第8单元 课题3 金属资源的回收和利用（学生版）-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 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 思考与交流 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 相关反应 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 思考与交流 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 【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？ 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 【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 ►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________。 【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 【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？ 【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？ 【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) _____________ ►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 【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________________。 【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 【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______。 ►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 【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___________。 【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 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 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 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 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 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 7 钢铁是使用最多的金属材料，但每年因锈蚀而损失的数量巨大，防止金属诱蚀已成为科学研究中的重大 问题。以下有关金属锈蚀的叙述不正确的是 ．钢铁在潮湿的空气中比在干燥的空气中更易锈蚀 B．铝比钢铁中的铁活泼，因而铝的抗腐蚀性能比钢铁差 ．钢铁锈蚀的实质是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生了化学反应 D．在钢铁表面刷漆或镀耐锈蚀金属都可防止钢铁锈蚀 8 保护资源、合理利用资源是每个公民的责任，下列做法不利于保护金属资源的是 ．合理开发矿物资源，回收利用废旧金属 B．在金属制品上刷漆、涂油等防止金属腐蚀 ．铝制品用砂纸擦拭，保持光亮 D．寻找、研制金属的代用品 9 下列关于金属材料的说法中不正确的是 ．铁在潮湿的空气中易生锈，锈蚀后的铁制品没有回收价值 B．生铁、硬铝、焊锡都属于合金 ．合金的硬度比成分金属大 D．及时擦干被雨水淋湿的自行车，可防止自行车生锈 10 保护金属资源的有效途径，不包括下列的( ) ．合理开采矿物 B．寻找金属替代品 ．回收利用金属 D．禁止使用铁制品 11 下列有关金属材料说法正确的是 ．年产量最高的金属是铝 B．“真金不怕火炼”说明黄金的熔点很高 ．工业上从含有金属元素的矿石里提取金属 D．生铁和钢都是含碳量少的铁合金 12 某炼铁厂欲利用赤铁矿石(主要成分是氧化铁，杂质不含铁元素，也不参与反应)来炼铁。若要炼制含铁 96%的生铁63t，则理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是 ．120t B．108t ．96t D．84t 13 某兴趣小组利用实验室炼铁装置(如图1)测定氧化铁与铁粉的混合物中Fe23的质量分数，取10 g 样品与 足量充分反应后，测得剩余固体的质量为76 g，红色粉末质量变化如图2，下列说法不正确的是 ．图2 中点表示红色粉末完全变为黑色 B．图2 中b 段表示反应还未开始，其原因是实验开始要先通一会一氧化碳 ．图1 中试管B 中导管开始冒气泡，说明反应开始发生 D．铁矿石样品Fe23的分数为80% 14 写出下列矿石主要成分的化学式。 (1)赤铁矿：________________； (2)磁铁矿：________________； (3)菱铁矿：________________； (4)铝土矿：________________。 15 工业上用600t 含氧化铁80%的赤铁矿石冶炼生铁。 (1)600t 赤铁矿石中氧化铁的质量为___________t。 (2)上述赤铁矿石理论上冶炼出含铁96%的生铁多少吨？(请根据化学方程式计算，写出计算过程) 【能力提升】 16 钢铁在生产生活中有广泛应用。工业用铁矿石炼铁，实验室也可模拟炼铁。 Ⅰ．工业炼铁 (1)工业炼铁的主要设备为___________。 (2)上述设备中焦炭的作用___________，___________。 Ⅱ．实验室模拟炼铁 (3)实验室模拟炼铁的装置如图所示。 ①反应前先通一氧化碳的目的___________。 ②硬质玻璃管内发生反应的化学方程式为___________。 ③该装置的缺陷是___________。 (4)小华同学查阅资料得知：铁的氧化物除氧化铁外，其余均为黑色；而且除了铁能够被磁铁吸引外，四氧 化三铁也能够被磁铁吸引；铁的氧化物均能和稀硫酸或稀盐酸反应生成相应的铁的化合物和水，没有气体 生成；氧化铁转化为铁的具体过程是： Fe23 Fe34 Fe Fe ①小华认为：用磁铁来检验反应后生成了铁是不够科学的，他的依据是___________。 ②小华同学为了验证黑色的生成物中含有铁，他取少量黑色生成物样品于试管中，加入___________，如 果观察到有___________产生，则生成物中一定有铁。 17 有关报导，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%，防止金属锈蚀已成 为科学和技术领域的重大问题。为探究金属锈蚀的条件，进行下图实验，一周后观察到①中铁钉生锈，请 回答下列问题： (1)证明铁生锈氧气一定参加了反应，必须做的实验是___________；(填序号) (2)防止金属锈蚀的措施___________；(答一条) (3)回收废旧金属的意义___________。(答一条) 18 某同学在、B、、D 四个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(铁丝完全浸没在食盐水中)，然后分别装配成如图所示的装置，每隔一段时间测量导管中水 面上升的高度，结果如下表所示(表中所列数据为导管中水面上升的高度，单位是厘米)。 时间/小时 0 05 10 15 2 0 25 3 0 瓶(盛干燥的细铁丝) 0 0 0 0 0 0 0 B 瓶(盛浸过食盐水的细铁丝) 0 0 4 12 34 56 76 98 瓶(盛浸过清水的细铁丝) 0 0 0 03 08 20 35 D 瓶(盛完全浸没在食盐水中的细铁丝) 0 0 0 0 0 0 0 请回答下列问题。 (1)导管中水面为什么会上升？_____。 (2)上述实验中，铁生锈的速率由大到小的排列顺序为_____(填烧瓶序号)。 (3)影响铁生锈的条件是_____。 (4)该实验创新之处在于：可根据铁丝表面的铁锈和_____两种现象来判断铁丝反应进行的情况。 (5)用完的菜刀要擦干存放，理由是_____。 19 我国高铁建设走在世界前列，修建高铁需要大量铁矿石来炼铁，进而炼钢。 (1)下列三种铁矿石的主要成分Fe23、Fe34、Fe3中，含铁量最高的是______。高炉炼铁需要的原料有铁矿石、 ______、______和石灰石。 (2)要炼出含铁96%的生铁1000 t，至少需要含氧化铁80%的赤铁矿多少吨？若高炉气体不加处理，理论上 会向大气中排放2多少吨？(无计算过程不给分，计算结果保留整数。) 20 我国劳动人民在春秋战国时期就会冶铁炼钢，实验室模拟炼铁实验装置如下图所示。 (1)实验时，向 中注水的目的是________。 (2)实验过程中，硬质玻璃管中发生的主要的化学方程式为__________。 (3)气体除作为反应物外，还能起到的作用是： ①实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸； ②__________； ③将B 装置中的2送入装置的溶液中。 (4)若取16g 氧化铁粉末进行实验，反应一段时间后，经检测剩余黑色固体成分是 Fe 和 Fe34，称量固体的质 量为X，则 X 的范围为__________。 21 炼铁的主要原料是赤铁矿石(主要成分为Fe23)、焦炭、石灰石等，转化过程如下： (1)上述转化过程中涉及的物质属于金属材料的是______。 ．赤铁矿 B．焦炭 ．石灰石 D．生铁 E 钢 (2)高铁刹车制动盘使用合金锻钢制作，主要利用该合金耐高温、______等特性。 (3)焦炭的作用：______、______。 (4)以赤铁矿石为原料在高温下与一氧化碳反应的化学方程式是______。 (5)用化学方程式表示生铁炼钢的原理：______。 (6)厨房中铁锅容易生锈，写出一种防止铁锅生锈的具体方法______。 (7)向硝酸银和硝酸铝的混合溶液中加入一定量的铁粉，观察到溶液由无色变为浅绿色后，对混合物进行过 滤，则滤液中溶质的组成最多有______种情况。 22 某兴趣小组对铁生锈的影响因素进行探究。 实验1：探究铁生锈的条件 (进行实验) 如图所示，取三根洁净无锈的铁钉，分别放置在三个不同环境中，一周后观察铁钉生锈情况并记录如下： (解释与结论) 实验 B 现象 在液面附近，铁钉生锈严重 铁钉无明显变化 铁钉无明显变化 (1)对比实验______(填序号)，可以得出铁生锈与水有关。 (2)由上述实验可知，铁生锈的条件是______；写出工业上用盐酸除铁锈(主要成分Fe23)的化学方程式：___ ___。 实验2：探究l 对铁生锈速率的影响 (实验探究)室温下，取大小、形状相同的光亮铁丝，用下图装置完成实验并记录如下： 装置 实验编号 烧瓶内液体(用于浸 润铁丝) 放置不同时间，导管内液 面上升高度(m) 1 小时 2 小时 3 小时 组 (重复三 次) ① 2mL 蒸馏水 0 08 35 ② 2mL 蒸馏水 01 07 32 ④ 2mL 蒸馏水 0 09 37 B 组 (重复三 次) ① mL10%l 溶液 12 56 98 ② mL10%l 溶液 14 57 100 ③ mL10%l 溶液 0 0 0 (解释与结论) (3)导管内液面上升的原因是______。 (4)=______mL。 (5)设计组实验的目的是______。 (6)通过本实验，可初步得出的结论是______。 (反思与评价) (7)B 实验③中导管内液面没有上升，可能的原因是______。