第8单元 课题3 金属资源的回收和利用（教师版）-2024年初中化学同步（人教版）

第八单元 课题3 金属资源的回收和利用 1 常见的金属资源及存在形式； 2 掌握铁的实验还原和工业炼铁原理； 3 理解金属腐蚀、生锈条件； 4 知道常见的金属资源保护的有效途径。 一、金属资源概述 1 少数很不活泼的金属以单质形式存在，如金、银等。 2 绝大多数金属以化合物形式存在，如Fe、u、l 等。 3 常见的金属矿石及其主要成分 金属矿石 赤铁矿 黄铁矿 菱铁矿 铝土矿 黄铜矿 辉铜矿 主要成分 Fe23 FeS2 Fe3 l23 uFeS2 u2S 4 我国矿物储量居世界前列。 5 人类每年要提取数以亿吨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。 二、铁的冶炼 1 实验室用还原氧化铁 冶炼原理 利用和Fe23反应，在高温下，把铁从铁矿石中还原出来。 实验装置 与仪器 酒精喷灯、直玻璃管、 试管、玻璃导管、 铁架台、胶塞、酒精灯 实验步骤 ①检查装置气密性；②装入药品并固定装置；③通入纯净的； ④点燃酒精喷灯加热；⑤停止加热；⑥停止通入。 实验现象 红棕色粉末逐渐变黑；澄清石灰水变浑浊；尾气燃烧产生蓝色火焰。 相关反应 3 + Fe23 2Fe + 32 2 + ()2 ==== 3↓+ 2 2 + 2 22 思考与交流 【答】(1)排净玻璃管内的空气，防止高温加热不纯净的一氧化碳引起爆炸。 (2)防止生成的铁在高温条件下被再次氧化。 (3)防止有毒的一氧化碳进入空气中，污染空气。 (4)通入一氧化碳一段时间后点燃酒精灯，然后再点燃酒精喷灯；结束后先熄灭酒精喷灯，等试管冷却后再 熄灭酒精灯。 (5)试验得到的黑色粉末能否被磁铁吸起。 2 工业炼铁 设备 炼铁高炉 高炉炼铁示意图 原料 铁矿石、焦炭、石灰石、空气 石灰石作用 将矿石中的二氧化硅转变为炉渣 3 + S2 S3 + 2↑ 相关反应 + 2 2 2 + 2 3 + Fe23 2Fe + 32 产物 生铁(含碳) 三、炼铁的相关计算 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。 1 纯净物质的质量 = 含杂质物质的总质量×纯度 2 含杂质物质的总质量 = 纯净物质的质量÷纯度 举个例子 （1）为什么要先通一段时间，再加热？ （2）实验完毕，熄灭酒精喷灯后为何还要继续通至冷却？ （3）为什么要用酒精灯点燃尾气？ （4）酒精喷灯、酒精灯的点燃、熄灭顺序是？ （5）如何检验该实验生成了铁单质？ 四、金属的腐蚀条件 实验探究——铁钉锈蚀条件 实验操作 ① ② ③ 实验现象 生锈(水面附近锈蚀更严重) 不生锈 不生锈 实验分析 对比①②，可知铁生锈与氧气有关；对比①③，可知铁生锈与水有关。 实验结论 铁生锈的条件：铁与_________同时接触 【答】氧气、水 思考与交流 【答】(1)除去蒸馏水里溶解的氧气，并防止氧气再溶于水。 (2)铝与氧气反应生成的致密的氧化铝薄膜，能覆盖在铝表面，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Fe23·x2)很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水等反应，因此 铁制品可以被全部锈蚀。 【例题】用1000 t 含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少? 【解】1000 t 赤铁矿石中含氧化铁的质量为：1000 t×80%=800t 设：800t 氧化铁理论上可以炼出铁的质量为x Fe23 + 3 高温 2Fe + 32 160 112 800t x = x= 560 t 折合成含铁96%的生铁的质量为：560 t÷96%=583t 答：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583t。 （1）蒸馏水为何要经煮沸并迅速冷却？ （2）为什么铁制品易生锈且可以全部锈蚀，而铝制品不易生锈？ 无、金属锈蚀的防护措施 1 防护原理 ①隔绝空气 ② 隔绝水 2 具体方法 ①保持铁制品表面干燥和洁净； ②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； ③制成合金钢，如不锈钢。 六、金属资源的保护 1 金属矿物的储量有限，且不能再生。 2 保护金属资源的有效途径： ①防止金属的腐蚀； ②金属的回收利用； ③有计划、合理地开采金属矿物； ④努力寻找金属替代品。 ►问题一 金属元素的存在形式 【例题1】从化学的角度对下列诗句、成语进行解释，错误的是 ．“点石成金”—化学反应改变了元素种类 B．“满架蔷薇一院香”—分子在不停地运动 ．“热胀冷缩”—粒子间的间隙发生变化 D．“沙里淘金”—金在自然界中可以单质形式存在 【答】 【详解】 、化学反应前后原子和元素种类都不变，故选项错误； B、闻到气味类的说明分子是运动的，故B 选项正确 ； 、热胀冷缩是物质体积发生了变化，从微观方面看是构成物质的微粒间的间隙发生变化，故选项正确； D、沙里淘金，是将金从沙子中分离出来，金在自然界中能以单质形式存在，故D 选项正确； 故选。 【变式1】下列是4 种矿石(括号中为主要成分)，其主要成分属于单质的是 ．铝土矿 B．金矿 ．白钨矿 D． 辉铜矿 【答】B 【详解】 、铝土矿主要成分是氧化铝，由两种元素组成，属于化合物，故不符合题意； B、金矿是主要成分是金，由一种元素组成，属于单质，故符合题意； 、白钨矿主要成分是4，由三种元素组成，属于化合物，故不符合题意； D、辉铜矿主要成分是u2S，由两种元素组成，属于化合物，故不符合题意。 故选B。 ►问题二 炼铁 【典例2】如图是实验室中模拟炼铁的实验装置，完成下列问题 (1)实验过程中先进行的是________。(填“加热”或“通一氧化碳”) (2)写出中反应的化学方程式：________，可观察到的现象是________； (3)B 中观察到的现象是________，B 中反应的化学方程式是________； (4)该装置的不足之处是________。 【答】 (1)通一氧化碳 (2) Fe23+3 2Fe+32 红色粉末变成黑色 (3) 澄清石灰水变浑浊 ()2+2=3↓+2 (4)没有尾气处理装置 【解析】 (1) 为防止与空气混合加热时引起爆炸，进行加热前要先通入排出装置内空气；故实验过程中，先要进行的是 通一氧化碳； (2) 装置中通入的在高温下还原氧化铁，生成铁和二氧化碳，看到红色粉末变成黑色，反应的化学方程式： Fe23+3 2Fe+32； (3) 装置B 中澄清石灰水遇二氧化碳变浑浊，因为二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，反应的化学 方程式：()2+2=3↓+2； (4) 尾气中含有毒气体没经处理直接排放到空气中，这是此实验中的不足，应加以改进。 【变式2】甲图是一氧化碳还原氧化铁的装置，乙图是炼铁高炉示意图，下列叙述中正确的是 ．甲图中实验开始时应先点燃加热氧化铁的酒精喷灯，再通 B．乙图炼铁中原料焦炭的作用只是提供热量 ．高炉炼制出的生铁是铁合金的一种，属于合成材料 D．一氧化碳还原氧化铁的反应中，一氧化碳是还原剂，一氧化碳发生了氧化反应 【答】D 【详解】 、甲图中实验开始时，应先通入一氧化碳，将装置内空气排尽，然后点燃加热氧化铁的酒精喷灯，防止发 生爆炸，不符合题意； B、乙图炼铁中原料焦炭的作用是提供热量和提供还原剂一氧化碳，不符合题意； 、高炉炼制出的生铁是铁合金的一种，属于金属材料，不符合题意； D、一氧化碳还原氧化铁的反应中，一氧化碳得到氧，是还原剂，一氧化碳发生了氧化反应，符合题意。 故选D。 【例题3】某炼铁厂月产含铁96%的生铁21000t，若用含75%Fe34的磁铁矿为原料，至少需要多少吨磁铁 矿？ 【答】解：设磁铁矿的质量为x x=37120t 答：至少需要37120t 磁铁矿。 【详解】 见答。 【变式3】现有①赤铁矿(主要成分是Fe23)②磁铁矿(主要成分是Fe34)③黄铁矿(主要成分是FeS2)，请你从 经济效益和环境保护的角度分析三种矿石哪种不适合用来炼铁？为什么？ 【答】FeS2；因为FeS2的含铁量少，而且在冶炼的过程中，会产生二氧化硫而污染空气 【详解】 根据计算可知，Fe23中铁元素的质量分数为 ×100%=70%，Fe34中铁元素的质量分数为 ×100%≈724%，FeS2中铁元素的质量分数为 ×100%≈467%，二硫化亚铁中铁的含量 最低，而且含有的硫元素燃烧能生成二氧化硫，污染环境，故填：FeS2，因为FeS2的含铁量少，而且在冶 炼的过程中，会产生二氧化硫而污染空气。 【变式4】小明设计了下图所示的实验装置，进行还原Fe23的实验。试回答： (1)该装置存在一处不完善的地方是______________________。 (2)实验结束，装置冷却后处观察到的现象是______________________； (3)金属在生产和生活中有广泛的应用。下列金属制品中，利用金属导热性的是______________________。 ．灯泡中钨丝 B．铝导线 ．铁锅 (4)工业上用含氧化铁480t 的赤铁矿为原料炼铁，最多得到多少吨的纯铁？(根据化学方程式进行计算，写 出完整的计算过程) _____________ 【答】 (1)缺少尾气的处理装置 (2)红棕色固体逐渐变成黑色 (3) (4)设：最多得到纯铁的质量为x x=336t 答：最多得到336 吨的纯铁。 【解析】 (1) 一氧化碳有毒，不溶于水，不与石灰水反应，该装首缺少尾气的处理装置，而把一氧化碳直接排故到空气 中了； (2) 一氧化碳还原氧化铁，生成铁单质和二氧化碳，处观察到的现象是红棕色固体逐渐变成黑色； (3) 、灯泡中钨丝是利用金属的熔点高、导电性，故错误； B、铝导线利用金属的导电性，故错误； 、铁锅利用金属的导热性，故正确，故选：。 (4) 见答。 ►问题三 金属锈蚀的条件 【典例4】将 4 枚洁净无锈的铁钉分别放入试管中，如图所示进行实验，试管中铁钉锈蚀速度由快到慢的 顺序是 ．①②③④ B．②③①④ ．③④①② D．④②①③ 【答】D 【详解】 铁生锈的条件是铁与氧气、水直接接触，①铁与水、少量氧气接触，生锈速度较慢； ②铁与水、氧气充分接触，生锈快； ③隔绝氧气，不易生锈； ④与②相比，食盐水会加快铁生锈的速度，生锈最快； 试管中铁钉锈蚀速度由快到慢的顺序是：④②①③。 故选D。 【变式4-1】如图所示，大试管中是螺旋状光亮的铁丝，把试管倒插在水中放置一段时间，观察到铁丝表 面有_____________生成，试管内水面将__________，产生这一现象的原因是________________。 【答】铁锈 上升 铁与氧气、水反应，使试管内压强减小，从而使得水面上升 【详解】 试管内的铁丝与氧气、水接触，故放置一段时间后，铁丝表面有铁锈生成； 试管内水面将上升； 产生这一现象的原因是：铁与氧气、水反应，使试管内压强减小，从而使得水面上升。 【点睛】 铁生锈的条件是铁与氧气、水接触。 【变式4-2】某同学根据铜锈的成分u2()23作出猜想:引起金属铜锈蚀的因素除有氧气和水外,还应该有二氧化 碳。为证明“必须有二氧化碳”,需要进行下列实验中的 ．甲和乙 B．甲和丁 ．乙和丁 D．丙和丁 【答】B 【详解】 甲试管的铜片与氧气、水和二氧化碳同时接触发生了锈蚀； 乙中的铜片与二氧化碳和水接触，没有锈蚀，说明铜的锈蚀与氧气有关； 丙中的铜片与二氧化碳和氧气接触，没有锈蚀，说明铜的锈蚀与水有关； 丁中的铜片与氧气和水接触没有锈蚀，说明了铜的锈蚀与二氧化碳有关。 由以上分析可知，通过实验甲与丁的对比得出：铜的锈蚀必须有二氧化碳参与。故选B。 【变式4-3】为探究铁生锈的条件，同学们在实验室里用铁钉和其他物质设计了如图实验(提示：l2做干燥 剂) (1)一段时间后，U 形玻璃管中红墨水左侧液面______(填“升高”或“下降”)，原因是______。 (2)对比试管和b 试管中铁钉生锈情况，得出铁生锈的条件是______。 【答】 (1) 升高 试管中的铁钉生锈消耗了氧气，压强变小 (2)需要与水接触 【分析】 (1) 铁在空气中锈蚀，实际上是铁跟空气中的氧气和水蒸气共同作用的结果，一段时间后，由于试管中的铁钉 生锈消耗了氧气，压强变小，U 型玻璃管中红墨水左侧液面升高，故填：升高；试管中的铁钉生锈消耗了 氧气，压强变小。 (2) 试管中铁钉与氧气和水充分接触，试管b 中铁钉只能与干燥的空气接触，一段时间后，试管中的铁钉生锈， 而b 试管的铁钉没有生锈，可以得出铁生锈的条件是需要与水接触，故填：需要与水接触。 ►问题四 金属资源的回收 【例题6】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在铁制品表面覆盖搪瓷 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 ⑧保留铁件表面的铁锈作保护层． ．①③⑦ B．②④ ．⑤⑥⑧ D．①⑦ 【答】 【详解】 ①在铁制品表面镀锌，把铁与空气和水隔开，可以防锈； ②在铁制品表面涂油脂，把铁与空气和水隔开，可以防锈； ③在铁制品表面覆盖搪瓷，把铁与空气和水隔开，可以防锈； ④在铁器表面刷油漆，把铁与空气和水隔开，可以防锈； ⑤自行车脏了用清水冲洗，因与水和空气接触，会加快生锈； ⑥用废酸液冲洗铁制污水管道，会促进生锈； ⑦切完咸菜后，尽快将菜刀洗净擦干，是可以防锈的． ⑧铁件表面的铁锈结构疏松，不会保护铁，铁会继续被锈蚀，所以铁件表面的铁锈不能防锈． 所以不能起防锈作用的是⑤⑥⑧．故选． 【变式6-1】小明同学为了研究影响铁生锈的因素，进行了如下实验：在、B、、D 四只烧瓶中分别放入 干燥的细铁丝，浸过食盐水的细铁丝、浸过清水的细铁丝、食盐水及细铁丝(使细铁丝完全浸没在食盐水 中)(四只烧瓶中细铁丝的质量均相同)，然后装配成如图所示的四套装置，每隔05 小时测量导管中水面上 升的高度，结果如表所示：请回答： 烧瓶 时间() 0 05 10 15 20 25 30 干燥的细铁丝 0 0 0 0 0 0 0 B 浸过食盐水的细铁丝 0 04 12 34 56 76 98 浸过清水的细铁丝 0 0 0 03 08 20 35 D 完全浸没在食盐水中的细铁丝 0 0 0 0 0 0 0 (1)以上实验中，铁生锈速率最大的是___________瓶(填烧瓶号，下同) (2)证明铁生锈需要水参与，应选择的烧瓶是___________。 (3)证明食盐能促进铁生锈，应选择的烧瓶是___________。 (4)为了防止钢铁生锈，人们常采用表面涂刷矿物油或镀上其他金属等覆盖保护膜的方法，这些方法的共同 原理是___________。 【答】 (1)B (2) (3)B (4)隔绝氧气和水 【分析】 (1) 由表中数据可知，B 瓶导管中水面上升的高度最大，说明消耗的氧气最多，生锈的速率最大。 (2) 烧瓶为干燥铁丝，烧瓶为浸过清水的细铁丝，证明铁生锈需要水参与，应选择的烧瓶是。 (3) 烧瓶B 为浸过食盐水的细铁丝，烧瓶为浸过清水的细铁丝，证明食盐能促进铁生锈，应选择的烧瓶是B。 (4) 使钢铁与水和氧气隔绝，可以防止生锈；在钢铁表面涂刷矿物油或镀上其他金属等覆盖保护膜的方法可以 防止生锈，这些方法的共同原理是隔绝氧气和水。 【基础强化】 1 自然资源是宝贵的财富，下列有关资源的说法正确的是 ．空气中的二氧化碳严重危害环境，毫无益处 B．地球上的水资源非常丰富，但淡水资源相对较少 ．自然界中化石燃料非常丰富，取之不尽，用之不竭 D．金属资源都是以化合物形式存在于自然界里 【答】B 【详解】 、空气中二氧化碳含量过高，会造成温室效应，但是二氧化碳用途很多，如二氧化碳是植物光合作用的原 料，固体二氧化碳，即干冰，可用于人工降雨等，不符合题意； B、地球上的水资源非常丰富，但淡水资源相对较少，且分布不均，符合题意； 、自然界中化石燃料有限，应合理开采，不符合题意； D、大多数金属资源是以化合物形式存在于自然界里，少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在， 不符合题意。 故选B。 2 下列关于金属的说法中，正确的是 ．大多数金属在自然界中以单质形式存在 B．钢属于合金，生铁不属于合金 ．铝土矿的主要成分是l23 D．电线一般用铜制而不是银制，是因为铜的导电性比银好 【答】 【详解】 、大多数金属在自然界中以化合物形式存在，只有少数金属(例如金、银)以单质形式存在，故错误； B、钢和生铁都属于铁合金，故错误； 、铝土矿的主要成分是l23，故正确； D、银的导电性比铜好，但电线一般用铜制而不是银制，是因为银的价格较贵，故错误。 故选。 3 铁和钛是生活、生产中的重要金属，下列说法不正确的是 ．铁在潮湿的空气中能形成致密的氧化物保护膜 B．钛合金可用于制造船舶 ．铁具有良好的导热性，可用于制造炊具 D．钛合金可用于制人造骨 【答】 【详解】 、铁在潮湿的空气中发生锈蚀，生成疏松多孔的铁锈，会促进铁的锈蚀，选项错误； B、钛合金的性能优良，具有良好的耐腐蚀性等性质，可用于制造船舶，选项正确； 、铁具有良好的导热性，可用于制造炊具，选项正确； D、钛合金的强度大，与人体不产生排斥，可用于制人造骨，选项正确，故选。 4 在下列条件中，铁最容易生锈的是 ．仅与空气接触 B．仅与水接触 ．与空气和水同时接触 D．不与空气和水接触 【答】 【详解】 铁生锈需要与氧气和水同时接触。所以在与空气(或氧气)和水同时接触时最容易生锈，故选。 5 下列关于铁、锌、铜三种金属及其合金的说法不正确的是 ．铁在潮湿的空气中易生锈 B．可以用铁桶盛放硫酸铜溶液 ．我国历史上最早使用的金属是铜 D．黄铜(铜与锌的合金)的硬度大于纯铜 【答】B 【详解】 因为铁与水和氧气接触，所以铁在潮湿的空气中易生锈，选项说法正确 B 不可以用铁桶盛放硫酸铜溶液，因为铁的活性太强，会和硫酸铜反应，选项说法错误。 因为铜的活性相对较弱，所以我国历史上最早使用的金属是铜，选项说法正确。 D 黄铜(铜与锌的合金)的硬度大于纯铜，合金硬度大于组成他的纯金属，选项说法正确。 故选：B 6 下列关于金属资源的说法中，不正确的是( ) ．地球上的金属资源是取之不尽的 B．回收利用废旧金属既可以保护环境，又能节约资源和能源 ．合理开采矿藏是保护金属资源的有效途径 D．寻找金属的代用品也是保护金属资源的有效途径 【答】 【解析】 【分析】 根据金属资源的利用和保护知识进行分析。 【详解】 、矿物的贮存有限，而且不能再生，所以不是取之不尽用之