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6.3_金属矿物与冶炼--高杨

发布时间:2013-11-25 08:50:09  

6.3 金属矿物与冶炼

一、金属在自然界的存在
游离态(单质): Ag, Pt, Au 化合态(化合物):Fe, Cu, Na等绝大多数金属

二、金属矿物

赤铁矿(Fe2O3)

黄铁矿(FeS2 )

菱铁矿(FeCO3 )

磁铁矿(Fe3O4)

铝 土 矿

黄铜矿

孔雀石

自 然 界 以 单 质 形 式 存 在 的 银

自 然 界 以 单 质 形 式 存 在 的 金

三、炼铁的基本原理

基本原理: Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2 现象:红棕色的Fe2O3变黑,同时产生使石灰 水变浑浊的气体。 氧化反应:得到氧的反应 还原反应:失去氧的反应

高温

具有还原性的物质: CO

H2

C

练习:请写出H2和C还原Fe2O3的化学方程式

3H2+Fe2O3 = 2Fe+3H2O 3C+2Fe2O3 = 4Fe+3CO2
高温

高温

H2、C、CO化学性质的比较
性 可燃性 质 物质 点燃 C C + O2 点燃 CO2 2C + O2 2CO

还原性

高温

C + 2CuO

2Cu+CO2

CO
H2

2CO + O2

点燃

2CO2

CO + CuO

Cu + CO2

2H2 + O2

点燃

2H2O

H2 + CuO

Cu + H2O

H2和C还原CuO实验比较

实 验 装 置 图

co

cuo

C

A

澄清的 石灰水

B

四、铁的冶炼
1.炼铁
设备: 高炉 原料: 铁矿石(赤铁矿)、焦炭、石灰石、空气 反应过程:

焦炭

过量空气 高温

焦炭 CO2 高温

赤铁矿 CO 高温 Fe

涉及反应化学方程式: C + O2 == CO2 C + CO2 == 2CO
高温 点燃

3CO+Fe2O3 == 2Fe+3CO2
产品: 生铁(含碳量2-4.3%)

高温

2.炼钢:

生铁

氧气 高温



合金

钢(含碳量0.03-2%)

生铁和钢的区别
类别 生铁 钢 含碳量% 2~4.3 0.03~2 含杂质 多 少 机械性能 硬而脆 硬而韧、 有弹性 机械加工 可铸不可 锻 可铸可锻

中国古代冶炼图

为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨 而发行的邮票 炉 炼 钢 转

金属活动性顺序: K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性由 强 渐弱

越活泼的金属,越容易与其他物质形成化 合物,也就越难从化合物中还原出金属单 质.

越不活泼的金属, 越不容易与其他物质形 成化合物,也就越容易从化合物中还原出 金属单质.

五、冶炼金属的常用方法
1.活泼金属(如K Ca Na Mg AI) 电解法:
通电

2Al2O3 = 4Al+3O2 Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO 2HgO = 2Hg+O2
加热 高温

2.一般金属(如Zn Fe Sn Pb Cu) 热还原法:

3.较稳定金属(如Hg Ag) 直接加热法:

4.稳定金属(如Pt Au) : 直接以单质形式存在

金属活动性顺序: K Ca Na Mg Al ‖Zn Fe Sn Pb (H)Cu‖Hg Ag‖Pt Au

电解法

热还原法

直接加热法

例1 用1000 t含氧化铁80%的赤铁矿石, 理论上可以炼出含铁96%的生铁多少吨? 注意: 带入化学方程式计算的数据应是 纯净物的质量
赤铁矿石—氧化铁—铁—生铁 1000 t×80% × 70% ÷96%=583.3 t

6.4 珍惜和保护金属资源

一、金属资源的消耗
资料一: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。金属矿物的 储量有限,而

且不能再生。根据已探明的一些矿 物的储藏量,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)。

资料二:据有关资料报道,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%。

生活中许多设施都是用铁制成,如:

但这些设施普遍受到腐 蚀的影响。

二、铁生锈条件的探究
药品:现有洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅 速冷却的蒸馏水、植物油、稀盐酸、棉花和干 燥剂氯化钙。
试设计实验以证明铁制品锈蚀的条件。

铁生锈的必要条件探究
没有水 没有空气 水和空气同时存在

无水氯化钙 棉 花 铁 钉 1 2 (干燥剂) 油层 蒸馏水 经煮沸的 蒸馏水 3 稀盐酸 4

没有生锈

产生锈蚀

铁生锈的必要条件探究结论:

氧气
生锈 水 没有水 没有空气 水和空气同时存在

没有生锈

产生锈蚀

因此,铁与空气接触,又有水分时,最易生锈!
铁的腐蚀称为生锈, 生锈后的产物称为铁 锈。其化学反应过程 是相当复杂,但结果 非常简单。 铁锈结构疏松多孔, 吸收水分,加速铁制 品的生锈 + 氧气 铁



Fe2O3·xH2O

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

三、 怎样防止铁生锈
氧气 生锈



1. 加上油漆、搪瓷、塑胶层或油脂

加上油漆、搪瓷、塑胶层或油脂来防锈
铁 油漆

氧气和水不能与铁接 触,所以铁不会生锈

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、锌、铜、镍、铬等

「罐头」是由镀锡铁制成。

镀铬的浴室水笼头。

3. 使用合金

用不锈钢制造的器具

4.牺牲性保护 把铁与一较活泼的金属相 连接,牺牲活波金属,从 而防锈。

由镀锌铁制造的水桶

牺牲性保护防锈法
破损部位
锌表层

氧与锌反应, 铁不会腐蚀



锌块

金属防腐蚀的方法:
(1)隔绝空气或氧气 形成保护层
– 刷油漆、涂油、烧制搪瓷(物理方法)

(2)隔绝水

– 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

改变金属的内部结构
– 制成合金,如不锈钢

改善腐蚀环境等等
– 保持铁制品表面干燥和洁净

讨论
1、在实际生活和生产中我们应该采取哪 些具体方法来防止铁制品生锈呢?
防止铁制品生锈的具体方法为:

? 保持铁制品表面干燥和洁净
? 在铁制品表面涂一层保护膜如:刷油漆、涂 油、镀上一层耐磨、耐腐蚀的金属铬、高温灼 烧金

属,进行“烤蓝”处理等 ? 制成合金钢,如不锈钢

讨论
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?

答:刷漆、涂 油、镀铬等

讨论
3、对于金属资源除了采取防止金属腐 蚀的措施外,还可以通过什么途径来 使金属资源得到保护呢? 废品收购站为什么要收购废铁、废 铜、和易拉罐等金属?

四、金属资源保护

回收和利用废旧金属

讨论
废弃金属的回收有什么意义?

? 可节约金属资源 ? 由于金属冶炼需在高温下进行,回收废
弃金属并再利用可节约能源

? 降低金属制品的生产成本,可方便人们
得到物美价廉的金属制品

? 可减少金属对环境的污染

如何保护金属资源:
从资源的采集和开采方面 (1)合理开采矿物 (2)寻找金属的代用品 (3)回收和利用废旧金属 从保护金属材料和制品方面 (1)防止金属腐蚀


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