金屬資源的利用和保護 (3)

1、 衡陽縣蒸陽中學(xué) 劉家敏 資源是人類賴以生存和發(fā)展的資源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著物質(zhì)基礎(chǔ)，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著極為重要的作用。一個國家的工業(yè)極為重要的作用。一個國家的工業(yè)化過程，首先是對礦物原料產(chǎn)品需化過程，首先是對礦物原料產(chǎn)品需求的迅速增長，我國經(jīng)濟正在高速求的迅速增長，我國經(jīng)濟正在高速建設(shè)，目前，建設(shè)，目前，95以上的能源和以上的能源和80以上的工業(yè)原料來自于礦產(chǎn)資以上的工業(yè)原料來自于礦產(chǎn)資源源。一、金屬資源的概況1.地球上的金屬資源（地球上的金屬資源（廣泛存廣泛存在于地殼和海洋中）在于地殼和海洋中） 多數(shù)以化合物形式存在（如各種多數(shù)以化合物形式存在（如各種礦石

2、中）礦石中） 少數(shù)以單質(zhì)形式出現(xiàn)（如：少數(shù)以單質(zhì)形式出現(xiàn)（如：Au、Ag等）等）自然中存在的一些金屬自然金自然金(主要成分為主要成分為Au)自然界以單質(zhì)形式存在的銀自然界以單質(zhì)形式存在的銀 單質(zhì)形式存在的金屬單質(zhì)形式存在的金屬褐鐵礦（褐鐵礦（Fe2O3nH2O) 磁鐵礦的主要成分為磁鐵礦的主要成分為Fe3O4 黃銅礦的主要成分是黃銅礦的主要成分是CuFeS2 黃鐵礦的主要成分是黃鐵礦的主要成分是FeS2 化合物形式存在的金屬化合物形式存在的金屬赤鐵礦赤鐵礦(主要成分為主要成分為Fe2O3) 金紅石（TiO2）孔雀石(主要成分為Cu2(OH)2CO3)藍(lán)銅礦(主要成分為Cu2(CO3)2(OH)

3、2)閃鋅礦的主要成分是ZnS，常含有Fe、Cd、In、Ga等元素菱鐵礦主要成分是菱鐵礦主要成分是FeCO3 我國礦物種類比較齊全，儲量也豐富我國礦物種類比較齊全，儲量也豐富 其中鎢、鉬、鈦、錫、銻等儲量居世界其中鎢、鉬、鈦、錫、銻等儲量居世界前列；前列； 銅、鋁、錳等儲量在世界上也占有重要銅、鋁、錳等儲量在世界上也占有重要位置。位置。 安 徽 巢 湖 謝 玉 榮鋁土礦鋁土礦Al2O3黃銅礦黃銅礦CuFeS2輝銅礦輝銅礦Cu2S礦石：礦石：工業(yè)上把能用來提煉金屬的礦物叫礦石。工業(yè)上把能用來提煉金屬的礦物叫礦石。鐵礦石鐵礦石 鐵鐵 課課 題題 3 3 金屬資源的利用和保護金屬資源的利用和保護一、鐵

4、的冶煉 鐵礦石是怎樣煉成鐵的呢？讓我們通過實驗來研究鐵礦石是怎樣煉成鐵的呢？讓我們通過實驗來研究鐵冶煉的化學(xué)原理。鐵冶煉的化學(xué)原理。一氧化碳與氧化鐵的反應(yīng)一氧化碳與氧化鐵的反應(yīng)活動天地活動天地實驗的原理實驗的原理實驗的步驟實驗的步驟實驗的現(xiàn)象實驗的現(xiàn)象實驗注意那些問題？（先加熱還是先通氣？實驗實驗注意那些問題？（先加熱還是先通氣？實驗完畢是先停止加熱嗎？）完畢是先停止加熱嗎？）實驗需要改進嗎？（一氧化碳有毒，實驗完畢的實驗需要改進嗎？（一氧化碳有毒，實驗完畢的尾氣怎么處理？）尾氣怎么處理？）一氧化碳還原氧化鐵實驗一氧化碳還原氧化鐵實驗實驗原理：實驗原理：實驗操作：實驗操作：1 1、按上圖組裝儀

5、器，并檢查氣密性、按上圖組裝儀器，并檢查氣密性2 2、把少量研細(xì)的氧化鐵粉末裝進硬質(zhì)玻管中，輕輕轉(zhuǎn)、把少量研細(xì)的氧化鐵粉末裝進硬質(zhì)玻管中，輕輕轉(zhuǎn) 動動 ，使氧化鐵粉末均勻地附在玻璃管內(nèi)壁上，使氧化鐵粉末均勻地附在玻璃管內(nèi)壁上FeFe2 2O O3 3 + 3 + 3COCO = 2Fe + 3CO = 2Fe + 3CO2 2高溫高溫3 3、把硬質(zhì)玻璃管接入裝置系統(tǒng)中，、把硬質(zhì)玻璃管接入裝置系統(tǒng)中，先通先通入一氧化碳?xì)馊胍谎趸細(xì)怏w排氣；待排盡后，體排氣；待排盡后，點燃點燃出氣口處的酒精燈及酒精噴出氣口處的酒精燈及酒精噴燈，并觀察裝置中所發(fā)生的變化燈，并觀察裝置中所發(fā)生的變化4 4、當(dāng)紅棕色粉

6、末已轉(zhuǎn)變成黑色后，、當(dāng)紅棕色粉末已轉(zhuǎn)變成黑色后，先停止加熱先停止加熱，再通再通一會兒一氧化碳，直至玻璃管冷卻一會兒一氧化碳，直至玻璃管冷卻. . 將產(chǎn)生的氣體通入到澄清石灰水中，澄清石灰水變將產(chǎn)生的氣體通入到澄清石灰水中，澄清石灰水變渾濁，則生成二氧化碳：渾濁，則生成二氧化碳：COCO2 2+Ca(OH)+Ca(OH)2 2=CaCO=CaCO3 3+H+H2 2O O ；紅；紅色粉末變黑色，用磁鐵檢驗，證明黑色粉末為鐵。色粉末變黑色，用磁鐵檢驗，證明黑色粉末為鐵。（若（若是一氧化碳還原四氧化三鐵，將黑色粉末加入鹽酸中，是一氧化碳還原四氧化三鐵，將黑色粉末加入鹽酸中，有氣體生成，證明有鐵。四氧

7、化三鐵也有磁性，不能用有氣體生成，證明有鐵。四氧化三鐵也有磁性，不能用磁鐵吸引的方法檢驗。）磁鐵吸引的方法檢驗。） 紅色（紅色（氧化鐵氧化鐵）粉末逐漸變成黑色，同時粉末逐漸變成黑色，同時澄清的石灰水逐漸變渾濁。澄清的石灰水逐漸變渾濁。實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象：問題討論：問題討論：1 1、如何判斷反應(yīng)中生成了什么物質(zhì)？、如何判斷反應(yīng)中生成了什么物質(zhì)？把尾氣燒掉，防止污染空氣把尾氣燒掉，防止污染空氣 2 2、裝置中右邊的酒精燈起什么作用？、裝置中右邊的酒精燈起什么作用？3 3、石灰水的作用有哪些？、石灰水的作用有哪些？ 澄清石灰水用來檢驗生成物二氧化碳，并吸收二澄清石灰水用來檢驗生成物二氧化碳，并吸收二

8、氧化碳便于處理尾氣氧化碳便于處理尾氣 1 1、一氧化碳還原氧化鐵是在封閉的硬質(zhì)玻管中進、一氧化碳還原氧化鐵是在封閉的硬質(zhì)玻管中進行的，行的，先通一氧化碳先通一氧化碳，可以，可以把管內(nèi)的空氣排出把管內(nèi)的空氣排出，防止一防止一氧化碳與空氣混合受熱爆炸氧化碳與空氣混合受熱爆炸. . 2 2、實驗完畢、實驗完畢先停止加熱先停止加熱，還要，還要繼續(xù)通入一氧化碳繼續(xù)通入一氧化碳直到玻璃管冷卻為止直到玻璃管冷卻為止。因為如果先停止通一氧化碳，管因為如果先停止通一氧化碳，管內(nèi)會因為缺少氣體而變成真空，這樣澄清石灰水中的液內(nèi)會因為缺少氣體而變成真空，這樣澄清石灰水中的液體（含水）就會倒吸入管內(nèi)，冷水遇到熱的玻璃

9、管會引體（含水）就會倒吸入管內(nèi)，冷水遇到熱的玻璃管會引起玻璃管炸裂。起玻璃管炸裂。注意事項：注意事項：實驗改進：實驗改進： 可將上述裝置除尾氣的部分，改成用氣球或方便袋收可將上述裝置除尾氣的部分，改成用氣球或方便袋收集，這樣收集得到的未燃一氧化碳?xì)怏w可重復(fù)利用集，這樣收集得到的未燃一氧化碳?xì)怏w可重復(fù)利用 把尾氣燒掉，防把尾氣燒掉，防止污染空氣止污染空氣 FeFe2 2O O3 3 + 3CO = 2Fe + 3CO + 3CO = 2Fe + 3CO2 2高溫高溫失去氧失去氧得到氧得到氧是氧化劑是氧化劑是還原劑是還原劑化學(xué)上把氧化物中氧被奪去的反應(yīng)叫做化學(xué)上把氧化物中氧被奪去的反應(yīng)叫做還原反應(yīng)

10、。還原反應(yīng)。具有氧化性具有氧化性具有還原性具有還原性發(fā)生還原反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)生熟煉鐵爐二生熟煉鐵爐二 生熟煉鐵爐生熟煉鐵爐一為紀(jì)念為紀(jì)念1996年中國鋼產(chǎn)量突破年中國鋼產(chǎn)量突破1億噸億噸而發(fā)行的郵票而發(fā)行的郵票 上海寶山鋼鐵公司煉鐵高爐上海寶山鋼鐵公司煉鐵高爐鐵礦石焦炭熱空氣爐渣出口生鐵出口石灰石高爐煉鐵圖：高爐煉鐵圖：煉鋼用的電弧爐煉鋼用的電弧爐轉(zhuǎn)爐煉鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼煉鐵和煉鋼煉鐵和煉鋼冶冶煉煉鋼鋼生鐵生鐵鐵合金鐵合金 在高溫條件下，用還原劑一在高溫條件下，用還原劑一氧化碳從鐵的氧化物中將鐵還原氧化碳從鐵的氧化物中將鐵還原出來。出來。例：例：FeFe2 2O O3 3+3C

11、O 2Fe+3CO+3CO 2Fe+3CO2 2高溫高溫原料原料鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣生鐵、廢鋼、生鐵、廢鋼、氧氣、生石灰氧氣、生石灰 高溫下用氧氣或鐵高溫下用氧氣或鐵的氧化物將生鐵中多余的氧化物將生鐵中多余的碳和其它雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈奶己推渌s質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w或爐渣而除去。氣體或爐渣而除去。原原理理設(shè)備設(shè)備產(chǎn)品產(chǎn)品高爐高爐生鐵生鐵轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐 鋼鋼 解： 1000t赤鐵礦石中含氧化鐵的質(zhì)量為 1000t80%=800t 設(shè)：800t氧化鐵理論上可以煉出純鐵的質(zhì)量為x有關(guān)雜質(zhì)問題的計算有關(guān)雜質(zhì)問題的計算 安 徽 巢 湖 謝 玉 榮請用另一種方法試一試：請

12、用另一種方法試一試：解：解：1000t80% 256 160 96% = 583t練習(xí)：要煉出含雜質(zhì)練習(xí)：要煉出含雜質(zhì)3%的生鐵的生鐵2000噸，需要含四氧化噸，需要含四氧化三鐵三鐵90%的磁鐵礦石的質(zhì)量是多少？的磁鐵礦石的質(zhì)量是多少？Fe3O4+4CO 3Fe+4CO2高溫解：需要含解：需要含F(xiàn)e3O490%的磁鐵礦石的質(zhì)量為的磁鐵礦石的質(zhì)量為X232 356X 90 2000t (1-3%) 232 356 X 90 2000t (1-3%)X=2977t答：磁鐵礦石的質(zhì)量為答：磁鐵礦石的質(zhì)量為2977t。作業(yè)：作業(yè)：P21 4、5 課課 題題 3 3 金屬資源的利用和保護金屬資源的利用和

13、保護1、為避免一氧化碳污染空氣、為避免一氧化碳污染空氣,并回收利用一氧化碳并回收利用一氧化碳,方框方框中連接的是中連接的是C和和D，導(dǎo)管接口的連接順序，導(dǎo)管接口的連接順序a 。 C裝置中裝置中NaOH的作用是的作用是 。2、實驗開始時，應(yīng)、實驗開始時，應(yīng) (填填“先加熱再通先加熱再通CO”或或“先通先通CO再加熱再加熱”)，目的是，目的是 。3、實驗進行一段時間后，玻璃管、實驗進行一段時間后，玻璃管A中出現(xiàn)的現(xiàn)象中出現(xiàn)的現(xiàn)象為為 ，反應(yīng)方程式為，反應(yīng)方程式為 。4、除、除CO外，還有哪些物質(zhì)可以還原外，還有哪些物質(zhì)可以還原Fe2O3 (請寫請寫一物質(zhì)的化學(xué)式一物質(zhì)的化學(xué)式)。某化學(xué)興趣小組用一

14、氧某化學(xué)興趣小組用一氧化碳與氧化鐵的反應(yīng)來化碳與氧化鐵的反應(yīng)來探究煉鐵的原理，裝置探究煉鐵的原理，裝置如下圖所示。請回答有如下圖所示。請回答有關(guān)問題：關(guān)問題：d b e除去殘余的二氧化碳除去殘余的二氧化碳 先通先通CO再加熱再加熱 趕盡玻璃管內(nèi)的空氣，防止加熱爆炸趕盡玻璃管內(nèi)的空氣，防止加熱爆炸 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2高溫高溫C或或H2 固體由紅棕色變成黑色固體由紅棕色變成黑色 課課 題題 3 3 金屬資源的利用和保護金屬資源的利用和保護 巢 湖 黃 麓 謝 玉 榮 安 徽 巢 湖 謝 玉 榮二、金屬資源保護二、金屬資源保護資料一：資料一：據(jù)有關(guān)資料報道，據(jù)有關(guān)資料報道，

15、現(xiàn)在世界上每年因腐蝕而報現(xiàn)在世界上每年因腐蝕而報廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于年產(chǎn)量的年產(chǎn)量的20% 20% 40%40%。資料二：資料二：礦物的儲量有限，而且不能再生。根據(jù)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，并目前這些金屬的已探明的一些礦物的儲藏量，并目前這些金屬的消耗速度，有人估消耗速度，有人估 計一些礦物、可供開采的年限計一些礦物、可供開采的年限如課本圖所示（不包括今后新探明的礦物儲量，如課本圖所示（不包括今后新探明的礦物儲量，一些國家的金屬儲備和金屬的回收利用等）。一些國家的金屬儲備和金屬的回收利用等）。 課課 題題 3 3 金屬資源的利用和保

16、護金屬資源的利用和保護金屬銹蝕給人類帶來了巨大的損失。金屬銹蝕給人類帶來了巨大的損失。為了減少損失，需要為了減少損失，需要探究探究金屬銹蝕的原因、防護的方法和廢金屬的回收利用金屬銹蝕的原因、防護的方法和廢金屬的回收利用. 1、金屬的腐蝕和防護金屬的腐蝕和防護探究探究（鐵制品銹蝕的條件）（鐵制品銹蝕的條件） 條條 件件現(xiàn)象現(xiàn)象分分 析析水、氧氣水、氧氣水水氧氣氧氣生銹生銹不生銹不生銹不生銹不生銹可得鐵生銹與氧氣有關(guān)可得鐵生銹與氧氣有關(guān)可得鐵生銹與水有關(guān)可得鐵生銹與水有關(guān)結(jié)論：在結(jié)論：在水、氧氣水、氧氣同時存同時存在的環(huán)境中鐵能生銹在的環(huán)境中鐵能生銹。（緩慢氧化，放熱）（緩慢氧化，放熱）問題：問題

17、：鋁的化學(xué)性質(zhì)比鐵鋁的化學(xué)性質(zhì)比鐵活潑為什么不生銹呢？活潑為什么不生銹呢？ 課課 題題 3 3 金屬資源的利用和保護金屬資源的利用和保護 巢 湖 黃 麓 謝 玉 榮 安 徽 巢 湖 謝 玉 榮鋁與氧氣反應(yīng)生成的致密的氧化鋁薄膜，能覆蓋在鋁表面，鋁與氧氣反應(yīng)生成的致密的氧化鋁薄膜，能覆蓋在鋁表面，從而從而保護里層的鋁不再與氧氣反應(yīng)保護里層的鋁不再與氧氣反應(yīng)；而鐵與氧氣、水等反；而鐵與氧氣、水等反應(yīng)生成的應(yīng)生成的鐵銹鐵銹Fe2O3H2O卻很疏松，不能阻礙里層的鐵卻很疏松，不能阻礙里層的鐵繼續(xù)與氧氣、水等反應(yīng)繼續(xù)與氧氣、水等反應(yīng)，因此鐵制品可以全部銹蝕。，因此鐵制品可以全部銹蝕。請同學(xué)們根據(jù)燃燒條件

18、和滅火的方法結(jié)合鐵生銹的條件，請同學(xué)們根據(jù)燃燒條件和滅火的方法結(jié)合鐵生銹的條件，說出防止鐵生銹的方法。說出防止鐵生銹的方法。（1)1)隔絕空氣或氧氣隔絕空氣或氧氣 (2)(2)隔絕水隔絕水 討論：自行車的構(gòu)件如支架、鏈條、鋼圈等，分別采取了討論：自行車的構(gòu)件如支架、鏈條、鋼圈等，分別采取了什么防銹措施？什么防銹措施？刷油漆刷油漆涂油涂油鍍鉻鍍鉻 課課 題題 3 3 金屬資源的利用和保護金屬資源的利用和保護金屬銹蝕的條件金屬銹蝕的條件： 要有能夠發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，要有能夠發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)， 反應(yīng)物要能相互接觸，反應(yīng)物要能相互接觸， 生成物不會對反應(yīng)起阻礙作用等。生成物不會對反應(yīng)起阻礙作用等。 合 肥

19、 黃 麓 謝 玉 榮對防止鐵制品銹蝕的建議：對防止鐵制品銹蝕的建議： 課課 題題 3 3 金屬資源的利用和保護金屬資源的利用和保護 改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)制成合金，如不銹鋼；改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)制成合金，如不銹鋼； 形成保護層刷油漆、涂油、燒制搪瓷（物理方法）電形成保護層刷油漆、涂油、燒制搪瓷（物理方法）電 鍍上一層耐腐蝕的金屬（鍍鉻、鋅、錫）、通過化學(xué)鍍上一層耐腐蝕的金屬（鍍鉻、鋅、錫）、通過化學(xué) 反應(yīng)使表面形成致密的氧化物薄膜等；反應(yīng)使表面形成致密的氧化物薄膜等； 改善腐蝕環(huán)境等等保持鐵制品表面干燥和潔凈。改善腐蝕環(huán)境等等保持鐵制品表面干燥和潔凈。 2、金屬資源保護、金屬資源保護保護金屬資源的主要途徑：保護金屬資源的主要途徑： 防止金屬的腐蝕防止金屬的腐蝕 金屬的回收和利用金屬的回收和利用 有計劃合理地開采礦物有計劃合理地開采礦物 尋找金屬代用品尋找金屬代用品 物盡其用物盡其用討論：稀土討論：稀土金屬回收的意義金屬回收的意義:1、節(jié)約資源、節(jié)約資源2、節(jié)約能源、節(jié)約能源3、減少環(huán)境污染、減少環(huán)境污染自行車的構(gòu)件如支架、鏈條、鋼圈等，分別采自行車的構(gòu)件如支架、鏈條、鋼圈等，分別采取了什么防銹措施？取了什么防銹措施？課堂練習(xí)課堂練習(xí)8 安 徽 巢 湖 謝 玉 榮學(xué)完本課題你應(yīng)該知道：學(xué)完本課題你應(yīng)該知道： 課課 題題 3 3 金屬資源的利用和保護金屬資源的