第8單元課題3,金屬資源利用和保護(hù)(第2課時(shí))

本文格式為Word版，下載可任意編輯——第8單元課題3,金屬資源利用和保護(hù)(第2課時(shí))課題33金屬資源的利用和保護(hù)（兩課時(shí)）

其次課時(shí)[表示投影資料]資料一：據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，現(xiàn)在世界上每年因腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)於年產(chǎn)量的20％～40％。

資料二：礦物的儲(chǔ)量有限，而且不能再生。根據(jù)已探明的一些礦物的儲(chǔ)藏量，並根據(jù)目前這些金屬的消耗速度，有人估計(jì)一些礦物可供開(kāi)採(cǎi)的年限如下圖所示(不包括今後新控要明的礦物儲(chǔ)量、一些國(guó)家的金屬儲(chǔ)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(lái)哪些危害?2．金屬資源短缺對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展意味著什麼?[學(xué)生分組討論，並交流討論結(jié)果)1題可能的回復(fù)有：

(1)金屬大量腐蝕使冶煉金屬的本金提高。

譬如說(shuō)既消耗能源，又浪費(fèi)礦物，還可能產(chǎn)生大量的廢氣危害人類健康。

(2)使金屬製品的壽命縮短。

(3)作為量器，將影響到其精確度。

(4)若高科技領(lǐng)域所用金屬製品銹蝕，如在火箭上，將會(huì)失之毫釐，謬以千里，其帶來(lái)的損失不成估量。

(5)金屬製品銹蝕，會(huì)影響其美觀程度。

2題可能的回復(fù)有：

(1)金屬資源短缺時(shí)，將會(huì)使好多金屬冶煉廠因缺乏原料而倒閉，工人下崗。

(2)人們?cè)O(shè)計(jì)好的金屬製品將會(huì)因原料短缺而無(wú)法付諸實(shí)踐，即心想事不成。

(3)我們現(xiàn)在的交通工具多是金屬製品。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(méi)有那麼多的金屬起導(dǎo)電作用，我們勢(shì)必會(huì)經(jīng)常生活在黑暗中。

(5)金屬資源短缺雖會(huì)影響人類對(duì)金屬製品的使用，但它卻可以促使人們?nèi)ふ腋玫奶娲贰?/p>

[教師鼓勵(lì)學(xué)生暢所欲言，並對(duì)他們的奇思妙想進(jìn)行評(píng)價(jià)][總結(jié)]由大家剛才的討論可知，金屬腐蝕和金屬資源短缺對(duì)人類是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

[引入]因此，保護(hù)金屬資源也就成了目前我們所面臨的重大問(wèn)題。

[板書]四、金屬資源保護(hù)[過(guò)渡]防止金屬腐蝕是我們保護(hù)金屬資源的有力措施。

[板書]1．金屑的腐蝕和防護(hù)[講解]金屑腐蝕是需要條件的，如要有能夠發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，反應(yīng)物要能相互接觸、生成物不會(huì)對(duì)反應(yīng)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製品腐蝕。

[過(guò)渡]下面，就讓我們以生活中最常見(jiàn)的鐵製品為例來(lái)探究鐵製品的銹蝕條件及防銹措施。

[板書](1)鐵製品銹蝕條件的探究[投影]現(xiàn)有潔淨(jìng)無(wú)鏽的鐵釘、試管、稀硫酸(或醋酸)、食鹽水、經(jīng)煮沸急速冷卻的蒸餾水、植物油、棉花和乾燥劑氯化鈣。試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較鐵釘在不同環(huán)境中的銹蝕速度。

注：此實(shí)驗(yàn)在約一周前已給學(xué)生佈置。

[學(xué)生交流實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果]學(xué)生設(shè)計(jì)的方案大約有以下幾種：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：鐵釘銹蝕的快慢順序?yàn)?234567。

[根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，教師引導(dǎo)學(xué)生得出導(dǎo)致鐵釘銹蝕的因素，並板書]

在水、氧氣同時(shí)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]鐵製品銹蝕的過(guò)程，實(shí)際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。

鐵銹的主要成分是Fe2O3xH2O。

[設(shè)問(wèn)]鋁與氧氣反應(yīng)生成的氧化鋁能起到保護(hù)裡層鋁的作用。鐵銹是否也能保護(hù)裡層的鐵呢?[學(xué)生看書後回復(fù)]不能。

[講解]鐵銹是一種疏鬆多孔的物質(zhì)。具有吸水性，它能讓水分和空氣中的氧氣穿過(guò)它的空隙，不斷向裡層滲透，繼續(xù)跟鐵反應(yīng)，直至鐵被完全銹蝕。故鐵銹反而能加速裡層鐵的生銹。

[問(wèn)]為什麼方案5中的鐵釘比方案4中的鐵釘鏽得慢呢?[答]因?yàn)橹蠓羞^(guò)的蒸溜水中氧氣極少。

[過(guò)渡]瞭解了鐵製品銹蝕的條件，我們應(yīng)該採(cǎi)取什麼措施來(lái)防止鐵製品的生銹呢?[板書](2)鐵製品的防護(hù)措施[學(xué)生討論][教師啟發(fā)]鐵製品的銹蝕是需要具備確定條件的。假設(shè)破壞鐵製品銹蝕的條件，使它們不再具備銹蝕的基礎(chǔ)。就能防止鐵製品銹蝕。

[學(xué)生交流討論結(jié)果]如：1．鐵製品放置時(shí)要遠(yuǎn)離酸性環(huán)境，儘量放置在乾燥的環(huán)境中。

2．在鐵製品外面穿一層保護(hù)衣，如可塗上隔絕空氣的油脂、塗油漆、鍍上一層耐腐蝕的其他金屬、高溫灼燒金屬，進(jìn)行"烤藍(lán)'處理等等。

3．一發(fā)現(xiàn)鐵製品有銹蝕，就馬上處理，以防止其繼續(xù)曼延。

[教師總結(jié)並板書]①把鐵製品放在非酸性的乾燥環(huán)境中。②為其穿一層耐腐蝕的外衣。

[討論]自行車的構(gòu)件如支架、鏈條、鋼圈等，分別採(cǎi)取了什麼防銹措施?[學(xué)生討論並回復(fù)]刷漆、塗油脂、鍍其他金屬等。

[過(guò)渡]上面我們討論了鐵製品的腐蝕和防護(hù)。對(duì)於金屬資源，除了採(cǎi)取防止金屬腐蝕的措施外，還可以通過(guò)什麼途徑來(lái)使金屬資源得到保護(hù)呢?[板書]2．金屬資源保護(hù)

[啟發(fā)]廢品收購(gòu)站為什麼要收購(gòu)廢鐵、廢銅和易開(kāi)罐等金屬?[生]回收它們是為了對(duì)它們進(jìn)行再利用。

[師]很正確!金屬的回收和利用是保護(hù)金屬資源的又一有效途徑。

[討論]廢棄金屬的回收有什麼意義?[學(xué)生討論，並各抒己見(jiàn)]可能的觀點(diǎn)有：

1．可節(jié)約金屬資源。

2．由於金屬冶煉需在高溫下進(jìn)行，回收廢棄金屬並再利用可節(jié)約能源。

3．降低金屬製品的生產(chǎn)本金，可便當(dāng)人們得到物美價(jià)廉的金屬製品。

4．可減少重金屬對(duì)水體和土壤的污染。

[講解]據(jù)估算，回收一個(gè)鋁制飲料罐比製造一個(gè)新飲料罐要低廉20％，1t廢鋼鐵回爐冶煉可煉成近1t鋼，跟用鐵礦石冶煉比，能節(jié)約11t煤和鐵礦石，減少污染空氣的懸浮微粒11kg，可見(jiàn)回收利用廢金屬，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)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(hù)金屬資源的其他途徑嗎?[學(xué)生討論並回復(fù)]合理開(kāi)採(cǎi)礦物，可制止亂採(cǎi)礦所引起的金屬資源的浪費(fèi)；尋找金屬的代用品也可使金屬資源得到保護(hù)；進(jìn)一步研究金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，使各種金屬都能最大限度地得以運(yùn)用。[總結(jié)並板書](1)防止金屬腐蝕(2)回收和利用廢舊金屬(3)合理開(kāi)採(cǎi)礦物(4)尋找金屬代用晶(5)物盡其用

[師]金屬資源不成再生，我國(guó)隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，金屬資源呈日益短缺之勢(shì)，故保護(hù)金屬資源人人有責(zé)。夢(mèng)想大家能從身邊做起，從自己做起，也夢(mèng)想大家能好好學(xué)習(xí)，且能在將來(lái)利用你的聰慧找出更多的金屬代用品，從而使我們的未來(lái)不再為金屬資源的匱乏而發(fā)愁。

[小結(jié)]本節(jié)課我們主要探究了鐵製品腐蝕和防護(hù)，同時(shí)討論了金屬資源的保護(hù)問(wèn)題。

[佈置作業(yè)]習(xí)題l、2、6板書設(shè)計(jì)四、金屬資源保護(hù)

1．金屬的腐蝕和防護(hù)(1)鐵製品銹蝕條件的探究在水、氧氣同時(shí)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)鐵製品的防護(hù)措施①把鐵製品放在非酸性的乾燥的環(huán)境中。

②為其穿一層耐腐蝕的外衣。

2．金屬資源保護(hù)(1)防止金屬腐蝕(2)回收和利用廢舊金屬(3)合理開(kāi)採(cǎi)礦物(4)尋找金屬代用品(5)物盡其用考題回顧1．日常生活中發(fā)生的以下變化都屬於化學(xué)變化的一組是()A.玻璃杯被摔碎、米飯變餿B．酒精揮發(fā)、濕衣服晾乾C.蠟燭燃燒、乒乓球變癟D.菜刀生銹、牛奶變酸

2．化學(xué)反應(yīng)往往需要在確定的條件下進(jìn)行。通過(guò)操縱或改變反應(yīng)條件可以加快、減緩甚至阻攔反應(yīng)的進(jìn)行。以下各項(xiàng)所反映的措施中，能加快其化學(xué)反應(yīng)速率的是()A．鐵門外觀噴漆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．下圖表示的是地殼裡所含各種元素的品質(zhì)分?jǐn)?shù)。請(qǐng)根據(jù)下圖回復(fù)以下問(wèn)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_(kāi)____________；(3)地殼中含量最多的非金屬元素與含量占其次位的金屬元素之間，形成化合物的化學(xué)式可以是_____________。

4.(2022年北京市海澱區(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(yīng))，為了測(cè)定該樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，某同學(xué)稱取該樣品10g，並用下圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到如下兩組資料：

反應(yīng)前氧化鐵完全反應(yīng)後A組玻璃管和氧化鐵樣品的品質(zhì)43.7g玻璃管和固體物質(zhì)的品質(zhì)41.3g

B組燒杯和澄清石灰水的品質(zhì)180g燒杯和燒杯中物質(zhì)的品質(zhì)186.2g試回復(fù)：

(1)你認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)選擇___組的實(shí)驗(yàn)資料來(lái)計(jì)算樣品中氧化鐵的品質(zhì)分?jǐn)?shù)，計(jì)算的結(jié)果為_(kāi)_____。

(2)這位元同學(xué)所用實(shí)驗(yàn)裝置的缺乏之處是__________。

分析：(1)應(yīng)當(dāng)選擇A組的實(shí)驗(yàn)資料來(lái)計(jì)算樣品中氧化鐵的品質(zhì)分?jǐn)?shù)，因?yàn)锽組資料假設(shè)按燒杯中澄清石灰水的品質(zhì)變化來(lái)作為CO還原Fe2O3的產(chǎn)物CO2的品質(zhì)所導(dǎo)致的誤差較大，理由是空氣中的CO2也與石灰水作用。所以選擇A組資料，計(jì)算如下：

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2m160112160-112＝48x43．7g-41．3g＝2．4g

x＝8g，(Fe2O3)％=100％＝80％。

(2)因?yàn)镃O通過(guò)玻璃管時(shí)並未全部轉(zhuǎn)化為CO2，而且燒杯中的溶液又不能吸收CO，所以CO通過(guò)燒杯中的石灰水後排放到空氣中，這種劇毒氣體將嚴(yán)重污染環(huán)境，所以要有尾氣處理裝置。

答案：1．D2．C3．(1)6(2)7．73％(3)FeO(或Fe2O或Fe3O4)4．(1)A80％(2)缺少尾氣處理裝置備課資料1．我國(guó)古代冶鐵、煉鋼的成就我國(guó)在2300多年以前就已經(jīng)接觸了鐵，並加以利用。在河北曾出土一把商代的銅鉞，其年頭約在西元前14世紀(jì)前後。銅鉞上嵌有的鐵刃已經(jīng)全部氧化成氧化鐵。對(duì)鐵刃的殘鏽檢驗(yàn)後說(shuō)明，鐵刃是用隕鐵鍛成的。這說(shuō)明那時(shí)不僅認(rèn)識(shí)了鐵，而且能進(jìn)行鍛造加工。

已有的考古發(fā)現(xiàn)，我國(guó)最早人工冶煉的鐵器始於西元前6世紀(jì)，即春秋末期或更早一些。那時(shí)，幾乎同時(shí)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(shí)還原鐵礦石的方法，這種鐵裡含有較多大塊的氧化鐵和矽酸鐵。生鐵是在高溫下液態(tài)冶煉出來(lái)的，含碳超過(guò)2％，還含有較細(xì)小的矽酸鹽。對(duì)西元前5世紀(jì)的鐵錛和鐵鏟進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)是生鐵鑄造的，其中鐵鏟還經(jīng)過(guò)退火處理，是展性鑄鐵。在我國(guó)一些早期的文獻(xiàn)(如《詩(shī)經(jīng)秦風(fēng)》《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)在西元13世紀(jì)末至14世紀(jì)初，比我國(guó)晚1900多年。

塊煉鐵煉出以後需要加熱鍛打，以擠出夾雜物，鍛成器物。在屢屢加熱過(guò)程中，塊煉鐵同炭火接觸，有可能增碳變硬，塊煉滲碳鋼的冶煉技術(shù)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(guó)後期，這種技術(shù)已在燕國(guó)應(yīng)用。對(duì)片面鐵器的檢查說(shuō)明，絕大片面是鋼鍛制的，如長(zhǎng)100．4cm的長(zhǎng)劍以及某些殘劍、箭桿、矛等。這些鍛鋼件大都經(jīng)過(guò)淬火處理，這說(shuō)明至遲在戰(zhàn)國(guó)晚期，淬火技術(shù)在生產(chǎn)上已經(jīng)廣泛應(yīng)用。

2．煉鐵的礦石主要有哪些?怎樣識(shí)別鐵礦石?鐵在自然界中的分佈很廣，主要以化合態(tài)存在，含鐵的礦石好多，具有冶煉價(jià)值的鐵礦石有磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。

識(shí)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)。

①磁鐵礦(Fe3O4)黑色的，用粗瓷片在礦石上刻畫時(shí)，留下的條痕是黑色的。具有磁性，密度為4．9～5．2克／釐米3。

②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依舊是紅色，不具磁性。成緻密塊狀或結(jié)晶塊狀(稱鏡鐵礦)產(chǎn)出，也有成土狀產(chǎn)出。密度為5～5．3克／釐米3。

③褐鐵礦(Fe2O33H2O)礦石有黃褐、褐和黑褐等多種顏色。瓷片的刻痕呈黃褐色。無(wú)磁性，密度為3．3～4克／釐米3。

④菱鐵礦(FeCO3)有黃白、淺褐或深褐等顏色。性脆，無(wú)磁性，在鹽酸裡有氣泡(CO2)放出。密度為3．8～3．9克／釐米3。

3．用高爐煉鐵時(shí)，為什麼要參與石灰石?煉鐵時(shí)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(wú)用的脈石，主要成分是二氧化矽(SiO2)。煉鐵時(shí)，被還原出的鐵在高溫下變成液體，而二氧化矽熔點(diǎn)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矽反應(yīng)生成熔點(diǎn)比鐵水溫度還低的矽酸鈣，而液態(tài)矽酸鈣密度比鐵水小且跟鐵水不相混溶，便浮在鐵水上。打開(kāi)高爐上的出渣口，液態(tài)矽酸鈣先流出去，凝固成高爐渣。過(guò)去這種高爐渣當(dāng)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)在將高爐渣粉碎配製成水泥，過(guò)去的廢物變成了今日的建築材料。

CaCO3CaO+CO2CaO+SiO2CaSiO34．鋼鐵是怎樣被腐蝕的?鋼鐵會(huì)生紅鏽，銅會(huì)生綠鏽，金屬的腐蝕現(xiàn)象特別普遍，它給經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)的損失特別驚人。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由於腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料，約相當(dāng)於年產(chǎn)量的1／3。腐蝕的危害不僅在於金屬本身受損失，更重要的是金屬製品遭破壞。金屬製品的價(jià)值比金屬本身要大的多，如汽車、船舶、飛機(jī)、橋樑、機(jī)械設(shè)備，細(xì)致儀器等的價(jià)值遠(yuǎn)高於金屬本身。此外，由於金屬設(shè)備的腐蝕而造成有用物質(zhì)的洩漏(輸油管漏油，輸氣管漏氣等)的損失也分外驚人。因此，認(rèn)識(shí)金屬腐蝕的理由，尋找金屬防護(hù)的方法具有特別重要的意義。

金屬腐蝕的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。即金屬在確定條件下，失去電子被氧化生成化合物的過(guò)程。根據(jù)腐蝕的理由，又將金屬腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化腐蝕兩大類。

①化學(xué)腐蝕：金屬跟非電解質(zhì)直接接觸被氧化，沒(méi)有電流產(chǎn)生。如：鐵在高溫時(shí)跟氯氣化合，高溫下軋製鋼材時(shí)，鐵被氧化成氧化鐵等。

②電化學(xué)腐蝕：是不純的金屬或合金跟電解質(zhì)水溶液接觸，構(gòu)成無(wú)數(shù)微小原電池而發(fā)生的鏽腐過(guò)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(xué)腐蝕更普遍，危害更大，是金屬腐蝕的主要形式。實(shí)際上，兩種腐蝕往往同時(shí)發(fā)生。

在普遍碳素鋼中，碳以石墨形式均勻分佈在合金中，金屬外觀吸附水膜，再溶解進(jìn)CO2等氣體便成了電解質(zhì)溶液，與鋼鐵構(gòu)成了無(wú)數(shù)微小原電池，鐵是負(fù)極，石墨等雜質(zhì)是正極。鋼鐵發(fā)生電化腐蝕時(shí)，由於鋼鐵外觀的水膜性質(zhì)不同，可發(fā)生析氫或吸氧腐蝕。一般以吸氧的電化學(xué)腐蝕為主。

吸氧腐蝕的環(huán)境：鋼鐵與吸附在外觀的溶有氧氣的水膜構(gòu)成原電池，水膜根本為中性。

負(fù)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(jià)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：鋼鐵與吸附在外觀的溶有CO2的水膜構(gòu)成原電池，水膜為酸性。

負(fù)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，並且最終鐵銹成分也主要是Fe(OH)3和Fe2O3的混合物。

綜上所述可知潮濕的空氣，有害氣體如二氧化硫、二氧化碳、氯化氫、氯氣等與金屬接觸，是金屬發(fā)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的條件。

因此，使金屬保持乾燥，與空氣或有害氣體隔絕，都可保護(hù)金屬防止生銹。具體的防護(hù)措施可採(cǎi)取：塗油，噴漆，燒藍(lán)，熱鍍鋅、錫、電鍍鋅、鉻、鎳，製成抗腐蝕的合金如不銹鋼，還有電化學(xué)防法等。

5．重金屬引起的水污染名稱水中主要存在形態(tài)污染的來(lái)源污染的危害工業(yè)廢水最高容許排放濃度mgL-3

飲用水