课题三 金属资源的利用和保护

防止铁锈蚀的主要措施：
①保持钢铁表面的清洁干燥。
②镀金属保护层：如镀锡、镀锌、镀铬等；白铁皮镀锌，马 口铁镀锡，钢圈镀铬、镍。
③涂非金属保护层：如喷涂油漆、涂防锈油、在脸盆、杯子 表面烧涂搪瓷、用橡胶或塑料包在钢铁表面。
④形成氧化膜保护层：枪套上形成四氧化三铁、 锯条上的 烤蓝。 ⑤在钢铁里加入金属或非金属形成耐腐蚀合金：如不锈钢 （加Cr、Ni）
铁钉沾了酸液: 铁钉严重锈蚀
铁钉浸没一半的在食盐水中：浸没在食盐水中的铁钉几乎全部生锈 铁钉浸没一半在水中： 铁在空气、水的界面处生锈
铁钉完全浸没在水中（上面还加植物油）： 铁未生锈
铁钉放在干燥的空气中（加干燥剂等）： 铁未生锈
结论:
1 ．铁生锈是铁与氧气、水等物质相互
作用。（缓慢氧化,放热）
2.在有酸性和盐条件下会加快生锈速率
3 ．铁锈（混合物）的主要成分是氧化
铁Fe2O3,红棕色.
在空气中锈蚀，实际上是铁跟氧气、水等 物质相互作用，发生一系列复杂的化学变 化，使铁转化为铁的化合物的过程。 因此，铁与空气接触，又有水分时，最易 生锈！
铁锈成分复杂，主要是Fe2O3·XH2O它 是一种疏松多孔的物质
铁锈这种多孔性的物质，能让水分和空气穿过它 的空隙，不断向里层渗透，继续跟铁反应，直至铁被 完全锈蚀。
答：略。
练习：
1、某钢铁厂每天需消耗5000t含氧化铁76％的赤铁矿石， 该厂理论上可以日产Fe98％的生铁多少t?
2、冶炼2000t含杂质3％的生铁，需要含90%Fe2O3的赤铁矿 石多少t?
据有关资料报导，现在全世界每年被腐 蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的 20%——40%
钢铁的最大的弱点就是容易生绣
三.金属资源保护
1.金属的腐蚀和防护
金属锈蚀给人类 带来了巨大的损 失。
铁轨的锈蚀 铁钉的生锈
为了减少损失， 需要探究金属锈 蚀的原因、防护 的方法和废金属 的回收利用
各种铁制品的锈蚀
实验：探究铁生锈的条件
稀H2SO4中 食盐水中 一半在水中
全浸在水中
干燥空气中
一周后
稀H2SO4中 食盐水中 一半在水中 全浸在水中 干燥空气中
炼铁时各物质的作用：
石灰石：把杂质转化为炉渣
焦炭：燃烧放热提高炉温，并将生成的 CO2还原为具有还原性的CO，因此在 炼铁高炉中起主要作用的还原剂是CO， 优点是气体还原剂具有流动性，能与 矿石充分接触，使反应更彻底。
例3：用1000t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？
二.铁的冶炼
上海宝山钢铁公司炼铁高炉
为纪念1996年中国钢产产量突破1亿吨而发行的邮票
一氧化碳还原氧化铁
实验室
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
相关的化学方程式：
高温
用酒精灯点燃尾气 的作用是 2Fe + 3CO2
Fe2O3 + 3CO CO2 + Ca(OH)2 2CO + O2
4. 加快铁生锈速率的情况
离子化合物的存在 (氯化钠)
酸性污染物的存在 (酸雨) 高溫 (加快化学反应速度) 经刮擦或凹凸扭曲 表面(增加接触面) 较不活泼金属接触 （置换反应)
加快生锈 速度
5. 怎样防止铁生锈
氧气
生锈 水
(1)加上油漆、塑胶层或油脂
铁
油漆
氧气和水不能与铁接 触，所以铁不会生锈
分析：计算时应注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：设理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量为x Fe2O3 +3CO== 3CO2 + 2Fe 160 2×56
高温
1000t×80％
160 1000t×80％ ∴ x=
x·96%
2×56 x·96% = 583 t
2×56× 1000t×80％ 160ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ96%
注意：
赤铁矿石—氧化铁—铁—生铁
生铁的质量：
带入化学方程式计算的数据应是
纯净物的质量
1000t×80% ×70%÷96%=583.3t
例题：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 t ?
解：1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为： 1000t×80%==800t 设理论上可以炼出铁的质量为x 高温
油漆剥 落后
油漆
氧气和水与铁接触， 导致铁生锈
(2) 镀上其他金属, 如镀锡或铬等
「罐头」是由镀锡铁制成。
镀铬的浴室水笼头。
(3)牺牲性保护
把铁与一较活泼的金属相 连接，因而防止铁生成 Fe2+(aq) 离子，从而防锈。
由镀锌铁制造的水桶
破损部位
锌表层
氧与锌反应， 铁不会腐蚀
铁
锌块
(4)使用铁合金
用不锈钢制造的器具
金属防腐蚀的方法：
（1)隔绝空气或氧气 • 改变金属的内部结构
– 制成合金，如不锈钢
(2)隔绝水
• 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、锡）、 通过化学反应使表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
石灰石、铁矿石 焦炭、空气
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
化学方程式： Fe2O3+3CO 3、设备：高炉
高温 2Fe+3CO
2
工业上
高炉是个竖直的圆筒形炉子，
炉壳用钢板制成，内部用耐 火砖作衬里。炼铁的主要原
料是铁矿石、焦炭、石灰石
和空气。
高温下，用还原剂（主 要是一氧化碳）从铁矿 石里把铁还原出来
Fe2O3 +3CO== 3CO2 + 2Fe
160 800t
160 -----800t
x
112
= = 560t
112 x
------
x
含铁96%的生铁的质量为：560t÷96%=583t
答:理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量为560t.
例题：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 t ?
点燃
防止一氧化碳污染空气
CaCO3 ↓+ H2O 2CO2
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
菱铁矿FeCO3
铝 土 矿
黄铜矿 辉铜矿
磁铁矿（主要成分Fe3O4）
赤铜矿 Cu2O
孔雀石 Cu2(OH)2CO3
罕见的铜矿石
毛赤铜矿(Cu2O )
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 储量在世界观上也占有重要志地位。 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。
质量分 数/％ 7.73 4.75
元素名 称 镁 锌
质量分 数/％ 2.00 0.008
钙
3.45 2.74
2.47
铜 银
金
0.007
0.0000 1 0.0000 005
含有矿物的岩石称为矿
钠
钾
石。铁矿石等都是常见
的矿石
图5—2 地壳中金属的百分含量
常见几种金属矿物的成分
赤铁矿
Fe2O3
黄铁矿FeS2
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， 防止石灰水倒吸,使试管炸裂。
1、原料：
含铁量 赤铁矿 Fe2O3 菱铁矿 FeCO3 磁铁矿 Fe3O4 黄铁矿 FeS2
70% 48.27% 72.41% 46.67%
• 与氧气、水和二氧化碳接触
想一想
阅读教材P19页，回答下列问题：
1、试管Ⅱ中为什么要用煮沸过的蒸馏水，且要 加入植物油？ 是为了防止蒸馏水中溶有氧气。 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？ 不能，因为铁锈是疏松的。 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？
人类生活离不开金属
军事与科技也需要大量的金属
金属有广泛的用途，对于人类社会 起着不可替代的作用!
一.金属元素在自然界中的存在
金属元素在自然界中分布很广，极少数不活泼的
金属（如金、银等）有单质形式存在；
其余大多数以化合物 的形式存在。金属化合物 在自然界中以矿物的形 式存在。
元素名 称 铝 铁
与空气（氧气）接触 与水接触
氧化铁与铝壶表面的氧化铝膜性质比较 铁锈
氧化铝
(Ｆe2Ｏ3)
(Al2O3)
致密结实 使铝“自我保 护”
结构特点
若不除去结果
疏松多孔 完全锈蚀
实验：探究铁生锈的条件
铁生锈的条件： • 与氧气（或空气）接触 • 与水接触 其它影响因素：温度、盐等
思考：根据铜绿的化学式Cu2(OH)2CO3分 析铜生锈的条件又是什么？