8.3金属资源的利用和保护.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、银等有单质形式存在外除少数不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外,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)磁铁矿（磁铁矿（主要成分是主要成分是Fe3O4）赤铁矿（赤铁矿（主要成分是主要成分是Fe2O3）菱铁矿（主要成分是菱铁矿（主要成分是FeCO3）图图8-18常见的矿石常见的矿石硫铁矿硫铁矿(主要成分是主要成分是FeS2)工业上，从含有金属元素并有开采价值的矿石中提炼金属工业上，从含有金属元素并有开采价值的矿石中提炼金属图图8-18常见的矿石常见的矿石辉铜矿（主要成分是辉铜矿（主要成分是Cu2S）黄铜矿（主要成分是黄铜矿（主要成分是CuFeS2）铝土矿铝土矿主要成分是主要成分是Al2O3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地壳中含量最多的金属是AlAl！金属元素在地壳中含量：金属元素在地壳中含量：一、一、铁的冶炼铁的冶炼：生熟炼铁炉一生熟炼铁炉一生熟炼铁炉二生熟炼铁炉二图图8-19我国古代炼铁图我国古代炼铁图图图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变成黑色，同时产生变成黑色，同时产生的气体的气体使澄清的石使澄清的石灰水变浑浊灰水变浑浊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(黑色黑色)与二氧化碳与二氧化碳1.1.实验室实验室用一氧化碳还原氧化铁用一氧化碳还原氧化铁点燃点燃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：用磁铁吸用磁铁吸实验步骤：实验步骤：.按下图组装仪器，按下图组装仪器，并检查其气密性。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少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻璃管中,把硬质玻璃把硬质玻璃管接入装置系统中。管接入装置系统中。先先通入一氧化碳气体排除空气，通入一氧化碳气体排除空气，防止一氧化碳与空气混合防止一氧化碳与空气混合受热爆炸。再受热爆炸。再点燃出气口处的酒精灯点燃出气口处的酒精灯B，防止一氧化碳污染空气。防止一氧化碳污染空气。待排尽后，点燃酒精喷灯待排尽后，点燃酒精喷灯A，并观察装置中所发生的变化。并观察装置中所发生的变化。反应结束后，反应结束后，熄灭酒精喷灯熄灭酒精喷灯A，停止加热，继续通入一会，停止加热，继续通入一会儿儿CO，直至玻璃管冷却后停止通入，直至玻璃管冷却后停止通入CO。熄灭酒精灯。熄灭酒精灯B。AB铁矿石、焦炭、石灰石铁矿石、焦炭、石灰石Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温CO2C2CO 高温高温C+O2CO2点燃点燃（4）产品：）产品：生铁生铁2、工业炼铁、工业炼铁（1）原理：）原理：在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2高温高温（2）原料：）原料：铁矿石、焦炭、石灰石铁矿石、焦炭、石灰石a.转化为转化为CO作作还原剂还原剂b.燃烧提供热量燃烧提供热量将将SiO2转转化为炉渣化为炉渣（3）设备：）设备：高炉高炉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。3.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)纯度纯度例题：用例题：用1000t1000t含氧化铁含氧化铁(Fe(Fe2 2O O3 3)80%80%的赤铁矿石，理论上可的赤铁矿石，理论上可 炼含铁炼含铁96%96%的生铁多少吨？的生铁多少吨？Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温解：解：1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为赤铁矿石中含氧化铁的质量为1000t80%800t。设设800t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为氧化铁理论上可以炼出铁的质量为X。160112800tX160800t=112XX560t折合含铁折合含铁96%的生铁的质量为的生铁的质量为560t96%583t(纯化杂纯化杂)答：答：1000t含氧化铁含氧化铁(Fe2O3)80%的赤铁矿石，理论上可炼出含的赤铁矿石，理论上可炼出含铁铁96%的生铁为的生铁为583t。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：解：生铁中含纯铁：生铁中含纯铁：3000t(15%)=2850t.Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2160112X85%2850t高温高温160X85%=1122850tX4790t答答：该该3000t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.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，试计算：，试计算：该该3000t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为什么要保护金属资源？为什么要保护金属资源？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。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.半截浸没在水中半截浸没在水中b.浸没在水中浸没在水中c.在干燥空气中在干燥空气中铁的生锈过程铁的生锈过程不生锈不生锈(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 abc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Fe2O3XH2O。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)；（1）锈蚀的条件）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。(2)防止铁生锈防止铁生锈的方法的方法(破坏破坏铁生锈的条件即可铁生锈的条件即可)：P20表表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，就是在钢中加入如不锈钢，就是在钢中加入一点镍和铬而制成的合金。一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：保护金属资保护金属资源的途径：源的途径：防止金属腐蚀防止金属腐蚀回收利用废旧金属回收利用废旧金属合理、有计划地开采矿物合理、有计划地开采矿物寻找金属的代用品寻找金属的代用品意义：节约金属资源，减少环境污染意义：节约金属资源，减少环境污染2.2.金属资源保护金属资源保护图图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是在下列情况下，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。下列做法中下列做法中不能起防锈不能起防锈作用的是（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.B3CO+Fe2O32Fe+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,在计算在计算用料时和产量时用料时和产量时,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)纯度纯度本单元小结：本单元小结：一、金属和金属材料一、金属和金属材料金属与非金属物理性质的比较：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2.金属材料包括金属材料包括纯金属和合金纯金属和合金。把两种或两种以上。把两种或两种以上的金属熔合的金属熔合在一起，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性的合金。由于。由于合金的很多性能一般比合金的很多性能一般比组成它们的纯金属组成它们的纯金属更好，因更好，因此，在实际中大量使用的金属材料是合金。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。的难易和剧烈程度不同。)以以Fe、Al、Cu为例，写出它与氧气、为例，写出它与氧气、稀硫酸反应的化学方程式。稀硫酸反应的化学方程式。，。Fe+H2SO4FeSO4+H2Fe+2HClFeCl2+H23Fe+2O2Fe3O4点燃点燃4Al+3O22Al2O32Cu+O22CuO Cu+H2SO4不反应不反应2.由一种单质由一种单质和一种和一种化合物反应，生成另一种单质化合物反应，生成另一种单质和另一种和另一种化合物的反应叫做置换反应。例如化合物的反应叫做置换反应。例如如果用如果用A+BC来表示化合反应的话，请用相似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。的方法来表示分解反应和置换反应。置换反应：置换反应：A+BC B+AC分解反应：分解反应：ABA+B，。Zn+H2SO4ZnSO4+H2Fe+CuSO4FeSO4+Cu3.常见金属活动性顺序如下：常见金属活动性顺序如下：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活动性，由强逐渐减弱金属活动性，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：举例说明金属活动性顺序可以给你哪些判断的依据：。只有排在只有排在H前面的才能置换酸中的氢。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。的化合物的溶液中置换出来。(KCaNa 特殊、反应复杂特殊、反应复杂)三、金属资源保护三、金属资源保护3CO+Fe2O32Fe+3CO2；=高温高温1.把铁矿石冶炼成铁的主要反应原理是：把铁矿石冶炼成铁的主要反应原理是：在实际生产时在实际生产时,还会遇到有关杂质的计算问题。还会遇到有关杂质的计算问题。2.铁锈蚀的主要条件以及铁锈蚀的主要条件以及防止铁防止铁锈蚀的主要措施是：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。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矿物,以及寻找金属代用品等。以及寻找金属代用品等。4.保护金属资源的有效途径是：保护金属资源的有效途径是：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1000t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，(150g25.4g)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+H2562X0.3g则则Fe%8.4g9g100%=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1000t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：解：需要含氧化铁需要含氧化铁80%的赤铁矿的质量为的赤铁矿的质量为Y。1000t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+Fe2O32Fe+3CO2=高温高温160112Y80%930t160:112=Y80%:930tY=1666.1t答：答：生产生产1000t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。