資源簡介

(共59張PPT)
第八單元 金屬和金屬材料
課題3 金屬資源的利用和保護
我們在日常生活中經常使用金屬制品，制造它們的金屬是從哪里來的呢？
情景引入
地球上的金屬資源
廣泛存在于
地殼
海洋
存在形式為
少數很不活潑的金屬如Au、Ag等有單質形式存在
多數金屬都以化合物形式存在
有
很
知識講解
一、地球上的金屬資源
除少數不活潑的金屬如金、銀、銅等有單質形式存在外，其余都以化合物形式存在。
自然界中以單質
存在的金
自然界以單質形式存在的銀
含有礦物的巖石稱為礦石。
元素名稱 質量分數/％ 元素名稱 質量分數/％
鋁 7.73 鎂 2.00
鐵 4.75 鋅 0.008
鈣 3.45 銅 0.007
鈉 2.74 銀 0.00001
鉀 2.47 金 0.0000005
金屬元素在地殼中的含量
鐵礦石等是常見的礦石
常見的金屬礦石
赤鐵礦
主要成分Fe2O3
磁鐵礦
主要成分Fe3O4
菱鐵礦
主要成分FeCO3
鋁土礦 主要成分Al2O3
P15
黃鐵礦: FeS2
常見的金屬礦石
輝銅礦
主要成分Cu2S
黃銅礦
主要成分CuFeS2
P15
孔雀石 Cu2(OH)2CO3
赤銅礦 Cu2O
我國是世界上已知礦物種類比較齊全的少數國家之一，礦物儲量也很豐富，其中鎢、鉬、鈦、錫、銻等儲量居世界前列，銅、鋁、錳等儲量在世界上也占有重要地位。
大自然向人類提供了豐富的金屬礦物資源，人類每年要提煉數以億噸計的金屬用于工農業生產和其它領域。其中，提取量最大的是鐵。
赤鐵礦
鐵制品
？
思考：自然界中的金屬礦物是如何變成人們使用的金屬產品的呢？
一、鐵的冶煉
春秋戰國時期，我國開始生產和使用鐵器
現代煉鐵設備
冶鐵的目的
鐵的化合物
鐵單質
煉鐵原理：CO還原氧化鐵
Fe2O3+3CO ==== 2Fe+3CO2
高溫
煉鐵原理：CO還原氧化鐵
⑧熄滅點燃尾氣的酒精燈
③通CO；
⑤點燃加熱Fe2O3的酒精燈；
⑥停止加熱Fe2O3；
⑦停止通CO；
④點燃尾氣處理酒精燈；
①檢查裝置氣密性；
②裝入藥品并固定；
“酒精噴燈遲到早退，CO早出晚歸”
實驗裝置
Fe2O3+3CO ==== 2Fe+3CO2
高溫
實驗步驟
①裝置末尾的酒精燈：處理尾氣，防止CO污染大氣。
紅棕色的物質變為黑色；澄清的石灰水變渾濁。
實驗注意事項：
②先通CO，再加熱氧化鐵，排盡裝置內空氣，防止爆炸。
③停止加熱后繼續通CO直至冷卻，防止鐵被氧化
尾氣燃燒產生藍色火焰
實驗現象：
1.原 料：
焦炭、鐵礦石、
空氣、石灰石
黃鐵礦 FeS2
赤鐵礦 Fe2O3
菱鐵礦 FeCO3
磁鐵礦 Fe3O4
工業上鐵的冶煉
知識講解
2.原理：
在高溫下，利用焦炭與氧氣反應生成的CO把鐵從鐵礦石中還原出來
Fe2O3+3CO ==== 2Fe+3CO2
高溫
3.主要設備：高爐
Fe3O4 + 4CO ==== 3Fe + 4CO2
高溫
70%
48.27%
46.67%
72.41%
含鐵量
(冶煉赤鐵礦)
(冶煉磁鐵礦)
高爐是個豎直的圓筒形爐子，爐殼用鋼板制成，內部用耐火磚作襯里。煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣。
工業上
點燃
(1) C + O2 === CO2
高溫
(2)C + CO2 === 2CO
⑶ Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2
高溫
將鐵礦石中的SiO2轉變為爐渣
① 產生C0 ；② 提供熱量
CaCO3 === CaO + CO2
高溫
CaO + SiO2 ==CaSiO3
CO、CO2、N2等
煉鐵時各物質的作用：
工業上
焦炭：
石灰石：把雜質轉化為爐渣
因此在煉鐵高爐中起主要作用的還原劑是CO;
優點:氣體還原劑具有流動性，能與礦石充分接觸，使反應更徹底。
生成還原劑CO ；提供高溫條件
工業高爐煉鐵
工業高爐煉鐵
熱空氣
熱空氣
鐵礦石、石灰石、焦炭
① C + O2 === CO2
點燃
② C + CO2 === 2CO
高溫
③ Fe2O3 + 3CO === 2Fe + 3CO2
高溫
知能訓練
1、關于高爐煉鐵生產的敘述中不正確的是（ ）
A．在高爐中焦炭將礦石中的鐵的化合物還原為鐵
B．用高爐煉出的鐵是生鐵
C．煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石
D．赤鐵礦石中不全部都是Fe2O3
A
(1)寫出圖中標有序號的儀器名稱① ② 。
(2)實驗過程中，先要進行的是___。Ⅰ．加熱 Ⅱ．通CO
(3)A中反應的化學方程式 .
B中反應的化學方程式是 ,
(4)該裝置的不足之處是 。
2.下圖是課堂中模擬煉鐵的實驗裝置。
鐵架臺
試管
Ⅱ
Fe2O3+3CO === 2Fe+3CO2
高溫
沒有尾氣處理裝置(或沒有用燃著的酒精燈處理尾氣等)
Ca(OH)2+CO2===CaCO3 ↓+H2O
①
②
A
B
在實際生產的過程中,所用的原料或產物一般都含有雜質,在計算用料時和產量時,應考慮到雜質問題。
含雜
物質
純
物質
化學反應中參加反應的都是純物質，所以在進行計算時，我們必須將不純物質的質量轉換成純凈物的質量才能帶入方程式進行計算
1.含氧化鐵80%的赤鐵礦石200kg，其中含Fe2O3____kg
2.含雜質5%的石灰石100kg，其中含CaCO3 ____kg
三、含雜質問題的計算
純凈物的質量 ＝ 不純物質的總質量×純度
純度＝ ×100%
純凈物的質量
不純物質的總質量
160
95
例題：用1000t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵96%的生鐵的質量是多少噸？
分析：帶入化學方程式計算的數據應是純凈物的質量
解：1000t赤鐵礦石中含氧化鐵的質量為:1000t ×80%＝800t。
設800t氧化鐵理論上可以煉出鐵的質量為X。
Fe2O3+3CO===2Fe + 3CO2
高溫
160 112
800t X
160
800t
=
112
X
X＝560t
折合含鐵96%的生鐵的質量為560t÷ 96%＝583t　　(純化雜)
解：設理論上可以煉出含鐵96的生鐵的質量為x
Fe2O3 ------------------2 Fe
160 2×56
1000t×80％ x·96%
∵ 160 2×56
1000t×80％ x·96%
∴ x=
2×56× 1000t×80％
160×96%
= 583 t
答：略。
例題：用1000t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵96%的生鐵的質量是多少噸？
分析：帶入化學方程式計算的數據應是純凈物的質量
1.某鋼鐵廠每天需消耗5000 t含Fe2O3 76％的赤鐵礦石，該廠理論上可日產含Fe 98％的生鐵多少噸
解：
設可得生鐵的質量為X 。
160 112
5000t×76% X×98%
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
高溫
X=2714.3t
160 112
5000t×76% X×98%
=
答：可得生鐵2714.3 t。
跟進訓練
跟進訓練
2.某課外活動小組，為了測定本地鋼鐵廠生鐵產品的品質，在實驗室中稱取生鐵樣品10.0g，放入燒杯中，加入足量的稀硫酸。加熱，使之充分反應(雜質不參加反應)，然后冷卻、稱重。反應后燒杯中物質的質量比反應前減少了0.2g.
(1)此生鐵樣品中雜質的質量分數是多少？
44%
Fe2O3 ------------------2 Fe
160 2×56
x ×80％ 100×56%
∴ x
= 100 t
(2)生產100t這種生鐵，至少需要含氧化鐵80%的赤鐵礦的質量是多少？
課堂小結
金屬資源的利用
CO
還原Fe2O3
鐵的冶煉
金屬礦物
化合物
單質
工業煉鐵
原理
含雜質物質的計算
銅礦物
鐵礦物
鋁礦物
金
鉑
銀
原理
原料
設備
1.知道鋼鐵銹蝕的條件；
2.掌握防止金屬銹蝕的簡單方法；
3.了解廢棄金屬對環境的污染，認識保護金屬資源的重要性。
學習目標
二、金屬資源的保護
【提出問題】鋼鐵制品為什么會生銹呢？
同學們一定有這樣的生活經驗，家里的鐵制品如果保養不好，就會銹跡斑斑
情景引入
據統計，世界上因銹蝕每年損失鋼鐵約為其產量的20%～40%。
P17-18
1.金屬的腐蝕與防護
實驗探究：鐵制品銹蝕的條件
生活經驗：鐵制品在干燥的空氣中不易生銹，
但在潮濕的空氣中容易生銹。
說明了鐵生銹可能跟什么條件有關呢？
與空氣中的水蒸氣有關。
【考考你1】設計實驗：證明鐵生銹與空氣中的水蒸氣有關
提示：①設計“對照實驗”；②注意“控制變量”
棉花包裹干燥劑
P17-18
1.金屬的腐蝕與防護
實驗探究：鐵制品銹蝕的條件
從物質成分看：鐵制品成分是Fe,
鐵銹的主要成分是Fe2O3·xH2O
從元素的角度，說明鐵生銹可能還跟什么條件有關呢？
與空氣中的氧氣有關。
【考考你2】設計實驗：證明鐵生銹與空氣中的氧氣有關
植物油：隔絕空氣
蒸餾水：加熱煮沸，除去溶解在其中的O2
樂樂課堂：鐵生銹實驗條件的探究
現有潔凈無銹的鐵釘、試管、經煮沸迅速冷卻的蒸餾水、植物油、棉花和干燥劑氯化鈣。試設計實驗以證明鐵制品銹蝕的條件。
P17-18
放置一周
1.金屬的腐蝕與防護
實驗探究：鐵制品銹蝕的條件
現有潔凈無銹的鐵釘、試管、經煮沸迅速冷卻的蒸餾水、植物油、棉花和干燥劑氯化鈣。試設計實驗以證明鐵制品銹蝕的條件。
P17-18
放置一周
1.金屬的腐蝕與防護
實驗探究：鐵制品銹蝕的條件
b
c
a
生銹程度：
b > c > a
不生銹
(有水無O2)
不生銹
(有O2無水)
在水與空氣的交界面
最易生銹
(有水和Ｏ2)
鐵與氧氣和水同時接觸。
結論：鐵生銹的條件：
鐵生銹的主要原因：
鐵與空氣中的水蒸氣、氧氣接觸，發生了復雜的化學反應，生成了鐵銹(Fe2O3·xH2O)。
反應中有氧氣參加，進程緩慢，沒有發光現象，放熱不易察覺，所以鐵生銹發生的是緩慢氧化。
結 論
4Fe+3O2+2XH2O = 2Fe2O3 · XH2O (緩慢氧化)
知能訓練
1.根據你所具備的化學知識和生活經驗，指出鐵釘在下列哪種情況下最容易生銹（　　）
C
A B C D
2. “對比法”是實驗探究中常用的一種科學方法。分析以下鐵釘生銹實驗的設計、得出的結論不正確的是（ ）
對比①②可以說明鐵生銹一定要有氧氣參加
B. 對比②③可以說明鐵生銹一定要有水參加
C. 對比①③可以說明鐵生銹一定要有水參加
D. 對比①②③可以說明鐵生銹必須水和氧氣同時參加
B
①試管中加入干燥劑；
②試管中加入沸水；
③試管中加蒸餾水；
④試管中加醋酸溶液，稍后倒去；
⑤試管中加食鹽水。
學以致用
猜測5支試管會各出現什么現象？由此你又有哪些發現？
注意：
稀硫酸、醋酸溶液和氯化鈉溶液等物質存在時會加速鐵的銹蝕。
①為了使月餅保鮮，月餅包裝盒中常常放入一小袋黑色鐵粉，其主要作用是什么？
吸收氧氣和水分，延長月餅的保質期。
②比較吐魯番盆地和海南島兩地，鐵生銹相對較慢的地區是？說明理由。
新疆吐魯番盆地氣候干燥。
③根據銅綠的化學式Cu2(OH)2CO3分析銅生銹的條件又是什么？
與氧氣、水和二氧化碳接觸。
交流討論
回顧：鋁制品不易生銹的原因是什么？
交流討論
鋁與氧氣反應是生成致密的Al2O3薄膜，覆蓋在鋁的表面，從而保護里層的鋁不再與氧氣反應，所以鋁耐腐蝕。
鐵銹是否也能保護里層的鐵呢？
鐵銹(主要成分是Fe2O3·xH2O)是一種疏松多孔的物質，能讓空氣中的氧氣和水分穿過它的空隙，不斷向內滲透，持續跟鐵反應，直至鐵被完全銹蝕。
⑴要有能夠發生反應的物質(Fe、H2O、O2)；內因
鐵制品銹蝕的條件:
⑵反應物要能相互接觸；
⑶生成物不會對反應起阻礙作用。
①用砂紙磨
②用酸除銹
（物理變化）
（化學變化）
Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + H2O
如何除鐵銹呢？
思考：根據鐵生銹的原因，應如何防止鐵制品生銹呢？
支架刷油漆
鋼圈鍍鉻
鏈條涂油
觀察自行車的構件，如支架、鏈條、鋼圈等，分別采取了什么防銹措施？
在機械表面涂防銹油
還可以在鋼鐵表面鍍上一層能起保護作用的其他金屬。如：在鋼鐵表面鍍錫、鍍鋅和鍍鉻
車船的表面噴油漆
制成合金
噴漆
鍍鉻
防止生銹的方法
2.金屬防腐蝕
原理：（1）隔絕空氣或氧氣 （2）隔絕水
①保持鐵制品的潔凈和干燥（改善腐蝕環境）
③制成合金，提高抗腐蝕能力，如不銹鋼。就是在鋼中加入一點鎳和鉻而制成的合金。
“烤藍”是鋼鐵零件表面處理的一種防腐工藝。原理是在鋼鐵表面生成一定厚度和強度的致密的氧化層，成分主要是Fe3O4
②在鐵的表面涂上一層保護膜，如涂油、噴漆、電鍍、搪瓷、 “烤藍”，使鐵制品與水、空氣隔絕。
方法：
視頻：金屬的腐蝕與防護
以下有關金屬腐蝕的敘述錯誤的是 （ ）
A.鋼鐵在潮濕的空氣中比在干燥的空氣中更容易生銹
B.鋼鐵銹蝕的實質是與空氣中的氧氣、水蒸氣等發生了化學變化
C.鋁比鋼鐵中的鐵活潑，因而鋁的抗腐蝕性能比鋼鐵差
D.在鋼鐵表面刷油漆可以防止鋼鐵銹蝕
C
典例探究
金屬資源的保護
金屬資源有限，且不可再生，我們要保護金屬資源
2.金屬資源的保護
①防止金屬的腐蝕；
②回收與利用廢舊金屬；
③有計劃、合理地開采礦物，嚴禁不顧國家利益的亂采礦；
④其他途徑：尋找金屬的代用品 。
廢舊金屬的回收利用
節約煤炭和礦石資源
減少環境污染
課堂小結
金屬資源的利用和保護
金屬資源保護
金屬的銹蝕與防護
防止生銹的措施
鋼鐵銹蝕原因
與氧氣、水發生化學反應
廢舊金屬的回收利用
防止金屬腐蝕
合理開采礦物
尋找金屬代用品
【鞏固練習】
1.在下列各種情況下，埋在地下的輸油鑄鐵管道被腐蝕的速度最慢的是（ ）
A 在潮濕、疏松、透氣的土壤中
B 在含鐵元素較多的酸性土壤中
C 在干燥、致密、不透氣的土壤中
D 在含沙粒較多，潮濕透氣的中性土壤中
C
2、如圖所示：試管中的鐵絲放置一段時間，會出現什么現象？原因是什么？
①鐵絲生銹
②水面上升約占試管體積的1/5
鐵與空氣中氧氣，水反應生成鐵銹，試管內壓強減小水面上升
氧氣約占空氣體積的1/5
現象:
原因:
3.某運輸用鐵船，在水中行駛，最易生銹的部位是(　)
B
A.水面上的船頭部分
B.水面附近的船體部分
C.水面下的船底部分
D.各部分都一樣速度生銹
謝謝
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