3金属资源的利用和保护资料.pptx
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1、课题3 金属金属资源的利用和保源的利用和保护人类生活离不开金属人类生活离不开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!军事与科技也需要大量的金属军事与科技也需要大量的金属一一.金属元素在自然界中的存在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)有金属(如金、银等)有单质形式单质形式存在;存在;图图52 地壳中金属的百分含量地壳中金属的百分含量 含有矿物的岩石称为含有矿物的岩石称为矿矿石。石。铁矿石等都是常见铁矿石等都是常见的矿石的矿石 其余大多数以其余大多数以化合物化合物的形式存在。金属化合物的形式
2、存在。金属化合物在自然界中以在自然界中以矿物矿物的形的形式存在。式存在。元素名元素名称称质量分质量分数数/元素名元素名称称质量分质量分数数/铝铝7.73镁镁2.00铁铁4.75锌锌0.008钙钙3.45铜铜0.007钠钠2.74银银0.00001钾钾2.47金金0.0000005赤铁矿赤铁矿黄铁矿黄铁矿FeSFeSFeSFeS2 2菱铁矿菱铁矿FeCOFeCOFeCOFeCO3 3 3 3铝铝士士矿矿黄铜矿黄铜矿辉铜矿辉铜矿Fe2O3常见几种金属矿物的成分常见几种金属矿物的成分 孔雀石孔雀石 Cu2(OH)2CO3赤铜矿赤铜矿 Cu2O磁铁矿磁铁矿(主要成分(主要成分FeFe3 3O O4 4
3、)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,其中国家这一,矿物储量也很丰富,其中钨、钼、钨、钼、钛、锡、锑钛、锡、锑等储量居世界前列,等储量居世界前列,铜、铝、锰铜、铝、锰等等储量在世界观上也占有重要志地位。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大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源金属矿物资源,人类每年要提炼数以人类每年要提炼数以亿吨计的金属亿吨计的金属用于工农业用于工农业生产和其它领域。其中,提取量最大的是生产和其它领域。其中,提取量最大的是铁铁。铁矿石铁矿石 铁铁矿石矿石如何变成
4、如何变成金属金属?二二.铁的冶炼铁的冶炼为纪念为纪念1996年中国钢产产量突破年中国钢产产量突破1亿吨而发行的邮票亿吨而发行的邮票上海宝山钢铁公司炼铁高炉上海宝山钢铁公司炼铁高炉现象:现象:红色红色粉末变成粉末变成黑黑色色,澄清的石灰,澄清的石灰水变浑浊,水变浑浊,点燃点燃尾气产生尾气产生蓝色蓝色火火焰焰实验室用一氧化碳还原氧化铁实验室用一氧化碳还原氧化铁相关的化学方程式:相关的化学方程式:相关的化学方程式:相关的化学方程式:Fe2O3 +3CO 2Fe +3CO2CO2 +Ca(OH)2 CaCO3 +H2O2CO +O2 2CO2点燃点燃点燃点燃高温高温高温高温用酒精灯点燃尾气用酒精灯点燃
5、尾气的作用是的作用是防止一氧化碳污染空气防止一氧化碳污染空气 实验结束时,先熄灯后停CO,是为了防止温度降低后外面的空气进入玻璃管使铁重新被氧化;还防止试管中的石灰水倒吸入热的玻璃管,使之炸裂。1、先通、先通CO还是先点燃酒精灯?为什么?还是先点燃酒精灯?为什么?2、先熄灭酒精灯还是先停止通、先熄灭酒精灯还是先停止通CO?为什么?为什么?先通后点的原因是为了防止加热一氧化先通后点的原因是为了防止加热一氧化碳和空气的混合气而发生爆炸。碳和空气的混合气而发生爆炸。实验步骤:实验步骤:1、检查装置气密性、检查装置气密性2、将适量的氧化铁装入试管并固定装置、将适量的氧化铁装入试管并固定装置3、点燃右边
6、点燃右边酒精灯酒精灯4、通入一氧化碳通入一氧化碳气体气体5、点燃酒精喷灯给氧化铁加热、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、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、待玻璃管内固体冷却后停止通入一氧化碳停止通入一氧化碳,然后,然后熄灭右边熄灭右边酒精灯酒精灯笔记笔记:先点燃:先点燃B灯,反应完成后先熄灭灯,反应完成后先熄灭A灯,继灯,继续通续通CO至装置冷却,再熄灭至装置冷却,再熄灭B灯。灯。实验前要先通实验前要先通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,
7、停止加热时要继续与空气混合发生爆炸;实验完毕后,停止加热时要继续通通CO至玻璃管内固体冷却,防止高温下的生成物铁与空气至玻璃管内固体冷却,防止高温下的生成物铁与空气接触而被氧化,同时还可防止石灰水倒吸。接触而被氧化,同时还可防止石灰水倒吸。1、原料:、原料:黄铁矿黄铁矿 FeS2赤铁矿赤铁矿 Fe2O3菱铁矿菱铁矿 FeCO3磁铁矿磁铁矿 Fe3O42、原理:、原理:在高温下,利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁在高温下,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从铁矿石中还原出来Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2高温高温石灰石、石灰石、铁矿石铁矿石焦炭、空气焦炭、空气3 3 3
8、 3、设备:高炉、设备:高炉、设备:高炉、设备:高炉化学方程式:化学方程式:70%70%48.27%48.27%46.67%46.67%72.41%72.41%含铁量含铁量含铁量含铁量2.工业炼铁工业炼铁高炉是个竖直的高炉是个竖直的圆筒形圆筒形炉子,炉子,炉壳用炉壳用钢板钢板制成,内部用制成,内部用耐火耐火砖砖作衬里。炼铁的主要原料是作衬里。炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭、石灰石和空气铁矿石、焦炭、石灰石和空气。高温下,用还原剂(主高温下,用还原剂(主要是一要是一氧化碳氧化碳)从铁矿)从铁矿石里把铁还原出来石里把铁还原出来 工业上工业上工业上工业上铁矿石焦炭热空气炉渣出口生铁出口石灰石高炉炼铁图
9、:高炉炼铁图:炼铁时各物质的作用:炼铁时各物质的作用:石灰石:把杂质转化为炉渣石灰石:把杂质转化为炉渣焦炭:焦炭:燃烧放热提高炉温,并将生成的燃烧放热提高炉温,并将生成的CO2还原为具有还原性的还原为具有还原性的CO,因此在,因此在炼铁高炉中起主要作用的还原剂是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,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。与矿石充分接触,使反应更彻底。CO2+C=2CO高温3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2高温C+O2=CO2点燃点燃CaO+SiO2=CaSiO3高温高温CaCO3=CaO+CO2高温高温提供热量提供热量提供还
10、原剂提供还原剂造渣,除去造渣,除去二氧化硅二氧化硅主要反应主要反应:例:例:用用1000 t含氧化铁含氧化铁80的赤铁矿的赤铁矿石,理论上可以炼出纯铁多少石,理论上可以炼出纯铁多少 t?解:解:设理论上可以炼出的纯铁质量为设理论上可以炼出的纯铁质量为x160 2561000t80 X 160 1000tX80%256 XX=560t答:答:可以炼出纯铁可以炼出纯铁560t。3CO +Fe2O3 2 Fe +3CO2如果炼出含铁为如果炼出含铁为96%的生铁多少的生铁多少t?生铁的质量生铁的质量560t 96%=583t可以炼出生铁铁炼出生铁铁583t。纯物质的质量纯物质的质量=不纯物质的质量不纯
11、物质的质量物质的质量分数物质的质量分数不纯物质的质量不纯物质的质量=纯物质的质量纯物质的质量物质的质量分数物质的质量分数注意:注意:带入化学方程式计算的数据应是带入化学方程式计算的数据应是 纯净物的质量纯净物的质量练习:要炼出含杂质练习:要炼出含杂质3%的生铁的生铁2000吨,需要含四氧化三铁吨,需要含四氧化三铁90%的磁铁矿石的质量是多少的磁铁矿石的质量是多少?炼钢和炼铁的比较炼钢和炼铁的比较生铁冶炼生铁冶炼炼钢炼钢原料原料铁矿石、焦炭、空气、石灰石铁矿石、焦炭、空气、石灰石 生铁、废钢生铁、废钢原理原理在高温下,用一氧化碳从铁的在高温下,用一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。氧化物中将铁还
12、原出来。FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3+3CO 2Fe+3CO+3CO 2Fe+3CO+3CO 2Fe+3CO+3CO 2Fe+3CO2 2 2 2用氧气或铁的氧化用氧气或铁的氧化物除去生铁中多余物除去生铁中多余的碳元素的碳元素主要主要设备设备高炉高炉转炉、平炉、电炉转炉、平炉、电炉产品产品生铁生铁钢钢高温铁轨的锈蚀铁轨的锈蚀铁钉的生锈铁钉的生锈各种铁制品的锈蚀各种铁制品的锈蚀 为了减少损失,为了减少损失,需要探究需要探究金属锈金属锈蚀的原因蚀的原因、防护防护的方法的方法和和废金属废金属的回收利用的回收利用金属锈蚀给人类金属锈蚀给人类带来了巨大的损带来了巨大的损失。
13、失。铁为什么会生锈?铁为什么会生锈?取取3枚洁净无锈的铁钉,分别放枚洁净无锈的铁钉,分别放入入3支试管中进行下面的实验支试管中进行下面的实验步骤一、在试管步骤一、在试管1中加入中加入少量的蒸馏水少量的蒸馏水,使铁钉的一半浸没在水,使铁钉的一半浸没在水中,使铁钉既与水接触,又与空气接触。中,使铁钉既与水接触,又与空气接触。步骤二步骤二、在试管、在试管2中注满中注满迅速冷却的沸水、植物油,迅速冷却的沸水、植物油,使铁钉只与水接使铁钉只与水接触,不与空气接触触,不与空气接触步骤三步骤三、在试管、在试管3中加入中加入少量干燥剂少量干燥剂(生石灰或无水氯化钙)(生石灰或无水氯化钙)塞紧橡皮塞,塞紧橡皮塞
14、,使铁钉不与水接触,只与空气接触使铁钉不与水接触,只与空气接触铁钉浸没一半在水中铁钉浸没一半在水中铁在空气、水的界铁在空气、水的界面处生锈面处生锈铁钉完全浸没在水中,上面还加植物油铁钉完全浸没在水中,上面还加植物油 铁未生锈铁未生锈铁钉放在干燥的空气中,加干燥剂等铁钉放在干燥的空气中,加干燥剂等 铁未生锈铁未生锈试管试管1试管试管2试管试管3实实 验验 现现 象象铁生锈条件的探究铁生锈条件的探究现象现象现象现象分析分析分析分析结论结论结论结论试管试管试管试管试管试管试管试管试管试管试管试管生锈生锈生锈生锈不生锈不生锈不生锈不生锈不生锈不生锈不生锈不生锈铁既与水接触,铁既与水接触,铁既与水接触,
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