第八单元金属和金属材料第3节金属资源的利用和保护
一、金属元素在自然界中的存在
金属元素在自然界中分布很广，极少数不活泼的金属（如金、银等）有单质形式存在；其余大多数以化合物的形式存在。金属化合物在自然界中以矿物的形式存在。含有矿物的岩石称为矿石。铁矿石等都是常见的矿石。
常见的矿石：磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、赤铁矿（主要成分是Fe2O3）菱铁矿（FeCO3）,铝土矿（Al2O3）,黄铜矿（CuFeS2），辉铜矿（Cu2S）
我国是世界上已知矿物种类比较齐全的少数国家之一，矿物储量也很丰富，其中钨、钼、钛、锡、锑等储量居世界前列，铜、铝、锰等储量在世界观上也占有重要志地位。
大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源，人类每年要提炼数以亿吨计的金属用于工农业生产和其它领域。其中，提取量最大的是铁。
二、铁的冶炼
1.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里还原出来。
3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2
2.原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气
3.设备：高炉。
高炉是个竖直的圆筒形炉子，炉壳用钢板制成，内部用耐火砖作衬里。炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭、石灰石和空气。
炼铁时各物质的作用：
石灰石：把杂质转化为炉渣
焦炭：燃烧放热提高炉温，并将生成的CO2还原为具有还原性的CO，因此在炼铁高炉中起主要作用的还原剂是CO，优点是气体还原剂具有流动性，能与矿石充分接触，使反应更彻底。相关反应化学方程式：C+O2点燃CO2，CO2+C高温2CO
三、一氧化碳还原氧化铁实验
1.现象：红色粉末变成黑色，澄清的石灰水变浑浊。点燃尾气有蓝色火焰
2.相关的化学方程式：3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2，CO2+Ca(OH)2＝CaCO3↓+H2O，2CO+O2点燃2CO2
3.尾部酒精灯作用：点燃尾气，防止CO污染空气
4.实验步骤：
（1）检查装置气密性
（2）将适量的氧化铁装入试管并固定装置
（3）点燃右边酒精灯
（4）通入一氧化碳气体
（5）点燃酒精喷灯给氧化铁加热
（6）待硬质玻璃管内红色物质完全变为黑色时停止加热
（7）待玻璃管内固体冷却后停止通入一氧化碳，然后熄灭右边酒精灯
5.注意事项
实验前要先通CO将玻璃管中的空气排尽再加热，防止加热时CO与空气混合发生爆炸；实验完毕后，停止加热时要继续通CO至玻璃管内固体冷却，防止高温下的生成物铁与空气接触而被氧化，同时还可防止石灰水倒吸。
四、铁的锈蚀
1.铁生锈的条件是：铁与O2、水接触（铁锈的主要成分：Fe2O3·XH2O）
（铜生铜绿的条件：铜与O2、水、CO2接触。铜绿的化学式：Cu2(OH)2CO3）
2.防止铁制品生锈的措施：（隔绝空气或水）
（1）保持铁制品表面的清洁、干燥
（2）表面涂保护膜：如涂油、刷漆、电镀、烤蓝、制成不锈钢等
（3）铁锈很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气反应，因此铁制品可以全部被锈蚀。因而铁锈应及时除去。
（4）而铝与氧气反应生成致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化，因此，铝具有很好
的抗腐蚀性能。
五、金属资源的保护和利用:
1.保护金属资源的途径：（1）防止金属腐蚀：1隔绝空气或氧气2隔绝水
（2）回收利用废旧金属（3）合理开采矿物（4）寻找金属的代用
2.意义：节约金属资源，减少环境污染
1.下列关于金属的说法错误的是（）
A.生铁和钢都是铁的合金 B.铁在潮湿的空气中不会生锈
D.铝表面有氧化保护膜 D.在铁表面刷上油漆，可防止铁生锈
2.从金属利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近百年的事。这个先后顺序跟下列有关的是（）
①地壳中的金属元素的含量；②金属活动性顺序；③金属的导电性；④金属冶炼的难易程度；⑤金属的延展性；
A.①③ B.②⑤C.③⑤ D.②④
3.钢材可以用作桥梁的结构材料是因为它（）
A.有良好的导热性B.有一定的机械强度
C.不易受空气和水的作用D.有良好的导电性
4.炼铁的主要原料有_______、________、和________；主要反应原理____________。炼铁的主要设备是_________。钢铁都是____________的合金，与钢相比，生铁含_____元素较多，生铁的硬度较________,韧性较________。
5.（房山一模）铁是生活中常见的一种金属。
（1）生铁是常用的合金，生铁属于（填“纯净物”或“混合物”）。
（2）铁块可以铸成铁锅，是利用了铁的_________性。
（3）铁制品与接触易生锈。
类型一：金属矿物
例1.（北京中考节选）
（1）有许多矿石标本，其中的4种矿石及其主要成分如下：
①上述矿石标本的主要成分中，所含元素种类最多的是 （填字母序号）。
②她根据辉铜矿的主要成分，推测以辉铜矿为原料，可制得含铜元素或含硫元素的产品，她的依据是化学反应前后 不变。
③她依据化学式计算出Cu2（OH）2CO3的相对分子质量为，计算式为 。
（2）参观结束时，老师进行了小结，并就金属冶炼和金属回收再利用提出了两个问题，请同学们用化学方程式作答。
①工业上用一氧化碳和赤铁矿炼铁的原理是 。
答案：（1）①B②元素种类；64×2+16×5+1×2+12×1；（2）①3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2；
解析：（1）①根据主要成分的化学式来分析；②根据质量守恒定律来分析；③相对分子质量就是化学式中各原子的相对原子质量的总和；（2）①氧化铁和一氧化碳在高温条件下反应能生成铁和二氧化碳．
类型二：铁的冶炼
例2.我国铁矿石资源比较丰富，年，钢铁年总产量就已达到1.27亿吨，成为世界钢铁大国。某钢铁厂日产含3％杂质的生铁t，则需要含Fe2O％的赤铁矿多少吨？
答案：t
解析：设需要含Fe2O%赤铁矿的质量为x
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
x×80%t×(1-3%)
x=t
答：需要含Fe2O%的赤铁矿t。
类型三：一氧化碳还原氧化铜实验
例3.早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器。工业上炼铁的原理是利用一氧化碳
和氧化铁的反应。某化学兴趣小组利用下图装置进行实验探究，请按要求填空：
（1）写出CO还原Fe2O3的化学方程式；
（2）实验中盛澄清石灰水的试管中可观察到的现象是；
（3）右边导气管口放置点燃的酒精灯的目的是；
（4）实验开始时要先通入CO，把装置中的空气排尽后再加热，以防发生爆炸。检验装置中的空气已排尽的方法是。
答案:（1）3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2（2）石灰水变浑浊（3）燃烧多余的CO（或消除CO对空气的污染）（4）在右端导气管口用排水法收集一试管气体，移近火焰，若发出轻微的爆鸣声，证明空气已经排尽。
解析：考查学生对一氧化碳还原氧化铁实验的掌握。
类型四：铁的锈蚀与金属防腐
例4.光亮的铁在图中所示情况下最易生锈的是（）
答案：B
解析：同时存在空气和水，是金属腐蚀的基本条件，二者缺少其一，腐蚀都很缓慢。
例5.下列措施有利于防止铁制品锈蚀的是（）
A.农具上铁锈不及时除去
B.切过酸菜的菜刀不及时清洗
C.工地上的钢管堆放在潮湿的地方
D.家用剪刀不用时，涂上油并放在干燥处
答案：D
解析：同时存在空气和水，是金属腐蚀的基本条件，二者缺少其一，腐蚀都很缓慢，这就是防腐的原理。
1．（朝阳一模）化学小组探究镁、铁、铜三种金属的活动性顺序，设计了下图所示实验方案。
（1）试管乙中观察到的现象是 ，反应的化学方程式为 。
（2）同学们经讨论后认为该方案可以优化， 试管的实验是多余的。
（3）去掉多余的实验，同学们将另两只试管中反应后的物质倒入同一大烧杯中，一段时间
后过滤，向滤渣中加入稀硫酸，有气泡产生，则滤渣的成分可能是 。
2.两同学为探究铁生锈的条件，一个将一根干燥的铁丝弯成图Ⅰ所示的形状，并将其两端分别插入盛有水的烧杯甲中和盛有植物油的烧杯乙中，放置一星期后，观察铁丝A、B、C三处表面发生的变化，你认为何处铁锈最明显？为什么？
另一同学采用图Ⅱ装置，放置三个星期后，他能观察到除了铁丝表面变化外，还有的现象是____________________________，由此现象你得到了哪些结论？
一、铁的锈蚀
1.铁生锈的条件是：铁与O2、水接触（铁锈的主要成分：Fe2O3·XH2O）
（铜生铜绿的条件：铜与O2、水、CO2接触。铜绿的化学式：Cu2(OH)2CO3）
2.防止铁制品生锈的措施：
①保持铁制品表面的清洁、干燥
②表面涂保护膜：如涂油、刷漆、电镀、烤蓝等
③改变铁的单一结构，制成不锈钢
3.铁锈很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气反应，因此铁制品可以全部被锈蚀。因而铁锈应及时除去。
4.铝与氧气反应生成致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化，因此，铝具有很好的抗腐蚀性能。
二、金属资源的保护和利用:
①防止金属腐蚀
1.保护金属资源的途径：②回收利用废旧金属
③合理开采矿物
④寻找金属的代用
2.意义：节约金属资源，减少环境污染
训练下列铁的化合物中，铁元素的质量分数最高的是（）
A.FeCl2 B.FeOC.Fe3O4 D.Fe2O3
训练把铁片放入下列溶液中充分反应后，无明显现象的是（）
A.稀H2SO4B.稀HClC.CuSO4溶液D.FeSO4溶液
训练下列对物质颜色的描述不正确的是（）
A.四氧化三铁是黑色的 B.纯铁是黑色的
C.硫酸亚铁溶液是浅绿色的 D.硫酸铜溶液是蓝色的
训练遇稀盐酸不产生气体的是（）
A.铁片B.铜片C.铝片D.石灰片
训练由于废金属不但造成__________________，还会造成_________________,所以对废金属必须进行______________和________________。
训练铜在潮湿的空气中生锈，生成铜绿［Cu2(OH)2CO3］,写出反应的化学方程式：_____________。
训练（丰台一模）铁在人类的生产、生活中有着重要的作用。
（1）下列铁制品的用途中，利用金属导热性的是__________。
（2）铁制品容易锈蚀，预防铁生锈的措施有__________（写1条即可）。
（3）铁是年产量最高的金属，赤铁矿（主要成分是Fe2O3）和一氧化碳炼铁的化学方程式为__________。
基础巩固
1.收藏家收藏的清末铝制艺术品，至今保存完好，该艺术品未被锈蚀的主要原因是（）
A.铝不易被氧化
B.铝的氧化物容易发生还原反应
C.铝不易发生化学反应
D.铝表面的氧化铝具有保护作用
2.在金属表面覆盖保护膜是普遍采用的金属防锈措施之一。下列自行车的防锈措施中，不属于覆盖保护膜的是（）
A．擦拭保持洁净与干燥B．链条上油
C．轮圈镀铬D．车架喷漆
3.铁片在下图中所示的四支试管中（液体表示蒸馏水，D中的铁为纯净的铁，其它铁片为生铁），其中最容易生锈的是（）
4.根据你的生活经验和所学的化学知识，判断下列做法正确的是（）
A．用钢丝球洗刷铝制炊具
B．食品袋里充人氮气延长食品的保质期
C．服用熟石灰治疗胃酸过多症
D．用食盐水除去铁钉表面的铁锈
5.下列措施中，不能防止铁制品锈蚀的是（）
A．喷漆B．镀一层耐腐蚀的金属
C．制成不锈钢D．存放在潮湿的空气中
6.高炉炼铁的原理：3CO+Fe2O3
2Fe+3CO2，其中发生氧化反应的物质是（）
A．COB．Fe2O3C．FeD．CO2
7.下列做法不能起到防锈作用的是（）
A．经常用水清洗铁制品B．将铁制成耐腐蚀的不锈钢
C．在铁制品的表面涂油漆D．在铁制品表面镀铬等耐腐蚀金属
8.下列说法中错误的是（）
A．合金的硬度一般比组成它们的纯金属大
B．分子是化学变化中的最小粒子
C．可燃物燃烧不一定需要氧气参加反应
D．一氧化碳具有还原性，可用于冶铁
巅峰突破
1.下列关于金属的说法正确的是（）
A．通过高炉炼得的铁为纯铁
B．人类使用金属铝的年代早于铜、铁
C．武德合金的熔点高，可用于制造保险丝
D．“真金不怕火炼”表明金在高温条件下也很难与氧气反应
2.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，玻璃管中的固体物质的质量比反应前减少了，证明一定有铁生成
D．为了减少空气污染，应增加尾气处理装置
3.下图是探究铁锈蚀条件的装置。调节L端与R端的液面高度一致，塞紧木塞，一周后观察。下列推断错误的是（）
1
A．a管中铁钉会锈蚀，b管中铁钉不会锈蚀
B．该实验说明铁锈蚀与空气、水有关
C．L端液面高度低于R端液面高度
D．若将a管中的水改为海水能加快铁的锈蚀
4.下列做法中，不利于保护金属资源的是（）
A．回收易拉罐B．寻找金属代用品
C．防止金属的腐蚀D．过度开采金属矿物
5.某小组用如图装置对铁生锈的条件进行探究，4分钟后发现A中铁钉表面灰暗，B中的铁钉依然光亮，由此说明，决定铁生锈快慢的一个重要因素是（）
A．氧气的浓度B．是否有氧气
C．是否有水蒸气D．水蒸气的浓度
6.控制变量法是实验探究的重要方法。下列设计方案不能实现探究目的的是（）
A．甲可探究可燃物的燃烧是否需要与氧气接触
B．甲可探究可燃物的燃烧是否需要达到一定温度
C．乙中①③对比可探究铁的锈蚀条件与氧气是否有关
D．乙中①②③对比可探究铁的锈蚀条件与氧气和水等物质是否有关
7.暖宝宝中的发热剂是铁粉、水和食盐等，发热剂能代替红磷测定空气中氧气含量（装置见下图）。以下对此改进实验的叙述，错误的是（）
A．此实验的原理是利用铁生锈消耗氧气
B．实验前一定要检查装置的气密性
C．此实验中发热剂的量可能取少了
D．此实验测出氧气的质量分数约是18.3%
8.某化学兴趣小组的同学做了如下图所示两个实验。
下列有关说法正确的是（）
A．①、②号试管中的白磷都不能燃烧
B．久置后，④、⑥号试管中的铁钉都不生锈
C．②、③号试管控制的变量是氧气
D．⑤、⑥号试管中铁钉都没有与氧气接触
9.某同学晚上帮妈妈做饭，切完青菜就将菜刀放在砧板上，第二天早上发现菜刀生锈了。试问：①菜刀上是否发生了化学反应？
②菜刀为什么会生锈？
③为了防止这把菜刀生锈，该同学可以怎么做，请你帮他出个主意
10.有两包黑色粉末，分别是铁粉和木炭粉，请你设计多种实验方案加以鉴别，并填写下列实验报告。
11.（石景山一模）金属在生产、生活中应用广泛。
（1）在汽车电路中，经常用铜作导线，这是利用了铜的延展性和。
（2）铝抗腐蚀性能好，是因为铝与氧气反应，在其表面生成一层致密
的氧化铝薄膜，氧化铝的化学式为。
（3）黄铜是铜锌合金，将纯铜片和黄铜片相互刻画（如右图所示），纯
铜片上留下明显的划痕，说明。
12.常见的铁矿石有：磁铁矿(主要成分是Fe)、赤铁矿(主要成分是Fe2O3)、褐铁矿(主要成分是Fe2O3·3H2O)、菱铁矿(主要成分是FeCO3)、黄铁矿(主要成分是FeS2)。其中理论上最适宜炼铁的两种矿石为 ，理由为。
13.一定质量的铁粉和铜粉的混合物，将其分为两等份，一份与足量的稀盐酸充分反应，产生氢气0.4g；另一份与足量的硫酸铜充分反应，经过滤、烘干，得固体25.6g。求混合物中铁的质量分数。
14.防锈和回收废旧金属都是保护金属资源的重要途径。为测定一种待回收的废铁中铁的锈蚀程度，某同学取该部分锈蚀的铁片样品(仅由铁和氧化铁组成)，测得其中氧元素的含量为12％，则样品中已被锈蚀的铁元素占原金属铁的质量分数约为（）
A．28％B．31.8％C．46.7％D．70％
参考答案
1.B2.D3.B
4.焦炭、铁矿石、空气、石灰石；3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2；高炉；铁和碳；碳，高，低。
5.（1）混合物（2）延展性（3）潮湿空气（O2和H2O）
1．（1）溶液由蓝色变为浅绿色，生成红色固体Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
（2）丙（3）Cu、Fe；Cu、Fe、Mg
2.A处；因为此处既接触空气又接触水；导管中液面上升，高于水的平面；烧瓶中铁丝氧化生锈消耗了瓶中氧气，造成瓶内外压强差，使导管中液面上升。
训练B
训练D
训练B
训练B
训练浪费环境污染回收利用
训练
2Cu+O2+CO2+H2O==Cu2(OH)2CO3
训练（1）B（2）刷漆（3）3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2
基础巩固
1.D2.A3.A4.B5.D6.A7.A8.B
巅峰突破
1.D2.C3.C4.D5.A6.C7.D8.C
9.是。接触了空气和水。檫干。
10.用磁铁吸引，能被磁铁吸引的是铁；分别在空气中灼烧，能红热且质量减少的是碳；分别放入酸中，能生成气体的是铁。
11.（1）导电性（2）Al2O3（3）黄铜的硬度比纯铜的大
12.磁铁矿、赤铁矿；含铁量较大、矿石中不含硫，冶炼中不易产生有害有SO2气体。
13.46.7%
14.B