高中化學(xué) 第三單元 化學(xué)與材料的發(fā)展 課題2 金屬材料教案 新人教版選修2

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1、 課題2 金屬材料 ● 掌握煉鐵、煉鋼、電解法制鋁的原理。 ● 了解金屬腐蝕和防護(hù)的有關(guān)知識(shí)。 ● 能舉例說明金屬材料的特點(diǎn)。 ● 舉例說明用化學(xué)方法進(jìn)行金屬材料表面處理的原理。 〔知識(shí)梳理〕 1．煉鐵的原理是利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下， ， 原料是 、 、 、 ，產(chǎn)生還原劑的反應(yīng)是 、 ，煉鐵的反應(yīng)是 ，造渣的反應(yīng)是

2、 、 ，高爐煤氣的成分是 。 2．煉鋼的原理是 ， 原料是 。寫出煉鋼過程發(fā)生主要反應(yīng)的化學(xué)方程式 。 3．電解鋁的原料是鋁土礦（主要成分是Al2O3)，提純Al2O3的方法是：將鋁土礦溶

3、解在NaOH溶液，然后往溶液中通入過量的二氧化碳，過濾，灼燒，即得Al2O3，寫出上述反應(yīng)的化學(xué)方程式 。 4．冰晶石的化學(xué)式為 ，在電解三氧化鋁時(shí)，加入冰晶石的作用是 ，電解Al2O3的化學(xué)方程式為 。電解時(shí)，陽極產(chǎn)生氧氣，碳?jí)K要消耗，所以要定時(shí)補(bǔ)充碳?jí)K。 5．金屬的化學(xué)腐蝕是指

4、 ；金屬的電化學(xué)腐蝕是指 。 6．鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕，主要原因是由于鋼鐵制品與其接觸的電解質(zhì)溶液構(gòu)成許多微型的 ，鐵通常作為 極， 電子發(fā)生 反應(yīng)而被腐蝕，其電極反應(yīng)為 。鋼鐵在大氣中的腐蝕通常為 腐蝕

5、，其陰極反應(yīng)式為 。若電解質(zhì)溶液酸性較強(qiáng)，則發(fā)生的是 腐蝕，其電極反應(yīng)式為 。 7．電鍍是一種特殊的電解，在電鍍時(shí)， 作陰極， 作陽極， 作電解質(zhì)溶液，電鍍時(shí)，電解質(zhì)溶液的濃度 。如在一把小刀上鍍鋅，小刀接電源的 極，電極反應(yīng)式為 。 〔方法導(dǎo)引〕 1．煉鐵和煉鋼的主要區(qū)別 由鐵礦石冶煉成鐵，再由鐵冶煉成鋼，這是冶煉鋼鐵

6、的必經(jīng)過程。由于煉鐵和煉鋼的任務(wù)不同，因此采用的原料、利用的化學(xué)原理、冶煉設(shè)備等也各不相同?，F(xiàn)比較如下： 冶煉 生鐵 鋼 原料 鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣 生鐵、氧氣、生石灰 原理 用還原劑在高溫下把鐵從鐵礦石中還原出來 用氧化劑在高溫下把生鐵中的雜質(zhì)氧化除去 設(shè)備 高爐 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐 化學(xué) 反應(yīng) 還原劑生成(爐腹) CO2+O2 CO2 CO2 +C 2CO 鐵的還原(爐身) Fe2O3+3CO2 2Fe+3CO 爐渣形成(爐腰) CaCO3CaO+CO2↑ CaO+SiO2 CaSiO3 碳被氧化 C+O2 CO 鐵被

7、氧化 2Fe+O2 2FeO 脫碳 FeO+C CO+Fe 脫硫 FeS+CaO FeO+CaS 脫氧 2FeO+Si 2Fe+SiO2 產(chǎn)品 生鐵；含有較多的碳及硫、磷、硅等 鋼；含碳量0.03～2%，留有部分硅錳 尾氣 高爐煤氣（CO、CO2、N2等） 棕色煙氣（Fe2O3塵粒及CO） ⑴煉鐵中，為什么不用焦炭直接還原氧化鐵？ 碳有還原性，在高溫條件下，能把鐵從它的氧化物中還原出來。 Fe2O3+3C 2Fe+3CO 但是，焦炭是固體，與氧化鐵的表面接觸很有限，很難充分發(fā)生反應(yīng)，而一氧化碳是氣體，能與氧化鐵充分接觸，完全反應(yīng)。

8、所以，煉鐵中必須通過一氧化碳去還原氧化鐵。 焦炭的作用有兩個(gè)：一是制造了還原劑CO，二是它燃燒放出大量的熱，為高爐提供了高溫條件。 ⑵煉鋼中要除去硅和錳，為什么在后期的脫氧反應(yīng)中，又要加入硅和錳作為脫氧劑？ 煉鋼，并不是要完全除去硅和錳等合金元素，而是將他們的含量調(diào)整到規(guī)定的范圍之內(nèi)。煉鋼期，F(xiàn)eO會(huì)將硅和錳氧化，成為爐渣，從而降低了硅和錳的含量。但后期，鋼水中含有少量沒有反應(yīng)的FeO，這會(huì)使鋼具有熱脆性。因此，用硅鐵或錳鐵作為脫氧劑將FeO還原，同時(shí)又調(diào)整了硅錳的含量。 2．電解原理的應(yīng)用 電解食鹽水 電鍍鋅 鋁的冶煉 電解質(zhì) 溶液 精制后的食鹽水

9、 含Zn2＋的溶液 冰晶石和氧化鋁熔融體 電極 反應(yīng) 陽極 石墨 金屬鋅 碳?jí)K 陰極 鐵網(wǎng) 鍍件金屬 碳?jí)K 電極 反應(yīng) 陽極 2Cl－－2e－＝Cl2↑ Zn－2e－＝Zn2＋ 6O2－－12e－＝3O2↑ 陰極 2H＋＋2e－＝H2↑ Zn2＋＋2e－＝Zn 4Al3＋＋12e－＝4Al 總反應(yīng)式 2Cl－+2H2O 2OH－+H2↑+Cl2 無 2Al2O34Al+3O2↑ 說明 用立式隔膜電解槽 陽極參加了反應(yīng)，被逐漸腐蝕 冰晶石作熔劑，電解時(shí)，陽極碳?jí)K 被產(chǎn)生的O2逐漸消耗，要定期補(bǔ)充 3．金屬的腐蝕 金屬腐蝕

10、的原因：許多金屬有較活潑的化學(xué)性質(zhì)，當(dāng)金屬與周圍接觸到空氣、水及具有腐蝕性的物質(zhì)時(shí)，金屬失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。 化學(xué)腐蝕 電化腐蝕 條件 金屬與非電解質(zhì)等直接接觸 不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸 現(xiàn)象 無電流產(chǎn)生 有電流產(chǎn)生 本質(zhì) 金屬被氧化的過程 較活潑的金屬被氧化的過程 化學(xué)腐蝕與電化腐蝕往往同時(shí)發(fā)生，但電化腐蝕更具普遍，危害更嚴(yán)重 鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕比較 吸氧腐蝕 析氫腐蝕 條件 水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性較強(qiáng) 陽極反應(yīng) Fe－2e－＝Fe2＋ 陰極反應(yīng) O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 2H＋＋2e－＝H2

11、 溶液反應(yīng) Fe2＋+2OH－＝Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+O2+2H2O＝4Fe(OH)3↓ ⑴金屬腐蝕的快慢：與電解質(zhì)溶液互相接觸的兩種金屬，活潑金屬總是先被腐蝕，而不活潑金屬得到保護(hù)。兩種金屬活潑性相關(guān)越大，活潑金屬被腐蝕得越快。 ⑵金屬的保護(hù)：①改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：如可根據(jù)不同的用途選用不同的金屬或非金屬制成合金，以防止腐蝕；②覆蓋保護(hù)層：如可以采用噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法使金屬與介質(zhì)隔離，以防止腐蝕；③使用電化學(xué)保護(hù)法：將一種比需要保護(hù)的金屬活潑的金屬與之相連構(gòu)成原電池，則較活潑的金屬被腐蝕，而需要保護(hù)的金屬被保護(hù)不被腐蝕。如埋在地下的鋼管用導(dǎo)線與較

12、活潑金屬（鋁、鋅等）相連，則鐵被保護(hù)。 [例題1]下列各工業(yè)生產(chǎn)中，石灰石、生石灰、熟石灰、都不能作為原料和是（ ）。 ①煉鐵 ②用生鐵煉鋼 ③從海水中提取鎂 ④鋁的冶煉 ⑤制水泥 ⑥制玻璃 ⑦制漂白粉⑧制硫酸 A．④⑧ B．⑤⑥ C．①②③ D．⑤⑥⑦ [解析]煉鐵中用石灰石造渣；煉鋼中用生石灰造渣；用熟石灰富集海水中的鎂；石灰石是制水泥、玻璃的主要原料；熟石灰是制漂白粉的原料。 [答案]A [例題2]以下現(xiàn)象與電化學(xué)腐蝕無關(guān)的是（ ）。 A．黃銅（銅鋅合金）制作的銅鑼不易生銹 B．生鐵比軟鐵芯（幾乎是純鐵）容易生銹 C．鐵質(zhì)器件附有銅質(zhì)配

13、件，在接觸處易生鐵銹 D．銀質(zhì)獎(jiǎng)牌長(zhǎng)期放置后表面變暗 [解析]A黃銅若發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，被腐蝕的金屬應(yīng)是金屬性較活潑的鋅而不是銅；B生鐵中含較多的碳，比軟鐵芯在電解質(zhì)作用下更容易形成原電池，也更容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕而生銹；C鐵質(zhì)器件附有銅配件時(shí)，在接觸電解質(zhì)溶液時(shí)，鐵作陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕；D銀質(zhì)獎(jiǎng)牌久置后可能被氧氣或硫氧化成銀的化合物而使其表面變暗，這是化學(xué)腐蝕，與電化學(xué)腐蝕無關(guān)。 [答案]D [例題3]工業(yè)上用鋁土礦（主要成分是Al2O3H2O、Al2O33H2O、以及少量的Fe2O3、SiO2等），提取純Al2O3作冶煉鋁的原料。提取的操作過程可用以下流程圖表

14、示： 鋁土礦 加過量鹽酸 過濾 ① 不溶物 濾液(A) 加過量氫氧化鈉 過濾 ② 濾液 沉淀 △ Al2O3 濾液(B) 沉淀 通入CO2 ⑴寫出濾液A中一種溶質(zhì)與過量NaOH溶液反應(yīng)進(jìn)入濾液B中的離子方程式 。 ⑵若步驟①中沒有過濾操作而直接進(jìn)入步驟②，對(duì)后面操作將產(chǎn)生的影響是 。 [解析]提純Al2O3的關(guān)鍵是要根據(jù)Al2O3、Fe2O3、SiO2化學(xué)性質(zhì)上的差異。Al2O3有兩性，既可溶于NaOH溶液，又可溶于鹽酸；Fe2O3只溶于鹽酸；SiO2只溶于NaOH溶液。先加鹽酸，過濾，除去不溶的SiO2，向?yàn)V液中加入足量NaOH溶液，過濾，除去Fe(OH)3。 [答案]⑴Al3＋＋4OH－＝AlO2－＋2H2O ⑵ ①中不溶物(SiO2)在操作②中會(huì)被NaOH溶解 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375