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1、金屬材料金屬材料( (第一課時第一課時) )一、從礦石中獲得金屬一、從礦石中獲得金屬根據(jù)所學過內容思考交流金屬的冶煉方法？根據(jù)所學過內容思考交流金屬的冶煉方法？ 自古以來，堅硬剛強的金屬材料與自古以來，堅硬剛強的金屬材料與人類建立了悠久而深厚的感情，即使人類建立了悠久而深厚的感情，即使在新材料層出不窮的今天，金屬材料在新材料層出不窮的今天，金屬材料的產(chǎn)量和使用方面依然占有極其重要的產(chǎn)量和使用方面依然占有極其重要的地位，金屬的物理化學性質是金屬的地位，金屬的物理化學性質是金屬冶煉、金屬材料加工使用的依據(jù)。冶煉、金屬材料加工使用的依據(jù)。 冶煉金屬的方法冶煉金屬的方法熱分解法熱分解法2HgO=Hg+
2、O22Ag2O=4Ag+O2熱還原法熱還原法Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 高溫高溫高溫高溫CuO+H2=Cu+H2O高溫高溫Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3電解法電解法電解電解2Al2O3=4Al+3O2電解電解2NaCl=2Na+Cl2高溫高溫2CuO+C=2Cu+CO2 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag金屬活動性：金屬活動性：強強弱弱電解法熱還原法熱還原法熱分解法熱分解法不同金屬冶煉方法的選擇不同金屬冶煉方法的選擇K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag（1 1）基本反應原理：）基本反應原理：3CO+ F
3、e3CO+ Fe2 2O O3=3=2Fe+3CO2Fe+3CO2 2高溫高溫利用氧化還原反應，在高溫下，用還原劑（主要是利用氧化還原反應，在高溫下，用還原劑（主要是CO)從鐵礦石中還原出鐵。從鐵礦石中還原出鐵。（2）設備：高爐）設備：高爐（3）原料：）原料：鐵礦石，焦炭，石灰石，空氣鐵礦石，焦炭，石灰石，空氣 （4）煉鐵的主要反應過程）煉鐵的主要反應過程：鐵分布廣鐵分布廣, ,地殼中含鐵近地殼中含鐵近5%,5%,僅次于鋁僅次于鋁. .鐵的化學性質較活鐵的化學性質較活潑潑, ,因此以化合物形式存在因此以化合物形式存在, ,常見鐵礦在磁鐵礦常見鐵礦在磁鐵礦( (主要成分主要成分Fe3O4) Fe
4、3O4) 菱鐵礦菱鐵礦( (主要成分主要成分FeCO3)FeCO3)等等. .1 1、鋼鐵的冶煉、鋼鐵的冶煉C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2主要反應 （1）還原劑的形成 CO2CO2Q CO2C2COQ （2）鐵的還原 Fe2O33CO2Fe3CO2 （3）爐渣的形成 CaCO3CaOCO2 CaOSiO2CaSiO3點燃高溫高溫高溫高溫問題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還原劑。石灰石的作用是作熔劑，除脈石。圖片圖片產(chǎn)物產(chǎn)物 （1）生鐵 （2）高爐煤氣：CO、CO2、N2、大量灰塵等。 （3）爐渣：主要是CaSiO3 問題
5、問題2：生鐵含那些成分？：生鐵含那些成分？問題問題3：高爐煤氣能否直：高爐煤氣能否直接排放？怎么處理？接排放？怎么處理？答：生鐵主要含鐵，除此之外還含有2%-4.3%的碳,還含有錳、硅、硫、磷等元素。高爐煤氣不可直接排放。必須凈化處理并加以綜合利用。煉鋼工業(yè)煉鋼工業(yè)煉鋼煉鋼 1、反應原理高溫下，用氧化劑把生鐵里過多的碳和其它雜質氧化成氣體或爐渣而除去。2、目的：降碳、調硅錳、去硫磷。3主要反應（分三個階段）主要反應（分三個階段） （1）氧化造渣 2FeO22FeOQ 2FeOSiSiO22FeQ FeOMnFeMnOQ FeOCCOFe 生成的二氧化硅、氧化錳與造渣材料生石灰相互作用成為爐渣。
6、高溫高溫高溫高溫（2）去硫、磷FeS+CaOFeO+CaS2P+5FeO+3CaO5Fe+Ca3(PO4)2（3）脫氧用硅鐵、錳鐵或金屬鋁來還原鋼水中含有的少量FeO2FeO+SiSiO2+2Fe3FeO+2Al3Fe+Al2O3FeO+MnFe+MnO生成的二氧化硅等大部分形成爐渣而除去，部生成的二氧化硅等大部分形成爐渣而除去，部分的硅、錳等留在鋼里以調整鋼的成分。鋼水分的硅、錳等留在鋼里以調整鋼的成分。鋼水合格后，可以澆成鋼的鑄件或鋼錠，鋼錠可以合格后，可以澆成鋼的鑄件或鋼錠，鋼錠可以再軋成各種鋼材。再軋成各種鋼材。高溫高溫高溫高溫高溫煉鋼的方法 方法：轉爐、電爐、平爐。 氧氣頂吹轉爐煉鋼
7、法 （1）轉爐的構造 （2）原料：生鐵（液態(tài)）、氧氣、適量的造渣材料（如生石灰等）、脫氧劑。 （3）熱源：依靠熔融鐵水中的雜質等被氧氣氧化所放出的熱量，不需要燃料。問題問題1：為什么要用：為什么要用純氧來代替空氣煉純氧來代替空氣煉鋼？鋼？問題問題2：煉鋼過程中：煉鋼過程中產(chǎn)生的大量棕色煙產(chǎn)生的大量棕色煙氣其主成分是什么？氣其主成分是什么？能否直接排放？能否直接排放？答答1：因為用純氧代替空：因為用純氧代替空氣可以克服由于空氣里的氣可以克服由于空氣里的氮氣的影響而使鋼質變脆氮氣的影響而使鋼質變脆以及痰氣排出時帶走熱量以及痰氣排出時帶走熱量的缺點。的缺點。2：主要成分是氧化鐵塵：主要成分是氧化鐵塵
8、粒和高濃度的粒和高濃度的CO氣體等。氣體等。不能直接排放，必須凈化不能直接排放，必須凈化回收，綜合利用?；厥?，綜合利用。 如果在碳鋼中加入有益的元素如鉻、錳、如果在碳鋼中加入有益的元素如鉻、錳、硅、鎳、鎢、釩、鈷、鈦、鈮、鋁、硼等硅、鎳、鎢、釩、鈷、鈦、鈮、鋁、硼等就成為合金鋼。合金元素在鋼中存在的形就成為合金鋼。合金元素在鋼中存在的形式和作用各不相同，主要是為了改善鋼的式和作用各不相同，主要是為了改善鋼的金相組織和力學性能，以及有利于熱處理。金相組織和力學性能，以及有利于熱處理。合金鋼的種類繁多，可以滿足不同用途的合金鋼的種類繁多，可以滿足不同用途的需要。需要。煉鋼的圖片煉鋼的圖片討論討論：
9、煉鐵和煉鋼的主要反應原理有什么異同？ 相同點：都是利用氧化還原反應。 不同點：煉鐵主要是用還原劑把鐵從鐵礦石中還原出來（側重還原），而煉鋼主要是用氧化劑把生鐵中過多的碳和其它雜質氧化而除去（側重氧化）。2、鋁的冶煉 鋁的發(fā)現(xiàn)鋁的發(fā)現(xiàn)德國的沃勒于1827年發(fā)現(xiàn)鋁 3K + AlCl3 3KCl + Al 一定條件1886年，美國霍爾用電解法冶煉得到鋁 2Al2O3 4Al + 3O2 電解法國的德維爾于1854年制得鋁 拓展資料拓展資料鋁土礦中的氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應，生成偏鋁酸鈉和水。向偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳，生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，灼燒氫氧化鋁得到氧化鋁。請結合工藝流程，寫出從鋁土
10、礦制備氧化鋁過程中發(fā)生的化學反應方程式。 Al2O32NaOH2NaAlO2H2ONaAlO2CO22H2OAl（OH）3NaHCO32Al（OH）3 Al2O33H2O灼燒2Al2O3 4Al3O2電解 問題討論 鋁的冶煉鋁的冶煉鋁土礦鋁土礦NaOH溶液溶液溶解溶解過濾過濾酸化酸化過濾過濾灼燒灼燒電解電解殘渣殘渣二氧化碳二氧化碳濾液濾液H2O鋁鋁 熔化的冰晶石是氧化鋁的熔劑，使氧化鋁能在熔化的冰晶石是氧化鋁的熔劑，使氧化鋁能在1000左右熔解在液態(tài)的冰晶左右熔解在液態(tài)的冰晶石中，成為冰晶石和氧化鋁的熔融體。這樣就可以在電冶鋁的裝置（圖）中進行石中，成為冰晶石和氧化鋁的熔融體。這樣就可以在電冶
11、鋁的裝置（圖）中進行電解了。直流電通過冰晶石氧化鋁融體時，發(fā)生很復雜的反應。電解了。直流電通過冰晶石氧化鋁融體時，發(fā)生很復雜的反應。 問題討論 1、鋁土礦用NaOH溶解的目的是什么？Al2O3為什么能溶解在NaOH溶液中？ 釋疑釋疑: : 什么是兩性氧化物？ 既可以與酸反應又可以與堿反應生成鹽和水的氧化物稱兩性氧化物。Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OAl2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O鋁電解槽鋁電解槽陽極陽極C電解質電解質煙罩煙罩熔融熔融態(tài)鋁態(tài)鋁鋼殼鋼殼鋼導電棒鋼導電棒陰極陰極C耐火耐火材料材料陰極（和電源負極相連）：陰極（和電源負極相連）：4Al4Al3+3+12e+1
12、2e- -=4Al=4Al陽極（和電源正極相連）：陽極（和電源正極相連）：6O6O2-2-12e12e- -=3O=3O2 2 在高溫下，陽極產(chǎn)生的氧氣會跟碳電極發(fā)生反在高溫下，陽極產(chǎn)生的氧氣會跟碳電極發(fā)生反應，生成二氧化碳，所以在電解中要定時補充碳應，生成二氧化碳，所以在電解中要定時補充碳塊。鋁的熔點是塊。鋁的熔點是660660，電冶鋁反應的溫度是，電冶鋁反應的溫度是10001000左右。所以電解生成的鋁呈液態(tài)，從電解左右。所以電解生成的鋁呈液態(tài)，從電解裝置的底部流出。裝置的底部流出。鞏固練習電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，若有0.2mol電子發(fā)生轉移，則理論上能得到金屬鋁多少克？需氧化鋁多少克
13、？分析：2Al2O3 4Al3O2電解得得12e12e失失12e12e由上述知： 2Al2O3 4Al 轉移電子122mol 4mol 12mol 0.2mol形狀記憶合金形狀記憶合金是在20世紀60年代初期發(fā)現(xiàn)的，它是一種特殊的合金，有一種不可思議的性質，即使把它揉成一團，一旦達到一定溫度，它便能在瞬間恢復到原來的形狀。由鎳和鈦組成的合金具有記憶能力，稱為NT合金。 首先將預先加工成某一形狀的這種NT合金，在300 1 000 高溫下熱處理幾分鐘至半小時，這樣NT合金就會記憶被加工成的形狀。以后在室溫下無論形狀怎樣變化，一旦將它的溫度升至一定溫度時，它就會恢復成原來被加工成的形狀。 形狀記憶
14、合金形狀記憶合金的結構尚未完全探明，為什么金屬會記住某些固定形狀的問題也還沒有完全搞清楚。據(jù)科學家推測，金屬的結晶狀態(tài)，在被加熱時和冷卻時是不同的，雖然外表沒有變化，然而在一定溫度下，金屬原子的排列方式會發(fā)生突變，這稱為相變。能引起記憶合金形狀改變的條件是溫度。分析表明，這類合金存在著一對可逆轉變的晶體結構。如含有Ti和Ni各為50的記憶合金，有兩種晶體結構，一種是菱形的，另一種是立方體的，這兩種晶體結構相互轉變的溫度是一定的。高于這一溫度，它會由菱形結構轉變?yōu)榱⒎襟w結構；低于這一溫度，又由立方體結構轉變?yōu)榱庑谓Y構。晶體結構類型改變了，它的形狀也就隨之改變思考與練習： 1、為了初步確定某鐵礦石
15、的種類，取該鐵礦石用鹽酸溶解，有一種氣體放出。該鐵礦石是（ ） A.磁鐵礦 B.赤鐵礦 C.褐鐵礦 D.菱鐵礦 2、煉鐵、制玻璃、制水泥三種工業(yè)生產(chǎn)中，都需要的原料是（ ） A.純堿 B.石灰石 C.石英 D.粘土DB3、將10g鐵碳的合金放入氧氣中高溫灼燒， 反應后的氣體通入過量石灰水中得沉淀1.4g，則此鐵碳合金是（ ）B4 4、下列有關煉鐵和煉鋼的說法中，錯誤的是、下列有關煉鐵和煉鋼的說法中，錯誤的是（ ）A.A.煉鐵是鐵礦石被還原的過程煉鐵是鐵礦石被還原的過程B.B.煉鋼是生鐵被氧化的過程煉鋼是生鐵被氧化的過程C.C.煉鐵高爐中加入石灰石的目的是除脈石煉鐵高爐中加入石灰石的目的是除脈石
16、D.D.煉鋼轉爐中加入的生石灰是造渣劑煉鋼轉爐中加入的生石灰是造渣劑5 5、下面工業(yè)的廢氣經(jīng)處理可作為氣體燃料的是、下面工業(yè)的廢氣經(jīng)處理可作為氣體燃料的是硫酸廠的尾氣硫酸廠的尾氣硝酸廠尾氣硝酸廠尾氣高爐煤氣高爐煤氣氧氧氣頂吹轉爐產(chǎn)生的棕色煙氣氣頂吹轉爐產(chǎn)生的棕色煙氣玻璃工業(yè)的廢氣玻璃工業(yè)的廢氣（ ）A. A. B. B. C. C. D. D. BB6、在煉鐵和煉鋼中都有碳參加反應。下列有關碳參加反應的說明錯誤的是（ ）A.兩個過程中碳都是被氧化,都只起著提供熱量的作用B.煉鐵過程中碳被氧化,既起產(chǎn)生熱量的作用,又起產(chǎn)生CO的作用C.煉鋼過程中碳被氧化,從而達到降低含碳量的目的D.煉鐵過程中碳參加反應,只起著產(chǎn)生CO的作用AD再再 見見
高中化學新人教選修2 金屬材料 第1課時ppt
