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1、课题2金属材料第1课时从矿石中获得金属1.会运用金属冶炼的原理,能根据金属活动性的不同选用不同的冶炼方法。2.能说出生铁的冶炼与炼钢原理的区别。3.通过对铝的生产流程的讨论,进一步掌握氧化铝和氢氧化铝的两性以及电解氧化铝的反应原理。一二一、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阶段(主要包括探矿、采矿、选矿等工序)及冶炼阶段。2.金属冶炼的原理金属冶炼的原理是利用氧化还原反应将金属从其化合物中还原出来。三一二3.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
2、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和分离的冶金过程。三一二从氧化物、碳酸盐、硫化物中冶炼金属有哪些不同?为什么?提示以氧化物形式存在的金属矿石可直接用还原剂还原,如生铁的冶炼;以碳酸盐形式存在的金属矿石则可通过煅烧(在缺少空气条件下加热至高温但不使炉料熔化)分解生成金属氧化物或金属,然后再将金属氧化物还原;以硫化物形式存在的金属矿石,由于低价硫的存在,所以先要焙烧(在有空气条件下加热至高温但不使炉料熔化)生成金属氧化物或金属,然后再将金属氧化物还原。三一二二、钢铁的冶炼1.生铁的冶炼(1)常见铁矿石名称及主要成
3、分:(2)原理:在高温下用还原剂将铁从其氧化物中还原出来。以赤铁矿为例,用化学方程式表示为:3CO+Fe2O32Fe+3CO2。(3)原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气。(4)石灰石的作用:除去脉石,有关化学方程式为:(5)设备:炼铁高炉。三一二高炉炼铁产生的废气、废渣的成分是什么?提示高炉炼铁中产生的废气有CO、CO2、SO2、NO2,炉渣有CaSiO3和少量含C、P、S、Si、Mn的化合物及SiO2等。按照化工生产的一般过程,在炼铁过程的实际生产中必须考虑哪些因素?提示从反应原理、生产中原料的选择、反应条件的控制、三废的处理和能量的充分利用等方面考虑生铁冶炼中的一些问题。三一二2.钢的冶炼(
4、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:炼铁厂的铁水或废钢铁。(3)主要的反应:三一二三三、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。一二三(2)化学反应。回忆金属冶炼有哪些常用方法?如何选择金属冶炼方法?提示金属冶炼常用方法有热分解法、热还原法、电解
5、法等。选择金属冶炼方法要考虑金属活动性及经济效益、技术、环保等因素。金属冶炼方法的还原强度顺序:电解法热还原法热分解法;经济效益高低:热分解法热还原法电解法。一二一、钢铁的冶炼1.生铁和钢的比较一二2.炼铁和炼钢的比较 一二一二特别提示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。实际生产中,控制氧及各种元素含量是炼钢中的一项关键技术。一二二、铝的冶炼1.从铝土矿中获得纯净的氧化铝实验方案(1)实验方案一及步骤。加足量HCl溶液并过滤(除去SiO2):一二(2)实验方案二及步骤。加足量NaOH溶液并过滤(除去Fe2
6、O3):一二2.电解氧化铝炼铝(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1000左右,所以电解生成的铝呈液态,从电解装置的底部流出。知识点1知识点2钢铁的冶炼【例题1】金属材料在人类社会中发挥着重要的作用,其冶炼过程离不开化学的支持。铁是应用最广泛的金属,自远古时代
7、人类就学会了炼铁,到目前为止,人类研制出很多炼铁的方法。某研究性学习小组查阅了工业炼铁的有关资料后,发现目前多采用高炉炼铁这种主流方法,其生产示意图如下,请回答下列问题:知识点1知识点2知识点1知识点2(1)已知铁矿石中有一些难熔化的脉石(SiO2),在铁矿石中加入一定比例的石灰石就是为了除去这些脉石,形成的物质就是炉渣的主要成分,请写出有关化学方程式:,。(2)铁矿石中加入一定比例的焦炭的目的是生成还原剂CO,请写出得到CO的化学方程式:,。(3)热空气从高炉下部通入,而炉料从高炉顶部投入,这样操作的主要目的是。知识点1知识点2解析：(1)高温下,CaCO3CaO+CO2,CaO+SiO2C
8、aSiO3达到除去脉石的目的。(2)高炉内焦炭在进风口与热空气反应,先生成CO2,CO2气体上升再与炽热的焦炭反应生成CO。(3)固体下落,热空气上升,使固体颗粒与气体充分接触,反应充分,是利用了逆流原理。(3)使炉料和热空气充分接触,使反应得以顺利进行,且有利于热交换,使热能得以充分利用知识点1知识点2铝的冶炼【例题2】铝是地壳中含量最多的金属元素,1854年法国冶金学家戴维尔用金属钠还原NaAlCl4,获得了金属铝单质。1886年,美国人霍尔和法国人埃鲁,分别独立地电解熔融的氧化铝和冰晶石的混合物,制得了金属铝,奠定了今天大规模生产铝的基础。工业生产金属铝的原料是铝土矿(主要成分为Al2O
9、3,另含有Fe2O3),工业中得到较纯氧化铝的过程如图所示:知识点1知识点2请回答下列问题:(1)操作是一种重要的混合物分离方法,实验室进行该项操作用到的玻璃仪器有烧杯、。(2)经分析不溶物A的主要成分为。(3)工业上电解炼铝的化学方程式为,若电路中通过1mol电子,可以得到铝g。(4)电解时加入冰晶石(Na3AlF6)的作用是。(5)电解生成的金属铝是在熔融液的(填“上层”或“下层”)。(6)阴极和阳极均由材料做成;电解时所消耗的电极是(填“阳极”或“阴极”)。(7)铝是高耗能产品,废旧铝材的回收利用十分重要。在工业上,最能体现节能减排思想的是将回收铝做成(填代号)。a.冰晶石b.氧化铝c.
10、铝锭d.硫酸铝知识点1知识点2解析：(4)Al2O3熔点很高,不易熔化,而Na3AlF6易熔化,Al2O3可溶解于液态Na3AlF6中。故冰晶石的作用是降低Al2O3的熔化温度。(5)Al的密度大于Al2O3和Na3AlF6的混合熔融液的密度,故在下层。(6)两极材料均用高熔点、性质稳定的石墨制作,因阳极上生成氧气,高温下石墨会与O2反应生成CO2而消耗。(7)单质铝来之不易(高耗能),故回收铝最好是熔化铸成铝锭再作为原料使用,减少铝在冶炼过程中的能耗。答案：(1)玻璃棒漏斗(2)Fe2O3(3)2Al2O34Al+3O29(4)降低Al2O3的熔化温度(5)下层(6)石墨棒阳极(7)c1 2
11、 3 41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、铬等金属可以防腐;选项B正确,将生铁炼成钢的过程就是一个降碳、除大部分硫、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：D1 2 3 42下列有关铝土矿综合利用的说法中,正确的是()A.铝土矿提炼铝时只能用NaOH溶液溶解铝土矿,不能用酸溶液B.铝土矿只能提取铝C.用铝土矿提取铝的过程中无有毒气体产生,所以炼铝不会对环境造成任何污染D.铝土矿提取铝的过程不涉及置换反应答案：D1 2 3 43(双选)在炼钢时,下列作用与所加生石灰有关的是()A.钢渣的生成B.降低含碳量C.调整合金元素的含量D.除去脉石解析：铁矿石中含有脉石(主要成分是SiO2),加入CaO可生成CaSiO3炉渣,CaO还可以作脱硫剂。答案：AD1 2 3 44在冶金工业上,常用电解法得到Na、Mg、Al等金属,其主要原因是()A.这些金属的化合物熔点低B.它们都是轻金属C.它们的性质很活泼D.此方法成本低解析：Na、Mg、Al性质活泼,很难找到合适的还原剂制取单质。答案：C
