《金屬資源的利用和保護(hù)》58705省公開(kāi)課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

第八單元

金屬和金屬材料課題3金屬資源利用和保護(hù)1/562/563/564/565/56世界跨徑最大斜拉橋———蘇通大橋

蘇通大橋總長(zhǎng)8206米，斜拉橋主孔跨度1088米，列世界第一；主塔高度306米,列世界第一；斜拉索長(zhǎng)度580米,列世界第一。

6/56人類(lèi)生活離不開(kāi)金屬7/56金屬有廣泛用途，對(duì)于人類(lèi)社會(huì)起著不可替換作用!軍事與科技也需要大量金屬8/56金屬活動(dòng)性次序表：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬活動(dòng)性由強(qiáng)逐步減弱9/56一.金屬元素在自然界中存在

金屬元素在自然界中分布很廣，極少數(shù)不活潑金屬（如鉑、金、銀等）有單質(zhì)形式存在；10/56圖5—2地殼中金屬百分含量

鋁7.73%鐵4.75%

鈣3.45%

鈉2.74%鉀2.47%鎂2.00%含有礦物巖石稱(chēng)為礦石、鐵礦石等都是常見(jiàn)礦石其余大多數(shù)以化合物形式存在。金屬化合物在自然界中以礦物形式存在。11/56元素名稱(chēng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)%元素名稱(chēng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)%鋁7.73鎂2.00鐵4.75鋅0.008鈣3.45銅0.007鈉2.74銀0.00001鉀2.47金0.0000005地殼中含量最多金屬是Al！金屬元素在地殼中含量：12/56常見(jiàn)幾個(gè)金屬礦物成份磁鐵礦褐鐵礦赤鐵礦Fe3O4Fe2O3·XH2OFe2O313/56孔雀石Cu2(OH)2CO3赤銅礦Cu2O14/56赤鐵礦黃鐵礦菱鐵礦鋁士礦黃銅礦輝銅礦15/56罕見(jiàn)銅礦石毛赤銅礦(Cu2O)16/56我國(guó)是世界上已知礦物種類(lèi)比較齊全少數(shù)國(guó)家這一，礦物儲(chǔ)量也很豐富，其中鎢、鉬、鈦、錫、銻等儲(chǔ)量居世界前列，銅、鋁、錳等儲(chǔ)量在世界上也占有主要地位。大自然向人類(lèi)提供了豐富金屬礦物資源，人類(lèi)每年要提煉數(shù)以?xún)|噸計(jì)金屬用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和其它領(lǐng)域。其中，提取量最大是鐵。17/56磁鐵礦（主要成份Fe3O4）赤鐵礦（主要成份Fe2O3）黃鐵礦（主要成份FeS2）菱鐵礦（主要成份FeCO3）想一想：⑴假如你是煉鐵廠廠長(zhǎng)，你認(rèn)為哪種礦石最不宜作為工業(yè)煉鐵原料？⑵除了焦炭和一氧化碳能夠還原出鐵來(lái)，氫氣也能夠。你準(zhǔn)備選取哪種物質(zhì)來(lái)煉鐵？70%72.4%48.3%46.7%18/56一、鐵冶煉：生熟煉鐵爐一生熟煉鐵爐二

圖8-19我國(guó)古代煉鐵圖19/56圖8-20上海寶山鋼鐵企業(yè)煉鐵高爐20/56圖8-21為紀(jì)念1996年中國(guó)鋼產(chǎn)量突破1億噸而發(fā)行郵票21/56現(xiàn)象：紅色粉末變成黑色，產(chǎn)生氣體使澄清石灰水變渾濁。一氧化碳還原氧化鐵22/56現(xiàn)象分析反應(yīng)式尾氣處理紅色Fe2O3變成灰黑色，同時(shí)產(chǎn)生氣體使澄清石灰水變渾濁一氧化碳還原氧化鐵生成鐵粉(灰黑色)與二氧化碳1.試驗(yàn)室用一氧化碳還原氧化鐵①用燃著酒精燈將尾氣點(diǎn)燃或②用氣球搜集尾氣【試驗(yàn)8-3】Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高溫證實(shí)產(chǎn)物中有鐵粉方法是：用磁鐵吸(或加稀鹽酸有氣泡)23/56試驗(yàn)步驟：①.按下列圖組裝儀器，并檢驗(yàn)其氣密性。②把少許研細(xì)氧化鐵粉末裝進(jìn)硬質(zhì)玻璃管中。③把硬質(zhì)玻璃管接入裝置系統(tǒng)中，先通入一氧化碳?xì)怏w排除空氣，預(yù)防一氧化碳與空氣混合受熱爆炸。點(diǎn)燃出氣口處酒精燈(或用氣球搜集)，預(yù)防一氧化碳污染空氣。待排盡后，點(diǎn)燃酒精噴燈，并觀察裝置中所發(fā)生改變。④當(dāng)紅棕色粉末已轉(zhuǎn)變成黑色后，停頓加熱，再通入一會(huì)兒一氧化碳，直至玻璃管冷卻，預(yù)防Fe被氧化。一氧化碳還原氧化鐵必須在封閉硬質(zhì)玻管中進(jìn)行，預(yù)防一氧化碳污染空氣。24/56原料：鐵礦石、焦炭、石灰石Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高溫2.工業(yè)煉鐵：反應(yīng)化學(xué)方程式：CO是還原劑；Fe2O3是氧化劑⑴原理：焦炭在高溫條件下跟O2反應(yīng)生成CO,CO作還原劑，在高溫條件下把鐵礦石中鐵還原出來(lái)。25/56高爐煉鐵主要原料是鐵礦石、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(lái)

26/56⑵設(shè)備：煉鐵高爐鐵礦石、焦炭、石灰石Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高溫CO2＋C2CO高溫C

+

O2

CO2

點(diǎn)燃27/56鐵礦石焦炭熱空氣爐渣出口生鐵出口石灰石高爐煉鐵圖：28/56煉鐵時(shí)各物質(zhì)作用：石灰石：把雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為爐渣焦炭：燃燒放熱提升爐溫，并將生成CO2還原為含有還原性CO，所以在煉鐵高爐中起主要作用還原劑是CO，優(yōu)點(diǎn)是氣體還原劑含有流動(dòng)性，能與礦石充分接觸，使反應(yīng)更徹底。29/56補(bǔ)充：煉鋼視頻：工業(yè)上生鐵煉鋼30/56試驗(yàn)步驟：1、檢驗(yàn)裝置氣密性2、將適量氧化鐵裝入試管并固定裝置3、點(diǎn)燃右邊酒精燈4、通入一氧化碳?xì)怏w5、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)楹谏珪r(shí)停頓加熱7、待玻璃管內(nèi)固體冷卻后停頓通入一氧化碳，然后熄滅右邊酒精燈試驗(yàn)前要先通CO將玻璃管中空氣排盡再加熱，預(yù)防加熱時(shí)CO與空氣混合發(fā)生爆炸；試驗(yàn)完成后，停頓加熱時(shí)要繼續(xù)通CO至玻璃管內(nèi)固體冷卻，預(yù)防高溫下生成物鐵與空氣接觸而被氧化，同時(shí)還可預(yù)防石灰水倒吸。31/56原理：在高溫下，利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成一氧化碳把鐵從鐵礦石中還原出來(lái)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高溫設(shè)備：高爐化學(xué)方程式：32/56據(jù)相關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，現(xiàn)在全世界每年被腐蝕而報(bào)廢金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于年產(chǎn)量20%——40%鋼鐵最大弱點(diǎn)就是輕易生繡三.金屬資源保護(hù)1.金屬腐蝕和防護(hù)33/56為何要保護(hù)金屬資源？二、金屬資源保護(hù)保護(hù)金屬資源原因：⑴每年大量開(kāi)采(數(shù)以?xún)|噸計(jì))⑵每年大量金屬被腐蝕(相當(dāng)于年產(chǎn)量20%~40%)P1834/561.金屬腐蝕和防護(hù)人們采取了許多辦法，但每年全世界因生銹而損失鋼鐵約占世界年產(chǎn)量四分之一！怎樣防銹？35/56鐵軌銹蝕鐵釘生銹各種鐵制品銹蝕

為了降低損失，需要探究金屬銹蝕原因、防護(hù)方法和廢金屬回收利用金屬銹蝕給人類(lèi)帶來(lái)了巨大損失。36/56取3枚潔凈無(wú)銹鐵釘，分別放入3支試管中進(jìn)行下面試驗(yàn)步驟一、在試管1中加入少許蒸餾水，使鐵釘二分之一浸沒(méi)在水中步驟二、在試管2中注滿(mǎn)快速冷卻沸水塞緊橡皮塞步驟三、在試管3中加入少許干燥劑（生石灰或無(wú)水氯化鈣）再放一團(tuán)干棉球，把鐵釘放在干棉球上，塞緊橡皮塞37/56——a.在干燥空氣中b.浸沒(méi)在水中c.半截浸沒(méi)在水中鐵生銹過(guò)程哪種條件下,鐵最易生銹?為何?不生銹(有水無(wú)O2)

不生銹(有O2無(wú)水)在水與空氣交界面最易生銹————植物油abc請(qǐng)思索：用橡皮塞塞緊管口(有水和Ｏ2)38/56鐵在空氣中銹蝕，實(shí)際上是鐵跟氧氣、水等物質(zhì)相互作用，發(fā)生一系列復(fù)雜化學(xué)改變，使鐵轉(zhuǎn)化為鐵化合物過(guò)程鐵銹成份復(fù)雜，主要是Fe2O3·XH2O它是一個(gè)疏松多孔物質(zhì)鐵銹

鐵銹這種多孔性物質(zhì)，能讓水分和空氣穿過(guò)它空隙，不停向里層滲透，繼續(xù)跟鐵反應(yīng)，直至鐵被完全銹蝕。39/56在切過(guò)咸菜鐵質(zhì)菜刀同一面上選相近三處進(jìn)行以下試驗(yàn)一處：用濕棉球濕潤(rùn)；一處：用干布檫干一處：用干布檫干后，涂上一層食油；放置一晝夜，觀察菜刀三處表面發(fā)生改變鐵鐵銹與空氣（氧氣）接觸與水接觸40/56怎么預(yù)防鋼鐵生銹呢？在車(chē)船表面噴油漆在機(jī)械表面涂防銹油在面盆、杯子、等表面燒涂搪瓷另外，還能夠在鋼鐵表面鍍上一層能起保護(hù)作用其它金屬。（為何？）如：在鋼鐵表面鍍錫、鍍鋅、和鍍鉻鍍銅？41/56總結(jié)：預(yù)防鋼鐵制品生銹方法：

鋁比鐵更輕易跟氧氣和其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鋁在空氣中與氧氣反應(yīng)，生成氧化鋁形成一層致密而堅(jiān)固膜覆蓋在鋁表面，預(yù)防鋁繼續(xù)與氧氣反應(yīng)，從而起來(lái)“自我保護(hù)”作用（1)隔絕空氣或氧氣(2)隔絕水詳細(xì)方法:1.“穿外衣”——加一層保護(hù)膜（如：刷油漆、涂油、電鍍、致密氧化膜）2.“打強(qiáng)心針”——在鐵中加入其它金屬改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，（如：制成不銹鋼）42/56⑴三角架：⑵鋼線(xiàn)(輻條）：⑷鏈條：刷漆鍍一層耐腐蝕金屬涂油等平時(shí)要保持自行車(chē)潔凈與干燥（或涂油）！自行車(chē)防銹辦法有哪些？討論：⑶鋼圈：43/56①保持鋼鐵表面清潔干燥。②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。③涂非金屬保護(hù)層：如噴涂油漆、涂防銹油、在臉盆、杯子表面燒涂搪瓷、用橡膠或塑料包在鋼鐵表面。④形成氧化膜保護(hù)層：槍套上形成四氧化三鐵、鋸條上烤藍(lán)。⑤在鋼鐵里加入金屬或非金屬形成耐腐蝕合金：如不銹鋼（加Cr、Ni）預(yù)防鐵銹蝕主要辦法：44/56

圖8-25據(jù)預(yù)計(jì)一些礦物可供開(kāi)采年限2.金屬資源保護(hù)⑴為何要保護(hù)金屬資源？礦物儲(chǔ)量是有限，而且不能再生。45/562.怎樣保護(hù)金屬資源呢?一.預(yù)防金屬腐蝕二.回收利用廢舊金屬三.合理有效開(kāi)采礦物四.尋找金屬代用具46/56圖8-26金屬回收利用回收一個(gè)鋁制易拉罐比制造一個(gè)新鋁制易拉罐要廉價(jià)20%，而且還能夠節(jié)約金屬資源和95%能源。當(dāng)前世界上有50%以上鐵和90%以上金得到回收利用。47/56（1）汞與稀鹽酸（2）鋁與硫酸銅溶液（3）銀與硫酸鋅溶液（4）鋅與硝酸銀溶液（5）鈉與稀硫酸1、以下物質(zhì)能否發(fā)生反應(yīng)？寫(xiě)出能發(fā)生反應(yīng)化學(xué)方程式。2、回答以下問(wèn)題：（1）為何沙漠地域鐵制品銹蝕較慢？（2）切過(guò)咸魚(yú)刀不經(jīng)洗凈抹干，為何很快就生銹？（3）被雨水淋濕自行車(chē)，為何須先用干布擦凈后才能用帶有油布擦？48/56

在實(shí)際生產(chǎn)時(shí),所用原料或產(chǎn)物普通都含有雜質(zhì),在計(jì)算用料時(shí)和產(chǎn)量時(shí),應(yīng)考慮到雜責(zé)問(wèn)題。不純物質(zhì)、純物質(zhì)、純度之間關(guān)系：列百分比時(shí)，一定要用純量。3.含雜質(zhì)物質(zhì)化學(xué)方程式計(jì)算：m(純)=m(不純)×純度m(不純)=m(純)÷純度49/56例：某赤鐵礦含F(xiàn)e2O380%，用3000t這種礦石，可煉出含雜質(zhì)4%生鐵多少?lài)?？分析：?jì)算時(shí)應(yīng)注意把反應(yīng)物和生成物都換算成純物質(zhì)量，再代入化學(xué)方程式計(jì)算．解：設(shè)3000t這種礦石，可煉出生鐵質(zhì)量為x，依據(jù)題設(shè)：純Fe2O3質(zhì)量＝3000t×80%＝2400t純Fe質(zhì)量＝x·（1－4%）＝x·96%代入化學(xué)方程式中：Fe2O3＋3CO＝2Fe＋3CO21601122400tx·96%x＝＝1750t答：可煉出含雜質(zhì)4%生鐵1750t．50/56若赤鐵礦石中Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，600t這么赤鐵礦可煉出含碳等其它雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%生鐵多少?lài)?？解：設(shè)可煉出含雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%生鐵質(zhì)量為xFe2O3＋3CO＝2Fe＋3CO2160112600t×80%x·（1－7%）

x＝＝365t答案：可煉出含碳等雜質(zhì)質(zhì)量為7%生鐵365t．點(diǎn)撥：這類(lèi)題很輕易犯錯(cuò)，錯(cuò)誤原因主要在于沒(méi)有了解哪些是不純物質(zhì)量，哪些是純凈物質(zhì)量．赤鐵礦和生鐵都是混合物，而在化學(xué)方程式計(jì)算中，所包括到都是純凈物質(zhì)量，只要牢牢把握住這一點(diǎn)，全部含雜質(zhì)計(jì)算都可迎刃而解．51/56練習(xí)：1、某鋼鐵廠天天需消耗5000t含氧化鐵76％赤鐵礦石，該廠理論上能夠日產(chǎn)Fe98％生鐵多少t?2、冶煉t含雜質(zhì)3％生鐵，需要含90%Fe2O3赤鐵礦石多少t?52/564．某鋼鐵廠天天需消耗5000t含F(xiàn)e2O376%赤鐵礦石，該廠理論上可日產(chǎn)含F(xiàn)e98%生鐵多少?lài)崳恐笇?dǎo)提議：首先將不純物量轉(zhuǎn)化成純物質(zhì)量Fe2O3質(zhì)量＝5000t×76%＝3800t設(shè)生鐵質(zhì)量為x，則純鐵質(zhì)量＝98%·x然后再依據(jù)方程式進(jìn)行計(jì)算．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO21601123800t98%·x160∶3800t＝112∶98%·x

x＝≈2714.3t53/56冶煉t含雜質(zhì)3%生鐵，需要含F(xiàn)e3O490%磁鐵礦石多少?lài)?？指?dǎo)提議：純鐵