第八单元
金属和金属材料
第
3节金属资源的利用和保护
【知识梳理】
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
Fe
3
O
4
）、赤铁矿（主要成分是
Fe
2
O
3
）菱铁矿（
FeCO
3
）
,铝土矿（Al
2
O
3
）
,黄铜矿（
CuFeS
2
），辉铜矿（
Cu
2
S
）
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 + Fe
2
O
3
高温
2Fe + 3CO
2
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
CO
2
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+O
2
点燃
CO
2
，
CO
2
+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 + Fe
2
O
3
高温
2Fe + 3CO
2
，
CO
2
+Ca(OH)
2
＝
CaCO
3
↓
+H
2
O
，
2CO+O
2
点燃
2CO
2
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
O
2
、水接触（铁锈的主要成分：
Fe
2
O
3
·
XH
2
O
）
（铜生铜绿的条件：铜与
O
2
、水、
CO
2
接触。铜绿的化学式：
Cu
2
(OH)
2
CO
3
）
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
【诊断自测】
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.
①
③
B.
②
⑤
C.
③
⑤
D.
②
④
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.（2015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。
【考点突破】
类型一： 金属矿物
例
1.（2015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Cu
2
（
OH）
2
CO
3
的相对分子质量为
222，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）
①
B
②元素种类； 64×2+16×5+1×2+12×1；（
2
）
①3CO+Fe
2
O
3
高温
2Fe+3CO
2
；
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，
2000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2 240 t，则需要含Fe
2
O
3
80％的赤铁矿多少吨？
答案：
3880 t
解 析 ：
设需要含
Fe
2
O
3
80%赤铁矿的质量为x
Fe
2
O
3
+3CO
2Fe+3CO
2
160
112
x×80%
2240 t×(1-3%)
x
=3880 t
答：需要含
Fe
2
O
3
80%的赤铁矿3880 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Fe
2
O
3
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）
郑州哪里可借卵做试管3CO+Fe
2
O
3
高温
2Fe+3CO
2
（
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。
【易错精选】
1
．（
2015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？
【精华提炼】
一、铁的锈蚀
1.铁生锈的条件是：铁与
O
2
、水接触（铁锈的主要成分：
Fe
2
O
3
·XH
2
O）
（铜生铜绿的条件：铜与
O
2
、水、
CO
2
接触。铜绿的化学式：
Cu
2
(OH)
2
CO
3
）
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
【本节训练】
训练【
1】
下列铁的化合物中，铁元素的质量分数最高的是（
）
A.FeCl
2
B.FeOC.Fe
3
O
4
D.Fe
2
O
3
训练【
2】
把铁片放入下列溶液中充分反应后，无明显现象的是（
）
A.稀H
2
SO
4
B.稀HCl
C.CuSO
4
溶液
D.FeSO
4
溶液
训练【
3】
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【
4】
遇稀盐酸不产生气体的是（
郑州哪里可以供卵试管）
A.铁片
B.铜片
C.铝片
D.石灰片
训练【
5】
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【
6】
铜在潮湿的空气中生锈，生成铜绿［
Cu
2
(OH)
2
CO
3
］
,写出反应的化学方程式：
_____________
。
训练【
7】
（
2015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
Fe
2
O
3
）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 + Fe
2
O
3
2Fe +3CO
2
，其中发生氧化反应的物质是
（
）
A．CO
B．Fe
2
O
3
C．Fe
D．CO
2
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.（2015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
3
0
4
)、赤铁矿(主要成分是Fe
2
O
3
)、褐铁矿(主要成分是Fe
2
O
3
·
3H
2
O)、菱铁矿(主要成分是FeCO
3
)、黄铁矿(主要成分是FeS
2
)。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0.4 g；另一份与足量的硫酸铜充分反应，经过滤、烘干，得固体25.6 g。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
【诊断自测】
1.
B2.
D3.
B
4.焦炭、铁矿石、空气、石灰石；
3CO + Fe
2
O
3
高温
2Fe + 3CO
2
；高炉；铁和碳；碳，高，低。
5.
（
1
）混合物（
2
）
延展性（
3
）潮湿空气（
O
2
和
H
2
O
）
【易错精选】
1
．（
1）溶液
由
蓝色变为浅绿色，生成红色固体
Fe+CuSO
4
=
FeSO
4
+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。
【本节训练】
训练【
1】
B
训练【
2】
D
训练【
3】
B
训练【
4】
B
训练【
5】
浪费
环境污染
回收
利用
训练【
6】
2Cu+O
2
+CO
2
+H
2
O
==
Cu
2
(OH)
2
CO
3
训练【
7
】
（
1）B
（
2
）
刷漆
（
3
）
3CO+Fe
2
O
3
高温
2Fe+3CO
2
基础巩固
1.
D
2.
A3. A4.
B5.
D6. A7.
A8.
B
巅峰突破
1.
D2.
C3.
C4.
D5.
A
6.
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
）
Al
2
O
3
（
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
SO
2
气体。
13.
46.7%
14.
B
1、取卵前，至少提前一个月开始就戒烟、戒酒。
2、取卵前，各位女性朋友应当多吃一些能够提高卵子质量的食物。
3、取卵前一晚，应当沐浴更衣，做好个人卫生。
4、取卵前一晚，应当把第二天要随身携带的证件等物品，都准备好，以免遗漏。
1、做试管婴儿，必须有三证:结婚证、夫妇身份证及准生证。
2、男方需化验精液及体检。
3、女方体检:如妇科检查、排除传染病及性病的验血检查、基础内分泌激素测定(月经第
个人认为，做试管前，至少需要做以下三个准备：
首先，需要做好心理准备。
走到试管这一步的夫妻，大部分都已经备孕多年，内心难免都会有点焦虑、急躁的情绪，都期待通过试管婴儿能一次成功，顺利获得宝宝。然而，目前国内试管成功率大概在60-70%左右，不管哪个医院，都无法保证100%成功。因此，需要提前准备好一个健康、良好的心态。
如果太过盲目乐观，认为做试管是分分钟成功的事，可能遇到些小挫折、小困难，则容易希望越大，失望也会越大，会更加无法接受。
如果太过负面悲观，往往会自怨自艾，很容易给自己加上沉重的精神枷锁，看自己很没用，看别人也不顺眼。从自我怀疑、自我否定开始，向自我消沉发展，陷入恶性循环。万一一次没能成功，还可能陷入“破罐破摔”的极端，有人会茶饭不思，有人会萎靡不振，甚至有人因此婚姻都走到了尽头。
所以，在做试管之前，首先要先调整好自己的心理，让心态放平、放松，正确面对在试管中可能面临的问题与困难，积极配合医生的治疗和方案。
其次，需要做好身体准备。
试管过程中，很多都是激素类药物，有一定的副作用，有些手术、检查也有一定的痛苦性，良好的身体条件不仅能提高成功率，也能缩短后期恢复的时间。
比如对女性而言，加强健身运动，促进气血循环，加强子宫、卵巢的血液供给，能改善卵子质量，提高胚胎着床率。
对男性而言，在试管前少烟少酒少熬夜，注重饮食、作息与运动，也能提高精子质量，从而提高胚胎受精率和存活率。
由于精子、卵子的成熟需要几个月时间。因此在试管前，最好能提前打好身体基础，而不是临时抱佛脚。尤其如果之前有熬夜、烟酒、饮食不规律等不良习惯的话，需要更长一段时间来恢复和调整。
最后，需要做好金钱准备。
一般而言，试管受不同地区、不同用药、不同方案影响，价格不尽相同，大部分在3-5万元左右。虽然是分摊到各个流程中单独收费，但总体还是一笔不小的费用。
因此，在做试管前，也需要做好金钱方面的准备，避免马上要用药、手术了，临时捉襟见肘的情况。
做试管是一个因人而异的过程，有的人很幸运，一次成功，用时也短；有的人则可能需要多折腾几次，花费几个月甚至几年的时间。但是，在试管之前，这三个准备都是非常必要的，有助于达到事半功倍的效果。
最后祝大家苦尽甘来，“好孕”来。
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