课题3金属资源的利用和保护教学目标1．知道常见的金属如铁、铝、铜等矿物；了解从铁矿石中将铁还原出来的方法、金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。2．会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关计算。3.知道废旧金属对环境的污染，认识回收利用废旧金属等金属资源保护的重要性和主要途径。4．通过实验，让学生了解炼铁的原理，使学生认识化学原理对实际生产的指导作用。5．通过对某些含有杂质的物质的计算，使学生把化学原理、计算和生产实际结合在一起，培养学生灵活运用知识的能力，引导到学生关注身边的化学，增强社会责任感。自然界中以单质形式存在的金自然界中以单质形式存在的银地球上的金属资源广泛地存在于地壳和海洋中，除少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外，其余都以化合物的形式存在。金属元素在地壳中的含量工业上从含有金属元素并有开采价值的矿石中提炼金属。常见的金属矿石如下图所示。常见的金属矿石我国是世界上已知矿物种类比较齐全的少数国家之一，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，人类每年要提取数以亿吨计的金属，用于工农业生产和其他领域。其中，提取量最大的是铁。生熟炼铁炉（一）生熟炼铁炉（二）我国古代炼铁图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1世纪起，铁便成了一种最主要的金属材料。Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高温炼铁的原理是利用一氧化碳与氧化铁的反应。在实验室里，可以利用下图所示的装置进行实验。从实验中可以看到，玻璃管里的粉末由红色逐渐变黑，这种黑色的粉末就是被还原出来的铁；试管里澄清石灰水变浑浊，证明有二氧化碳生成。反应的化学方程式如下：我国为纪念1996年钢产量突破1亿吨而发行的邮票。2010年中国粗钢产量已超过6亿吨铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程。把铁矿石、焦炭和石灰石一起加入高炉，在高温下，利用炉内反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来，高炉内的主要化学反应如下图所示。在实际生产时，所用的原料或产物一般都含有杂质，在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题。炼铁高炉及炉内化学反应过程示意图宝钢炼铁高炉例题用1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少？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。Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高温1602×56800tx折合为含铁96%的生铁的质量为：560t÷96%＝583t答：1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁583t。金属资源保护一方面，人类每年要向自然界索取大量的金属矿物资源，以提取数以亿吨计的金属。另一方面，根据有关报导，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%。这是多么惊人的数字呀！防止金属腐蚀已成为科学研究和技术领域中的重大问题。1．金属的腐蚀与防护探究铁制品锈蚀的条件根据你的生活经验，已经知道铁制品在干燥的空气中不易生锈，但在潮湿的空气中容易生锈，试通过实验对铁制品锈蚀的条件进行探究。现有洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅速冷却的蒸馏水（思考：为什么要用蒸馏水？）、植物油、棉花和干燥剂氯化钙。你还可以选用其他物品。仔细观察并参考下图所示的装置，设计实验证明铁制品锈蚀的条件。注意每天观察铁钉锈蚀的现象，连续观察约一周，认真做好记录，并与同学进行交流。通过探究，你对铁制品锈蚀的条件能得出哪些结论？铁钉锈蚀条件的探究铁制品锈蚀的过程，实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程。铁制品锈蚀需要条件，例如，要有能够发生反应的物质，反应物要能相互接触，生成物不会对反应起阻碍作用，等等。铝与氧气反应生成的致密的氧化铝薄膜，能覆盖铝的表面，从而保护里层的铝不再与氧气反应；而铁与氧气、水等反应生成的铁锈（主要成分是Fe2O3·xH2O）很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水等反应，因此铁制品可以全部锈蚀。了解了铁制品锈蚀的条件，就可以根据这些条件，寻找防止铁制品锈蚀的方法。讨论1.通过对铁制品锈蚀条件的探究，你对防止铁制品锈蚀有什么建议？2.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？自行车对防止铁制品锈蚀的建议2．金属资源保护矿物的储量有限，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）。据估计一些矿物可供开采的年限怎样保护金属资源呢？除了前面讨论的应防止金属的腐蚀外，保护金属资源的另一条有效途径是金属的回收利用。据估算，回收一个铝质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。目前，世界上已有50%以上的铁和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，废旧电池中含有铅、镍、镉、汞等，如果将废旧电池随意丢弃，这些金属渗出会造成地下水和土壤的污染，威胁人类健康。将这些金属回收利用，不仅可以节约金属资源，而且可以减少对环境的污染，这是一举两得的好事。如在目前铅的生产量中，来自于汽车用过的铅酸蓄电池的再生铅就占有很大的比例。保护金属资源的第三条有效途径是应有计划、合理地开采矿物，严禁不顾国家利益的乱采矿。其他途径还有寻找金属的代用品等。随着科学技术的发展，新材料层出不穷。例如，目前已经广泛用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮和汽车零部件等。练习与应用1.写出下列矿石主要成分的化学式。（1）赤铁矿：；（2）磁铁矿：；（3）菱铁矿：；（4）铝土矿：。2.通过实验回答，铁钉在下列哪些情况下容易生锈？（1）在干燥的空气中。（2）在潮湿的空气中。（3）部分浸入食盐水中。（4）浸没在植物油中。在（2）（3）两种情况下，铁钉容易生锈。Fe2O3Fe3O4FeCO3AI2O3练习与应用3.回答下列问题：（1）为什么沙漠地区的铁制品锈蚀较慢？（2）被雨水淋湿的自行车，为什么须先用干布擦净后才能用带油的布擦？（1）提示：沙漠地区气候干燥，空气中水分含量低。（2）有水存在时，自行车的零件容易生锈。