金屬冶煉和金屬材料的保護 課件

課題3金屬冶煉和金屬材料的保護

課題3課堂互動講練知能優(yōu)化訓練課前自主學案課前自主學案1．怎樣由礦石制取金屬(1)金屬的冶煉原理及常見的冶煉金屬的方法①原理自然界中的絕大多數(shù)金屬都以_______________形式存在于礦石中，金屬冶煉是指由礦石制取金屬的生產(chǎn)過程，所以金屬的冶煉通常是一個__________反應的過程，大多數(shù)金屬的冶煉需要使用________將化合態(tài)的金屬還原為__________。由于不同的金屬原子_________能力不同，相應金屬陽離子________能力也不相同，因此對于不同的金屬通常使用不同的方法來進行冶煉?；蠎B(tài)的礦物氧化還原還原劑金屬單質(zhì)失電子得電子強極弱2Na＋Cl2↑還原劑高溫還原2Fe＋3CO2不加熱分解分離(2)高爐煉鐵①煉鐵原理：利用氧化還原反應，在高溫下用__________把鐵礦石里的鐵還原出來。②原料及作用：鐵礦石——鐵成分的來源；________、空氣——燃料供熱和產(chǎn)生_________；石灰石——作為________，除去礦石中的______________。③設備：煉鐵高爐分為5部分，即爐喉、爐身、爐腰、爐腹和爐缸。還原劑焦炭還原劑熔劑脈石(SiO2)鋁土礦(Al2O3·nH2O·Fe2O3·SiO2)高電解槽炭塊4Al3＋＋12e－===4Al6O2－－12e－===3O2↑2．金屬材料的保護(1)金屬材料：對冶煉所得到的金屬進一步加工得到相應的金屬材料。如鋼鐵、鋁合金等。(2)金屬腐蝕是指金屬材料受周圍介質(zhì)的作用而_______。主要有___________和_____________兩類。________________又分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩類。損壞化學腐蝕電化學腐蝕電化學腐蝕(3)金屬保護方法(1)隔絕周圍介質(zhì)的______保護：______保護、鍍層保護等。(2)電化學保護：犧牲_____極的____極保護法、外加直流電源的_____極保護法。(3)改變金屬成分：普通鋼鐵中加入____、____等使其轉(zhuǎn)變?yōu)開________等。表面涂層陽陰陰鉻鎳不銹鋼課堂互動講練要點一金屬冶煉原理及其常用的冶煉方法自然界中除金、鉑等少數(shù)金屬元素僅以游離態(tài)存在外，絕大多數(shù)金屬元素以正價的化合態(tài)存在于自然界的礦石中，要制取金屬單質(zhì)，必須把金屬從其礦石中還原出來。由于金屬陽離子得電子的能力不同，因此，不同的金屬冶煉要采取不同的冶煉方法：人們冶煉并使用的較早的金屬應該是易于冶煉出來的不活潑金屬如Cu、Hg、Ag以及淘出來的金等，其次是用木炭做還原劑冶煉出來的金屬，最后冶煉出來的是活潑金屬(只能通過電解法冶煉的)，所以說，鋁是一種年輕的金屬。例1

下列可被工業(yè)上采用的冶煉方法是(

)A．電解熔融的氯化鋁制鋁B．電解熔融的氯化鎂制鎂C．電解氯化鈉溶液制鈉D．高溫下用H2還原氧化鎂制鎂【解析】氯化鋁是共價化合物，熔融狀態(tài)下以分子形式存在，其中沒有自由移動的離子，故不能用電解熔融氯化鋁的方法制鋁。A不可選。Na＋在水溶液中電解時，電子被H＋得到，因而電解比氫活潑的金屬陽離子的水溶液是得不到金屬單質(zhì)的，C不可選。比Al活潑的金屬很難用一般的還原劑(如H2、CO、C等)把它們從化合物中還原出來；況且，MgO熔點很高，工業(yè)上制取鎂是采用電解熔融MgCl2的方法，D不可選。【答案】

B針對訓練1從金屬利用的歷史來看，先是青銅器時代，而后是鐵器時代，鋁的利用是近百年的事。這個先后順序跟下列有關的是(

)①地殼中的金屬元素的含量②金屬活動性順序③金屬的導電性④金屬冶煉的難易程度⑤金屬的延展性A．①③

B．②⑤C．③⑤

D．②④答案：D要點二高爐煉鐵和電解法煉鋁鐵的活潑性比鋁弱，鐵能用還原劑C、CO、H2、Al等從其化合物中還原出來，考慮到經(jīng)濟效益，不能用H2和Al做還原劑，若用C時，由于C與鐵的氧化物發(fā)生的為固相反應，反應不完全雜質(zhì)太多，因此可以考慮用CO，鋁只能選用電解法冶煉。1．高爐煉鐵：綜合考慮化學原理和原料的經(jīng)濟效益，工業(yè)上設計的高爐，有兩類進口，三類出口。一個在下的進熱空氣口、一個在上的進固體料口——粉碎好并按一定比例配好的鐵礦石、焦炭、石灰石。這樣設計氣體自下向上，固體料從上向下，接觸充分，反應完全。一個在上的出氣口——高爐氣出口，主要成分為N2、CO2，還有少量的CO、礦塵，需經(jīng)過處理獲得燃氣——CO后再排入空氣，一個在下邊的出鐵水的口，還有一個在出鐵水口稍上方的出渣口——主要是硅酸鈣(其密度小于鐵水)，故在鐵水的上邊，這樣得到的鐵由于含有碳、硅、磷等雜質(zhì)被稱為生鐵，性質(zhì)硬而脆，需經(jīng)過除碳、硅、磷等過程——即煉鋼過程。2．電解法煉鋁：鋁土礦中含有許多雜質(zhì)，需從中提取出純凈的Al2O3晶體，利用Al2O3能與燒堿反應的特性，先讓鋁土礦高溫下與NaOH溶液反應制得四羥合鋁酸鈉溶液，再降溫析出Al(OH)3(在此工藝過程中理論上NaOH不消耗，可循環(huán)使用)。然后加熱Al(OH)3得Al2O3；為了降低能耗，電解Al2O3時要加入Na3AlF6以降低Al2O3的熔點。兩電極均采用熔點高的石墨炭塊，由于陽極產(chǎn)生O2與陽極石墨炭塊反應生成碳的氧化物，因此陽極炭塊和Al2O3都要定期補充，且碳的氧化物是CO2、CO的混合氣，因此電解槽要用煙罩罩住，但上邊要有出氣口，氣體經(jīng)除CO2后收集CO作為燃料(或還原劑)，陰極在槽底且下邊有一出鋁水的出口。例2

(2011年煙臺高二測試)我國高爐生產(chǎn)各方面取得了顯著進步，但在資源和能源利用率、高爐大型化、提高產(chǎn)業(yè)集中度以及環(huán)保等方面還跟國際存在很大差距，有待進一步提高，努力向鋼鐵強國邁進。如圖是高爐模型。(1)高爐煉鐵的原料有鐵礦石、焦炭和石灰石，其中起熔劑作用的是__________，目的是除去鐵礦石中的脈石，其產(chǎn)物密度比鐵__________，所以在鐵水的__________(填“上部”或“下部”)形成爐渣而與鐵水分離。(2)焦炭在高爐煉鐵中起著舉足輕重的作用，下列不屬于焦炭作用的是__________。A．作為燃料，為煉鐵中的化學反應提供能量B．作為還原劑與二氧化碳反應產(chǎn)生還原氧化鐵的一氧化碳C．對高爐中的物料起到支撐和疏散的作用D．作為熔劑，除去鐵礦石中的雜質(zhì)(3)高爐煉鐵的污染非常嚴重，目前我國部分大城市中的鋼鐵廠借著搬遷的機會也在進行工藝改進。高爐煉鐵導致的環(huán)境污染有__________。A．臭氧層空洞 B．酸雨C．一氧化碳毒害 D．沙塵暴(4)寫出高爐煉鐵中與碳元素有關的氧化還原反應的化學方程式：__________________________________________?！窘馕觥?/p>

(1)高爐煉鐵的原料中必須有合適比例的石灰石，其作用是作為雜質(zhì)的熔劑，目的就是除去鐵礦石中的脈石(SiO2)，使其轉(zhuǎn)化為熔點比較低的硅酸鈣，反應為：CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2CaSiO3。硅酸鈣的密度比熔融鐵的密度低，所以在高爐中硅酸鈣等爐渣是浮在鐵水之上的。(2)焦炭在高爐煉鐵中的作用是提供能量(作為燃料)、作為還原劑、還有對其中的物料起到支撐和疏散的作用。(3)高爐煉鐵產(chǎn)生的尾氣中含有大量的CO、CO2、粉塵和硫、氮的氧化物，所以高爐煉鐵會加劇酸雨的發(fā)生，還會導致局部地區(qū)中的CO濃度過大，使周圍生物受到毒害。(4)高爐煉鐵中，根據(jù)焦炭的作用，可以寫出其燃燒反應、與二氧化碳的反應、一氧化碳還原氧化鐵的反應。針對訓練2我國古代曾用火燒孔雀石和焦炭混合物的方法煉銅[已知：孔雀石的主要成分為：Cu2(OH)2CO3]寫出該法冶煉銅的化學反應方程式：_________________________________________。1．金屬腐蝕的原理每年被腐蝕報廢的鋼材是其年產(chǎn)量的1/10，鋼鐵的腐蝕包括化學腐蝕和電化學腐蝕，現(xiàn)比較如下：要點三金屬的腐蝕和金屬材料的保護化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學反應(不與電解質(zhì)溶液接觸)不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無電流產(chǎn)生(不發(fā)生原電池反應)有電流產(chǎn)生(發(fā)生原電池反應)本質(zhì)發(fā)生氧化還原反應，金屬被腐蝕氧化反應和還原反應分別在兩極進行，較活潑的金屬被腐蝕相互關系兩種腐蝕往往同時發(fā)生，但電化學腐蝕更普遍其中，普遍存在的是電化學腐蝕，又分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕，比較如下：析氫腐蝕吸氧腐蝕形成條件水膜呈酸性水膜呈弱酸性或呈中性電解質(zhì)溶液溶有CO2的水溶液溶有O2的水溶液析氫腐蝕吸氧腐蝕負極材料Fe負極反應Fe－2e－===Fe2＋正極材料C正極反應2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－析氫腐蝕吸氧腐蝕電子如何流動形成通路Fe失去電子成為Fe2＋進入溶液，F(xiàn)e失去的電子流入C極，H＋趨向于C極與C極上的電子結合生成H2逸出Fe失去電子成為Fe2＋進入溶液，F(xiàn)e失去的電子流入C極，O2在C極獲得電子成為OH－進入溶液最終腐蝕產(chǎn)物鐵銹(Fe2O3的復雜水合物)普遍性吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍2.金屬保護的主要方法(1)根據(jù)金屬腐蝕的原理即與外界介質(zhì)接觸才腐蝕，可采取隔絕外界介質(zhì)的方法——涂層保護和鍍層保護法。(2)根據(jù)電化學腐蝕的原理，即腐蝕的是活潑金屬可采用外接一活潑性強的金屬塊的犧牲陽極的陰極保護法或外接直流電源的陰極保護法。特別提示：通過化學方法研究出金屬材料腐蝕的原因，利用化學原理設計保護金屬材料的方法和采取的措施，這也是學化學的目的。

如圖所示，在大試管里放一段光亮無銹的彎成螺旋狀的鐵絲，把試管倒插入盛有食鹽水的燒杯中，將這個裝置這樣放置約一周后。問：(1)將觀察到的現(xiàn)象是：______________________________________。(2)該實驗驗證了兩個實驗，分別是：_________，__________。例3【解析】該實驗中鐵絲處在含有氧氣(試管中)且為中性電解質(zhì)溶液的環(huán)境中，能發(fā)生吸氧腐蝕，過一段時間會發(fā)現(xiàn)，鐵絲表面有鐵銹生成，試管內(nèi)液面上升(O2完全消耗)時，應升至大約試管容積的1/5處?！敬鸢浮?/p>

(1)鐵絲表面形成一層紅棕色鐵銹；試管內(nèi)水面上升至大約為試管容積的1/5處(2)鋼鐵的吸氧腐蝕空氣中氧氣的體積分數(shù)【思維深化】分析反應原理得出實驗現(xiàn)象。所觀察到的現(xiàn)象是感官感知到的，如：固體的溶解、顏色的變化、氣體的生成、有刺激性氣味等。針對訓練3