第八單元金屬資源的保護(hù)和利用

1、第八單元第八單元 金屬和金屬材料金屬和金屬材料圖圖8-16 8-16 自然界以單質(zhì)形式存在的金自然界以單質(zhì)形式存在的金圖圖8-17 8-17 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 除少數(shù)不活潑的金屬如金、銀等有單質(zhì)形式存除少數(shù)不活潑的金屬如金、銀等有單質(zhì)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。金屬的存在形式：金屬的存在形式：?jiǎn)钨|(zhì)單質(zhì)( ( 少數(shù)，如金和銀少數(shù)，如金和銀) )化合物化合物( ( 大多數(shù)，如各種鐵礦石大多數(shù)，如各種鐵礦石) )赤鐵礦（赤鐵礦（主要成分是主要成分是Fe2O3 ）菱鐵礦（主要成分是菱鐵礦（主要成分是FeCO3 ）圖圖8-18 常見

2、的礦石常見的礦石硫鐵礦硫鐵礦(主要成分是主要成分是FeS2 )磁鐵礦（磁鐵礦（主要成分是主要成分是Fe3O4）一、鐵的冶煉：一、鐵的冶煉：煉鐵爐一煉鐵爐一煉鐵爐二煉鐵爐二 圖圖8-19 我國(guó)古代煉鐵圖我國(guó)古代煉鐵圖2011年全國(guó)鋼產(chǎn)量近年全國(guó)鋼產(chǎn)量近7億噸億噸 原料：鐵礦石、焦炭、石灰石原料：鐵礦石、焦炭、石灰石Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高溫高溫2.2.工業(yè)煉鐵：工業(yè)煉鐵：反應(yīng)的化學(xué)方程式：反應(yīng)的化學(xué)方程式：CO是還原劑；是還原劑；Fe2O3是氧化劑是氧化劑原理：原理： 焦炭在高溫條件下跟焦炭在高溫條件下跟O2反應(yīng)生成反應(yīng)生成CO, CO作還原劑，在高溫條件下把鐵礦石中作還原劑，在高

3、溫條件下把鐵礦石中的鐵還原出來。的鐵還原出來。設(shè)備：煉鐵高爐設(shè)備：煉鐵高爐鐵礦石、焦炭、石灰石鐵礦石、焦炭、石灰石Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高溫高溫CO2C 2CO 高溫高溫C + O2 CO2 點(diǎn)燃點(diǎn)燃現(xiàn)象現(xiàn)象分析分析方程式方程式尾氣處理尾氣處理紅色的紅色的Fe2O3變成黑色，同時(shí)產(chǎn)生變成黑色，同時(shí)產(chǎn)生的氣體的氣體使澄清的石使澄清的石灰水變渾濁灰水變渾濁一氧化碳還原氧化鐵一氧化碳還原氧化鐵, ,生成鐵粉生成鐵粉( (黑色黑色) )與二氧化碳與二氧化碳1.1.實(shí)驗(yàn)室用一氧化碳還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)室用一氧化碳還原氧化鐵用燃著的酒精燈將尾氣點(diǎn)燃或用燃著的酒精燈將尾氣點(diǎn)燃或用氣球收集尾氣用氣球收

4、集尾氣【實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)8-3】Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高溫高溫證明產(chǎn)物中有鐵粉的方法是：證明產(chǎn)物中有鐵粉的方法是： 用磁鐵吸用磁鐵吸(或加稀鹽酸有氣泡或加稀鹽酸有氣泡 )實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟： . .按下圖組裝儀器，按下圖組裝儀器，并檢查其氣密性。并檢查其氣密性。把少量研細(xì)的氧化鐵粉末裝進(jìn)硬質(zhì)玻璃管中。把少量研細(xì)的氧化鐵粉末裝進(jìn)硬質(zhì)玻璃管中。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，先通入一氧化碳?xì)怏w先通入一氧化碳?xì)怏w排除空氣，防止一氧化碳與空氣混合受熱爆炸。點(diǎn)燃出氣口排除空氣，防止一氧化碳與空氣混合受熱爆炸。點(diǎn)燃出氣口處的酒精燈處的酒精燈(或用氣球收集或用氣球收集)，防止

5、一氧化碳污染空氣。待排盡，防止一氧化碳污染空氣。待排盡后，點(diǎn)燃酒精噴燈，后，點(diǎn)燃酒精噴燈，并觀察裝置中所發(fā)生的變化。并觀察裝置中所發(fā)生的變化。當(dāng)紅棕色粉末已轉(zhuǎn)變成黑色后，當(dāng)紅棕色粉末已轉(zhuǎn)變成黑色后，停止加熱，再通入一停止加熱，再通入一會(huì)兒一氧化碳，直至玻璃管冷卻，防止會(huì)兒一氧化碳，直至玻璃管冷卻，防止Fe被氧化。被氧化。一氧化碳還原氧化鐵一氧化碳還原氧化鐵必須在必須在封閉封閉的硬質(zhì)玻的硬質(zhì)玻管中進(jìn)行，管中進(jìn)行，防止一氧防止一氧化碳污染空氣化碳污染空氣。 在在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)實(shí)際生產(chǎn)時(shí), ,所用的原料或產(chǎn)物一般都含所用的原料或產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì)有雜質(zhì), ,在計(jì)算用料時(shí)和產(chǎn)量時(shí)在計(jì)算用料時(shí)和產(chǎn)量時(shí), ,

6、應(yīng)考慮到雜質(zhì)應(yīng)考慮到雜質(zhì)問題。問題?；旌衔?、混合物、純純凈凈物質(zhì)物質(zhì)、純度之間的關(guān)系：、純度之間的關(guān)系：列比例時(shí)，一定要用純凈物的質(zhì)量。列比例時(shí)，一定要用純凈物的質(zhì)量。3.含雜質(zhì)的物質(zhì)的化學(xué)方程式的計(jì)算：含雜質(zhì)的物質(zhì)的化學(xué)方程式的計(jì)算：m(純純) = m(混混 )純度純度(%)m(不純不純) = m(純純) 純度純度(%)例題：用例題：用1000t含氧化鐵含氧化鐵(Fe2O3) 80%的赤鐵礦石，理的赤鐵礦石，理論上可煉含鐵論上可煉含鐵96%的生鐵多少噸？的生鐵多少噸？Fe2O3+3CO=2Fe + 3CO2高溫高溫解：解：1000t赤鐵礦石中含氧化鐵的質(zhì)量為赤鐵礦石中含氧化鐵的質(zhì)量為1000

7、t 80%800t。設(shè)設(shè)800t氧化鐵理論上可以煉出鐵的質(zhì)量為氧化鐵理論上可以煉出鐵的質(zhì)量為X。160 112800t X160112=800tXX560t折合含鐵折合含鐵96%的生鐵的質(zhì)量為的生鐵的質(zhì)量為560t 96%583t(純化雜純化雜)答：答： 1000t含氧化鐵含氧化鐵(Fe2O3) 80%的赤鐵礦石，理論上可煉出含的赤鐵礦石，理論上可煉出含鐵鐵96%的生鐵為的生鐵為583t?；蛟O(shè)或設(shè)800t氧化鐵理論上可以煉氧化鐵理論上可以煉含鐵含鐵96%的生鐵的生鐵質(zhì)量為質(zhì)量為X。Fe2O3+3CO=2Fe + 3CO2高溫高溫160 112800t X96%160 :112800t :X96

8、% X583t(雜化純雜化純)設(shè)需含設(shè)需含F(xiàn)e2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的赤鐵礦石的質(zhì)量為的赤鐵礦石的質(zhì)量為x。解：解：生鐵中含純鐵：生鐵中含純鐵：3000t(15%)=2850t.Fe2O3 + 3CO= 2Fe + 3CO2160 112 X 85% 2850t 高溫高溫160112=X 85%2850tX4790t答答：該該3000 t生鐵中含純鐵生鐵中含純鐵2850t。該煉鋼廠每天需含該煉鋼廠每天需含F(xiàn)e2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的赤鐵礦石為的赤鐵礦石為4790t。1、某煉鋼廠日產(chǎn)含雜質(zhì)、某煉鋼廠日產(chǎn)含雜質(zhì)5%的生鐵的生鐵3000t，試計(jì)算：，試計(jì)算：該該3000 t生鐵中

9、含純鐵多少噸？生鐵中含純鐵多少噸？該煉鋼廠每天需含該煉鋼廠每天需含F(xiàn)e2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的赤鐵礦石多的赤鐵礦石多少噸？（計(jì)算結(jié)果保留整數(shù)）少噸？（計(jì)算結(jié)果保留整數(shù)）跟蹤練習(xí)：跟蹤練習(xí)：4 4. .某課外興趣小組對(duì)一批鐵樣品（含有雜質(zhì)，雜質(zhì)不溶于水，某課外興趣小組對(duì)一批鐵樣品（含有雜質(zhì)，雜質(zhì)不溶于水，也不與稀硫酸反應(yīng)）進(jìn)行分析，甲、乙、丙三位同學(xué)分別進(jìn)也不與稀硫酸反應(yīng)）進(jìn)行分析，甲、乙、丙三位同學(xué)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中只有一位同學(xué)所取用的稀硫酸與鐵樣品恰好完行實(shí)驗(yàn)，其中只有一位同學(xué)所取用的稀硫酸與鐵樣品恰好完全反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：全反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表： 請(qǐng)你認(rèn)真分析數(shù)據(jù)，回答下列問

10、題：請(qǐng)你認(rèn)真分析數(shù)據(jù)，回答下列問題： 哪位同學(xué)所取用的稀硫酸與鐵樣品恰好完全反應(yīng)；哪位同學(xué)所取用的稀硫酸與鐵樣品恰好完全反應(yīng)； 計(jì)算樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；計(jì)算樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； 若生產(chǎn)若生產(chǎn)1000 t這種純度的鐵，至這種純度的鐵，至少少需要含氧化鐵需要含氧化鐵(Fe2O3)80%的赤鐵礦多少噸？的赤鐵礦多少噸？ 甲甲乙乙丙丙燒杯稀硫酸燒杯稀硫酸200g150g150g加入的鐵樣品加入的鐵樣品9g9g14g充分反應(yīng)后，燒杯剩余物充分反應(yīng)后，燒杯剩余物208.7g 158.7g163.7g改正：改正：(燒杯的質(zhì)量為燒杯的質(zhì)量為25.4g；計(jì)算結(jié)果精確到；計(jì)算結(jié)果精確到0.1%)解：解：分析表中數(shù)

11、據(jù)可知，甲、乙、丙三人的實(shí)驗(yàn)生成氣的質(zhì)分析表中數(shù)據(jù)可知，甲、乙、丙三人的實(shí)驗(yàn)生成氣的質(zhì)量都是量都是0.3g(如甲為如甲為200g+9g-208.7g0.3g),即各人的實(shí)驗(yàn)中都有一種即各人的實(shí)驗(yàn)中都有一種反應(yīng)物完全反應(yīng)。由甲、乙數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)物完全反應(yīng)。由甲、乙數(shù)據(jù)可知，9g鐵樣品中的鐵完全反應(yīng)，鐵樣品中的鐵完全反應(yīng)，甲中的酸過量甲中的酸過量。由乙、丙數(shù)據(jù)可知，。由乙、丙數(shù)據(jù)可知，(150g 25.4g)124.6g的稀硫的稀硫酸中的酸中的H2SO4完全反應(yīng)，完全反應(yīng)，丙中的金屬過量丙中的金屬過量。綜合分析可知。綜合分析可知乙同學(xué)所乙同學(xué)所取用的稀硫酸與鐵樣品恰好完全反應(yīng)。取用的稀硫酸與鐵樣品

12、恰好完全反應(yīng)。甲甲乙乙丙丙燒杯稀硫酸燒杯稀硫酸200g150g150g加入的鐵樣品加入的鐵樣品9g9g14g充分反應(yīng)后，燒杯剩余物充分反應(yīng)后，燒杯剩余物208.7g 158.7g163.7g解：解：乙反應(yīng)生成氫氣的質(zhì)量為乙反應(yīng)生成氫氣的質(zhì)量為150g+9g-158.7g0.3g。設(shè)設(shè)Fe的質(zhì)量為的質(zhì)量為X。 Fe + H2SO4 = FeSO4 + H256 2 X 0.3g則則Fe%8.4g9g 100%=93.3%計(jì)算樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；計(jì)算樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；答：樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為答：樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93.3%。562X0.3g=X=8.4g若生產(chǎn)若生產(chǎn)1000 t這種純度的鐵，至

13、這種純度的鐵，至少少需要含氧化鐵需要含氧化鐵(Fe2O3)80%的赤的赤鐵礦多少噸？鐵礦多少噸？解：解：需要含氧化鐵需要含氧化鐵80%的赤鐵礦的質(zhì)量為的赤鐵礦的質(zhì)量為Y。1000 t這種純度的鐵含純鐵的質(zhì)量為這種純度的鐵含純鐵的質(zhì)量為1000t93.3%930t。3CO+ Fe2O3 2Fe + 3CO2 =高溫高溫160 112Y80% 930t160:112=Y80%: 930t Y=1666.1t答：答：生產(chǎn)生產(chǎn)1000 t這種純度的鐵，至這種純度的鐵，至少少需要含氧化鐵需要含氧化鐵(Fe2O3)80%的赤鐵礦為的赤鐵礦為1666.1t。二、金屬資源保護(hù)二、金屬資源保護(hù)保護(hù)金屬資源的原因

14、：保護(hù)金屬資源的原因：每年大量開采每年大量開采(數(shù)以億噸計(jì)數(shù)以億噸計(jì))每年大量的金屬被腐蝕每年大量的金屬被腐蝕(相相當(dāng)于年產(chǎn)量的當(dāng)于年產(chǎn)量的20%40%)為什么要保護(hù)金屬資源？為什么要保護(hù)金屬資源？1. 1.金屬的腐蝕和防護(hù)金屬的腐蝕和防護(hù)人們采取了許多措施，但每年人們采取了許多措施，但每年全世界因生銹而損失的鋼鐵約全世界因生銹而損失的鋼鐵約 占世界年產(chǎn)量的占世界年產(chǎn)量的四分之一！四分之一！如何防銹？如何防銹？a.在干燥空氣中在干燥空氣中b.浸沒被植物油密浸沒被植物油密封的涼開水中封的涼開水中c.半截浸沒在水中半截浸沒在水中鐵的生銹過程鐵的生銹過程哪種條件下哪種條件下, ,鐵最鐵最易生銹易生銹

15、? ?為什么為什么? ?不生銹不生銹(有水無有水無O2) 不生銹不生銹 ( (有有OO2無水無水) )在水與空氣的交界面最易生銹在水與空氣的交界面最易生銹 植物油植物油 a b c請(qǐng)思考：請(qǐng)思考：用橡皮塞用橡皮塞塞緊管口塞緊管口(有水和有水和2)想一想想一想因此，鐵與空氣接觸，又有水分時(shí)，最易因此，鐵與空氣接觸，又有水分時(shí)，最易生銹！生銹！與空氣（氧氣）與空氣（氧氣）接觸接觸與水與水接觸接觸鐵制品生銹的條件鐵制品生銹的條件:鐵制品與水和空氣（氧氣）同時(shí)接觸鐵制品與水和空氣（氧氣）同時(shí)接觸討論討論2、為什么鐵制品易生銹而鋁制品耐腐蝕呢？為什么鐵制品易生銹而鋁制品耐腐蝕呢？鐵銹鐵銹與與鋁壺表面的氧

16、化鋁膜性質(zhì)比較鋁壺表面的氧化鋁膜性質(zhì)比較 鐵銹鐵銹 (e23)氧化鋁氧化鋁 (Al2O3)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)若不除去結(jié)果若不除去結(jié)果疏松多孔疏松多孔完全銹蝕完全銹蝕致密結(jié)實(shí)致密結(jié)實(shí)使鋁使鋁“自我保自我保護(hù)護(hù)”鐵銹成分復(fù)雜，主要是鐵銹成分復(fù)雜，主要是Fe2O3XH2O，它是一，它是一種疏松多孔的物質(zhì)種疏松多孔的物質(zhì)易吸水和易吸水和氧氣氧氣怎么防止鋼鐵生銹呢？怎么防止鋼鐵生銹呢？在在車車船船的的表表面面噴噴油油漆漆在機(jī)械表面涂防銹油在機(jī)械表面涂防銹油在面盆、杯子、在面盆、杯子、等表面燒涂搪瓷等表面燒涂搪瓷此外，還可以在鋼此外，還可以在鋼鐵表面鍍上一層能鐵表面鍍上一層能起保護(hù)作用的其他起保護(hù)作用的其他金屬。金屬。如：在鋼鐵表面鍍?nèi)纾涸阡撹F表面鍍錫、鍍鋅、和鍍鉻錫、鍍鋅、和鍍鉻鍍銅鍍銅小結(jié)小結(jié)三角架：三角架：鋼線鋼線(輻條）輻條）鏈條：鏈條：刷漆刷漆鍍一層耐腐鍍一層耐腐蝕的金屬蝕的金屬涂油等涂油等平時(shí)要保持自行車的潔凈與干燥（或涂油）！平時(shí)要保持自行車的潔凈與干燥（或涂油）！自行車防銹措施有哪些？自行車防銹措施有哪些？討論：討論：鋼圈鋼圈討論討論 圖圖8-25 據(jù)估計(jì)一些礦物可供開采的年限據(jù)估計(jì)一些礦物可供開采的年限2.2.金屬資源保護(hù)金屬資源保護(hù)有計(jì)劃有計(jì)劃,合理地開采礦物合理地開采礦物,嚴(yán)禁不顧國(guó)