课题 3 金属资源的利用和保护（54张PPT）

(共54张PPT)
元素名称 质量分数/% 元素名称 质量分数/%
铝（Al） 7.73 镁（Mg） 2.00
铁（Fe） 4.75 锌（Zn） 0.008
钙（Ca） 3.45 铜（Cu） 0.007
钠（Na） 2.74 银（Ag） 0.000 01
钾（K ） 2.47 金（Au） 0.000 000 5
金属元素在地壳中的含量
新课导入
金属资源存在的方式：
少数很不活泼的金属（Au、Ag）以单质形式存在，大多数金属以化合物的形式存在。
金属资源的存在：
广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中。
我国是已知矿物种类较齐全的少数国家之一。（钨、钼、钛、锡等储量居世界前列；铜、铝等储量也很高）
我国的矿产资源：
自然界以单质形式存在的金
自然界以单质形式存在的银
赤铁矿（主要成分是Fe2O3 ）
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
黄铁矿（主要成分是FeS2）
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
菱铁矿（主要成分是FeCO3）
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
褐铁矿（主要成分是Fe2O3·nH2O）
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
磁铁矿（主要成分是Fe3O4）
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
黄铜矿（主要成分是CuFeS2）
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
辉铜矿（主要成分是Cu2S）
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
蓝铜矿（主要成分是Cu2(CO3)2(OH)2）
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
孔雀石（主要成分是Cu2(OH)2CO3）
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
罕见的铜矿石
毛赤铜矿（主要成分是Cu2O）
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
其它矿石
金红石（主要成分是TiO2）
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
铝土矿（主要成分是Al2O3）
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
闪锌矿
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
中国的矿产与数字
中国已探明储量的金属矿产有54种。
铁矿：全国已探明的铁矿区有1834处。
锰矿：全国已探明的锰矿区共有213处。
铬铁矿：有56处产地。
铜矿：已探明矿区910处。
铝土矿：有310处产地。
铅锌矿：有产地700多处。
镍矿：有产地近百处。
钼矿：有产地222处。
钨矿：探明产地252处。
锡矿：探明产地293处。
汞矿：探明汞产地103处。
锑矿：探明锑产地111处。
金矿：探明矿区1265处。
银矿：探明产地569处 。
学习目标
1．知道常见的金属（铁、铝等）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含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。
自然界中以单质形式存在的金属我们可以直接地利用，那么以化合物形式出现的金属矿物质呢？例如从赤矿石怎么得到铁呢？
早在我国的春秋战国时期，我们就开始使用和炼制铁器。下面的两幅图就是炼铁炉。
生熟炼铁炉二
生熟炼铁炉一
铁的冶炼
铁器时代是人类发展史中一个极为重要的时代。人类最早发现和使用的铁，是天空中落下来的陨铁。陨铁是铁和镍、钴等金属的混合物，含铁量较高。在很久以前，人们就曾用这种天然铁制作过刀刃和饰物，这是人类使用铁的最早情况。地球上的天然铁是少见的，所以铁的冶炼和铁器的制造经历了一个很长的时期。当人们在冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶炼铁的技术之后，铁器时代就到来了。
铁的冶炼
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．设备
高炉
炼铁高炉
3．原理
在高温下，利用焦炭与氧气反应放出的二氧化碳再与碳反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来。
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
高温
过量空气
焦炭
焦炭
高温
高温
赤铁矿
高温
CO2
CO
Fe
红色的Fe2O3变黑，同时产生使石灰水变浑浊的气体。
4．现象
一氧化碳还原氧化铁实验室装置
一氧化碳
氧化铁
石灰水
5．实验室模拟冶炼的注意事项
加热前要通入一段时间的CO，排尽硬质试管中的空气(防止爆炸)。
酒精喷灯要“迟到早退”（防止氧化）。
尾气处理（烧掉）：CO有毒（防止污染空气）。
1、炼铁的方法还可以用来炼制：锰、锌、镍、铅等。
如：MnO2 + 2CO Mn + 2CO2
2、冶炼金属的其它方法——电解法
如：2Al2O3 4Al + 3O2
电解
例题：用1 500t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？
解：1、1 500t赤铁矿石中含有氧化铁的质量为 ：
1 500t×80%=1 200t
2、 设：1 200t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为x。
160 2×56
1 200t x
160 1 200t
2×56 x
=
x = 840t
3、折合为含铁96%的生铁的质量为：840t÷96%=875t
答：理论上可以炼出含铁96%的生铁875t。
Fe2O3 + CO 2Fe + 3CO2
高温
含杂质物质的化学方程式的计算
含杂质物质的化学方程式的计算
例题：用1 500t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？
1、 解 设：可以炼出含铁96%的生铁的质量为x。
Fe2O3 + CO 2Fe + 3CO2
高温
160 2×56
1 500t × 80% 96% x
160 1 500t × 80%
2×56 96% x
=
X=875t
答：理论上可以炼出含铁96%的生铁875t。
熟练后也可以这样直接转化：
全球每年因腐蚀而报废的金属材料相当于年产量的20％~40％！
其中，钢铁制品因生锈的损失每年约占世界总产量的四分之一。
钢铁的最大弱点是容易生锈，怎样防锈呢？
二、金属资源保护
1．金属的腐蚀和防护
铁生锈条件的实验探究
实验用品：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、干燥剂氯化钙等。
（1）把铁钉的一半浸没在蒸馏水中；
（2）铁钉完全浸没在蒸馏水中，再滴入2mL的植物油
（3）铁钉放入试管中，在瓶口放置干燥剂，再塞上塞子。
注意每天观察铁钉锈蚀的现象，连续观察约一周，做好记录。
一周后，三个铁钉的变化情况
铁钉的一半浸入蒸馏水中
铁钉全部浸入蒸馏水，滴加2mL植物油
干燥试管中
铁生锈条件的探究
　　A．常温下，在干燥的空气中，铁很难跟氧气反应。
　　B．在隔绝空气情况下，铁不与水反应。
　　C．在含水分的空气中铁与水和氧气发生复杂的化学反应，生成铁锈。
①铁生锈的条件
铁生锈是铁与空气中的氧气、水共同作用的结果。温度、盐等对铁的生锈也有一定的影响。
铁在潮湿的空气中最容易生锈。
铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O，铁锈很疏松，所以铁可以完全被锈蚀。
铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程。属于缓慢氧化反应。
②铁生锈的实质
③铁锈主要成分
④防止铁生锈的方法
A．保持铁表面的清洁干燥，隔绝空气和水
B．涂保护膜
D．制造耐腐蚀的合金
镀金属保护层：如镀锡、镀锌、镀铬等。
涂非金属保护层：如喷涂油漆、涂防锈油、在脸盆、杯子表面烧涂搪瓷等。
C．形成致密氧化物薄膜保护层
如枪套上形成四氧化三铁、 锯条上的烤蓝。
E．电化学保护
铁与氧气反应
反应物 条件 生成物 反应类型
铁与氧气 点燃 Fe3O4 剧烈的氧化反应
铁与氧气和水 常温 铁锈（主要成分是Fe2O3·xH2O） 缓慢氧化
1．根据铜绿的化学式Cu2(OH)2CO3分析铜生锈的条件是什么？
与氧气、水和二氧化碳接触。
2．为什么铝不容易被腐蚀？金属腐蚀的条件是什么？
铝与氧气反应生成致密的氧化铝薄膜，覆盖在铝的表面，可保护里层的铝不再与氧气反应。
金属腐蚀的条件：要有能够发生反应的物质；反应物要能相互接触；生成物不会对反应起阻碍作用。
关于金属腐蚀
金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，使国民经济受到巨大的损失。据估计，世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5％～4.2％，超过每年各项大灾（火灾、风灾及地震等）损失的总和。有人甚至估计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为1亿吨！
2．金属资源保护
根据已探明的一些矿物的储藏量和目前消耗速度，有人估计一些矿物可供开采的年限如下图所示。
Al
Ag
Sn
Pb
Au
Zn
Cu
Fe
16年
195年
42年
27年
26年
26年
17年
257年
据估计一些矿物可供开采的年限
（4）寻找金属的代用品
（1）防止金属的腐蚀
（2）废旧金属的回收利用
（3）有计划，合理地开采矿物
金属资源的保护措施：
废旧金属的回收
金属的回收利用
1．炼铁的原料：焦炭、石灰石、铁矿石
2．炼铁的原理：
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
高温
3．防止铁生锈的方法：
课堂小结
A．保持铁表面的清洁干燥，隔绝空气和水
B．涂保护膜（涂油、上漆、镀耐腐蚀金属）
C．形成致密氧化物薄膜保护层（如：烤蓝）
D．寻找金属的代用品
A．防止金属的腐蚀
B．回收利用废旧金属
C．有计划，合理地开采矿物金属资源
4．金属资源的保护：
D．制造耐腐蚀的合金
E．电化学保护
课堂练习
1．菜刀在下述情况下，发生锈斑的严重程度顺序是（ ）
①切湿咸菜后放置。②切酸菜后放置。③切完菜后洗净擦干。④切完菜后洗净擦干，再抹一点花生油。⑤切完菜后用水冲洗。
A．①②③④⑤ B．⑤④①②③
C．④③⑤①② D．②①⑤③④
C
2．在下列各种情况下，埋在地下的铸铁
输气管道被腐蚀速度最慢的是（ 　 ）
A．在潮湿、疏松、透气的土壤中
B．在含沙粒较多、潮湿透气的土壤中
C．在疏松、透气、干燥的土壤中
D．在干燥、致密、不透气的土壤中
D
3．在面盆、痰盆等铁制品炼烧制搪瓷的目的是（ ）
A．美观和杀菌消毒作用
B．增大厚度防止磨损
C．防止铁生锈且美观
D．增大硬度防止撞坏
C
4．请你解释以下两个事实：
　　（1）铝比铁容易氧化，但为什么铝制品耐用而铁制品却容易锈蚀？
铝被氧化后在其表面形成一层致密的氧化膜，可保护铝不再进一步被氧化；而铁氧化易生锈，需要一层保护膜。
　　（2）为什么沿海，尤其是南方沿海地区的钢铁制品比北方容易锈蚀？
沿海地区，气候较潮湿，铁在潮湿的空气中更易被腐蚀。
　　1．（2）（3）
　　2．（1）空气干燥 （2）先擦干水分防止生锈
　　3．ZnCO3 ZnO+CO2 ↑
　　　 2Cu2O+C 4Cu+CO2 ↑
　 2ZnO+C 2Zn+CO2 ↑
　　4．271.7t
　　5．2976.72t
　　6．（1）涂油 费用高 可靠性高
　　 （2）放在干燥处 费用低 可靠性低
课后习题答案
高温
高温
高温