金属资源的利用和保护PPT
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第八单元 金属和金属材料
金属资源的利 用和保护
自然界以单质形式 存在的金
自然界以单质形 式存在的银
科学小资料
常见的矿石
赤铁矿
黄铁矿
菱铁矿
(主要成分是 Fe2O3) (主要成分是 FeS2) (主要成分是 FeCO3)
铝土矿
黄铜矿
辉铜矿
(主要成分是 Al2O3) (主要成分是 CuFeS2) (主要成分是 Cu2S)
一、铁的冶炼
1. 原料： 焦炭、石灰石、铁矿石
黄铁矿 FeS2 赤铁矿 Fe2O3 菱铁矿 FeCO3 磁铁矿 Fe3O4
2. 原理：在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一
氧化碳把铁从铁矿石中还原出来。
高温
Fe2O3 + 3CO
2Fe + 3CO2
3. 设备
高炉
实验室模拟冶炼铁的实验
一氧化碳
氧化铁 石灰水
二、金属资源保护
科学小资料
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量以及目前 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)。
设 800 t 氧化铁理论上可以炼出铁的质量为 x。
Fe2O3 + 3CO 高温 2Fe + 3CO2
160
2×56
800 t
x
160 2 56 800 t x
x = 560 t
折合为含铁 96% 的生铁质量为: 560 t ÷96% = 583 t
答: 1 000 t 含氧化铁 80% 的赤铁矿石，理论上可炼 出含铁 96% 的生铁 583 t。
答：刷漆、涂油、镀铬等。
科学小资料
你知道吗？ 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 %，而且还可节约金属资源和 95%的能源。 1 t 废钢铁回炉冶炼可炼成近 1 t 的钢，跟用铁矿石冶炼 比，能节约 11 t 煤和铁矿石，减少污染空气的悬浮微粒 11 kg。目前世界上已有 50% 以上的铁和 90% 以上的 金得到了回收利用。
快乐进阶
1. 钢铁厂常选用赤铁矿、磁铁矿为炼铁原料，一般 不选用黄铁矿(FeS2)和褐铁矿(Fe2O3 ·x H2O)等矿石， 请分析原因。
矿石名称
Fe 与 O 的原子个数比(含铁量)
赤铁矿(Fe2O3)
1 : 1.5
磁铁矿(Fe3O4)
1 : 1.3
硫铁矿(FeS2)
相当于 1 : 4
褐铁矿(Fe2O3 ·x H2O)
3. 铁生锈的主要条件是空气和水(或水蒸气)直接接 触，如果隔绝了空气和水，就能在一定程度上防止钢铁 生锈。在钢铁表面涂油、刷漆、镀耐磨和耐腐蚀的铬及 制造耐腐蚀的合金如不锈钢等，都能防止钢铁生锈。
4. 保护金属资源的有效途径是防止金属腐蚀、回收 利用废旧金属、合理有效地开采矿物，以及寻找金属的 代用品等。
据估计一些矿物可供开采的年限
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%。
想想议议
1. 金属资源短缺对人类社会发展意味着什么？ 2. 金属腐蚀会给我们带来哪些危害？
1. 金属的腐蚀和防护 (1) 铁制品锈蚀条件的探究
活动与探究 铁生锈条件的探究
废旧金属的回收利用还可以减少对环境的污染。例 如，废旧电池中含有汞等，如果将废旧电池随意丢弃， 汞等渗出会造成地下水和土壤的污染，威胁人类健康。 如果将汞等回收利用，不仅可以节约金属资源，而且还 可以减少对环境的污染。
想想议议
废弃金属的回收有什么意义？
1. 可节约金属资源； 2. 由于金属冶炼需在高温下进行，回收废弃金属并 进行再利用可节约能源； 3. 降低金属制品的生产成本，从而使人们能得到物 美价廉的金属制品； 4. 可减少金属对环境的污染。
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、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。
I
II
III
试管 I
试管 II
试管 III
条件
铁既与水接触， 铁只与水接触 又与氧气接触
铁只与氧气 接触
现 象 生锈
不生锈
不生锈
结 论 在水、氧气同时存在的环境中铁能生锈
想想议议
3. 我国古代将炉甘石(ZnCO3)、赤铜(Cu2O)和木 炭粉混合后加热到约 800 ℃，得到一种外观似金子的锌 和铜的合金，试写出反应的化学方程式。(提示： ZnCO3 加热可分解为 ZnO。)
指导建议：分析题目，原料是 ZnCO3、Cu2O 和 C， 而产物是 Zn 和 Cu，且其中 C 是一种还原性物质，这是
动手动脑学化学
课后习题
1. 通过实验回答，铁钉在下列哪些情况下容易生锈？ (1) 在干燥的空气中； (2) 在潮湿的空气中； (3) 部分浸入食盐水中； (4) 浸没在植物油中。
指导建议：本题可通过实验来寻找结果，按题目所 给要求完成实验，并进行探究。当然还可以利用本课题 中所学铁生锈的条件分析完成。铁制品在与氧气、水同 时直接接触的条件下易生锈。所以在干燥的空气中，没 有水分铁不易生锈，而在潮湿的空气中，既含有水，又 含有氧气，符合铁生锈的条件。当铁部分浸入食盐水中， 随着水分的蒸发，液面上的铁实际上也是处在潮湿的空 气中，所以也易生锈，但浸没在植物油中，不与氧气、 水接触，也就不会生锈了。
2. 回答下列问题： (1) 为什么沙漠地区的铁制品锈蚀较慢？ 指导建议：沙漠地区空气干燥。 (2) 被雨水淋湿的自行车，为什么须先用干布擦净 后才能用带油的布擦？ 指导建议：尽管用带油的布擦被水淋湿的自行车， 水分却依然存在，并且水与油不相溶，铁依然能接触到 空气和水，铁生锈的条件依然存在，所以必须先擦去水 分再抹油。
回答下列问题： 1. 试管Ⅱ中为什么要用煮沸过的蒸馏水，且要加入 植物油？ 这样做是为了防止蒸馏水中溶有氧气。
2. 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？
不能，因为铁锈是疏松的。 3. 你能否根据铁生锈的条件提出防止铁制品生锈的 原理？ 破坏铁生锈的条件： ① 隔绝空气；② 隔绝水。
指导建议：首先将不纯物质的质量转化成纯净物的质量。
Fe2O3 质量 = 5 000 t×76 % = 3 800 t
设生铁质量为 x，则纯铁质量 = 98% ·x。 Fe2O3 + 3CO 高温 2Fe + 3CO2
160
112
3 800 t
98% ·x
160 : 3 800 t = 112 : 98 % ·x
沉淀多少克?
解: 样品的质量为 85.6 g - 65.6 g = 20 g
氧化铁中氧元素的质量为 85.6 g - 80.8 g = 4.8 g 氧化铁的质量为 4.8 g ÷ 48 ×100% = 16 g
160
产生 CO2 的质量为 170.0 g - 156.8 g = 13.2 g
(1)赤铁矿中氧化铁的质量分数为
232
168
90% ·x
1 940 t
232 : 90 % ·x = 168 : 1 940 t
x = 2 976.7 t 答：需要磁铁矿石质量为 2 976.7 t。
6. 对如何防止你家的刀、剪等铁制品生锈，提出两 种以上的方案，比较方案的优缺点，并在家里实施你的 方案。
指导建议：可针对铁制品生锈的条件提出方案。如 用完后将这些铁制品擦干后放在干燥地方或擦干后涂上 一层起保护作用的油等。
小于 1 : 2
2. 用光亮的铁钉进行下列实验，哪支试管的铁钉 易生锈? 哪支试管的铁钉不易生锈? 说明原因。
油
干燥空气
蒸馏水
A
B
C
3. 利用下图装置测定某赤铁矿中氧化铁的质量分 数。假设赤铁矿中氧化铁全部还原为铁，杂质不参与 反应，现记录数据如下: (玻璃管质量为 65.6 g。)
一氧化碳
赤铁矿
x≈2 714.3 t
5. 冶炼 2 000 t 含杂质 3 % 的生铁，需要含 Fe3O4 90 % 的磁铁矿石多少吨？
指导建议：纯铁质量 = 2 000 t×(1 - 3%)= 1 940 t。
设磁铁矿质量为 x，则 Fe3O4 质量为 90% ·x: Fe3O4 + 4CO 高温 3Fe + 4CO2
4. 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。
5. 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？
2. 金属资源保护 保护金属资源的有效途径： (1) 防止金属锈蚀； (2) 回收利用废旧金属； (3) 合理有效地开采矿物； (4) 寻找金属代用品。
学后应知
1. 把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程，其主要反 应原理是在高温下，一氧化碳夺取铁矿石里的氧，将铁 还原出来：
Fe2O3 + 3CO 高温 2Fe + 3CO2 2. 在实际生产时，所用的原料或产物一般都含有杂 质，在计算用料和产量时，应注意杂质问题。
一道利用还原剂从氧化物中冶炼金属的题目。要先找 Zn
和 Cu 的氧化物。根据提示：ZnCO3
ZnO +CO2↑，
所以可以用 C 分别还原 ZnO 和Cu2O，反应的化学方程
式如下：
2ZnO + C 高温 2Zn + CO2↑ 2Cu2O + C 高温 4Cu + CO2↑
4. 某钢铁厂每天需消耗 5 000 t 含 Fe2O3 76%的赤铁 矿，该厂理论上可日产含 Fe 98 % 的生铁多少吨？
现 象 红色粉末变为灰黑色粉末，澄清石灰水变浑浊 结 论 CO 将红色 Fe2O3 粉末还原生成灰黑色铁固体,
并产生 CO2
想想做做
用 1 000 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?
【解】 1 000 t 赤铁矿石含氧化铁的质量为：
Biblioteka Baidu1 000 t × 80% = 800 t
16 g 100 % 80 % 20 g
(2)剩余粉末中铁的质量分数为
16 20
g g
-
4.8 4.8
g g
100
%
73.7
%
(3)得到沉淀的质量: 设得到沉淀的质量为 x。
CO2 + Ca(OH)2
44
CaCO3↓+ H2O
100
13.2 g
x
44 100 13.2 g x
x = 30 g
石灰水
玻璃管(包括样品) 洗气管(包括药品)
实验前 85.6 g 156.8 g
实验后 80.8 g 170.0 g
一氧化碳
赤铁矿
石灰水
根据实验数据计算: (1)赤铁矿中氧化铁的质量分数； (2)实验结束后，玻璃管中剩余粉末中铁的质量分
数 (杂质中不含其他可被还原的氧化物)； (3)实验结束后，将洗气瓶中的石灰水过滤，可得
金属资源的利 用和保护
自然界以单质形式 存在的金
自然界以单质形 式存在的银
科学小资料
常见的矿石
赤铁矿
黄铁矿
菱铁矿
(主要成分是 Fe2O3) (主要成分是 FeS2) (主要成分是 FeCO3)
铝土矿
黄铜矿
辉铜矿
(主要成分是 Al2O3) (主要成分是 CuFeS2) (主要成分是 Cu2S)
一、铁的冶炼
1. 原料： 焦炭、石灰石、铁矿石
黄铁矿 FeS2 赤铁矿 Fe2O3 菱铁矿 FeCO3 磁铁矿 Fe3O4
2. 原理：在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一
氧化碳把铁从铁矿石中还原出来。
高温
Fe2O3 + 3CO
2Fe + 3CO2
3. 设备
高炉
实验室模拟冶炼铁的实验
一氧化碳
氧化铁 石灰水
二、金属资源保护
科学小资料
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量以及目前 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)。
设 800 t 氧化铁理论上可以炼出铁的质量为 x。
Fe2O3 + 3CO 高温 2Fe + 3CO2
160
2×56
800 t
x
160 2 56 800 t x
x = 560 t
折合为含铁 96% 的生铁质量为: 560 t ÷96% = 583 t
答: 1 000 t 含氧化铁 80% 的赤铁矿石，理论上可炼 出含铁 96% 的生铁 583 t。
答：刷漆、涂油、镀铬等。
科学小资料
你知道吗？ 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 %，而且还可节约金属资源和 95%的能源。 1 t 废钢铁回炉冶炼可炼成近 1 t 的钢，跟用铁矿石冶炼 比，能节约 11 t 煤和铁矿石，减少污染空气的悬浮微粒 11 kg。目前世界上已有 50% 以上的铁和 90% 以上的 金得到了回收利用。
快乐进阶
1. 钢铁厂常选用赤铁矿、磁铁矿为炼铁原料，一般 不选用黄铁矿(FeS2)和褐铁矿(Fe2O3 ·x H2O)等矿石， 请分析原因。
矿石名称
Fe 与 O 的原子个数比(含铁量)
赤铁矿(Fe2O3)
1 : 1.5
磁铁矿(Fe3O4)
1 : 1.3
硫铁矿(FeS2)
相当于 1 : 4
褐铁矿(Fe2O3 ·x H2O)
3. 铁生锈的主要条件是空气和水(或水蒸气)直接接 触，如果隔绝了空气和水，就能在一定程度上防止钢铁 生锈。在钢铁表面涂油、刷漆、镀耐磨和耐腐蚀的铬及 制造耐腐蚀的合金如不锈钢等，都能防止钢铁生锈。
4. 保护金属资源的有效途径是防止金属腐蚀、回收 利用废旧金属、合理有效地开采矿物，以及寻找金属的 代用品等。
据估计一些矿物可供开采的年限
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%。
想想议议
1. 金属资源短缺对人类社会发展意味着什么？ 2. 金属腐蚀会给我们带来哪些危害？
1. 金属的腐蚀和防护 (1) 铁制品锈蚀条件的探究
活动与探究 铁生锈条件的探究
废旧金属的回收利用还可以减少对环境的污染。例 如，废旧电池中含有汞等，如果将废旧电池随意丢弃， 汞等渗出会造成地下水和土壤的污染，威胁人类健康。 如果将汞等回收利用，不仅可以节约金属资源，而且还 可以减少对环境的污染。
想想议议
废弃金属的回收有什么意义？
1. 可节约金属资源； 2. 由于金属冶炼需在高温下进行，回收废弃金属并 进行再利用可节约能源； 3. 降低金属制品的生产成本，从而使人们能得到物 美价廉的金属制品； 4. 可减少金属对环境的污染。
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、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。
I
II
III
试管 I
试管 II
试管 III
条件
铁既与水接触， 铁只与水接触 又与氧气接触
铁只与氧气 接触
现 象 生锈
不生锈
不生锈
结 论 在水、氧气同时存在的环境中铁能生锈
想想议议
3. 我国古代将炉甘石(ZnCO3)、赤铜(Cu2O)和木 炭粉混合后加热到约 800 ℃，得到一种外观似金子的锌 和铜的合金，试写出反应的化学方程式。(提示： ZnCO3 加热可分解为 ZnO。)
指导建议：分析题目，原料是 ZnCO3、Cu2O 和 C， 而产物是 Zn 和 Cu，且其中 C 是一种还原性物质，这是
动手动脑学化学
课后习题
1. 通过实验回答，铁钉在下列哪些情况下容易生锈？ (1) 在干燥的空气中； (2) 在潮湿的空气中； (3) 部分浸入食盐水中； (4) 浸没在植物油中。
指导建议：本题可通过实验来寻找结果，按题目所 给要求完成实验，并进行探究。当然还可以利用本课题 中所学铁生锈的条件分析完成。铁制品在与氧气、水同 时直接接触的条件下易生锈。所以在干燥的空气中，没 有水分铁不易生锈，而在潮湿的空气中，既含有水，又 含有氧气，符合铁生锈的条件。当铁部分浸入食盐水中， 随着水分的蒸发，液面上的铁实际上也是处在潮湿的空 气中，所以也易生锈，但浸没在植物油中，不与氧气、 水接触，也就不会生锈了。
2. 回答下列问题： (1) 为什么沙漠地区的铁制品锈蚀较慢？ 指导建议：沙漠地区空气干燥。 (2) 被雨水淋湿的自行车，为什么须先用干布擦净 后才能用带油的布擦？ 指导建议：尽管用带油的布擦被水淋湿的自行车， 水分却依然存在，并且水与油不相溶，铁依然能接触到 空气和水，铁生锈的条件依然存在，所以必须先擦去水 分再抹油。
回答下列问题： 1. 试管Ⅱ中为什么要用煮沸过的蒸馏水，且要加入 植物油？ 这样做是为了防止蒸馏水中溶有氧气。
2. 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？
不能，因为铁锈是疏松的。 3. 你能否根据铁生锈的条件提出防止铁制品生锈的 原理？ 破坏铁生锈的条件： ① 隔绝空气；② 隔绝水。
指导建议：首先将不纯物质的质量转化成纯净物的质量。
Fe2O3 质量 = 5 000 t×76 % = 3 800 t
设生铁质量为 x，则纯铁质量 = 98% ·x。 Fe2O3 + 3CO 高温 2Fe + 3CO2
160
112
3 800 t
98% ·x
160 : 3 800 t = 112 : 98 % ·x
沉淀多少克?
解: 样品的质量为 85.6 g - 65.6 g = 20 g
氧化铁中氧元素的质量为 85.6 g - 80.8 g = 4.8 g 氧化铁的质量为 4.8 g ÷ 48 ×100% = 16 g
160
产生 CO2 的质量为 170.0 g - 156.8 g = 13.2 g
(1)赤铁矿中氧化铁的质量分数为
232
168
90% ·x
1 940 t
232 : 90 % ·x = 168 : 1 940 t
x = 2 976.7 t 答：需要磁铁矿石质量为 2 976.7 t。
6. 对如何防止你家的刀、剪等铁制品生锈，提出两 种以上的方案，比较方案的优缺点，并在家里实施你的 方案。
指导建议：可针对铁制品生锈的条件提出方案。如 用完后将这些铁制品擦干后放在干燥地方或擦干后涂上 一层起保护作用的油等。
小于 1 : 2
2. 用光亮的铁钉进行下列实验，哪支试管的铁钉 易生锈? 哪支试管的铁钉不易生锈? 说明原因。
油
干燥空气
蒸馏水
A
B
C
3. 利用下图装置测定某赤铁矿中氧化铁的质量分 数。假设赤铁矿中氧化铁全部还原为铁，杂质不参与 反应，现记录数据如下: (玻璃管质量为 65.6 g。)
一氧化碳
赤铁矿
x≈2 714.3 t
5. 冶炼 2 000 t 含杂质 3 % 的生铁，需要含 Fe3O4 90 % 的磁铁矿石多少吨？
指导建议：纯铁质量 = 2 000 t×(1 - 3%)= 1 940 t。
设磁铁矿质量为 x，则 Fe3O4 质量为 90% ·x: Fe3O4 + 4CO 高温 3Fe + 4CO2
4. 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。
5. 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？
2. 金属资源保护 保护金属资源的有效途径： (1) 防止金属锈蚀； (2) 回收利用废旧金属； (3) 合理有效地开采矿物； (4) 寻找金属代用品。
学后应知
1. 把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程，其主要反 应原理是在高温下，一氧化碳夺取铁矿石里的氧，将铁 还原出来：
Fe2O3 + 3CO 高温 2Fe + 3CO2 2. 在实际生产时，所用的原料或产物一般都含有杂 质，在计算用料和产量时，应注意杂质问题。
一道利用还原剂从氧化物中冶炼金属的题目。要先找 Zn
和 Cu 的氧化物。根据提示：ZnCO3
ZnO +CO2↑，
所以可以用 C 分别还原 ZnO 和Cu2O，反应的化学方程
式如下：
2ZnO + C 高温 2Zn + CO2↑ 2Cu2O + C 高温 4Cu + CO2↑
4. 某钢铁厂每天需消耗 5 000 t 含 Fe2O3 76%的赤铁 矿，该厂理论上可日产含 Fe 98 % 的生铁多少吨？
现 象 红色粉末变为灰黑色粉末，澄清石灰水变浑浊 结 论 CO 将红色 Fe2O3 粉末还原生成灰黑色铁固体,
并产生 CO2
想想做做
用 1 000 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?
【解】 1 000 t 赤铁矿石含氧化铁的质量为：
Biblioteka Baidu1 000 t × 80% = 800 t
16 g 100 % 80 % 20 g
(2)剩余粉末中铁的质量分数为
16 20
g g
-
4.8 4.8
g g
100
%
73.7
%
(3)得到沉淀的质量: 设得到沉淀的质量为 x。
CO2 + Ca(OH)2
44
CaCO3↓+ H2O
100
13.2 g
x
44 100 13.2 g x
x = 30 g
石灰水
玻璃管(包括样品) 洗气管(包括药品)
实验前 85.6 g 156.8 g
实验后 80.8 g 170.0 g
一氧化碳
赤铁矿
石灰水
根据实验数据计算: (1)赤铁矿中氧化铁的质量分数； (2)实验结束后，玻璃管中剩余粉末中铁的质量分
数 (杂质中不含其他可被还原的氧化物)； (3)实验结束后，将洗气瓶中的石灰水过滤，可得