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第八单元 金属和金属材料
课题3 金属资源的利用和保护
第1课时 金属矿物及铁的冶炼
预习清单
1.地球上的金属资源广泛地存在于地壳和海洋中，除了______等有单质形式存在，其余金属都以______的形式存在。
2.赤铁矿的主要成分是______，磁铁矿的主要成分是______。
金、银
化合物
Fe2O3
Fe3O4
预习清单
3.炼铁的主要原理是一氧化碳与氧化铁反应，其化学方程式为______________________________ 。
4.把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程。把________________
_______一起加入高炉，在高温下，利用炉内反应生成的__________把铁从氧化铁里还原出来。
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
高温
赤铁矿石、焦炭和
石灰石
一氧化碳
沙里淘金。
导入
十九世纪出现了淘金热，淘金者把淤泥或沙子放在盘子里洗涤，就能找到其中的金沙。但是同学们听说过在自然界中直接淘到铁吗？
一、了解金属矿物
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，其余金属都以化合物的形式存在。金、银为什么可以以单质的形式存在？
因为金、银的金属活动性非常弱，不易与其他物质发生化学反应。
人类目前普遍使用的金属有哪些？
铁、铝、铜。
一、了解金属矿物
“地壳中几种金属元素的含量”的柱状图如下。地壳中铜的含量远小于铁和铝，为什么也普遍使用于我们的日常生活和工农业生产中呢？
这主要与铜的化学性质和铜的冶炼成本有关。
一、了解金属矿物
阅读教材，说一说自然界中含铁、铝、铜的矿石主要有哪些？它们的主要成分是什么？
我国是世界上为数不多的已知金属矿物种类比较齐全的国家之一，矿物储量也很丰富，其中钨、钼、钛、锡、锑等储量居世界前列，铜、铝、锰等储量在世界上也占有重要地位。
二、铁的冶炼
早在春秋时期，我国已生产和使用铁器。战国时期，铁制工具的大量使用提高了生产力水平。随后，铁逐渐成为最主要的金属材料。工业上是如何把铁矿石变成铁的呢？
二、铁的冶炼
含铁的矿石主要有赤铁矿（主要成分是Fe2O3）、磁铁矿（主要成分Fe3O4）、黄铁矿（主要成分是FeS2）、菱铁矿（主要成分是FeCO3）。
二、铁的冶炼
从元素组成的角度考虑，由于黄铁矿中含有硫元素，在冶炼过程中有二氧化硫生成，会造成空气污染，所以排除黄铁矿；
工业生产一定会考虑产量，从含铁量的角度考虑，赤铁矿中含铁量约为70%，磁铁矿中含铁量约为72.4%，菱铁矿中含铁量约为48.3%，所以排除含铁量低的菱铁矿。
因此，在工业生产中一般选择赤铁矿和磁铁矿为原料炼铁。
如何选择合适的矿石作为炼铁原料
二、铁的冶炼
工业炼铁
二、铁的冶炼
二、铁的冶炼
原料中的焦炭和石灰石的作用是什么？
石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣；焦炭的主要作用是反应生成一氧化碳，同时提供热量。
二、铁的冶炼
演示实验：一氧化碳还原氧化铁。
实验步骤：①检查装置气密性；②装入药品并固定装置；③点燃酒精灯；④向玻璃管中通入CO；⑤点燃酒精喷灯；⑥反应完成后熄灭酒精喷灯；⑦试管冷却后停止通入CO；⑧熄灭酒精灯。
二、铁的冶炼
实验现象：
红棕色粉末逐渐变为黑色，黑色粉末能被磁铁吸引；生成的气体使试管中的澄清石灰水变浑浊，尾气燃烧并产生蓝色火焰。
③酒精灯处：2CO＋O2 2CO2。
化学方程式：
①酒精喷灯处：3CO＋Fe2O3 2Fe＋3CO2；
②试管中：CO2＋Ca(OH)2 CaCO3↓＋H2O；
点燃
高温
二、铁的冶炼
实验结论：
红棕色的氧化铁被一氧化碳还原为单质铁。
结合实验，思考并回答下列问题。
（1）先通CO的目的是什么？
（2）实验完毕后继续通入CO直到玻璃管冷却的目的是什么？
排除装置内的空气，以免加热时CO与空气混合发生爆炸。
防止生成的铁粉在较高的温度下被重新氧化。
二、铁的冶炼
（3）尾气处理的目的是什么？
因为CO有毒，所以尾气中的CO要经过点燃处理或收集备
用，防止污染空气。
在实际生产时，炼铁所用的原料或所得的产物一般都含有杂质，在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题。我们如何解决工业生产中的实际问题呢？
三、含有杂质的化学反应的计算
在利用化学方程式解决问题时，一定要用纯净物质的质量来进行计算。
因此，含杂质的计算一般做法如下：
（1）将含杂质的不纯物质的总质量转化成纯净物质的质量。
即：纯净物质的质量＝不纯物质的总质量×纯净物质的质量分数（纯度）。
（2）依据化学方程式，根据已知纯净物质的质量计算未知纯净物质的质量。
（3）将纯净物质的质量转化成含杂质的不纯物质的总质量。
即：不纯物质的总质量=纯净物质的质量÷纯净物质的质量分数（纯度）。
三、含有杂质的化学反应的计算
用1000t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（计算结果保留一位小数）？
解：1000 t 赤铁矿石中含氧化铁的质量为：
1000 t×80%＝800 t
设：800 t 氧化铁理论上可以炼出的铁质量为 x。
三、含有杂质的化学反应的计算
3CO＋Fe2O3 2Fe＋3CO2
高温
160
2×56
180 t
x
折合为含铁96%的生铁的质量为：
560 t÷96%＝583.3 t
答：理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是583.3 t。
三、含有杂质的化学反应的计算
计算、回答下列问题。
（1）某钢铁厂每天需消耗5000 t含氧化铁76%的赤铁矿石炼铁，该厂理论上可以日产多少含铁为98%的生铁？
（2）冶炼2000 t含杂质3%的生铁，需要含Fe3O490%的磁铁矿石的质量是多少？
2714.3 t。
需要含Fe3O490%的磁铁矿石的质量是2977.3 t。
核心总结
1.金属矿物
2.铁的冶炼
（1）工业炼铁原料：赤铁矿石、焦炭、石灰石、空气等。
（2）炼铁设备：高炉。
（3）炼铁高炉内发生的化学反应。
（4）石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣。
核心总结
（5）焦炭在工业炼铁中有两个作用，一是提供热量，二是反应产生一氧化碳，用于还原铁矿石。
3.含杂质物质的有关化学方程式的计算
（1）代入纯净物质的质量进行计算。
（2）纯净物质的质量＝不纯物的总质量×纯净物质的质量分数（纯度）。
1.下列金属中，在自然界主要以化合物形式存在，且提炼量最大的是（ ）。
A.铝 B.金 C.银 D.铁
2.某赤铁矿石样品中铁元素的质量分数为63%，则该矿石样品中FO3的质量分数为（ ）。
A.95% B.85% C.90% D.80%
课堂评价
D
C
3.写出下列金属矿石主要成分的化学式。
（1）磁铁矿_______；
（2）赤铜矿_______；
（3）铝土矿_______。
课堂评价
Fe3O4
Cu2O
Al2O3
4.打铁花是一种民间传统焰火表演，属于国家级非物质文化遗产。其原理是将生铁烧至熔化成为铁水，再将铁水在空中用力击打而形成四处飞溅的耀眼“铁花”。
（1）生铁属于________（填“纯净物”或“混合物”）。
（2）高炉炼铁可获得生铁，其原理包含一氧化碳与氧化铁在高温下反应，反应的化学方程式是___________________________。
课堂评价
混合物
3CO＋Fe2O3 2Fe＋3CO2
高温
4.打铁花是一种民间传统焰火表演，属于国家级非物质文化遗产。其原理是将生铁烧至熔化成为铁水，再将铁水在空中用力击打而形成四处飞溅的耀眼“铁花”。
（3）将一定质量的铁粉加入ZnSO4和CuSO4的混合溶液中，充分反应后过滤，滤液中一定含有的溶质是______________（填化学式）。
课堂评价
ZnSO4 和FeSO4
第八单元 金属和金属材料
课题3 金属资源的利用和保护
第2课时 金属资源保护
预习清单
1.铁锈的主要成分是___________。
2.铁生锈的过程，实际上是铁与____________、_______等发生化学反应的过程。铁锈很______，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水等反应，因此铁制品可以全部锈蚀。
Fe2O3·xH2O
空气中的氧气
水蒸气
疏松
预习清单
3.如果隔绝了________，就能在一定程度上防止铁生锈。在铁制品表面__________________________________________________
___等，都能防止铁制品锈蚀。
4.保护金属资源的有效途径是____________________________
____________________________________________等。
空气或水
涂油、刷漆、镀耐磨和耐腐蚀的铬，以及制造耐腐蚀的合
金
防止金属腐蚀、回收利用废旧金
属、合理地开采金属矿物，以及寻找金属的代用品
生活中随处可见铁器生锈的场景，据估计全世界每年被腐蚀损耗的钢铁材料约占全年钢铁产量的 ，给人类带来了巨大的损失。
导入
一、铁生锈的条件
铁锈的主要成分是F2O3·xH2O。依据化学反应前后元素种类不变，结合同学们找到的生锈的铁制品所处的环境，猜测铁生锈可能与哪些物质有关？
猜想与假设：O2 和 H2O。
如何设计实验验证猜想呢？
一、铁生锈的条件
实验步骤：
①在A试管中放入一根洁净的铁钉和经煮沸后迅速冷却的蒸馏水（铁钉未完全浸没蒸馏水）。
一、铁生锈的条件
②在B试管中放入一根洁净的铁钉，注入经煮沸后迅速冷却的蒸馏水至浸没铁钉，然后在水面上覆盖一层植物油。
一、铁生锈的条件
③将C试管烘干，放入一根洁净的铁钉，再在试管口塞上一团棉花，棉花上放一些干燥剂氯化钙，然后用橡皮塞塞紧试管口。
一、铁生锈的条件
④一周后观察三支试管中的现象。
蒸馏水煮沸的目的是什么？
除去水中溶解的氧气（空气）。
滴入植物油的作用是什么？
隔绝氧气。
一、铁生锈的条件
观察、记录实验现象。
一、铁生锈的条件
通过对比试管A和试管B中的现象，可以得出的结论是什么？
铁生锈需要氧气（空气）。
通过对比试管A和试管C中的现象，可以得出的结论是什么？
铁生锈需要水。
综上可知，铁钉生锈的过程，实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程。
一、铁生锈的条件
铝的金属活动性比铁强，为什么铝制品比铁制品耐腐蚀呢？
铝与氧气反应，其表面生成一层致密的A12O3薄膜，覆盖在铝的表面，从而阻止铝进一步氧化，所以铝耐腐蚀；
而铁与氧气、水等反应生成的铁锈（主要成分是F2O3·xH2O）很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水等反应，因此铁制品可以全部锈蚀。
一、铁生锈的条件
铁制品生锈的图片。
研究铁生锈的条件，是为了让我们更好地利用这一化学反应原理。例如，生活中我们利用铁粉缓慢氧化放热制成防寒暖贴，还可以利用铁生锈吸收氧气和水蒸气制成铁粉双吸剂，即食品中的防腐剂和干燥剂。
二、防止铁生锈的方法
了解了铁生锈的条件，就可以根据这些条件，寻找防止铁制品锈蚀的方法。如何防止铁制品锈蚀呢？
隔绝氧气和水。
上述实验试管B中的铁钉没有生锈，是因为铁钉隔绝了氧气；试管C中的铁钉没有生锈，是因为铁钉隔绝了水。
二、防止铁生锈的方法
自行车中的构件如支架、链条、钢圈等，分别采取了哪些防锈措施？
提示：支架采用涂油漆，链条采用涂油，钢圈采用镀铬等措施，支架和车圈也可采用铝合金、不锈钢等其他耐腐蚀的合金材料。
二、防止铁生锈的方法
破坏铁生锈的条件可以防止铁生锈，具体措施有：
（1）保持铁制品表面的洁净和干燥。
（2）在铁制品表面形成一层保护膜，如涂油、刷漆、镀上其他耐腐蚀的金属、烤蓝、搪瓷等。
（3）改变金属结构，制成合金，如铁制成不锈钢。
二、防止铁生锈的方法
同学们还知道生活中哪些其他的金属制品是利用以上这些方法防止生锈的吗？
水龙头表面镀铬、铁围栏刷漆、搪瓷餐具……
三、保护金属资源
金属矿物的储量有限，而且不能再生。怎样保护金属资源呢？
（1）防止金属腐蚀。
（2）回收利用废旧金属。
（3）有计划、合理地开采金属矿物，严禁不顾国家利益的乱采矿。
（4）寻找金属的代用品等。
废旧金属的回收利用有什么意义？
既可以减少其对环境的危害，又可以节约金属资源。
核心总结
1.铁生锈的主要条件是铁与空气和水（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铁生锈。
在铁制品表面涂油、刷漆、镀耐磨和耐腐蚀的铬，以及制造耐腐蚀的合金等，都能防止铁制品锈蚀。
核心总结
2.保护金属资源
（1）防止金属的腐蚀。
（2）回收利用废旧金属。
（3）有计划、合理地开采金属矿物，严禁不顾国家利益的乱采矿。
（4）寻找金属的代用品。
1.下列有关金属的说法正确的是（ ）。
A.常温下，所有金属单质均是固体
B.工业炼铁可用一氧化碳将铁的氧化物还原成铁
C.铁的锈蚀只与空气中的氧气有关
D.废旧铁制用品应该直接填埋处理
课堂评价
B
2.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
课堂评价
A
3.如图是探究铁钉锈蚀条件的实验，一段时间后观察现象。下列说法正确的是（ ）。
A.对比①中甲、乙、丙三处，甲处锈蚀最明显
B.对比②③说明铁锈蚀需要水和空气
C.③中氯化钙的作用是吸收空气中的氧气和水蒸气
D.④比①锈蚀严重，说明食盐水能加快铁钉的锈蚀
课堂评价
D
4.太阳能电池路灯，可以实现白天用太阳能充电，夜晚照明，其灯柱材料为铝合金，路灯内部采用金属铜作导线。回答下列问题。
（1）制作灯柱所需的铝合金属于________（填“金属材料”或“合成材料”）。
（2）铝合金的硬度和强度都比纯铝___（填“高”或“低”）。
课堂评价
金属材料
高
（3）太阳能电池路灯使用铜作导线，是因为铜具有良好的_____性。
（4）一般不用铁制作灯柱的原因是铁易与空气中的水蒸气和_____反应而生锈。
课堂评价
导电
氧气

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