3、金属资源的利用和保护

金属资源的利用和爱护 【教学目标】 1、了解生铁和钢的冶炼方法及原理。 2、探究铁生锈的条件，并能找寻防止铁生锈的方法。 3、驾驭含杂质计算的计算方法。 4、了解爱护金属资源的有效途径。 【教学重点】 工业炼铁的过程、试验原理，钢铁生锈的条件的探究。 【教学难点】 试验室模拟炼铁的有关问题，钢铁生锈的条件探究。 【课前复习】 ※会做了，学习新课有保障 1、我们已经接触过的具有还原性的物质有_______________、____________、_________（写化学式）。 2、怎样将氧化铜变成单质铜，写出有关的化学反应方程式。 3、依据你的生活阅历，铁制品在___________（填“干燥”或“潮湿”）的空气中简单生锈。 ※先看书，再来做一做 1、把铁矿石冶炼成铁的过程中，主要的反应原理是什么（用化学方程式表示） 2、在实际生产时，运用的原料或产物一般都含有杂质，在计算时，应先把不纯物的质量转化成_____________。 3、铁生锈的条件是与_________和_________干脆接触，用_____________、____________、_____________等方法可以防止钢铁生锈。 4、爱护金属资源的有效途径是______________、______________、______________以及______________等。 【基础学问精讲】 一、铁的冶炼 在自然界中没有单质铁存在，要想得到单质铁只能通过铁矿石冶炼。自然界中常见的含铁矿石有磁铁矿（Fe3O4），赤铁矿（Fe2O3），黄铁矿（FeS2），菱铁矿（FeCO3）等，它们是炼铁的主要原料。在初中阶段，我们只探讨磁铁矿和赤铁矿的冶炼。 磁铁矿和赤铁矿所含的主要成分都是铁的氧化物，可以利用还原剂将它们变成单质铁。反应原理为3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2但在实际生产过程中，把铁矿石炼成铁是一个困难的过程。工业上炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭、石灰石和空气；炼铁的主要设备是高炉，冶炼过程如下 （1）在高温下，焦炭跟氧气反应生成二氧化碳； C＋O2CO2 （2）二氧化碳被焦炭还原成一氧化碳。 CO2＋C2CO （3）一氧化碳再跟铁矿石中的氧化物反应，生成铁。 3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2 为了确保CO只与Fe2O3反应，还需将矿石中含的杂质SiO2除去。石灰石高温分解成氧化钙，CaCO3CaO＋CO2↑，氧化钙再与二氧化硅反应，CaO＋SiO2＝＝＝＝CaSiO3（硅酸钙），硅酸钙作为炉渣会从铁水中分别出来，从而达到除去二氧化硅的目的。 由于铁矿石的成分困难，所以在实际生产时，所用的原料或产物一般都含有杂质，所以在计算成本或产量时应考虑到杂质问题。 二、含杂质物质的化学方程式计算 化学方程式所表达的都是纯净物质发生化学变更时的相互关系，各化学式所规定的化学量，反映的是纯净物之间的数量关系。 但在现实生活中肯定纯净或志向纯净的物质是不存在的，或多或少都含有杂质，当进行计算时所含杂质变更了各物质间的质量关系。因此当参加反应的物质含杂质时，应先要把含杂质物质的质量换算成纯净物质的质量，再进行计算。 纯物质质量＝不纯物质总量纯物质所占质量分数 如有1000 g含Fe2O3 80的赤铁矿，其中Fe2O3的质量＝1000 g80＝80 g，再如，有1000 kg 含杂质4的生铁，则纯铁质量应是1000 kg（1－4）＝960 kg。 例某赤铁矿含Fe2O3 80，用3000 t这种矿石，可炼出含杂质4的生铁多少吨 分析计算时应留意把反应物和生成物都换算成纯物质的量，再代入化学方程式计算。 解设3000 t这种矿石，可炼诞生铁质量为x， 依据题设纯Fe2O3质量＝3000 t80＝2400 t 纯Fe质量＝x（1－4）＝x96 代入化学方程式中 Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 160 112 2400 t x96 x＝＝1750 t 答可炼出含杂质4的生铁1750 t。 三、金属资源的爱护 常用的金属普遍有比较活泼的化学性质，所以大多数金属易被腐蚀，给人类造成巨大损失。就拿钢铁来说，据有关资料报导，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，多么骇人动目多么惋惜呀防止金属腐蚀已成为科学探讨中的一个重大问题。 1、钢铁的生锈和防锈 钢铁的生锈，事实上是铁跟空气中的氧气、水等物质发生一系列的化学反应，生成铁锈。铁锈是一种困难的铁的氧化物的水合物，可用Fe2O3xH2O表示。 针对铁生锈的条件，人们想出了种种方法跟金属生锈作斗争。最常见的方法是给简单生锈的钢铁穿上“防护盔甲”。你看，大街上跑着的五彩缤纷小轿车，喷上了亮闪闪的油漆；自行车的钢圈、车把镀上了抗蚀实力强的铬或镍；金属制品、机器零件出厂前，在表面涂上一层油脂等等，都是用的这种方法。更彻底的方法是给钢铁“服用免疫药”，即在钢铁中加入适量的铬和镍，制成“不锈钢”。这种钢具有很强的抵挡水和氧气侵蚀的实力；另外还有一种特别的做法，是将钢铁制品表面做上另一种铁锈四氧化三铁，它呈蓝黑色，它跟氧化铁的性质不同，它也像铝的氧化物那样致密，对钢铁也有爱护作用，这种做法叫烤蓝。你看，战士用的枪支，建筑用的钢筋、铁板，都不是铁原来的银白色，而是黑黝黝的，闪耀着蓝光，这就是经过了烤蓝处理。 2、金属资源爱护 矿物的储量有限，而且不能再生。总有一天，这些金属资源会消耗殆尽的。怎样爱护金属资源呢除了前面介绍的应防止金属的腐蚀外，另一条有效途径是金属的回收和利用。 在能源惊慌的今日，铝作为贮存能源的“银行”备受青睐。富有的电力无法贮存，可用来炼铝，炼1千克铝耗电十七八度，铝锭又不锈蚀能长期存放。回收铝所需的能量只有炼铝的1/20，是回收钢铁的1/8，而且回收起来极少损耗。所以国外大量采纳铝质包装箱、周转箱。连汽水瓶、罐头盒都是铝膜制的软罐头，建筑行业的脚手架也用铝质的，这一切都为了便于回收，节约能源。 废旧金属的回收利用还可以削减对环境的污染。例如，废旧电池中含有汞等对环境有害的金属元素，假如将废旧电池随意丢弃，汞等渗出会造成地下水和土壤的污染，威逼人类健康。将汞等金属回收利用，不仅可以节约金属资源，还可以削减对环境的污染，所以金属的回收和利用具有重要意义。 爱护金属资源的第三条有效途径是应有安排、合理地开采矿物，严禁不顾国家利益乱采矿。另外还可以开发新材料替代金属。例如已经能用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮，还可以将玻璃经过特别处理，制成玻璃钢，玻璃钢的硬度极高，与钢铁不前不后，但它非常轻快，不生锈、不导电，用途非常广泛，可用来制作轿车车身、汽艇外壳、火车车厢、轻型坦克等。 ※问题全解 1、怎样防止铁制品生锈 答常用的防止铁生锈的方法有 （1）组成合金，以变更铁内部的组织结构。例如把铬、镍等金属加入一般钢里制成不锈钢，就大大地增加了钢铁制品的抗生锈实力。 （2）在铁制品表面覆盖爱护层是防止铁制品生锈普遍而重要的方