高中化學(xué)選修2第三單元課題2《金屬材料》

課題2金屬材料一、從礦石中獲得金屬

金屬冶煉的原理

金屬的冶煉就是利用氧化還原反應(yīng)將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來(lái)?由于礦石中的金屬元素絕大多數(shù)都是以正化合價(jià)存在的,所以金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是通過(guò)一定的措施將化合態(tài)的金屬還原成單質(zhì)?

金屬冶煉的步驟

開采（探礦、采礦、選礦）、初步加工、金屬冶煉的方法(1)熱分解法在常見(jiàn)金屬活動(dòng)性順序表的右端區(qū)域(如Hg?Ag)?如

思考與交流

(2)熱還原法可用熱還原法冶煉的金屬,其金屬性比較強(qiáng),在常見(jiàn)金屬活動(dòng)性順序表中居于中間區(qū)域?(3)電解法電解法冶煉一般用于活潑金屬的冶煉(如K?Ca?Na?Mg?Al等）軍事上離不開鋼鐵F-18大黃蜂戰(zhàn)斗機(jī)我軍陸戰(zhàn)王牌-99式主戰(zhàn)坦克海軍109驅(qū)逐艦中國(guó)九五式突擊步槍鋼鐵的用途我們的生活中也離不開鋼鐵廣州丫髻沙大橋雷諾汽車生活用品磁懸浮列車鐵礦石成分脈石和硫磷雜質(zhì)鐵化合物Fe3O4(磁鐵礦石)Fe2O3(赤鐵礦石)FeS2

(黃鐵礦石)FeCO3(菱鐵礦石)☆鐵的存在存在：地殼中的鐵都以化合態(tài)（氧化物、硫化物形式）存在于鐵礦石中，游離態(tài)的鐵只能從隕石中得到。黃鐵礦—FeS2磁鐵礦

—Fe3O4褐鐵礦—2Fe2O3.3H2O菱鐵礦—FeCO3赤鐵礦--Fe2O3鐵礦石晶體暗紅色鐵鋁榴石晶體，產(chǎn)地奧地利立方體黃鐵礦晶體，產(chǎn)地西班牙祖母綠、黃鐵礦、方解石共生，產(chǎn)地哥倫比亞鋼鐵是怎樣煉成的1.鋼鐵的冶煉⑴煉鐵：鐵礦石（化合態(tài)）→鐵單質(zhì)（游離態(tài)）①基本反應(yīng)原理：3CO+Fe2O3

=====

2Fe+3CO2高溫

利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑（主要是CO)將鐵從鐵礦石中還原出來(lái)。③設(shè)備：高爐②原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣Ⅰ.產(chǎn)生還原劑：

C+O2====CO2

CO2+C===2CO

（空氣，焦炭）

Ⅱ.還原鐵礦石：

Fe2O3+3CO

==

2Fe+3CO2

Ⅲ.造渣（除脈石）：（熔劑：石灰石）

CaCO3

===

CO2↑+CaO

CaO+SiO2

==CaSiO3高溫高溫

④煉鐵的主要反應(yīng)過(guò)程：點(diǎn)燃高溫高溫高爐結(jié)構(gòu)圖C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2生鐵和鋼的比較2%~4.3%0.03%~2%硅錳(較多)硫磷(較多)硅錳(適量)硫磷(較少)可鑄不可鍛可鑄,可鍛,可壓延硬而脆硬而韌,有彈性⑵煉鋼：

生鐵→鋼目的①降：降低含碳量②除：除去硫、磷等雜質(zhì)

③調(diào)：調(diào)節(jié)合金元素SiMnCr

Ni

W

的含量①基本反應(yīng)原理：

利用氧化還原反應(yīng)?，在高溫下，用氧化劑（用純氧氣）把生鐵中過(guò)多的碳和其它雜質(zhì)氧化除去。再添加Si?Mn?Al等其他合金作脫氧劑,以調(diào)整鋼水成分③設(shè)備：

轉(zhuǎn)爐，電爐，平爐②原料：生鐵，氧氣，生石灰，（硅鐵和錳鐵）④煉鋼的主要反應(yīng)過(guò)程Ⅰ.產(chǎn)生氧化劑：2Fe+O2=2FeO（氧氣）Ⅱ.除硅，錳，碳等雜質(zhì)：

Si+2FeO=SiO2+2Fe（除硅）Mn+FeO=MnO+Fe（除錳）FeS+CaO=CaS+FeO(脫硫）

C+FeO=CO+Fe（脫碳）Ⅳ.造渣：

CaO+SiO2=CaSiO3

（生石灰)硫、磷雜質(zhì)與生石灰作用形成爐渣被除去。Ⅲ.脫氧：Si+2FeO=SiO2+2Fe（脫氧劑：硅鐵，錳鐵）調(diào)節(jié)合金元素

⑤煉鋼與環(huán)保節(jié)能

棕色煙氣：Fe2O3、CO轉(zhuǎn)爐的結(jié)構(gòu)圖（氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法）

(3)鋁的冶煉①原料:鋁土礦(主要成分為Al2O3)?②提純Al2O3:(用化學(xué)方程式表示)Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O,NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3③電解:加入冰晶石及少量螢石降低Al2O3的熔?化學(xué)方程式:2Al(OH)3==Al2O3+3H2O△特別提醒:有的金屬既可以用熱還原法,又可以用電解法,在熱還原法中,也可以采用不同的還原劑?對(duì)于一種金屬的冶煉采用什么樣的方法,選用什么樣的還原劑,要根據(jù)生產(chǎn)原料?設(shè)備和金屬的用途等多種因素綜合確定?

電極反應(yīng)陽(yáng)極:6O2--12e-===3O2陰極:4Al3++12e-===4AlＡ、鈦合金鈦合金優(yōu)點(diǎn)：高強(qiáng)度高韌性耐腐蝕質(zhì)地輕鈦金屬腕表科學(xué)視野

鈦合金與人體有很好的“相容性”，因此可用來(lái)制造人造骨

鈦和鈦合金被認(rèn)為是21世紀(jì)的重要材料，它具有很多優(yōu)良的性能。尤其是抗腐蝕性能非常好，即使把它們放在海水中數(shù)年，取出后仍光亮如新，其抗腐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼，因此被廣泛用于火箭、導(dǎo)彈、航天飛機(jī)船舶、化工和通訊設(shè)備等Ｂ、儲(chǔ)氫合金主要由鈦系儲(chǔ)氫合金、鋯系儲(chǔ)氫合金、鐵系儲(chǔ)氫合金以及稀土系儲(chǔ)氫合金

重要應(yīng)用利用儲(chǔ)氫合金制造鎳氫電池能引起記憶合金形狀改變的條件是溫度!Ｃ、“形狀記憶”合金用鈦-鎳形狀記憶合金制成的人造衛(wèi)星天線

形狀記憶合金是具有形狀記憶效應(yīng)的合金被廣泛用于做人造衛(wèi)星和宇宙飛船的天線，水暖系統(tǒng)、防火門和電路斷電的自動(dòng)控制開關(guān)，以及牙齒矯正等醫(yī)療材料低溫下

電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕往往同時(shí)發(fā)生，絕大多數(shù)金屬腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕三?金屬的腐蝕及防止1.金屬的腐蝕(1)化學(xué)腐蝕:

金屬材料與其表面接觸的一些物質(zhì)(如O2?Cl2等)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕?（活潑金屬與氣體之間）(2)電化學(xué)腐蝕:

不同金屬或不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸,因發(fā)生原電池反應(yīng)而引起的金屬的腐蝕?金屬的電化學(xué)腐蝕類型(以鋼鐵生銹為例)(1)吸氧腐蝕①條件:金屬表面的電解質(zhì)溶液酸性很弱或呈中性?②電極反應(yīng)負(fù)極:Fe-2e-

==Fe2+正極:O2+2H2O+4e-

=4OH-

(2)析氫腐蝕①條件:金屬表面的電解質(zhì)溶液呈酸性?②電極反應(yīng)負(fù)極:Fe-2e-===Fe2+正極:2H+(aq)+2e-===H2(g)總反應(yīng):③鐵銹的生成:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3====Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O2.金屬腐蝕的防止和利用Ⅱ.涂油漆①改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（鋼中加入鉻....)鍍層保護(hù)涂層保護(hù)⑴金屬腐蝕的防止②表面保護(hù)法（將金屬制品與周圍物質(zhì)隔開）Ⅰ.形成鈍化膜(發(fā)藍(lán).....)實(shí)驗(yàn)3-2⒈鍍件表面粘附著一層亮紅色的固體

⒉電極反應(yīng)

陽(yáng)極:Cu-2e-===Cu2+陰極:Cu2++2e-===CuⅢ.電鍍

原理：在金屬表面鍍上一層其它金屬或合金的過(guò)程

陽(yáng)極:鍍層金屬如Sn?Cr?Zn?Ni等,連電源正極?

陰極:被保護(hù)金屬（待鍍金屬制品）,連電源負(fù)極?

含有鍍層金屬離子的溶液作為電解質(zhì)溶液（電鍍液）

實(shí)例:自行車車把?車圈用電鍍方法鍍鋅?鉻等,既美

觀,又防止鋼鐵生銹