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初中化学人教版九年级下册第八单元 金属和金属材料课题 3 金属资源的利用和保护第二课时教学设计
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这是一份初中化学人教版九年级下册第八单元 金属和金属材料课题 3 金属资源的利用和保护第二课时教学设计，共18页。教案主要包含了教师准备，学生准备，讨论交流，交流总结，学生看书后回答，学生讨论，教师启发，学生交流讨论结果等内容，欢迎下载使用。
第课时
1.了解铁生锈的条件及防止铁生锈的简单方法.
2.知道废旧金属对环境的污染,认识回收利用废旧金属等保护金属资源的途径的重要性.
通过铁生锈条件的探究,进行收集材料、猜想、设计、验证、观察、分析、得到结论、讨论交流活动,培养学生的良好学习习惯和学习方法.
使学生体会学习化学的价值;保持和增强对生活中化学现象的好奇心和探究欲,培养学习化学的兴趣,树立珍惜资源、爱护环境、合理利用自然资源的意识.
【重点】
铁生锈的条件,生活中防止铁生锈的措施.
【难点】
生活中防止铁生锈的措施.
【教师准备】 一套提前准备好的探究铁生锈条件的器材,铁钉、5%的过氧化氢溶液、二氧化锰、铁钉、蒸馏水、酒精灯、带导管的单孔塞、氯化钠、火柴、试管、烧杯、石棉网、三脚架等.生锈的铁锁、因锈蚀穿孔的铜壶、长期未用的菜刀、几段生锈的铁丝、不能用的水龙头等.
【学生准备】 课前预习本课时内容,收集一些
有关金属回收利用的资料.在一周前做好铁钉锈蚀条件的探究的对比实验.
导入一:
【展示】 出示生锈的铁锁、铜壶、菜刀、铁丝、水龙头或者展示下列图片,分析还能否使用.
导入二:
【展示】 食品包装袋中常用到的铁粉“脱氧剂”图片.
食品包装袋中常会见到一小袋的铁粉“脱氧剂”,这种脱氧剂可以起到减少包装物内氧气含量,防止食品氧化变质的作用.
导入三:
【展示】 网易新闻:稀土出口:被妖魔化的“资源掠夺”.
不久前,我国政府修订《稀土工业发展专项规划》,新规划规定调减稀土金属的出口数量,各地关闭了不少的稀土金属矿,保护我国稀土金属资源的可持续开发.
四、金属的腐蚀和防护
思路一
[过渡语] (针对导入一)金属腐蚀是需要条件的,生锈要有能够和金属发生反应的物质,反应物要能相互接触,生成物不会对反应起阻碍作用等等.只要我们知道了金属腐蚀的条件,就能知道如何防止金属制品腐蚀.下面,就让我们以生活中最常见的铁制品为例来探究铁制品的锈蚀条件及防锈措施.
【展示】 现有洁净无锈的铁钉、试管、稀硫酸(或醋酸)、食盐水、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花和干燥剂氯化钙.试设计实验比较铁钉在不同环境中的锈蚀速度.
【注意】 此实验约在一周前已给学生布置.
【讨论交流】 学生交流实验方案和实验现象.
学生设计的方案可能有以下几种:
实验现象:铁钉锈蚀比较明显的为1、2、3、4.锈蚀不明显的为5、6.
【问】 为什么方案5中的铁钉比方案4中的铁钉锈蚀得慢呢?
【答】 因为方案4中的铁钉与氧气接触,方案5中的铁钉与氧气不接触.
【问】 为什么方案6中的铁钉锈蚀得慢呢?
【答】 因为缺少水分.
【交流总结】 根据以上实验,教师引导学生得出导致铁钉锈蚀的因素:在水、氧气同时存在的环境中铁能锈蚀.酸和氯化钠能使铁在氧气、水存在的环境中加速锈蚀.
【讲解】 铁制品锈蚀的过程,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.铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O.
【设问】 铝与氧气反应生成的氧化铝能起到保护里层铝的作用.铁锈是否也能保护里层的铁呢?
【学生看书后回答】 不能.
【讲解】 铁锈是一种疏松多孔的物质,具有吸水性,它能让水分和空气中的氧气穿过它的空隙,不断向里层渗透,继续跟铁反应,直至铁完全锈蚀.故铁锈反而能加速里层铁生锈.
【过渡】 了解了铁制品锈蚀的条件,我们应该采取什么措施来防止铁制品生锈呢?
【学生讨论】 分组讨论.
【教师启发】 铁制品的锈蚀是需要具备一定条件的.如果破坏铁制品锈蚀的条件,使它们不再具备锈蚀的基础,就能防止铁制品锈蚀.
【学生交流讨论结果】
1.铁制品放置时要远离酸性环境,尽量放置在干燥的环境中.
2.在铁制品外面“穿”一层保护衣,如可涂上隔绝空气的油,涂油漆,镀上一层耐腐蚀的其他金属,高温灼烧金属、进行“烤蓝”处理等等.
3.一发现铁制品锈蚀,就马上处理,以防止其继续蔓延.
……
【教师总结并板书】 ①把铁制品放在干燥环境中.②为其穿一层耐腐蚀的外衣.
【讨论】 自行车的构件如支架、链条、钢圈等,分别采取了什么防锈措施?
【学生讨论交流】 刷漆、涂油、镀其他金属等.
思路二
五、金属资源保护
[过渡语] 上面我们讨论了铁制品的腐蚀和防护.对于金属资源,除了采取防止金属腐蚀的措施外,还可以通过什么途径来使其得到保护呢?
思路一
【展示】 根据一些矿物的储量和消耗速度,有人估计一些矿物可供开采的年限如图所示(不包括今后探明的储量,一些国家的金属储备量和金属的回收利用等).
【提问】 怎么保护金属资源呢?
【交流】 防止钢铁的腐蚀.
(1)制成合金,如不锈钢.
(2)形成保护层,刷油漆、涂油、烧制搪瓷(物理方法).
(3)电镀上一层其他金属(镀铬、锌、锡).
(4)通过化学反应使表面形成致密的氧化物薄膜等.
(5)保持铁制品表面干燥和洁净.
【讲述】 还有金属的回收利用.例如,回收一个铝质饮料罐比制造一个新饮料罐要便宜20%.目前世界上有50%以上的铁和90%以上的金得到了回收利用.废旧电池中含有铅、镍、镉、汞等,如果将废旧电池随意丢弃,将造成地下水和土壤的污染.目前铅的生产量中,来自于汽车用过的铅酸蓄电池的再生就占很大比例.
【提问】 保护金属的途径有哪些?
【交流】 (1)防止金属的腐蚀.
(2)金属的回收利用.
(3)有计划、合理地开采矿物.
(4)寻找金属的替代品.例如,目前已广泛用塑料代替钢和其他合金制造管道、齿轮等.
【拓展视野】 稀土是储量较少的一类金属的统称,有“工业的维生素”的美誉,广泛用于新材料、新能源、航空航天、电子信息等尖端科技领域,是不可再生的重要战略资源.
1970年,我国已探明的稀土储量约占世界总储量的75%左右;到2005年,这一比例降到55%左右.
目前我国稀土的生产和消费居世界第一位.按目前生产量,我国稀土储备仅能维持15~20年.
我国60%以上稀土产品出口到国外.出于环保和资源储备因素的考虑,有些发达国家封存本国稀土而从我国进口稀土产品.
我国从1999年开始实施稀土出口配额管理,2011年发布《国务院关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见》.
思路二
[知识拓展] 1.金属的表面防护
(1)改变金属的组成或结构.如在铁中加入一定比例的铬炼制的铬钢,具有很强的耐腐蚀性.既含铬又含镍的铬镍不锈钢,其耐腐蚀性更好.
(2)在金属表面覆盖一层保护膜,使金属与周围具有腐蚀性的气体或电解质溶液隔离,便可保护金属,防止金属腐蚀.如在金属表面喷漆、电镀或使其表面钝化等.
(3)电化学保护法.如在金属上铆接比它更活泼的另一种金属,发生金属腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀而金属本身受到保护.
2.除锈方法
物理方法:用砂纸打磨,用刀刮.
化学方法:用酸清洗(酸不能过量),以铁制品除锈为例,发生的反应为:Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O或Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O.
金属资源保护金属的腐蚀条件:与空气中的氧气和水接触生成物:铁➝铁锈;铝➝三氧化二铝金属的保护原理:隔离水或氧气方法: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 3.制成合金金属资源的保护1.防止金属腐蚀2.回收和利用废旧金属3.合理开采矿物4.寻找金属的代用品
1.下列关于铁的做法或说法错误的是( )
A.用铁桶盛放硫酸铜溶液
B.铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气
C.铁钉在潮湿的空气中易生锈
D.炼铁高炉内一氧化碳夺取氧化铁中的氧而生成了铁
解析:铁能与硫酸铜发生反应;铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气;C符合铁生锈的条件;一氧化碳具有还原性.故选A.
2.(中考)下列措施不能在一定程度上防止金属生锈的是( )
A.在金属表面涂油或刷漆
B.在金属表面镀上一层耐腐蚀的铬
C.制成耐腐蚀的合金
D.用砂纸擦去铝制品表面的氧化膜
解析:金属锈蚀与氧气和水有关,在金属表面刷漆或涂油能防止金属与氧气和水接触,可以防锈;在金属表面镀上一层耐腐蚀的铬能使金属与氧气和水隔绝,能防止生锈;制成耐腐蚀的合金,改变了金属的内部结构,有利于防锈;用砂纸擦去铝制品表面的氧化膜,则破坏了保护层,使内部的铝易被腐蚀,不能防锈.故选D.
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( )
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
解析:a管中铁同时接触空气和水,故铁易生锈;b管中无水分,故铁不容易生锈;根据两管中铁生锈的情况可以得出铁的锈蚀和空气、水分有关;a管铁锈蚀消耗了氧气和水蒸气,而b管铁不生锈,所以a管内气压减小,故L端液面高;有盐分存在时铁生锈会更快.故选C.
第2课时
四、金属的腐蚀和防护
1.铁制品锈蚀的条件:水和氧气.
2.防止铁制品锈蚀的原理:隔绝水或氧气.
防止铁制品锈蚀的方法:①保持表面干燥和洁净;②涂一层保护膜.
五、金属资源保护
1.防止金属的腐蚀;
2.金属的回收利用;
3.有计划、合理地开采矿物;
4.寻找金属的代替品.
一、教材作业
【必做题】
教材第21页【练习与应用】的第2、3题.
【选做题】
教材第21页【练习与应用】的第7题.
二、课后作业
【基础巩固】
1.下列情况中,铁钉最容易生锈的是( )
A.浸没在水中
B.浸没在植物油中
C.在潮湿的空气中
D.在干燥的空气中
2.金属防锈既能节约资源,又能美化环境.下列钢铁制品经过如下处理后,防锈效果最差的是( )
A.经常在表面涂油的大型钢制机械
B.涂上防锈漆后的“辽宁”号航母舰体外壳
C.擦洗干净后长期存放在室外的大型铁制农机具
D.经过“烤蓝”,在表面形成致密氧化膜的钢制枪管
3.(中考)下列关于金属的说法正确的是( )
A.波尔多液的配制可以在铁制容器中进行
B.铝制品抗腐蚀能力较铁制品强
C.用FeSO4溶液、Cu和Ag三种物质可以验证Fe、Cu、Ag三种金属的活动性强弱顺序
D.铁制品生锈产生的铁锈是一种疏松多孔的物质,它的主要成分是Fe3O4
4.(中考)回答下列与金属有关的问题:
(1)在黄铜(铜锌合金)片和纯铜片中,硬度较大的是 ,将它们分别放入稀盐酸中能产生气泡的是 .
(2)铁生锈是铁与空气中的 发生化学反应的过程.
(3)向AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入一定量Al粉,充分反应后过滤;取少量滤液滴加稀盐酸,产生白色沉淀.滤液中一定含有的溶质是 .
【能力提升】
5.下列各种方法中:①金属表面涂抹油漆;②改变金属内部结构;③保持金属表面清洁干燥;④在金属表面进行电镀;⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜,其中能对金属起到防护或减缓腐蚀作用的是( )
A.①②③④B.①③④⑤
C.①②④⑤D.全部
6.(中考)铁是生产、生活中应用广泛的金属材料.
(1)酸菜等酸性的食物不宜用铁质器具长期盛放,因为 .
(2)为减缓海水对铁质海轮外壳的腐蚀,制造海轮时,会在海轮船底四周镶嵌比铁更活泼的金属.下列金属适宜船底镶嵌的是 (填选项).
A.Pb(铅)B.Cu
C.Pt(铂)D.Zn
(3)对铁“发蓝”处理,其表面将形成致密氧化膜而有效避免腐蚀.
①致密氧化膜能有效阻止铁锈蚀的原因是 .
②“发蓝”过程的化学方程式如下,式中X的化学式为 .
36Fe+4NaNO2+9NaNO3+26H2O12X+13NaOH+13NH3↑
③为检验“发蓝”处理的铁质零件表面是否形成致密氧化膜,将该零件浸泡于硫酸铜溶液中,发现零件表面出现红色物质.由此可知该零件“发蓝”处理效果 (填“好”或“不好”),因为 (用化学方程式表示).
【拓展探究】
7.芜湖铁画经过300多年的发展,已成为一朵艺苑奇葩,被列为首批非物质文化遗产.今天铁画艺术大师们又赋予她新的生命力,给铁画穿上一层金黄色的外衣——镀金.
(1)在铁画表面镀金的作用是 、 .
(2)已知镀金铁画中只含有金、铁、碳三种元素,某同学为探究镀金铁画中三种元素的含量,进行了如下实验:取镀金铁画的边角料6g,磨成粉末,放入足量的稀盐酸中,收集到0.2g氢气,溶液过滤后,将残渣洗净、烘干,在空气中充分灼烧,剩余固体的质量为0.24g.求:铁画中金、铁、碳的质量分数.
【答案与解析】
1.C(解析:浸没在水中,铁不与氧气接触,不易生锈;浸没在植物油中,铁与水和氧气都不接触,不易生锈;在潮湿的空气中,铁与水和氧气同时接触,易生锈;在干燥的空气中,铁不与水接触,不易生锈.)
2.C(解析:经常在表面涂油的大型钢制机械隔绝了空气和水,防锈效果较好;涂上防锈漆后的“辽宁”号航母舰体外壳隔绝了空气和水,防锈效果较好;C选项中擦洗干净后长期存放在室外的大型铁制农机具容易达到铁生锈的条件,故防锈效果较差;经过“烤蓝”,在表面形成致密氧化膜的钢制枪管防锈效果较好.)
3.B(解析:铁的活动性比铜强,能与硫酸铜溶液反应生成硫酸亚铁和铜,不能在铁桶中配制波尔多液;由于铝与空气中的氧气反应生成了致密的氧化铝薄膜,所以,铝制品抗腐蚀能力较铁制品强;由于Cu和Ag都不能与FeSO4溶液反应,只能得出铁比铜、银活泼,但不能比较铜、银的活动性强弱;铁制品生锈产生的铁锈是一种疏松多孔的物质,它的主要成分是Fe2O3.故选B.)
4.(1)黄铜;黄铜 (2)氧气、水 (3)硝酸铜、硝酸银、硝酸铝(解析:(1)合金的硬度比组成金属的硬度大,所以硬度较大的是黄铜,黄铜中的锌会与盐酸反应生成氢气,将它们分别放入稀盐酸中能产生气泡的是黄铜;(2)铁生锈是铁与空气中的氧气、水发生化学反应的过程;(3)取少量滤液滴加稀盐酸,产生白色沉淀,则溶液中含有硝酸银,向AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入一定量Al粉,Al先与AgNO3反应,所以滤液中一定含有的溶质是硝酸铜、硝酸银、硝酸铝.)
5.D
6.(1)铁会与酸反应而使铁质器具被腐蚀 (2)D (3)①致密的氧化膜使铁与氧气(或空气)和水隔绝 ②Fe3O4 ③不好;Fe+CuSO4Cu+FeSO4
7.(1)防止生锈;使其更加美观
(2)解:设6g铁画边角料中所含铁的质量为x.
Fe+2HClFeCl2+H2↑
56 2
x 0.2g
562=x0.2g,解得x=5.6g.
铁的质量分数为:5.6g6g×100%=93.33%.因为金的化学性质稳定,所以剩余固体就是金,金的质量分数为:0.24g6g×100%=4%,碳的质量=边角料的质量-铁的质量-金的质量,则碳的质量分数为:(6g-5.6g-0.24g)6g×100%=2.67%.答:铁画中金、铁、碳的质量分数分别为4%、93.33%、2.67%.(解析:(1)铁画的主要材质是铁,铁生锈的条件是铁同时和氧气、水接触,铁画经常暴露在空气中,具备与氧气接触的条件,空气中不免有水分,所以天长日久,很容易生锈.给铁画镀金,阻止了铁画与氧气和水的接触,可以防止铁画生锈,使铁画能长时间保存.同时金的颜色鲜亮,比较美观,因此在铁画表面镀金的作用是防止生锈,使其更加美观.(2)因为金、铁、碳中,只有铁可以和盐酸发生反应产生氢气,故可根据化学方程式得出反应物之间的比例式,求出铁的质量.)
导入新课时,通过联系生活社会的资料引入,提高了学生学习的兴趣.在介绍金属资源概况时,采用了图表、矿石图片等展示方式,使学生有了感观的认识,为后面内容做了铺垫.本节课的重点内容是金属资源的保护.在这部分内容的处理上采用了探究、图片展示和联系生活实际的方式,降低了学生学习的难度.从课上学生表现来看:课堂气氛活跃,学生回答问题积极踊跃.
金属资源的保护采用探究活动的方式进行,让学生和自己的现实生活感受相联系进行思考理解,得出铁生锈的条件,从而归纳保护金属资源的措施,使所学知识为生活服务.
在本节课中,也存在着一些问题和细节未能处理好,有待进一步提高和改进,如铁生锈的探究活动由于需要提前一段时间准备,学生进行准备的很少.
练习与应用(教材第21页)
1.(1)Fe2O3 (2)Fe3O4 (3)FeCO3 (4)Al2O3
2.(2)(3)(解析:铁生锈的条件是与氧气和水接触,盐的存在可加速铁制品的锈蚀.)
3.(1)沙漠地区干旱少雨、空气干燥,故沙漠地区的铁制品锈蚀较慢. (2)用干布擦净水后,再用带油的布擦,可在自行车表面形成一层油膜,隔绝空气和水,防止自行车生锈.(解析:本题考查铁制品生锈的条件及防锈的措施.)
4.反应的化学方程式为:ZnCO3ZnO+CO2↑;2ZnO+C2Zn+CO2↑;2Cu2O+C4Cu+CO2↑.
5.解:设5000t这种赤铁矿石可炼出含铁98%的生铁中铁的质量为x,则:
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160112
5000t×76%x
1605000t×76%=112x,解得x=2660t.
该厂理论上可日产含Fe98%的生铁的质量为2660t98%=2714.3t.
答:该厂理论上可日产含Fe98%的生铁2714.3t.
6.解:设冶炼2000t含杂质3%的生铁,需要含Fe3O490%的磁铁矿石的质量为x,则:
Fe3O4+4CO3Fe+4CO2
2323×56
x×90%2000t×(1-3%)
232x×90%=3×562000t×(1-3%),解得x=2976.7t.
答:冶炼2000t含杂质3%的生铁,需要含Fe3O490%的磁铁矿石2976.7t.
7.涂油或擦干净后放在干燥处.方案优缺点的比较及实施略.(解析:根据铁生锈的条件,采取措施防止铁制品生锈.)
1.钢铁是怎样被腐蚀的
钢铁会生红锈,铜会生绿锈,金属的腐蚀现象十分普遍,它给经济建设带来的损失十分惊人.据统计,每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料,约相当于年产量的13.腐蚀的危害不仅在于金属本身受损失,更重要的是金属制品遭破坏.金属制品的价值比金属本身要大得多,如汽车、船舶、飞机、桥梁、机械设备、精密仪器等的价值远高于金属本身.此外,由于金属设备的腐蚀而造成有用物质的泄漏(输油管漏油,输气管漏气等)的损失也非常惊人.因此,认识金属腐蚀的原因,寻找金属防护的方法具有十分重要的意义.
金属腐蚀的本质是氧化还原反应.即金属在一定条件下失去电子被氧化生成化合物的过程.根据腐蚀的原因,又将金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类.
①化学腐蚀:金属跟非电解质直接接触被氧化,没有电流产生.如:铁在高温时跟氯气化合,高温下轧制钢材时,铁被氧化成氯化铁等.
②电化学腐蚀:是不纯的金属或合金跟电解质水溶液接触,构成无数微小原电池而发生的腐蚀过程.较活泼的金属被氧化,有微弱电流产生.电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍,危害更大,是金属腐蚀的主要形式.实际上,两种腐蚀往往同时发生.
在普通碳素钢中,碳以石墨形式均匀分布在合金中,金属表面吸附水膜,再溶解CO2等气体便成了电解质溶液,与钢铁构成了无数微小原电池,铁是负极,石墨等杂质是正极.钢铁发生电化学腐蚀时,由于钢铁表面的水膜性质不同,可发生析氢或吸氧
腐蚀.一般以吸氧的电化学腐蚀为主.
吸氧腐蚀的环境:钢铁与吸附在表面的溶有氧气的水膜构成原电池,水膜基本为中性.
负极:Fe-2e-Fe2+(钢铁溶解)
正极:2H2O+O2+4e-4OH-(吸收氧气)
溶解产生的Fe2+可继续被氧气氧化成高价态:
Fe2++OH-+O2Fe(OH)3
最终铁锈的成分是Fe(OH)3和它失水的产物Fe2O3的混合物.
析氢腐蚀的环境:钢铁与吸附在表面的溶有CO2的水膜构成原电池,水膜为酸性.
负极:Fe-2e-Fe2+(钢铁溶解)
正极:2H++2e-H2↑(析出氢气)
发生析氢腐蚀的可能性不太大,并且最终铁锈成分也主要是Fe(OH)3和Fe2O3的混合物.
综上所述可知潮湿的空气,有害气体如二氧化硫、二氧化碳、氯化氢、氯气等与金属接触,是金属发生化学腐蚀和电化学腐蚀的条件.
因此,使金属保持干燥,与空气或有害气体隔绝,都可保护金属,防止其生锈.具体的防护措施可采取:涂油,喷漆,烤蓝,热镀锌、锡,电镀锌、铬、镍,制成抗腐蚀的合金如不锈钢,还有电化学防护法等.
2.重金属引起的水污染
3.中国的稀土储量
中国稀土储量在1996至2009年间大跌37%,只剩2700万吨.按现有生产速度,中国的中、重类稀土储备仅能维持15至20年,在2040~2050年前后必须从国外进口才能满足国内需求.
中国并非世界上唯一拥有稀土的国家,却在过去几十年承担了世界稀土供应的角色,结果付出了破坏自身天然环境与消耗自身资源的代价.
日本开始在全球范围内四处寻找能够替代中国的稀土供应源.东京计划投资12亿美元用来改善稀土供应状况.日本已经与蒙古达成协议,开发该国的稀土资源.另一稀土消耗大国韩国也有类似的计划,宣布将投资1500万美元,在2016年前储备1200吨稀土.
(1)产量
鉴于中国稀土产业链的严重过剩,尤其是冶炼分离产能规模达到32万吨,远超全球每年的消费需求近3倍,而真实产量也远大于政府的生产控制总量.我们认为单纯分析全球供求平衡格局实质性意义不大,稀土未来投资机会关键在于寻找供给紧缩的事件驱动因素和下游需求的边际改善空间.
从2013年以来,政府对稀土私挖盗采的打击逐步落到实处,同时稀土价格大幅回落,国内稀土的真实产量处于下降趋势.
(2)价钱低
当前纯度为99.9%的氧化铈为18元/公斤,过去最高卖到30元/公斤,有时稀土的价格甚至低过猪肉.就拿提价的氧化钕来说,它的售价最少应该在110至120元/公斤之间,才能够补偿镧、铈、钇和部分重稀土元素积压造成的损失.
稀土行业协会人士的共识是:全国30种稀土产品平均出口价格虽然均有所提高,但这个价格只是表面的风光,因为从2014年5月开始国家取消了稀土企业的两项出口退税,同时大量压缩了出口配额企业名额,如果折算这两种因素,加上原辅材料及水电、运输等价格上涨等因素,中国稀土价格仍徘徊在低谷.从1990年到2005年,中国稀土的出口量增长了近10倍,可是平均价格却被压低到当初价格的64%.在世界高科技电子、激光、通讯、超导等材料呈几何级需求的情况下,中国的稀土价格并没有水涨船高.
一些来自稀土企业的代表说,按照当前的价格,稀土企业的利润一般在1%至5%之间,就是最高达到5%左右的利润,卖的也是土的价钱.
中国稀土产业在世界上拥有多个第一:资源储量第一,占23%左右;产量第一,占世界稀土商品量的80%至90%;销售量第一,60%至70%的稀土产品出口到国外.但为什么我们却没有价格话语权呢?
专家指出,中国稀土产品价格长期以来受国外商家控制.国外一些有实力的贸易商和企业在低价时大量购进中国稀土产品,价格上涨时则停止采购、使用库存,待再次降价时再行购进.这就逼着国内企业竞相降价出售.国外都是大买家,而我们是100多家企业对外销售.中国出口企业之间的恶性竞争,使宝贵的稀土短线产品钕、铽、镝、铕等低价外销,而铈、镧、钇等大量积压,企业在微利线上挣扎.
(3)中国真实的稀土储量
《中国稀土现状与政策》白皮书透露,当前我国以23%的稀土资源承担了世界90%以上的市场供应.
与业界较认可的中国稀土占世界储量30%的说法不同,白皮书中稀土储量说法引起关注,“30%”这一数据来源于2003年美国地质调查局公布的世界稀土储量数据,中国稀土储量是2700万吨,占世界储量的30.7%.
工信部稀土办公室主任贾银松回应稀土储量质疑时称,我国国土资源矿产部门2009年公布的数据是1859万吨,约占23%.
(4)稀土的用途
①军事
稀土有工业“黄金”之称,由于其具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能,比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能.而且,稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂.稀土科技一旦用于军事,必然带来军事科技的跃升.从一定意义上说,美军能在冷战后几次局部战争中压倒性控制,正缘于稀土科技领域的超人一等.
②冶金工业
稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中,能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用,并可以改善钢的加工性能;稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁,由于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件,被广泛用于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业;稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中,可以改善合金的物理化学性能,并提高合金室温及高温机械性能.
③石油化工
用稀土制成的分子筛催化剂,具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强的优点,因而取代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程;在合成氨生产过程中,用少量的硝酸稀土作为助催化剂,其处理气量比镍铝催化剂大1.5倍;在合成顺丁橡胶和异戊橡胶过程中,采用环烷酸稀土-三异丁基铝型催化剂,所获得的产品性能优良,具有设备挂胶少,运转稳定,后处理工序短等优点;复合稀土氧化物还可以用作内燃机尾气净化催化剂,环烷酸铈还可用作油漆催干剂等.
④玻璃陶瓷
稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿,可作为抛光粉广泛用于光学玻璃、眼镜片、显像管、示波管、平板玻璃、塑料及金属餐具的抛光处理;在熔制玻璃过程中,可利用二氧化铈对铁有很强的氧化作用,降低玻璃中的铁含量,以达到脱除玻璃中绿色的目的;添加稀土氧化物可以制得不同用途的光学玻璃和特种玻璃,其中包括能通过红外线、吸收紫外线的玻璃、耐酸及耐热的玻璃、防X-射线的玻璃等;在陶釉和瓷釉中添加稀土,可以减轻釉的碎裂性,并能使制品呈现不同的颜色和光泽,被广泛用于陶瓷工业.
⑤新材料
稀土钴及钕、铁、硼永磁材料,具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积,被广泛用于电子及航天工业;纯稀土氧化物和三氧化二铁化合而成的石榴石型铁氧体单晶及多晶,可用于微波与电子工业;用高纯氧化钕制作的钇铝石榴石和钕玻璃,可作为固体激光材料;稀土六硼化物可用于制作电子发射的阴极材料;镧镍合金是70年代新发展起来的贮氢材料;铬酸镧是高温热电材料;近年来,世界各国采用钡钇铜氧元素改进的钡基氧化物制作的超导材料,可在液氮温区获得超导体,使超导材料的研制取得了突破性进展.此外,稀土还广泛用于照明光源,投影电视荧光粉、增感屏荧光粉、三基色荧光粉、复印灯粉;在农业方面,向田间作物施用微量的硝酸稀土,可使其产量增加5%~10%;在轻纺工业中,稀土氯化物还广泛用于鞣制毛皮、皮毛染色、毛线染色及地毯染色等方面.
⑥农业方面
研究结果表明,稀土元素可以提高植物的叶绿素含量,增强光合作用,促进根系发育,增加根系对养分的吸收.稀土还能促进种子萌发,提高种子发芽率,促进幼苗生长.除了以上主要作用外,还能使某些作物增强抗病、抗寒、抗旱的能力.大量的研究还表明,使用适当浓度稀土元素能促进植物对养分的吸收、转化和利用.玉米用稀土拌种,出苗、拔节比对照早1~2天,株高增加0.2米,早熟3~5天,而且籽粒饱满,增产14%.大豆用稀土拌种,出苗提早1天,单株结荚数增加14.8~26.6个,3粒荚数增多,增产14.5%~20.0%.喷施稀土可使苹果和柑橘果实的Vc含量、总糖含量、糖酸比均有所提高,促进果实着色和早熟,并可抑制贮藏过程中的呼吸强度,降低腐烂率.
教师活动
学生活动
设计意图
【过渡】 (针对导入二)铁粉“脱氧剂”是如何减少包装袋内氧气含量的?真的能够防止食品等氧化变质吗?通过铁生锈条件的实验探究,可知究竟.
【演示】 铁生锈条件的探究(学生提前一周准备实验).现有洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油.试设计实验以证明铁制品锈蚀的条件.
试管1 试管2 试管3
与学生探讨设计的目的并对学生的设计给予评价.
【小结】 在水、氧气同时存在的环境中铁能锈蚀,铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O.
【提问】
1.试管2中为什么要用煮沸过的蒸馏水,且要加入植物油?
2.试管3中为什么要将空气干燥?
【教师展示实验】
(1)在试管①中加入稀硫酸或醋酸溶液,浸没铁钉后,倒去溶液;
(2)在试管②中加入少量的氯化钠溶液,使铁钉的一半浸没在溶液中;
(3)在试管③中把铁钉放在一团湿棉球上;
(4)在试管④中注满迅速冷却的沸水,塞紧橡皮塞;
(5)在试管⑤中加入少量干燥剂(生石灰或无水氯化钙),再放一团干棉球,把铁钉放在干棉球上,塞紧橡皮塞.
【注意】 试管②需要事先用酒精灯进行加热.
【提问】 1.通过探究总结使铁制品发生锈蚀的主要因素有哪些.
2.通过探究总结加速铁制品锈蚀的主要因素有哪些.
3.铝与氧气反应生成的氧化铝能起保护里层铝的作用.铁锈是否也能保护里层的铁呢?
【交流】 提前一星期设计、准备铁的锈蚀条件的“活动与探究”,完成实验报告.在课堂上回顾实验步骤,汇报实验结果:
试管1:生锈
试管2:不生锈
试管3:不生锈
【回答】
1.为了防止蒸馏水中溶有氧气.
2.为了除去空气中原有的水蒸气.
【小结】
1.导致铁制品锈蚀的因素是:水和氧气同时存在.
2.加速铁制品锈蚀的因素是:酸或者氯化钠.
3.铁锈具有疏松多孔的结构,易吸水和氧气,从而加速铁的生锈.而铝表面有一层致密的氧化膜,保护铝不与氧气接触.
学生实验有利于学生把握实验的关键,培养学生认真、细致、严谨的实验态度.
培养学生归纳、总结和观察、思考的能力.
让学生明确铁生锈的必要因素和其他因素的区别.
【过渡】 了解铁制品锈蚀的条件才能知道防止铁制品锈蚀的方法,因为破坏铁制品锈蚀的条件就能防止铁制品的锈蚀.
【思考】
(1)你对防止铁制品的锈蚀有什么建议?
(2)防止铁生锈的原理是什么.
【提问】 在实际生活和生产中我们应该采取哪些具体方法来防止铁制品生锈呢?
【讨论】 自行车的构件如支架、链条、钢圈等,分别采取了什么防锈措施?
【思考、讨论】 防止铁制品锈蚀的方法.防止铁生锈的原理是破坏铁生锈的条件:①隔绝空气;②隔绝水.
【讨论、交流】
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,搪瓷,镀上一层耐磨、耐腐蚀的金属铬,高温灼烧金属,进行“烤蓝”等.
3.制成合金钢,如不锈钢.
【回答】 刷漆、镀铬、涂油.
引导学生形成基本的运用知识的思路:了解反应的条件——促进或破坏反应的条件——达到某一目的.
联系日常生活事件和经验,培养学生学习化学的兴趣.
教师活动
学生活动
设计意图
【过渡】 (针对导入三)为什么我国政府修订《稀土工业发展专项规划》,规定调减稀土金属的出口数量,关闭了不少的稀土金属矿呢?
【展示】 提供两份材料和相应图片,指出金属资源的宝贵性:
资料一:一些矿物可供开采的年限(不包括今后新探明的矿物储量、一些国家的金属储备量和金属的回收利用等).
资料二:据有关资料报道,现在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%.
【提问】 金属资源短缺对人类社会发展意味着什么?
阅读资料、思考.
人类需要保护金属资源.
通过具体数字,让学生清楚地认识到金属资源保护的重要性.
【展示】 回收利用废旧金属的图片.
【提问】 请同学们阅读教材19页,总结如何有效保护金属资源.
阅读、回答:
(1)防止金属腐蚀.
(2)回收和利用废旧金属.
(3)合理开采矿物.
(4)寻找金属的代用品.
培养学生阅读和自主学习的能力.
名称
水中主要
存在形态
污染的来源
污染的危害
工业废水最高容许排放浓度(mg·L-1)
饮用水最高容许浓度(mg·L-1)
汞
Hg2+、CH3Hg+
电解食盐厂、汞剂农药、温度计厂废水
引起大脑损伤,手足抽筋(水俣病)
0.05
0.001
镉
Cd2+
金属矿的开采和冶炼、电镀厂、电池厂废水
引起骨骼变脆(痛痛病)及肝、肾和肺的病变
0.1
0.01
铅
Pb2+
铅管道、含铅颜料、加铅汽油的散发物
毒害神经系统和造血系统,引起精神迟钝、贫血等
1.0
0.05
铬
CrO42-
Cr2O72-
冶炼厂、电镀厂、制革、颜料等工业废水
引起皮肤溃疡、贫血、肾炎等,有致癌作用
0.5
0.05
砷
AsO33- AsO43-
冶金、玻璃、陶瓷、制革、染料、农药等工业废水
引起细胞代谢紊乱,胃肠道失常,肾衰退
0.5
0.05
第课时
1.了解铁生锈的条件及防止铁生锈的简单方法.
2.知道废旧金属对环境的污染,认识回收利用废旧金属等保护金属资源的途径的重要性.
通过铁生锈条件的探究,进行收集材料、猜想、设计、验证、观察、分析、得到结论、讨论交流活动,培养学生的良好学习习惯和学习方法.
使学生体会学习化学的价值;保持和增强对生活中化学现象的好奇心和探究欲,培养学习化学的兴趣,树立珍惜资源、爱护环境、合理利用自然资源的意识.
【重点】
铁生锈的条件,生活中防止铁生锈的措施.
【难点】
生活中防止铁生锈的措施.
【教师准备】 一套提前准备好的探究铁生锈条件的器材,铁钉、5%的过氧化氢溶液、二氧化锰、铁钉、蒸馏水、酒精灯、带导管的单孔塞、氯化钠、火柴、试管、烧杯、石棉网、三脚架等.生锈的铁锁、因锈蚀穿孔的铜壶、长期未用的菜刀、几段生锈的铁丝、不能用的水龙头等.
【学生准备】 课前预习本课时内容,收集一些
有关金属回收利用的资料.在一周前做好铁钉锈蚀条件的探究的对比实验.
导入一:
【展示】 出示生锈的铁锁、铜壶、菜刀、铁丝、水龙头或者展示下列图片,分析还能否使用.
导入二:
【展示】 食品包装袋中常用到的铁粉“脱氧剂”图片.
食品包装袋中常会见到一小袋的铁粉“脱氧剂”,这种脱氧剂可以起到减少包装物内氧气含量,防止食品氧化变质的作用.
导入三:
【展示】 网易新闻:稀土出口:被妖魔化的“资源掠夺”.
不久前,我国政府修订《稀土工业发展专项规划》,新规划规定调减稀土金属的出口数量,各地关闭了不少的稀土金属矿,保护我国稀土金属资源的可持续开发.
四、金属的腐蚀和防护
思路一
[过渡语] (针对导入一)金属腐蚀是需要条件的,生锈要有能够和金属发生反应的物质,反应物要能相互接触,生成物不会对反应起阻碍作用等等.只要我们知道了金属腐蚀的条件,就能知道如何防止金属制品腐蚀.下面,就让我们以生活中最常见的铁制品为例来探究铁制品的锈蚀条件及防锈措施.
【展示】 现有洁净无锈的铁钉、试管、稀硫酸(或醋酸)、食盐水、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花和干燥剂氯化钙.试设计实验比较铁钉在不同环境中的锈蚀速度.
【注意】 此实验约在一周前已给学生布置.
【讨论交流】 学生交流实验方案和实验现象.
学生设计的方案可能有以下几种:
实验现象:铁钉锈蚀比较明显的为1、2、3、4.锈蚀不明显的为5、6.
【问】 为什么方案5中的铁钉比方案4中的铁钉锈蚀得慢呢?
【答】 因为方案4中的铁钉与氧气接触,方案5中的铁钉与氧气不接触.
【问】 为什么方案6中的铁钉锈蚀得慢呢?
【答】 因为缺少水分.
【交流总结】 根据以上实验,教师引导学生得出导致铁钉锈蚀的因素:在水、氧气同时存在的环境中铁能锈蚀.酸和氯化钠能使铁在氧气、水存在的环境中加速锈蚀.
【讲解】 铁制品锈蚀的过程,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.铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O.
【设问】 铝与氧气反应生成的氧化铝能起到保护里层铝的作用.铁锈是否也能保护里层的铁呢?
【学生看书后回答】 不能.
【讲解】 铁锈是一种疏松多孔的物质,具有吸水性,它能让水分和空气中的氧气穿过它的空隙,不断向里层渗透,继续跟铁反应,直至铁完全锈蚀.故铁锈反而能加速里层铁生锈.
【过渡】 了解了铁制品锈蚀的条件,我们应该采取什么措施来防止铁制品生锈呢?
【学生讨论】 分组讨论.
【教师启发】 铁制品的锈蚀是需要具备一定条件的.如果破坏铁制品锈蚀的条件,使它们不再具备锈蚀的基础,就能防止铁制品锈蚀.
【学生交流讨论结果】
1.铁制品放置时要远离酸性环境,尽量放置在干燥的环境中.
2.在铁制品外面“穿”一层保护衣,如可涂上隔绝空气的油,涂油漆,镀上一层耐腐蚀的其他金属,高温灼烧金属、进行“烤蓝”处理等等.
3.一发现铁制品锈蚀,就马上处理,以防止其继续蔓延.
……
【教师总结并板书】 ①把铁制品放在干燥环境中.②为其穿一层耐腐蚀的外衣.
【讨论】 自行车的构件如支架、链条、钢圈等,分别采取了什么防锈措施?
【学生讨论交流】 刷漆、涂油、镀其他金属等.
思路二
五、金属资源保护
[过渡语] 上面我们讨论了铁制品的腐蚀和防护.对于金属资源,除了采取防止金属腐蚀的措施外,还可以通过什么途径来使其得到保护呢?
思路一
【展示】 根据一些矿物的储量和消耗速度,有人估计一些矿物可供开采的年限如图所示(不包括今后探明的储量,一些国家的金属储备量和金属的回收利用等).
【提问】 怎么保护金属资源呢?
【交流】 防止钢铁的腐蚀.
(1)制成合金,如不锈钢.
(2)形成保护层,刷油漆、涂油、烧制搪瓷(物理方法).
(3)电镀上一层其他金属(镀铬、锌、锡).
(4)通过化学反应使表面形成致密的氧化物薄膜等.
(5)保持铁制品表面干燥和洁净.
【讲述】 还有金属的回收利用.例如,回收一个铝质饮料罐比制造一个新饮料罐要便宜20%.目前世界上有50%以上的铁和90%以上的金得到了回收利用.废旧电池中含有铅、镍、镉、汞等,如果将废旧电池随意丢弃,将造成地下水和土壤的污染.目前铅的生产量中,来自于汽车用过的铅酸蓄电池的再生就占很大比例.
【提问】 保护金属的途径有哪些?
【交流】 (1)防止金属的腐蚀.
(2)金属的回收利用.
(3)有计划、合理地开采矿物.
(4)寻找金属的替代品.例如,目前已广泛用塑料代替钢和其他合金制造管道、齿轮等.
【拓展视野】 稀土是储量较少的一类金属的统称,有“工业的维生素”的美誉,广泛用于新材料、新能源、航空航天、电子信息等尖端科技领域,是不可再生的重要战略资源.
1970年,我国已探明的稀土储量约占世界总储量的75%左右;到2005年,这一比例降到55%左右.
目前我国稀土的生产和消费居世界第一位.按目前生产量,我国稀土储备仅能维持15~20年.
我国60%以上稀土产品出口到国外.出于环保和资源储备因素的考虑,有些发达国家封存本国稀土而从我国进口稀土产品.
我国从1999年开始实施稀土出口配额管理,2011年发布《国务院关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见》.
思路二
[知识拓展] 1.金属的表面防护
(1)改变金属的组成或结构.如在铁中加入一定比例的铬炼制的铬钢,具有很强的耐腐蚀性.既含铬又含镍的铬镍不锈钢,其耐腐蚀性更好.
(2)在金属表面覆盖一层保护膜,使金属与周围具有腐蚀性的气体或电解质溶液隔离,便可保护金属,防止金属腐蚀.如在金属表面喷漆、电镀或使其表面钝化等.
(3)电化学保护法.如在金属上铆接比它更活泼的另一种金属,发生金属腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀而金属本身受到保护.
2.除锈方法
物理方法:用砂纸打磨,用刀刮.
化学方法:用酸清洗(酸不能过量),以铁制品除锈为例,发生的反应为:Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O或Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O.
金属资源保护金属的腐蚀条件:与空气中的氧气和水接触生成物:铁➝铁锈;铝➝三氧化二铝金属的保护原理:隔离水或氧气方法: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 3.制成合金金属资源的保护1.防止金属腐蚀2.回收和利用废旧金属3.合理开采矿物4.寻找金属的代用品
1.下列关于铁的做法或说法错误的是( )
A.用铁桶盛放硫酸铜溶液
B.铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气
C.铁钉在潮湿的空气中易生锈
D.炼铁高炉内一氧化碳夺取氧化铁中的氧而生成了铁
解析:铁能与硫酸铜发生反应;铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气;C符合铁生锈的条件;一氧化碳具有还原性.故选A.
2.(中考)下列措施不能在一定程度上防止金属生锈的是( )
A.在金属表面涂油或刷漆
B.在金属表面镀上一层耐腐蚀的铬
C.制成耐腐蚀的合金
D.用砂纸擦去铝制品表面的氧化膜
解析:金属锈蚀与氧气和水有关,在金属表面刷漆或涂油能防止金属与氧气和水接触,可以防锈;在金属表面镀上一层耐腐蚀的铬能使金属与氧气和水隔绝,能防止生锈;制成耐腐蚀的合金,改变了金属的内部结构,有利于防锈;用砂纸擦去铝制品表面的氧化膜,则破坏了保护层,使内部的铝易被腐蚀,不能防锈.故选D.
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( )
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
解析:a管中铁同时接触空气和水,故铁易生锈;b管中无水分,故铁不容易生锈;根据两管中铁生锈的情况可以得出铁的锈蚀和空气、水分有关;a管铁锈蚀消耗了氧气和水蒸气,而b管铁不生锈,所以a管内气压减小,故L端液面高;有盐分存在时铁生锈会更快.故选C.
第2课时
四、金属的腐蚀和防护
1.铁制品锈蚀的条件:水和氧气.
2.防止铁制品锈蚀的原理:隔绝水或氧气.
防止铁制品锈蚀的方法:①保持表面干燥和洁净;②涂一层保护膜.
五、金属资源保护
1.防止金属的腐蚀;
2.金属的回收利用;
3.有计划、合理地开采矿物;
4.寻找金属的代替品.
一、教材作业
【必做题】
教材第21页【练习与应用】的第2、3题.
【选做题】
教材第21页【练习与应用】的第7题.
二、课后作业
【基础巩固】
1.下列情况中,铁钉最容易生锈的是( )
A.浸没在水中
B.浸没在植物油中
C.在潮湿的空气中
D.在干燥的空气中
2.金属防锈既能节约资源,又能美化环境.下列钢铁制品经过如下处理后,防锈效果最差的是( )
A.经常在表面涂油的大型钢制机械
B.涂上防锈漆后的“辽宁”号航母舰体外壳
C.擦洗干净后长期存放在室外的大型铁制农机具
D.经过“烤蓝”,在表面形成致密氧化膜的钢制枪管
3.(中考)下列关于金属的说法正确的是( )
A.波尔多液的配制可以在铁制容器中进行
B.铝制品抗腐蚀能力较铁制品强
C.用FeSO4溶液、Cu和Ag三种物质可以验证Fe、Cu、Ag三种金属的活动性强弱顺序
D.铁制品生锈产生的铁锈是一种疏松多孔的物质,它的主要成分是Fe3O4
4.(中考)回答下列与金属有关的问题:
(1)在黄铜(铜锌合金)片和纯铜片中,硬度较大的是 ,将它们分别放入稀盐酸中能产生气泡的是 .
(2)铁生锈是铁与空气中的 发生化学反应的过程.
(3)向AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入一定量Al粉,充分反应后过滤;取少量滤液滴加稀盐酸,产生白色沉淀.滤液中一定含有的溶质是 .
【能力提升】
5.下列各种方法中:①金属表面涂抹油漆;②改变金属内部结构;③保持金属表面清洁干燥;④在金属表面进行电镀;⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜,其中能对金属起到防护或减缓腐蚀作用的是( )
A.①②③④B.①③④⑤
C.①②④⑤D.全部
6.(中考)铁是生产、生活中应用广泛的金属材料.
(1)酸菜等酸性的食物不宜用铁质器具长期盛放,因为 .
(2)为减缓海水对铁质海轮外壳的腐蚀,制造海轮时,会在海轮船底四周镶嵌比铁更活泼的金属.下列金属适宜船底镶嵌的是 (填选项).
A.Pb(铅)B.Cu
C.Pt(铂)D.Zn
(3)对铁“发蓝”处理,其表面将形成致密氧化膜而有效避免腐蚀.
①致密氧化膜能有效阻止铁锈蚀的原因是 .
②“发蓝”过程的化学方程式如下,式中X的化学式为 .
36Fe+4NaNO2+9NaNO3+26H2O12X+13NaOH+13NH3↑
③为检验“发蓝”处理的铁质零件表面是否形成致密氧化膜,将该零件浸泡于硫酸铜溶液中,发现零件表面出现红色物质.由此可知该零件“发蓝”处理效果 (填“好”或“不好”),因为 (用化学方程式表示).
【拓展探究】
7.芜湖铁画经过300多年的发展,已成为一朵艺苑奇葩,被列为首批非物质文化遗产.今天铁画艺术大师们又赋予她新的生命力,给铁画穿上一层金黄色的外衣——镀金.
(1)在铁画表面镀金的作用是 、 .
(2)已知镀金铁画中只含有金、铁、碳三种元素,某同学为探究镀金铁画中三种元素的含量,进行了如下实验:取镀金铁画的边角料6g,磨成粉末,放入足量的稀盐酸中,收集到0.2g氢气,溶液过滤后,将残渣洗净、烘干,在空气中充分灼烧,剩余固体的质量为0.24g.求:铁画中金、铁、碳的质量分数.
【答案与解析】
1.C(解析:浸没在水中,铁不与氧气接触,不易生锈;浸没在植物油中,铁与水和氧气都不接触,不易生锈;在潮湿的空气中,铁与水和氧气同时接触,易生锈;在干燥的空气中,铁不与水接触,不易生锈.)
2.C(解析:经常在表面涂油的大型钢制机械隔绝了空气和水,防锈效果较好;涂上防锈漆后的“辽宁”号航母舰体外壳隔绝了空气和水,防锈效果较好;C选项中擦洗干净后长期存放在室外的大型铁制农机具容易达到铁生锈的条件,故防锈效果较差;经过“烤蓝”,在表面形成致密氧化膜的钢制枪管防锈效果较好.)
3.B(解析:铁的活动性比铜强,能与硫酸铜溶液反应生成硫酸亚铁和铜,不能在铁桶中配制波尔多液;由于铝与空气中的氧气反应生成了致密的氧化铝薄膜,所以,铝制品抗腐蚀能力较铁制品强;由于Cu和Ag都不能与FeSO4溶液反应,只能得出铁比铜、银活泼,但不能比较铜、银的活动性强弱;铁制品生锈产生的铁锈是一种疏松多孔的物质,它的主要成分是Fe2O3.故选B.)
4.(1)黄铜;黄铜 (2)氧气、水 (3)硝酸铜、硝酸银、硝酸铝(解析:(1)合金的硬度比组成金属的硬度大,所以硬度较大的是黄铜,黄铜中的锌会与盐酸反应生成氢气,将它们分别放入稀盐酸中能产生气泡的是黄铜;(2)铁生锈是铁与空气中的氧气、水发生化学反应的过程;(3)取少量滤液滴加稀盐酸,产生白色沉淀,则溶液中含有硝酸银,向AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入一定量Al粉,Al先与AgNO3反应,所以滤液中一定含有的溶质是硝酸铜、硝酸银、硝酸铝.)
5.D
6.(1)铁会与酸反应而使铁质器具被腐蚀 (2)D (3)①致密的氧化膜使铁与氧气(或空气)和水隔绝 ②Fe3O4 ③不好;Fe+CuSO4Cu+FeSO4
7.(1)防止生锈;使其更加美观
(2)解:设6g铁画边角料中所含铁的质量为x.
Fe+2HClFeCl2+H2↑
56 2
x 0.2g
562=x0.2g,解得x=5.6g.
铁的质量分数为:5.6g6g×100%=93.33%.因为金的化学性质稳定,所以剩余固体就是金,金的质量分数为:0.24g6g×100%=4%,碳的质量=边角料的质量-铁的质量-金的质量,则碳的质量分数为:(6g-5.6g-0.24g)6g×100%=2.67%.答:铁画中金、铁、碳的质量分数分别为4%、93.33%、2.67%.(解析:(1)铁画的主要材质是铁,铁生锈的条件是铁同时和氧气、水接触,铁画经常暴露在空气中,具备与氧气接触的条件,空气中不免有水分,所以天长日久,很容易生锈.给铁画镀金,阻止了铁画与氧气和水的接触,可以防止铁画生锈,使铁画能长时间保存.同时金的颜色鲜亮,比较美观,因此在铁画表面镀金的作用是防止生锈,使其更加美观.(2)因为金、铁、碳中,只有铁可以和盐酸发生反应产生氢气,故可根据化学方程式得出反应物之间的比例式,求出铁的质量.)
导入新课时,通过联系生活社会的资料引入,提高了学生学习的兴趣.在介绍金属资源概况时,采用了图表、矿石图片等展示方式,使学生有了感观的认识,为后面内容做了铺垫.本节课的重点内容是金属资源的保护.在这部分内容的处理上采用了探究、图片展示和联系生活实际的方式,降低了学生学习的难度.从课上学生表现来看:课堂气氛活跃,学生回答问题积极踊跃.
金属资源的保护采用探究活动的方式进行,让学生和自己的现实生活感受相联系进行思考理解,得出铁生锈的条件,从而归纳保护金属资源的措施,使所学知识为生活服务.
在本节课中,也存在着一些问题和细节未能处理好,有待进一步提高和改进,如铁生锈的探究活动由于需要提前一段时间准备,学生进行准备的很少.
练习与应用(教材第21页)
1.(1)Fe2O3 (2)Fe3O4 (3)FeCO3 (4)Al2O3
2.(2)(3)(解析:铁生锈的条件是与氧气和水接触,盐的存在可加速铁制品的锈蚀.)
3.(1)沙漠地区干旱少雨、空气干燥,故沙漠地区的铁制品锈蚀较慢. (2)用干布擦净水后,再用带油的布擦,可在自行车表面形成一层油膜,隔绝空气和水,防止自行车生锈.(解析:本题考查铁制品生锈的条件及防锈的措施.)
4.反应的化学方程式为:ZnCO3ZnO+CO2↑;2ZnO+C2Zn+CO2↑;2Cu2O+C4Cu+CO2↑.
5.解:设5000t这种赤铁矿石可炼出含铁98%的生铁中铁的质量为x,则:
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160112
5000t×76%x
1605000t×76%=112x,解得x=2660t.
该厂理论上可日产含Fe98%的生铁的质量为2660t98%=2714.3t.
答:该厂理论上可日产含Fe98%的生铁2714.3t.
6.解:设冶炼2000t含杂质3%的生铁,需要含Fe3O490%的磁铁矿石的质量为x,则:
Fe3O4+4CO3Fe+4CO2
2323×56
x×90%2000t×(1-3%)
232x×90%=3×562000t×(1-3%),解得x=2976.7t.
答:冶炼2000t含杂质3%的生铁,需要含Fe3O490%的磁铁矿石2976.7t.
7.涂油或擦干净后放在干燥处.方案优缺点的比较及实施略.(解析:根据铁生锈的条件,采取措施防止铁制品生锈.)
1.钢铁是怎样被腐蚀的
钢铁会生红锈,铜会生绿锈,金属的腐蚀现象十分普遍,它给经济建设带来的损失十分惊人.据统计,每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料,约相当于年产量的13.腐蚀的危害不仅在于金属本身受损失,更重要的是金属制品遭破坏.金属制品的价值比金属本身要大得多,如汽车、船舶、飞机、桥梁、机械设备、精密仪器等的价值远高于金属本身.此外,由于金属设备的腐蚀而造成有用物质的泄漏(输油管漏油,输气管漏气等)的损失也非常惊人.因此,认识金属腐蚀的原因,寻找金属防护的方法具有十分重要的意义.
金属腐蚀的本质是氧化还原反应.即金属在一定条件下失去电子被氧化生成化合物的过程.根据腐蚀的原因,又将金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类.
①化学腐蚀:金属跟非电解质直接接触被氧化,没有电流产生.如:铁在高温时跟氯气化合,高温下轧制钢材时,铁被氧化成氯化铁等.
②电化学腐蚀:是不纯的金属或合金跟电解质水溶液接触,构成无数微小原电池而发生的腐蚀过程.较活泼的金属被氧化,有微弱电流产生.电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍,危害更大,是金属腐蚀的主要形式.实际上,两种腐蚀往往同时发生.
在普通碳素钢中,碳以石墨形式均匀分布在合金中,金属表面吸附水膜,再溶解CO2等气体便成了电解质溶液,与钢铁构成了无数微小原电池,铁是负极,石墨等杂质是正极.钢铁发生电化学腐蚀时,由于钢铁表面的水膜性质不同,可发生析氢或吸氧
腐蚀.一般以吸氧的电化学腐蚀为主.
吸氧腐蚀的环境:钢铁与吸附在表面的溶有氧气的水膜构成原电池,水膜基本为中性.
负极:Fe-2e-Fe2+(钢铁溶解)
正极:2H2O+O2+4e-4OH-(吸收氧气)
溶解产生的Fe2+可继续被氧气氧化成高价态:
Fe2++OH-+O2Fe(OH)3
最终铁锈的成分是Fe(OH)3和它失水的产物Fe2O3的混合物.
析氢腐蚀的环境:钢铁与吸附在表面的溶有CO2的水膜构成原电池,水膜为酸性.
负极:Fe-2e-Fe2+(钢铁溶解)
正极:2H++2e-H2↑(析出氢气)
发生析氢腐蚀的可能性不太大,并且最终铁锈成分也主要是Fe(OH)3和Fe2O3的混合物.
综上所述可知潮湿的空气,有害气体如二氧化硫、二氧化碳、氯化氢、氯气等与金属接触,是金属发生化学腐蚀和电化学腐蚀的条件.
因此,使金属保持干燥,与空气或有害气体隔绝,都可保护金属,防止其生锈.具体的防护措施可采取:涂油,喷漆,烤蓝,热镀锌、锡,电镀锌、铬、镍,制成抗腐蚀的合金如不锈钢,还有电化学防护法等.
2.重金属引起的水污染
3.中国的稀土储量
中国稀土储量在1996至2009年间大跌37%,只剩2700万吨.按现有生产速度,中国的中、重类稀土储备仅能维持15至20年,在2040~2050年前后必须从国外进口才能满足国内需求.
中国并非世界上唯一拥有稀土的国家,却在过去几十年承担了世界稀土供应的角色,结果付出了破坏自身天然环境与消耗自身资源的代价.
日本开始在全球范围内四处寻找能够替代中国的稀土供应源.东京计划投资12亿美元用来改善稀土供应状况.日本已经与蒙古达成协议,开发该国的稀土资源.另一稀土消耗大国韩国也有类似的计划,宣布将投资1500万美元,在2016年前储备1200吨稀土.
(1)产量
鉴于中国稀土产业链的严重过剩,尤其是冶炼分离产能规模达到32万吨,远超全球每年的消费需求近3倍,而真实产量也远大于政府的生产控制总量.我们认为单纯分析全球供求平衡格局实质性意义不大,稀土未来投资机会关键在于寻找供给紧缩的事件驱动因素和下游需求的边际改善空间.
从2013年以来,政府对稀土私挖盗采的打击逐步落到实处,同时稀土价格大幅回落,国内稀土的真实产量处于下降趋势.
(2)价钱低
当前纯度为99.9%的氧化铈为18元/公斤,过去最高卖到30元/公斤,有时稀土的价格甚至低过猪肉.就拿提价的氧化钕来说,它的售价最少应该在110至120元/公斤之间,才能够补偿镧、铈、钇和部分重稀土元素积压造成的损失.
稀土行业协会人士的共识是:全国30种稀土产品平均出口价格虽然均有所提高,但这个价格只是表面的风光,因为从2014年5月开始国家取消了稀土企业的两项出口退税,同时大量压缩了出口配额企业名额,如果折算这两种因素,加上原辅材料及水电、运输等价格上涨等因素,中国稀土价格仍徘徊在低谷.从1990年到2005年,中国稀土的出口量增长了近10倍,可是平均价格却被压低到当初价格的64%.在世界高科技电子、激光、通讯、超导等材料呈几何级需求的情况下,中国的稀土价格并没有水涨船高.
一些来自稀土企业的代表说,按照当前的价格,稀土企业的利润一般在1%至5%之间,就是最高达到5%左右的利润,卖的也是土的价钱.
中国稀土产业在世界上拥有多个第一:资源储量第一,占23%左右;产量第一,占世界稀土商品量的80%至90%;销售量第一,60%至70%的稀土产品出口到国外.但为什么我们却没有价格话语权呢?
专家指出,中国稀土产品价格长期以来受国外商家控制.国外一些有实力的贸易商和企业在低价时大量购进中国稀土产品,价格上涨时则停止采购、使用库存,待再次降价时再行购进.这就逼着国内企业竞相降价出售.国外都是大买家,而我们是100多家企业对外销售.中国出口企业之间的恶性竞争,使宝贵的稀土短线产品钕、铽、镝、铕等低价外销,而铈、镧、钇等大量积压,企业在微利线上挣扎.
(3)中国真实的稀土储量
《中国稀土现状与政策》白皮书透露,当前我国以23%的稀土资源承担了世界90%以上的市场供应.
与业界较认可的中国稀土占世界储量30%的说法不同,白皮书中稀土储量说法引起关注,“30%”这一数据来源于2003年美国地质调查局公布的世界稀土储量数据,中国稀土储量是2700万吨,占世界储量的30.7%.
工信部稀土办公室主任贾银松回应稀土储量质疑时称,我国国土资源矿产部门2009年公布的数据是1859万吨,约占23%.
(4)稀土的用途
①军事
稀土有工业“黄金”之称,由于其具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能,比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能.而且,稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂.稀土科技一旦用于军事,必然带来军事科技的跃升.从一定意义上说,美军能在冷战后几次局部战争中压倒性控制,正缘于稀土科技领域的超人一等.
②冶金工业
稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中,能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用,并可以改善钢的加工性能;稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁,由于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件,被广泛用于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业;稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中,可以改善合金的物理化学性能,并提高合金室温及高温机械性能.
③石油化工
用稀土制成的分子筛催化剂,具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强的优点,因而取代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程;在合成氨生产过程中,用少量的硝酸稀土作为助催化剂,其处理气量比镍铝催化剂大1.5倍;在合成顺丁橡胶和异戊橡胶过程中,采用环烷酸稀土-三异丁基铝型催化剂,所获得的产品性能优良,具有设备挂胶少,运转稳定,后处理工序短等优点;复合稀土氧化物还可以用作内燃机尾气净化催化剂,环烷酸铈还可用作油漆催干剂等.
④玻璃陶瓷
稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿,可作为抛光粉广泛用于光学玻璃、眼镜片、显像管、示波管、平板玻璃、塑料及金属餐具的抛光处理;在熔制玻璃过程中,可利用二氧化铈对铁有很强的氧化作用,降低玻璃中的铁含量,以达到脱除玻璃中绿色的目的;添加稀土氧化物可以制得不同用途的光学玻璃和特种玻璃,其中包括能通过红外线、吸收紫外线的玻璃、耐酸及耐热的玻璃、防X-射线的玻璃等;在陶釉和瓷釉中添加稀土,可以减轻釉的碎裂性,并能使制品呈现不同的颜色和光泽,被广泛用于陶瓷工业.
⑤新材料
稀土钴及钕、铁、硼永磁材料,具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积,被广泛用于电子及航天工业;纯稀土氧化物和三氧化二铁化合而成的石榴石型铁氧体单晶及多晶,可用于微波与电子工业;用高纯氧化钕制作的钇铝石榴石和钕玻璃,可作为固体激光材料;稀土六硼化物可用于制作电子发射的阴极材料;镧镍合金是70年代新发展起来的贮氢材料;铬酸镧是高温热电材料;近年来,世界各国采用钡钇铜氧元素改进的钡基氧化物制作的超导材料,可在液氮温区获得超导体,使超导材料的研制取得了突破性进展.此外,稀土还广泛用于照明光源,投影电视荧光粉、增感屏荧光粉、三基色荧光粉、复印灯粉;在农业方面,向田间作物施用微量的硝酸稀土,可使其产量增加5%~10%;在轻纺工业中,稀土氯化物还广泛用于鞣制毛皮、皮毛染色、毛线染色及地毯染色等方面.
⑥农业方面
研究结果表明,稀土元素可以提高植物的叶绿素含量,增强光合作用,促进根系发育,增加根系对养分的吸收.稀土还能促进种子萌发,提高种子发芽率,促进幼苗生长.除了以上主要作用外,还能使某些作物增强抗病、抗寒、抗旱的能力.大量的研究还表明,使用适当浓度稀土元素能促进植物对养分的吸收、转化和利用.玉米用稀土拌种,出苗、拔节比对照早1~2天,株高增加0.2米,早熟3~5天,而且籽粒饱满,增产14%.大豆用稀土拌种,出苗提早1天,单株结荚数增加14.8~26.6个,3粒荚数增多,增产14.5%~20.0%.喷施稀土可使苹果和柑橘果实的Vc含量、总糖含量、糖酸比均有所提高,促进果实着色和早熟,并可抑制贮藏过程中的呼吸强度,降低腐烂率.
教师活动
学生活动
设计意图
【过渡】 (针对导入二)铁粉“脱氧剂”是如何减少包装袋内氧气含量的?真的能够防止食品等氧化变质吗?通过铁生锈条件的实验探究,可知究竟.
【演示】 铁生锈条件的探究(学生提前一周准备实验).现有洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油.试设计实验以证明铁制品锈蚀的条件.
试管1 试管2 试管3
与学生探讨设计的目的并对学生的设计给予评价.
【小结】 在水、氧气同时存在的环境中铁能锈蚀,铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O.
【提问】
1.试管2中为什么要用煮沸过的蒸馏水,且要加入植物油?
2.试管3中为什么要将空气干燥?
【教师展示实验】
(1)在试管①中加入稀硫酸或醋酸溶液,浸没铁钉后,倒去溶液;
(2)在试管②中加入少量的氯化钠溶液,使铁钉的一半浸没在溶液中;
(3)在试管③中把铁钉放在一团湿棉球上;
(4)在试管④中注满迅速冷却的沸水,塞紧橡皮塞;
(5)在试管⑤中加入少量干燥剂(生石灰或无水氯化钙),再放一团干棉球,把铁钉放在干棉球上,塞紧橡皮塞.
【注意】 试管②需要事先用酒精灯进行加热.
【提问】 1.通过探究总结使铁制品发生锈蚀的主要因素有哪些.
2.通过探究总结加速铁制品锈蚀的主要因素有哪些.
3.铝与氧气反应生成的氧化铝能起保护里层铝的作用.铁锈是否也能保护里层的铁呢?
【交流】 提前一星期设计、准备铁的锈蚀条件的“活动与探究”,完成实验报告.在课堂上回顾实验步骤,汇报实验结果:
试管1:生锈
试管2:不生锈
试管3:不生锈
【回答】
1.为了防止蒸馏水中溶有氧气.
2.为了除去空气中原有的水蒸气.
【小结】
1.导致铁制品锈蚀的因素是:水和氧气同时存在.
2.加速铁制品锈蚀的因素是:酸或者氯化钠.
3.铁锈具有疏松多孔的结构,易吸水和氧气,从而加速铁的生锈.而铝表面有一层致密的氧化膜,保护铝不与氧气接触.
学生实验有利于学生把握实验的关键,培养学生认真、细致、严谨的实验态度.
培养学生归纳、总结和观察、思考的能力.
让学生明确铁生锈的必要因素和其他因素的区别.
【过渡】 了解铁制品锈蚀的条件才能知道防止铁制品锈蚀的方法,因为破坏铁制品锈蚀的条件就能防止铁制品的锈蚀.
【思考】
(1)你对防止铁制品的锈蚀有什么建议?
(2)防止铁生锈的原理是什么.
【提问】 在实际生活和生产中我们应该采取哪些具体方法来防止铁制品生锈呢?
【讨论】 自行车的构件如支架、链条、钢圈等,分别采取了什么防锈措施?
【思考、讨论】 防止铁制品锈蚀的方法.防止铁生锈的原理是破坏铁生锈的条件:①隔绝空气;②隔绝水.
【讨论、交流】
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,搪瓷,镀上一层耐磨、耐腐蚀的金属铬,高温灼烧金属,进行“烤蓝”等.
3.制成合金钢,如不锈钢.
【回答】 刷漆、镀铬、涂油.
引导学生形成基本的运用知识的思路:了解反应的条件——促进或破坏反应的条件——达到某一目的.
联系日常生活事件和经验,培养学生学习化学的兴趣.
教师活动
学生活动
设计意图
【过渡】 (针对导入三)为什么我国政府修订《稀土工业发展专项规划》,规定调减稀土金属的出口数量,关闭了不少的稀土金属矿呢?
【展示】 提供两份材料和相应图片,指出金属资源的宝贵性:
资料一:一些矿物可供开采的年限(不包括今后新探明的矿物储量、一些国家的金属储备量和金属的回收利用等).
资料二:据有关资料报道,现在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%.
【提问】 金属资源短缺对人类社会发展意味着什么?
阅读资料、思考.
人类需要保护金属资源.
通过具体数字,让学生清楚地认识到金属资源保护的重要性.
【展示】 回收利用废旧金属的图片.
【提问】 请同学们阅读教材19页,总结如何有效保护金属资源.
阅读、回答:
(1)防止金属腐蚀.
(2)回收和利用废旧金属.
(3)合理开采矿物.
(4)寻找金属的代用品.
培养学生阅读和自主学习的能力.
名称
水中主要
存在形态
污染的来源
污染的危害
工业废水最高容许排放浓度(mg·L-1)
饮用水最高容许浓度(mg·L-1)
汞
Hg2+、CH3Hg+
电解食盐厂、汞剂农药、温度计厂废水
引起大脑损伤,手足抽筋(水俣病)
0.05
0.001
镉
Cd2+
金属矿的开采和冶炼、电镀厂、电池厂废水
引起骨骼变脆(痛痛病)及肝、肾和肺的病变
0.1
0.01
铅
Pb2+
铅管道、含铅颜料、加铅汽油的散发物
毒害神经系统和造血系统,引起精神迟钝、贫血等
1.0
0.05
铬
CrO42-
Cr2O72-
冶炼厂、电镀厂、制革、颜料等工业废水
引起皮肤溃疡、贫血、肾炎等,有致癌作用
0.5
0.05
砷
AsO33- AsO43-
冶金、玻璃、陶瓷、制革、染料、农药等工业废水
引起细胞代谢紊乱,胃肠道失常,肾衰退
0.5
0.05
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