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 g×80%=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 t×80%=2400 t 纯Fe质量=x·(1-4%)=x·96% 代入化学方程式中: Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 160 112 2400 t x·96% 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Fe2O3·xH2O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