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1、课题课题2金属材料金属材料课程标准导航课程标准导航1.掌握炼铁、炼钢、电解法制铝的原理。掌握炼铁、炼钢、电解法制铝的原理。2了解金属腐蚀和防止的有关知识。了解金属腐蚀和防止的有关知识。3能举例说明金属材料的特点。能举例说明金属材料的特点。4举例说明用化学方法进行金属材料表面处举例说明用化学方法进行金属材料表面处理的原理。理的原理。新新知知初初探探自自学学导导引引自主学习自主学习铁矿铁矿石石石灰石石灰石N2、CO、CO23.铝铝的冶的冶炼炼(1)电电解解铝铝的原料是的原料是铝铝土土矿矿(主要成分是主要成分是Al2O3)，提，提纯纯Al2O3的方法是：将的方法是：将铝铝土土矿矿溶溶解在解在_溶液中
2、，然后往溶液中通入溶液中，然后往溶液中通入过过量的量的_，过滤过滤，灼，灼烧烧，即得，即得Al2O3，上述反，上述反应应的化学方程式的化学方程式为为NaOH二氧化碳二氧化碳Al2O32NaOH= 2NaAlO2H2ONaAlO2CO22H2O= Al(OH)3NaHCO3Na3AlF6帮助降低帮助降低Al2O3的熔点的熔点二、金属的腐二、金属的腐蚀蚀及防止及防止1.金金属属的的_是是指指金金属属材材料料与与其其表表面面接接触触的的一一些些物物质质直直接接发发生生化化学学反反应应而而引引起起的的腐腐蚀蚀，金金属属的的_是是指指不不同同金金属属或或不不纯纯金金属属与与电电解解质质溶溶液液接接触触，
3、因因发发生生原原电电池池反反应应，比比较较活活泼泼的的金金属属失失电电子子而而被被氧氧化的化的过过程。程。化学腐化学腐蚀蚀电电化学腐化学腐蚀蚀2.钢铁发钢铁发生生电电化学腐化学腐蚀蚀，主要原因是由于，主要原因是由于钢钢铁铁制品与其接触的制品与其接触的电电解解质质溶液构成溶液构成许许多微型多微型的腐的腐蚀电蚀电池，池，铁铁通常作通常作为为_极，极，_电电子子发发生氧化反生氧化反应应而被腐而被腐蚀蚀，其，其电电极反极反应为应为Fe2e=Fe2。钢铁钢铁在大气中的腐在大气中的腐蚀蚀通常通常为为_腐腐蚀蚀，其阴极反，其阴极反应应式式为为O24e2H2O=4OH。若。若电电解解质质溶溶液酸性液酸性较较强
4、强，则发则发生的是生的是_腐腐蚀蚀，其其电电极反极反应应式式为为2H2e=H2。阳阳失去失去吸氧吸氧析析氢氢3.电镀电镀是一种特殊的是一种特殊的电电解，在解，在电镀时电镀时，_作作阴阴极极，_作作阳阳极极，含含有有镀镀层层金金属属离离子子的的溶溶液液作作电电解解质质溶溶液液，电电镀镀时时，电电解解质质溶溶液液的的浓浓度度不不变变。如如在在一一把把小小刀刀上上镀镀锌锌，小小刀刀接接电电源源的的_极极，电电极反极反应应式式为为Zn22e=Zn。待待镀镀金属金属镀层镀层金属金属阴阴自主体验自主体验1.下列物质中，不属于合金的是下列物质中，不属于合金的是()A硬铝硬铝B黄铜黄铜C钢铁钢铁D水银水银解析
5、：选解析：选D。水银即金属汞，只是一种。水银即金属汞，只是一种金属。金属。2.下列可被工业上采用的冶金方法是下列可被工业上采用的冶金方法是()A电解熔融的氯化铝制铝电解熔融的氯化铝制铝B电解熔融的氯化镁制镁电解熔融的氯化镁制镁C电解氯化钠溶液制钠电解氯化钠溶液制钠D高温下用高温下用H2还原氧化镁制镁还原氧化镁制镁解析：选解析：选B。氯化铝是共价化合物，熔融状。氯化铝是共价化合物，熔融状态下以分子形式存在，其中缺少自由移动的态下以分子形式存在，其中缺少自由移动的离子，基本不导电，故不能用电解熔融氯化离子，基本不导电，故不能用电解熔融氯化铝的方法制铝。铝的方法制铝。A不可选。不可选。Na、Mg2、
6、Al3在水溶液中电解时，电子被在水溶液中电解时，电子被H得到，因得到，因而电解比氢活泼的金属阳离子的水溶液是得而电解比氢活泼的金属阳离子的水溶液是得不到金属单质的。不到金属单质的。C不可选。比不可选。比Al活泼的金属很难用一般的还活泼的金属很难用一般的还原剂原剂(如如H2、CO、C等等)把它们从化合物中还把它们从化合物中还原出来。况且，原出来。况且，MgO熔点很高。工业上制取熔点很高。工业上制取镁是采用电解熔融镁是采用电解熔融MgCl2的方法。的方法。D不可不可选。选。3.关于钢铁的腐蚀的下列叙述中，正确的是关于钢铁的腐蚀的下列叙述中，正确的是()A吸氧腐蚀时阴极放出氧气吸氧腐蚀时阴极放出氧气
7、B析氢腐蚀时阴极放出氢气析氢腐蚀时阴极放出氢气C化学腐蚀速率超过电化学腐蚀速率化学腐蚀速率超过电化学腐蚀速率D析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍解析：选解析：选B。吸氧腐蚀阴极反应为：。吸氧腐蚀阴极反应为：O24e2H2O=4OH，析氢腐蚀需要弱酸性，析氢腐蚀需要弱酸性，不如吸氧腐蚀普遍；电化学腐蚀比化学腐蚀不如吸氧腐蚀普遍；电化学腐蚀比化学腐蚀要快。要快。要要点点突突破破讲讲练练互互动动探究导引探究导引1炼铁和炼钢的主要反应原理有何异炼铁和炼钢的主要反应原理有何异同？同？钢铁的冶炼钢铁的冶炼提示：提示：炼铁炼铁和和炼钢炼钢的主要反的主要反应应原理的比原理的比较较：相同点：都是利用氧
8、化相同点：都是利用氧化还还原反原反应应。不不同同点点：炼炼铁铁主主要要是是用用还还原原剂剂把把铁铁从从铁铁矿矿石石中中还还原原出出来来(侧侧重重还还原原)，而而炼炼钢钢主主要要是是用用氧氧化化剂剂把把生生铁铁中中过过多多的的碳碳和和其其他他杂杂质质氧氧化化而而除除去去(侧侧重氧化重氧化)。要点归纳要点归纳1.金属冶炼的原理金属冶炼的原理金属的冶炼是把金属从矿石中提炼出来。由金属的冶炼是把金属从矿石中提炼出来。由于矿石中的金属元素绝大多数都是以正化合于矿石中的金属元素绝大多数都是以正化合价存在的，所以金属冶炼的实质是通过一定价存在的，所以金属冶炼的实质是通过一定的措施将化合态的金属还原成单质。的
9、措施将化合态的金属还原成单质。2.金属冶炼的方法金属冶炼的方法(1)热分解法热分解法3.几种金属的冶炼几种金属的冶炼(1)炼铁炼铁几种铁矿石的主要成分：磁铁矿几种铁矿石的主要成分：磁铁矿Fe3O4，赤铁矿赤铁矿Fe2O3，褐铁矿，褐铁矿2Fe2O33H2O，黄铁，黄铁矿矿FeS2等。等。原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气。原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气。原理：原理：(以赤铁矿为例以赤铁矿为例)(2)炼钢炼钢原料：炼铁厂的铁水或废钢铁。原料：炼铁厂的铁水或废钢铁。目的：降低含碳量，除去目的：降低含碳量，除去P、S等元素，等元素，调节调节Si、Mn、Cr、Ni、W等合金元素的含等合金元素的含量。量
10、。原理：高温下用氧化剂将过多的碳及其他原理：高温下用氧化剂将过多的碳及其他杂质除去，再添加杂质除去，再添加Si、Mn、Al等其他合金等其他合金元素作脱氧剂，调整钢水成分。元素作脱氧剂，调整钢水成分。即时应用即时应用1.钢铁工业对促进经济和社会发展起了重要钢铁工业对促进经济和社会发展起了重要作用。作用。(1)炼铁高炉分为五部分，铁矿石与高温煤炼铁高炉分为五部分，铁矿石与高温煤气主要在气主要在_部分发生反应，在部分发生反应，在_部分开始生成生铁和炉渣。部分开始生成生铁和炉渣。(2)炼钢时，除磷的化学方程式为炼钢时，除磷的化学方程式为_；加入；加入硅、锰和铝的目的是硅、锰和铝的目的是_。(3)不锈钢
11、含有的不锈钢含有的Cr元素是在炼钢过程的吹元素是在炼钢过程的吹氧氧_(填填“前前”或或“后后”)加入，原因是加入，原因是_。(4)炼铁和炼钢生产中，尾气均含有的主要污炼铁和炼钢生产中，尾气均含有的主要污染物是染物是_。从环保和经济角度考虑，上述尾气经处理可从环保和经济角度考虑，上述尾气经处理可用作用作_。解析：解析：(1)高炉高炉炼铁时炼铁时将原料从炉喉送入高将原料从炉喉送入高炉炉，送送风风系系统统从从炉炉腹腹下下部部鼓鼓入入，炉炉料料在在下下降降过过程程中中与与高高温温煤煤气气流流在在炉炉身身部部分分发发生生作作用用，焦炭与空气焦炭与空气发发生反生反应应生成二氧化碳和一氧化生成二氧化碳和一氧
12、化碳碳。在在炉炉腰腰部部分分形形成成炉炉渣渣和和生生铁铁，炉炉渣渣密密度度小小，浮浮于于生生铁铁上上面面，分分别别从从出出渣渣口口和和出出铁铁口口排出。排出。(3)在吹氧后加入在吹氧后加入Ni、Cr等可以制成不等可以制成不锈锈钢钢，以防止，以防止Cr在吹氧在吹氧时时被氧化。被氧化。(4)能能源源和和环环保保已已是是世世界界性性问问题题，特特别别是是在在工工业业生生产产中中，能能变变废废为为宝宝更更是是最最佳佳工工艺艺路路线线。炼炼钢钢和和炼炼铁铁都都含含有有的的污污染染性性气气体体CO经经处处理理后可用作燃料或后可用作燃料或还还原原剂剂。铝的冶炼铝的冶炼探究导引探究导引2为为何用何用电电解法冶
13、解法冶炼炼金属金属铝铝？提提示示：因因铝铝金金属属活活泼泼性性较较强强，还还原原性性强强，用用常常见见的的还还原原剂剂C、H2、CO等等无无法法还还原原，故故采用采用电电解法。解法。要点归纳要点归纳特别提醒特别提醒有的金属既可以用热还原法，又可以用电有的金属既可以用热还原法，又可以用电解法，在热还原法中，也可以采用不同的还解法，在热还原法中，也可以采用不同的还原剂。对于一种金属的冶炼采用什么样的方原剂。对于一种金属的冶炼采用什么样的方法法,选用什么样的还原剂选用什么样的还原剂,要根据生产原料、要根据生产原料、设备和金属的用途等多种因素综合确定。设备和金属的用途等多种因素综合确定。即时应用即时应
14、用2.下图是传统的工业生产金属铝的基本流程下图是传统的工业生产金属铝的基本流程图，结合铝生产流程图解答下列试题：图，结合铝生产流程图解答下列试题：请回答：请回答：(1)工业冶炼金属铝用的是铝土矿，铝土矿的工业冶炼金属铝用的是铝土矿，铝土矿的主要成分是主要成分是_(填化学式填化学式)。石油炼制。石油炼制和煤的干馏产品和煤的干馏产品_(填物质名称填物质名称)作电作电解铝的阴极和阳极材料。解铝的阴极和阳极材料。(2)氧化铝熔点高达氧化铝熔点高达2050，工业上为了降，工业上为了降低能量消耗，在金属铝的冶炼中采取的措施低能量消耗，在金属铝的冶炼中采取的措施是是_。(3)在冶炼过程中，阳极材料需要定期地
15、进行在冶炼过程中，阳极材料需要定期地进行更换，原因是该极材料不断被消耗，产生这更换，原因是该极材料不断被消耗，产生这种现象的原因是：种现象的原因是：_(用化用化学方程式表示学方程式表示)。(4)工业上制取金属镁时是电解熔融工业上制取金属镁时是电解熔融MgCl2，电解反应方程式为电解反应方程式为_，镁和铝都，镁和铝都是活泼金属，为什么在电解冶炼过程中，一是活泼金属，为什么在电解冶炼过程中，一个用氯化物，一个用氧化物：个用氯化物，一个用氧化物：_。解析：该题以工业冶炼金属铝为载体考查了解析：该题以工业冶炼金属铝为载体考查了原料的判断、原理的诠释以及能量的合理利原料的判断、原理的诠释以及能量的合理利
16、用。用。(1)铝土矿的主要化学成分是铝土矿的主要化学成分是Al2O3，另外还，另外还有有SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O等，电解前必等，电解前必须进行提纯。石油炼制、煤的干馏的固体物须进行提纯。石油炼制、煤的干馏的固体物质的成分为碳，具有导电性，可以作为阳极质的成分为碳，具有导电性，可以作为阳极和阴极材料。和阴极材料。(2)纯净纯净Al2O3的熔点很高，而其电解必须在的熔点很高，而其电解必须在熔融状态下进行，若采用纯净的熔融状态下进行，若采用纯净的Al2O3进行进行电解，则加热熔融需要浪费大量的能量，所电解，则加热熔融需要浪费大量的能量，所以工业上采用加入冰晶石以工业上采用加入冰晶石(Na3AlF6)和氟化和氟化钙钙(CaF2)的方法，降低熔点。的方法，降低熔点。(3)工业冶炼铝的关键操作是电解，电解时阳工业冶炼铝的关键操作是电解，电解时阳极发生氧化反应，熔融物中的极发生氧化反应，熔融物中的O2失电子，失电子，生成生成O2，在电解过程中阳极的材料碳逐渐与，在电解过程中阳极的材料碳逐渐与生成的氧气反应，在高温条件下生成生成的氧气反应，在高温条件下生成CO。(4)因为因为MgCl2为
