該采取什么措施來(lái)防止鐵制品的生銹呢?板書(shū)(2)鐵制品的防護(hù)措施學(xué)生討論教師啟發(fā)鐵制品的銹蝕是需要具備一定條件的。如果破壞鐵制品銹蝕的條件，使它們不再具備銹蝕的基礎(chǔ)。就能防止鐵制品銹蝕。學(xué)生交流討論結(jié)果如：1鐵制品放置時(shí)要遠(yuǎn)離酸性環(huán)境，盡量放置在干燥的環(huán)境中。2在鐵制品外面穿一層保護(hù)衣，如可涂上隔絕空氣的油脂、涂油漆、鍍上一層耐腐蝕的其他金屬、高溫灼燒金屬，

6、進(jìn)行“烤藍(lán)”處理等等。3一發(fā)現(xiàn)鐵制品有銹蝕，就馬上處理，以防止其繼續(xù)蔓延。教師總結(jié)并板書(shū)把鐵制品放在非酸性的干燥環(huán)境中。為其穿一層耐腐蝕的外衣。討論自行車(chē)的構(gòu)件如支架、鏈條、鋼圈等，分別采取了什么防銹措施?學(xué)生討論并回答刷漆、涂油脂、鍍其他金屬等。過(guò)渡上面我們討論了鐵制品的腐蝕和防護(hù)。對(duì)于金屬資源，除了采取防止金屬腐蝕的措施外，還可以通過(guò)什么途徑來(lái)使金屬資源得到保護(hù)呢?板書(shū)2金屬資源保護(hù)啟發(fā)廢品收購(gòu)站為什么要收購(gòu)廢鐵、廢銅和易拉罐等金屬?生回收它們是為了對(duì)它們進(jìn)行再利用。師很正確!金屬的回收和利用是保護(hù)金屬資源的又一有效途徑。討論廢棄金屬的回收有什么意義?學(xué)生討論，并各抒己見(jiàn)可能的觀點(diǎn)有：1可

7、節(jié)約金屬資源。2由于金屬冶煉需在高溫下進(jìn)行，回收廢棄金屬并再利用可節(jié)約能源。3降低金屬制品的生產(chǎn)成本，可方便人們得到物美價(jià)廉的金屬制品。4可減少重金屬對(duì)水體和土壤的污染。講解據(jù)估算，回收一個(gè)鋁制飲料罐比制造一個(gè)新飲料罐要便宜20，1 t廢鋼鐵回爐冶煉可煉成近1 t鋼，跟用鐵礦石冶煉比，能節(jié)約11 t煤和鐵礦石，減少污染空氣的懸浮微粒11 kg，可見(jiàn)回收利用廢金屬，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。目前世界上已有50以上的鐵和90以上的金屬得到了回收和利用。討論你還知道保護(hù)金屬資源的其他途徑嗎?學(xué)生討論并回答合理開(kāi)采礦物，可避免亂采礦所引起的金屬資源的浪費(fèi)；尋找金屬的代用品也可使金屬資源得到保護(hù)；進(jìn)一步

8、研究金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，使各種金屬都能最大限度地得以運(yùn)用。總結(jié)并板書(shū)(1)防止金屬腐蝕(2)回收和利用廢舊金屬(3)合理開(kāi)采礦物(4)尋找金屬代用晶(5)物盡其用師金屬資源不可再生，我國(guó)隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，金屬資源呈日益短缺之勢(shì)，故保護(hù)金屬資源人人有責(zé)。希望大家能從身邊做起，從自己做起，也希望大家能好好學(xué)習(xí)，且能在將來(lái)利用你的智慧找出更多的金屬代用品，從而使我們的未來(lái)不再為金屬資源的匱乏而發(fā)愁。小結(jié)本節(jié)課我們主要探究了鐵制品腐蝕和防護(hù)，同時(shí)討論了金屬資源的保護(hù)問(wèn)題。布置作業(yè)習(xí)題l、2、6板書(shū)設(shè)計(jì)四、金屬資源保護(hù)1金屬的腐蝕和防護(hù)(1)鐵制品銹蝕條件的探究在水、氧氣同時(shí)存在的環(huán)境中鐵能銹蝕。酸和氯

9、化鈉能使鐵在氧氣、水存在的環(huán)境中加速銹蝕。(2)鐵制品的防護(hù)措施把鐵制品放在非酸性的干燥的環(huán)境中。為其穿一層耐腐蝕的外衣。2金屬資源保護(hù)(1)防止金屬腐蝕(2)回收和利用廢舊金屬(3)合理開(kāi)采礦物(4)尋找金屬代用品(5)物盡其用考題回顧1(2003年遼寧省中考題)日常生活中發(fā)生的下列變化都屬于化學(xué)變化的一組是 ( )A. 玻璃杯被摔碎、米飯變餿B酒精揮發(fā)、濕衣服晾干C. 蠟燭燃燒、乒乓球變癟D. 菜刀生銹、牛奶變酸2(2003年江西省中考題)化學(xué)反應(yīng)往往需要在一定的條件下進(jìn)行。通過(guò)控制或改變反應(yīng)條件可以加快、減緩甚至阻止反應(yīng)的進(jìn)行。下列各項(xiàng)所反映的措施中，能加快其化學(xué)反應(yīng)速率的是( )A鐵門(mén)

10、表面噴漆 B冰箱保存食物C. 扇子扇煤爐火 D埋入地下的電線桿稍稍燒焦3(2003年遼寧省中考題)下圖表示的是地殼里所含各種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。請(qǐng)根據(jù)下圖回答下列問(wèn)題：(1)圖中表示出的金屬元素有_種；(2)地殼中鋁元素的含量為_(kāi)；(3)地殼中含量最多的非金屬元素與含量占第二位的金屬元素之間，形成化合物的化學(xué)式可以是_。4. (2002年北京市海淀區(qū)中考題)現(xiàn)有含雜質(zhì)的氧化鐵樣品(雜質(zhì)不參加反應(yīng))，為了測(cè)定該樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，某同學(xué)稱(chēng)取該樣品10 g，并用下圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到如下兩組數(shù)據(jù)：反應(yīng)前氧化鐵完全反應(yīng)后A組玻璃管和氧化鐵樣品的質(zhì)量43.7 g玻璃管和固體物質(zhì)的質(zhì)量41.3 g

11、B組燒杯和澄清石灰水的質(zhì)量180 g燒杯和燒杯中物質(zhì)的質(zhì)量186.2 g試回答：(1)你認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)選擇_ _組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算的結(jié)果為_(kāi)。(2)這位同學(xué)所用實(shí)驗(yàn)裝置的不足之處是_。分析：(1)應(yīng)當(dāng)選擇A組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，因?yàn)锽組數(shù)據(jù)如果按燒杯中澄清石灰水的質(zhì)量變化來(lái)作為CO還原Fe2O3的產(chǎn)物CO2的質(zhì)量所導(dǎo)致的誤差較大，原因是空氣中的CO2也與石灰水作用。所以選擇A組數(shù)據(jù)，計(jì)算如下：Fe2O3 + 3CO 2Fe+3CO2 m160 112 160-11248x 437 g-413 g24 gx8 g，(Fe2O3)=10080。(2)因?yàn)?/p>

12、CO通過(guò)玻璃管時(shí)并未全部轉(zhuǎn)化為CO2，而且燒杯中的溶液又不能吸收CO，所以CO通過(guò)燒杯中的石灰水后排放到空氣中，這種劇毒氣體將嚴(yán)重污染環(huán)境，所以要有尾氣處理裝置。答案：1D 2C 3(1)6 (2)773 (3)FeO(或Fe2O或Fe3O4)4(1)A 80 (2)缺少尾氣處理裝置備課資料1我國(guó)古代冶鐵、煉鋼的成就我國(guó)在2300多年以前就已經(jīng)接觸了鐵，并加以利用。在河北曾出土一把商代的銅鉞，其年代約在公元前14世紀(jì)前后。銅鉞上嵌有的鐵刃已經(jīng)全部氧化成氧化鐵。對(duì)鐵刃的殘銹檢驗(yàn)后表明，鐵刃是用隕鐵鍛成的。這說(shuō)明那時(shí)不僅認(rèn)識(shí)了鐵，而且能進(jìn)行鍛造加工。已有的考古發(fā)現(xiàn)，我國(guó)最早人工冶煉的鐵器始于公元前

13、6世紀(jì)，即春秋末期或更早一些。那時(shí)，幾乎同時(shí)產(chǎn)生了塊煉鐵和生鐵兩種工藝。塊煉鐵是用木炭在固態(tài)時(shí)還原鐵礦石的方法，這種鐵里含有較多大塊的氧化鐵和硅酸鐵。生鐵是在高溫下液態(tài)冶煉出來(lái)的，含碳超過(guò)2，還含有較細(xì)小的硅酸鹽。對(duì)公元前5世紀(jì)的鐵錛和鐵鏟進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)是生鐵鑄造的，其中鐵鏟還經(jīng)過(guò)退火處理，是展性鑄鐵。在我國(guó)一些早期的文獻(xiàn)(如詩(shī)經(jīng)秦風(fēng)左傳昭公二十九年)就有鐵和鐵器的文字記載。歐洲最早的生鐵出現(xiàn)在公元13世紀(jì)末至14世紀(jì)初，比我國(guó)晚1900多年。塊煉鐵煉出以后需要加熱鍛打，以擠出夾雜物，鍛成器物。在多次加熱過(guò)程中，塊煉鐵同炭火接觸，有可能增碳變硬，塊煉滲碳鋼的冶煉技術(shù)由此產(chǎn)生。從河北易縣出土的7

14、9件鐵器證明。至遲在戰(zhàn)國(guó)后期，這種技術(shù)已在燕國(guó)應(yīng)用。對(duì)部分鐵器的檢查表明，絕大部分是鋼鍛制的，如長(zhǎng)1004 cm的長(zhǎng)劍以及某些殘劍、箭桿、矛等。這些鍛鋼件大都經(jīng)過(guò)淬火處理，這表明至遲在戰(zhàn)國(guó)晚期，淬火技術(shù)在生產(chǎn)上已經(jīng)廣泛應(yīng)用。2煉鐵的礦石主要有哪些?怎樣識(shí)別鐵礦石?鐵在自然界中的分布很廣，主要以化合態(tài)存在，含鐵的礦石很多，具有冶煉價(jià)值的鐵礦石有磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。識(shí)別鐵礦石的方法通常是利用其顏色，光澤、密度、磁性、刻痕等性質(zhì)。磁鐵礦(Fe3O4)黑色的，用粗瓷片在礦石上刻畫(huà)時(shí)，留下的條痕是黑色的。具有磁性，密度為4952克厘米3。赤鐵礦(Fe2O3)顏色暗紅，含鐵量越高，顏色就越深

15、，甚至接近黑色，但是瓷片留下的刻痕仍然是紅色，不具磁性。成致密塊狀或結(jié)晶塊狀(稱(chēng)鏡鐵礦)產(chǎn)出，也有成土狀產(chǎn)出。密度為553克厘米3。褐鐵礦(Fe2O33H2O)礦石有黃褐、褐和黑褐等多種顏色。瓷片的刻痕呈黃褐色。無(wú)磁性，密度為334克厘米3。菱鐵礦(FeCO3)有黃白、淺褐或深褐等顏色。性脆，無(wú)磁性，在鹽酸里有氣泡(CO2)放出。密度為3839克厘米3。3用高爐煉鐵時(shí)，為什么要加入石灰石?煉鐵時(shí)用的鐵礦石，主要有赤鐵礦石(主要成分是氧化鐵)和磁鐵礦石(主要成分是四氧化三鐵)，在鐵礦石中還含有無(wú)用的脈石，主要成分是二氧化硅(SiO2)。煉鐵時(shí)，被還原出的鐵在高溫下變成液體，而二氧化硅熔點(diǎn)很高的顆

16、粒雜質(zhì)混在煉出的鐵水中。為了除去這種雜質(zhì)，選用石灰石作熔劑，石灰石在高溫下分解成氧化鈣和二氧化碳。氧化鈣在高溫下與二氧化硅反應(yīng)生成熔點(diǎn)比鐵水溫度還低的硅酸鈣，而液態(tài)硅酸鈣密度比鐵水小且跟鐵水不相混溶，便浮在鐵水上。打開(kāi)高爐上的出渣口，液態(tài)硅酸鈣先流出去，凝固成高爐渣。過(guò)去這種高爐渣當(dāng)作煉鐵廠的廢物，丟棄在農(nóng)田。既毀了田，又污染環(huán)境。現(xiàn)在將高爐渣粉碎配制成水泥，過(guò)去的廢物變成了今日的建筑材料。CaCO3CaO+CO2CaO+SiO2CaSiO34鋼鐵是怎樣被腐蝕的?鋼鐵會(huì)生紅銹，銅會(huì)生綠銹，金屬的腐蝕現(xiàn)象十分普遍，它給經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)的損失十分驚人。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料，約相當(dāng)

17、于年產(chǎn)量的13。腐蝕的危害不僅在于金屬本身受損失，更重要的是金屬制品遭破壞。金屬制品的價(jià)值比金屬本身要大的多，如汽車(chē)、船舶、飛機(jī)、橋梁、機(jī)械設(shè)備，精密儀器等的價(jià)值遠(yuǎn)高于金屬本身。此外，由于金屬設(shè)備的腐蝕而造成有用物質(zhì)的泄漏(輸油管漏油，輸氣管漏氣等)的損失也非常驚人。因此，認(rèn)識(shí)金屬腐蝕的原因，尋找金屬防護(hù)的方法具有十分重要的意義。金屬腐蝕的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。即金屬在一定條件下，失去電子被氧化生成化合物的過(guò)程。根據(jù)腐蝕的原因，又將金屬腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化腐蝕兩大類(lèi)?；瘜W(xué)腐蝕：金屬跟非電解質(zhì)直接接觸被氧化，沒(méi)有電流產(chǎn)生。如：鐵在高溫時(shí)跟氯氣化合，高溫下軋制鋼材時(shí)，鐵被氧化成氧化鐵等。電化學(xué)腐蝕

18、：是不純的金屬或合金跟電解質(zhì)水溶液接觸，構(gòu)成無(wú)數(shù)微小原電池而發(fā)生的銹腐過(guò)程。較活潑的金屬被氧化，有微弱電流產(chǎn)生。電化腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍，危害更大，是金屬腐蝕的主要形式。實(shí)際上，兩種腐蝕往往同時(shí)發(fā)生。在普通碳素鋼中，碳以石墨形式均勻分布在合金中，金屬表面吸附水膜，再溶解進(jìn)CO2等氣體便成了電解質(zhì)溶液，與鋼鐵構(gòu)成了無(wú)數(shù)微小原電池，鐵是負(fù)極，石墨等雜質(zhì)是正極。鋼鐵發(fā)生電化腐蝕時(shí)，由于鋼鐵表面的水膜性質(zhì)不同，可發(fā)生析氫或吸氧腐蝕。一般以吸氧的電化學(xué)腐蝕為主。吸氧腐蝕的環(huán)境：鋼鐵與吸附在表面的溶有氧氣的水膜構(gòu)成原電池，水膜基本為中性。負(fù)極：Fe-2e-=Fe2+(鋼鐵溶解) 正極：2H2O+O2+4e-=4OH-(吸收氧氣)溶解產(chǎn)生的Fe2+可繼續(xù)被氧氣氧化成高價(jià)態(tài)：Fe2+OH-+O2Fe(OH)3最終鐵銹的成分是Fe(OH)3和它失水的產(chǎn)物Fe2O3的混合物。析氫腐蝕的環(huán)境：鋼鐵與吸附在表面的溶有CO2的水膜構(gòu)成原電池，水膜為酸性。負(fù)極：Fe-2e-=Fe2+(鋼鐵溶解)正極：2H+2e-=H2(析出氫氣)發(fā)生析氫腐蝕的可能性不太大，并且最終鐵銹成