高中化學(xué) 3.2金屬材料課件 新人教版選修2.ppt
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課題2 金屬材料,2Fe+3CO2,4Al+3O2↑,2CuO+CO2↑+H2O,1.寫(xiě)出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式:,地殼中含量最多的金屬元素是什么?人們對(duì)它的使用如何? 提示 鋁在地殼中的含量?jī)H次于氧和硅,居金屬元素的首位,約為8.8%。但人類(lèi)大量使用鋁制品卻很晚,這是由于鋁是一種非?;顫姷慕饘伲诎l(fā)明電解法冶鋁之前,只能用比鋁更為活潑的金屬來(lái)還原。因此,產(chǎn)量很低而成本很高。 20世紀(jì)50年代后,世界上鋁的年產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)銅,其產(chǎn)量約占有色金屬總產(chǎn)量的一半成為僅次于鋼鐵的第二大金屬材料。,2.,掌握煉鐵、煉鋼、電解法制鋁的原理。 了解金屬腐蝕和防護(hù)的有關(guān)知識(shí)。 能舉例說(shuō)明金屬材料的特點(diǎn)。 舉例說(shuō)明用化學(xué)方法進(jìn)行金屬材料表面處理的原理。,1.,2.,3.,4.,生鐵的冶煉 (1)幾種礦石的主要成分:磁鐵礦______,赤鐵礦_____ ,褐鐵礦_____________ ,黃鐵礦_____。 (2)原理:在高溫下用______________________________。以赤鐵礦為例,用化學(xué)方程式表示為: ___________________________。 (3)原料: ______ 、 _____ 、 ______ 、 ______。,1.,Fe3O4,Fe2O3,2Fe2O3·3H2O,FeS2,還原劑將鐵從其氧化物中還原出來(lái),鐵礦石,焦炭,石灰石,空氣,(4)石灰石的作用:_________,有關(guān)化學(xué)方程式為: _______________________ , _____________________ 。 (5)設(shè)備:_________。 鋼的冶煉 (1)原理:在高溫下用________________________________ ________________________,再添加硅、錳、鋁等其他合金作為_(kāi)______,調(diào)整鋼水的成分。 (2)原料:_____________________。 (3)主要的反應(yīng):________________;_____________ _____;,2.,除去脈石,煉鐵高爐,氧化劑將生鐵中過(guò)多的碳和其他雜,脫氧劑,煉鐵廠的鐵水或廢鋼鐵,質(zhì)氧化成氣體或爐渣除去,_________________________; ______________________________ 。 (4)設(shè)備:氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐。 鋁的冶煉 (1)原料:_______。 (2)提純Al2O3,用化學(xué)反應(yīng)方程式表示為: ①________________________________; ②__________________________________________; ③__________________________。,3.,鋁土礦,Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O,NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3,(3)電解Al2O3 ①電解質(zhì)是________________________________ ,常加入少量降低熔點(diǎn)的物質(zhì)是_______,陽(yáng)極和陰極的材料是_________,在電解槽中進(jìn)行。 ②電解原理: 總反應(yīng)式:______________________________。 電極反應(yīng): 陽(yáng)極:____________________; 陰極:__________________。,冰晶石(Na3AlF6)和氧化鋁的熔融液,氟化鈣,碳素材料,6O2--12e-===3O2↑,4Al3++12e-===4Al,水膜酸性較強(qiáng),水膜酸性很弱,2H++2e-===H2↑,O2+4e-+2H2O===4OH-,Fe-2e-===Fe2+,2Fe-4e-===2Fe2+,呈中性,獲得金屬材料的過(guò)程是怎樣的? 提示 獲得金屬材料首先要通過(guò)化學(xué)方法把金屬?gòu)牡V石中提取出來(lái),一般要經(jīng)過(guò)開(kāi)采和初步加工(主要包括探礦、采礦、選礦等工序)及冶煉階段。,【慎思1】,金屬冶煉的基本原理是什么? 提示 金屬冶煉的基本原理是利用氧化還原反應(yīng)將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來(lái)。,【慎思2】,金屬冶煉的方法有哪些? 提示 (1)火法冶金:是指利用高溫從礦石中提取金屬或其他化合物的冶金方法。 (2)濕法冶金:是指在水溶液或非水溶液中進(jìn)行,包括氧化還原反應(yīng)、中和反應(yīng)、水解反應(yīng)等,對(duì)原料(礦石、精礦等)中間產(chǎn)物或再生資源中的金屬進(jìn)行提取和分離的冶金過(guò)程。,【慎思3】,從氧化物、碳酸鹽、硫化物中冶煉金屬有哪些不同?為什么? 提示 以氧化物形式存在的金屬礦石可直接用還原劑還原,如生鐵的冶煉;以碳酸鹽形式存在的金屬礦則可通過(guò)煅燒(在缺少空氣條件下加熱至高溫但不使?fàn)t料熔化)分解生成金屬氧化物或金屬,然后再將金屬氧化物還原;以硫化物形式存在的金屬礦,由于低價(jià)硫的存在,所以先要焙燒(在有空氣條件下加熱至高溫但不使?fàn)t料熔化)生成金屬氧化物或金屬,然后再將金屬氧化物還原。,【慎思4】,高爐煉鐵產(chǎn)生的廢氣、廢渣的成分是什么? 提示 高爐煉鐵中產(chǎn)生的廢氣、廢渣的主要成分:廢氣有CO、CO2、SO2、NO2,爐渣有CaSiO3、少量含C、P、S、Si、Mn的化合物及SiO2等。,【慎思5】,金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)是什么?有幾種情況? 提示 (1)實(shí)質(zhì) 金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬與其接觸的其他物質(zhì)在一定條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)而被氧化。 (2)分類(lèi) ①化學(xué)腐蝕:金屬材料與接觸的一些物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。 ②電化學(xué)腐蝕:不同金屬或不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸,因發(fā)生原電池反應(yīng),比較活潑的金屬失電子而被氧化的腐蝕。,【慎思6】,化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的最大區(qū)別在哪里? 提示 化學(xué)腐蝕的過(guò)程無(wú)電流產(chǎn)生,而電化學(xué)腐蝕因發(fā)生原電池反應(yīng)而有電流產(chǎn)生。,【慎思7】,續(xù)表,①,②,①,②,在煉鐵、煉鋼過(guò)程中都有碳參加反應(yīng)。下列有關(guān)碳參加反應(yīng)的敘述正確的是 ( )。 A.兩個(gè)過(guò)程中碳原子都被氧化,都只起著提供熱源的作 用 B.煉鐵過(guò)程中碳被氧化,既起產(chǎn)生熱量的作用,又起產(chǎn) 生CO的作用 C.煉鋼過(guò)程中碳被還原,從而達(dá)到降低含碳量的目的 D.煉鐵過(guò)程中碳參加反應(yīng),只起產(chǎn)生CO的作用,【例1】?,答案 B,煉鋼的目的是降低生鐵中碳的含量,除去P、S等有害元素,調(diào)整Si、Mn、Cr等合金元素的含量。所以在煉鋼時(shí)常根據(jù)需要加入適量的Si、Mn、Cr、Ni等元素,既起到脫氧作用,又能調(diào)整合金成分的含量。,金屬材料在人類(lèi)社會(huì)中發(fā)揮著重要的作用,其冶煉過(guò)程離不開(kāi)化學(xué)的支持。,【體驗(yàn)1】?,高爐煉鐵示意圖,鐵是應(yīng)用最廣泛的金屬,自遠(yuǎn)古時(shí)代人類(lèi)就學(xué)會(huì)了煉鐵,到目前為止,人類(lèi)研制出很多煉鐵的方法。某研究性學(xué)習(xí)小組查閱了工業(yè)煉鐵的有關(guān)資料后,發(fā)現(xiàn)目前多采用高爐煉鐵這種主流方法,其生產(chǎn)示意圖如上,請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)已知鐵礦石中有一些難熔化的脈石(SiO2),在鐵礦石中加入一定比例的石灰石就是為了除去這些脈石,形成的物質(zhì)就是爐渣的主要成分,請(qǐng)寫(xiě)出有關(guān)化學(xué)方程式:__________________________,______________________。 (2)鐵礦石中加入一定比例的焦炭的目的是生成還原劑CO,請(qǐng)寫(xiě)出得到CO的化學(xué)方程式:__________________________, ___________________________________________________。,(3)熱空氣從高爐下部通入,而爐料從高爐頂部投入,這樣操作的主要目的是______________________________。,鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕的比較,1.,影響金屬腐蝕快慢的因素 (1)與構(gòu)成原電池的材料有關(guān),兩極材料的活動(dòng)性差別越大,電動(dòng)勢(shì)越大,氧化還原反應(yīng)的速率越快,活潑金屬被腐蝕就越快。 (2)與金屬所接觸的電解質(zhì)強(qiáng)弱有關(guān),活潑金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕,在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在弱電解質(zhì)溶液中的腐蝕。 一般說(shuō)來(lái)可用下列原則判斷: 電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防腐措施的腐蝕,2.,金屬腐蝕的防護(hù)方法 (1)改變金屬的組成結(jié)構(gòu)。例如在鐵中加入一定比例的鉻煉制得鉻鋼,具有很高的耐腐蝕性。含鉻又含鎳的鉻鎳不銹鋼,其耐腐蝕性更好。 (2)在金屬表面覆蓋一層保護(hù)層,使金屬與周?chē)哂懈g性的氣體和電解質(zhì)溶液隔離,便可保護(hù)金屬,防止金屬腐蝕。如在金屬表面上噴漆、電鍍或覆蓋搪瓷,使表面鈍化等。 (3)電化學(xué)保護(hù)法 犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法:此法應(yīng)用原電池原理,讓被保護(hù)金屬作為正極,另找一種活潑性較強(qiáng)的金屬作為負(fù)極。例如在鍋爐內(nèi)壁、船舶外殼裝上若干鋅塊,就可保護(hù)鋼鐵設(shè)備。 發(fā)生的電極反應(yīng):,3.,外加電流的陰極保護(hù)法:此法應(yīng)用電解原理,讓被保護(hù)金屬作陰極,惰性電極作輔助陽(yáng)極,兩者都存在于海水中,接上直流電源。例如鐵閘門(mén),可用此法防止腐蝕。此法中陽(yáng)極上放電的微粒是海水中的陰離子,陰極上放電的微粒是海水中的陽(yáng)離子。,下列關(guān)于金屬保護(hù)方法的說(shuō)法正確的是 ( )。 A.我們使用的快餐杯表面有一層搪瓷,若搪瓷層破損后 仍能起到防止鐵生銹的作用 B.白鐵(鍍鋅鐵)鍍層破損后鐵皮的腐蝕速率很慢 C.輪船船殼的吃水線以下常裝有一些鋅塊,這是利用了 犧牲陰極的陽(yáng)極保護(hù)法 D.鋼鐵制造的暖氣管道外常涂有一層瀝青,這是鋼鐵的 電化學(xué)保護(hù)法,【例2】?,解析 A選項(xiàng)中涂層破損后金屬鐵直接暴露在空氣中,因而搪瓷層不能對(duì)破損部位形成有效地保護(hù);B選項(xiàng)中鍍層破損后由于鋅的還原性比鐵強(qiáng),發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)鋅作負(fù)極被腐蝕,從而保護(hù)鐵不被腐蝕;C選項(xiàng)應(yīng)是犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法;D選項(xiàng)暖氣管道外涂有一層瀝清,這是鋼鐵的表面保護(hù)法,不是電化學(xué)保護(hù)法。 答案 B,(1)犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法——原電池原理。 在被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備上裝上若干較活潑金屬如Zn,讓被保護(hù)的金屬作原電池的正極。 (2)外加電流的陰極保護(hù)法——電解池原理用被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作陰極,惰性電極作陽(yáng)極,外接直流電源。,某學(xué)生在A、B、C、D四只小燒瓶中分別放入干燥的細(xì)鐵絲、浸過(guò)食鹽水的細(xì)鐵絲、浸過(guò)清水的細(xì)鐵絲、食鹽水及細(xì)鐵絲(并使鐵絲完全浸沒(méi)在食鹽水中)。然后分別裝配成如下圖所示的裝置,每隔一段時(shí)間測(cè)量導(dǎo)管中水面上升的高度,結(jié)果如下表所示(表中所列數(shù)據(jù)為導(dǎo)管中水面上升的高度/cm),回答下列問(wèn)題:,【體驗(yàn)2】?,(1)為什么有的導(dǎo)管中水面會(huì)上升?__________________。 (2)上述實(shí)驗(yàn)中,鐵生銹的速率由大到小的排列順序?yàn)開(kāi)_________(填小燒瓶的字母編號(hào))。 (3)影響鐵生銹的因素除氧氣外還有_________________。 (4)日常生活中常見(jiàn)到鐵制品生成鐵銹,試寫(xiě)出鐵制品生成鐵銹(Fe2O3·xH2O)的化學(xué)方程式__________________。 (5)通過(guò)上面的研究,你認(rèn)為在日常生活中應(yīng)該如何保護(hù)鐵鍋等鐵制品? ________________________________________________________________________。,解析 (1)金屬腐蝕在電解質(zhì)溶液近于中性的情況下會(huì)發(fā)生吸氧腐蝕,其正極反應(yīng)為:2H2O+O2+4e-===4OH-,從而使燒瓶?jī)?nèi)氧氣被消耗,導(dǎo)致燒瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小,因此導(dǎo)管中水面上升。 (2)導(dǎo)管中水面上升的速率越快,表示鐵生銹的速率越快,從表中數(shù)據(jù)可知鐵生銹的速率由大到小的順序?yàn)锽CA=D。 (3)將A、B、C對(duì)比可知影響鐵生銹的因素除氧氣外還有電解質(zhì)溶液。 (4)發(fā)生的反應(yīng)為4Fe+3O2+2xH2O===2(Fe2O3·xH2O)。 (5)通過(guò)研究知,在日常生活中保護(hù)鐵鍋應(yīng)注意洗凈、擦干、涂油等。,答案 (1)中性條件下,鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕,氧氣消耗后,燒瓶?jī)?nèi)氣體減少,導(dǎo)致燒瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小,因此導(dǎo)管中水面上升 (2)BCA=D (3)電解質(zhì)溶液 (4)4Fe+3O2+2xH2O===2(Fe2O3·xH2O) (5)洗凈、擦干、涂油等,鋁是地殼中含量最多的金屬元素,1854年法國(guó)冶金學(xué)家戴維爾用金屬鈉還原氯化鈉和氯化鋁的復(fù)鹽,獲得了金屬鋁單質(zhì)。1886年,美國(guó)人霍爾和法國(guó)人埃魯,分別獨(dú)立地電解熔融的氧化鋁和冰晶石的混合物,制得了金屬鋁,奠定了今天大規(guī)模生產(chǎn)鋁的基礎(chǔ)。 工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁的原料是鋁土礦(主要成分為Al2O3,另含有Fe2O3),工業(yè)中得到較純氧化鋁的過(guò)程如圖所示:,實(shí)驗(yàn)探究八 從鋁土礦中冶煉鋁,【案例】?,試回答下列問(wèn)題: (1)操作Ⅰ是一種重要的混合物分離方法,實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行該項(xiàng)操作用到的玻璃儀器有燒杯、__________、____________。 (2)經(jīng)分析不溶物A的主要成分為_(kāi)_________。 (3)工業(yè)上電解煉鋁的化學(xué)方程式為:________________,若電路中通過(guò)1 mol電子,可以得到鋁__________g。 (4)電解時(shí)加入冰晶石(Na3AlF6)的作用是____________。 (5)電解生成的金屬鋁是在熔融液的________(填“上層”或“下層”)。,(6)陰極和陽(yáng)極均由________材料做成;電解時(shí)所消耗的電極是__________(填“陽(yáng)極”或“陰極”)。 (7)鋁是高耗能產(chǎn)品,廢舊鋁材的回收利用十分重要。在工業(yè)上,最能體現(xiàn)節(jié)能減排思想的是將回收鋁做成________(填代號(hào))。 a.冰晶石 b.氧化鋁 c.鋁錠 d.硫酸鋁 解析 (1)操作Ⅰ的方法是過(guò)濾,所用玻璃儀器有玻璃棒、漏斗和燒杯。 (2)Fe2O3不與NaOH溶液反應(yīng),作為不溶物被濾出。,每轉(zhuǎn)移1 mol電子,可生成9 g Al。 (4)Al2O3熔點(diǎn)很高,不易熔化,而Na3AlF6易熔化,Al2O3可溶解于液態(tài)Na3AlF6中。故冰晶石的作用是降低Al2O3的熔化溫度。 (5)Al的密度大于Al2O3和Na3AlF6的混合熔融液,故在下層。 (6)兩極材料均用高熔點(diǎn)、性質(zhì)穩(wěn)定的石墨制作,因陽(yáng)極上生成氧氣,高溫下石墨會(huì)與O2反應(yīng)生成CO2而消耗。 (7)單質(zhì)鋁來(lái)之不易(高耗能),故回收鋁最好是熔化鑄成鋁錠再作為原料使用,減少鋁在冶煉過(guò)程中的能耗。,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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