课题2金属材料（第一课时）

课题课题2 2 金属材料金属材料( (第一课时第一课时) )一、从矿石中获得金属一、从矿石中获得金属根据所学过内容思考交流金属的冶炼方法？根据所学过内容思考交流金属的冶炼方法？ 自古以来，坚硬刚强的金属材料与自古以来，坚硬刚强的金属材料与人类建立了悠久而深厚的感情，即使人类建立了悠久而深厚的感情，即使在新材料层出不穷的今天，金属材料在新材料层出不穷的今天，金属材料的产量和使用方面依然占有极其重要的产量和使用方面依然占有极其重要的地位，金属的物理化学性质是金属的地位，金属的物理化学性质是金属冶炼、金属材料加工使用的依据。冶炼、金属材料加工使用的依据。 冶炼金属的方法冶炼金属的方法热分解法热分解法2HgO=Hg+O22Ag2O=4Ag+O2热还原法热还原法Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 高温高温高温高温CuO+H2=Cu+H2O高温高温Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3电解法电解法电解电解2Al2O3=4Al+3O2电解电解2NaCl=2Na+Cl2高温高温2CuO+C=2Cu+CO2 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag金属活动性：金属活动性：强强弱弱电解法热还原法热还原法热分解法热分解法不同金属冶炼方法的选择不同金属冶炼方法的选择K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag（1 1）基本反应原理：）基本反应原理：3CO+ Fe3CO+ Fe2 2O O3=3=2Fe+3CO2Fe+3CO2 2高温高温利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要是利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要是CO)从铁矿石中还原出铁。从铁矿石中还原出铁。（2）设备：高炉）设备：高炉（3）原料：）原料：铁矿石，焦炭，石灰石，空气铁矿石，焦炭，石灰石，空气 （4）炼铁的主要反应过程）炼铁的主要反应过程：铁分布广铁分布广, ,地壳中含铁近地壳中含铁近5%,5%,仅次于铝仅次于铝. .铁的化学性质较活铁的化学性质较活泼泼, ,因此以化合物形式存在因此以化合物形式存在, ,常见铁矿在磁铁矿常见铁矿在磁铁矿( (主要成分主要成分Fe3O4) Fe3O4) 菱铁矿菱铁矿( (主要成分主要成分FeCO3)FeCO3)等等. .1 1、钢铁的冶炼、钢铁的冶炼C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2主要反应 （1）还原剂的形成 CO2CO2Q CO2C2COQ （2）铁的还原 Fe2O33CO2Fe3CO2 （3）炉渣的形成 CaCO3CaOCO2 CaOSiO2CaSiO3点燃高温高温高温高温问题1：原料中焦炭和石灰石的作用是什么？答：焦炭的作用是作燃料和形成还原剂。石灰石的作用是作熔剂，除脉石。图片图片产物产物 （1）生铁 （2）高炉煤气：CO、CO2、N2、大量灰尘等。 （3）炉渣：主要是CaSiO3 问题问题2：生铁含那些成分？：生铁含那些成分？问题问题3：高炉煤气能否直：高炉煤气能否直接排放？怎么处理？接排放？怎么处理？答：生铁主要含铁，除此之外还含有2%-4.3%的碳,还含有锰、硅、硫、磷等元素。高炉煤气不可直接排放。必须净化处理并加以综合利用。炼钢工业炼钢工业炼钢炼钢 1、反应原理高温下，用氧化剂把生铁里过多的碳和其它杂质氧化成气体或炉渣而除去。2、目的：降碳、调硅锰、去硫磷。3主要反应（分三个阶段）主要反应（分三个阶段） （1）氧化造渣 2FeO22FeOQ 2FeOSiSiO22FeQ FeOMnFeMnOQ FeOCCOFe 生成的二氧化硅、氧化锰与造渣材料生石灰相互作用成为炉渣。高温高温高温高温（2）去硫、磷FeS+CaOFeO+CaS2P+5FeO+3CaO5Fe+Ca3(PO4)2（3）脱氧用硅铁、锰铁或金属铝来还原钢水中含有的少量FeO2FeO+SiSiO2+2Fe3FeO+2Al3Fe+Al2O3FeO+MnFe+MnO生成的二氧化硅等大部分形成炉渣而除去，部生成的二氧化硅等大部分形成炉渣而除去，部分的硅、锰等留在钢里以调整钢的成分。钢水分的硅、锰等留在钢里以调整钢的成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧成各种钢材。再轧成各种钢材。高温高温高温高温高温炼钢的方法 方法：转炉、电炉、平炉。 氧气顶吹转炉炼钢法 （1）转炉的构造 （2）原料：生铁（液态）、氧气、适量的造渣材料（如生石灰等）、脱氧剂。 （3）热源：依靠熔融铁水中的杂质等被氧气氧化所放出的热量，不需要燃料。问题问题1：为什么要用：为什么要用纯氧来代替空气炼纯氧来代替空气炼钢？钢？问题问题2：炼钢过程中：炼钢过程中产生的大量棕色烟产生的大量棕色烟气其主成分是什么？气其主成分是什么？能否直接排放？能否直接排放？答答1：因为用纯氧代替空：因为用纯氧代替空气可以克服由于空气里的气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆氮气的影响而使钢质变脆以及痰气排出时带走热量以及痰气排出时带走热量的缺点。的缺点。2：主要成分是氧化铁尘：主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的粒和高浓度的CO气体等。气体等。不能直接排放，必须净化不能直接排放，必须净化回收，综合利用。回收，综合利用。 如果在碳钢中加入有益的元素如铬、锰、如果在碳钢中加入有益的元素如铬、锰、硅、镍、钨、钒、钴、钛、铌、铝、硼等硅、镍、钨、钒、钴、钛、铌、铝、硼等就成为合金钢。合金元素在钢中存在的形就成为合金钢。合金元素在钢中存在的形式和作用各不相同，主要是为了改善钢的式和作用各不相同，主要是为了改善钢的金相组织和力学性能，以及有利于热处理。金相组织和力学性能，以及有利于热处理。合金钢的种类繁多，可以满足不同用途的合金钢的种类繁多，可以满足不同用途的需要。需要。炼钢的图片炼钢的图片讨论讨论：炼铁和炼钢的主要反应原理有什么异同？ 相同点：都是利用氧化还原反应。 不同点：炼铁主要是用还原剂把铁从铁矿石中还原出来（侧重还原），而炼钢主要是用氧化剂把生铁中过多的碳和其它杂质氧化而除去（侧重氧化）。2、铝的冶炼 铝的发现铝的发现德国的沃勒于1827年发现铝 3K + AlCl3 3KCl + Al 一定条件1886年，美国霍尔用电解法冶炼得到铝 2Al2O3 4Al + 3O2 电解法国的德维尔于1854年制得铝 拓展资料拓展资料铝土矿中的氧化铝与氢氧化钠溶液反应，生成偏铝酸钠和水。向偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，灼烧氢氧化铝得到氧化铝。请结合工艺流程，写出从铝土矿制备氧化铝过程中发生的化学反应方程式。 Al2O32NaOH2NaAlO2H2ONaAlO2CO22H2OAl（OH）3NaHCO32Al（OH）3 Al2O33H2O灼烧2Al2O3 4Al3O2电解 问题讨论 铝的冶炼铝的冶炼铝土矿铝土矿NaOH溶液溶液溶解溶解过滤过滤酸化酸化过滤过滤灼烧灼烧电解电解残渣残渣二氧化碳二氧化碳滤液滤液H2O铝铝 熔化的冰晶石是氧化铝的熔剂，使氧化铝能在熔化的冰晶石是氧化铝的熔剂，使氧化铝能在1000左右熔解在液态的冰晶左右熔解在液态的冰晶石中，成为冰晶石和氧化铝的熔融体。这样就可以在电冶铝的装置（图）中进行石中，成为冰晶石和氧化铝的熔融体。这样就可以在电冶铝的装置（图）中进行电解了。直流电通过冰晶石氧化铝融体时，发生很复杂的反应。电解了。直流电通过冰晶石氧化铝融体时，发生很复杂的反应。 问题讨论 1、铝土矿用NaOH溶解的目的是什么？Al2O3为什么能溶解在NaOH溶液中？ 释疑释疑: : 什么是两性氧化物？ 既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物称两性氧化物。Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OAl2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O铝电解槽铝电解槽阳极阳极C电解质电解质烟罩烟罩熔融熔融态铝态铝钢壳钢壳钢导电棒钢导电棒阴极阴极C耐火耐火材料材料阴极（和电源负极相连）：阴极（和电源负极相连）：4 4AlAl3+3+12e+12e- -=4Al=4Al阳极（和电源正极相连）：阳极（和电源正极相连）：6 6O O2-2-12e12e- -=3O=3O2 2 在高温下，阳极产生的氧气会跟碳电极发生反在高温下，阳极产生的氧气会跟碳电极发生反应，生成二氧化碳，所以在电解中要定时补充碳应，生成二氧化碳，所以在电解中要定时补充碳块。铝的熔点是块。铝的熔点是660660，电冶铝反应的温度是，电冶铝反应的温度是10001000左右。所以电解生成的铝呈液态，从电解左右。所以电解生成的铝呈液态，从电解装置的底部流出。装置的底部流出。巩固练习电解熔融的氧化铝制取金属铝，若有0.2mol电子发生转移，则理论上能得到金属铝多少克？需氧化铝多少克？分析：2Al2O3 4Al3O2电解得得1212e e失失1212e e由上述知： 2Al2O3 4Al 转移电子122mol 4mol 12mol 0.2mol形状记忆合金形状记忆合金是在20世纪60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金。 首先将预先加工成某一形状的这种NT合金，在300 1 000 高温下热处理几分钟至半小时，这样NT合金就会记忆被加工成的形状。以后在室温下无论形状怎样变化，一旦将它的温度升至一定温度时，它就会恢复成原来被加工成的形状。 形状记忆合金形状记忆合金的结构尚未完全探明，为什么金属会记住某些固定形状的问题也还没有完全搞清楚。据科学家推测，金属的结晶状态，在被加热时和冷却时是不同的，虽然外表没有变化，然而在一定温度下，金属原子的排列方式会发生突变，这称为相变。能引起记忆合金形状改变的条件是温度。分析表明，这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构。如含有Ti和Ni各为50的记忆合金，有两种晶体结构，一种是菱形的，另一种是立方体的，这两种晶体结构相互转变的温度是一定的。高于这一温度，它会由菱形结构转变为立方体结构；低于这一温度，又由立方体结构转变为菱形结构。晶体结构类型改变了，它的形状也就随之改变思考与练习： 1、为了初步确定某铁矿石的种类，取该铁矿石用盐酸溶解，有一种气体放出。该铁矿石是（ ） A.磁铁矿 B.赤铁矿 C.褐铁矿 D.菱铁矿 2、炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都需要的原料是（ ） A.纯碱 B.石灰石 C.石英 D.粘土DB3、将10g铁碳的合金放入氧气中高温灼烧， 反应后的气体通入过量石灰水中得沉淀1.4g，则此铁碳合金是（ ）B4 4、下列有关炼铁和炼钢的说法中，错误的是、下列有关炼铁和炼钢的说法中，错误的是（ ）A.A.炼铁是铁矿石被还原的过程炼铁是铁矿石被还原的过程B.B.炼钢是生铁被氧化的过程炼钢是生铁被氧化的过程C.C.炼铁高炉中加入石灰石的目的是除脉石炼铁高炉中加入石灰石的目的是除脉石D.D.炼钢转炉中加入的生石灰是造渣剂炼钢转炉中加入的生石灰是造渣剂5 5、下面工业的废气经处理可作为气体燃料的是、下面工业的废气经处理可作为气体燃料的是硫酸厂的尾气硫酸厂的尾气硝酸厂尾气硝酸厂尾气高炉煤气高炉煤气氧氧气顶吹转炉产生的棕色烟气气顶吹转炉产生的棕色烟气玻璃工业的废气玻璃工业的废气（ ）A. A. B. B. C. C. D. D. BB6、在炼铁和炼钢中都有碳参加反应。下列有关碳参加反应的说明错误的是（ ）A.两个过程中碳都是被氧化,都只起着提供热量的作用B.炼铁过程中碳被氧化,既起产生热量的作用,又起产生CO的作用C.炼钢过程中碳被氧化,从而达到降低含碳量的目的D.炼铁过程中碳参加反应,只起着产生CO的作用AD作业作业8080页：页：4 4、5 5再再 见见