課題3金屬資源的利用教案

1、知識(shí)點(diǎn)：1. 了解冶鐵的基本原理和過程。2. 掌握由含一種雜質(zhì)的反應(yīng)物計(jì)算生成物的質(zhì)量的計(jì)算方法。3. 掌握鐵銹蝕的原理，了解鐵制品防止銹的一般原理和方法。4. 確立金屬資源有限的觀點(diǎn)，自覺養(yǎng)成節(jié)約金屬資源、合理使用金屬資源的意識(shí)。了解合理有效開采礦物、利用廢舊金屬、尋找金屬代用品的重要性。課文詳解：一、金屬資源環(huán)境中的金屬資源廣泛存有于地殼和海洋中，一般都以化合物的形式存有，只有金、鉑、銀等極少數(shù)金屬以單質(zhì)的形式存有。自然界中以單質(zhì)存有的金自然界中以單質(zhì)存有的鉑自然界中以單質(zhì)存有的銀自然界中各種金屬的含量是不同的，有的金屬含量很高，如鋁、鐵等,有些金屬在自然界中的含量很低，如金、銀等。工業(yè)上

2、把能用來提煉金屬的礦物叫做礦石。常見用來冶鐵的礦物叫鐵礦石，能冶鋁的礦物叫鋁礦石等。用何種礦石冶煉金屬，不但看礦石中的有效金屬元素含量，還要看礦石中的雜質(zhì)含量的高低。常用來冶鐵的礦石有赤鐵礦（主要成分是FqO），磁鐵礦（主要成分是FqQ）,菱鐵礦（主要成分是FeCO）,黃鐵礦（主要成分FeS2）等。這四種礦石中主要成分的含鐵量分別為70%72.4%48.3%46.7%。赤鐵礦和磁鐵礦中鐵的含量很高，黃鐵礦中不但含鐵量低，而且含有有害元素硫，若用其冶鐵，會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫，污染環(huán)境。所以，黃鐵礦最不適宜用于冶鐵。二、鋼鐵冶煉我國(guó)冶鐵的歷史悠久，早在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期我國(guó)就開始了大量冶煉鋼鐵。1.冶鐵

3、冶鐵原理工業(yè)上用一氧化碳還原鐵礦石。3COFe2Q»2Fe+3CO【實(shí)驗(yàn)一】實(shí)驗(yàn)室用下圖所示的裝置還原氧化鐵。在硬質(zhì)玻璃管中加入適量的氧化鐵，通入一氧化碳一會(huì)兒后，加熱，一段時(shí)間后，玻璃管中的紅色粉末逐漸變黑色（可用磁鐵在玻璃管外吸引，此黑色粉末能夠被吸起，可見黑色粉末是鐵粉）。試管中澄清的石灰水變渾濁,證明有二氧化碳生成。最后點(diǎn)燃，是為了防止未反應(yīng)的一氧化碳污染環(huán)境。原料冶鐵的原料有鐵礦石、焦炭和石灰石。鐵礦石提供冶鐵的資源，不用贅述。焦炭燃燒能夠提供冶鐵所需的熱量，同時(shí)，焦炭燃燒后產(chǎn)生的二氧化碳在咼溫下再與焦炭反應(yīng)，生成一氧化碳，提供冶鐵的還原劑。c+Q輕COCQ+CA2C0石灰

4、石的用途是造渣。鐵礦石中除含有鐵的化合物外，還含有熔點(diǎn)極大的其它雜質(zhì)，如Si02等。石灰石可在高溫下與這些雜質(zhì)反應(yīng)，生成熔點(diǎn)較低的硅酸鹽等，形成礦渣，從而易與鐵水分離。設(shè)備冶鐵的設(shè)備是咼爐。（如右圖所示）冶鐵的原料從高爐頂部依次加入，從爐底通入熱空氣，首先是焦炭與氧氣反應(yīng)，然后再與焦炭反應(yīng)，生成還原劑一氧化碳。一氧化碳與鐵礦石反應(yīng)，得到高溫下的鐵水，從爐底的出鐵口排出；同時(shí)雜質(zhì)與石灰石反應(yīng)，生成礦渣，從爐底的出渣口排出。產(chǎn)品高爐冶鐵所得的產(chǎn)品是生鐵，生鐵中含碳量很高，在2%-4.3%之間。三、含一種雜質(zhì)（且不參與化學(xué)反應(yīng)）的計(jì)算實(shí)際生產(chǎn)的原料中常含有雜質(zhì)，在計(jì)算中理應(yīng)考慮到雜質(zhì)的問題。如果雜質(zhì)

5、不參與反應(yīng)，在計(jì)算時(shí)，要除去雜質(zhì)。代入化學(xué)方程式計(jì)算的量必須是物質(zhì)的質(zhì)量，而且還必須是純物質(zhì)的質(zhì)量，同時(shí)還必須是全部參與化學(xué)反應(yīng)的純物質(zhì)的質(zhì)量（或全部是由化學(xué)反應(yīng)生成的物質(zhì)的質(zhì)量）?！纠坑?000t含氧化鐵80%勺赤鐵礦石，理論上能夠煉冶出含鐵96%的生鐵的質(zhì)量是多少？【解】1000t赤鐵礦石中含氧化鐵的質(zhì)量為1000tX80%=800t設(shè)：800t氧化鐵理論上能夠煉出鐵的質(zhì)量為x。Fe2O+3CO輕2Fe+3CO160112800tx160:112=800t:x解得：x=560t折算成含鐵96%勺生鐵的質(zhì)量為：560t-96%=583t答：1000t含氧化鐵80%勺赤鐵礦石，理論上可煉出含

6、鐵96%勺生鐵5831四、金屬資源的保護(hù)1. 鐵的銹蝕鐵的年產(chǎn)量雖然是所有金屬中產(chǎn)量最高的，但鐵的銹蝕也很嚴(yán)重，每年因銹蝕而損失的鐵相當(dāng)于全世界年產(chǎn)量的三分之一。鐵的銹蝕由哪些因素影響呢？【實(shí)驗(yàn)二】將潔凈的無銹鐵鐵釘（或鐵絲）、試管、經(jīng)煮混迅速冷卻的蒸餾水（用蒸餾水的目的是為了排除水中的氧氣）、植物油、棉花和干燥劑氯化鈣，用下圖所示的裝置實(shí)行實(shí)驗(yàn)。甲乙丙甲裝置中放入一根潔凈的鐵釘（或鐵絲），加入少量蒸餾水淹沒鐵釘（或鐵絲）的一部分;乙裝置中加入一根鐵釘（或鐵絲），加入較多的蒸餾水淹沒鐵釘（或鐵絲），并加入少量植物油封信蒸餾水（防止空氣溶入）；丙裝置中只放入一根潔凈的鐵釘（或鐵絲），試管口塞上包

7、有干燥劑的棉團(tuán)，并塞上試管口。大約一周后觀察，可見甲裝置中的鐵釘（或鐵絲）有明顯銹蝕（特別是氣液交界面附近銹蝕更加嚴(yán)重；乙、丙裝置中都未見明顯的銹蝕現(xiàn)象。【歸納總結(jié)】乙裝置中鐵接觸水，但沒有與空氣（氧氣）接觸，不能生銹，可見，沒有空氣，鐵制品不會(huì)生銹；丙裝置中，鐵接觸空氣（氧氣），但沒有接觸水，也不能生銹，可見，沒有水，鐵制品也不會(huì)生銹；甲裝置中，鐵既接觸空氣，又接觸水，鐵明顯銹蝕?？梢姡F的銹蝕，是鐵與空氣（氧氣）、水三種物質(zhì)共同作用的結(jié)果。鐵的銹蝕還受其它一些因素的影響，如鐵制品表面含有酸、堿、鹽的溶液，會(huì)加速鐵制品的銹蝕。所以保持鐵制品表面的清潔非常重要。鐵銹的主要成分是氧化鐵的水合物（

8、主要成分是FqQXH20,般情況下，我們能夠視鐵銹為FqQ），鐵銹是疏松的，不但不能隔絕氧氣，而且能吸水，會(huì)加速鐵制品的銹蝕。所以，鐵制品生銹后，應(yīng)該擦拭去表面的銹蝕，以防止鐵制品銹蝕的加劇。鐵銹蝕的防護(hù)鐵生銹是鐵與空氣（氧氣）、水共同作用的結(jié)果，破壞鐵制品銹蝕的任何一個(gè)條件，都能夠阻止鐵制品的銹蝕。所以，隔絕空氣或水，都能夠防止鐵制品的銹蝕。一般來說，鐵制品的防護(hù)能夠選擇如下方法： 保持鐵制品表面的干燥； 在鐵制品的表面涂油、涂一層漆或?qū)㈣F制品表面烤黑（生成一層四氧化三鐵）； 在鐵制品表面鍍一層不易銹蝕的金屬，如鍍鉻、鋅等； 改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將金屬制成不易銹蝕的合金。如制成不銹鋼等。鐵制

9、品的部位不同，采用的方法也不同。比如，自行車的龍頭、鋼圈等處可采用鍍一層不易銹蝕的金屬（一般鍍鉻）；自行車車架，一般采用涂漆的方法；自行車鏈條、軸承等處一般采用涂油的方法防銹。2. 金屬資源的保護(hù)金屬資源是有限的礦物的儲(chǔ)量是有限的，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)當(dāng)前世界上這些金屬的消耗速度，有人估計(jì)了一些礦物可供開采的年限如下圖所示（不包括今后新探明的礦物儲(chǔ)量、一些國(guó)家的金屬儲(chǔ)量和金屬回收利用等）。可見金屬資源是非常有限的。節(jié)省和有效利用金屬資源意義非常重大。保護(hù)資源的措施除了上面提到的防止金屬銹蝕的措施外，保護(hù)金屬資源的途徑還有： 充分回收利用金屬；金屬回收不但能夠有效節(jié)

10、約礦物資源，還能夠節(jié)約金屬冶煉的能源，降低冶煉成本，減降對(duì)環(huán)境的污染。 有計(jì)劃、合理地開采礦物，嚴(yán)禁不顧國(guó)家利益的亂采礦。 尋找金屬的代用品。習(xí)題參考答案1. (1)不易生銹，干燥的空氣中缺少空氣(氧氣)。易生銹，潮濕的空氣中鐵制品既接觸空氣，也接觸水，故易生銹。易生銹，生銹的條件不但具備，而且鹽溶液能加速鐵制品的銹蝕；不易生銹，因?yàn)橹参镉椭?，既缺少空?氧氣)，也缺少水。2. (1)沙漠地區(qū)缺水，故制品不易銹蝕；被雨水淋濕的自行車，必須先用干布擦凈后才能用帶油的布擦。否則，被油封堵住水分后，自行車仍可銹蝕。3. ZnCOZnOCOf,2ZnO+C邑2Zn+COf,2CihO+CH4Cu+CO

11、f4. 2714.3t5. 2976.7t6. 家中的刀、剪等能夠采用的防銹措施有：用后用干抹布擦拭干凈，保持表面干燥，涂沫一層植物油；家具等鐵制品可用的防銹措施有：用后用干抹布擦拭干凈，保持表面干燥，涂油，上漆等。用干抹布擦拭干凈、涂油等，簡(jiǎn)單方便，但防銹效果不太理想，不適于長(zhǎng)期保存；上漆相對(duì)效果較好，但不適用于刀、剪等長(zhǎng)期摩擦部位的防銹，價(jià)格也較上述方法資料廢舊電池的污染一顆鈕扣電池棄入大自然后，能夠污染60萬升水，相當(dāng)于一個(gè)人一生的用水量。而中國(guó)每年要消耗這樣的電池70億只電池中含有汞，汞：汞即水銀，是一種液體金屬。比重13.6，熔點(diǎn)-39.3C、沸點(diǎn)357C。汞在常溫下即可蒸發(fā)，其蒸氣

12、無色無味，比空氣重七倍。汞及其化合物毒性都很大，特別是汞的有機(jī)化合物毒性更大。魚在含汞量0.010.02毫克/升的水中生活就會(huì)中毒；人若食用0.1克汞就會(huì)中毒致死。電池中還有鎘：鎘是一種毒性很大的重金屬，其化合物也大都屬毒性物質(zhì)。震驚世界的日本“痛痛痛”就是因鎘污染而致。廢電池是危害我們生存環(huán)境的一大殺手！一粒小小的鈕扣電池可污染600立方米水，相當(dāng)于一個(gè)人一生的飲水量；一節(jié)一號(hào)電池爛在地里，能使一平方米的土地失去利用價(jià)值，并造成永久性公害。在對(duì)自然環(huán)境威脅最大的幾種物質(zhì)中，電池里就包含了汞、鉛、鎘等多種，汞具有強(qiáng)烈的毒性，對(duì)人體中樞神經(jīng)的破壞力很大，上世紀(jì)五十年代發(fā)生在日本的震驚中外的水俁病

13、就是因?yàn)楣廴驹斐傻模汇U能造成神經(jīng)紊亂、腎炎等；鎘在人體內(nèi)極易引起慢性中毒，主要病癥是肺氣腫、骨質(zhì)軟化、貧血，很可能使人體癱瘓；而鉛進(jìn)入人體后最難排泄，它干擾腎功能、生殖功能。若把廢電池混入生活垃圾中一起填埋，久而久之，慘出的重金屬可能污染地下水和土壤，進(jìn)而進(jìn)入魚類、農(nóng)作物中，破壞人類的生存環(huán)境，間接威脅到人類的健康。電池在我們生活中的使用量正在迅速增加，已深入到我們生活和工作的每一個(gè)角落。我國(guó)是電池生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，當(dāng)前年產(chǎn)量達(dá)140億枚，占世界產(chǎn)量1/3。如果以全國(guó)約3.6億個(gè)家庭，每戶每年用10枚計(jì)，消費(fèi)量已是36億。若加上集團(tuán)消費(fèi)，每年“涌現(xiàn)”上百億枚廢舊電池當(dāng)不在話下。這些電池若未得到

14、妥善處理，將直接或間接地危害人們的身體健康。實(shí)施并倡導(dǎo)廢舊電池分類收集活動(dòng)為越來越多的人們所理解，并得到越來越多的重視、支持和參與。從我做起，從身邊每一件小事做起，是我們的座右銘。關(guān)愛身邊環(huán)境、參與廢舊電池的分類回收利用是我們每一個(gè)人的責(zé)任和義務(wù)。個(gè)人的行為也許微不足道，但把我們每個(gè)人的力量聯(lián)合起來，便足以托起一種文明，一種與自然共生的文明，一種可持續(xù)發(fā)展的文明。廢舊電池的危害主要集中在其中所含的少量的重金屬上，如鉛、汞、鎘等。這些有毒物質(zhì)通過各種途徑進(jìn)入人體內(nèi)，長(zhǎng)期積蓄難以排除，損害神經(jīng)系統(tǒng)、造血功能和骨骼，甚至能夠致癌。鉛：神經(jīng)系統(tǒng)（神經(jīng)衰弱、手足麻木）、消化系統(tǒng)（消化不良、腹部絞痛）、血

15、液中毒和其他的病變。汞：精神狀態(tài)改變是汞中毒的一大癥狀。脈搏加快，肌肉顫動(dòng)，口腔和消化系統(tǒng)病變。電池報(bào)廢后若處理不當(dāng)，汞會(huì)慢慢溢出進(jìn)入土壤水體，將通過農(nóng)作物進(jìn)入食物鏈，給人體健康造成很大威脅。一節(jié)一號(hào)電他就可使一平方米土地失去農(nóng)用價(jià)值。而人們食用了被汞污染的水、食物后，就會(huì)發(fā)生汞中毒，輕則出現(xiàn)怕羞、孤獨(dú)、煩躁、抑郁、自覺口中有金屬味等現(xiàn)象，重則出現(xiàn)手指、舌、眼、腦袋震顫等“汞毒性震顫”現(xiàn)象。鎘、錳：主要危害神經(jīng)系統(tǒng)。以下列舉幾種電池的危害性：1鈕扣電池鈕扣電池含有汞，當(dāng)其廢棄在自然界里，外層金屬銹蝕后，汞就會(huì)慢慢從電池中溢出來，進(jìn)入土壤或在下雨之后進(jìn)入地下水，再通過農(nóng)作物進(jìn)入人體，損傷人的內(nèi)臟。在微生物的作用下，無機(jī)汞能夠轉(zhuǎn)變成甲基汞，聚積在魚類的身體里，人食用了這種魚后，甲基汞會(huì)進(jìn)入人的大腦細(xì)胞，使人的神經(jīng)系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞，重者會(huì)發(fā)瘋致死。日本水俁病就是甲基汞所致。2充電電池充電電池一般都含有有害重金屬鎘，在自然界中滲出后，污染土地和水流，最終進(jìn)入人體。鎘會(huì)使骨質(zhì)疏松，并造成骨骼變形、骨痛，并引起肝和腎受損等等嚴(yán)重后果。3普通電池普