孙金属资源的利用和保护

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1、赤铁矿（主要成分是Fe2O3）菱铁矿（主要成分是FeCO3）图8-18常见的矿石硫铁矿(主要成分是FeS2)磁铁矿（主要成分是Fe3O4）第1页/共57页图8-18常见的矿石辉铜矿（主要成分是Cu2S）黄铜矿（主要成分是CuFeS2）铝土矿主要成分是Al2O3第2页/共57页元素名称元素名称质量分数质量分数%元素名称元素名称质量分数质量分数%铝铝7.73镁镁2.00铁铁4.75锌锌0.008钙钙3.45铜铜0.007钠钠2.74银银0.00001钾钾2.47金金0.0000005地壳中含量最多的金属是Al！金属元素在地壳中含量：第3页/共57页铁矿石铁矿石如何变成金属？第4页/共57页一、铁的

2、冶炼：生熟炼铁炉一生熟炼铁炉二图8-19我国古代炼铁图第5页/共57页图8-20上海宝山钢铁公司炼铁高炉第6页/共57页图8-21为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨而发行的邮票第7页/共57页磁铁矿（主要成分Fe3O4）赤铁矿（主要成分Fe2O3）黄铁矿（主要成分FeS2）菱铁矿（主要成分FeCO3）想一想：假如你是炼铁厂的厂长，你认为哪种矿石最不适宜作为工业炼铁的原料？除了焦炭和一氧化碳可以还原出铁来，氢气也可以。你准备选用哪种物质来炼铁？70%72.4%48.3%46.7%第8页/共57页现象现象分析分析反应式反应式尾气处理尾气处理红色的Fe2O3变成黑色，同时产生的气体使澄清的石灰水变

3、浑浊，点燃尾气有蓝色火焰一氧化碳还原氧化铁生成铁粉(灰黑色)与二氧化碳1.实验室用一氧化碳还原氧化铁用燃着的酒精灯将尾气点燃或用气球收集尾气【实验8-3】Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温证明产物中有铁粉的方法是：用磁铁吸(或加稀盐酸有气泡)CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O2CO+O2=2CO2点燃点燃第9页/共57页实验步骤：.按下图组装仪器，并检查其气密性。把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻璃管中。把硬质玻璃管接入装置系统中，先通入一氧化碳气体排除空气，防止一氧化碳与空气混合受热爆炸。点燃出气口处的酒精灯(或用气球收集)，防止一氧化碳污染空气。待排尽后，点燃酒精喷灯，并观察装

4、置中所发生的变化。当红棕色粉末已转变成黑色后，停止加热，再通入一会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却，防止Fe重新被氧化。一氧化碳还原氧化铁必须在封闭的硬质玻管中进行，防止一氧化碳污染空气。一氧化碳“早出晚归”酒精灯“迟到早退”第10页/共57页实验结束时，先熄灯后停CO，是为了防止温度降低后外面的空气进入玻璃管使铁重新被氧化；还防止试管中的石灰水倒吸入热的玻璃管，使之炸裂。1、先通CO还是先点燃酒精灯？为什么？2、先熄灭酒精灯还是先停止通CO？为什么？先通后点的原因是为了防止加热一氧化碳和空气的混合气而发生爆炸。第11页/共57页注：澄清石灰水的作用：A检验生成的气体CO2 B 石灰水变浑浊说明反应

5、开始第12页/共57页原料：黄铁矿FeS2赤铁矿Fe2O3菱铁矿FeCO3磁铁矿Fe3O4（2）原理：在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高温石灰石、铁矿石焦炭、空气（3 3）设备：高炉）设备：高炉化学方程式：70%70%48.27%48.27%46.67%46.67%72.41%72.41%含铁量含铁量2.工业炼铁：第13页/共57页设备：炼铁高炉铁矿石、焦炭、石灰石Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温CO2C2CO高温C+O2 CO2点燃第14页/共57页炼铁时各物质的作用：石灰石：把矿石中杂质（SiO2)转化为炉渣焦炭：燃

6、烧放热提高炉温，并将生成的CO2还原为具有还原性的CO，因此在炼铁高炉中起主要作用的还原剂是CO，优点是气体还原剂具有流动性，能与矿石充分接触，使反应更彻底。第15页/共57页炼钢和炼铁的比较生铁冶炼生铁冶炼炼钢炼钢原料原料铁矿石、焦炭、空气、石灰石铁矿石、焦炭、空气、石灰石 生铁、废钢生铁、废钢原理原理在高温下，用一氧化碳从铁的在高温下，用一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。氧化物中将铁还原出来。FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3+3CO 2Fe+3CO+3CO 2Fe+3CO+3CO 2Fe+3CO+3CO 2Fe+3CO2 2 2 2用氧气或铁的氧化用氧气或铁的氧

7、化物除去生铁中多余物除去生铁中多余的碳元素的碳元素主要主要设备设备高炉高炉转炉、平炉、电炉转炉、平炉、电炉产品产品生铁生铁钢钢高温第16页/共57页例1 1、1000t1000t含杂质20%20%的赤铁矿石中含氧化铁的质量是多少？例2 2、计算多少吨含铁质量分数为96%96%的生铁中含铁560t560t？解：m(氧化铁)=1000t(1-20%)=800t.答：略。解：m(生铁)=560t96%=583.3t.答：略。分析：m(纯)=m(不纯)纯度m(不纯)=m(纯)纯度第17页/共57页在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用料时和产量时,应考虑到杂质问题。不纯物质、纯物质、纯

8、度之间的关系：列比例时，一定要用纯量。3.含杂质的物质的化学方程式的计算：m(纯)=m(不纯)纯度m(不纯)=m(纯)纯度第18页/共57页例题：用1000t含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿石，理论上可炼含铁96%的生铁多少吨？Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温解：1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为1000t80%800t。设800t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为X。160112800tX160800t=112XX560t折合含铁96%的生铁的质量为560t96%583t(纯化杂)答：1000t含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿石，理论上可炼出含铁96%的生铁为583t。或设80

9、0t氧化铁理论上可以炼含铁96%的生铁质量为X。Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温160112800tX96%160:112800t:X96%X583t(杂化纯)第19页/共57页设需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石的质量为x。解：生铁中含纯铁：3000t(15%)=2850t.Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2160112X85%2850t高温160X85%=1122850tX4790t答：该3000t生铁中含纯铁2850t。该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石为4790t。1.【06自贡】某炼钢厂日产含杂质5%的生铁3000t，试计算：该3000t生铁中含纯铁

10、多少吨？该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石多少吨？（计算结果保留整数）练习：第20页/共57页练习：要炼出含杂质3%的生铁2000吨，需要含四氧化三铁质量分数为90%的磁铁矿石多少？第21页/共57页解：铁的质量：2000t(1-3%)=1940t设：可炼出四氧化三铁的质量为XFe3O4+4CO=3Fe+4CO2232168X1940t高温232xx=2679t1681940t=折合为磁铁矿石的质量为2679t90%=2977t答：磁铁矿石的质量为2977t。第22页/共57页2.下图是课堂中模拟炼铁的实验装置。（1）写出图中标有序号的仪器名称，。(2)实验过程中，先要进行的

11、是_。（填或）加热通一氧化碳(3)A中反应的化学方程式是。B中反应的化学方程式是，B中观察到的现象是_。(4)该装置的不足之处是。铁架台试管Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温没有尾气处理装置（或没有用燃着的酒精灯处理尾气等）Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O澄清的石灰水变浑浊第23页/共57页3.右下图是金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发、利用的大致年限。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu约6000年前约200年前约600年前约2500年前选择编号填空：铝的利用比铜和铁晚得多，原因是；目前铝在多个领域替代易生锈的钢铁，其主要原因是。铝的

12、密度小铝很活泼地壳中铝的含量高铝的表面易生成致密的保护膜第24页/共57页钢铁的冶炼是人类文明的一个重要标志。右图是实验室模拟炼铁的装置图，写出冶炼生铁的化学方程式；能证明产物中有铁粉的方法是：。用磁铁吸(或加稀盐酸有气泡)3CO+Fe2O32Fe+3CO2=高温在组装仪器时，把玻璃管插入橡胶管的操作方法是。此装置有不完善的地方，请说出其中一种改进方法：。用气球收集尾气或用燃着的酒精灯点燃导管一端用水润湿后旋转插入第25页/共57页第八单元 金属和金属材料课题3 金属资源的利用和保护第二课时第26页/共57页为什么要保护金属资源？二、金属资源保护保护金属资源的原因：每年大量开采(数以亿吨计)每

13、年大量的金属被腐蚀(相当于年产量的20%40%)P18第27页/共57页1.金属的腐蚀和防护人们采取了许多措施，但每年全世界因生锈而损失的钢铁约 占世界年产量的四分之一！如何防锈？第28页/共57页a.在干燥空气中b.浸没在水中c.半截浸没在水中铁的生锈过程哪种条件下,铁最易生锈?为什么?不生锈(有水无O2)不生锈(有O2无水)在水与空气的交界面最易生锈 植物油 abc请思考：用橡皮塞塞紧管口(有水和2)第29页/共57页铁与空气中的氧气、水蒸气发生化学反应。铁锈的成份很复杂,主要为氧化铁Fe2O3XH2O。(Fe2O3XH2O很疏松，易吸水，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气反应，如不及时除

14、去，会加快铁制品的生锈，使铁全部被腐蚀。而铝不同，铝与氧气反应生成致密的Al2O3薄膜，覆盖在铝的表面，从而保护里层的铝不再与氧气反应，所以铝耐腐蚀。)铁生锈的条件：要有能够发生反应的物质(Fe、H2O、O2)；铁制品锈蚀的条件:反应物要能相互接触；生成物不会对反应起阻碍作用。4Fe+3O2+2XH2O=2Fe2O3XH2O(缓慢氧化)第30页/共57页1铁生锈是铁与氧气和水同时接触。（缓慢氧化,放热）2.在有酸性和食盐条件下会加快生锈速率3铁锈（混合物）的主要成分是氧化铁Fe2O3,红棕色.结论:第31页/共57页知识实践反馈练习为什么沙漠地区的铁制品腐蚀较慢?切过咸鱼的刀不经洗净抹干,为什

15、么很快就生锈?对如何防止你家的刀.剪等铁制品和铁制农具等生锈,提出两种以上的方案,并在家里实施你的方案.第32页/共57页防止铁生锈的方法(破坏铁生锈的条件即可)：P20表1.保持铁制品表面的洁净和干燥。2.在铁制品表面涂油、刷漆、搪瓷、镀上耐腐蚀的金属、烤蓝（即表面生成致密的氧化膜保护层），使铁制品与空气隔绝。3.制成耐腐蚀的合金，如不锈钢，就是在钢中加入一点镍和铬而制成的合金。第33页/共57页镀上较活泼的金属由镀锌铁制造的水桶。把铁与一较活泼的金属相连接，因而较活泼金属与氧气反应，从而防止铁生锈。(牺牺牲性保牲性保护护)防锈方法第34页/共57页 破损部位锌表层氧与锌反应，铁不会腐蚀铁锌

16、块锌块镀上较活泼的金属(牺牺牲性保牲性保护护)防锈方法第35页/共57页想一想回答下列问题：回答下列问题：1 1、试管、试管中为什么要用煮沸过的蒸馏水，且要加入植物油？中为什么要用煮沸过的蒸馏水，且要加入植物油？2 2、铝与氧气反应生成的氧化铝能起到保护里层铝的作用。铁锈是否也能、铝与氧气反应生成的氧化铝能起到保护里层铝的作用。铁锈是否也能保护里层的铁呢？保护里层的铁呢？是为了防止蒸馏水中溶有氧气。是为了防止蒸馏水中溶有氧气。不能，因为铁锈是疏松的。不能，因为铁锈是疏松的。第36页/共57页3、除锈方法：物理方法：刀刮或用砂纸打磨。化学方法：酸洗第37页/共57页三角架：钢线(辐条）：链条：刷

17、漆镀一层耐腐蚀的金属涂油等平时要保持自行车的洁净与干燥（或涂油）！自行车防锈措施有哪些？讨论：钢圈：第38页/共57页图8-25据估计一些矿物可供开采的年限2.金属资源保护为什么要保护金属资源？矿物的储量是有限的，而且不能再生。第39页/共57页2、怎样保护金属资源呢?防止金属的腐蚀。金属的回收与利用。有计划,合理地开采矿物,严禁不顾国家利益的乱采矿。寻找金属代用品。如以塑代钢。第40页/共57页图8-26金属的回收利用回收一个铝制的易拉罐比制造一个新的铝制的易拉罐要便宜20%，而且还可以节约金属资源和95%能源。目前世界上有50%以上的铁和90%以上的金得到回收利用。第41页/共57页1、如

18、图所示：试管中的铁丝放置一段时间，会出现什么现象？原因是什么？第42页/共57页反馈练习1.在下列情况下，埋在地下的铸铁管道腐蚀最快的是（）A.在潮湿、致密的土壤中B.在干燥、致密的土壤中C.在潮湿、疏松的土壤中D.在干燥、疏松的土壤中2.某运输用铁船，在水中行驶，最易生锈的部位是()CBA.水面上的船头部分B.水面附近的船体部分C.水面下的船底部分D.各部分都一样速度生锈第43页/共57页3.日常生活中的一些铁制品经常会被锈蚀。下列做法中不能起防锈作用的是（）在铁制品表面镀锌在铁制品表面涂油脂保留铁件表面的铁锈作保护层在铁器表面刷油漆自行车脏了用清水冲洗用废酸液冲洗铁制污水管道切完咸菜后，尽

19、快将菜刀洗净擦干A.B.C.D.B第44页/共57页4.全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界钢铁年产量的1/4。某学生想探究铁生锈的条件，他将干净的铁钉分别同时入放A、B、C三支试管中进行研究。请你帮助该学生完成下列实验设计的内容：编号编号操作方法操作方法实验目的实验目的A探究铁在干燥空气中探究铁在干燥空气中的生锈情况的生锈情况B放入铁钉，注入蒸馏水放入铁钉，注入蒸馏水浸没铁钉，并用植物油浸没铁钉，并用植物油液封液封C探究铁在有空气和水探究铁在有空气和水时的生锈情况时的生锈情况加热烘干试管，小心放入铁钉，塞上塞子探究铁在有水而无空气（氧气）时的生锈情况小心放入铁钉，注入蒸馏水，使铁钉部分浸入水中

20、第45页/共57页一周后，编号为_的试管中的铁钉最易生锈。用相同材料制作，经过相同时间防锈处理的铁栏杆，安装在南方比安装在北方更易生锈，其原因是_。C南方比北方天气潮湿，铁更易生锈ABC铁在干燥空气中铁在有水而无空气（氧气）时铁在有空气和水时用植物油液封用橡皮塞塞紧管口第46页/共57页4.某课外兴趣小组对一批铁样品（含有杂质，杂质不溶于水，也不与稀硫酸反应）进行分析，甲、乙、丙三位同学分别进行实验，其中只有一位同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应。实验数据如下表：请你认真分析数据，回答下列问题：哪位同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应；计算样品中铁的质量分数；若生产1000t这种纯度的铁

21、，至少需要含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿多少吨？甲甲乙乙丙丙烧杯稀硫酸烧杯稀硫酸200g150g150g加入的铁样品加入的铁样品9g9g14g充分反应后，烧杯剩余物充分反应后，烧杯剩余物208.7g158.7g163.7g改正：(烧杯的质量为25.4g；计算结果精确到0.1%)第47页/共57页解：分析表中数据可知，甲、乙、丙三人的实验生成气的质量都是0.3g(如甲为200g+9g-208.7g0.3g),即各人的实验中都有一种反应物完全反应。由甲、乙数据可知，9g铁样品中的铁完全反应，甲中的酸过量。由乙、丙数据可知，(150g25.4g)124.6g的稀硫酸中的H2SO4完全反应，丙中

22、的金属过量。综合分析可知乙同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应。甲甲乙乙丙丙烧杯稀硫酸烧杯稀硫酸200g150g150g加入的铁样品加入的铁样品9g9g14g充分反应后，烧杯剩余物充分反应后，烧杯剩余物208.7g158.7g163.7g第48页/共57页解：乙反应生成氢气的质量为150g+9g-158.7g0.3g。设Fe的质量为X。Fe+H2SO4=FeSO4+H2562X0.3g则Fe%8.4g9g100%=93.3%计算样品中铁的质量分数；答：样品中铁的质量分数为93.3%。56X20.3g=X=8.4g第49页/共57页若生产1000t这种纯度的铁，至少需要含氧化铁(Fe2O3)8

23、0%的赤铁矿多少吨？解：需要含氧化铁80%的赤铁矿的质量为Y。1000t这种纯度的铁含纯铁的质量为1000t93.3%930t。3CO+Fe2O32Fe+3CO2=高温160112Y80%930t160:112=Y80%:930tY=1666.1t答：生产1000t这种纯度的铁，至少需要含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿为1666.1t。第50页/共57页3CO+Fe2O32Fe+3CO2；=高温1.把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程，其主要反应原理是在高温条件下CO作还原剂，夺取铁矿石里的氧，将铁还原出来。2.在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用料时和产量时,应考虑到杂质问

24、题。3.铁生锈的条件是铁与空气中的氧气、水(或水蒸气)直接接触，如果隔绝了空气和水，就能在一定程度上防止钢铁生锈。在铁表面涂油、刷漆、镀上耐磨和耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金，如不锈钢等，就能防止钢铁生锈。4.保护金属资源的有效途径是防止金属的腐蚀、回收与利用废旧金属、合理有效地地开采矿物,以及寻找金属代用品等。列比例时，一定要用纯量。m(纯)=m(不纯)纯度4Fe+3O2+2XH2O=2Fe2O3XH2O第51页/共57页本单元小结：一、金属和金属材料金属与非金属物理性质的比较：物理性质物理性质金属金属非金属非金属状态状态 在常温下，除汞在常温下，除汞(Hg)是液体外，其余是液体外，其余都是固

25、体都是固体 在常温下，有在常温下，有固、液、气三态固、液、气三态密度密度 一般较大一般较大 一般较小一般较小光泽光泽 有有 一般无一般无导电性导电性导热性导热性能导电、导热能导电、导热 一般不导电、不一般不导电、不导热导热延展性延展性有有没有没有第52页/共57页2.金属材料包括纯金属和合金。把两种或两种以上的金属熔合在一起，或者把金属和非金属熔合在一起，就可以得到具有金属特性的合金。由于合金的很多性能一般比组成它们的纯金属更好，因此，在实际中大量使用的金属材料是合金。二、金属的化学性质1.很多金属都能与氧气、盐酸和稀硫酸等起反应，但反应的难易和剧烈程度不同。)以Fe、Al、Cu为例，写出它与

26、氧气、稀硫酸反应的化学方程式。，。Fe+H2SO4FeSO4+H22Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H23Fe+2O2Fe3O4点燃4Al+3O22Al2O3点燃2Cu+O22CuOCu+H2SO4不反应第53页/共57页2.由一种单质和一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应叫做置换反应。例如如果用A+BC来表示化合反应的话，请用相似的方法来表示分解反应和置换反应。置换反应：A+BCB+AC分解反应：ABA+B，。Zn+H2SO4ZnSO4+H2Fe+CuSO4FeSO4+Cu第54页/共57页3.常见金属活动性顺序如下：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAg

27、PtAu金属活动性，由强逐渐减弱举例说明金属活动性顺序可以给你哪些判断的依据：。只有排在H前面的才能置换酸中的氢。只有排在前面的金属才能把排在后面的金属从它们的化合物的溶液中置换出来。(KCaNa特殊、反应复杂)第55页/共57页三、金属资源保护3CO+Fe2O32Fe+3CO2；=高温1.把铁矿石冶炼成铁的主要反应原理是：在实际生产时,还会遇到有关杂质的计算问题。2.铁锈蚀的主要条件以及防止铁锈蚀的主要措施是：铁锈蚀的主要条件是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应。防止铁锈蚀的主要措施是在铁表面涂油、刷漆、镀上耐磨和耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金，如不锈钢等，就能防止钢铁生锈。防止金属的腐蚀、回收与利用废旧金属、合理有效地地开采矿物,以及寻找金属代用品等。4.保护金属资源的有效途径是：列比例时，一定要用纯量。m(纯)=m(不纯)纯度第56页/共57页感谢您的观看。第57页/共57页