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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
8.3 金属矿物
铁的冶炼
金属资源保护
核心素养目标
科学态度与责任：
通过探究铁的冶炼和金属锈蚀条件，养成严谨、细致、实事求是的科学态度。
化学观念：
建立 “金属矿物是重要资源，通过化学方法可实现金属从矿石到单质的转化” 的观念；理解 “金属腐蚀是化学反应，可通过改变条件防护” 的化学认知。
科学思维：
借助铁冶炼原理分析、金属锈蚀实验探究，培养逻辑推理、归纳总结和实验探究能力；运用化学知识解决金属资源利用和保护问题，提升创新思维。
重点
铁的冶炼原理及相关计算；
探究铁钉生锈条件及金属防锈措施；
金属资源保护的途径和意义。
难点
理解铁冶炼过程中复杂的化学反应及原理；
从微观角度认识金属腐蚀的本质；
综合运用知识解决金属资源利用和保护中的实际问题。
课前导入
课前导入
生活中我们随处可见金属制品，从日常的铁锅、自行车，到宏伟的桥梁、高楼大厦的钢筋结构，金属在人类生活和生产中扮演着重要角色。但地球上的金属资源并非取之不尽、用之不竭，而且很多金属还面临着生锈腐蚀的困扰。古代人是如何冶炼金属的？我们又该如何保护这些珍贵的金属资源呢？今天，就让我们一起走进 “金属资源的利用和保护”，探寻金属背后的奥秘，为金属资源的可持续利用贡献智慧
01
金属矿物
金属资源的存在
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，金属多以化合物的形式存在。
自然界以单质形式存在的金
自然界以单质形式存在的银
金属资源的存在
大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在的。
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。
常见的金属矿石的名称和主要成分如下：
金属矿石 赤铁矿 磁铁矿 铝土矿 赤铜矿 金红石 软锰矿
主要成分 Fe2O3 Fe3O4 Al2O3 Cu2O TiO2 MnO2
铁的冶炼
→利用：
春秋战国时期，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。
→记载：
《天工开物》中有我国古代炼铁的记载。
《天工开物》记载的我国古代炼铁示意图
工业炼铁
→炼铁原理：
在高温下，利用高炉内反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来。
→原料：
铁矿石、焦炭、石灰石、空气。
→工业炼铁的产品：
生铁（含碳量2%~4.3%的铁合金，不是纯铁）。
高炉内发生的有关化学反应
→以赤铁矿为原料，主要反应为：
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
→焦炭的作用：
①提供热量C + O2CO2 。②提供CO，C + CO22CO
→石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣除去：
CaCO3 CaO + CO2↑ CaO + SiO2CaSiO3（炉渣）
有关化学反应中杂质问题的计算
【原理】
→实际生产过程中，所用的原料或产物一般都含有杂质。在计算用料和产量时，应考虑杂质问题。
→化学方程式所表示的各物质发生化学反应时的质量关系，是纯净物之间的质量关系。
因此在计算中必须将含杂质的物质的质量换算成纯净物的质量再进行计算。
有关化学反应中杂质问题的计算
【计算公式】
有关化学反应中杂质问题的计算
【计算步骤】
（1）将含杂质物质的质量换算成纯净物的质量
（2）将纯净物的质量带入化学方程式进行计算
（3）将计算得到的纯净物质量换算成含杂质物质的质量
【例】用1000 t 含氧化铁80％的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96％的生铁多少吨
1000t×80％=800t
解：1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为
设：800t氧化铁理论上可以炼出的铁质量为x。
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
160 2×56
800t x
x=560t
答：理论上可炼出含铁96％的生铁583t。
=
02
金属资源保护
铁钉生锈的条件探究
实验现象及分析
→实验现象：
铁钉生锈，水面处锈蚀严重。
→实验分析：
铁钉同时与水、氧气接触，易生锈。
→实验现象：
铁钉没有生锈。
→实验分析：
铁钉只与水接触而不与氧气接触，不易生锈。
实验现象及分析
→实验现象：
铁钉没有生锈。
→实验分析：
铁钉只与干燥的空气接触而不与水接触，不易生锈。
→实验结论：
铁生锈的条件是铁与水、氧气同时接触，即铁生锈是铁与水、氧气共同作用的结果。
防止铁制品的锈蚀
【原理】
破坏铁制品锈蚀的条件，使铁制品隔绝空气或水。只要破坏其中一个条件，
铁就不能生锈
【防止铁生锈的方法】
①保持铁制品洁净和干燥；
②在铁制品表面涂上一层保护膜，如涂油、喷漆、电镀、搪瓷、烤蓝；
③改变铁的组织结构，制成合金，如不锈钢。
保护金属资源
【保护金属资源的必要性】
①金属矿物的储量有限且不能再生；
②随意丢弃废旧金属会造成资源浪费和环境污染
【保护金属资源的有效途径】
①防止金属锈蚀；
②回收利用废旧金属；
③有计划、合理地开采金属矿物；
④寻找金属的代用品等。
稀土资源的利用和保护
稀土元素是储量较少的一类金属元素的统称，有“工业的维生素”的美誉，是重要的战略资源，广泛应用于新能源、新材料、航空航天、电子信息等尖端科技领域。
稀土资源是不可再生的，过度开采会面临枯竭。我国针对稀土资源开采已有相应的措施，如制定并实施了稀土行业发展规划，对稀土出口实行配额管理等。
说到我国的稀土，必须感谢一位国际著名的中国化学家，他就是2008年度国家最高科学技术奖获得者徐光宪院士。徐光宪和他的团队研发了稀土分离技术，使我国能够自主分离稀土产品，打破了发达国家在国际稀土市场上的垄断地位。
03
课堂小结
04
课堂练习
1.下列有关铁制品锈蚀与保护的说法不正确的是( )
A．铁与氧气、水等反应导致铁制品锈蚀
B．将铁制成不锈钢能减缓锈蚀
C．锈蚀的铁制品没有任何利用价值
D．铁栏杆表面刷漆能减缓锈蚀
C
2.下列关于资源、能源的叙述正确的是( )
A．回收利用废旧金属，虽不能减少对环境的污染，却可以节约金属资源
B．现在世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20%—40%
C．目前已制得的合金只有90余种
D．金属资源只有金、银以单质的形式存在，其余都以化合物形式存在
B
D
3.炼铁工业中高炉煤气的一种新的处理过程如图所示，有关该过程的叙述错误的是( )
A．可减少CO2的排放
B．Fe3O4和CaO均可循环利用
C．H2、CO在过程①体现还原性
D．在反应中C、H、Fe、Ca的元素化合价都发生了变化
4.如图为有关铁的化学性质的两个实验。下列说法正确的是( )
A．甲、乙实验中的水作用相同
B．甲、乙实验说明铁在不同条件下可与氧气反应
C．乙实验中ac对比说明铁的锈蚀与氧气有关
D．乙实验b中铁钉锈蚀最严重
B
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