资源简介

8.3 金属资源的利用和保护 学案
学习目标
1.了解常见的矿物，掌握炼铁的原理及有关含杂质物质的计算；
2.认识导致钢铁锈蚀的因素，知道防止金属锈蚀的方法；
3.认识废旧金属对环境的影响及回收废旧金属的的重要性，树立环境保护意识。
学习重难点
1.掌握炼铁的原理；
2.金属锈蚀的条件和防护措施。
学习过程
一、金属资源概况
地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中。金属的存在主要有两种形式：
(1)单质形态：少数化学性质很不活泼的金属，以单质形态存在，如金、铂、银。
(2)化合物形式：绝大多数金属都是以化合物的形式存在于矿石之中，如赤铁矿、钛铁矿等。
几种常见的金属矿物的名称和主要成分见下表：
金属矿物 赤铁矿 铝土矿 磁铁矿
主要成分 Fe2O3 Al2O3 Fe3O4
【练一练】自然界中以单质形式存在的金属是（　　）
A．金 B．铁 C．铝 D．铜
【答案】A
【练一练】赤铁矿的主要成分是（　　）
A．FeO B．Fe3O4 C．Fe2O3 D．Fe
【答案】C
【练一练】金属化合物在自然界中大多以矿物形式存在，下列选项中不属于矿物的是（　　）
A．黄铁矿 B．孔雀石 C．赤铜矿 D．碳素钢
【答案】D
二、铁的冶炼
1.实验室炼铁
（1）药品：赤铁矿(Fe2O3)，一氧化碳(CO)
（2）原理： ；
（3）实验装置：
（4）实验现象：
①红色粉末（氧化铁）逐渐变成黑色，②澄清的石灰水逐渐变浑浊，③尾气燃烧产生蓝色火焰。
（5）注意事项：
①首先检查装置的气密性；
②先通一氧化碳气体，排尽装置内的空气，然后再点燃最后的酒精灯，最后再点燃酒精喷灯。
③当红棕色粉末已转变成黑色后，停止加热，再通一会CO，直至玻璃管冷却。
2.工业炼铁
（1）原料：铁矿石(主要是赤铁矿）、焦炭、石灰石和空气。
（2）反应原理：焦炭在高炉中被从炉下部通进的热风转变成一氧化碳，并利用它将铁矿石中的铁还原出来。
涉及到的化学方程式：；； 。
【思考1】石灰石的作用是什么？
使有矿石中二氧化硅转变成炉渣而除去。
【思考2】工业上用该方法得到的是纯铁吗？
不是，高炉炼得的铁里含有2%~4.3%的碳，以及少量磷和硫，因而是铁的合金—生铁。它硬而脆，不利于加工。所以，人们还要把生铁放在炼钢炉里，吹进氧气治炼，使其含碳量降至0.03%~2%，并除去磷、硫等杂质，所得产品称为钢。
【练一练】实验室里，用如图所示装置还原氧化铁的过程中，可能生成四氧化三铁、氧化亚铁或铁等固体物质。关于该实验，下列说法错误的是（　　）
A．实验时，试管中澄清的石灰水变浑浊，证明该反应有二氧化碳生成
B．实验结束时，玻璃管中红色的氧化铁粉末变成黑色，该产物不一定是铁
C．实验结束时，应先停止通一氧化碳气体，后停止加热
D．为了减少空气污染，应增加尾气处理装置
【答案】C
【练一练】有关Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，下列说法不正确的是（　　）
A．CO具有还原性 B．Fe2O3发生了还原反应
C．反应后铁元素的化合价升高 D．工业上可利用该反应炼铁
【答案】C
【练一练】下列关于工业炼铁的叙述中错误的是（　　）
A．使用的设备是高炉
B．主要原料为铁矿石、石灰石、焦炭和热空气等
C．主要原理是：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2↑
D．主要产物为生铁
【答案】C
3.有关含杂质物质的计算
在实际生产中，所用的原料或产物一般都有杂质，在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题。
【例题】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吨？
分析：带入化学方程式计算的数据应是纯净物的质量：
解：1000t赤铁矿石中含有的氧化铁的质量为：
1000t×80%=800t
设理论上可以炼出铁的质量为x
160 2×56
800t x
x=560t
折合成含铁96%的生铁的质量为：
560t÷96% = 583.3t
答：用1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量为583.3 t 。
【练一练】如图是拟赤铁矿炼铁的装置图。
（1）B处发生反应的化学方程式为 。
（2）从环保角度考虑，装置中存在明显的不足，改进的方法是 。
（3）工业上用60t含氧化铁80%的赤铁矿炼铁，理论上可以练出含铁95%的生铁的质量 t。
【答案】（1）CO2+Ca（OH）2═CaCO3↓+H2O；（2）在右端导管用酒精灯点燃尾气或用气球收集；（3）35.4
三、金属资源保护
1.钢铁锈蚀的条件
实验编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
实验条件 同时与氧气、水接触 只与水接触 只与氧气接触
实验图示
实验现象 铁钉生锈 铁钉不生锈 铁钉不生锈
实验结论 铁生锈的条件是同时与氧气、水接触
【思考1】铁生锈的原理是什么？
铁在有氧气、水等物质的条件下发生复杂的化学反应生成铁锈(Fe2O3·xH2O)，铁锈疏松多孔结构，吸收水分，加速铁制品的生锈（缓慢氧化）。
【思考2】铝比铁活泼，为什么铝不容易锈蚀？
因为铝与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化铝薄膜，阻止铝进一步被氧化。
3.根据铁生锈的原理，你认为防止钢铁锈蚀的基本原理和方法是什么？
原理：隔绝空气或水
方法：（1）保持铁制品表面洁净、干燥。
（2）在铁制品表面喷涂油漆、油脂或搪瓷等；
（3）在铁制品表面镀上其他耐腐蚀的金属， 如镀锡或铬等
（4）改变金属的内部结构，如加入铬、镍等做成不锈钢。
【练一练】在以下几种情况下铁最容易生锈的是（　　）
A．干燥的空气中 B．蒸馏水中
C．浴室里 D．沙漠中
【答案】C
【练一练】某博物馆藏有一柄古代铁剑，为防止其生锈，下列做法合理的是（　　）
A．定期用清水冲洗，除去灰尘
B．放于体验区，让观众触摸
C．放在充满氮气的展览柜中
D．用盐水除去铁剑上的锈斑
【答案】C
2.保护金属资源
地球上的金属资源是有限的，而且不能再生。为了社会的可持续发展，我们应自觉保护金属资源。
有效途径1：防止金属锈蚀。
有效途径2：回收利用废旧金属。
有效途径3：有计划、合理地开采矿物，严禁不顾国家利益的乱采矿。
有效途径4：开发研究金属的代用品；
【练一练】保护金属资源的有效途径，不包括下列的（　　）
A．回收利用金属 B．寻找金属替代品
C．禁止使用铁制品 D．合理开采矿物
【答案】C
【练一练】下列做法错误的是（　　）
A．煤气泄漏，应关阀开窗 B．限放鞭炮，以保护环境
C．深埋电池，能减少污染 D．金属回收，使资源再生
【答案】C
学习检测
1．有关金属资源的叙述错误的是（　　）
A．地球上金属资源大多数以化合物形式存在
B．目前世界年产量最高的金属是铁
C．铁锈的主要成分是四氧化三铁
D．及时擦干被雨水淋湿的自行车可防止自行车生锈
【答案】C
【解答】解：A、地球上金属资源大多数以化合物形式存在，正确；
B、目前世界年产量最高的金属是铁，正确；
C、铁锈的主要成分是氧化铁，错误；
D、及时擦干被雨水淋湿的自行车可防止自行车生锈，正确；
故选：C。
2．把铁矿石、焦炭和石灰石一起加入高炉中进行冶炼，得到的产物是（　　）
A．生铁 B．铜 C．纯铁 D．钢
【答案】A
【解答】解：A、把铁矿石、焦炭和石灰石一起加入高炉中进行冶炼，得到的产物是生铁，故选项正确。
B、把铁矿石、焦炭和石灰石一起加入高炉中进行冶炼，得到的产物是生铁，不是铜，故选项错误。
C、把铁矿石、焦炭和石灰石一起加入高炉中进行冶炼，得到的产物是生铁，不是纯铁，故选项错误。
D、把铁矿石、焦炭和石灰石一起加入高炉中进行冶炼，得到的产物是生铁，不是钢，故选项错误。
故选：A。
3．下列做法，能防止菜刀生锈的是（　　）
①在菜刀表面镀锌；
②喷刷银粉漆；
③切完菜后，尽快将菜刀洗净擦干；
④菜刀用完后，至于干燥的环境中；
⑤经常用醋浸泡菜刀；
⑥在菜刀表面涂上一层油。
A．①②③④ B．①②③④⑤⑥ C．③④ D．③④⑤⑥
【答案】C
【解答】解：①在菜刀表面镀锌不符合生活实际；
②喷刷银粉漆可以使铁与水隔绝，能起到防锈的作用；
③切完菜后，尽快将菜刀洗净擦干可以起到防锈的目的；
④菜刀用完后，至于干燥的环境中可以起到防锈的目的；
⑤经常用醋浸泡菜刀能加快铁的锈蚀速率；
⑥在菜刀表面涂上一层油不符合生活实际。
故选：C。
4．下列说法不正确的是（　　）
A．生产中使用最多的金属材料是合金
B．金属资源广泛存在于地壳和海洋
C．废旧金属的回收利用可以减少环境污染
D．铁制品在干燥的空气中容易生锈
【答案】D
【解答】解：A．合金与组成它的纯金属相比，具有硬度大、熔点低、抗腐蚀性增强的特点，所以生产中使用最多的金属材料是合金，选项说法正确；
B．金属资源广泛存在于地壳和海洋，选项说法正确；
C．废旧金属的回收利用可以减少环境污染，选项说法正确；
D．铁与氧气、水同时接触时会发生锈蚀，所以铁制品在干燥的空气中不易生锈，选项说法错误。
故选：D。
5．实验室用如图装置模拟炼铁，下列说法正确的是（　　）
A．磁铁矿的主要成分是Fe2O3
B．氧化铁发生了氧化反应
C．红棕色粉末逐渐变黑
D．实验结束时，先停止通CO，再停止加热
【答案】C
【解答】解：A、磁铁矿的主要成分是Fe3O4，故选项说法错误。
B、氧化铁失去了氧，发生了还原反应，故选项说法错误。
C、一氧化碳具有还原性，能与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，实验进行一段时间后，玻璃管中出现的现象是红棕色粉末逐渐变黑，故选项说法正确。
D、实验结束时应先熄灭酒精灯，要继续通入一氧化碳，直至玻璃管冷却，以防止生成的铁再次被氧化，故选项说法错误。
故选：C。
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