《高中化学 3_3 金属冶炼和金属材料的保护课件 鲁科版选修2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学 3_3 金属冶炼和金属材料的保护课件 鲁科版选修2（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目标导航,预习导引,1.通过对金属冶炼原理、主要方法和金属腐蚀原理、金属材料保护方法的学习,让学生对金属的化学性质、氧化还原反应的知识有进一步的了解,对金属冶炼和金属保护的主要方法有初步的认识。 2.以冶炼铁、铝两种金属的方法为例,让学生初步了解如何根据金属的化学性质选择不同的冶炼方法从矿石中制得金属。 3.能以铁的腐蚀为例,简要说明两种电化学腐蚀的过程和金属保护的原理。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,一、金属冶炼原理 自然界中的绝大多数金属都以化合态的矿物的形式存在于矿石中,金属冶炼是指由矿石制取金属的生产过程,所以金属的冶炼通常是一个氧化还原反应的过程,大多数金属的冶炼需要使用还
2、原剂将化合态的金属还原为金属单质。由于不同的金属原子失电子能力不同,相应金属阳离子得电子能力也不相同,因此对于不同的金属通常使用不同的方法来进行冶炼。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,二、金属冶炼的方法 1.电解法。 对于在金属活动性顺序中Al及Al前面的金属,由于其金属性很强,相应金属阳离子得电子能力极弱,所以通常很难用一般还原剂将它们还原出来,这些金属的冶炼通常使用电解法。例如:电解是最强的氧化还原手段。电解也用于一些金属的精炼。例如:铜的精炼就是以粗铜做阳极,以纯铜做阴极,以硫酸酸化的硫酸铜溶液为电解质溶液通过电解完成的。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,2.热还原法。
3、在金属活动性顺序中,从Zn到Cu等金属的冶炼是在高温条件下用还原剂把这些金属从它们的化合物中还原出来,常用的还原剂有碳单质、一氧化碳、氢气及活泼金属单质。工业生产中常用的还原剂是碳单质和一氧化碳。例如:,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,3.热分解法。 Hg和Ag的一些化合物,加热时能够分解,因此,对Hg和Ag的冶炼,通常使用加热其化合物使其分解的方法。2Ag2O 4Ag+O2。 4.物理方法。 Au和Pt等金属由于其化学性质不活泼,在自然界中以单质状态存在,所以它们只需用物理方法加以分离。如“沙里淘金”就是利用水流将普通沙子冲走,只留下密度很大的金沙来提取黄金的方法。,目标导航,预习导
4、引,一,二,三,四,五,感悟思考 能否用电解MgCl2溶液的方法获得金属镁? 提示：不能。用惰性电极电解MgCl2溶液时发生的反应为:MgCl2+2H2O Mg(OH)2+Cl2+H2。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,三、高炉炼铁 1.矿石的预处理。 从矿山开采出来的铁矿石不能直接进入高炉,而要根据矿石的具体条件进行预处理。首先要经过选矿,就是把原矿中有用的含铁矿物和无用的脉石(主要是二氧化硅)分开。经选矿后,富集有用成分的部分称为精矿,富集无用成分的部分称为尾矿。选矿后得到的富含铁的精矿还需要加入石灰石做熔剂,再高温烧结成块后才能送入高炉里冶炼。,目标导航,预习导引,一,二,三,四
5、,五,2.冶炼过程。 铁矿石、焦炭、石灰石等炉料通过炉顶装料设备进入高炉炉喉,高炉的送风系统将热空气由炉腹下部送入高炉。炉料在下降过程中与高温煤气在炉身部分发生作用,焦炭先与热空气中的氧气发生反应生成二氧化碳,二氧化碳再与炽热的焦炭反应生成一氧化碳:以赤铁矿矿石为原料的炼铁高炉中发生的主要化学反应为Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,石灰石在炼铁过程中做熔剂,它在高温下分解成氧化钙和二氧化碳,氧化钙与铁矿石中的脉石结合生成熔点比较低的硅酸钙(CaSiO3),硅酸钙的密度比铁小,在炉腰部形成炉渣而与铁水分开,这样利用石灰石将铁矿石中的脉石转变为炉渣而除
6、去。铁水和炉渣储存在炉缸里,炉渣浮在铁水上面,分别从出铁口和出渣口排出。 焦炭在高炉炼铁中是燃料和还原剂,同时对整个高炉内的料柱起着支撑和疏松的作用。 高炉炼出的铁称为生铁,一般含碳2%4.5%,是一种铁碳合金,性质硬而脆。大部分的生铁用于炼钢。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,四、电解法炼铝 电解法炼铝包括由矿石提取氧化铝和由氧化铝电解制取金属铝两个过程。 1.氧化铝的生产。 从矿石提取氧化铝的方法是使铝土矿与NaOH溶液在高温下反应生成四羟基合铝酸钠NaAl(OH)4溶液,然后降温析出氢氧化铝晶体,再经净化和高温煅烧得到氧化铝。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,2.电解氧化
7、铝。 氧化铝熔点很高,生产中要加入冰晶石使它的熔点降低(冰晶石Na3AiF6的作用是作为助熔剂);通电使氧化铝和冰晶石形成熔融体并电解,生成铝和氧气。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,五、金属腐蚀和防护 1.金属腐蚀所造成的损失非常大,对腐蚀的控制就显得尤为重要。金属防腐蚀的研究已经成为一门专门的学科。金属腐蚀的控制是一项系统工程,包括设计、选材、制造、储存、运输、安装、运行、维护等许多环节,不仅要考虑技术的可行性,还应注意技术的经济性。 金属材料受周围介质的作用而损坏,称为金属腐蚀。金属在腐蚀过程中所发生的化学变化,从根本上来说就是金属单质被氧化形成化合物。可以看出,金属的腐蚀和金属
8、的冶炼是两个相反的过程。这种腐蚀过程一般通过两种途径进行:化学腐蚀和电化学腐蚀。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,2.金属保护主要有表面保护、电化学保护及改变金属成分等方法。 (1)表面保护。 金属的表面保护是指对金属的表面进行处理,利用涂在表面的材料或镀上的镀层将引起腐蚀的H2O、O2等物质与需要保护的金属材料隔绝,从而减少或防止了金属的腐蚀。金属的表面保护通常包括涂层保护和镀层保护。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,(2)电化学保护。 有些金属是采用电化学保护的方法来防止腐蚀的。因为在电化学腐蚀中,金属(如钢铁)是作为负极失去电子而被腐蚀的,所以如果外加一个直流电源,把电源
9、输出电子的一极即负极接到被保护的金属部件上,金属就会得到保护。这种保护金属的方法叫做外加直流电源的阴极保护法。 还有一种金属的阴极保护方法不用外加直流电源,而是采用牺牲阳极来保护阴极金属的。这种方法叫做牺牲阳极的阴极保护法。牺牲阳极实质上是牺牲原电池中的负极,由于原电池中负极是电子流出的一极,发生氧化反应,因此在工业上人们称之为阳极。例如,在海水中金属锌或锌合金会比钢铁更容易被腐蚀,就可以在轮船的外壳上附加锌或锌合金,锌会牺牲自己而保护钢铁不受腐蚀。这就是牺牲阳极的阴极保护法对轮船进行电化学保护的道理。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,(3)改变金属成分。 从以上钢铁的电化学腐蚀的原理
10、可以看出,钢铁中少量碳杂质构成了钢铁发生电化学腐蚀时微小原电池的正极,从而使钢铁受到腐蚀。因此,从理论上说,如果将铁中的所有碳及其他杂质除去,应能使钢铁的抗腐蚀能力大大增强。另外,人们将一些元素掺入其他金属材料中得到合金,在这些合金中有一些具有较好的抗腐蚀能力,如不锈钢就是向钢铁中加入铬和镍元素制成的合金。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,要点一 金属的冶炼 问题导思 金属冶炼的方法有哪些? 提示：电解法、热还原法、热分解法、物理富集法。 金属冶炼的方法主要依据什么选择的? 提示：金属的活动性顺序。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,冶炼金属镁时,为什么不用电解MgO
11、的方法? 提示：MgO熔点高,电解熔融MgO时耗能大,故用电解熔融MgCl2获得金属镁。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,【例1】 铝生产产业链由铝土矿开采、氧化铝制取、铝的冶炼和铝材加工等环节构成。请回答下列问题: (导学号52710060) (1)工业上采用电解氧化铝冰晶石(Na3AlF6)熔融体的方法冶炼得到金属铝:2Al2O3 4Al+3O2。 加入冰晶石的作用是 。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,(2)上述工艺所得铝材中往往含有少量Fe和Si等杂质,可用电解方法进一步提纯,该电解池中阳极的电极反应式为 ,下列可作阴极材料的是 。 A.铝材 B.石墨 C.
12、铅板 D.纯铝 (3)阳极氧化能使金属表面生成致密的氧化膜。以稀硫酸为电解液,铝阳极发生的电极反应式为 。 (4)在铝阳极氧化过程中,需要不断地调整电压,理由是 。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,(5)下列说法中正确的是 。 A.阳极氧化是应用原电池原理进行金属材料表面处理的技术 B.铝的阳极氧化可增强铝表面的绝缘性能 C.铝的阳极氧化可提高金属铝及其合金的耐腐蚀性,而耐磨性下降 D.铝的阳极氧化膜富有多孔性,具有很强的吸附性能,能吸附染料而呈各种颜色,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,解析：(1)考查铝的冶炼,因Al2O3熔点很高,故加入冰晶石作助熔剂,起降低熔化
13、温度的作用。(2)铝的精炼是含杂质的铝作阳极,纯铝作阴极。(3)依据题中信息金属表面生成致密的氧化膜。 答案：(1)主要是降低熔化温度(4)铝阳极表面不断生成氧化物,电阻增大,为了保持稳定的电流,需要不断增大电压 (5)BD,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,1.以下金属的冶炼(“”前为原料,“”后为所得的金属),其中最适宜用热还原法冶炼的是( ) MgCl2Mg;MnO2Mn;ZnOZn;HgOHg;磁铁矿Fe;KClK A. B. C. D. 解析：热还原法是多数金属冶炼的方法,主要适用于金属活动性顺序中处于中部或金属活动性与之相当的金属以及极少数活泼金属(如钾常用钠还原法制得
14、),符合题意的有。 答案：C,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,要点二 金属的腐蚀与防护 问题导思 金属腐蚀的实质是什么? 提示：金属原子失电子,发生氧化反应的过程。 生产、生活中普遍存在的钢铁腐蚀是哪一类腐蚀? 提示：吸氧腐蚀。 保护金属的常见方法有哪些? 提示：保护层法、电化学保护法、改变金属成分等。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,1.金属材料。 对冶炼所得到的金属进行进一步的加工后得到的可以直接应用的物质称为金属材料。 钢铁是世界上产量最大的金属材料,约占金属材料总产量的90%。高炉炼得的生铁,少量用于铸造,称为铸铁;大部分用于炼钢。 炼钢是通过氧化反应,降低
15、生铁的含碳量,除去一些有害元素(如硫、磷),并把其他元素(硅、矾、锰、铬等)的含量调控到指定范围的过程。如果只降低生铁中的含碳量而不添加其他元素,炼出的就是碳钢;如果在炼钢时加入其他金属如铬、锰等,就可以得到具有特殊性能的合金钢。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,2.金属的腐蚀。 (1)原理:金属(或合金)跟周围接触到的气体(或液体)反应而腐蚀损耗的过程。 (2)金属腐蚀的本质:金属原子 金属阳离子。,3.金属腐蚀的分类。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,4.电化学腐蚀的分类。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,5.金属的防护。(2)其他:改变金属内部结
16、构和金属表面外加保护层。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,【例2】 某学生在A、B、C、D四只小烧瓶中分别放入干燥的细铁丝、浸过食盐水的细铁丝、浸过清水的细铁丝、食盐水及细铁丝(并使铁丝完全浸没在食盐水中)。然后分别装配成如下图所示的装置,每隔一段时间测量导管中水面上升的高度,结果如下表所示(表中所列数据为导管中水面上升的高度/cm),回答下列问题: (导学号52710061),要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,解析：此题实际上考查了钢铁腐蚀的条件和钢铁的吸氧腐蚀。钢铁腐蚀的条件是必须与水、氧气接触;钢铁发生吸氧腐蚀时,烧瓶内的氧气减少,压强减小,液面上升。 答案：(1)氧气消耗后,烧瓶内气体减少,导致烧瓶内压强减少,因此导管中水面上升 (2)BCA=D (3)电解质溶液 (4)4Fe+3O2+2xH2O 2(Fe2O3xH2O) (5)洗净、擦干、涂油等,
