高中化學(xué) 第三單元課題二《金屬材料》 新人教選修2

金屬材料選修2《化學(xué)與技術(shù)》第三單元課題二.金屬的廣泛應(yīng)用.我們很少使用純金屬，而主要使用合金。鋁合金鍋鈦合金羽毛球拍鎳合金門鎖.一、從礦石中獲得金屬獲得金屬材料經(jīng)過探礦、采礦、選礦等工序，之后進(jìn)入冶煉階段。金屬冶煉所依據(jù)的原理是利用氧化還原反應(yīng)將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來。我們知道，只有少數(shù)化學(xué)性質(zhì)不活潑的金屬，如金、鉑以及少量的銀和銅在自然界中能以游離態(tài)存在，大多數(shù)金屬是與氧、硫等非金屬單質(zhì)和化合物而存在。金屬冶煉的方法：由于金屬的活動(dòng)性不同，金屬離子得到電子被還原成金屬原子的能力也就不同，因此必須采用不同的冶煉方法。

（1）熱分解法；（2）熱還原法；（3）電解法。.KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAg電解法熱還原法熱分解法不同金屬冶煉方法的選擇KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)Cu

HgAg2HgO==2Hg+O2↑2Ag2O==4Ag+O2↑活潑金屬較活潑金屬不活潑金屬高溫Fe2O3+3CO==2Fe+3CO22Al2O3====4Al+3O2↑2NaCl====2Na+Cl2↑電解電解Cr2O3+2Al==2Cr+Al2O3高溫WO3+3H2==W+3H2O高溫.（1）煉鐵原理:原料:在高溫下用還原劑把鐵從其氧化物中還原出來鐵礦石,焦炭,石灰石,空氣1.鋼鐵的冶煉設(shè)備:高爐主要反應(yīng):Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高溫..鐵合金生鐵鋼（含碳量在2％～4.3％之間,還含硅、錳及少量硫、磷）碳素鋼{低碳鋼（含碳0.3％～0.6％）高碳鋼（含碳0.03％～0.3％）中碳鋼（含碳0.6％～2％）合金鋼：在碳素鋼中加入鉻、錳、鎢、鎳、鉬、鈷等合金元素(如不銹鋼，見書P59表3-2)鋼:用量最大,用途最廣的合金根據(jù)含碳量.（2）煉鋼原理:原料:在高溫下用氧化劑把生鐵里過多的碳和S、P等其他雜質(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，以調(diào)整鋼水的成分制成符合規(guī)格的鋼材。生鐵（液態(tài)）,氧氣（或空氣），生石灰（造渣材料），脫氧劑（硅鐵、錳鐵、鋁等）設(shè)備:平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐.煉鐵和煉鋼的對(duì)比：煉鐵煉鋼原料及其作用主要反應(yīng)原理異同設(shè)備主要化學(xué)反應(yīng)尾氣鐵礦石：鐵來源焦炭、空氣：產(chǎn)生熱量及還原劑CO石灰石：熔劑（除脈石）生鐵或廢鋼鐵氧化劑：O2、富氧空氣、空氣生石灰：造渣、除Si、PSiMnAl：還原劑,除FeO,調(diào)整鋼的成分高溫下，用還原劑(CO)將鐵礦石中的鐵還原出來高溫下，用氧化劑把生鐵中過多的碳和其它雜質(zhì)氧化成氣體或爐渣除去都是利用氧化還原反應(yīng)高爐平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐①還原劑CO的生成：C＋O2→CO2CO2＋C→2CO點(diǎn)燃高溫②鐵的還原：Fe2O3＋3CO→2Fe＋3CO2高溫③爐渣的生成：CaCO3→CaO＋CO2↑CaO＋SiO2→CaSiO3高溫①氧化造渣（降C，調(diào)Si、Mn，除S、P）：2Fe＋O2→2FeO(Fe過量)FeO＋C→Fe＋CO↑2FeO+Si→2Fe+SiO2FeO+Mn→Fe+MnOFeS+CaO→FeO+CaS2P+5FeO+3CaO→5Fe+Ca3(PO4)3②還原FeO(脫氧)，調(diào)節(jié)鋼的成分：2FeO+Si→2Fe+SiO2FeO+Mn→Fe+MnO高溫高溫高溫高溫高溫高溫高溫高溫高爐煤氣（CO、CO2、N2等）棕色煙氣（Fe2O3塵粒、CO等）.2.鋁的冶煉電解鋁的原料主要來自鋁土礦（主要成分Al2O3），其中氧化鋁的含量約為50%～70%，而電解時(shí)，要求氧化鋁的純度不能低于98.5%，因此，工業(yè)上需要先從鋁土礦中獲得符合要求的氧化鋁。這一過程包括三個(gè)環(huán)節(jié)，主要利用了氫氧化鋁的兩性：a.將鋁土礦中的氧化鋁溶解在NaOH溶液中：Al2O3+2NaOH==2NaAlO2+H2Ob.向偏鋁酸鈉溶液中通入CO2，析出氫氧化鋁：NaAlO2+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+NaHCO3c.使氫氧化鋁脫水生成氧化鋁：2Al(OH)3==Al2O3+3H2O.陽(yáng)極：6O2--12e-=3O2↑陰極：4Al3++12e-=4Al通電總式：2Al2O34Al+3O2↑冶煉鋁的原理:助熔劑：冰晶石（Na3AlF6六氟合鋁酸鈉）陽(yáng)極材料(碳)和熔融氧化鋁需要定期補(bǔ)充思考:工業(yè)上為什么用電解熔融氧化鋁的方法冶煉鋁而不用AlCl3?.冶煉鋁的電解槽陽(yáng)極C煙罩熔融態(tài)鋁鋼殼鋼導(dǎo)電棒陰極C耐火材料電解質(zhì)氧化鋁和冰晶石..二、金屬的腐蝕及防止我國(guó)作為世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國(guó)家（2005年全國(guó)生產(chǎn)鋼材37117.02萬(wàn)噸），每年被腐蝕的鐵占到我國(guó)鋼鐵年產(chǎn)量的十分之一，因?yàn)榻饘俑g而造成的損失占到國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的2%~4%；約合人民幣：3000億元（2005年我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值將達(dá)15萬(wàn)億元）。根據(jù)各國(guó)調(diào)查結(jié)果，一般說來，金屬腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失大致為該國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值的4%左右。另?yè)?jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，金屬腐蝕的年損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水災(zāi)、火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震（平均值）損失的總和，在這里還不包括由于腐蝕導(dǎo)致的停工、減產(chǎn)和爆炸等造成的間接損失?？春螅耗阌泻胃邢?？.金屬陽(yáng)離子失e-氧化反應(yīng)3、金屬腐蝕的類型化學(xué)腐蝕（溫度的影響很大）電化腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕（常見、普遍）（一）、金屬的腐蝕金屬原子2、金屬腐蝕的本質(zhì)：1、金屬腐蝕：是指金屬或合金跟接觸的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。M–ne-→Mn+.化學(xué)腐蝕與電化腐蝕的比較:化學(xué)腐蝕電化腐蝕條件現(xiàn)象本質(zhì)聯(lián)系金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸無(wú)電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生金屬被氧化較活潑金屬被氧化兩者往往同時(shí)發(fā)生，電化腐蝕更普遍.中性溶液或酸性很弱——吸氧腐蝕（鋼鐵腐蝕的主要情況）2H2O+O2+4e－=4OH－Fe－2e-=Fe2+正極：得電子負(fù)極：失電子.2H++2e-=H2↑酸性較強(qiáng)——析氫腐蝕Fe－2e-=Fe2+正極：負(fù)極：.鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較Fe2O3·nH2O（鐵銹）通常兩種腐蝕同時(shí)存在，但以后者更普遍。析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜呈酸性。水膜呈中性或酸性很弱或堿性電極反應(yīng)負(fù)極Fe(-)Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+正極C(+)2H++2e-=H2↑O2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng):Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3聯(lián)系.（二）、金屬腐蝕的防止和利用金屬腐蝕的防護(hù)方法1.金屬表面覆蓋保護(hù)層如油漆、油脂等，在金屬表面氧化形成致密的氧化物薄膜作保護(hù)層。原理：隔絕金屬與外界空氣、電解質(zhì)溶液的接觸。2.電鍍?nèi)珉婂円恍┰诳諝饣蛉芤豪锊灰装l(fā)生化學(xué)變化的金屬（如Cr、Zn、Ni等）或合金作保護(hù)層。原理：應(yīng)用電解原理，鍍件作陰極鍍層金屬作陽(yáng)極。.3.改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.電化學(xué)保護(hù)法原理：形成原電池反應(yīng)時(shí)，讓被保護(hù)金屬做正極，不反應(yīng)，起到保護(hù)作用，而活潑金屬發(fā)生氧化反應(yīng)被腐蝕或讓被保護(hù)金屬做電解池的陰極而受到保護(hù)。如將Cr、Ni等金屬加進(jìn)鋼里制成不銹鋼。金屬防腐的方法還有很多，例如，可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)條件選用不同的金屬或非金屬材料；也可以控制和改善環(huán)境氣體、液體介質(zhì)（如選用緩蝕劑）。實(shí)際上，金屬防腐包括生產(chǎn)設(shè)計(jì)、選材、防腐措施、施工、監(jiān)測(cè)、管理、維護(hù)等環(huán)節(jié)，常常需要進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和決策等等。.金屬腐蝕的利用

金屬腐蝕的會(huì)帶來嚴(yán)重危害和損失，但也可被利用來進(jìn)行材料加工。例如：化學(xué)蝕刻就是利用腐蝕原理進(jìn)行金屬定域“切削”的加工方法（如書圖3-28所示）化學(xué)蝕刻不僅適用于難切削的不銹鋼、鈦合金、銅合金等，更廣泛地用于印刷電路的銅布線腐蝕、半導(dǎo)體器件與集成電路制造中的精細(xì)加工等?？茖W(xué)視野——化學(xué)鍍.1.埋在地下的自來水鐵管，在下列情況被腐蝕的速率最慢的是：Ａ.在含有鐵元素較多的酸性土壤中Ｂ.在潮濕、疏松的土壤中Ｃ.在自來水的鐵管上用導(dǎo)線連接一塊鋅塊后，再埋入不透氣的土壤中Ｄ.在自來水鐵管上用導(dǎo)線連接銅塊后，再埋入潮濕、松的土壤中課堂練習(xí)C.2.下列現(xiàn)象與電化學(xué)腐蝕無(wú)關(guān)的是：Ａ.黃銅（銅鋅合金）制作的銅鑼不容易生銹Ｂ.生鐵比軟鐵芯（幾乎是純鐵）