《2016-2017学年人教版选修2 金属材料（第1课时） 课件（35张）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2016-2017学年人教版选修2 金属材料（第1课时） 课件（35张）（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,三,一、从矿石中获得金属 1.获得金属材料的过程 获得金属材料首先要通过化学方法把金属从矿石中提取出来,一般要经过开采和初步加工(主要包括探矿、采矿、选矿等工序)及冶炼阶段。 2.金属冶炼的基本原理 金属冶炼的基本原理是利用氧化还原反应将金属从其化合物中还原出来。 3.金属冶炼的方法 (1)火法冶金:是指利用高温从矿石中提取金属或其他化合物的冶金方法。 (2)湿法冶金:是指在水溶液或非水溶液中进行包括氧化还原反应、中和反应、水解反应等,对原料(矿石、精矿等)、中间产物或再生资源中的金属进行提取或分离的冶金过程。,目标导航,预习导引,一,二,三,预
2、习交流1 金属冶炼的主要方法有哪些?如何选择金属冶炼的方法? 提示:(1)金属冶炼的方法: 热分解法:适合于位于金属活动性顺序后端(金属活动性位于氢后面)的金属,如Hg、Ag等。,目标导航,预习导引,一,二,三,热还原法:适合于位于金属活动性顺序中部(ZnPb)的金属,常用的还原剂有焦炭、CO、H2、活泼金属(如Al)等。 电解法:适合于位于金属活动性顺序前端的金属,如K、Na、Ca、Al等金属。,目标导航,预习导引,一,二,三,(2)金属冶炼方法的选择与金属的活动性有关,处在金属活动性不同位置的金属其冶炼的方法可用下图表示: 当一种金属可用多种方法冶炼时,工业上一般采用经济效益高的方法,即:
3、热分解还原法优于焦炭还原法,焦炭还原法优于铝热还原法,铝热还原法优于电解还原法;从环保角度考虑,H2还原法又优于CO还原法。,目标导航,一,二,预习导引,三,二、钢铁的冶炼 1.生铁的冶炼 (1)铁元素在自然界中的存在:主要以氧化物和硫化物等形式存在于铁矿石中,如磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和黄铁矿等。 (2)原料:一般以铁矿石、焦炭、石灰石和空气等为原料。 (3)设备:炼铁高炉。 (4)主要化学反应:,目标导航,一,二,预习导引,三,预习交流2 高炉炼铁产生的废气、废渣的成分是什么? 提示:废气有CO、CO2、SO2、NO2,废渣有CaSiO3、少量C、P、S、Si、Mn的化合物及SiO2等。 2
4、.钢的冶炼 (1)原理:在高温下用氧化剂将生铁中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去,再添加硅、锰、铝等其他合金作为脱氧剂,调整钢水的成分。 (2)原料:生铁、氧气、脱氧剂。 (3)主要化学反应:,目标导航,一,二,预习导引,三,三、铝的冶炼 1.原料主要来自铝土矿(主要成分是Al2O3)。 2.从铝土矿中获得Al2O3的过程(用化学方程式表示): 3.从Al2O3中获得Al电解冶炼铝。 (1)装置铝电解槽。 电解质是氧化铝冰晶石(Na3AlF6)熔融液,其中也常加入少量的氟化钙等帮助降低熔点。 电极材料:阳极和阴极都以碳素材料做成。,目标导航,一,二,预习导引,三,(2)电解原理。,问题导
5、学,当堂检测,一,二,一、钢铁的冶炼 活动与探究 认真阅读教材,了解炼钢和炼铁的原理、原料和发生的主要反应,并完成下表:,问题导学,当堂检测,一,二,问题导学,当堂检测,一,二,问题导学,当堂检测,一,二,迁移与应用 例1钢铁工业对促进经济和社会发展起了重要作用。 (1)炼铁高炉分为五部分,铁矿石与高温煤气主要在 部分发生反应,在 部分开始生成生铁和炉渣。 (2)炼钢时,除磷的化学方程式为 ; 加入硅、锰和铝的目的是 。 (3)不锈钢含有的Cr元素是在炼钢过程的氧吹 (填“前”或“后”)加入,原因是 。 (4)炼铁和炼钢生产中,尾气均含有的主要污染物是 。从环保和经济角度考虑,上述尾气经处理可
6、用作 。 思路点拨:本题主要考查了冶炼的反应原理和主要生产设备,同时强化了环保意识。,问题导学,当堂检测,一,二,解析:(1)高炉炼铁时将原料从炉喉送入高炉,送风系统从炉腹下部鼓入,炉料在下降过程中与高温煤气流在炉身部分发生作用,焦炭与氧气发生反应生成二氧化碳和一氧化碳。在炉腰部分形成炉渣和生铁,炉渣密度小,浮于生铁上面,分别从出渣口和出铁口排出。 (2)炼钢是除去生铁中的硫、磷等有害物质,调整生铁中的硅、锰含量。磷发生反应2P+5FeO+3CaO Ca3(PO4)2+5Fe形成炉渣而除去,加入硅、锰和铝的作用是脱氧和调整钢中各成分含量。 (3)在吹氧后加入Ni、Cr等可以制成不锈钢,以防止C
7、r在吹氧时被氧化。 (4)能源和环保已是世界性问题,特别是在工业生产中,能变废为宝更是最佳工艺路线。炼钢和炼铁都含有的污染性气体CO经处理后可用作燃料或还原剂。,问题导学,当堂检测,一,二,答案:(1)炉身 炉腰 (2)2P+5FeO+3CaO Ca3(PO4)2+5Fe 脱氧和调整钢的成分 (3)后 避免Cr被氧化(或“氧吹前加入Cr会形成炉渣被除去”) (4)CO 燃料(或还原剂),问题导学,当堂检测,一,二,迁移训练1在炼铁、炼钢过程中都有碳参加反应。下列有关碳参加反应的叙述正确的是( ) A.两个过程中碳都被氧化,都只起着提供热源的作用 B.炼铁过程中碳被氧化,既起产生热量的作用,又起
8、产生CO的作用 C.炼钢过程中碳被还原,从而达到降低含碳量的目的 D.炼铁过程中碳参加反应,只起产生CO的作用 解析:在炼铁时,焦炭的主要作用有两个:一是通过焦炭燃烧放出大量热,提供炼铁过程所需的热量,二是产生炼铁所需的还原剂CO。在炼铁过程中碳被氧化。炼钢时用来降低碳含量的主要反应为C+FeO CO+Fe,这个反应在碳被氧化的同时吸收热量。综合以上分析,可知A、C、D选项是错误的。 答案:B,问题导学,当堂检测,一,二,(1)从炼铁高炉和炼钢炉中都排出炉气和炉渣,均是环境污染物。但炉渣可用于制造水泥和砖等建筑材料,炉气中的CO和大量热能都可回收利用。(2)实际生产中,控制氧及各种元素含量是炼
9、钢中的一项关键技术。(3)冶炼金属的实质是用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成单质,从矿石中提炼金属经过矿石的富集、冶炼、精炼三个步骤。,问题导学,当堂检测,一,二,二、铝的冶炼 活动与探究 1.回顾化学反应原理有关电解的知识,写出工业电解铝的电极反应和总反应。 阳极: 阴极: 总反应:,问题导学,当堂检测,一,二,2.铝土矿的主要成分为Al2O3(含Fe2O3、SiO2),怎样从铝土矿中获得纯净的氧化铝? 答案:实验方案一及步骤: 加足量HCl溶液并过滤(除去SiO2): 加足量NaOH并过滤除去Fe(OH)3:,问题导学,当堂检测,一,二,通足量CO2并过滤保留Al(OH)3: 实验方案二
10、及步骤: 加足量NaOH溶液并过滤(除去Fe2O3):,问题导学,当堂检测,一,二,加足量HCl并过滤(除去H2SiO3): 通足量NH3并过滤保留Al(OH)3:,问题导学,当堂检测,一,二,迁移与应用 例2下图是传统的工业生产金属铝的基本流程图,阅读图中信息,结合铝生产的流程图解答下列问题。,问题导学,当堂检测,一,二,请回答: (1)工业冶炼金属铝用的是铝土矿,铝土矿的主要成分是 (填化学式)。石油炼制和煤的干馏产品 (填物质名称)作电解铝的阴极和阳极材料。 (2)氧化铝熔点高达2 050 ,工业上为了降低能量消耗,在金属铝的冶炼中采取的措施是 。 (3)在冶炼过程中,阳极材料需要定期地
11、进行更换,原因是该极材料不断被消耗,产生这种现象的原因是 (用化学方程式表示)。,问题导学,当堂检测,一,二,解析:该题以工业冶炼金属铝为载体考查原料的判断、原理的诠释以及能量的合理利用。 (1)铝土矿的主要化学成分是Al2O3,另外还有SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O等,电解前必须进行提纯。石油炼制、煤的干馏的固体产品的成分为碳,具有导电性,可以作为电解时的阳极和阴极材料。 (2)纯净Al2O3的熔点很高,而其电解必须在熔融状态下进行,若采用纯净的Al2O3进行电解,则加热熔融需要耗费大量的能量,所以工业上采用加入冰晶石(Na3AlF6)和氟化钙(CaF2)助熔。 (3)工业冶炼铝的关
12、键操作是电解,电解时阳极发生氧化反应,熔融物中的O2-失电子,生成O2,在电解过程中阳极的材料碳逐渐与生成的氧气反应而被消耗。 答案:(1)Al2O3 碳素材料 (2)加入冰晶石(Na3AlF6)和少量CaF2帮助降低熔点 (3)C+O2 CO2,问题导学,当堂检测,一,二,温馨提示:(1)工业上冶炼较活泼金属Na、Mg、Al是分别电解熔融的NaCl、MgCl2、Al2O3的方法。 (2)MgO的熔点高于MgCl2,熔融时会消耗大量的能量,故选择MgCl2;而AlCl3在熔融状态下不导电,即AlCl3为共价化合物,因此电解Al2O3制得铝单质。,问题导学,当堂检测,一,二,迁移训练2我国古代曾
13、用火烧孔雀石和焦炭混合物的方法炼铜。孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3,其冶炼方法是( ) A.焦炭还原法 B.湿法炼铜 C.铝热还原法 D.电解冶炼法 解析:孔雀石受热发生分解反应实为Cu2(OH)2CO3的分解反应: 但既浪费能源(高温),又浪费铝,经济效益差,况且我国古代既没有Al,也没有掌握冶炼Al的技术,故C项不可选。我国古代没有电,故不可能用电解冶炼法;Cu2(OH)2CO3和CuO都不溶于水,没有强酸,也不可能采用湿法炼铜。 答案:A,问题导学,当堂检测,一,二,(1)氧化铝熔点很高,直接电解要消耗大量电能。在实际生产中要加入冰晶石使它的熔点降低冰晶石(Na3AlF6)的作
14、用是作为助熔剂,其中也常加入少量的氟化钙等帮助降低熔点。 (2)高温下阳极产生的O2与阳极碳块反应产生CO2放出,所以在反应中需要及时更换阳极碳块。 (3)一次电解所得铝的纯度可达99%左右,若要提高纯度,则需要进行电解精炼。 (4)铝的熔点是660 ,电解铝反应的温度是1 000 左右,所以电解生成的铝呈液态,从电解装置的底部流出。,问题导学,当堂检测,1,2,3,4,5,1.下列各种冶炼方法中,可制得相应金属的是( ) A.加热分解氧化铝 B.高温下分解碳酸钙 C.电解液态氯化钠 D.三氧化钨与铝粉高温共热 解析:C项:2NaCl(熔融) 2Na+Cl2,D项发生铝热反应生成钨。 答案:C
15、D,问题导学,当堂检测,1,2,3,4,5,2.下列各组金属最适合用H2或CO把它从化合物中还原出来的是( ) A.Ca、Mg B.Al、Fe C.Fe、Cu D.Hg、Ag 解析:Ca、Mg、Al适宜电解法冶炼,Hg、Ag适宜于热分解法。 答案:C,问题导学,当堂检测,1,2,3,4,5,3.下列有关生铁炼钢的叙述错误的是( ) A.添加必要的元素,改善钢材的组织结构和性能 B.适当降低生铁中的含碳量,除去大部分硫、磷等杂质 C.加入硅、锰、铝等合金元素调整成分并脱去钢水中的氧 D.除去生铁中的非金属元素 解析:选项A正确,如添加镍、铬等金属元素可以防腐;选项B正确,将生铁炼成钢的过程就是一
16、个降碳、除去大部分硫、磷的过程;选项C正确,在炼钢结束时加入硅、锰、铝等合金元素调整成分并脱去钢水中的氧;选项D不正确,钢仍然是合金,其中肯定有碳、硅等非金属元素。 答案:D,问题导学,当堂检测,1,2,3,4,5,4.下列叙述中,正确的是( ) A.含金属元素的离子一定都是阳离子 B.在氧化还原反应中,非金属单质一定是氧化剂 C.某元素从化合态变为游离态时,该元素一定被还原 D.金属阳离子被还原不一定得到金属单质 解析:A项, 含金属元素但不是阳离子,B项中非金属单质也作还原剂,C项,元素由化合态变为游离态,可能被氧化也可能被还原。 答案:D,问题导学,当堂检测,1,2,3,4,5,5.金属铝的生产是以Al2O3为原料,在熔融状态下进行电解: 请回答下列问题: (1)冰晶石(Na3AlF6)的作用是 。
