课题3 金属资源的利用和保护
[footnoteRef:0] [0: 重点点拨
●温馨提示
冶炼金属时,选择矿石应遵循的原则
(1)所需提炼金属的含量高。
(2)矿石中含对环境有害的元素少。
(3)冶炼途径尽可能简便。
(4)工业炼铁的原料中有焦炭,但是将铁从氧化铁中还原出来的是一氧化碳,而不是焦炭。
●特别提醒
●思考拓展
(1)探究铁制品锈蚀条件的实验中,将蒸馏水煮沸并迅速冷却的目的是赶走水中溶解的氧气;在水面上覆盖一层植物油的目的是隔绝氧气。
(2)铁锈很疏松,且能吸水,生成的铁锈不能保护铁,会使铁锈蚀变得更快;而氧化铝是致密的,能保护铝不再继续被氧化。]
探新知 自主学习 01
核心知识
一、金属矿物
1.地球上的金属资源广泛地存在于地壳和海洋中,除了金、银等有 形式存在,金属多以 的形式存在。
2.常见的金属矿石及主要成分
(1)常见矿石的主要成分的化学式:赤铁矿( )、磁铁矿( )等。
(2)常见的铝矿石有铝土矿,其主要成分为 。
(3)常见的铜矿石有赤铜矿(Cu2O)。
(4)其他矿石:金红石(TiO2)、软锰矿(MnO2)。
二、铁的冶炼
1.主要设备: 。
2.原料: 、 、 、 等。
3.原理:在 条件下,利用焦炭与氧气反应生成的 把铁从 中还原出来。
4.发生反应的化学方程式
(1) 。
(2) 。
(3) 。
三、含杂质物质的化学方程式的计算
不纯物质、纯物质和纯度之间的关系如下:
1.不纯物质的质量纯物质的质量。
2.纯度=×100%。
3.化学方程式所表达的是纯净的物质间的质量关系,因此当反应物或生成物含杂质时,应首先换算成纯物质的质量,再进行计算。
四、金属的腐蚀与保护
1.铁生锈的条件:铁同时与 接触。
2.防止铁生锈的方法
(1)隔绝 :如在铁制品表面涂油、刷漆、电镀其他金属等。
(2)改变铁的内部结构:可制成耐腐蚀的合金,如 等。
五、保护金属资源的有效途径
1.防止金属腐蚀。
2.废旧金属的 。
3.有计划、合理地开采金属矿物。
4.寻找金属的 等。
破疑难 重点探究 02
探究点 铁制品锈蚀的条件探究
1.把实验中的有关内容填写在下表中:
编号 实验1 实验2 实验3
实验 装置
控制 变量 与空气、水同时接触 只与水接触 只与空气接触
实验 现象 铁钉生锈,a处比b处更严重 铁钉不生锈 铁钉不生锈
实验 分析 实验1、2对比说明铁生锈需要O2;实验1、3对比说明铁生锈需要H2O
实验 结论 铁钉生锈需要铁和 同时接触
2.实验中所用的水是经煮沸迅速冷却的蒸馏水,煮沸和迅速冷却的目的分别是什么
3.实验中加入植物油的作用是什么
4.为延长食品保质期,可在某些食品袋中放入铁粉双吸剂。你知道它的作用吗
5.铁制品锈蚀的创新实验
借助U形玻璃管
一段时间后图甲中潮湿的钢丝棉有明显锈迹,干燥的钢丝棉没有锈迹,图乙中的钢丝棉生锈最严重。此现象说明铁生锈的实质是铁与 等作用发生缓慢氧化。图乙实验中食盐的作用是 。
精评价 综合演练 03
基础巩固
知识点1 常见的金属矿物
1.地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中。下列金属在自然界中能以单质形式存在的是( )
A.钠 B.铝 C.铁 D.银
2.下列矿石不能用于炼铁的是( )
A.赤铁矿(主要成分是Fe2O3)
B.黄铜矿(主要成分是CuFeS2)
C.菱铁矿(主要成分是FeCO3)
D.辉铜矿(主要成分是Cu2S)
知识点2 铁的冶炼
3.下列关于工业炼铁的叙述不正确的是( )
A.炼铁的设备是高炉
B.炼铁得到的产品是生铁
C.炼铁过程中加入石灰石的目的是除去矿石中的杂质
D.炼铁原料中焦炭的主要作用:一是燃烧提供高温;二是还原氧化铁
4.如图是小明学习金属冶炼的笔记,其中有一处错误,出现错误的是( )
A.a处 B.b处 C.c处 D.d处
知识点3 含杂质物质的计算
5.一氧化碳常用来炼铁,用100 t 含氧化铁88%的赤铁矿石炼铁,理论上可以炼出含铁93%的生铁的质量是( )
A.66.2 t B.70 t C.59.8 t D.72 t
知识点4 金属的锈蚀与防护
6.(2024滨州)下列做法不能减缓或防止钢铁锈蚀的是( )
A.经常用食盐水清洗铁制品
B.保持铁制品表面清洁干燥
C.在铁制品表面涂油漆
D.在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属
7.创新实验 某化学小组同学利用如图装置进行铁生锈的趣味实验(装置气密性良好):
步骤1:将已除锈并在清水中漂洗干净的铁丝网放入充满食盐水的硬质玻璃管中。
步骤2:打开两端弹簧夹,排尽食盐水后关闭上端弹簧夹,将硬质玻璃管下端导管插入红墨水中。
下列关于该实验的说法不正确的是( )
A.一段时间后,观察到铁丝网生锈
B.红墨水进入硬质玻璃管,是因为管内压强减小
C.该实验可说明铁生锈需要氧气和水,缺一不可
D.该实验还可用于探究空气中氧气的含量
知识点5 金属资源的合理利用
8.化学与资源、能源和环境都有紧密的关系。下列关于金属资源的叙述正确的是( )
A.废旧金属不能再回收利用
B.金属矿物的储量有限,而且不能再生
C.防止金属腐蚀是保护金属资源的唯一途径
D.我国的稀土储量居世界第一位,可以大力开发利用
能力提升
1.传统文化 《天工开物》记载“生铁、熟铁连续生成工艺”,处于当时世界领先地位,是现代冶金工艺的雏形。其流程如图所示,熟铁即为钢。下列说法不正确的是( )
A.赤铁矿、磁铁矿都是常见的铁矿石
B.生铁和熟铁都属于金属材料
C.生铁中通入足量氧气的目的是将铁氧化
D.向生铁中加入足量的稀硫酸可证明生铁是混合物
2.如图所示,在盛水的试管中放一根洁净的铁钉,用带U形管的胶塞塞紧,U形管内液面处于同一高度,数天后观察U形管内的水面( )
A.a比b高
B.b比a高
C.一样高
D.U形管中的水从b管中全部溢出
3.下列有关金属资源的利用与防护解释不合理的是( )
A.在航母金属外壳覆盖涂料,主要是为了美观
B.用“烤蓝”的方法处理钢铁表面,可减缓钢铁的腐蚀
C.用铝合金制造国产大飞机机壳,是利用铝合金强度大、质量轻、抗腐蚀的性质
D.切菜后的菜刀用清水洗净擦干,可减缓菜刀生锈
4.钛合金有良好的耐热强度、低温韧性。生产金属钛的主要步骤:①在高温下,向金红石(含TiO2)与焦炭的混合物中通入氯气,得到TiCl4和一种可燃性气体;②在稀有气体环境和加热条件下,用Mg与TiCl4反应得到Ti和MgCl2。下列说法不正确的是( )
A.①中的反应为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO
B.反应②中稀有气体的作用是防止Mg与空气反应
C.可用反应①产生的气体冶炼金属
D.反应①②中钛元素的化合价均未发生改变
5.(2023重庆)2023年5月,大连湾海底隧道贯通,我国自主研制的盾构机起了重要作用。盾构机的壳体、刀盘等都使用了钢材。回答下列问题:
(1)与纯铁相比,钢铁的优良性能有 (填一种)。
(2)高炉炼铁的原理是一氧化碳和氧化铁反应,反应的化学方程式为 ,反应中的 起还原作用。
6.(2024长春)实验是化学研究的重要手段。图甲为教材中探究铁锈蚀条件的实验装置,约一周后能观察到明显现象。小组同学对部分实验进行了改进,使出现明显现象的时间缩短至5～10 min,改进后的装置如图乙所示(夹持装置已略去)。
(1)图甲实验中,对比 (填字母)可知,铁生锈与氧气有关。
(2)图乙实验中,证明铁生锈与水有关的现象为 。
(3)图乙实验能够在较短时间内观察到明显现象,其主要原因是 。
(4)图乙实验的优点是在一定程度上缩短了实验时间,但仍存在不足。请你指出该实验设计的不足之处: (答一条即可)。
7.某钢铁厂日产含杂质4%的生铁100 t,试计算该厂每天至少需含Fe2O3 80%的赤铁矿的质量。(计算结果精确到0.1 t)课题3 金属资源的利用和保护
[footnoteRef:0] [0: 重点点拨
●温馨提示
冶炼金属时,选择矿石应遵循的原则
(1)所需提炼金属的含量高。
(2)矿石中含对环境有害的元素少。
(3)冶炼途径尽可能简便。
(4)工业炼铁的原料中有焦炭,但是将铁从氧化铁中还原出来的是一氧化碳,而不是焦炭。
●特别提醒
●思考拓展
(1)探究铁制品锈蚀条件的实验中,将蒸馏水煮沸并迅速冷却的目的是赶走水中溶解的氧气;在水面上覆盖一层植物油的目的是隔绝氧气。
(2)铁锈很疏松,且能吸水,生成的铁锈不能保护铁,会使铁锈蚀变得更快;而氧化铝是致密的,能保护铝不再继续被氧化。]
探新知 自主学习 01
核心知识
一、金属矿物
1.地球上的金属资源广泛地存在于地壳和海洋中,除了金、银等有 单质 形式存在,金属多以 化合物 的形式存在。
2.常见的金属矿石及主要成分
(1)常见矿石的主要成分的化学式:赤铁矿( Fe2O3 )、磁铁矿( Fe3O4 )等。
(2)常见的铝矿石有铝土矿,其主要成分为 Al2O3 。
(3)常见的铜矿石有赤铜矿(Cu2O)。
(4)其他矿石:金红石(TiO2)、软锰矿(MnO2)。
二、铁的冶炼
1.主要设备: 炼铁高炉 。
2.原料: 赤铁矿石 、 焦炭 、 石灰石 、 空气 等。
3.原理:在 高温 条件下,利用焦炭与氧气反应生成的 一氧化碳 把铁从 氧化铁 中还原出来。
4.发生反应的化学方程式
(1) C+O2CO2 。
(2) CO2+C2CO 。
(3) 3CO+Fe2O32Fe+3CO2 。
三、含杂质物质的化学方程式的计算
不纯物质、纯物质和纯度之间的关系如下:
1.不纯物质的质量纯物质的质量。
2.纯度=×100%。
3.化学方程式所表达的是纯净的物质间的质量关系,因此当反应物或生成物含杂质时,应首先换算成纯物质的质量,再进行计算。
四、金属的腐蚀与保护
1.铁生锈的条件:铁同时与 水、氧气 接触。
2.防止铁生锈的方法
(1)隔绝 空气和水 :如在铁制品表面涂油、刷漆、电镀其他金属等。
(2)改变铁的内部结构:可制成耐腐蚀的合金,如 不锈钢 等。
五、保护金属资源的有效途径
1.防止金属腐蚀。
2.废旧金属的 回收利用 。
3.有计划、合理地开采金属矿物。
4.寻找金属的 代用品 等。
破疑难 重点探究 02
探究点 铁制品锈蚀的条件探究
1.把实验中的有关内容填写在下表中:
编号 实验1 实验2 实验3
实验 装置
控制 变量 与空气、水同时接触 只与水接触 只与空气接触
实验 现象 铁钉生锈,a处比b处更严重 铁钉不生锈 铁钉不生锈
实验 分析 实验1、2对比说明铁生锈需要O2;实验1、3对比说明铁生锈需要H2O
实验 结论 铁钉生锈需要铁和 水、氧气 同时接触
2.实验中所用的水是经煮沸迅速冷却的蒸馏水,煮沸和迅速冷却的目的分别是什么
答案:煮沸的目的是除去水中溶解的氧气,迅速冷却的目的是减少或防止空气中的氧气溶于水,从而排除氧气的干扰。
3.实验中加入植物油的作用是什么
答案:隔绝空气(或氧气),防止空气中的氧气溶解到水中。
4.为延长食品保质期,可在某些食品袋中放入铁粉双吸剂。你知道它的作用吗
答案:铁粉在生锈过程中吸收氧气和水蒸气,既能保持食品干燥,又能除去氧气防腐。
5.铁制品锈蚀的创新实验
借助U形玻璃管
一段时间后图甲中潮湿的钢丝棉有明显锈迹,干燥的钢丝棉没有锈迹,图乙中的钢丝棉生锈最严重。此现象说明铁生锈的实质是铁与 水、氧气 等作用发生缓慢氧化。图乙实验中食盐的作用是 加速铁的锈蚀 。
精评价 综合演练 03
基础巩固
知识点1 常见的金属矿物
1.地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中。下列金属在自然界中能以单质形式存在的是(D)
A.钠 B.铝 C.铁 D.银
2.下列矿石不能用于炼铁的是(D)
A.赤铁矿(主要成分是Fe2O3)
B.黄铜矿(主要成分是CuFeS2)
C.菱铁矿(主要成分是FeCO3)
D.辉铜矿(主要成分是Cu2S)
知识点2 铁的冶炼
3.下列关于工业炼铁的叙述不正确的是(D)
A.炼铁的设备是高炉
B.炼铁得到的产品是生铁
C.炼铁过程中加入石灰石的目的是除去矿石中的杂质
D.炼铁原料中焦炭的主要作用:一是燃烧提供高温;二是还原氧化铁
4.如图是小明学习金属冶炼的笔记,其中有一处错误,出现错误的是(D)
A.a处 B.b处 C.c处 D.d处
知识点3 含杂质物质的计算
5.一氧化碳常用来炼铁,用100 t 含氧化铁88%的赤铁矿石炼铁,理论上可以炼出含铁93%的生铁的质量是(A)
A.66.2 t B.70 t C.59.8 t D.72 t
知识点4 金属的锈蚀与防护
6.(2024滨州)下列做法不能减缓或防止钢铁锈蚀的是(A)
A.经常用食盐水清洗铁制品
B.保持铁制品表面清洁干燥
C.在铁制品表面涂油漆
D.在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属
7.创新实验 某化学小组同学利用如图装置进行铁生锈的趣味实验(装置气密性良好):
步骤1:将已除锈并在清水中漂洗干净的铁丝网放入充满食盐水的硬质玻璃管中。
步骤2:打开两端弹簧夹,排尽食盐水后关闭上端弹簧夹,将硬质玻璃管下端导管插入红墨水中。
下列关于该实验的说法不正确的是(C)
A.一段时间后,观察到铁丝网生锈
B.红墨水进入硬质玻璃管,是因为管内压强减小
C.该实验可说明铁生锈需要氧气和水,缺一不可
D.该实验还可用于探究空气中氧气的含量
知识点5 金属资源的合理利用
8.化学与资源、能源和环境都有紧密的关系。下列关于金属资源的叙述正确的是(B)
A.废旧金属不能再回收利用
B.金属矿物的储量有限,而且不能再生
C.防止金属腐蚀是保护金属资源的唯一途径
D.我国的稀土储量居世界第一位,可以大力开发利用
能力提升
1.传统文化 《天工开物》记载“生铁、熟铁连续生成工艺”,处于当时世界领先地位,是现代冶金工艺的雏形。其流程如图所示,熟铁即为钢。下列说法不正确的是(C)
A.赤铁矿、磁铁矿都是常见的铁矿石
B.生铁和熟铁都属于金属材料
C.生铁中通入足量氧气的目的是将铁氧化
D.向生铁中加入足量的稀硫酸可证明生铁是混合物
2.如图所示,在盛水的试管中放一根洁净的铁钉,用带U形管的胶塞塞紧,U形管内液面处于同一高度,数天后观察U形管内的水面(A)
A.a比b高
B.b比a高
C.一样高
D.U形管中的水从b管中全部溢出
3.下列有关金属资源的利用与防护解释不合理的是(A)
A.在航母金属外壳覆盖涂料,主要是为了美观
B.用“烤蓝”的方法处理钢铁表面,可减缓钢铁的腐蚀
C.用铝合金制造国产大飞机机壳,是利用铝合金强度大、质量轻、抗腐蚀的性质
D.切菜后的菜刀用清水洗净擦干,可减缓菜刀生锈
4.钛合金有良好的耐热强度、低温韧性。生产金属钛的主要步骤:①在高温下,向金红石(含TiO2)与焦炭的混合物中通入氯气,得到TiCl4和一种可燃性气体;②在稀有气体环境和加热条件下,用Mg与TiCl4反应得到Ti和MgCl2。下列说法不正确的是(D)
A.①中的反应为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO
B.反应②中稀有气体的作用是防止Mg与空气反应
C.可用反应①产生的气体冶炼金属
D.反应①②中钛元素的化合价均未发生改变
5.(2023重庆)2023年5月,大连湾海底隧道贯通,我国自主研制的盾构机起了重要作用。盾构机的壳体、刀盘等都使用了钢材。回答下列问题:
(1)与纯铁相比,钢铁的优良性能有 硬度大(或强度高等) (填一种)。
(2)高炉炼铁的原理是一氧化碳和氧化铁反应,反应的化学方程式为 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 ,反应中的 一氧化碳 起还原作用。
6.(2024长春)实验是化学研究的重要手段。图甲为教材中探究铁锈蚀条件的实验装置,约一周后能观察到明显现象。小组同学对部分实验进行了改进,使出现明显现象的时间缩短至5～10 min,改进后的装置如图乙所示(夹持装置已略去)。
(1)图甲实验中,对比 AB (填字母)可知,铁生锈与氧气有关。
(2)图乙实验中,证明铁生锈与水有关的现象为 左边铁丝生锈,右边铁丝没有生锈 。
(3)图乙实验能够在较短时间内观察到明显现象,其主要原因是 氧气的浓度较大 。
(4)图乙实验的优点是在一定程度上缩短了实验时间,但仍存在不足。请你指出该实验设计的不足之处: 不能探究铁生锈与氧气有关 (答一条即可)。
7.某钢铁厂日产含杂质4%的生铁100 t,试计算该厂每天至少需含Fe2O3 80%的赤铁矿的质量。(计算结果精确到0.1 t)
解:100 t生铁中含铁的质量为100 t×(1-4%)=96 t。
设需含Fe2O3 80%的赤铁矿的质量为x。
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
x×80% 96 t
= x≈171.4 t
答:该厂每天至少需含Fe2O3 80%的赤铁矿的质量为171.4 t。
