課題3 金屬資源的利用和保護(第二課時)

1、課題3 金屬資源的利用和保護（兩課時）第二課時展示投影資料資料一：據(jù)有關資料報道，現(xiàn)在世界上每年因腐蝕而報廢的金屬設備和材料相當于年產(chǎn)量的2040。資料二：礦物的儲量有限，而且不能再生。根據(jù)已探明的一些礦物的儲藏量，并根據(jù)目前這些金屬的消耗速度，有人估計一些礦物可供開采的年限如下圖所示(不包括今后新控要明的礦物儲量、一些國家的金屬儲備量和金屬的回收利用等)。議一議1金屬腐蝕可給我們帶來哪些危害?2金屬資源短缺對人類社會的發(fā)展意味著什么?學生分組討論，并交流討論結果)1題可能的回答有：(1)金屬大量腐蝕使冶煉金屬的成本提高。比如說既消耗能源，又浪費礦物，還可能產(chǎn)生大量的廢氣危害人類健康。(2)使

2、金屬制品的壽命縮短。(3)作為量器，將影響到其精確度。(4)若高科技領域所用金屬制品銹蝕，如在火箭上，將會失之毫厘，謬以千里，其帶來的損失不可估量。(5)金屬制品銹蝕，會影響其美觀程度。2題可能的回答有：(1)金屬資源短缺時，將會使好多金屬冶煉廠因缺乏原料而倒閉，工人下崗。(2)人們設計好的金屬制品將會因原料短缺而無法付諸實踐，即心想事不成。(3)我們現(xiàn)在的交通工具多是金屬制品。若金屬資源短缺，它們的數(shù)量將急劇減少，從而影響人們的交流和旅行等。(4)要是沒有那么多的金屬起導電作用，我們勢必會經(jīng)常生活在黑暗中。(5)金屬資源短缺雖會影響人類對金屬制品的使用，但它卻可以促使人們?nèi)ふ腋玫奶娲贰?/p>

3、教師鼓勵學生暢所欲言，并對他們的奇思妙想進行評價總結由大家剛才的討論可知，金屬腐蝕和金屬資源短缺對人類是嚴峻的挑戰(zhàn)。引入因此，保護金屬資源也就成了目前我們所面臨的重大問題。板書四、金屬資源保護過渡防止金屬腐蝕是我們保護金屬資源的有力措施。板書1金屑的腐蝕和防護講解金屑腐蝕是需要條件的，如要有能夠發(fā)生反應的物質(zhì)，反應物要能相互接觸、生成物不會對反應起阻礙作用等等。只要我們知道了金屬腐蝕的條件，就能知道如何防止金屬制品腐蝕。過渡下面，就讓我們以生活中最常見的鐵制品為例來探究鐵制品的銹蝕條件及防銹措施。板書(1)鐵制品銹蝕條件的探究投影現(xiàn)有潔凈無銹的鐵釘、試管、稀硫酸(或醋酸)、食鹽水、經(jīng)煮沸迅速冷

4、卻的蒸餾水、植物油、棉花和干燥劑氯化鈣。試設計實驗比較鐵釘在不同環(huán)境中的銹蝕速度。注：此實驗在約一周前已給學生布置。學生交流實驗方案和實驗結果學生設計的方案大約有以下幾種：實驗結果：鐵釘銹蝕的快慢順序為1>2>3>4>5>6>7。根據(jù)以上實驗，教師引導學生得出導致鐵釘銹蝕的因素，并板書在水、氧氣同時存在的環(huán)境中鐵能銹蝕。酸和氯化鈉能使鐵在氧氣、水存在的環(huán)境中加速銹蝕。講解鐵制品銹蝕的過程，實際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生化學反應的過程。鐵銹的主要成分是Fe2O3·xH2O。設問鋁與氧氣反應生成的氧化鋁能起到保護里層鋁的作用。鐵銹是否也能保護里

5、層的鐵呢?學生看書后回答不能。講解鐵銹是一種疏松多孔的物質(zhì)。具有吸水性，它能讓水分和空氣中的氧氣穿過它的空隙，不斷向里層滲透，繼續(xù)跟鐵反應，直至鐵被完全銹蝕。故鐵銹反而能加速里層鐵的生銹。問為什么方案5中的鐵釘比方案4中的鐵釘銹得慢呢?答因為煮沸過的蒸溜水中氧氣極少。過渡了解了鐵制品銹蝕的條件，我們應該采取什么措施來防止鐵制品的生銹呢?板書(2)鐵制品的防護措施學生討論教師啟發(fā)鐵制品的銹蝕是需要具備一定條件的。如果破壞鐵制品銹蝕的條件，使它們不再具備銹蝕的基礎。就能防止鐵制品銹蝕。學生交流討論結果如：1鐵制品放置時要遠離酸性環(huán)境，盡量放置在干燥的環(huán)境中。2在鐵制品外面穿一層保護衣，如可涂上隔絕

6、空氣的油脂、涂油漆、鍍上一層耐腐蝕的其他金屬、高溫灼燒金屬，進行“烤藍”處理等等。3一發(fā)現(xiàn)鐵制品有銹蝕，就馬上處理，以防止其繼續(xù)蔓延。教師總結并板書把鐵制品放在非酸性的干燥環(huán)境中。為其穿一層耐腐蝕的外衣。討論自行車的構件如支架、鏈條、鋼圈等，分別采取了什么防銹措施?學生討論并回答刷漆、涂油脂、鍍其他金屬等。過渡上面我們討論了鐵制品的腐蝕和防護。對于金屬資源，除了采取防止金屬腐蝕的措施外，還可以通過什么途徑來使金屬資源得到保護呢?板書2金屬資源保護啟發(fā)廢品收購站為什么要收購廢鐵、廢銅和易拉罐等金屬?生回收它們是為了對它們進行再利用。師很正確!金屬的回收和利用是保護金屬資源的又一有效途徑。討論廢棄

7、金屬的回收有什么意義?學生討論，并各抒己見可能的觀點有：1可節(jié)約金屬資源。2由于金屬冶煉需在高溫下進行，回收廢棄金屬并再利用可節(jié)約能源。3降低金屬制品的生產(chǎn)成本，可方便人們得到物美價廉的金屬制品。4可減少重金屬對水體和土壤的污染。講解據(jù)估算，回收一個鋁制飲料罐比制造一個新飲料罐要便宜20，1 t廢鋼鐵回爐冶煉可煉成近1 t鋼，跟用鐵礦石冶煉比，能節(jié)約11 t煤和鐵礦石，減少污染空氣的懸浮微粒11 kg，可見回收利用廢金屬，具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。目前世界上已有50以上的鐵和90以上的金屬得到了回收和利用。討論你還知道保護金屬資源的其他途徑嗎?學生討論并回答合理開采礦物，可避免亂采礦所引起的金

8、屬資源的浪費；尋找金屬的代用品也可使金屬資源得到保護；進一步研究金屬的結構和性質(zhì)，使各種金屬都能最大限度地得以運用?？偨Y并板書(1)防止金屬腐蝕(2)回收和利用廢舊金屬(3)合理開采礦物(4)尋找金屬代用晶(5)物盡其用師金屬資源不可再生，我國隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，金屬資源呈日益短缺之勢，故保護金屬資源人人有責。希望大家能從身邊做起，從自己做起，也希望大家能好好學習，且能在將來利用你的智慧找出更多的金屬代用品，從而使我們的未來不再為金屬資源的匱乏而發(fā)愁。小結本節(jié)課我們主要探究了鐵制品腐蝕和防護，同時討論了金屬資源的保護問題。布置作業(yè)習題l、2、6板書設計四、金屬資源保護1金屬的腐蝕和防護(1)鐵

9、制品銹蝕條件的探究在水、氧氣同時存在的環(huán)境中鐵能銹蝕。酸和氯化鈉能使鐵在氧氣、水存在的環(huán)境中加速銹蝕。(2)鐵制品的防護措施把鐵制品放在非酸性的干燥的環(huán)境中。為其穿一層耐腐蝕的外衣。2金屬資源保護(1)防止金屬腐蝕(2)回收和利用廢舊金屬(3)合理開采礦物(4)尋找金屬代用品(5)物盡其用考題回顧1(2003年遼寧省中考題)日常生活中發(fā)生的下列變化都屬于化學變化的一組是 ( )A. 玻璃杯被摔碎、米飯變餿B酒精揮發(fā)、濕衣服晾干C. 蠟燭燃燒、乒乓球變癟D. 菜刀生銹、牛奶變酸2(2003年江西省中考題)化學反應往往需要在一定的條件下進行。通過控制或改變反應條件可以加快、減緩甚至阻止反應的進行。

10、下列各項所反映的措施中，能加快其化學反應速率的是( )A鐵門表面噴漆 B冰箱保存食物C. 扇子扇煤爐火 D埋入地下的電線桿稍稍燒焦3(2003年遼寧省中考題)下圖表示的是地殼里所含各種元素的質(zhì)量分數(shù)。請根據(jù)下圖回答下列問題：(1)圖中表示出的金屬元素有_種；(2)地殼中鋁元素的含量為_；(3)地殼中含量最多的非金屬元素與含量占第二位的金屬元素之間，形成化合物的化學式可以是_。4. (2002年北京市海淀區(qū)中考題)現(xiàn)有含雜質(zhì)的氧化鐵樣品(雜質(zhì)不參加反應)，為了測定該樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)，某同學稱取該樣品10 g，并用下圖所示的裝置進行實驗，得到如下兩組數(shù)據(jù)：反應前氧化鐵完全反應后A組玻璃管和氧

11、化鐵樣品的質(zhì)量43.7 g玻璃管和固體物質(zhì)的質(zhì)量41.3 gB組燒杯和澄清石灰水的質(zhì)量180 g燒杯和燒杯中物質(zhì)的質(zhì)量186.2 g試回答：(1)你認為，應當選擇_ _組的實驗數(shù)據(jù)來計算樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)，計算的結果為_。(2)這位同學所用實驗裝置的不足之處是_。分析：(1)應當選擇A組的實驗數(shù)據(jù)來計算樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)，因為B組數(shù)據(jù)如果按燒杯中澄清石灰水的質(zhì)量變化來作為CO還原Fe2O3的產(chǎn)物CO2的質(zhì)量所導致的誤差較大，原因是空氣中的CO2也與石灰水作用。所以選擇A組數(shù)據(jù)，計算如下：Fe2O3 + 3CO 2Fe+3CO2 m160 112 160-11248x 437 g-413

12、 g24 gx8 g，(Fe2O3)=×10080。(2)因為CO通過玻璃管時并未全部轉化為CO2，而且燒杯中的溶液又不能吸收CO，所以CO通過燒杯中的石灰水后排放到空氣中，這種劇毒氣體將嚴重污染環(huán)境，所以要有尾氣處理裝置。答案：1D 2C 3(1)6 (2)773 (3)FeO(或Fe2O或Fe3O4)4(1)A 80 (2)缺少尾氣處理裝置備課資料1我國古代冶鐵、煉鋼的成就我國在2300多年以前就已經(jīng)接觸了鐵，并加以利用。在河北曾出土一把商代的銅鉞，其年代約在公元前14世紀前后。銅鉞上嵌有的鐵刃已經(jīng)全部氧化成氧化鐵。對鐵刃的殘銹檢驗后表明，鐵刃是用隕鐵鍛成的。這說明那時不僅認識了

13、鐵，而且能進行鍛造加工。已有的考古發(fā)現(xiàn)，我國最早人工冶煉的鐵器始于公元前6世紀，即春秋末期或更早一些。那時，幾乎同時產(chǎn)生了塊煉鐵和生鐵兩種工藝。塊煉鐵是用木炭在固態(tài)時還原鐵礦石的方法，這種鐵里含有較多大塊的氧化鐵和硅酸鐵。生鐵是在高溫下液態(tài)冶煉出來的，含碳超過2，還含有較細小的硅酸鹽。對公元前5世紀的鐵錛和鐵鏟進行鑒定，發(fā)現(xiàn)是生鐵鑄造的，其中鐵鏟還經(jīng)過退火處理，是展性鑄鐵。在我國一些早期的文獻(如詩經(jīng)秦風左傳昭公二十九年)就有鐵和鐵器的文字記載。歐洲最早的生鐵出現(xiàn)在公元13世紀末至14世紀初，比我國晚1900多年。塊煉鐵煉出以后需要加熱鍛打，以擠出夾雜物，鍛成器物。在多次加熱過程中，塊煉鐵同炭

14、火接觸，有可能增碳變硬，塊煉滲碳鋼的冶煉技術由此產(chǎn)生。從河北易縣出土的79件鐵器證明。至遲在戰(zhàn)國后期，這種技術已在燕國應用。對部分鐵器的檢查表明，絕大部分是鋼鍛制的，如長1004 cm的長劍以及某些殘劍、箭桿、矛等。這些鍛鋼件大都經(jīng)過淬火處理，這表明至遲在戰(zhàn)國晚期，淬火技術在生產(chǎn)上已經(jīng)廣泛應用。2煉鐵的礦石主要有哪些?怎樣識別鐵礦石?鐵在自然界中的分布很廣，主要以化合態(tài)存在，含鐵的礦石很多，具有冶煉價值的鐵礦石有磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。識別鐵礦石的方法通常是利用其顏色，光澤、密度、磁性、刻痕等性質(zhì)。磁鐵礦(Fe3O4)黑色的，用粗瓷片在礦石上刻畫時，留下的條痕是黑色的。具有磁性，密度

15、為4952克厘米3。赤鐵礦(Fe2O3)顏色暗紅，含鐵量越高，顏色就越深，甚至接近黑色，但是瓷片留下的刻痕仍然是紅色，不具磁性。成致密塊狀或結晶塊狀(稱鏡鐵礦)產(chǎn)出，也有成土狀產(chǎn)出。密度為553克厘米3。褐鐵礦(Fe2O3·3H2O)礦石有黃褐、褐和黑褐等多種顏色。瓷片的刻痕呈黃褐色。無磁性，密度為334克厘米3。菱鐵礦(FeCO3)有黃白、淺褐或深褐等顏色。性脆，無磁性，在鹽酸里有氣泡(CO2)放出。密度為3839克厘米3。3用高爐煉鐵時，為什么要加入石灰石?煉鐵時用的鐵礦石，主要有赤鐵礦石(主要成分是氧化鐵)和磁鐵礦石(主要成分是四氧化三鐵)，在鐵礦石中還含有無用的脈石，主要成分

16、是二氧化硅(SiO2)。煉鐵時，被還原出的鐵在高溫下變成液體，而二氧化硅熔點很高的顆粒雜質(zhì)混在煉出的鐵水中。為了除去這種雜質(zhì)，選用石灰石作熔劑，石灰石在高溫下分解成氧化鈣和二氧化碳。氧化鈣在高溫下與二氧化硅反應生成熔點比鐵水溫度還低的硅酸鈣，而液態(tài)硅酸鈣密度比鐵水小且跟鐵水不相混溶，便浮在鐵水上。打開高爐上的出渣口，液態(tài)硅酸鈣先流出去，凝固成高爐渣。過去這種高爐渣當作煉鐵廠的廢物，丟棄在農(nóng)田。既毀了田，又污染環(huán)境?，F(xiàn)在將高爐渣粉碎配制成水泥，過去的廢物變成了今日的建筑材料。CaCO3CaO+CO2CaO+SiO2CaSiO34鋼鐵是怎樣被腐蝕的?鋼鐵會生紅銹，銅會生綠銹，金屬的腐蝕現(xiàn)象十分普遍

17、，它給經(jīng)濟建設帶來的損失十分驚人。據(jù)統(tǒng)計，每年由于腐蝕而報廢的金屬設備和材料，約相當于年產(chǎn)量的13。腐蝕的危害不僅在于金屬本身受損失，更重要的是金屬制品遭破壞。金屬制品的價值比金屬本身要大的多，如汽車、船舶、飛機、橋梁、機械設備，精密儀器等的價值遠高于金屬本身。此外，由于金屬設備的腐蝕而造成有用物質(zhì)的泄漏(輸油管漏油，輸氣管漏氣等)的損失也非常驚人。因此，認識金屬腐蝕的原因，尋找金屬防護的方法具有十分重要的意義。金屬腐蝕的本質(zhì)是氧化還原反應。即金屬在一定條件下，失去電子被氧化生成化合物的過程。根據(jù)腐蝕的原因，又將金屬腐蝕分為化學腐蝕和電化腐蝕兩大類。化學腐蝕：金屬跟非電解質(zhì)直接接觸被氧化，沒有

18、電流產(chǎn)生。如：鐵在高溫時跟氯氣化合，高溫下軋制鋼材時，鐵被氧化成氧化鐵等。電化學腐蝕：是不純的金屬或合金跟電解質(zhì)水溶液接觸，構成無數(shù)微小原電池而發(fā)生的銹腐過程。較活潑的金屬被氧化，有微弱電流產(chǎn)生。電化腐蝕比化學腐蝕更普遍，危害更大，是金屬腐蝕的主要形式。實際上，兩種腐蝕往往同時發(fā)生。在普通碳素鋼中，碳以石墨形式均勻分布在合金中，金屬表面吸附水膜，再溶解進CO2等氣體便成了電解質(zhì)溶液，與鋼鐵構成了無數(shù)微小原電池，鐵是負極，石墨等雜質(zhì)是正極。鋼鐵發(fā)生電化腐蝕時，由于鋼鐵表面的水膜性質(zhì)不同，可發(fā)生析氫或吸氧腐蝕。一般以吸氧的電化學腐蝕為主。吸氧腐蝕的環(huán)境：鋼鐵與吸附在表面的溶有氧氣的水膜構成原電池，水膜基本為中性。負極：Fe-2e-=Fe2+(鋼鐵溶解) 正極：2H2O+O2+4e-=4OH-(吸收氧氣)溶解產(chǎn)生的Fe2+可繼續(xù)被氧氣氧化成高價態(tài)：Fe2+OH-+O2Fe(OH)3最終鐵銹的成分是Fe(OH)3和它失水的產(chǎn)物Fe2O3的混合物。析氫腐蝕的環(huán)境：鋼鐵與吸附在表面的溶有CO2的水膜構成原電池，水膜為酸性。負極：Fe-2e-=Fe2+(鋼鐵溶解)正極：2H+2e-=H2(析出氫氣)發(fā)生析氫腐蝕的可能性不太大，并且最終鐵銹成