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1、金属和金属材料,课题3 金属资源的利用和保护,人类生活离不开金属,金属有广泛的用途，对于人类社会起着不可替代的作用!,军事与科技也需要大量的金属,金属资源概况,地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，极少数不活泼的金属（如金、银等）有单质形式存在；,自然界以单质形式存在的金,自然界以单质形式存在的银,其余大多数金属是以化合物的形式存在。金属化合物在自然界中以矿物的形式存在。把含有某种金属的矿物叫矿石。,赤铁矿（主要成分Fe2O3 ）,磁铁矿（主要成分：Fe3O4),黄铁矿：主要成分FeS2,菱铁矿（主要成分是FeCO3）,辉铜矿（主要成分是Cu2S）,铝土矿（主要成分是Al2O3）,地壳中含量
2、最多的金属是Al！,金属元素在地壳中含量：,我国是世界上已知矿物种类比较齐全的少数国家这一，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志地位。但由于人口众多，人均拥有量约为世界人均水平的13，居世界第80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。,一、铁的冶炼,早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器，从公元1世纪起，铁便成了一种最主要的金属材料。,（1）现象：红色粉末变成黑色，澄清的石灰水变浑浊。点燃尾气有蓝色火焰,1、实验室：一氧化碳还原氧化铁,（2）相关的
3、化学方程式：,Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2,CO2 + Ca(OH)2 =CaCO3+ H2O,2CO + O2 =2CO2,高温,用酒精灯点燃尾气的作用是,防止一氧化碳污染空气,点燃,（3）实验步骤：1、检查装置气密性2、将适量的氧化铁装入试管并固定装置3、点燃右边酒精灯4、通入一氧化碳气体5、点燃酒精喷灯给氧化铁加热6、待硬质玻璃管内红色物质完全变为黑色时停止加热7、待玻璃管内固体冷却后停止通入一氧化碳，然后熄灭右边酒精灯（4）注意事项：实验前要先通CO将玻璃管中的空气排尽再加热，防止加热时CO与空气混合发生爆炸；实验完毕后，停止加热时要继续通CO至玻璃管内固体冷却，防
4、止高温下的生成物铁与空气接触而被氧化，同时还可防止石灰水倒吸。,（1）原料：,黄铁矿 FeS2,赤铁矿 Fe2O3,菱铁矿 FeCO3,磁铁矿 Fe3O4,（2）原理：,在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来,石灰石、铁矿石焦炭、空气,（3）设备：高炉,化学方程式：,70%,48.27%,46.67%,72.41%,含铁量,2、工业炼铁：,(4) 产品：生铁,铁矿石,焦炭,热空气,炉渣出口,生铁出口,石灰石,高炉炼铁图：,C + O2 = CO2,点燃,CO2 + C = 2CO,高温,Fe2O3 + 3CO=2Fe + 3CO2,高温,在实际生产时,所用的原料或产物
5、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。,不纯物质、纯物质、纯度之间的关系：,列比例时，一定要用纯量。,3.含杂质的物质的化学方程式的计算：,m(纯) = m(不纯 )纯度,m(不纯) = m(纯) 纯度,例题：用1000t含氧化铁(Fe2O3) 80%的赤铁矿石，理论上可炼含铁96%的生铁多少吨？,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。,160 112,800t X,X560t,折合含铁96%的生铁的质量为560t 96%583t(纯化杂),资料一：人类每年要向自然界索取大量的金属矿物资源，以提取数以亿
6、吨计的金属。金属矿物的储量有限，而且不能再生。根据已探明的一些矿物的储藏量，并根据目前这些金属的消耗速度，有人估计一些矿物可供开采的年限如下图所示（不包括今后新探明的矿物储量、一些国家的金属储备量和金属的回收利用等）。,资料二：据有关资料报道，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%。,二、金属资源保护,1、金属的腐蚀和防护 铁制品锈蚀条件的探究,金属锈蚀给人类带来了巨大的损失。为了减少损失，需要探究金属锈蚀的原因、防护的方法和废旧金属的回收利用,铁钉锈蚀条件的探究,1,2,3,铁钉一半在蒸馏水里另一半在空气中,铁钉浸没在蒸馏水中上面用植物油密封,铁钉放在干澡的空
7、气中,一周后,【现象】,1号试管中铁钉生锈,2号试管中铁钉没有生锈,3号试管中铁钉也没有生锈,想一想,1、试管中为什么要用煮沸过的蒸馏水，且要加入植物油？2、铝与氧气反应生成的氧化铝能起到保护里层铝的作用。铁锈是否也能保护里层的铁呢？3、你能否根据铁生锈的条件提出防止铁制品生锈的原理吗？,是为了防止蒸馏水中溶有氧气。,不能，因为铁锈是疏松的。,铁锈的主要成分是Fe2O3,1.铁制品锈蚀原理,小结,铁与空气中的氧气、水蒸气发生化学反应的过程,铁锈的特点：疏松多孔,改变金属的内部结构制成合金，如不锈钢形成保护层刷油漆、涂油、烧制搪瓷（物理方法）电镀上一层耐腐蚀的金属（镀铬、锌、）、通过化学反应使表
8、面形成致密的氧化物薄膜等改善腐蚀环境等等保持铁制品表面干燥和洁净,2，防止铁生锈的措施,讨论,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？,镀铬,刷油漆,涂油,讨论,对于金属资源除了采取防止金属腐蚀的措施外，还可以通过什么途径来使金属资源得到保护呢？ 废品收购站为什么要收购废铁、废铜、和易拉罐等金属？,二、金属资源保护,2、金属资源保护（1）防止金属腐蚀,（2）回收和利用废旧金属,据估算，回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐要便宜20%，而且还可节约金属资源和95%的能源。1t废钢铁回炉冶炼可炼成近1t的钢，跟用铁矿石冶炼比，能节约11t煤和铁矿石，减少污染空气的悬浮微粒11kg。目前世界上已有50%以上的铁的90%以上的金得到了回收利用。废旧金属的回收利用还可以减少对环境的污染。例如，废旧电池中含有汞等，如果废旧电池随意丢弃，汞等渗出会造成地下水和土壤的污染，威胁人类健康。如果将汞等回收利用，不仅可以节约金属资源，而且还可以减少对环境的污染。,你知道吗？,（3）合理开采矿物（4）寻找金属的代用品,废弃金属的回收有什么意义？,可节约金属资源 由于金属冶炼需在高温下进行，回收废弃金属并再利用可节约能源 降低金属制品的生产成本，可方便人们得到物美价廉的金属制品 可减少金属对环境的污染,再 见,