2018高中化學(xué) 第三單元 化學(xué)與材料的發(fā)展 3.2.1 從礦石中獲得金屬課件 新人教版選修2.ppt

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課題2金屬材料 第1課時從礦石中獲得金屬 1 會運用金屬冶煉的原理 能根據(jù)金屬活動性的不同選用不同的冶煉方法 2 能說出生鐵的冶煉與煉鋼原理的區(qū)別 3 通過對鋁的生產(chǎn)流程的討論 進(jìn)一步掌握氧化鋁和氫氧化鋁的兩性以及電解氧化鋁的反應(yīng)原理 一 二 一 從礦石中獲得金屬1 獲得金屬材料的過程獲得金屬材料首先要通過化學(xué)方法把金屬從礦石中提取出來 一般要經(jīng)過開采和初步加工階段 主要包括探礦 采礦 選礦等工序 及冶煉階段 2 金屬冶煉的原理金屬冶煉的原理是利用氧化還原反應(yīng)將金屬從其化合物中還原出來 三 一 二 3 金屬冶煉的方法 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程 三 一 二 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石則可通過煅燒 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石 由于低價硫的存在 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 三 一 二 二 鋼鐵的冶煉1 生鐵的冶煉 1 常見鐵礦石名稱及主要成分 2 原理 在高溫下用還原劑將鐵從其氧化物中還原出來 以赤鐵礦為例 用化學(xué)方程式表示為 3CO Fe2O32Fe 3CO2 3 原料 鐵礦石 焦炭 石灰石 空氣 4 石灰石的作用 除去脈石 有關(guān)化學(xué)方程式為 5 設(shè)備 煉鐵高爐 三 一 二 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)生的廢氣有CO CO2 SO2 NO2 爐渣有CaSiO3和少量含C P S Si Mn的化合物及SiO2等 按照化工生產(chǎn)的一般過程 在煉鐵過程的實際生產(chǎn)中必須考慮哪些因素 提示從反應(yīng)原理 生產(chǎn)中原料的選擇 反應(yīng)條件的控制 三廢的處理和能量的充分利用等方面考慮生鐵冶煉中的一些問題 三 一 二 2 鋼的冶煉 1 原理 在高溫下用氧化劑將生鐵中過多的碳和其他雜質(zhì)氧化成氣體或爐渣除去 再添加硅 錳 鋁等其他合金作為脫氧劑 調(diào)整鋼水的成分 2 原料 煉鐵廠的鐵水或廢鋼鐵 3 主要的反應(yīng) 三 一 二 三 三 鋁的冶煉1 原料主要來自鋁土礦 主要成分是Al2O3 2 從鋁土礦中獲得Al2O3的過程 用化學(xué)方程式表示 3 從Al2O3中獲得Al 電解冶煉鋁 1 裝置 鋁電解槽 電解質(zhì)是氧化鋁 冰晶石 Na3AlF6 熔融液 其中也常加入少量的氟化鈣等幫助降低熔點 電極材料 陽極和陰極都以碳素材料做成 一 二 三 2 化學(xué)反應(yīng) 回憶金屬冶煉有哪些常用方法 如何選擇金屬冶煉方法 提示金屬冶煉常用方法有熱分解法 熱還原法 電解法等 選擇金屬冶煉方法要考慮金屬活動性及經(jīng)濟(jì)效益 技術(shù) 環(huán)保等因素 金屬冶煉方法的還原強(qiáng)度順序 電解法 熱還原法 熱分解法 經(jīng)濟(jì)效益高低 熱分解法 熱還原法 電解法 一 二 一 鋼鐵的冶煉1 生鐵和鋼的比較 一 二 2 煉鐵和煉鋼的比較 一 二 一 二 特別提示 從煉鐵高爐和煉鋼爐中都排出爐氣和爐渣 均是環(huán)境污染物 但爐渣可用于制造水泥和磚等建筑材料 爐氣中的CO和大量熱能都可回收利用 實際生產(chǎn)中 控制氧及各種元素含量是煉鋼中的一項關(guān)鍵技術(shù) 一 二 二 鋁的冶煉1 從鋁土礦中獲得純凈的氧化鋁實驗方案 1 實驗方案一及步驟 加足量HCl溶液并過濾 除去SiO2 一 二 2 實驗方案二及步驟 加足量NaOH溶液并過濾 除去Fe2O3 一 二 2 電解氧化鋁煉鋁 1 氧化鋁熔點很高 直接電解要消耗大量電能 在實際生產(chǎn)中要加入冰晶石使它的熔點降低 冰晶石 Na3AlF6 的作用是作為助熔劑 其中也常加入少量的氟化鈣等幫助降低熔點 2 高溫下陽極產(chǎn)生的O2與陽極碳塊反應(yīng)產(chǎn)生CO2放出 所以在反應(yīng)中需要及時更換陽極碳塊 3 一次電解所得鋁的純度可達(dá)99 左右 若要提高純度 則需要進(jìn)行電解精煉 4 鋁的熔點是660 電解鋁反應(yīng)的溫度是1000 左右 所以電解生成的鋁呈液態(tài) 從電解裝置的底部流出 知識點1 知識點2 鋼鐵的冶煉 例題1 金屬材料在人類社會中發(fā)揮著重要的作用 其冶煉過程離不開化學(xué)的支持 鐵是應(yīng)用最廣泛的金屬 自遠(yuǎn)古時代人類就學(xué)會了煉鐵 到目前為止 人類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)示意圖如下 請回答下列問題 知識點1 知識點2 知識點1 知識點2 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 請寫出有關(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 請寫出得到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 知識點1 知識點2 解析 1 高溫下 CaCO3CaO CO2 CaO SiO2CaSiO3達(dá)到除去脈石的目的 2 高爐內(nèi)焦炭在進(jìn)風(fēng)口與熱空氣反應(yīng) 先生成CO2 CO2氣體上升再與熾熱的焦炭反應(yīng)生成CO 3 固體下落 熱空氣上升 使固體顆粒與氣體充分接觸 反應(yīng)充分 是利用了逆流原理 3 使?fàn)t料和熱空氣充分接觸 使反應(yīng)得以順利進(jìn)行 且有利于熱交換 使熱能得以充分利用 知識點1 知識點2 鋁的冶煉 例題2 鋁是地殼中含量最多的金屬元素 1854年法國冶金學(xué)家戴維爾用金屬鈉還原NaAlCl4 獲得了金屬鋁單質(zhì) 1886年 美國人霍爾和法國人埃魯 分別獨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程如圖所示 知識點1 知識點2 請回答下列問題 1 操作 是一種重要的混合物分離方法 實驗室進(jìn)行該項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 3 工業(yè)上電解煉鋁的化學(xué)方程式為 若電路中通過1mol電子 可以得到鋁g 4 電解時加入冰晶石 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 陰極和陽極均由材料做成 電解時所消耗的電極是 填 陽極 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 a 冰晶石b 氧化鋁c 鋁錠d 硫酸鋁 知識點1 知識點2 解析 4 Al2O3熔點很高 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的混合熔融液的密度 故在下層 6 兩極材料均用高熔點 性質(zhì)穩(wěn)定的石墨制作 因陽極上生成氧氣 高溫下石墨會與O2反應(yīng)生成CO2而消耗 7 單質(zhì)鋁來之不易 高耗能 故回收鋁最好是熔化鑄成鋁錠再作為原料使用 減少鋁在冶煉過程中的能耗 答案 1 玻璃棒漏斗 2 Fe2O3 3 2Al2O34Al 3O2 9 4 降低Al2O3的熔化溫度 5 下層 6 石墨棒陽極 7 c 1234 1下列有關(guān)生鐵煉鋼的敘述錯誤的是 A 添加必要的元素 改善鋼材的組織結(jié)構(gòu)和性能B 適當(dāng)降低生鐵中的含碳量 除去大部分硫 磷等雜質(zhì)C 加入硅 錳 鋁等合金元素調(diào)整成分并脫去鋼水中的氧D 除去生鐵中的非金屬元素解析 選項A正確 如添加鎳 鉻等金屬可以防腐 選項B正確 將生鐵煉成鋼的過程就是一個降碳 除大部分硫 磷的過程 選項C正確 在煉鋼結(jié)束時加入硅 錳 鋁等合金元素調(diào)整成分并脫去鋼水中的氧 選項D不正確 鋼仍然是合金 其中肯定有碳 硅等非金屬元素 答案 D 1234 2下列有關(guān)鋁土礦綜合利用的說法中 正確的是 A 鋁土礦提煉鋁時只能用NaOH溶液溶解鋁土礦 不能用酸溶液B 鋁土礦只能提取鋁C 用鋁土礦提取鋁的過程中無有毒氣體產(chǎn)生 所以煉鋁不會對環(huán)境造成任何污染D 鋁土礦提取鋁的過程不涉及置換反應(yīng)答案 D 1234 3 雙選 在煉鋼時 下列作用與所加生石灰有關(guān)的是 A 鋼渣的生成B 降低含碳量C 調(diào)整合金元素的含量D 除去脈石解析 鐵礦石中含有脈石 主要成分是SiO2 加入CaO可生成CaSiO3爐渣 CaO還可以作脫硫劑 答案 AD 1234 4在冶金工業(yè)上 常用電解法得到Na Mg Al等金屬 其主要原因是 A 這些金屬的化合物熔點低B 它們都是輕金屬C 它們的性質(zhì)很活潑D 此方法成本低解析 Na Mg Al性質(zhì)活潑 很難找到合適的還原劑制取單質(zhì) 答案 C