第五章 金属与矿物---第三节 金属的防护和回收/第四节 石灰石的利用[上学期]

第五章 金属与矿物
【教学内容】
第三节 金属的防护和回收
第四节 石灰石的利用
【教学目标】
认知目标：
1．了解防止金属锈蚀的简单方法；
2．知道废弃金属对环境的污染，认识回收金属的重要性。
3．了解石灰石在生产、生活中的应用；
4．掌握鉴别碳酸盐的方法；
5．知道碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙相互转化的关系；
6．认识石灰石、大理石是重要的矿藏资源
能力目标：
1．通过铁锈蚀条件的探究活动，进一步提高科学探究的欲望和分析、归纳能力。
2．理解检验物质的依据和方法。
情感目标：
1．认识处理废金属，回收金属的价值，提高资源意识和环保意识。
2．通过学习形成“物质在一定条件下，可以相互转化”的观念
【方法指导】
第三节 金属的防护和回收
一．钢铁锈蚀的条件
1．实验：铁钉锈蚀条件的探究实验（课本P126）
探究铁钉锈蚀的主要因素与影响因素：用一组5个铁钉在五种不同的环境条件下发生锈蚀的对比实验。
试管①：铁钉所处的介质是酸、水、氧气。
试管②：铁钉所处的介质是氯化钠、水、氧气。
试管③：铁钉所处的介质是水、氧气。
试管④：铁钉所处的介质是水（迅速冷却的沸水中氧气极少）
试管⑤：铁钉所处的介质是氧气（生石灰或无水氯化该是干燥剂，除去试管中的水）
实验结果：试管④⑤没有生锈，而试管②③中铁钉生锈的速度明显快于试管①。
实验结论：通过该实验，介质与结果的比较，说明铁生锈的条件是：在水、氧气同时存在的环境中（即潮湿的空气中）；并且酸与氯化钠等物质的存在能使铁在潮湿的空气中生锈速度加快。
2．有关铁锈的问题
（1）主要成份：铁锈是混合物，主要成分是Fe2O3
（2）颜色状态：棕红色固体，或者称红色固体。P.S.红色固体至今有2种：铜和氧化铁
（3）结构特点：疏松多孔。正是这种结构使空气中的氧气和水分等穿过空隙，不断向里渗透，继续与铁反应，直至铁完全被锈蚀形成铁锈。
（4）注意事项：铁与氧气在纯氧气中，能被点燃，发生剧烈氧化反应，生成四氧化三铁；而铁与氧气在潮湿的空气中，能发生缓慢氧化，生成二氧化二铁。因此，由此可以看出，相同的反应物在不同的反应条件下，反应现象可能会有所不同，生成物也会有所不同。
二．钢铁防锈的原理与常用的防锈方法
1．防止钢铁生锈的原理：根据铁生锈的条件，防锈时要注意
（1）注意铁制品表面洁净干燥；（2）避免与氧气接触。
探究实验：菜刀锈蚀与防锈的探究
实验结果：在正常情况下，菜刀表面的锈蚀程度是涂食油处<干布擦干处<湿棉球润湿处
实验结论：我们在防锈中，可以利用在钢铁表面覆盖一层保护膜的方法。
2．常用的防锈方法
（1）用完铁制品后及时擦洗干净，置于干燥的环境，保持表面的洁净、干燥。
（2）在铁制品表面涂一层油，如机械零件等。
（3）在铁制品表面涂上一层油漆，如家用电器、自行车车架、钢窗等。
（4）在铁制品表面进行烤蓝、煮黑等处理（在其表面形成一层致密的四氧化三铁薄膜），如锯条、链条等。
（5）在铁制品表面镀上一层其他金属，如镀锌、锡、铬等，如自行车车把，钢圈等。
（6）改变铁制品的内部结构，将其制成不锈钢。
三．废金属的回收与利用
1．废金属废置不用的危害：
（1）资源的极大浪费；（2）污染环境（燃料燃烧形成空气污染，金属废弃形成镉、汞等引起的土壤污染）。
2．回收利用废金属，可以节约大量的煤和铁矿石，又能减少污染空气的悬浮颗粒物
第四节 石灰石的利用
一．石灰石的存在、用途和检验
1．石灰石的存在：
（1）碳酸钙是大理石、石灰石、白垩、方解石等岩石的主要成分；
（2）鸡蛋壳、贝壳、珍珠、牙膏、水壶的水垢等物质中也含有碳酸钙；
样品 实验步骤 实验装置 实验现象 实验结论
水垢 1．取样。将少量样品加入至试管中2．添加稀盐酸至试管中，3．将气体通入澄清石灰水中 在固体表面出现气泡，澄清石灰水变浑浊 该样品中均含有碳酸钙CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑
珍珠
贝壳
鸡蛋壳
石灰石
实验：怎样简单的检验出下列物质中哪些含有碳酸钙？水垢、珍珠、贝壳、鸡蛋壳、石灰石
2．石灰石的用途
（1）大理石色彩丰富，汉白玉洁白凝重，都是优良的建筑材料；
（2）石灰石用于冶炼钢铁，烧制生石灰，制造水泥、玻璃、陶瓷等。
3．检验矿石中是否含有碳酸钙的方法：往矿石上滴加稀盐酸，利用碳酸钙能与稀盐酸反应生成二氧化碳气体。
有关问题：
（1）地质人员在野外勘探时往往带一小瓶盐酸，其作用是什么？
答：为了检验碳酸钙。
（2）鸡蛋在盐酸中为何会反复浮沉？
答：鸡蛋壳中的碳酸钙跟盐酸反应生成大量的气泡附着在蛋壳表面，使鸡蛋受到的浮力大于重力。
4．碳酸盐的检验
样品 化学式 实验步骤 实验装置 实验现象 化学方程式
纯碱 Na2CO3 1．取样。将少量样品加入至试管中2．添加稀盐酸至试管中，3．将气体通入澄清石灰水中 出现大量气泡，澄清石灰水变浑浊 Na2CO3+2HCl=2NaCl+ H2O+CO2↑
草木灰 K2CO3 K2CO3+2HCl=2KCl+ H2O+CO2↑
铜绿 Cu2(OH)2CO3 Cu2(OH)2CO3+4HCl=2CuCl2+ 3H2O+CO2↑
碳铵 NH4HCO3 NH4HCO3+HCl=NH3↑+ H2O+CO2↑
总结： 检验碳酸盐的方法：先滴加稀盐酸，然后将生成的气体通入澄清石灰水，观察时候浑浊。
二．生石灰、熟石灰、石灰石之间的转变
1．一变：坚硬的石灰石在高温条件下变“脆”
化学方程式：CaCO3CaO+CO2↑
实验现象：经过灼烧后的石灰石变得更白了，容易碾碎了，固体质量变轻了
相关应用：此反应是工业上制取生石灰和二氧化碳的方法
2．二变：块状的生石灰遇水变“酥”
化学方程式：CaO+H2O==Ca(OH)2
实验现象：产生大量的烟雾，放出大量的热，块状固体变成了粉末状固体。
相关应用：
（1）将生石灰用于干燥剂，用来干燥气体。由于生石灰能与水、二氧化碳等物质发生反应，所以生石灰应该密封保存，也不能用它来干燥二氧化碳、氯化氢气体等。
（2）生石灰与水反应时，会放出大量的热，放出的热能使水沸腾，将鸡蛋煮熟。
3．三变：粉末状的熟石灰在空气变“硬”
化学方程式：Ca(OH)2+CO2==CaCO3+ H2O
实验现象：二氧化碳气体通入到澄清石灰水中，溶液变浑浊。
相关应用：实验室检验二氧化碳气体，粉刷墙壁
【典型例题】
例1 钢铁锈蚀的速度与外界环境有很大关系，是说明下列情况钢铁腐蚀很快的原因。
（1）江淮流域的梅雨季节；（2）火力发电厂的周围。
分析与解答：（1）江淮流域的梅雨季节通常降水量很大，降雨时间长，空气的湿度较大，使得钢铁的腐蚀速度加快，如果雨水的酸度大，钢铁的腐蚀速度就会更快。（2）火力发电厂周围的空气中，由于煤的燃烧能使空气中SO2的浓度增加，二氧化硫及其它与水反应的产物都会使钢铁锈蚀的速度加快。
例2 医疗上颇为流行的“理疗特效垫”，就是利用铁的缓慢氧化放出的热均匀、稳定、使患处保持温热状态。56g铁粉完全氧化，需要氧气的质量为_________________。
分析与解答：该题已经提示为铁进行缓慢氧化，生成的产物应该是氧化铁Fe2O3，故根据化学式计算
例3 下列钢制品常用哪些方法来防止生锈？
（1）铁栏杆；（2）铁门窗；（3）自行车链条；（4）洗脸盆；（5）不锈钢扶手
分析与解答：（1）镀一层其他金属，如锌、铝等；（2）表面刷一层油漆，阻止氧气与其接触；（3）自行车链条表面进行加工处理，形成烤蓝并涂上防锈油；（4）表面镀上搪瓷；（5）改变内部结构，形成不锈钢。
例4 在轮船的金属外壳上铆上一块锌片，专业人士说可以防止锈蚀，保护船体。有人说镀锌铁不容易生锈的原因是：表面镀上一层不活泼的金属锌作为保护膜，这种说法正确吗？
分析与解答：这种说法不正确。根据金属活动性顺序表，金属锌的位置比铁靠前，因此锌的活动性应该比金属铁的活动性强，化学性质比铁活泼。故，遇到锈蚀，锌首先腐蚀，只有当锌全部腐蚀完，铁才开始腐蚀，这样就保护了铁制品。
例5 铝的化学性质比较活泼，在空气中比铁更容易被氧化，但为什么铝制品比铁制品更耐用？
分析与解答：铝在空气中与氧气发生反应，生成的氧化铝形成一层致密而结实的氧化膜敷在在铝的表面，防止铝与氧气继续与氧气反应，从而起到了“自我保护”的作用。
例6 某碳酸钙样品，当称取10.0g与足量的稀盐酸反应后，收集到4.5g二氧化碳，则该碳酸钙样品中可能混有的杂质是（ ）
A.MgCO3 B.Na2CO3 C.K2CO3 D.CuCO3
分析与解答：首先根据碳酸钙与稀盐酸反应发生化学方程式计算出10.0g碳酸钙反应生成4.4g二氧化碳。而4.4g小于题中所给CO2的质量4.5g，由此可以推断出混有杂质10.0g与足量盐酸反应时产生的CO2的质量应大于4.5g。再根据题中所给的四种碳酸盐分别跟盐酸反应的化学方程式计算出每种碳酸盐10.0g产生的CO2的质量，结果只有MgCO3符合，所以本题答案为A
【同步练习】
一、选择题
1．下列物质中属于纯净物的是（ ）
A.草木灰 B.生铁 C.氧化铁 D.石灰水
2．地壳中含量最多的金属元素（ ）
A.铁 B.氧 C.硅 D.铝
3．下列物质中不能由金属与盐酸直接反应制得的是（ ）
A.氯化镁 B.氯化锌 C.氯化铁 D.氯化铝
4．盐酸与生铁反应，当生铁反应完毕后，烧杯里留有少量黑色物质，其主要物质为（ ）
A.氧化铁 B.四氧化三铁 C.碳 D.铁粉
5．不锈钢中除了铁之外，其余的两种主要的金属元素是（ ）
A.镍、铬 B.锰、铬 C.铬、钨 D.锰、钨
6．铁在一定条件下容易生锈，下列有关铁生锈的叙述错误的是（ ）
A.铁生锈一定伴随着物理变化 B.铁生锈时，铁发生了缓慢氧化
C.铁生锈的本质就是铁与氧气反应生成氧化铁 D.铁生锈时，会有难以察觉的热量放出
7．将铁片插入下列溶液中，片刻后取出，溶液质量减少的是（ ）
A.盐酸 B.硫酸铜 C.稀硫酸 D.硫酸亚铁
8．某不纯的铁块5.6g，与足量的盐酸反应，全部溶解，放出氢气为0.21g，则铁块中可能含有的杂质是（ ）
A.铜 B.锌 C.碳 D.镁
9．还原铁的某氧化物2.16g，可以得到1.68g。则该种铁的氧化物的化学式为（ ）
A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.FeCO3
10．将燃着的镁伸入盛有二氧化碳的集气瓶中，镁带剧烈燃烧，发生的反应方程式为2Mg+CO22MgO+C，下列叙述错误的是（ ）
A.该反应中镁发生了氧化反应 B.该反应中二氧化碳是还原剂
C.该反应属于置换反应 D.镁着火时不能用二氧化碳灭火剂扑灭
二、填空题
11．日常生活中，用于铁栏杆外层涂料的“银粉”大多是金属______________；包装糖果、香烟的银白色金属薄片__________；家用热水瓶内胆壁的银色金属是_________；温度计中填充的金属是______________；灯泡里做灯丝的金属是____________；青铜是一种合金，除含有铜外还含有的一种金属是_______________；铝表面有一层致密而结实的薄膜，其主要成分是________________；孔雀石的主要成分为________________；黄铁矿的主要成分为_____________；赤铜矿的主要成分为_______________。（填对应的化学式）
12．怎样用化学方法除去下列物质中的少量杂质（括号内为杂质），用化学方程式表示。
（1）Cu（Fe）____________________________________________________________；
（2）FeSO4（CuSO4）_____________________________________________________；
（3）CaCl2（CaCO3）______________________________________________________；
（4）H2（CO2）______________________________________________________；
13．写出有关的化学反应方程式，并注明反应类型。
（1）铝很难从矿物中提取出来，因此利用电解氧化铝的方法得到金属铝。
_________________________________________________________，反应类型____________________；
（2）古代湿法炼铜，“曾青的铁则化为铜”
_______________________________________，反应类型____________________；
（3）法医常用锌和盐酸混合在一起，检验是否砒霜中毒，砒霜的主要成分为As2O3，若试样中有砒霜，则反应生成砷化氢（AsH3），氯化锌和水。写出其反应的化学方程式
____________________________________________________________________；
（4）在潮湿的空气中，铜也能与空气中的二氧化碳、氧气、水等发生反应生成铜绿。
_____________________________________________，反应类型____________________；
14．填写出下列铁制品防锈的方法
（1）钢锯条___________；（2）自行车车架__________；（3）自行车车把____________；
（4）脸盆___________；（5）不锈钢楼梯扶手______________（6）铁制自来水管______________。
15．某同学做了如下家庭小实验：在一个玻璃杯中放入了大半杯白醋，并将一只洗净后的小鸡蛋轻放入玻璃杯中，可观察到鸡蛋慢慢沉到杯底，慢慢又浮起来，马上又沉下，……这样反复运动。请你通过化学和物理等知识来解释该实验现象。
16．浓硫酸和铜再加热的条件下能发生反应：Cu+2H2SO4CuSO4+2H2O+SO2↑。有人设计了两种用铜屑制取硫酸铜的方案；①CuCuSO4；②CuSO4
这两种方案中，你认为那种方案较好？为什么？
17．一般情况下，金属越活泼，与酸反应的速度越快。为了探究金属Mg、Zn、Fe与酸反应的快慢，某研究性学习小组设计了如下的实验。
实验步骤：
①取A、B、C三支试管，分别加入2mL浓度相同的盐酸溶液；
②分别加入足量的、大小相等的Mg、Zn、Fe，立即把三个相同的气球分别套在各试管口。
实验预测与分析：
（1）写出铁与稀盐酸反应的化学方程式： ___________________。
（2）气球膨胀速度最快的是______________（填试管编号）。
（3）该实验表明，实验室一般选用锌而不选用镁、铁制取氢气的主要原因是：__________________________________________。
（4）步骤②是实验获取成功的关键，你认为在操作过程中小组成员之间应该______________________。
三．计算题
18．某炼铁厂每天生产含杂质4%的生铁400t，每天需要含氧化铁70%的赤铁矿多少吨？如果改用含有杂质为25%的磁铁矿则需要多少吨这样的磁铁矿？
19．有一生锈的铁钉（铁锈的主要成份为Fe2O3）质量为16g，加入足量的盐酸充分反应后生成0.4gH2。试计算未生锈前铁片的质量为多少？
参考答案
1．C 2、D 3、C 4、C 5、A 6、C 7、B 8、D 9、A 10、B
11．Al Al Ag Hg W Sn Al2O3 Cu2(OH)2CO3 FeS2 Cu2O
12．（1）Fe+2HCl==FeCl2+H2↑；（2）Fe+CuSO4== FeSO4+Cu；（3）CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑
（4） Ca(OH)2+CO2==CaCO3↓+ H2O
13．（1）2Al2O3=4Al+3O2↑ 分解；（2）Fe+CuSO4== FeSO4+Cu 置换；
（3）As2O3+6Zn+12HCl=2AsH3+6ZnCl2+3H2O
（4）2Cu+CO2+H2O+O2= Cu2(OH)2CO3 化合反应
14．烤蓝 喷漆 镀铬 镀搪瓷 形成不锈钢 镀锌
15．答：鸡蛋壳中的碳酸钙跟盐酸反应生成大量的气泡附着在蛋壳表面，使鸡蛋受到的浮力大于重力。
16．（2） 环保，节约能源
17．Fe+2HCl==FeCl2+H2↑ A Fe反应速率适中 团结一致，相互协作等
18．
19．14.56g
12
1