标签: 2018年高中化学第三单元化学与材料的发展课题2金属材料教学案新人教版选修2  
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doc 课题2金_属_材_料 从矿石中获得金属 [自读教材·夯基础] 1.金属元素在自然界中的存在 (1)少数化学性质不活泼的金属,如金、铂以及少量的银和铜在自然界中以游离态存在。 (2)大多数金属是与氧、硫等非金属元素形成化合物而存在。 2.获得金属材料的过程 获得金属材料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。 3.金属冶炼的基本原理 金属冶炼所依据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。 4.金属冶炼的方法 火法冶金和湿法冶金是冶金工业两种主要方法。 [跟随名师·解疑难] (1)冶炼金属的实质: (2)金属冶炼的方法: ①热分解法:适合于位于金属活动顺序表后端(金属活动性位于氢后面)的金属,如Hg、Ag等。 2HgO2Hg+O2 2Ag2O4Ag+O2 ②热还原法:适合于位于金属活动顺序表中部(Zn~Pb)的金属,常用的还原剂有焦炭、CO、H2、活泼金属(如Al)等。 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 WO3+3H2W+3H2O Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3 ③电解法:适合于位于金属活动性顺序表前端的金属,如K、Na、Mg、Ca、Al等金属。 2Al2O34Al+3O2↑ 2NaCl2Na+Cl2↑ [剖析典例·探技法] [例1] 下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是(  ) A.2HgO2Hg+O2 B.4Al+3MnO22Al2O3+3Mn C.2MgO2Mg+O2↑ D.3H2+Al2O32Al+3H2O [名师解析] 工业上冶炼镁、铝采用电解法,且电解时,应选用MgCl2而不选用MgO,因为MgO的熔点比MgCl2的高,能耗大,成本高,故C、D项不正确。 [答案] CD [名师点睛]  金属冶炼方法的选择与金属的活动性有关,处在金属活动顺序表中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: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。 钢铁的冶炼 [自读教材·夯基础] 1.生铁的冶炼 (1)铁矿石的主要成分:磁铁矿Fe3O4,赤铁矿Fe2O3,褐铁矿2Fe2O3·3H2O,黄铁矿FeS2。 (2)原理:在高温下用还原剂将铁从其氧化物中还原出来,化学方程式(以赤铁矿为例): 3CO+Fe2O32Fe+3CO2。 (3)原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气。 (4)设备:高炉。 2.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,以调整钢水的成分。 (2)原料:炼铁厂的铁水或废钢铁。 (3)主要反应:2C+O22CO; 2Fe+O22FeO; FeO+CFe+CO(脱碳); FeS+CaOCaS+FeO(脱硫)。 (4)实际生产中,控制氧及各种元素含量是炼钢中一项关键的技术。 [跟随名师·解疑难] (1)炼铁和炼钢的主要反应原理的比较: ①相同点:都是利用氧化还原反应。 ②不同点:炼铁主要是用还原剂把铁从铁矿石中还原出来(侧重还原),而炼钢主要是用氧化剂把生铁中过多的碳和其他杂质氧化而除去(侧重氧化)。 (2)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的热量,提供炼铁所需要的热量;二是产生炼铁所需要的还原剂CO。 (3)在炼铁高炉内,铁矿石与CO在炉身发生反应,在炉腰开始生成生铁和炉渣。 (4)炼铁过程中,石灰石的作用是作熔剂,除去脉石的有关反应的化学方程式为: CaCO3CaO+CO2↑,CaO+SiO2CaSiO3。 (5)高炉炼铁中产生的废气有CO、CO2、SO2、NO2,炉渣有CaSiO3,CO和大量热量可回收利用,炉渣可作建筑材料。 [剖析典例·探技法] [例2] (1)下列各物质中不能直接作为炼铁矿石的是(  ) A.磁铁矿      B.赤铁矿 C.黄铁矿 D.菱铁矿 (2)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 [名师解析] (1)以氧化物形式存在的金属矿石可直接用还原剂还原,以硫化物形式存在的金属矿石,要先焙烧生成金属氧化物后再还原,故C不正确;菱铁矿石的主要成分是FeCO3,它受热时可直接转化成FeO,故D正确。 (2)炼钢的目的是降低生铁中的含碳量,而不可能把非金属元素全部除去,钢仍是铁碳合金。 [答案] (1)C (2)D [名师点睛] 铁合金的分类 根据含碳量 铝的冶炼 [自读教材·夯基础] 1.原料 铝土矿(主要成分是Al2O3)。 2.Al2O3的提纯 用化学方程式表示: (1)Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O。 (2)NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3。 (3)2Al(OH)3Al2O3+3H2O。 3.电解Al2O3 (1)电解装置: 电解质是冰晶石(Na3AlF6)和氧化铝的熔融液,也常加入少量的氟化钙等帮助降低熔点,阳极和阴极以碳素材料做成,在电解槽中进行。 (2)电解原理: 电极反应: 阳极:6O2--12e-===3O2; 阴极:4Al3++12e-===4Al; 总反应式:2Al2O34Al+3O2↑。 [跟随名师·解疑难] (1)工业上不用电解AlCl3的方法来冶炼Al,因为AlCl3是共价化合物,熔融的AlCl3不导电。 (2)氧化铝的熔点很高,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,冰晶石的作用是作为助熔剂,其中也常加入少量的CaF2等帮助降低熔点。 (3)高温下阳极产生的O2与阳极材料碳反应产生CO2,所以在反应中需要及时更换阳极碳块。 (4)电解产生的铝呈液态,从电解装量的底部流出。 [剖析典例·探技法] [例3] 工业制备铝一般是从铝土矿(主要成分是Al2O3,含有Fe2O3杂质)中得到纯净的Al2O3,然后电解Al2O3得到铝。下图是从铝土矿中提纯Al2O3的简单示意图,其中涉及的一个反应是2NaAlO2+CO2+3H2O===Na2CO3+2Al(OH)3↓。 (1)图示中Ⅰ的实验操作是________;图示中Ⅱ加入的试剂是________。 (2)试推断物质:B________,C________,H_______,F________(填化学式)。 (3)写出化学方程式: ①________________________________________________________________________; ②________________________________________________________________________; ③________________________________________________________________________; ④________________________________________________________________________。 [名师解析] 溶液B中通入CO2产生沉淀,说明B溶液为NaAlO2溶液,则向铝土矿中加入的试剂①是NaOH溶液,操作Ⅰ是过滤;则溶液D为Na2CO3,反应②为Ca(OH)2+Na2CO3===CaCO3↓+2NaOH。 [答案] (1)过滤 Ca(OH)2 (2)NaAlO2 Fe2O3 CaCO3 Al2O3 (3)①Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O ②Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH ③2Al(OH)3Al2O3+3H2O ④2Al2O34Al+3O2↑ 金属的腐蚀及防止 [自读教材·夯基础] 1.金属的腐蚀 (1)金属腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀。 ①金属材料与其表面接触的一些物质直接发生化学反应而引起的腐蚀叫化学腐蚀。 ②电化学腐蚀是指不同金属或不纯金属与电解质溶液接触,因发生原电池反应,比较活泼的金属失电子而被氧化,绝大多数金属腐蚀属于电化学腐蚀。 (2)电化学腐蚀: ①钢铁作为阳极失去电子而被腐蚀,阳极反应为Fe-2e-===Fe2+。 ②在酸性较弱或中性介质时,发生吸氧腐蚀,阴极反应为O2(g)+H2O(l)+2e-===2OH-(aq); 在酸性介质中,发生析氢腐蚀,阴极反应为2H+(aq)+2e-===H2(g)。 2.金属腐蚀的防止和利用 (1)金属腐蚀的本质是金属与其接触的其他物质在一定条件下发生氧化还原反应而受到损害。 (2)将金属制品与周围物质隔离开是一种普遍采用的防护方法。如用化学方法在钢铁部件表面发蓝,利用阳极氧化处理铝制品的表面使之形成致密的氧化膜而钝化。另外采用离子注入、表面渗镀等方式也可形成钝化膜。 (3)电镀: ①目的:增强金属的抗腐蚀力,增加美观和表面强度。 ②电镀池 (4)电化学保护法:牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。 [跟随名师·解疑难] (1)化学腐蚀和电化学腐蚀的比较: 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟氧化性物质直接接触 不纯金属(合金)跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 活泼金属被氧化 相互关系 金属的化学腐蚀与电化学腐蚀同时发生,后者为主 (2)钢铁析氢腐蚀的总反应式为Fe+2H2O===Fe(OH)2+H2↑,吸氧腐蚀的总反应式为2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2,Fe(OH)2转化为铁锈的反应为4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3, Fe(OH)3―→Fe2O3·nH2O(铁锈)。 (3)吸氧腐蚀与析氢腐蚀中的“吸”与“析”的含义不同,书写时注意不能混淆。 (4)由于镁、铝两种活泼金属容易被氧化,其表面形成一层致密的氧化物保护膜,这层氧化膜起到了阻止氧气继续氧化金属的作用,故镁铝不需要覆盖其他保护层。 (5)利用原电池原理保护金属——牺牲阳极的阴极保护法:还原性较强的金属作为原电池负极而被损耗,被保护金属作为正极,避免被腐蚀。利用电解池原理保护金属——外加电流的阴极保护法:被保护金属与电源的负极相连,电源正极接到惰性电极上,让其成为阳极。 [剖析典例·探技法] [例4] 下列有关金属腐蚀的说法中正确的是(  ) ①金属的腐蚀全部是氧化还原反应 ②金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀,只有电化学腐蚀才是氧化还原反应 ③因为二氧化碳普遍存在,所以钢铁的电化学腐蚀以析氢腐蚀为主 ④无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,总是金属被氧化 A.①③ B.②③ C.①④ D.①③④ [名师解析] 电化学腐蚀是一个有电子转移的过程,因此一定是氧化还原反应,①正确;无论化学腐蚀还是电化学腐蚀都是金属失去电子被氧化,②错误,④正确;二氧化碳在空气中的浓度很低,形成的溶液酸性非常弱,故是以吸氧腐蚀为主,③错误。 [答案] C [名师点睛]  (1)金属腐蚀的本质是金属失去电子被氧化。 (2)电化学腐蚀更普遍,且电化学腐蚀速率大于化学腐蚀速率。 金属材料 判断金属腐蚀快慢的规律 (1)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀。 (2)对同一种金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。 (3)活泼性不同的两金属形成原电池,活泼性差别越大,活泼金属腐蚀越快。 (4)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀越快。 (5)防腐蚀措施优劣的顺序为:外接电源的阴极保护法>牺牲阳极的阴极保护法>有一般防腐条件的腐蚀>无防腐条件的腐蚀。 1.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 B.电解熔融的氯化镁制镁 C.电解氯化钠溶液制钠 D.高温下用H2还原氧化镁制镁 解析:氯化铝是共价化合物,熔融状态下以分子形式存在,基本不导电,故不能用电解熔融氯化铝的方法制铝,A不可选。Na+、Mg2+、Al3+在水溶液中电解时,电子被H+得到,因而电解比氢活泼的金属阳离子的水溶液得不到金属单质,C不可选。比Al活泼的金属很难用一般的还原剂(如H2、CO、C等)把它们从化合物中还原出来,况且MgO熔点很高,工业上制取镁是采用电解熔融MgCl2的方法,D不可选。 答案:B 2.把生铁冶炼成碳素钢要解决的主要问题是(  ) A.除去生铁中的各种杂质,把生铁提纯 B.适当降低生铁里的含碳量,除去大部分硫、磷等有害杂质 C.用还原剂把铁的氧化物还原成铁 D.加入合金元素改善生铁性能 解析:由生铁冶炼成碳素钢就是降低生铁中碳的含量,并除去其中的部分杂质。 答案:B 3.下列事实与电化学腐蚀无关的是(  ) A.光亮的自行车钢圈不易生锈 B.黄铜(Cu、Zn合金)制的铜锣不易产生铜绿 C.铜、铝电线一般不连接起来作导线 D.生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈 解析:自行车钢圈外面镀了一层不易发生化学变化的金属,阻止了钢铁与空气的接触,所以不易生锈,与电化学腐蚀无关。 答案:A 4.下列关于金属的保护方法的说法正确的是(  ) A.我们使用的快餐杯表面有一层搪瓷,搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用 B.白铁(镀锌铁)镀层破损后铁皮的腐蚀速率很慢 C.轮船的船壳水线以下常装有一些锌块,这是利用了牺牲阴极的阳极保护法 D.钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青,这是钢铁的电化学保护法 解析:A选项中涂层破损后金属铁直接暴露在空气中,因而搪瓷层不能对破损部位形成有效的保护;B选项中镀层破损后由于锌的还原性比铁强,发生电化学腐蚀时锌作负极被腐蚀,从而保护铁不被腐蚀;C选项应是牺牲阳极的阴极保护法;D选项中应是用沥青作涂层的涂层保护法。 答案:B 5.钢铁工业对促进

2018年高中化学 第三单元 化学与材料的发展 课题2 金属材料教学案 新人教版选修2.doc

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