金属资源的利用和保护（基础） 【学习目标】 1. 知道一些常见的金属（铁）等矿物；掌握炼铁的原理及有关含杂质物质的化 学方程式的计算。 2. 了解防止金属生锈的简单方法，知道废弃金属对环境的污染，认识回收金属 的重要性。 【要点梳理】 要点一、几种常见的金属矿物 1. 地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，除金、银等少数很不活泼的金 属有单质形式存在外，其余都以化合物的形式存在。 2. 几种常见的金属矿物的名称和主要成分见下表： 金属矿物赤铁矿黄铁矿菱铁矿铝土矿黄铜矿辉铜矿 主要成分Fe2O3FeS2FeCO3Al2O3CuFeS2Cu2S 【要点诠释】 1. 金属元素在地壳中的含量由大到小：铝铁钙、钠钾镁。 2. 工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。在自然条件下，铁、铝等金属无 单质存在，因为这些金属的活动性较强，会与氧气、水等作用生成化合物。 3. 人类最先使用铜，而后铁，使用铝只有一百多年的历史，主要与三种金属的 化学性质、冶炼难易有关。 要点二、工业炼铁 工业上冶炼铁的原料、主要反应原理、主要设备见下表： 原料铁矿石、焦炭、石灰石等 主要反应 原理 在高炉中焦炭的作用是提供热量（碳和氧气反应生 成二氧化碳，放热），二氧化碳和碳反应生成还原 剂一氧化碳。 C+CO22CO Fe2O3 + 3CO2Fe + 3CO2 主要设备高炉 【要点诠释】 1. 铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程。 （1）在高炉中焦炭的作用是提供热量和生成还原剂一氧化碳。 C+O2CO2 （放热反应） C+CO22CO （2）石灰石的作用是除SiO2等杂质，将矿石中的SiO2转化为炉渣 CaSiO3。 CaCO3CaO+CO2 CaO+ SiO2CaSiO3 （3）冶炼过程中的主要化学方程式： C+O2CO2 C+CO22CO Fe2O3 + 3CO2Fe + 3CO2 2. 高炉炼出的铁是生铁，主要成分是铁，还含有C 、P、S等元素，所以生铁是 铁和其它元素的合金。 要点三、一氧化碳还原氧化铁的实验探究 1. 实验装置： 2. 反应的化学方程式 ( 炼铁的原理 ) ：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 3. 实验步骤： （1）检查装置的气密性。 （2）将适量的氧化铁粉末放入玻璃管内，并固定装置。 （3）向玻璃管内通入一氧化碳气体，并点燃酒精灯。 （4）待装置内的空气完全排净后，点燃酒精喷灯给氧化铁加热。 （5）当玻璃管内红色粉末变为黑色时，停止加热。 （6）待玻璃管内的固体冷却至常温后，停止通入一氧化碳气体，并熄灭酒精 灯。 4. 实验现象：红色粉末逐渐变为黑色，澄清的石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝 色火焰。 【要点诠释】 实验注意事项： 1. 先通入一氧化碳气体的目的： 排净装置内的空气， 防止一氧化碳与空气混合， 加热时发生爆炸。 2. 实验完毕后继续通入一氧化碳气体，直到玻璃管冷却的目的： 防止高温下的 铁与空气接触被氧化。同时，还可防止试管内的澄清石灰水被倒吸。 3. 尾气的处理：尾气中的一氧化碳有毒，所以尾气要经过处理，可点燃使其生 成无毒的二氧化碳气体。 4. 若实验中没有酒精喷灯， 也可用酒精灯代替， 不过要在火焰上加一个金属网 罩，使火力更加集中，提高温度。 要点四、含杂质物质的化学方程式的计算 化学方程式所表示的都是纯净物发生化学变化时的相互关系，生成物也是 纯净物的各物质之间的质量关系，但实际上绝对纯净的物质是没有的。因此当 参与反应或生成的是含杂质的物质时，必须先把含有杂质的物质换算成纯物质 的量，才能进行计算。而实际炼铁中所用的矿石是不纯的，炼出的生铁也是不 纯的，因此进行有关计算时要注意换算。 计算公式： 【要点诠释】 1. 化学方程式所表达的物质间的质量关系都是参加反应的纯净物间的关系。 2. 做题时要重视审题，看清题目中所给的质量分数是纯度还是杂质的质量分 数。如用200t含杂质20% 的赤铁矿石用于炼铁，参加反应的纯净物不是 200t20% ，而是 200t(1 -20%)。 3. 纯物质和不纯物质之间的关系：纯物质的质量不纯物质的质量纯度。 要点五、金属资源的保护和利用 1. 铁锈蚀的条件及防锈蚀方法 （1）铁生锈的条件：铁与水、氧气同时接触。 （2）防止铁生锈的方法： 保持铁制品表面的洁净和干燥。 在铁制品表面形成保护膜：刷漆、涂油、镀一层其它金属、在铁制品表面形 成致密的氧化物保护膜。 改变铁制品的内部结构，制成不锈钢。 2. 保护金属资源的有效途径为： （1）防止金属锈蚀。 （2）废旧金属的回收利用。 （3）合理有效的开采矿物。 （4）寻找金属的替代品等。 【要点诠释】 1. 铁锈的主要成分是氧化铁（Fe2O3）。 2. 铁锈与铝、锌表面的氧化膜不同，前者疏松，后者致密。 【典型例题】 类型一、考查金属的冶炼及有关计算 1. 工业炼铁是把铁矿石和焦炭等原料一起加入高炉，在高温下通入空气 进行一系列反应把铁还原出来。 (1) 赤铁矿 (主要成分为 Fe2O3) 在高炉里反应生成单质铁的化学方程式 是。 (2) 请计算 5000t 含氧化铁 84的赤铁矿中，氧化铁的质量是 _t。 【答案】 （1）Fe2O3 + 3CO2Fe + 3CO2 （2）4200 t 【解析】 （1）炼铁的原理就是用还原剂CO ，把铁从铁的氧化物中还原出来。 （2）5000t 含氧化铁 84的赤铁矿中，纯的氧化铁的质量是5000t84 4200t。 【总结升华】 化学方程式中各物质间的质量关系都是纯物质的质量，不纯物质 要先换算成纯物质的量，再进行计算。 举一反三： 【变式】实验室里，用如右图所示装置还原氧化铁 的过程中，可能生成四氧化三铁、氧化亚铁或铁等固体物质。关于该 实验，下列说法错误的是（） A. 实验时，试管中澄清的石灰水变浑浊， 证明该反 应有二氧化碳 生成 B. 实验结束时，玻璃管中红色的氧化铁粉末变成黑色，该产物不 一定是铁 C. 反应后，取玻璃管中的固体物质加入稀盐酸有气体产生，证明一 定有铁生成 D. 该实验不用增加尾气处理装置 【答案】 D 类型二、考查金属资源的保护和利用 2. 金属材料在生产、生活中有着广泛的应用。 (1) 人类每年从自然界提取大量的金属，其中提取量最大的是铁。用赤铁矿 (主要成分为 Fe2O3)和一氧化碳炼铁的化学方程式为_。 (2) 金属矿物的储量有限，而且不能再生，所以保护金属资源尤为重要。保 护金属资源的有效途径是_（答出两条即可 )。 【答案】 (1) Fe2O3 + 3CO2Fe + 3CO2 (2) 防止金属腐蚀、回收利用废旧金属、合理有效开采矿物、寻找金属的 代用品等。 【解析】一氧化碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳；保护金属资源的途径有防 止金属腐蚀、回收利用废旧金属、合理有效开采矿物、寻找金属的代用品等。 【总结升华】 要记住炼铁的原理、了解金属材料和金属资源的保护方法。 3. （2015?南宁中考）下列措施中，不宜用于博物馆保存枪支大炮等铁制 文物的是（） A定期用湿布擦拭铁制文物 B提醒观众不要用手触摸文物 C保持文物储存室内空气的干燥 D在铁制文物表面涂抹一层保护物质 【思路点拨】 铁与氧气和水充分接触时容易生锈，水和氧气同时存在是铁生锈 的必要条件；如果缺少水或缺少氧气，或者缺少氧气和水，铁就不容易生锈。 【答案】 A 【解析】 A用湿布擦拭铁质文物，会导致铁制品与氧气和水充分接触，容易生锈，A 错误 B观众手上有汗液水和盐分，触摸铁制品时能够促进铁制品生锈，B 正 确； C空气干燥，水蒸气含量低，铁制品不容易生锈，C 正确； D在铁制品外表涂抹一层保护层可以使铁与氧气和水隔绝，从而可以防止铁 制品生锈， D 正确；故选 A。 【总结升华】 铁在潮湿的空气中易生锈，实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气 等发生化学反应的过程，只要破坏铁制品锈蚀的条件，就能防止铁生锈。 4. 铝、铜、铁是生活中常见的金属。 (1)铝在空气中具有很好的抗腐蚀性能的原因 是。 (2) 用铜制电线主要是利用铜具有良好的性。 (3) 铁制品锈蚀， 实际上是铁跟空气中的发生了化学反应。 防止铁 制栏杆锈蚀的一种方法是。 【答案】 （1）铝在空气中氧化表面形成致密的氧化物薄膜（2）导电性 （3）水、氧气刷漆 【解析】 铁与氧气、水同时接触就会生锈。防止铁制品腐蚀。 【总结升华】 要了解常见金属的性质、用途及防护方法等。 举一反三： 【变式 1】 为预防自行车生锈，下列做法中不合理的是（） A车架表面喷涂油漆 B钢圈表面镀防护金属 C链条表面涂机油 D露天放置，日晒雨淋 【答案】 D 【变式 2】 （2015?湖南中考）铁钉在下列情况下最容易生锈的是（） A干燥的空气中B潮湿的空气中 C浸没在自来水中D浸没在植物油中 【答案】 B