九年级化学上册题3金属资源的利用和保护 52页

第八单元 金属和金属材料 课题 3 金属资源的利用和保护 第一课时 P15 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 图 8-16 自然界以单质形式存在的 金 图 8-17 自然界以单质形式存在的 银 除少数不活泼的金属如 金、银 等有 单质 形式存在外 , 其余都以 化合物 形式存在。 金属的存在形式： 单质 ( 少数，如金和银 ) 化合物 ( 大多数，如各种铁矿石 ) 一 . 金属元素在自然界中的存在 赤铁矿（ 主要成分是 Fe 2 O 3 ） 菱铁矿（主要成分是 FeCO 3 ） 图 8-17 常见的矿石 硫铁矿 ( 主要成分是 FeS 2 ) 磁铁矿（ 主要成分是 Fe 3 O 4 ） 图 8-17 常见的矿石 辉铜矿（主要成分是 Cu 2 S ） 黄铜矿（主要成分是 CuFeS 2 ） 铝土矿 主要成分是 Al 2 O 3 元素名称 质量分数 % 元素名称 质量分数 % 铝 7.73 镁 2.00 铁 4.75 锌 0.008 钙 3.45 铜 0.007 钠 2. 74 银 0.00001 钾 2.47 金 0.0000005 地壳中含量最多的金属是 Al ！ 金属元素在地壳中含量： 二、铁的冶炼： 生熟炼铁炉一 生熟炼铁炉二   图 8-18 我国古代炼铁图 图 8-22 上海宝山钢铁公司炼铁高炉 图 8-19 为纪念 1996 年中国钢产量突破 1 亿吨而发行的邮票 现象 分析 反应式 尾气处理 红色 的 粉末逐渐 变成 黑色 ，同时产生 的气体 使澄清的石灰水变浑浊 。 一氧化碳还原氧化铁生成铁粉 ( 黑色 ) 与二氧化碳 1. 实验室用一氧化碳还原氧化铁 ① 用燃着的酒精灯将尾气点燃或 ② 用气球收集尾气 Fe 2 O 3 +3CO===2Fe+3CO 2 高温 证明产物中有铁粉的方法是： 用磁铁吸 ( 或加稀盐酸有气泡 ) 实验步骤： ①. 按下图组装仪器， 并检查其气密性。 ② 把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻璃管中。 　　③把硬质玻璃管接入装置系统中， 先通入一氧化碳气体排除空气，防止一氧化碳与空气混合受热爆炸。点燃出气口处的酒精灯 ( 或用气球收集 ) ，防止一氧化碳污染空气。待排尽后，点燃酒精喷灯， 并观察装置中所发生的变化。 　　④当红棕色粉末已转变成黑色后， 停止加热，再通入一会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却，防止 Fe 被氧化。 一氧化碳还原氧化铁必须在 封闭 的硬质玻管中进行， 防止一氧化碳污染空气 。 ⑴ 原料： Fe 2 O 3 +3CO===2Fe+3CO 2 高温 2. 工业炼铁： ⑶ 反应的化学方程式： CO 是还原剂； Fe 2 O 3 是氧化剂 ⑵ 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 铁矿石、焦炭、石灰石 （ 4 ）产品： 生铁 ⑵ 设备：炼铁高炉 铁矿石、焦炭、石灰石 Fe 2 O 3 +3CO===2Fe+3CO 2 高温 CO 2 ＋ C 2CO 高温 C + O 2      CO 2 点燃 在 实际生产时 , 所用的原料或产物一般都含有杂质 , 在计算用料时和产量时 , 应考虑到杂质问题。 不纯物质、纯物质、纯度之间的关系： 列比例时，一定要用纯量。 3. 含杂质的物质的化学方程式的计算： m( 纯 ) = m( 不纯 ) × 纯度 m( 不纯 ) = m( 纯 ) ÷ 纯度 例题：用 1000t 含氧化铁 (Fe 2 O 3 ) 80% 的赤铁矿石，理论上可炼含铁 96% 的生铁多少吨？ Fe 2 O 3 +3CO===2Fe + 3CO 2 高温 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 。 160 112 800t X 160 800t = 112 X X ＝ 560t 折合含铁 96% 的生铁的质量为 560t÷ 96% ＝ 583t 　　 ( 纯化杂 ) 答： 1000t 含氧化铁 (Fe 2 O 3 ) 80% 的赤铁矿石，理论上可炼出含铁 96% 的生铁为 583t 。 或设 800t 氧化铁理论上可以炼 含铁 96% 的生铁 质量为 X 。 Fe 2 O 3 +3CO===2Fe + 3CO 2 高温 160 112 800t X ×96% 160 :112 ＝ 800t :X ×96% X ＝ 583t 　　 ( 杂化纯 ) ⑵ 设需含 Fe 2 O 3 质量分数为 85% 的赤铁矿石的质量为 x 。 解：⑴生铁中含纯铁： 3000t×(1 － 5%)=2850t. Fe 2 O 3 + 3CO=== 2Fe + 3CO 2 112 X 85% 2850t 高温 160 X· 85% = 112 2850t X≈4790t 答 ：⑴ 该 3000 t 生铁中含纯铁 2850t 。 ⑵ 该炼钢厂每天需含 Fe2O3 质量分数为 85% 的赤铁矿石为 4790t 。 　 1. 某炼钢厂日产含杂质 5% 的生铁 3000t ，试计算： 　　⑴该 3000 t 生铁中含纯铁多少吨？ 　　⑵该炼钢厂每天需含 Fe 2 O 3 质量分数为 85% 的赤铁矿石多 少吨？（计算结果保留整数） 练习： 2. 下图是课堂中模拟炼铁的实验装置。 （ 1 ）写出图中标有序号的仪器名称① ，② 。 (2) 实验过程中，先要进行的是 ______________ 。（填 Ⅰ 或 Ⅱ ） Ⅰ ． 加热 Ⅱ ．通一氧化碳 (3)A 中反应的化学方程式是 。 B 中反应的化学方程式是 ， B 中观察到的现象是 _______________ 。 (4) 该装置的不足之处是 。 铁架台 试管 Ⅱ Fe 2 O 3 +3CO === 2Fe+3CO 2 高温 没有尾气处理装置（或没有用燃着的酒精灯处理尾气等） Ca(OH) 2 +CO 2 ===CaCO 3 ↓+H 2 O 澄清的石灰水变浑浊 ① ② 3. 右下图是金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发、利用的大致年限。 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 约 6000 年前 约 200 年前 约 600 年前 约 2500 年前 　　⑴选择编号填空：铝的利用比铜和铁晚得多，原因是 ；目前铝在多个领域替代易生锈的钢铁，其 主要 原因是 　 。 ①铝的密度小 　　 ②铝很活泼 ③地壳中铝的含量高 　④铝的表面易生成致密的保护膜 ② ① ④ 　　⑵钢铁的冶炼是人类文明的一个重要标志。 右图是实验室模拟炼铁的装置图，写出冶炼生铁的化学方程式 　　　 　　　　 ；能证明产物中有铁粉的方法是： 　　　　　　　　　　 。 用磁铁吸 ( 或加稀盐酸有气泡 ) 3CO+ Fe 2 O 3   2Fe + 3CO 2  ==== 高温 　　⑶在组装仪器时，把玻璃管插入橡胶管的操作方法 是 　　　 。 　　此装置有不完善的地方，请说出其中一种改进方法： 　　　　　　　　　　　　 。 用气球收集尾气或用燃着的酒精灯点燃 导管一端用水润湿后旋转插入 第八单元 金属和金属材料 课题 3 金属资源的利用和保护 第二课时 P17~19 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 铁轨的锈蚀 铁钉的生锈 各种铁制品的锈蚀 金属锈蚀给人类带来了巨大的损失。 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 为什么要保护金属资源？ 三、金属资源保护 保护金属资源的原因： ⑴ 每年大量开采矿物 ( 数以亿吨计 ) 。矿物的储量是有限的，是不可再生的资源。 ⑵ 每年大量的金属被腐蚀 ( 相当于年产量的 20%~40%) P17 据估计一些矿物可供开采的年限 （一） . 金属的腐蚀和防护 人们采取了许多措施，但每年全世界因生锈而损失的钢铁约 占世界年产量的 四分之一！ 如何防锈？ —— a. 在干燥空气中 b. 浸没在水中 c. 半截浸没在水中 铁的生锈过程 哪种条件下 , 铁最易生锈 ? 为什么 ? 不生锈 ( 有水无 O 2 ) 不生锈 ( 有 O 2 无水 ) 在水与空气的交界面最易生锈 —— —— 植物油 a b c 请思考： 用橡皮塞塞紧管口 ( 有水和Ｏ 2 ) 全浸在水中 干燥空气中 一半在水中 食盐水中 稀 H 2 SO 4 中 实验：探究铁生锈的条件 一周后 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 全浸在水中 稀 H 2 SO 4 中 一半在水中 食盐水中 干燥空气中 ⑴ ．铁生锈是铁与 氧气、水 等物质相互作用。（缓慢氧化 , 放热） ⑴ . 在有 酸性 和 盐 条件下会加快生锈速率 ⑶ ． 铁锈（混合物 ）的主要成分是 氧化铁（ Fe 2 O 3 ） , 红棕色 。 结论 : 1. 金属的腐蚀 铁 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 Fe 2 O 3 ·XH 2 O 它是一种疏松多孔的物质 铁锈 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。 氧化铁与铝壶表面的氧化铝膜性质比较 铁锈 ( Ｆ e 2 Ｏ 3 ) 氧化铝 (Al 2 O 3 ) 结构特点 若不除去结果 疏松多孔 完全锈蚀 致密结实 使铝 “ 自我保护 ” 铁 铁锈 与空气（氧气） 接触 与水 接触 根据铜绿的化学式 Cu 2 (OH) 2 CO 3 分析铜生锈的条件又是什么？ 思考 铜生锈是铜同时与 空气（氧气）、水和二氧化碳 接触生成一种绿色的物质。 氧气 水 生锈 2. 怎 样 防止 铁 生 锈 加上保 护层 原理：隔绝空气（氧气）； 隔绝水 方法 加上油漆、塑 胶层 或油脂 方法 1. 形成保护层 ⑴ 刷油漆、涂油、烧制搪瓷（物理方法） ( 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 。 通过化学反应使表面形成 致密的氧化物薄膜（烤蓝） 等。例如： 锯条上的烤蓝 。 (3) 制成合金 用不 锈钢制 造的器具 ⑴ 三角架： ⑵ 钢线 ( 辐条）： ⑷ 链条： 刷漆 镀一层耐腐蚀的金属 涂油等 平时要保持自行车的洁净与干燥（或涂油）！ 自行车防锈措施有哪些？ 讨论： ⑶ 钢圈： 3. 怎样保护金属资源呢 ? ⑴ 防止金属的腐蚀。 ⑵ 金属的回收与利用。 ⑶ 有计划 , 合理地开采矿物 , 严禁不顾国家利益的乱采矿。 ⑷ 寻找金属代用品。如以塑代钢。 图 8-26 金属的回收利用 　　回收一个铝制的易拉罐比制造一个新的铝制的易拉罐要便宜 20% ，而且还可以节约金属资源和 95% 能源。目前世界上有 50% 以上的铁和 90% 以上的金得到回收利用。 反馈练习 1. 在下列情况下，埋在地下的铸铁管道腐蚀最快的是 （　　） A. 在潮湿、致密的土壤中 B. 在干燥、致密的土壤中 C. 在潮湿、疏松的土壤中 D. 在干燥、疏松的土壤中 2. 某运输用铁船，在水中行驶，最易生锈的部位是 ( 　 ) C B A. 水面上的船头部分 B. 水面附近的船体部分 C. 水面下的船底部分 D. 各部分都一样速度生锈 3. 日常生活中的一些铁制品经常会被锈蚀。 下列做法中不能起防锈作用的是（　 ） ①在铁制品表面镀锌 ②在铁制品表面涂油脂　 ③保留铁件表面的铁锈作保护层 ④在铁器表面刷油漆　 ⑤自行车脏了用清水冲洗　 ⑥用废酸液冲洗铁制污水管道 ⑦切完咸菜后，尽快将菜刀洗净擦干 A.②⑤ 　　　 B.③⑤⑥ 　 C.①③⑦ 　　 D.②⑥⑦ 　 B 4. 全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界 钢铁年产量的 1/4 。某学生想探究铁生锈的条件，他将 干净的铁钉分别同时入放 A 、 B 、 C 三支试管中进行研究。 　　⑴请你帮助该学生完成下列实验设计的内容： 编号 操作方法 实验目的 A 探究铁在干燥空气中的生锈情况 B 放入铁钉，注入蒸馏水浸没铁钉，并用植物油液封 C 探究铁在有空气和水时的生锈情况 加热烘干试管，小心放入铁钉，塞上塞子 探究铁在有水而无空气 （氧气）时的生锈情况 小心放入铁钉，注入蒸馏水，使铁钉部分浸入水中 　　⑵一周后，编号为 ________ 的试管中的铁钉最易生锈。 　　⑶用相同材料制作，经过相同时间防锈处理的铁栏杆，安装在南方比安装在北方更易生锈，其原因是 ___________________________________ 。 C 南方比北方天气潮湿，铁更易生锈 A B C 铁在干燥空气中 铁在有水而无空气（氧气）时 铁在有空气和水时 用植物油液封 用橡皮塞塞紧管口 4 . 某课外兴趣小组对一批铁样品（含有杂质，杂质不溶于水，也不与稀硫酸反应）进行分析，甲、乙、丙三位同学分别进行实验，其中只有一位同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应。实验数据如下表： 请你认真分析数据，回答下列问题： ⑴哪位同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应； ⑵计算样品中铁的质量分数； ⑶若生产 1000 t 这种纯度的铁，至 少 需要含氧化铁 (Fe 2 O 3 )80% 的赤铁矿多少吨？ 甲 乙 丙 烧杯＋稀硫酸 200g 150g 150g 加入的铁样品 9g 9g 14g 充分反应后，烧杯＋剩余物 208.7g 158.7g 163.7g 改正： ( 烧杯的质量为 25.4g ；计算结果精确到 0.1%) 　　解： ⑴分析表中数据可知，甲、乙、丙三人的实验生成气的质量都是 0.3g( 如甲为 200g+9g-208.7g ＝ 0.3g ), 即各人的实验中都有一种反应物完全反应。由甲、乙数据可知， 9g 铁样品中的铁完全反应， 甲中的酸过量 。由乙、丙数据可知， (150g － 25.4g) ＝ 124.6g 的稀硫酸中的 H 2 SO 4 完全反应， 丙中的金属过量 。综合分析可知 乙同学所取用的稀硫酸与铁样品恰好完全反应。 甲 乙 丙 烧杯＋稀硫酸 200g 150g 150g 加入的铁样品 9g 9g 14g 充分反应后，烧杯＋剩余物 208.7g 158.7g 163.7g 解：⑵ 乙反应生成氢气的质量为 150g+9g-158.7g ＝ 0.3g 。 　　 设 Fe 的质量为 X 。 Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 ↑ 　　　　　　　　　 2 X 0.3g 则 Fe% ＝ 8.4g 9g × 100% =93.3% ⑵ 计算样品中铁的质量分数； 答：样品中铁的质量分数为 93.3% 。 56 X 2 0.3g = X=8.4g ⑶ 若生产 1000 t 这种纯度的铁，至 少 需要含氧化铁 (Fe 2 O 3 )80% 的赤铁矿多少吨？ 解：⑶需要含氧化铁 80% 的赤铁矿的质量为 Y 。 1000 t 这种纯度的铁含纯铁的质量为 1000t×93.3% ＝ 930t 。 3CO+ Fe 2 O 3   2Fe + 3CO 2  ==== 高温 160 112 Y×80% 930t 160:112=Y×80%: 930t Y=1666.1t 答： 生产 1000 t 这种纯度的铁，至 少 需要含氧化铁 (Fe2O3)80% 的赤铁矿为 1666.1t 。 3CO+ Fe 2 O 3   　 2Fe + 3CO 2  ； ==== 高温 1. 把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程，其主要反应原理是 在高温条件下 CO 作还原剂，夺取 铁矿石里的氧， 将铁还原出来。 2. 在实际生产时 , 所用的原料或产物一般都含有杂质 , 在计算用料时和产量时 , 应考虑到杂质问题。 　　 3. 铁生锈的条件是 铁与空气中的氧气、水 ( 或水蒸气 ) 直接接触，如果隔绝了空气和水，就能在一定程度上防止钢铁生锈。 在铁表面涂油、刷漆、镀上耐磨和 耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金，如不锈钢等，就能防止钢铁生锈。 　　 4. 保护金属资源的有效途径是防止金属的腐蚀、回收与利用废旧金属、合理有效地地开采矿物 , 以及寻找金属代用品等。 列比例时，一定要用纯量。 m( 纯 ) = m( 不纯 ) × 纯度 4Fe+3O 2 +2XH 2 O=2 Fe 2 O 3 · XH 2 O 本单元小结： 一、金属和金属材料 金属与非金属物理性质的比较： 物理性质 金属 非金属 状态 在常温下，除汞 (Hg) 是液体外，其余都是固体 在常温下，有固、液、气三态 密度 一般较大 一般较小 光泽 　　有 一般无 导电性 导热性 能导电、导热 一般不导电、不导热 延展性 有 没有 　　 2. 金属材料包括 纯金属和合金 。把两种或两种以上 的金属熔合在一起，或者把金属和非金属熔合在一起，就可以得到具有金属特性的合金 。由于 合金的很多性能一般比 组成它们的纯金属 更好，因此，在实际中大量使用的金属材料是合金。 二、金属的化学性质 　　 1. 很多金属都能与氧气、盐酸和稀硫酸等起反应，但反应的难易和剧烈程度不同。 ) 以 Fe 、 Al 、 Cu 为例，写出它与氧气、稀硫酸反应的化学方程式。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ， 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　 Fe + H 2 SO 4   ＝  FeSO 4  + H 2 ↑ 2Al +3H 2 SO 4   ＝  Al 2 (SO 4 ) 3  +3H 2 ↑ 3Fe + 2O 2 Fe 3 O 4 点燃 4Al + 3O 2 2Al 2 O 3 点燃 2Cu + O 2    2CuO 　　 △ Cu + H 2 SO 4 → 不反应 　　 2. 由一种单质 和一种 化合物反应，生成另一种单质 和另一种 化合物的反应叫做置换反应。例如 　　如果用 A + B → C 来表示化合反应的话，请用相似的方法来表示分解反应和置换反应。 置换反应： A + B C → B + A C 分解反应： AB→A + B 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ， 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　 Zn + H 2 SO 4   ＝ ZnSO 4  + H 2 ↑ Fe + CuSO 4   ＝  FeSO 4  + Cu 3. 常见金属活动性顺序如下： K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性，由强逐渐减弱 举例说明金属活动性顺序可以给你哪些判断的依据： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　 ⑴ 只有排在 H 前面的才能置换酸中的氢。 　　⑵只有排在前面的金属才能把排在后面的金属从它们的化合物的溶液中置换出来。 ( K Ca Na 特殊、反应复杂 ) 三、金属资源保护 3CO+ Fe 2 O 3   　 2Fe + 3CO 2  ； ==== 高温 1. 把铁矿石冶炼成铁的主要反应原理是： 在实际生产时 , 还会遇到有关杂质的计算问题。 2. 铁锈蚀的主要条件以及 防止铁 锈蚀的主要措施是： 　　铁锈蚀的主要条件是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应。防止铁锈蚀的主要措施是在铁表面涂油、刷漆、镀上耐磨和 耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金，如不锈钢等，就能防止钢铁生锈。 　　 防止金属的腐蚀、回收与利用废旧金属、合理有效地地开采矿物 , 以及寻找金属代用品等。 4. 保护金属资源的有效途径是： 列比例时，一定要用纯量。 m( 纯 ) = m( 不纯 ) × 纯度