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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
我们在日常生活中经常使用金属制品，制造它们的金属是从哪里来的呢？
情景引入
地球上的金属资源
广泛存在于
地壳
海洋
存在形式为
少数很不活泼的金属如Au、Ag等有单质形式存在
多数金属都以化合物形式存在
有
很
知识讲解
一、地球上的金属资源
除少数不活泼的金属如金、银、铜等有单质形式存在外，其余都以化合物形式存在。
自然界中以单质
存在的金
自然界以单质形式存在的银
含有矿物的岩石称为矿石。
元素名称 质量分数/％ 元素名称 质量分数/％
铝 7.73 镁 2.00
铁 4.75 锌 0.008
钙 3.45 铜 0.007
钠 2.74 银 0.00001
钾 2.47 金 0.0000005
金属元素在地壳中的含量
铁矿石等是常见的矿石
常见的金属矿石
赤铁矿
主要成分Fe2O3
磁铁矿
主要成分Fe3O4
菱铁矿
主要成分FeCO3
铝土矿 主要成分Al2O3
P15
黄铁矿: FeS2
常见的金属矿石
辉铜矿
主要成分Cu2S
黄铜矿
主要成分CuFeS2
P15
孔雀石 Cu2(OH)2CO3
赤铜矿 Cu2O
我国是世界上已知矿物种类比较齐全的少数国家之一，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。
大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源，人类每年要提炼数以亿吨计的金属用于工农业生产和其它领域。其中，提取量最大的是铁。
赤铁矿
铁制品
？
思考：自然界中的金属矿物是如何变成人们使用的金属产品的呢？
一、铁的冶炼
春秋战国时期，我国开始生产和使用铁器
现代炼铁设备
冶铁的目的
铁的化合物
铁单质
炼铁原理：CO还原氧化铁
Fe2O3+3CO ==== 2Fe+3CO2
高温
炼铁原理：CO还原氧化铁
⑧熄灭点燃尾气的酒精灯
③通CO；
⑤点燃加热Fe2O3的酒精灯；
⑥停止加热Fe2O3；
⑦停止通CO；
④点燃尾气处理酒精灯；
①检查装置气密性；
②装入药品并固定；
“酒精喷灯迟到早退，CO早出晚归”
实验装置
Fe2O3+3CO ==== 2Fe+3CO2
高温
实验步骤
①装置末尾的酒精灯：处理尾气，防止CO污染大气。
红棕色的物质变为黑色；澄清的石灰水变浑浊。
实验注意事项：
②先通CO，再加热氧化铁，排尽装置内空气，防止爆炸。
③停止加热后继续通CO直至冷却，防止铁被氧化
尾气燃烧产生蓝色火焰
实验现象：
1.原 料：
焦炭、铁矿石、
空气、石灰石
黄铁矿 FeS2
赤铁矿 Fe2O3
菱铁矿 FeCO3
磁铁矿 Fe3O4
工业上铁的冶炼
知识讲解
2.原理：
在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的CO把铁从铁矿石中还原出来
Fe2O3+3CO ==== 2Fe+3CO2
高温
3.主要设备：高炉
Fe3O4 + 4CO ==== 3Fe + 4CO2
高温
70%
48.27%
46.67%
72.41%
含铁量
(冶炼赤铁矿)
(冶炼磁铁矿)
高炉是个竖直的圆筒形炉子，炉壳用钢板制成，内部用耐火砖作衬里。炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭、石灰石和空气。
工业上
点燃
(1) C + O2 === CO2
高温
(2)C + CO2 === 2CO
⑶ Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2
高温
将铁矿石中的SiO2转变为炉渣
① 产生C0 ；② 提供热量
CaCO3 === CaO + CO2
高温
CaO + SiO2 ==CaSiO3
CO、CO2、N2等
炼铁时各物质的作用：
工业上
焦炭：
石灰石：把杂质转化为炉渣
因此在炼铁高炉中起主要作用的还原剂是CO;
优点:气体还原剂具有流动性，能与矿石充分接触，使反应更彻底。
生成还原剂CO ；提供高温条件
工业高炉炼铁
工业高炉炼铁
热空气
热空气
铁矿石、石灰石、焦炭
① C + O2 === CO2
点燃
② C + CO2 === 2CO
高温
③ Fe2O3 + 3CO === 2Fe + 3CO2
高温
知能训练
1、关于高炉炼铁生产的叙述中不正确的是（ ）
A．在高炉中焦炭将矿石中的铁的化合物还原为铁
B．用高炉炼出的铁是生铁
C．炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭、空气、石灰石
D．赤铁矿石中不全部都是Fe2O3
A
(1)写出图中标有序号的仪器名称① ② 。
(2)实验过程中，先要进行的是___。Ⅰ．加热 Ⅱ．通CO
(3)A中反应的化学方程式 .
B中反应的化学方程式是 ,
(4)该装置的不足之处是 。
2.下图是课堂中模拟炼铁的实验装置。
铁架台
试管
Ⅱ
Fe2O3+3CO === 2Fe+3CO2
高温
没有尾气处理装置(或没有用燃着的酒精灯处理尾气等)
Ca(OH)2+CO2===CaCO3 ↓+H2O
①
②
A
B
在实际生产的过程中,所用的原料或产物一般都含有杂质,在计算用料时和产量时,应考虑到杂质问题。
含杂
物质
纯
物质
化学反应中参加反应的都是纯物质，所以在进行计算时，我们必须将不纯物质的质量转换成纯净物的质量才能带入方程式进行计算
1.含氧化铁80%的赤铁矿石200kg，其中含Fe2O3____kg
2.含杂质5%的石灰石100kg，其中含CaCO3 ____kg
三、含杂质问题的计算
纯净物的质量 ＝ 不纯物质的总质量×纯度
纯度＝ ×100%
纯净物的质量
不纯物质的总质量
160
95
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赤铁矿石中含氧化铁的质量为:1000t ×80%＝800t。
设800t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为X。
Fe2O3+3CO===2Fe + 3CO2
高温
160 112
800t X
160
800t
=
112
X
X＝560t
折合含铁96%的生铁的质量为560t÷ 96%＝583t　　(纯化杂)
解：设理论上可以炼出含铁96的生铁的质量为x
Fe2O3 ------------------2 Fe
160 2×56
1000t×80％ x·96%
∵ 160 2×56
1000t×80％ x·96%
∴ x=
2×56× 1000t×80％
160×96%
= 583 t
答：略。
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
1.某钢铁厂每天需消耗5000 t含Fe2O3 76％的赤铁矿石，该厂理论上可日产含Fe 98％的生铁多少吨
解：
设可得生铁的质量为X 。
160 112
5000t×76% X×98%
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
高温
X=2714.3t
160 112
5000t×76% X×98%
=
答：可得生铁2714.3 t。
跟进训练
跟进训练
2.某课外活动小组，为了测定本地钢铁厂生铁产品的品质，在实验室中称取生铁样品10.0g，放入烧杯中，加入足量的稀硫酸。加热，使之充分反应(杂质不参加反应)，然后冷却、称重。反应后烧杯中物质的质量比反应前减少了0.2g.
(1)此生铁样品中杂质的质量分数是多少？
44%
Fe2O3 ------------------2 Fe
160 2×56
x ×80％ 100×56%
∴ x
= 100 t
(2)生产100t这种生铁，至少需要含氧化铁80%的赤铁矿的质量是多少？
课堂小结
金属资源的利用
CO
还原Fe2O3
铁的冶炼
金属矿物
化合物
单质
工业炼铁
原理
含杂质物质的计算
铜矿物
铁矿物
铝矿物
金
铂
银
原理
原料
设备
1.知道钢铁锈蚀的条件；
2.掌握防止金属锈蚀的简单方法；
3.了解废弃金属对环境的污染，认识保护金属资源的重要性。
学习目标
二、金属资源的保护
【提出问题】钢铁制品为什么会生锈呢？
同学们一定有这样的生活经验，家里的铁制品如果保养不好，就会锈迹斑斑
情景引入
据统计，世界上因锈蚀每年损失钢铁约为其产量的20%～40%。
P17-18
1.金属的腐蚀与防护
实验探究：铁制品锈蚀的条件
生活经验：铁制品在干燥的空气中不易生锈，
但在潮湿的空气中容易生锈。
说明了铁生锈可能跟什么条件有关呢？
与空气中的水蒸气有关。
【考考你1】设计实验：证明铁生锈与空气中的水蒸气有关
提示：①设计“对照实验”；②注意“控制变量”
棉花包裹干燥剂
P17-18
1.金属的腐蚀与防护
实验探究：铁制品锈蚀的条件
从物质成分看：铁制品成分是Fe,
铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O
从元素的角度，说明铁生锈可能还跟什么条件有关呢？
与空气中的氧气有关。
【考考你2】设计实验：证明铁生锈与空气中的氧气有关
植物油：隔绝空气
蒸馏水：加热煮沸，除去溶解在其中的O2
乐乐课堂：铁生锈实验条件的探究
现有洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花和干燥剂氯化钙。试设计实验以证明铁制品锈蚀的条件。
P17-18
放置一周
1.金属的腐蚀与防护
实验探究：铁制品锈蚀的条件
现有洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花和干燥剂氯化钙。试设计实验以证明铁制品锈蚀的条件。
P17-18
放置一周
1.金属的腐蚀与防护
实验探究：铁制品锈蚀的条件
b
c
a
生锈程度：
b > c > a
不生锈
(有水无O2)
不生锈
(有O2无水)
在水与空气的交界面
最易生锈
(有水和Ｏ2)
铁与氧气和水同时接触。
结论：铁生锈的条件：
铁生锈的主要原因：
铁与空气中的水蒸气、氧气接触，发生了复杂的化学反应，生成了铁锈(Fe2O3·xH2O)。
反应中有氧气参加，进程缓慢，没有发光现象，放热不易察觉，所以铁生锈发生的是缓慢氧化。
结 论
4Fe+3O2+2XH2O = 2Fe2O3 · XH2O (缓慢氧化)
知能训练
1.根据你所具备的化学知识和生活经验，指出铁钉在下列哪种情况下最容易生锈（　　）
C
A B C D
2. “对比法”是实验探究中常用的一种科学方法。分析以下铁钉生锈实验的设计、得出的结论不正确的是（ ）
对比①②可以说明铁生锈一定要有氧气参加
B. 对比②③可以说明铁生锈一定要有水参加
C. 对比①③可以说明铁生锈一定要有水参加
D. 对比①②③可以说明铁生锈必须水和氧气同时参加
B
①试管中加入干燥剂；
②试管中加入沸水；
③试管中加蒸馏水；
④试管中加醋酸溶液，稍后倒去；
⑤试管中加食盐水。
学以致用
猜测5支试管会各出现什么现象？由此你又有哪些发现？
注意：
稀硫酸、醋酸溶液和氯化钠溶液等物质存在时会加速铁的锈蚀。
①为了使月饼保鲜，月饼包装盒中常常放入一小袋黑色铁粉，其主要作用是什么？
吸收氧气和水分，延长月饼的保质期。
②比较吐鲁番盆地和海南岛两地，铁生锈相对较慢的地区是？说明理由。
新疆吐鲁番盆地气候干燥。
③根据铜绿的化学式Cu2(OH)2CO3分析铜生锈的条件又是什么？
与氧气、水和二氧化碳接触。
交流讨论
回顾：铝制品不易生锈的原因是什么？
交流讨论
铝与氧气反应是生成致密的Al2O3薄膜，覆盖在铝的表面，从而保护里层的铝不再与氧气反应，所以铝耐腐蚀。
铁锈是否也能保护里层的铁呢？
铁锈(主要成分是Fe2O3·xH2O)是一种疏松多孔的物质，能让空气中的氧气和水分穿过它的空隙，不断向内渗透，持续跟铁反应，直至铁被完全锈蚀。
⑴要有能够发生反应的物质(Fe、H2O、O2)；内因
铁制品锈蚀的条件:
⑵反应物要能相互接触；
⑶生成物不会对反应起阻碍作用。
①用砂纸磨
②用酸除锈
（物理变化）
（化学变化）
Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + H2O
如何除铁锈呢？
思考：根据铁生锈的原因，应如何防止铁制品生锈呢？
支架刷油漆
钢圈镀铬
链条涂油
观察自行车的构件，如支架、链条、钢圈等，分别采取了什么防锈措施？
在机械表面涂防锈油
还可以在钢铁表面镀上一层能起保护作用的其他金属。如：在钢铁表面镀锡、镀锌和镀铬
车船的表面喷油漆
制成合金
喷漆
镀铬
防止生锈的方法
2.金属防腐蚀
原理：（1）隔绝空气或氧气 （2）隔绝水
①保持铁制品的洁净和干燥（改善腐蚀环境）
③制成合金，提高抗腐蚀能力，如不锈钢。就是在钢中加入一点镍和铬而制成的合金。
“烤蓝”是钢铁零件表面处理的一种防腐工艺。原理是在钢铁表面生成一定厚度和强度的致密的氧化层，成分主要是Fe3O4
②在铁的表面涂上一层保护膜，如涂油、喷漆、电镀、搪瓷、 “烤蓝”，使铁制品与水、空气隔绝。
方法：
视频：金属的腐蚀与防护
以下有关金属腐蚀的叙述错误的是 （ ）
A.钢铁在潮湿的空气中比在干燥的空气中更容易生锈
B.钢铁锈蚀的实质是与空气中的氧气、水蒸气等发生了化学变化
C.铝比钢铁中的铁活泼，因而铝的抗腐蚀性能比钢铁差
D.在钢铁表面刷油漆可以防止钢铁锈蚀
C
典例探究
金属资源的保护
金属资源有限，且不可再生，我们要保护金属资源
2.金属资源的保护
①防止金属的腐蚀；
②回收与利用废旧金属；
③有计划、合理地开采矿物，严禁不顾国家利益的乱采矿；
④其他途径：寻找金属的代用品 。
废旧金属的回收利用
节约煤炭和矿石资源
减少环境污染
课堂小结
金属资源的利用和保护
金属资源保护
金属的锈蚀与防护
防止生锈的措施
钢铁锈蚀原因
与氧气、水发生化学反应
废旧金属的回收利用
防止金属腐蚀
合理开采矿物
寻找金属代用品
【巩固练习】
1.在下列各种情况下，埋在地下的输油铸铁管道被腐蚀的速度最慢的是（ ）
A 在潮湿、疏松、透气的土壤中
B 在含铁元素较多的酸性土壤中
C 在干燥、致密、不透气的土壤中
D 在含沙粒较多，潮湿透气的中性土壤中
C
2、如图所示：试管中的铁丝放置一段时间，会出现什么现象？原因是什么？
①铁丝生锈
②水面上升约占试管体积的1/5
铁与空气中氧气，水反应生成铁锈，试管内压强减小水面上升
氧气约占空气体积的1/5
现象:
原因:
3.某运输用铁船，在水中行驶，最易生锈的部位是(　)
B
A.水面上的船头部分
B.水面附近的船体部分
C.水面下的船底部分
D.各部分都一样速度生锈
谢谢
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