6.3金属矿物和冶炼

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读书破万卷，下笔如有神--杜甫
牺牲性保护防锈法
破损部位
锌表层 氧与锌反应， 铁不会腐蚀
铁 锌块
金属防腐蚀的方法：
（1)隔绝空气或氧气 (2)隔绝水 形成保护层
– 刷油漆、涂油、烧制搪瓷（物理方法） – 电镀上一层耐腐蚀的金属（镀铬、锌、锡）、
通过化学反应使表面形成致密的氧化物薄膜等
改变金属的内部结构
– 制成合金，如不锈钢
改善腐蚀环境等等
6.4珍惜和保护金属资源
一、金属资源的消耗
资料一：人类每年要向自然界索取大量的金属矿 物资源，以提取数以亿吨计的金属。金属矿物的 储量有限，而且不能再生。根据已探明的一些矿 物的储藏量，并根据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如下图所示 （不包括今后新探明的矿物储量、一些国家的金 属储备量和金属的回收利用等）。
– 保持铁制品表面干燥和洁净
讨论
1、在实际生活和生产中我们应该采取哪 些具体方法来防止铁制品生锈呢？
防止铁制品生锈的具体方法为：
❖ 保持铁制品表面干燥和洁净
❖ 在铁制品表面涂一层保护膜如：刷油漆、涂 油、镀上一层耐磨、耐腐蚀的金属铬、高温灼 烧金属，进行“烤蓝”处理等
❖ 制成合金钢，如不锈钢
讨论
铁
油漆
氧气和水不能与铁接 触，所以铁不会生锈
油漆剥 落后
油漆
氧气和水与铁接触， 导致铁生锈
2. 镀上其他金属, 如镀锡、锌、铜、镍、铬等
「罐头」是由镀锡铁制成。
镀铬的浴室水笼头。
3. 使用合金
用不锈钢制造的器具
4.牺牲性保护
把铁与一较活泼的金属相 连接，牺牲活波金属，从 而防锈。
由镀锌铁制造的水桶
C + O2 点=燃= CO2
C + CO2 =高=温 2CO
高温
3CO+Fe2O3 == 2Fe+3CO2
产品： 生铁（含碳量2-4.3%）
2.炼钢：
生铁
氧气 高温
钢
合金
钢（含碳量0.03-2%）
生铁和钢的区别
类别 含碳量% 含杂质 机械性能 机械加工
生铁 2~4.3
多
钢 0.03~2 少
硬而脆
自 然 界 以 单 质 形 式 存 在 的 金
三、炼铁的基本原理
基本原理：
高温
Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2
现象：红棕色的Fe2O3变黑，同时产生使石灰 水变浑浊的气体。
氧化反应：得到氧的反应 还原反应：失去氧的反应
具有还原性的物质: CO H2 C
练习：请写出H2和C还原Fe2O3的化学方程式
资料二：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%。
生活中许多设施都是用铁制成，如：
但这些设施普遍受到腐 蚀的影响。
二、铁生锈条件的探究
药品：现有洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅 速冷却的蒸馏水、植物油、稀盐酸、棉花和干 燥剂氯化钙。
试设计实验以证明铁制品锈蚀的条件。
H2 2H2 + O2 点燃 2H2O H2 + CuO
Cu + H2O
H2和C还原CuO实验比较
实 验 装 置 图
C
co
cuo
A
澄清的
石灰水 B
四、铁的冶炼
1.炼铁
设备： 高炉
原料： 铁矿石(赤铁矿)、焦炭、石灰石、空气
反应过程：
过量空气
焦炭
赤铁矿
焦炭 高温 CO2 高温 CO 高温 Fe
涉及反应化学方程式：
铁锈结构疏松多孔， 吸收水分，加速铁制 品的生锈
铁 + 氧气 水
Fe2O3·xH2O
氧化铁与铝壶表面的氧化铝膜性质比较
结构特点 若不除去结果
铁锈
(Ｆe2Ｏ3)
疏松多孔
完全锈蚀
氧化铝
(Al2O3)
致密结实
使铝“自我保 护”
三、 怎样防止铁生锈
氧气 生锈
水
1. 加上油漆、搪瓷、塑胶层或油脂
加上油漆、搪瓷、塑胶层或油脂来防锈
越不活泼的金属, 越不容易与其他物质形 成化合物,也就越容易从化合物中还原出 金属单质.
例1 用1000 t含氧化铁80%的赤铁矿石， 理论上可以炼出含铁96%的生铁多少吨？ 注意：
带入化学方程式计算的数据应是 纯净物的质量
赤铁矿石—氧化铁—铁—生铁
1000 t×80% × 70% ÷96%=583.3 t
❖ 可节约金属资源 ❖ 由于金属冶炼需在高温下进行，回收废
弃金属并再利用可节约能源
❖ 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
❖ 可减少金属对环境的污染
如何保护金属资源：
从资源的采集和开采方面 （1）合理开采矿物 （2）寻找金属的代用品 （3）回收和利用废旧金属
从保护金属材料和制品方面 （1）防止金属腐蚀
可铸不可 锻
硬而韧、 可铸可锻 有弹性
中国古代冶炼图
为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨 而发行的邮票转 炉 炼 钢
金属活动性顺序：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性由 强 渐弱
越活泼的金属,越容易与其他物质形成化 合物,也就越难从化合物中还原出金属单 质.
高温
3H2+Fe2O3 = 2Fe+3H2O 3C+2Fe2O3 高=温 4Fe+3CO2
H2、C、CO化学性质的比较
性 可燃性
还原性
质
物质
C
C + O2 点点燃燃CO2 2C + O2 2CO
高温
C + 2CuO 2Cu+CO2
CO 2CO + O2 点燃2CO2 CO + CuO
Cu + CO2
铁生锈的必要条件探究
没有水
没有空气
水和空气同时存在
无水氯化钙
棉
（干燥剂）
油层
花
蒸馏水
经煮沸的
铁
蒸馏水
稀盐酸
钉
1
2
3Байду номын сангаас
4
没有生锈
产生锈蚀
铁生锈的必要条件探究结论：
没有水
氧气 水 没有空气
没有生锈
生锈 水和空气同时存在
产生锈蚀
因此，铁与空气接触，又有水分时，最易生锈！
铁的腐蚀称为生锈， 生锈后的产物称为铁 锈。其化学反应过程 是相当复杂，但结果 非常简单。
2、自行车的构件如支架、链条、钢圈 等，分别采取了什么防锈措施？
答：刷漆、涂 油、镀铬等
讨论
3、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？
废品收购站为什么要收购废铁、废 铜、和易拉罐等金属？
四、金属资源保护
回收和利用废旧金属
讨论
废弃金属的回收有什么意义？
6.3 金属矿物与冶炼
一、金属在自然界的存在
游离态（单质）：Ag, Pt, Au 化合态（化合物）：Fe, Cu, Na等绝大多数金属
二、金属矿物
赤铁矿(Fe2O3)
黄铁矿(FeS2 )
菱铁矿(FeCO3 )
磁铁矿(Fe3O4)
铝 土 矿
黄铜矿
孔雀石
自 然 界 以 单 质 形 式 存 在 的 银