第八單元_課題三_金屬資源的利用和保護(hù)

1、人類生活離不開金屬人類生活離不開金屬金屬有廣泛的用途，對(duì)于人類社會(huì)起著不可替代的作用!軍事與科技也需要大量的金屬軍事與科技也需要大量的金屬一一.金屬元素在自然界中的存在金屬元素在自然界中的存在 金屬元素在自然界中分布很廣，極少數(shù)不活潑的金屬元素在自然界中分布很廣，極少數(shù)不活潑的金屬（如金、銀等）有金屬（如金、銀等）有單質(zhì)形式單質(zhì)形式存在；存在；圖圖52 地殼中金屬的百分含量地殼中金屬的百分含量 含有礦物的巖石稱為含有礦物的巖石稱為礦礦石。石。鐵礦石等都是常見鐵礦石等都是常見的礦石的礦石 其余大多數(shù)以其余大多數(shù)以化合物化合物的形式存在。金屬化合物的形式存在。金屬化合物在自然界中以在自然界中以礦物

2、礦物的形的形式存在。式存在。元素名元素名稱稱質(zhì)量分質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)/元素名元素名稱稱質(zhì)量分質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)/鋁鋁7.73鎂鎂2.00鐵鐵4.75鋅鋅0.008鈣鈣3.45銅銅0.007鈉鈉2.74銀銀0.00001鉀鉀2.47金金0.0000005赤鐵礦赤鐵礦黃鐵礦黃鐵礦菱鐵礦菱鐵礦鋁鋁士士礦礦黃銅礦黃銅礦輝銅礦輝銅礦Fe2O3常見幾種金屬礦物的成分常見幾種金屬礦物的成分 孔雀石孔雀石 Cu2(OH)2CO3赤銅礦赤銅礦 Cu2O罕見的銅礦石毛赤銅礦(Cu2O ) 我國是世界上已知礦物種類比較齊全的少數(shù)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(chǔ)量也很豐富，其中國家這一，礦物儲(chǔ)量也很豐富，其中鎢

3、、鉬、鎢、鉬、鈦、錫、銻鈦、錫、銻等儲(chǔ)量居世界前列，等儲(chǔ)量居世界前列，銅、鋁、錳銅、鋁、錳等等儲(chǔ)量在世界觀上也占有重要志地位。儲(chǔ)量在世界觀上也占有重要志地位。 大自然向人類提供了豐富的大自然向人類提供了豐富的金屬礦物資源金屬礦物資源，人類每年要提煉數(shù)以人類每年要提煉數(shù)以億噸計(jì)的金屬億噸計(jì)的金屬用于工農(nóng)業(yè)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和其它領(lǐng)域。其中，提取量最大的是生產(chǎn)和其它領(lǐng)域。其中，提取量最大的是鐵鐵。二二.鐵的冶煉鐵的冶煉為紀(jì)念為紀(jì)念1996年中國鋼產(chǎn)產(chǎn)量突破年中國鋼產(chǎn)產(chǎn)量突破1億噸而發(fā)行的郵票億噸而發(fā)行的郵票上海寶山鋼鐵公司煉鐵高爐上海寶山鋼鐵公司煉鐵高爐現(xiàn)象：現(xiàn)象：紅色紅色粉末粉末變成變成黑色黑色，澄

4、清，澄清的石灰水變渾濁。的石灰水變渾濁。點(diǎn)燃尾氣有點(diǎn)燃尾氣有藍(lán)色藍(lán)色火焰火焰一氧化碳還原氧化鐵一氧化碳還原氧化鐵Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O2CO + O2 2CO2用酒精燈點(diǎn)燃尾氣用酒精燈點(diǎn)燃尾氣的作用是的作用是防止一氧化碳污染空氣防止一氧化碳污染空氣實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟：1、檢查裝置氣密性、檢查裝置氣密性2、將適量的氧化鐵裝入試管并固定裝置、將適量的氧化鐵裝入試管并固定裝置3、點(diǎn)燃右邊點(diǎn)燃右邊酒精燈酒精燈4、通入一氧化碳通入一氧化碳?xì)怏w氣體5、點(diǎn)燃酒精噴燈給氧化鐵加熱、點(diǎn)燃酒精噴燈給氧化鐵加熱6、待硬質(zhì)玻璃管內(nèi)紅色物質(zhì)完全變?yōu)?/p>

5、黑色時(shí)停止加熱、待硬質(zhì)玻璃管內(nèi)紅色物質(zhì)完全變?yōu)楹谏珪r(shí)停止加熱7、待玻璃管內(nèi)固體冷卻后、待玻璃管內(nèi)固體冷卻后停止通入一氧化碳停止通入一氧化碳，然后，然后熄滅右邊熄滅右邊酒精燈酒精燈實(shí)驗(yàn)前要先通實(shí)驗(yàn)前要先通CO將玻璃管中的空氣排盡再加熱，防止加熱時(shí)將玻璃管中的空氣排盡再加熱，防止加熱時(shí)CO與空氣混合發(fā)生爆炸；實(shí)驗(yàn)完畢后，停止加熱時(shí)要繼續(xù)與空氣混合發(fā)生爆炸；實(shí)驗(yàn)完畢后，停止加熱時(shí)要繼續(xù)通通CO至玻璃管內(nèi)固體冷卻，防止高溫下的生成物鐵與空氣至玻璃管內(nèi)固體冷卻，防止高溫下的生成物鐵與空氣接觸而被氧化，同時(shí)還可防止石灰水倒吸。接觸而被氧化，同時(shí)還可防止石灰水倒吸。黃鐵礦黃鐵礦 FeS2赤鐵礦赤鐵礦 Fe2

6、O3菱鐵礦菱鐵礦 FeCO3磁鐵礦磁鐵礦 Fe3O4在高溫下，利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵在高溫下，利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石中還原出來從鐵礦石中還原出來Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2高溫高溫石灰石、石灰石、鐵礦石鐵礦石焦炭、空氣焦炭、空氣化學(xué)方程式：化學(xué)方程式：高爐是個(gè)豎直的高爐是個(gè)豎直的圓筒形圓筒形爐子，爐子，爐殼用爐殼用鋼板鋼板制成，內(nèi)部用制成，內(nèi)部用耐耐火磚火磚作襯里。煉鐵的主要原作襯里。煉鐵的主要原料是料是鐵礦石、焦炭、石灰石鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣和空氣。 高溫下，用還原劑（主高溫下，用還原劑（主要是一要是一氧化碳氧化碳）從鐵礦）從鐵礦石里把鐵還原

7、出來石里把鐵還原出來 鐵礦石焦炭熱空氣爐渣出口生鐵出口石灰石高爐煉鐵圖：高爐煉鐵圖：煉鋼和煉鐵的比較煉鋼和煉鐵的比較生鐵冶煉生鐵冶煉煉鋼煉鋼原料原料鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石 生鐵、廢鋼生鐵、廢鋼原理原理在高溫下，用一氧化碳從鐵的在高溫下，用一氧化碳從鐵的氧化物中將鐵還原出來。氧化物中將鐵還原出來。 用氧氣或鐵的氧化用氧氣或鐵的氧化物除去生鐵中多余物除去生鐵中多余的碳元素的碳元素主要主要設(shè)備設(shè)備高爐高爐轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐產(chǎn)品產(chǎn)品生鐵生鐵鋼鋼高溫例例3：用：用1000t含氧化鐵含氧化鐵80%的赤鐵礦石，的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵理論上可以煉出含鐵96%

8、的生鐵多少噸？的生鐵多少噸？注意：注意： 帶入化學(xué)方程式計(jì)算的數(shù)據(jù)應(yīng)是帶入化學(xué)方程式計(jì)算的數(shù)據(jù)應(yīng)是 純凈物的質(zhì)量純凈物的質(zhì)量赤鐵礦石赤鐵礦石氧化鐵氧化鐵鐵鐵生鐵生鐵1000t80% 70%96%=583.3t生鐵的質(zhì)量：生鐵的質(zhì)量：練習(xí)：要煉出含雜質(zhì)練習(xí)：要煉出含雜質(zhì)2%的生鐵的生鐵3200噸，需噸，需要含氧化鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為要含氧化鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的赤鐵礦石多少的赤鐵礦石多少噸？噸？生鐵生鐵鐵鐵氧化鐵氧化鐵赤鐵礦石赤鐵礦石3200t（1-2%）70%80%=4571.5t赤鐵礦石赤鐵礦石: 據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，現(xiàn)在全世界每年被腐據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，現(xiàn)在全世界每年被腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于年產(chǎn)量

9、的蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于年產(chǎn)量的20%40%鋼鐵的最大的弱點(diǎn)就是容易生繡鋼鐵的最大的弱點(diǎn)就是容易生繡三三.金屬資源保護(hù)金屬資源保護(hù)1.金屬的腐蝕和防護(hù)金屬的腐蝕和防護(hù)鐵軌的銹蝕鐵軌的銹蝕鐵釘?shù)纳P鐵釘?shù)纳P各種鐵制品的銹蝕各種鐵制品的銹蝕 為了減少損失，為了減少損失，需要探究需要探究金屬銹金屬銹蝕的原因蝕的原因、防護(hù)防護(hù)的方法的方法和和廢金屬廢金屬的回收利用的回收利用金屬銹蝕給人類金屬銹蝕給人類帶來了巨大的損帶來了巨大的損失。失。全浸在水中全浸在水中干燥空氣中干燥空氣中一半在水中一半在水中食鹽水中食鹽水中稀稀H2SO4中中 一周后一周后鐵釘沾了酸液鐵釘沾了酸液: 鐵釘嚴(yán)重銹蝕鐵釘嚴(yán)重銹

10、蝕鐵釘浸沒一半的在食鹽水中：鐵釘浸沒一半的在食鹽水中：浸沒在食鹽水中的鐵釘幾乎全部生銹浸沒在食鹽水中的鐵釘幾乎全部生銹鐵釘浸沒一半在水中：鐵釘浸沒一半在水中： 鐵在空氣、水的界鐵在空氣、水的界面處生銹面處生銹鐵釘完全浸沒在水中（上面還加植物油）：鐵釘完全浸沒在水中（上面還加植物油）： 鐵未生銹鐵未生銹鐵釘放在干燥的空氣中（加干燥劑等）：鐵釘放在干燥的空氣中（加干燥劑等）： 鐵未生銹鐵未生銹全浸在水中全浸在水中稀稀H2SO4中中一半在水中一半在水中食鹽水中食鹽水中干燥空氣中干燥空氣中1 1鐵生銹是鐵與氧氣、水等物質(zhì)相互鐵生銹是鐵與氧氣、水等物質(zhì)相互作用。（緩慢氧化作用。（緩慢氧化, ,放熱）放熱

11、）2.2.在有酸性和鹽條件下會(huì)加快生銹速率在有酸性和鹽條件下會(huì)加快生銹速率3 3鐵銹（混合物）的主要成分是氧化鐵銹（混合物）的主要成分是氧化鐵鐵Fe2O3, ,紅棕色紅棕色. . 結(jié)論結(jié)論:在空氣中銹蝕，實(shí)際上是在空氣中銹蝕，實(shí)際上是鐵鐵跟跟氧氣氧氣、水水等等物質(zhì)相互作用，發(fā)生一系列復(fù)雜的物質(zhì)相互作用，發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)變化學(xué)變化化，使鐵轉(zhuǎn)化為，使鐵轉(zhuǎn)化為鐵的化合物鐵的化合物的過程。的過程。因此，鐵與空氣接觸，又有水分時(shí)，最易因此，鐵與空氣接觸，又有水分時(shí)，最易生銹！生銹！鐵銹成分復(fù)雜，主要是鐵銹成分復(fù)雜，主要是FeFe2 2O O3 3XHXH2 2O O它它是一種疏松多孔的物質(zhì)是一種疏松

12、多孔的物質(zhì) 鐵銹鐵銹這種多孔性的物質(zhì)，能讓水分和空氣穿過它這種多孔性的物質(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(yīng)，直至鐵被的空隙，不斷向里層滲透，繼續(xù)跟鐵反應(yīng)，直至鐵被完全銹蝕。完全銹蝕。 氧化鐵與鋁壺表面的氧化鋁膜性質(zhì)比較氧化鐵與鋁壺表面的氧化鋁膜性質(zhì)比較 鐵銹鐵銹 (e23)氧化鋁氧化鋁 (Al2O3)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)若不除去結(jié)果若不除去結(jié)果疏松多孔疏松多孔完全銹蝕完全銹蝕致密結(jié)實(shí)致密結(jié)實(shí)使鋁使鋁“自我保自我保護(hù)護(hù)”與空氣（氧氣）與空氣（氧氣）接觸接觸與水與水接觸接觸鐵生銹的條件：鐵生銹的條件： 與氧氣（或空氣）接觸與氧氣（或空氣）接觸 與水接觸與水接觸其它影響因素：溫

13、度、鹽等其它影響因素：溫度、鹽等思考：思考：根據(jù)銅綠的化學(xué)式根據(jù)銅綠的化學(xué)式Cu2(OH)2CO3分分析銅生銹的條件又是什么？析銅生銹的條件又是什么？ 與氧氣、水和二氧化碳接觸與氧氣、水和二氧化碳接觸實(shí)驗(yàn)：探究鐵生銹的條件實(shí)驗(yàn)：探究鐵生銹的條件想一想想一想4. 4. 加快加快鐵鐵生生銹銹速率的情速率的情況況酸酸性污染物的存在性污染物的存在( (酸雨酸雨) )加快生加快生銹銹速度速度離離子化合物的存在子化合物的存在( (氯化氯化鈉鈉) )高溫高溫( (加快化加快化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)速度速度) )較不較不活潑活潑金金屬屬接接觸觸（置置換反應(yīng)換反應(yīng)) )經(jīng)經(jīng)刮刮擦或擦或凹凸扭曲凹凸扭曲表面表面( (增增加

14、接加接觸觸面面) )氧氣氧氣水水生銹生銹5. 5. 怎怎樣樣防止防止鐵鐵生生銹銹鐵油漆氧氣和水不能與鐵接觸，所以鐵不會(huì)生銹油漆剝落后油漆氧氣和水與鐵接觸，導(dǎo)致鐵生銹罐頭罐頭是由是由鍍錫鐵制成鍍錫鐵制成。鍍鉻鍍鉻的浴室的浴室水籠頭水籠頭。由由鍍鋅鐵制鍍鋅鐵制造的水桶。造的水桶。把把鐵與鐵與一一較較活活潑潑的的金屬相金屬相連接連接，因而防止，因而防止鐵鐵生成生成 FeFe2+2+(aq) (aq) 離離子，子，從從而防而防銹銹。破損部位鋅表層氧與鋅反應(yīng)， 鐵不會(huì)腐蝕鐵鋅塊用不用不銹鋼制銹鋼制造的器具造的器具金屬防腐蝕的方法：（1)1)隔絕空氣或氧氣隔絕空氣或氧氣 (2)(2)隔絕水隔絕水保持鋼鐵表面的清潔干燥。保持鋼鐵表面的清潔干燥。鍍金屬保護(hù)層：如鍍錫、鍍鋅、鍍鉻等；白鐵皮鍍鋅，馬鍍金屬保護(hù)層：如鍍錫、鍍鋅、鍍鉻等；白鐵皮鍍鋅，馬口鐵鍍錫，鋼圈鍍鉻、鎳。口鐵鍍錫，鋼圈鍍鉻、鎳。