第八單元金屬和金屬材料課題3

金屬資源的利用和保護(hù)地球上的金屬資源廣泛地存在于地殼和海洋中，除了金、銀等有單質(zhì)形式存在（如圖8-13），金屬多以化合物的形式存在。圖8-13自然界中以單質(zhì)形式存在的金和銀1.知道一些常見金屬如鐵、鋁、銅等的礦石，了解從鐵礦石中將鐵還原出來的方法。2.會(huì)根據(jù)化學(xué)方程式對含有某些雜質(zhì)的反應(yīng)物或生成物進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。3.了解金屬銹蝕的條件以及防止金屬銹蝕的簡單方法。4.知道廢舊金屬對環(huán)境的污染，認(rèn)識(shí)回收利用廢舊金屬的重要性。一、金屬礦物大多數(shù)金屬在自然界中是以金屬礦物形式存在的。我國是世界上為數(shù)不多的已知金屬礦物種類比較齊全的國家之一，礦物儲(chǔ)量也很豐富，其中鎢、鉬、鈦、錫、銻等儲(chǔ)量居世界前列，銅、鋁、錳等儲(chǔ)量在世界上也占有重要地位。一些金屬礦石如圖8-14所示。圖8-14一些金屬礦石大自然為人類提供了豐富的金屬礦物資源，人類每年要從有開采價(jià)值的金屬礦石中提煉大量的金屬，用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域。其中，提煉量最大的是鐵。二、鐵的冶煉早在春秋時(shí)期，我國已生產(chǎn)和使用鐵器。戰(zhàn)國時(shí)期，鐵制工具的大量使用提高了生產(chǎn)力水平。隨后，鐵逐漸成為最主要的金屬材料。《天工開物》中有我國古代煉鐵的記載（如圖8-15）。煉鐵的主要原理是一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)，其化學(xué)方程式如下：把鐵礦石冶煉成鐵是一個(gè)復(fù)雜的過程。把赤鐵礦石、焦炭和石灰石①一起加入高爐，在高溫下，利用爐內(nèi)反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵從氧化鐵里還原出來。煉鐵高爐及爐內(nèi)的主要化學(xué)反應(yīng)如圖8-16所示。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)（如圖8-17），煉鐵所用的原料或所得的產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì)，在計(jì)算用料和產(chǎn)量時(shí)，應(yīng)考慮到雜質(zhì)問題。【例題】用1000t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵96%的生鐵的質(zhì)量是多少（計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù)）？三、金屬資源保護(hù)一方面，人類每年要從自然界獲取大量的金屬礦物資源以提煉金屬；另一方面，世界上每年又有大量的金屬設(shè)備和材料因腐蝕而報(bào)廢。如何防止金屬腐蝕已成為科學(xué)研究和技術(shù)領(lǐng)域中的重大問題。1.金屬的腐蝕與防護(hù)鐵釘生銹的條件①【問題】

鐵釘容易生銹（鐵銹的主要成分是Fe2O3·xH2O）。那么，鐵釘生銹需要哪些條件呢？【實(shí)驗(yàn)】

現(xiàn)有潔凈無銹的鐵釘、試管、經(jīng)煮沸迅速冷卻的蒸餾水（思考：為什么要用蒸餾水？）、植物油、棉花和氯化鈣（干燥劑）。你還可以選用其他物品。

（1）仔細(xì)觀察并參考圖8-18所示的裝置，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并探究鐵釘生銹的條件。本探究中的實(shí)驗(yàn)應(yīng)提前一周開始進(jìn)行（2）每天觀察鐵釘生銹的現(xiàn)象，連續(xù)觀察約一周，認(rèn)真做好記錄。

【分析與結(jié)論】

（1）上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是如何控制變量的？

（2）對鐵釘生銹的條件，你能得出哪些結(jié)論？以上探究中鐵釘生銹的過程，實(shí)際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程。鐵生銹需要條件。例如，要有能夠與鐵發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，反應(yīng)物要能相互接觸，生成物不會(huì)對反應(yīng)起阻礙作用，等等。鐵與氧氣、水等反應(yīng)生成的鐵銹很疏松，不能阻礙里層的鐵繼續(xù)與氧氣、水等反應(yīng)，因此鐵制品可以全部銹蝕。

了解了鐵生銹的條件，就可以根據(jù)這些條件，尋找防止鐵制品銹蝕的方法。（1）通過對鐵釘生銹條件的探究，你對防止鐵制品銹蝕有什么建議？

（2）自行車的構(gòu)件如支架、鏈條、鋼圈等（如圖8-19），分別采取了哪些防銹措施？(1)對防止鐵制品銹蝕的建議：①保持鐵制品表面潔凈和干燥；②在鐵制品表面覆蓋一層保護(hù)層，如噴漆、抹油、電鍍、烤藍(lán)等；③改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，制成耐腐蝕的合金，如不銹鋼等。(2)支架：噴漆；鏈條：抹油；鋼圈：電鍍。2.保護(hù)金屬資源金屬礦物的儲(chǔ)量有限，而且不能再生。怎樣保護(hù)金屬資源呢？

除了防止金屬腐蝕，保護(hù)金屬資源的第二條有效途徑是回收利用廢舊金屬。例如，回收利用鋁質(zhì)飲料罐與制造新的鋁質(zhì)飲料罐相比，既能節(jié)約金屬資源，又能節(jié)約能源。目前，世界上已有50%以上的鐵和90%以上的金得到了回收利用。廢舊金屬的回收利用還可以減少對環(huán)境的污染。例如，廢舊電池中含有鉛、鎳、鎘、鈷等，如果將廢舊電池隨意丟棄，這些金屬滲出會(huì)污染地下水和土壤，危害人類健康。而將這些金屬回收利用，既可以減少其對環(huán)境的危害，又可以節(jié)約金屬資源。如從汽車用過的鉛酸蓄電池中回收鉛，從廢舊鋰離子電池中回收鋰、鈷、鎳等，對保護(hù)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)金屬資源的循環(huán)利用均具有重要的意義。保護(hù)金屬資源的第三條有效途徑是有計(jì)劃、合理地開采金屬礦物，嚴(yán)禁不顧國家利益的亂采礦。此外，還有尋找金屬的代用品等途徑。例如，目前已經(jīng)廣泛使用塑料來代替鋼和其他合金制造管道、齒輪和汽車零部件等。查閱資料，了解我國的稀土儲(chǔ)量、稀土生產(chǎn)量，以及我國稀土資源的合理利用與保護(hù)，并與同學(xué)交流。到目前為止，我國的稀土儲(chǔ)量居世界第一位。但據(jù)估算，1970年，我國已探明的稀土儲(chǔ)量約占世界總儲(chǔ)量的75%；到2005年，這一比例下降到55%左右；近幾年來，這一比例繼續(xù)下降。

據(jù)估算，目前我國稀土生產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的70%左右，居世界第一位。按現(xiàn)在的生產(chǎn)量計(jì)算，我國的稀土儲(chǔ)備僅能維持15~20年。

我國稀土資源的合理利用與保護(hù)：(1)建立國家稀土生產(chǎn)、銷售、出口和進(jìn)口的專門管理機(jī)構(gòu)，統(tǒng)一制定相關(guān)政策法規(guī)，實(shí)行嚴(yán)格的管理；(2)整頓稀土行業(yè)，堅(jiān)決打擊私挖亂采、私自出口行為；(3)盡快建立稀土資源國家儲(chǔ)備機(jī)制，提高資源利用率和可持續(xù)發(fā)展能力；(4)組建稀土資源開發(fā)與應(yīng)用的技術(shù)研發(fā)中心，培養(yǎng)專業(yè)人才。稀土資源的利用和保護(hù)1.把赤鐵礦石冶煉成鐵的主要原理是在高溫下，一氧化碳把鐵從氧化鐵里還原出來：2.在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，所用的原料或所得的產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì)，在計(jì)算用料和產(chǎn)量時(shí)，應(yīng)考慮雜質(zhì)問題。

3.鐵生銹的主要條件是鐵與空氣和水（或水蒸氣）直接接觸，如果隔絕了空氣或水，就能在一定程度上防止鐵生銹。在鐵制品表面涂油、刷漆、鍍耐磨和耐腐蝕的鉻，以及制造耐腐蝕的合金等，都能防止鐵制品銹蝕。

4.保護(hù)金屬資源的有效途徑是防止金屬腐蝕、回收利用廢舊金屬、合理開采金屬礦物，以及尋找金屬的代用品等。1.下列金屬中，在自然界主要以化合物形式存在，且提煉量最大的是()。A.鋁

B.金

C.銀

D.鐵

2.下列有關(guān)保護(hù)金屬資源的措施中，不合理的是()。

A.回收利用廢舊金屬

B.防止金屬腐蝕

C.有計(jì)劃、合理地開采金屬礦物

D.用導(dǎo)電性最好的銀取代銅、鋁制作導(dǎo)線DD3.要證明鐵釘生銹的過程中一定有氧氣參加了反應(yīng)，則下列實(shí)驗(yàn)中必須完成的是()。A.①②B.①③

C.②③D.①②③A4.某赤鐵礦樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63%，則該礦石樣品中Fe2O3

的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為()。A.95%B.85%

C.90%D.80%5.寫出下列金屬礦石主要成分的化學(xué)式。

（1）磁鐵礦：_________________________。

（2）赤銅礦：_________________________。

（3）鋁土礦：_________________________。CFe3O4Cu2OAl2O36.回答下列問題。

（1）為什么沙漠地區(qū)的鐵制品銹蝕較慢？

（2）金屬在自然界存在的形式有哪些？請舉例說明。(1)沙漠地區(qū)空氣中水分含量低，鐵制品不具備生銹的條件，故銹蝕較慢。(2)單質(zhì)和化合物，例如自然界中金、銀以單質(zhì)形式存在，鋁、鐵等以化合物形式存在。7.我國古代將爐甘石（ZnCO3）、赤銅（Cu2O）和木炭粉混合后加熱到約800℃，得到一種外觀似金子的鋅和銅的合金，試寫出相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式（