第八單元金屬和金屬材料課題3

金屬資源的利用和保護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.會根據化學方程式對含有某些雜質的反應物或生成物進行有關計算。3.了解金屬銹蝕的條件以及防止金屬銹蝕的簡單方法。4.知道廢舊金屬對環境的污染，認識回收利用廢舊金屬的重要性。一、金屬礦物大多數金屬在自然界中是以金屬礦物形式存在的。我國是世界上為數不多的已知金屬礦物種類比較齊全的國家之一，礦物儲量也很豐富，其中鎢、鉬、鈦、錫、銻等儲量居世界前列，銅、鋁、錳等儲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值的金屬礦石中提煉大量的金屬，用于工農業生產和其他領域。其中，提煉量最大的是鐵。二、鐵的冶煉早在春秋時期，我國已生產和使用鐵器。戰國時期，鐵制工具的大量使用提高了生產力水平。隨后，鐵逐漸成為最主要的金屬材料?！短旃ら_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，其化學方程式如下：把鐵礦石冶煉成鐵是一個復雜的過程。把赤鐵礦石、焦炭和石灰石①一起加入高爐，在高溫下，利用爐內反應生成的一氧化碳把鐵從氧化鐵里還原出來。煉鐵高爐及爐內的主要化學反應如圖8-16所示。在實際生產時（如圖8-17），煉鐵所用的原料或所得的產物一般都含有雜質，在計算用料和產量時，應考慮到雜質問題?！纠}】用1000t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵96%的生鐵的質量是多少（計算結果保留一位小數）？三、金屬資源保護一方面，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備和材料因腐蝕而報廢。如何防止金屬腐蝕已成為科學研究和技術領域中的重大問題。1.金屬的腐蝕與防護鐵釘生銹的條件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？【實驗】

現有潔凈無銹的鐵釘、試管、經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）仔細觀察并參考圖8-18所示的裝置，設計實驗并探究鐵釘生銹的條件。本探究中的實驗應提前一周開始進行（2）每天觀察鐵釘生銹的現象，連續觀察約一周，認真做好記錄。

【分析與結論】

（1）上述實驗設計是如何控制變量的？

（2）對鐵釘生銹的條件，你能得出哪些結論？以上探究中鐵釘生銹的過程，實際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發生化學反應的過程。鐵生銹需要條件。例如，要有能夠與鐵發生反應的物質，反應物要能相互接觸，生成物不會對反應起阻礙作用，等等。鐵與氧氣、水等反應生成的鐵銹很疏松，不能阻礙里層的鐵繼續與氧氣、水等反應，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層，如噴漆、抹油、電鍍、烤藍等；③改變內部結構，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.保護金屬資源金屬礦物的儲量有限，而且不能再生。怎樣保護金屬資源呢？

除了防止金屬腐蝕，保護金屬資源的第二條有效途徑是回收利用廢舊金屬。例如，回收利用鋁質飲料罐與制造新的鋁質飲料罐相比，既能節約金屬資源，又能節約能源。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，既可以減少其對環境的危害，又可以節約金屬資源。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，對保護環境和實現金屬資源的循環利用均具有重要的意義。保護金屬資源的第三條有效途徑是有計劃、合理地開采金屬礦物，嚴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，了解我國的稀土儲量、稀土生產量，以及我國稀土資源的合理利用與保護，并與同學交流。到目前為止，我國的稀土儲量居世界第一位。但據估算，1970年，我國已探明的稀土儲量約占世界總儲量的75%；到2005年，這一比例下降到55%左右；近幾年來，這一比例繼續下降。

據估算，目前我國稀土生產量約占世界總產量的70%左右，居世界第一位。按現在的生產量計算，我國的稀土儲備僅能維持15~20年。

我國稀土資源的合理利用與保護：(1)建立國家稀土生產、銷售、出口和進口的專門管理機構，統一制定相關政策法規，實行嚴格的管理；(2)整頓稀土行業，堅決打擊私挖亂采、私自出口行為；(3)盡快建立稀土資源國家儲備機制，提高資源利用率和可持續發展能力；(4)組建稀土資源開發與應用的技術研發中心，培養專業人才。稀土資源的利用和保護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.在實際生產時，所用的原料或所得的產物一般都含有雜質，在計算用料和產量時，應考慮雜質問題。

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.下列有關保護金屬資源的措施中，不合理的是()。

A.回收利用廢舊金屬

B.防止金屬腐蝕

C.有計劃、合理地開采金屬礦物

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

C.②③D.①②③A4.某赤鐵礦樣品中鐵元素的質量分數為63%，則該礦石樣品中Fe2O3

的質量分數為()。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)單質和化合物，例如自然界中金、銀以單質形式存在，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，試寫出相關反應的化學方程式（