如何保护金属资源

如何保护金属资源
丰城市第五中学 鄢志坚
【教学目标】
1.知识与技能
(1)知道一些常见金属如铁、铝、铜等的矿物，了解从铁矿石中将铁还原出来的方法；
(2)会根据化学方程式对还有某些杂质的反应物或生成物进行有关计算；
(3)了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法；
(4)知道废旧金属对环境的污染，认识回收利用废旧金属等金属资源保护的重要性。

2.过程与方法
(1)通过观察、实验、阅读资料、联系实际等方法获取信息；
(2)运用比较、分析、联想、分类等方法对获取的信息进行加工；
(3)能主动与他人进行交流与讨论，逐步形成良好的学习习惯和学习方法。

3.情感态度与价值观
(1)增强对生活和自然界中化学现象的好奇心和探究欲；
(2)关注与化学有关的社会问题，初步形成主动参与社会决策的意识；
(3)逐步树立珍惜资源、爱护环境、合理使用化学物质的观念；
(4)树立为社会的进步而学习化学的志向。

【教学重点】
(1)铁的冶炼；
(2)有关化学方程式计算中的杂质问题计算；
(3)铁锈蚀的条件及其防护；
(4)合理利用金属资源的意识。

【教学难点】
(1)对铁锈蚀条件及其防护措施的初步探究；
(2)有关化学方程式计算中的杂质问题计算。

【教学方法】
联系实际→进行思考→实验探究→分析讨论→得出结论→联系实际→发挥想象→提高兴趣。

【教具准备】
化学仪器：铁架台、酒精喷灯、试管、直玻璃管、橡胶塞、导管；
化学药品：、石灰水、贮有一氧化碳的贮气瓶；
化学器材：矿物标本以及图片、磁铁、火柴。

【教学再现】
一：铁的冶炼
【师】由前面的学习我们知道，金属是一类重要的材料，人类的生活和生产都离不开金属，但是由于地球上的金属资源是有限的，因此，我们需对其进行合理的利用和有效的保护。

【板书】
课题3 金属资源的利用和保护
【师】地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中，除少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外，其余都以化合物形式存在。

请同学们看
课本P
15的图8—15、8—16并展示相应的图片。

在工业上，把能用来提炼金属
的矿物叫做矿石，我国是世界上矿物种类比较齐全的国家之一，大自然向人类提
供了丰富的金属矿物资源，人类每年要提取数以亿吨的金属用于工农业生产和其他领域，其中，提取量最大的是铁。

【板书】
一、铁的冶炼
【师】早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器，从公元1世纪起，铁便成了一种重要的金属材料。

把金属矿物变成金属的过程，叫做金属的冶炼。

那么炼铁就需要铁的化合物，含铁化合物的矿石都有哪些呢？它们的主要成分都
是什么？请同学们阅读课本P
16~P
17
内容并思考炼铁的原理。

【生】含铁的化合物有赤铁矿（Fe
2O
3
）、黄铁矿（FeS
2
）、菱铁矿（FeCO
3
）
等；
【师】现在以赤铁矿（主要成分Fe
2O
3
）为例来探究如何进行铁的冶炼。

同
学们回忆我们在第六单元学习过木炭与氧化铜的反应。

【生】C + 2CuO 2Cu + CO
2↑
【师】我们再回忆一氧化碳除具有毒性和可燃性外，还具有什么性质？
【生】具有还原性，也可以与氧化铜反应，即CO + CuO Cu + CO
2【师】炼铁的原理也是利用一氧化碳与氧化铁反应，在实验室里，可以用如
图所示的装置进行实验。

实验中的玻璃管里的粉末由红色逐渐变黑，这种黑色的
粉末就是被还原出来的铁，试管里的澄清石灰水变浑浊，证明由二氧化碳生成。

同学们观察试验装置，这个实验要注意什么？
【生】要对尾气进行处理，因为一氧化碳是一种大气污染物。

【师】请同学们结合实验现象写出炼铁的反应原理。

【板书】
Fe
2O
3
+ 3CO 2Fe + 3CO
2
【师】请同学们讨论如何证明生成的黑色粉末就是我们炼制的铁？
【生】用磁铁检验。

注：此反应前必须先通CO把装置内的空气排干净，然后再加热，反应完成后，须待试管内物质冷却后再停止通CO。

【师】把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程。

工业上炼铁时，把铁矿石和焦炭、石灰石在一起加入高炉，在高温下，利用焦炭与氧气反应生成CO把铁从铁
矿石里还原出来。

因此，炼铁的原料是什么？设备是什么？（结合课本P
17图8
—21）
【生】炼铁的原料是铁矿石、焦炭和石灰石，设备是高炉。

【师】在炼铁的实际生产过程中，所用的原料或产物一般都含有杂质，故在计算用料和产量时就不能不考虑杂质的问题。

【板书】
二、有关杂质问题的计算
例：用1000 t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以练出含铁96%的生铁多少吨？
【师】本题是有关化学方程式的计算，但化学方程式表示的是纯净物之间的数量比，而不表示不纯物质之间的数量关系。

故计算时须先进行换算。

如果题目给出或要求算出不纯物质的质量，必须先换算成纯净物质的质量，或先计算出纯净物质质量再换算成不纯物质的质量。

解：1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为 1000 t×80% = 800 t
设800 t 氧化铁理论上可以练出铁的质量为x
Fe
2O
3
+ 3CO 2Fe + 3CO
2
160 2×56
800 t x
解得 x = 560 t
折合为含铁96%的生铁的质量为560 t÷96% = 583 t
答：1000 t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以练出含铁96%的生铁583 t 。

注：根据化学方程式计算时，要把含杂质物质的质量换算成纯物质的质量。

【课堂小结】这节课我们主要学习了铁的冶炼以及有关杂质问题的计算等知识。

【板书设计】
课题3 金属资源的利用和保护
一、铁的冶炼
Fe
2O
3
+ 3CO 2Fe + 3CO
2
二、有关杂质问题的计算
【学完本节课我们应该知道】
1.炼铁的基本原理；
2.有关杂质问题的计算以及注意事项。

二：金属资源的保护
【师】据有关资料报道，现在世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20%~40%，并且矿物的储量是有限的，属于不可再生资源，据已探明的一些矿物的储藏量和目前这些金属的消耗速度，有人估计一些矿物可供开
采的年限已不多，如课本P
20图8—25。

结合这些资料及课本P
20
图8—25，同学
们议一议：
(1)金属腐蚀可给我们带来哪些危害？
(2)金属资源短缺对人类社会的发展意味着什么？
【生】(1)的回答可能有：
A金属大量腐蚀使冶炼金属的成本提高，比如消耗能源、矿物等等；
B使金属制品的寿命缩短；
C作为量器，将影响到其精确度；
D若高科技领域所用金属制品锈蚀，将带来不可估量的损失，如载人火箭；
E金属制品锈蚀，会影响其美观程度；
……
(2)的回答可能有：
A金属资源短缺时，将会使好多金属冶炼厂因缺乏原料而倒闭，工人失业；
B人们设计好的金属制品将会因原料短缺而无法付诸实践，不能发挥其使用价值；
C我们现在的交通工具多是金属制品，若金属资源短缺，它们的数量将急剧减少，从而影响到人们的日常生活；
D要是没有较多的金属起导电作用，我们将生活在黑暗中；
E金属资源的短缺虽会影响人类对金属制品的使用，但它却可以促使人们去寻找更好的替代品；
……
【师】由刚才大家的讨论可知，金属腐蚀和金属资源短缺对人类是严峻的挑战，因此，保护金属资源也就成了目前我们所面临的重大问题。

【板书】
三、金属资源保护
【生】防止金属资源是我们保护金属资源的有力措施，这也成为科学研究和技术领域中的重大问题。

【板书】
1、金属资源的腐蚀和保护
【师】金属腐蚀和前面我们学习过燃烧是一样的，它也需要条件，如要有能够发生反应的物质，反应物要能互相接触、生成物不会对反应起阻碍作用。

只要我们知道了金属腐蚀的条件，就能知道如何防止金属制品腐蚀。

下面，就让我们以生活中常见的铁制品为例来探究铁制品的锈蚀条件及防锈措施。

[活动与探究]现有洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅速冷却的蒸馏水（思考：为什么要用蒸馏水？）、植物油、棉花和干燥剂氯化钙，你还可以选用其他用品。

仔细观察如图所示的装置，设计实验证明铁制品锈蚀的条件，这个实验应在一周前开始做，每天注意观察铁钉锈蚀的现象，认真观察并做好记录，同时要与同学进行交流。

通过探究，你对铁制品锈蚀的条件能得出哪些结论？
【生】铁制品在有氧气、水存在的条件下，最容易生锈。

【板书】
(1)铁制品锈蚀的条件：水、氧气并且与铁制品相互接触；
【师】铁制品的锈蚀过程，实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学
反应的过程，铁锈的只要成分是Fe
2O
3
·xH
2
O 。

我们在前面已经学习过铝与氧
气反应生成的氧化铝能起到保护里层铝的作用，铁锈是否也能保护里层的铁呢？
【生】不能。

因为铁锈是一层疏松多孔的物质，具有吸水性，它能让水分和空气中的氧气穿过它的空隙，不断向里层渗透，继续跟铁反应，直至铁被完全锈蚀。

故铁锈不能保护里层的铁反而能加速里层铁的生锈。

【师】通过上面的探究与活动我们已经知道第二、第三支试管中的铁钉几乎没有生锈，因为这两支试管中要么没有氧气，要么没有水蒸气，我们能不能向前面我们学习燃烧与灭火一样，破坏生锈条件来达到防止铁制品生锈的目的呢？
【生】能。

除过上面所提到的方法外，还可以想办法阻止铁与氧气、水接触，例如刷防锈漆、涂油、镀不活泼金属、烤蓝等。

【板书】
(2)铁制的防锈措施：①把铁制品放在干燥的环境中②为其穿防腐蚀“外衣”；
【师】上面我们讨论了铁制品的腐蚀和防护。

对于金属资源，除了采取防止金属腐蚀的措施外，还可以通过什么途径来使金属资源得到保护呢？
【板书】
2、金属资源的保护
【师】前面我们讨论过的防止金属资源的腐蚀，就是保护金属资源的一条有效途径。

【板书】
(1)金属资源保护的第一条有效途径：防止金属腐蚀；
【师】废品收购站为什么要回收废铁、废铜和易拉罐等金属？
【生】回收它们是为了对它们进行再利用。

【师】很正确！金属的回收和利用是保护金属资源的又一有效途径。

【板书】
(2)金属资源保护的第二条途径：金属的回收和利用；
[讨论]废弃金属的回收有什么意义？
【生】可能的回答有：
①可节约金属资源；
②由于金属冶炼需要在高温下进行，回收废弃金属并再利用可节约能源；
③降低金属制品的生产成本，可方便人们得到物美价廉的金属制品；
④可减少重金属对水体和土壤的污染；
……
【师】据估算，回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐要便宜20%，1 t 废钢铁回炉冶炼可炼成近1 t 钢，跟用铁矿石冶炼相比，能节约11 t 煤和铁矿石，减少污染空气的悬浮微粒11 kg ，可见回收利用废金属，具有巨大的社会和经济
效益。

目前世界上已有50%以上的铁和90%以上的金得到了回收和利用。

保护金属资源有没有其他有效途径呢？
【生】有。

【师】保护金属资源的第三条有效途径是应有计划、合理地开采矿物，严谨不顾国家利益的乱采矿，其他的有效途径还有寻找金属的代用品等。

随着科学技术的发展，新型材料层出不穷，例如，已经能用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮和汽车外壳等。

【板书】
(3)金属资源保护的第三条途径：合理开采矿物、寻找金属代用品。

【课堂小结】这节课我们主要探究了铁制品腐蚀和防护，同时讨论了金属资源的保护问题。

金属资源是不可再生的，我国随着经济的不断发展，金属资源呈日益短缺之势，故保护金属资源人人有责。

希望大家能从身边做起，从自己做起，也希望大家能好好学习，且能在将来利用你的智慧找出更多的金属代用品，从而使我们的未来不再为金属资源的匮乏而发愁。

【板书设计】
三、金属资源保护
1、金属资源的腐蚀和保护
(1)铁制品锈蚀的条件：水、氧气并且与铁制品相互接触；
(2)铁制的防锈措施：①把铁制品放在干燥的环境中②为其穿防腐蚀“外衣”；
2、金属资源的保护
(1)金属资源保护的第一条有效途径：防止金属腐蚀；
(2)金属资源保护的第二条有效途径：金属的回收和利用；
(3)金属资源保护的第三条有效途径：合理开采矿物、寻找金属代用品。

【学完本节课我们应该知道】
1.金属资源的腐蚀和保护；
2.金属资源的保护以及有效途径。