8.3 金属资源的利用和保护（学案）-初中化学人教版九年级下册（有答案）

第八单元 金属和金属材料
课题3 金属资源的利用和保护
学习目标
1.知道一些常见的金属（铁等）矿物。
2.了解从铁矿石中将铁还原出来的方法。
3.了解防止金属生锈的简单方法。
4.知道废弃金属对环境的污染。
5.认识回收金属的重要性。
学习要点
1.重点：
（1）从常见铁矿石中提炼铁的原理。
（2）金属锈蚀的条件和金属资源的保护方法。
2.难点：
（1）冶炼铁的原理和含杂质等不纯量的有关化学方程式的计算。
（2）学会解决生活中金属锈蚀问题的方法。
知识回顾
1.你能写出下列反应的化学方程式吗
(1)碳的充分燃烧:　　　　　　　　　　　　。
(2)高温下,二氧化碳与炽热的碳反应:　　　　　　　　　　　　。
(3)氧化铁和一氧化碳在高温下反应,生成金属铁和二氧化碳:　　　　　　　　　　　　。
2.化学方程式表示的是　　　　之间的质量关系。
基础梳理
一、金属元素在自然界里的存在
1.欣赏自然界中的几种金属单质和一些矿石图片,并完成赤铁矿和磁铁矿的主要成分:
赤铁矿主要成分:　　　　,磁铁矿主要成分:　　　　。
2.请各小组同学思考:为什么金、银等少数金属在自然界中存在单质而绝大多数金属只能以化合物的形式存在
二、铁的冶炼
1.了解祖国的炼铁发展历程。
勤劳的中国人民早在　　　时期就知道了炼铁的方法,开始使用铁器服务于农业和社会生活。
中国的现代钢铁工业的炼铁原理是什么 所用原料有哪些
2.观察实验室用一氧化碳还原铁的氧化物的装置。
思考:
(1)该实验的反应原理(用化学方程式表示)是什么 CO在该反应中的作用是什么
(2)为什么装置最后要放一盏点燃的酒精灯 写出相关化学方程式,还可以用什么方法代替酒精灯
3.观看动画演示,了解CO还原氧化铁的实验过程。
思考:
(1)仔细观察,该实验的操作顺序是怎样的
(2)该实验中玻璃管中的现象是什么 澄清石灰水会出现怎样的现象
(3)为什么先通CO才能加热氧化铁
(4)为什么先停止加热氧化铁才能停止通CO
三、有关杂质问题的化学计算
1.【例题】用1 000 t含氧化铁80%的赤铁矿石,理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少
2.冶炼2 000 t含杂质3%的生铁,理论上需要含Fe3O4 80%的磁铁矿石的质量是多少
(4CO+Fe3O43Fe+4CO2　相对原子质量Fe—56　C—12　O—16)
四、金属资源保护
1.金属的腐蚀与防护
[活动一]探究钢铁锈蚀的条件
提出问题:钢铁的锈蚀到底与哪些因素有关
作出假设:　　　　　　　　　　　　　　　　。
设计实验:请利用洁净无锈的铁钉、试管、橡胶塞、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花和干燥剂氯化钙等物品,设计实验验证自己的假设。
实验现象:　。
实验结论:　。
[反思与交流]
(1)为什么这样设计实验
(2)还有哪些因素也能造成钢铁的锈蚀
(3)铝与氧气反应生成的氧化铝能起到保护里层铝的作用,铁生锈后,铁锈是否也能保护里层的铁呢
[活动二]减缓钢铁锈蚀的方法
(1)调查生活中使用的钢铁制品,都采取了哪些措施来防止生锈
(2)你知道自行车的构件如支架、链条、车圈等,分别采取了什么防锈措施吗
[小结]减缓钢铁锈蚀的方法:破坏钢铁锈蚀的条件。
2.金属资源保护
[活动三]废旧金属的回收利用
(1)①想一想我们身边都有哪些废弃的金属制品 从环境保护和资源利用的角度,应该怎样处理这些金属制品
②废旧金属回收利用的意义有哪些
(2)阅读课本P18~19,想一想: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
总结反思
通过本节课的学习,你都学到了哪些知识 获取了哪些解决问题的方法 与同学互相交流一下。
你还有哪些疑惑 请大胆说出来,与老师和同学进行讨论。
课后练习
1.下列措施中，不能防止金属制品锈蚀的是( )。
A.在表面刷漆
B.改用不锈钢
C.在表面镀铬
D.用湿布擦拭
2.为防止家中菜刀生锈，小风设计了如下方案：
①每天用汽油擦拭一遍
②用完后保存在盐水中
③擦干后用植物油涂抹
④用干布把它擦干，悬挂
⑤用食醋涂抹
⑥用酱油涂抹
请选出你认为合理的方案( )。
A.①②③④⑥
B.②③④
C.③④
D.⑤⑥
3.自然界提供给人类的金属资源是有限的，你认为下列不能有效地保护金属资源的是( )。
A.为了解决资源匮乏，鼓励积极开采金属矿产資源
B.研制具有特殊性能的塑料替代金属材料
C.加强废旧金属的回收和再利用
D.保护金属材料和制品
4.下列有关金属的说法，正确的是( )
A.多数金属以单质的形式存在
B.在地壳中含量最高的金属元素是铁
C.常见的铁矿石有赤铁矿和磁铁矿
D.人类每年从自然界中提取量最大的金属是铝
5.下列有关的认识中，正确的是( )
A.是磁铁矿的主要成分
B.体现了CO的还原性
C.发生了氧化反应
D.该反应常用于在实验室制取
6.铁制品锈蚀现象在生活中很普遍。
（1）铁制品锈蚀，是铁与_____发生化学反应的过程。
（2）铁在下列_____情况下容易生锈（填字母）。
A 在干燥的空气中
B 在潮湿的空气中
C 部分浸入食盐水中
D 浸没在植物油中
7.工业上炼铁炼钢的主要流程如下图。
已知生铁的含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%。
（1）反应：①，②。属于置换反应的是_________________，用于高炉炼铁的原理是_________________。（均填序号）
（2）炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是_________________。
（3）热空气和高炉气体的主要成分有一种相同，这种气体的化学式是_________________。炉渣中含有硅酸钙，其中硅元素的化合价是_________________。
（4）炼钢炉中，通入纯氧的目的是_________________。
8.工业上用赤铁矿石（主要成分是氧化铁）与一氧化碳在高温条件下冶炼生铁。现有400 t含氧化铁80％的赤铁矿石。求：
（1）该矿石中氧化铁的质量。
（2）该矿石能冶炼出含杂质4％的生铁的质量。（计算结果精确到0.1）
参考答案
知识回顾
1.(1)C+O2CO2　(2)C+CO22CO　(3)3CO+Fe2O33CO2+2Fe
2.化学反应中各种反应物和生成物
基础梳理
一、1.Fe2O3　Fe3O4
2.金化学性质稳定,很不活泼。
二、1.春秋战国　炼铁原理是用一氧化碳还原铁的氧化物;所用原料有铁矿石、焦炭、空气、石灰石。
2.(1)反应原理是3CO+Fe2O33CO2+2Fe;CO在该反应中的作用为还原剂。
(2)为了处理尾气,防止一氧化碳中毒;2CO+O22CO2;还可以用气球收集等方法。
3.(1)通入CO—加热—停止加热—冷却—停止通CO。
(2)红色粉末变成黑色,澄清石灰水变浑浊。
(3)排尽空气,防止爆炸。
(4)防止空气进入,生成的铁再次被氧化。
三、1.【例题】答案见课本P17。
2.解:设理论上需要磁铁矿石的质量为x
4CO+Fe3O43Fe+4CO2
232 168
x×80% 2 000 t×97%
　
x=3 349 t
答:理论上需要磁铁矿石3 349 t。
四、1.[活动一]作出假设:铁生锈跟水和氧气有关　　设计实验:合理即可
实验现象:既与水接触,又与氧气接触的铁钉生锈;只与水接触的铁钉不生锈;只与氧气接触的铁钉不生锈
实验结论:在水、氧气同时存在的环境中铁能生锈
[反思与交流]
(1)根据控制变量法设计实验。
(2)高温、酸性环境、盐溶液环境都会加速铁的锈蚀。
(3)不能。因为铁锈是疏松多孔的,不仅不能阻止铁制品与氧气和水的接触,还会把氧气和水分包在铁制品的表面,进而加速了钢铁的锈蚀,因此当钢铁表面生锈时,要及时除锈。
[活动二](1)①菜刀涂油;②剪刀包上塑料;③水龙头镀铬;④车棚刷漆。
(2)支架:刷漆;链条:涂油;车圈:镀金;车把:包上塑料。
2.[活动三](1)①易拉罐、罐头盒、废旧的铁锅等。应收集起来送往回收站。
②保护环境;节约资源和能源
(2)①计划合理开采矿物　②寻找金属的替代品
课后练习
1.答案：D
解析：本题考查金属防腐，考查灵活运用知识的能力。A.在金属表面刷漆，在金属制品的表面形成了一层保护膜，隔绝了水和氧气；B.不锈钢改变了铁的内部结构，能防止铁生锈；C.在表面镀铬，即在金属制品的表面形成了层保护层，隔绝了水和氧气；D.用湿布擦拭金属制品，会形成潮湿的环境，使金属制品容易生锈。
2.答案：C
解析：为防止家中菜刀生锈，可采取的方法可以是隔绝空气或水蒸气。①③都可隔绝，应选用植物油；水和氧气是铁生锈的必要条件，溶液的酸碱性则会加速铁的锈蚀，如②⑤⑥。
3.答案：A
解析：鼓励积极开采金属矿产资源只会加速金属资源的消耗，不能保护金属资源。
4.答案：C
解析：大多数金属在自然界中以化合物形式存在，A错误；在地壳中含量最高的金属元素是铝，B错误；常见的铁矿石有赤铁矿（）和磁铁矿（），C正确；人类每年从自然界提取量最大的金属是铁，D错误。
5.答案：B
解析：磁铁矿的主要成分是匹氧化三铁，是赤铁矿的主要成分，A错误；在该反应中，一氧化碳将氧化铁转化为铁，说明一氧化碳具有还原性，B正确；在该反应中，氧化铁转化为铁，发生了还原反应，C错误；该反应的条件是高温，且反应物中的一氧化碳有毒，且所得二氧化碳气体中可能混有一氧化碳，因此不适合在实验室进行实验室通常用大理石或石灰石与稀盐酸反应制取二氧化碳，D错误。
6.答案：（1）氧气和水 （2） BC
解析：（1）铁制品锈蚀，是铁与氧气和水发生化学反应的过程；
（2）A、铁在干燥的空气中只和氧气接触，不容易生锈；
B、铁在潮湿的空气中和氧气、水接触，容易生锈；
C、铁部分浸入食盐水中和氧气、水接触，而且食盐能加剧生锈，故容易生锈；
D、铁浸没在植物油中不容易生锈。故选BC。
7.答案：（1）②；①
（2）增大反应物的接触面积，加快反应速率
（3）；+4
（4）使生铁中的碳转化为二氧化碳，降低生铁中的含碳量。
解析：（1）置换反应是由一种单质和一种化合物生成另一种单质和另一种化合物的反应，故选②；高炉炼铁是利用一氧化碳将铁的氧化物还原成铁，故选①。
（2）将炼铁的固体原料粉碎，其目的是增大反应物接触面积，加快反应速率。
（3）氮气化学性质稳定，在炼铁高炉中不参与反应，所以热空气和高炉气体中都含有氮气；依据化合物中正负化合价的代数和为零，中，O为-2价，Ca为+2价，则Si显+4价。
（4）炼钢的目的是降低生铁中的含碳量，通纯氧的目的是将部分碳转化为二氧化碳除去。
8.答案：（1）400t含氧化铁80％的赤铁矿石中氧化铁的质量为400t×80％＝320t。
（2）设可炼出生铁的质量为x，含杂质4％的生铁的含铁量为1-4％＝96％
160 112
320t
答:可得含杂质4％的生铁233.3t
解析： （1）400 t含氧化铁80％的赤铁矿石中氧化铁的质量为400t×80％＝320t；
（2）根据一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式，利用氧化铁的质量，即可求得含杂质4％的生铁的质量。
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