九年级化学下册《金属资源的利用和保护》同步练习及答案

金属资源的利用和保护知识精讲

地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中，除少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外，其余都以化合物形式存在．怎样将自然界中的这些化合物变成能为我们利用的金属单质呢？通过学习本课题，你一定会找到满意的答案．

【课前复习】

※会做了，学习新课有保障1．我们已经接触过的具有还原性的物质有_______________、____________、_________（写化学式）．

2．怎样将氧化铜变成单质铜，写出有关的化学反应方程式．

3．根据你的生活经验，铁制品在___________（填“干燥”或“潮湿”）的空气中容易生锈．

答案：

1．还原性的物质有C，H2，CO．

2．可以在加热或高温的条件下，用还原剂将氧化铜还原成铜．例如：

C＋2CuOCO＋CuO

2Cu＋CO2↑ H2＋CuOCu＋H2OCu＋CO2

3．铁制品易在潮湿的空气中生锈．※先看书，再来做一做

1．把铁矿石冶炼成铁的过程中，主要的反应原理是什么？（用化学方程式表示）

2．在实际生产时，使用的原料或产物一般都含有杂质，在计算时，应先把不纯物的质量转化成_____________．

3．铁生锈的条件是与_________和_________直接接触，用_____________、____________、_____________等方法可以防止钢铁生锈．

4．保护金属资源的有效途径是______________、______________、______________以及______________等．

【学习目标】

1．了解生铁和钢的冶炼方法及原理．

2．探究铁生锈的条件，并能寻找防止铁生锈的方法．3．掌握含杂质计算的计算方法．4．了解保护金属资源的有效途径．

【基础知识精讲】※课文全解一、铁的冶炼

在自然界中没有单质铁存在，要想得到单质铁只能通过铁矿石冶炼．自然界中常见的含铁矿石有磁铁矿（Fe3O4），赤铁矿（Fe2O3），黄铁矿（FeS2），菱铁矿（FeCO3）等，它们是炼

铁的主要原料．在初中阶段，我们只研究磁铁矿和赤铁矿的冶炼．

磁铁矿和赤铁矿所含的主要成分都是铁的氧化物，可以利用还原剂将它们变成单质

铁．反应原理为3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2但在实际生产过程中，把铁矿石炼成铁是一个复杂

的过程．工业上炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭、石灰石和空气；炼铁的主要设备是高炉，冶炼过程如下：

（1）在高温下，焦炭跟氧气反应生成二氧化碳；

C＋O2

（2）二氧化碳被焦炭还原成一氧化碳．

CO2

CO2＋C2CO

（3）一氧化碳再跟铁矿石中的氧化物反应，生成铁．

3CO＋Fe2O3

2Fe＋3CO2

为了确保CO只与Fe2O3反应，还需将矿石中含的杂质SiO2除去．石灰石高温分解成氧化钙，CaCO3

CaO＋CO2↑，氧化钙再与二氧化硅反应，CaO＋SiO2＝＝＝＝CaSiO3（硅酸钙），

硅酸钙作为炉渣会从铁水中分离出来，从而达到除去二氧化硅的目的．

由于铁矿石的成分复杂，所以在实际生产时，所用的原料或产物一般都含有杂质，所以在计算成本或产量时应考虑到杂质问题．

二、含杂质物质的化学方程式计算

化学方程式所表达的都是纯净物质发生化学变化时的相互关系，各化学式所规定的化学量，反映的是纯净物之间的数量关系．

但在现实生活中绝对纯净或理想纯净的物质是不存在的，或多或少都含有杂质，当进行计算时所含杂质改变了各物质间的质量关系．因此当参与反应的物质含杂质时，应先要把含杂质物质的质量换算成纯净物质的质量，再进行计算．

纯物质质量＝不纯物质总量×纯物质所占质量分数

如：有1000 g含Fe2O3 80%的赤铁矿，其中Fe2O3的质量＝1000 g×80%＝80 g，再如，有1000 kg 含杂质4%的生铁，则纯铁质量应是：1000 kg×（1－4%）＝960 kg．

例：某赤铁矿含Fe2O3 80%，用3000 t这种矿石，可炼出含杂质4%的生铁多少吨？分析：计算时应注意把反应物和生成物都换算成纯物质的量，再代入化学方程式计算．解：设3000 t这种矿石，可炼出生铁质量为x，根据题设：纯Fe2O3质量＝3000 t×80%＝2400 t 纯Fe质量＝x·（1－4%）＝x·96%代入化学方程式中：

Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2

160 1122400 t x·96%

160112?2400tx?962?2400tx＝＝1750 t

160?0.96

答：可炼出含杂质4%的生铁1750 t．三、金属资源的保护

常用的金属普遍有比较活泼的化学性质，所以大多数金属易被腐蚀，给人类造成巨大损失．就拿钢铁来说，据有关资料报导，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%，多么触目惊心！多么可惜呀！防止金属腐蚀已成为科学研究中的一个重大问题．

1．钢铁的生锈和防锈

钢铁的生锈，实际上是铁跟空气中的氧气、水等物质发生一系列的化学反应，生成铁锈．铁锈是一种复杂的铁的氧化物的水合物，可用Fe2O3·xH2O表示．

针对铁生锈的条件，人们想出了种种方法跟金属生锈作斗争．最常见的方法是给容易生锈的钢铁穿上“防护盔甲”．你看，大街上跑着的五颜六色小轿车，喷上了亮闪闪的油漆；自行车的钢圈、车把镀上了抗蚀能力强的铬或镍；金属制品、机器零件出厂前，在表面涂上一层油脂等等，都是用的这种方法．更彻底的方法是给钢铁“服用免疫药”，即在钢铁中加入适量的铬和镍，制成“不锈钢”．这种钢具有很强的抵御水和氧气侵蚀的能力；另外还有一种特殊的做法，是将钢铁制品表面做上另一种铁锈——四氧化三铁，它呈蓝黑色，它跟氧化铁的性质不同，它也像铝的氧化物那样致密，对钢铁也有保护作用，这种做法叫烤蓝．你看，战士用的枪支，建筑用的钢筋、铁板，都不是铁原来的银白色，而是黑黝黝的，闪烁着蓝光，这就是经过了烤蓝处理．

2．金属资源保护

矿物的储量有限，而且不能再生．总有一天，这些金属资源会消耗殆尽的．怎样保护金属资源呢？除了前面介绍的应防止金属的腐蚀外，另一条有效途径是金属的回收和利用．

在能源紧张的今天，铝作为贮存能源的“银行”备受青睐．富裕的电力无法贮存，可用来炼铝，炼1千克铝耗电十七八度，铝锭又不锈蚀能长期存放．回收铝所需的能量只有炼铝的1/20，是回收钢铁的1/8，而且回收起来极少损耗．所以国外大量采用铝质包装箱、周转箱．连汽水瓶、罐头盒都是铝膜制的软罐头，建筑行业的脚手架也用铝质的，这一切都为了便于回收，节约能源．

废旧金属的回收利用还可以减少对环境的污染．例如，废旧电池中含有汞等对环境有害的金属元素，如果将废旧电池随意丢弃，汞等渗出会造成地下水和土壤的污染，威胁人类健康．将汞等金属回收利用，不仅可以节约金属资源，还可以减少对环境的污染，所以金属的回收和利用具有重要意义．

保护金属资源的第三条有效途径是应有计划、合理地开采矿物，严禁不顾国家利益乱采矿．另外还可以开发新材料替代金属．例如：已经能用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮，还可以将玻璃经过特殊处理，制成玻璃钢，玻璃钢的硬度极高，与钢铁不相上下，但它十分轻盈，不生锈、不导电，用途十分广泛，可用来制作轿车车身、汽艇外壳、火车车厢、轻型坦克等．

※问题全解

1．怎样防止铁制品生锈？

答：常用的防止铁生锈的方法有：

（1）组成合金，以改变铁内部的组织结构．例如把铬、镍等金属加入普通钢里制成不锈钢，就大大地增加了钢铁制品的抗生锈能力．

（2）在铁制品表面覆盖保护层是防止铁制品生锈普遍而重要的方法．根据保护层的成分不同，可分为如下几种：

a．在铁制品表面涂矿物性油、油漆或烧制搪瓷、喷塑等．例如：车厢、水桶等常涂油漆；机器常涂矿物性油等．

b．在钢铁表面用电镀、热镀等方法镀上一层不易生锈的金属，如锌、锡、铬、镍等．这些金属表面都能形成一层致密的氧化物薄膜，从而防止铁制品和水、空气等物质接触而生锈．

c．用化学方法使铁制品表面生成一层致密而稳定的氧化膜以防止铁制品生锈．（3）保持铁制品表面的洁净和干燥也是防止铁制品生锈的一种很好方法．2．炼铁和炼钢有何不同？

答：炼铁是把铁从矿石中还原出来，而炼钢是把生铁中的碳含量降下来． 原料 原理 主要设备 产品 生铁冶炼 铁矿石、焦炭、石灰石、空气 Fe2O3＋3CO高温2Fe＋3CO2 高炉 生铁 炼钢 生铁、废钢 用氧气或铁的氧化物除去生铁中多余的碳元素 转炉、平炉、电炉 钢 需要注意的是，生铁和钢都是铁的合金，都是不纯的物质，尤其不能把钢看作纯净物．

【学习方法指导】

1．要密切联系生活，将学过的知识积极地运用，加以适当的分析，不需死记硬背．［例1］某同学晚上帮妈妈做饭，切完青菜就将菜刀放在砧板上，第二天早晨发现菜刀生锈了．

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，该同学应该怎么做？

答案：（1）菜刀生锈，生成了与铁不同的物质，即生成了新物质，发生了化学反应．（2）用菜刀切青菜，刀上必沾水，放在砧板上又与空气中的氧气接触，满足了铁锈蚀的条件，所以生锈．（3）为防止菜刀生锈，可将菜刀洗净擦干，放在干燥处即可，或再涂上一层食用油，起到隔绝空气的作用．

点拨：防锈的方法和措施有多种，但我们应考虑到该同学是在家里，因而要防止菜刀生锈，只需用日常常用且简便易行的防锈方法即可．

2．在研究铁的冶炼过程时，应区别焦炭和一氧化碳的作用，虽然焦炭也有还原性，但在炼铁时起还原剂作用的是CO，CO是由焦炭和二氧化碳反应得到的．

［例2］某钢铁厂高炉炼铁的主要原料是焦炭、赤铁矿（主要成分是Fe2O3）、空气等，主要反应过程如下所示：

（1）在上面方框中写出有关反应的生成物的化学式．（2）写出②、③两步反应的化学方程式

②_____________________________ ③______________________________答案：（1）CO2，CO；

（2）CO2＋C2CO，3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2

点拨：解本题的关键是弄清冶铁过程中还原剂是什么？它是怎样生成的？然后根据题目所给条件综合分析，便可迎刃而解．

3．在本课题涉及到的计算中，尤其要注意的是关于不纯物的计算，一定要先将不纯量转化成纯量后再根据方程式计算．