人教五四制初中化学九上《9课题3 金属资源的利用和保护》PPT课件 (19).ppt

第八单元第八单元 金属和金属材料金属和金属材料课题课题3 3 金属资源的利用和保护金属资源的利用和保护第一课时第一课时学习目标：学习目标：1.知道一些常见金属如铁、铝、铜等的矿物，知道一些常见金属如铁、铝、铜等的矿物，了解从铁矿石中将铁还原出来的方法。了解从铁矿石中将铁还原出来的方法。2.会根据化学方程式对含有某些杂质的反应会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关的计算。物或生成物进行有关的计算。会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关的计算。物进行有关的计算。重点：重点：图图8-16 8-16 自然界以单质形式存在的金自然界以单质形式存在的金图图8-17 8-17 自然界以单质形式存在的银自然界以单质形式存在的银 除少数不活泼的金属如金、银等有单质形式存除少数不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外在外, ,其余都以化合物形式存在。其余都以化合物形式存在。金属的存在形式：金属的存在形式：单质单质( ( 少数，如金和银少数，如金和银) )化合物化合物( ( 大多数，如各种铁矿石大多数，如各种铁矿石) )赤铁矿赤铁矿: Fe2O3黄铁矿黄铁矿: FeS2菱铁矿菱铁矿: FeCO3铝土矿铝土矿: Al2O3黄铜矿：黄铜矿：CuFeS2辉铜矿：辉铜矿：Cu2S常见的金属矿石常见的金属矿石磁铁矿磁铁矿（主要成分主要成分FeFe3 3O O4 4）赤铁矿赤铁矿（主要成分主要成分FeFe2 2O O3 3）黄铁矿（黄铁矿（主要成分主要成分FeSFeS2 2）菱铁矿（菱铁矿（主要成分主要成分FeCOFeCO3 3）想一想想一想： 假如你是炼铁厂的厂长，你认为哪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？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？氢气也可以。你准备选用哪种物质来炼铁？70%70%72.4%72.4%48.3%48.3%46.7%46.7%一、铁的冶炼一、铁的冶炼图图8-20 上海宝山钢铁公司炼铁高炉上海宝山钢铁公司炼铁高炉图图8-21 为纪念为纪念1996年中国钢产量突破年中国钢产量突破1亿吨而发行的邮票亿吨而发行的邮票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红色的Fe2O3变成灰黑色，同时产生变成灰黑色，同时产生的气体的气体使澄清的使澄清的石灰水变石灰水变浑浊，酒精灯处的导管产生蓝色火焰浑浊，酒精灯处的导管产生蓝色火焰一氧化碳还原氧化铁生成铁粉一氧化碳还原氧化铁生成铁粉( (灰黑色灰黑色) )与二氧化碳与二氧化碳1.1.实验室用一氧化碳还原氧化铁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燃着的酒精灯将尾气点燃或用气球收集尾气用气球收集尾气【实验实验8-3】Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温证明产物中有铁粉的方法是：证明产物中有铁粉的方法是： 用磁铁吸用磁铁吸(或加稀盐酸有气泡或加稀盐酸有气泡 )实验操作注意事项： 实验顺序：通气-加热-停止加热-继续通气（一氧化碳“早出晚归 ” 酒精灯“迟到早退”） 先通入CO的目的： 撤酒精灯的原因：实验开始时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。 实验结束后，先熄灯后停气的原因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。原料：铁矿石、焦炭、石灰石原料：铁矿石、焦炭、石灰石Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温2.2.工业炼铁：工业炼铁：反应的化学方程式：反应的化学方程式：CO是还原剂；是还原剂；Fe2O3是氧化剂是氧化剂原理：原理： 焦炭在高温条件下跟焦炭在高温条件下跟O2反应生成反应生成CO, CO作还原剂，在高温条件下把铁矿石中作还原剂，在高温条件下把铁矿石中的铁还原出来。的铁还原出来。设备：炼铁高炉设备：炼铁高炉铁矿石、焦炭、石灰石铁矿石、焦炭、石灰石Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温CO2C 2CO 高温高温C + O2 CO2 点燃点燃 例例1 1、1000t1000t含杂质含杂质20%20%的赤铁矿石中含氧化铁的质的赤铁矿石中含氧化铁的质量是多少？量是多少？ 例例2 2、计算多少吨含铁质量分数为、计算多少吨含铁质量分数为96%96%的生铁中含的生铁中含铁铁560t560t？ 在在实际生产时实际生产时, ,所用的原料或产物一般都含所用的原料或产物一般都含有杂质有杂质, ,在计算用料时和产量时在计算用料时和产量时, ,应考虑到杂质应考虑到杂质问题。问题。不纯物质、纯物质、纯度之间的关系：不纯物质、纯物质、纯度之间的关系：列比例时，一定要用纯量。列比例时，一定要用纯量。含杂质的物质的化学方程式的计算：含杂质的物质的化学方程式的计算：m(纯纯) = m(不纯不纯 )纯度纯度m(不纯不纯) = m(纯纯) 纯度纯度设需含设需含Fe2O3质量分数为质量分数为85%的赤铁矿石的质量为的赤铁矿石的质量为x。解：生铁中含纯铁：解：生铁中含纯铁：3000t(15%)=2850t.Fe2O3 + 3CO= 2Fe + 3CO2160 112 X 85% 2850t 高温高温160X 85%=1122850tX4790t答答：该该3000 t生铁中含纯铁生铁中含纯铁2850t。该炼钢厂每天需含该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为质量分数为85%的赤铁矿石为的赤铁矿石为4790t。1.【06自贡自贡】某炼钢厂日产含杂质某炼钢厂日产含杂质5%的生铁的生铁3000t，试计，试计算：算：该该3000 t生铁中含纯铁多少吨？生铁中含纯铁多少吨？该炼钢厂每天需含该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为质量分数为85%的赤铁矿石多的赤铁矿石多少吨？（计算结果保留整数）少吨？（计算结果保留整数）练习：练习：2.下图是课堂中模拟炼铁的实验装置。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）写出图中标有序号的仪器名称 ， 。 (2)实验过程中，先要进行的是实验过程中，先要进行的是_ 。（填。（填或或）加热加热 通一氧化碳通一氧化碳 (3)A中反应的化学方程式是中反应的化学方程式是 。 B中反应的化学方程式是中反应的化学方程式是 ， B中观察到的现象是中观察到的现象是_ 。 (4)该装置的不足之处是该装置的不足之处是 。铁架台铁架台试管试管Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2高温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）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澄清的石灰水变浑浊 3.右下图是金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素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。被人类大规模开发、利用的大致年限。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au约约6000年前年前约约200年前年前约约600年前年前约约2500年前年前选择编号填空：铝的利用比铜和铁晚得多，原因选择编号填空：铝的利用比铜和铁晚得多，原因是是 ；目前铝在多个领域替代易生锈的钢铁，其；目前铝在多个领域替代易生锈的钢铁，其主要主要原原因是因是 。铝的密度小铝的密度小 铝很活泼铝很活泼 地壳中铝的含量高地壳中铝的含量高 铝的表面易生成致密的保护膜铝的表面易生成致密的保护膜钢铁的冶炼是人类文明的一个重要标志。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方程式 ；能证明产；能证明产物中有铁粉的方法是：物中有铁粉的方法是： 。 用磁铁吸用磁铁吸(或加稀盐酸有气泡或加稀盐酸有气泡) 3CO+ Fe2O3 2Fe + 3CO2 =高温高温在组装仪器时，把玻璃管插入在组装仪器时，把玻璃管插入橡胶管的操作方法橡胶管的操作方法 是是 。此装置有不完善的地方，请说出其中一种改进方法：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导管一端用水润湿后旋转插入第八单元 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二课时二、金属资源保护二、金属资源保护保护金属资源的原因：保护金属资源的原因：每年大量开采每年大量开采(数以亿吨计数以亿吨计)每年大量的金属被腐蚀每年大量的金属被腐蚀(相相当于年产量的当于年产量的20%40%)P18为什么要保护金属资源？为什么要保护金属资源？1. 1.金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护人们采取了许多措施，但每年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全世界因生锈而损失的钢铁约 占世界年产量的占世界年产量的四分之一！四分之一！如何防锈？如何防锈？a.在干燥空气中在干燥空气中b.浸没在水中浸没在水中c.半截浸没在水中半截浸没在水中铁的生锈过程铁的生锈过程哪种条件下哪种条件下, ,铁最铁最易生锈易生锈? ?为什么为什么? ?不生锈不生锈(有水无有水无O2) 不生锈不生锈 ( (有有OO2无水无水) )在水与空气的交界面最易生锈在水与空气的交界面最易生锈 植物油植物油 a b c请思考：请思考：用橡皮塞用橡皮塞塞紧管口塞紧管口(有水和有水和2)铁与空气中的铁与空气中的氧气、水蒸气氧气、水蒸气发生化学反应。发生化学反应。铁锈的成份很复杂铁锈的成份很复杂,主要为氧化铁主要为氧化铁Fe2O3 XH2O。(Fe2O3 XH2O很疏松，易吸水，不能阻碍里层的铁继续很疏松，易吸水，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气反应，如不及时除去，会加快铁制品的生与氧气、水蒸气反应，如不及时除去，会加快铁制品的生锈，使铁全部被腐蚀。锈，使铁全部被腐蚀。而铝不同，铝与氧气反应生成致密而铝不同，铝与氧气反应生成致密的的Al2O3薄膜，覆盖在铝的表面，从而保护里层的铝不再薄膜，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。与氧气反应，所以铝耐腐蚀。)铁生锈的条件：铁生锈的条件：要有能够发生反应的物质要有能够发生反应的物质(Fe、H2O、O2)；铁制品锈蚀的条件铁制品锈蚀的条件:反应物要能相互接触；反应物要能相互接触；生成物不会对反应起阻碍作用生成物不会对反应起阻碍作用。4Fe+3O2+2XH2O=2Fe2O3 XH2O (缓慢氧化缓慢氧化)防止铁生锈的方法防止铁生锈的方法(破坏破坏铁生锈的条件即可铁生锈的条件即可)：1.保持铁制品表面的洁净和干燥。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、镀上在铁制品表面涂油、刷漆、搪瓷、镀上 耐腐蚀的耐腐蚀的金属、烤蓝（金属、烤蓝（即表面生成致密的氧化膜保护层即表面生成致密的氧化膜保护层），使铁），使铁制品与空气隔绝。制品与空气隔绝。3.制成耐腐蚀的合金，制成耐腐蚀的合金，如不锈钢，就是在钢中加入一如不锈钢，就是在钢中加入一点镍和铬而制成的合金。点镍和铬而制成的合金。三角架：三角架：钢线钢线(辐条）：辐条）：链条：链条：刷漆刷漆镀一层耐腐镀一层耐腐蚀的金属蚀的金属涂油等涂油等平时要保持自行车的洁净与干燥（或涂油）！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？自行车防锈措施有哪些？讨论：讨论：钢圈：钢圈： 图图8-25 据估计一些矿物可供开采的年限据估计一些矿物可供开采的年限2.2.金属资源保护金属资源保护为什么要保护金属资源？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。矿物的储量是有限的，而且不能再生。2 2、怎样保护金属资源呢、怎样保护金属资源呢? ? 防止金属的腐蚀。防止金属的腐蚀。金属的回收与利用。金属的回收与利用。有计划有计划, ,合理地开采矿物合理地开采矿物, ,严严禁不顾国家利益的乱采矿。禁不顾国家利益的乱采矿。寻找金属代用品。如以塑代钢。寻找金属代用品。如以塑代钢。图图8-26 金属的回收利用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罐要便宜20%，而且还可以节约金属资源和，而且还可以节约金属资源和95%能源。能源。目前世界上有目前世界上有50%以上的铁和以上的铁和90%以上的金得到回收利以上的金得到回收利用。用。反馈练习反馈练习 1.在下列情况下，埋在地下的铸铁管道腐蚀最快的在下列情况下，埋在地下的铸铁管道腐蚀最快的是是 （）（） A.在潮湿、致密的土壤中在潮湿、致密的土壤中 B.在干燥、致密的土壤中在干燥、致密的土壤中 C.在潮湿、疏松的土壤中在潮湿、疏松的土壤中 D.在干燥、疏松的土壤中在干燥、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.水面上的船头部分水面上的船头部分 B.水面附近的船体部分水面附近的船体部分 C.水面下的船底部分水面下的船底部分 D.各部分都一样速度生锈各部分都一样速度生锈 3.日常生活中的一些铁制品经常会被锈蚀。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（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镀锌 在铁制品表面涂油脂在铁制品表面涂油脂保留铁件表面的铁锈作保护层保留铁件表面的铁锈作保护层在铁器表面刷油漆在铁器表面刷油漆自行车脏了用清水冲洗自行车脏了用清水冲洗 用废酸液冲洗铁制污水管道用废酸液冲洗铁制污水管道切完咸菜后，尽快将菜刀洗净擦干切完咸菜后，尽快将菜刀洗净擦干A. B.C. D.B 4.全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界钢铁年产量的钢铁年产量的1/4。某学生想探究铁生锈的条件，他将。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干净的铁钉分别同时入放A、B、C三支试管中进行研究。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：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，小心放加热烘干试管，小心放入铁钉，塞上塞子入铁钉，塞上塞子 探究铁在有水而无空气探究铁在有水而无空气（氧气）时的生锈情况（氧气）时的生锈情况小心放入铁钉，注入蒸馏小心放入铁钉，注入蒸馏水，使铁钉部分浸入水中水，使铁钉部分浸入水中一周后，编号为一周后，编号为_的试管中的铁钉最易的试管中的铁钉最易生锈。生锈。用相同材料制作，经过相同时间防锈处理的铁用相同材料制作，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，铁更易生锈南方比北方天气潮湿，铁更易生锈A B C铁在干燥空气中铁在干燥空气中铁在有水而无空铁在有水而无空气（氧气）时气（氧气）时铁在有空气和水时铁在有空气和水时用植物用植物油液封油液封用橡皮塞用橡皮塞塞紧管口塞紧管口4 4. .某课外兴趣小组对一批铁样品（含有杂质，杂质不溶于水，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：全反应。实验数据如下表： 请你认真分析数据，回答下列问题：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；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；计算样品中铁的质量分数； 若生产若生产1000 t这种纯度的铁，至这种纯度的铁，至少少需要含氧化铁需要含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿多少吨？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208.7g 158.7g163.7g改正：改正：(烧杯的质量为烧杯的质量为25.4g；计算结果精确到；计算结果精确到0.1%)解：解：分析表中数据可知，甲、乙、丙三人的实验生成气的质分析表中数据可知，甲、乙、丙三人的实验生成气的质量都是量都是0.3g(如甲为如甲为200g+9g-208.7g0.3g),即各人的实验中都有一种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，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，铁样品中的铁完全反应，甲中的酸过量甲中的酸过量。由乙、丙数据可知，。由乙、丙数据可知，(150g 25.4g)124.6g的稀硫的稀硫酸中的酸中的H2SO4完全反应，完全反应，丙中的金属过量丙中的金属过量。综合分析可知。综合分析可知乙同学所乙同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应。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208.7g 158.7g163.7g解：解：乙反应生成氢气的质量为乙反应生成氢气的质量为150g+9g-158.7g0.3g。设设Fe的质量为的质量为X。 Fe + H2SO4 = FeSO4 + H22 X 0.3g则则Fe%8.4g9g 100%=93.3%计算样品中铁的质量分数；计算样品中铁的质量分数；答：样品中铁的质量分数为答：样品中铁的质量分数为93.3%。56X20.3g=X=8.4g若生产若生产1000 t这种纯度的铁，至这种纯度的铁，至少少需要含氧化铁需要含氧化铁(Fe2O3)80%的赤的赤铁矿多少吨？铁矿多少吨？解：需要含氧化铁解：需要含氧化铁80%的赤铁矿的质量为的赤铁矿的质量为Y。1000 t这种纯度的铁含纯铁的质量为这种纯度的铁含纯铁的质量为1000t93.3%930t。3CO+ Fe2O3 2Fe + 3CO2 =高温高温160 112Y80% 930t160:112=Y80%: 930t Y=1666.1t答：答：生产生产1000 t这种纯度的铁，至这种纯度的铁，至少少需要含氧化铁需要含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿为的赤铁矿为1666.1t。3CO+ Fe2O3 2Fe + 3CO2 ；=高温高温 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在高温条件下CO作还原剂，夺取作还原剂，夺取铁矿石里的氧，铁矿石里的氧，将铁还原出来。将铁还原出来。 2.在实际生产时在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用在计算用料时和产量时料时和产量时,应考虑到杂质问题。应考虑到杂质问题。3.铁生锈的条件是铁生锈的条件是铁与空气中的氧气、水铁与空气中的氧气、水( (或水蒸气或水蒸气) )直接接直接接触，如果隔绝了空气和水，就能在一定程度上防止钢铁生锈。触，如果隔绝了空气和水，就能在一定程度上防止钢铁生锈。在在铁表面涂油、刷漆、镀上耐磨和铁表面涂油、刷漆、镀上耐磨和 耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金，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。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旧金属、合理有效地地开采矿物,以及寻找金属代用品等。以及寻找金属代用品等。列比例时，一定要用纯量。列比例时，一定要用纯量。m(纯纯) = m(不纯不纯 )纯度纯度4Fe+3O2+2XH2O=2Fe2O3 XH2O