高中化学选修2第三单元课题2《金属材料》

课题2金属材料一、从矿石中获得金属

金属冶炼的原理

金属的冶炼就是利用氧化还原反应将金属从其化合物中还原出来｡由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的措施将化合态的金属还原成单质｡

金属冶炼的步骤

开采（探矿、采矿、选矿）、初步加工、金属冶炼的方法(1)热分解法在常见金属活动性顺序表的右端区域(如Hg､Ag)｡如

思考与交流

(2)热还原法可用热还原法冶炼的金属,其金属性比较强,在常见金属活动性顺序表中居于中间区域｡(3)电解法电解法冶炼一般用于活泼金属的冶炼(如K､Ca､Na､Mg､Al等）军事上离不开钢铁F-18大黄蜂战斗机我军陆战王牌-99式主战坦克海军109驱逐舰中国九五式突击步枪钢铁的用途我们的生活中也离不开钢铁广州丫髻沙大桥雷诺汽车生活用品磁悬浮列车铁矿石成分脉石和硫磷杂质铁化合物Fe3O4(磁铁矿石)Fe2O3(赤铁矿石)FeS2

(黄铁矿石)FeCO3(菱铁矿石)☆铁的存在存在：地壳中的铁都以化合态（氧化物、硫化物形式）存在于铁矿石中，游离态的铁只能从陨石中得到。黄铁矿—FeS2磁铁矿

—Fe3O4褐铁矿—2Fe2O3.3H2O菱铁矿—FeCO3赤铁矿--Fe2O3铁矿石晶体暗红色铁铝榴石晶体，产地奥地利立方体黄铁矿晶体，产地西班牙祖母绿、黄铁矿、方解石共生，产地哥伦比亚钢铁是怎样炼成的1.钢铁的冶炼⑴炼铁：铁矿石（化合态）→铁单质（游离态）①基本反应原理：3CO+Fe2O3

=====

2Fe+3CO2高温

利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要是CO)将铁从铁矿石中还原出来。③设备：高炉②原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气Ⅰ.产生还原剂：

C+O2====CO2

CO2+C===2CO

（空气，焦炭）

Ⅱ.还原铁矿石：

Fe2O3+3CO

==

2Fe+3CO2

Ⅲ.造渣（除脉石）：（熔剂：石灰石）

CaCO3

===

CO2↑+CaO

CaO+SiO2

==CaSiO3高温高温

④炼铁的主要反应过程：点燃高温高温高炉结构图C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2生铁和钢的比较2%~4.3%0.03%~2%硅锰(较多)硫磷(较多)硅锰(适量)硫磷(较少)可铸不可锻可铸,可锻,可压延硬而脆硬而韧,有弹性⑵炼钢：

生铁→钢目的①降：降低含碳量②除：除去硫、磷等杂质

③调：调节合金元素SiMnCr

Ni

W

的含量①基本反应原理：

利用氧化还原反应｡，在高温下，用氧化剂（用纯氧气）把生铁中过多的碳和其它杂质氧化除去。再添加Si､Mn､Al等其他合金作脱氧剂,以调整钢水成分③设备：

转炉，电炉，平炉②原料：生铁，氧气，生石灰，（硅铁和锰铁）④炼钢的主要反应过程Ⅰ.产生氧化剂：2Fe+O2=2FeO（氧气）Ⅱ.除硅，锰，碳等杂质：

Si+2FeO=SiO2+2Fe（除硅）Mn+FeO=MnO+Fe（除锰）FeS+CaO=CaS+FeO(脱硫）

C+FeO=CO+Fe（脱碳）Ⅳ.造渣：

CaO+SiO2=CaSiO3

（生石灰)硫、磷杂质与生石灰作用形成炉渣被除去。Ⅲ.脱氧：Si+2FeO=SiO2+2Fe（脱氧剂：硅铁，锰铁）调节合金元素

⑤炼钢与环保节能

棕色烟气：Fe2O3、CO转炉的结构图（氧气顶吹转炉炼钢法）

(3)铝的冶炼①原料:铝土矿(主要成分为Al2O3)｡②提纯Al2O3:(用化学方程式表示)Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O,NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3③电解:加入冰晶石及少量萤石降低Al2O3的熔｡化学方程式:2Al(OH)3==Al2O3+3H2O△特别提醒: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原剂｡对于一种金属的冶炼采用什么样的方法,选用什么样的还原剂,要根据生产原料､设备和金属的用途等多种因素综合确定｡

电极反应阳极:6O²--12e-===3O2阴极:4Al³++12e-===4AlＡ、钛合金钛合金优点：高强度高韧性耐腐蚀质地轻钛金属腕表科学视野

钛合金与人体有很好的“相容性”，因此可用来制造人造骨

钛和钛合金被认为是21世纪的重要材料，它具有很多优良的性能。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不锈钢，因此被广泛用于火箭、导弹、航天飞机船舶、化工和通讯设备等Ｂ、储氢合金主要由钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金以及稀土系储氢合金

重要应用利用储氢合金制造镍氢电池能引起记忆合金形状改变的条件是温度!Ｃ、“形状记忆”合金用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线

形状记忆合金是具有形状记忆效应的合金被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料低温下

电化学腐蚀和化学腐蚀往往同时发生，绝大多数金属腐蚀属于电化学腐蚀三､金属的腐蚀及防止1.金属的腐蚀(1)化学腐蚀:

金属材料与其表面接触的一些物质(如O2､Cl2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀｡（活泼金属与气体之间）(2)电化学腐蚀:

不同金属或不纯金属与电解质溶液接触,因发生原电池反应而引起的金属的腐蚀｡金属的电化学腐蚀类型(以钢铁生锈为例)(1)吸氧腐蚀①条件:金属表面的电解质溶液酸性很弱或呈中性｡②电极反应负极:Fe-2e-

==Fe²+正极:O2+2H2O+4e-

=4OH-

(2)析氢腐蚀①条件:金属表面的电解质溶液呈酸性｡②电极反应负极:Fe-2e-===Fe²+正极:2H+(aq)+2e-===H2(g)总反应:③铁锈的生成:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3====Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O2.金属腐蚀的防止和利用Ⅱ.涂油漆①改变金属的内部结构（钢中加入铬....)镀层保护涂层保护⑴金属腐蚀的防止②表面保护法（将金属制品与周围物质隔开）Ⅰ.形成钝化膜(发蓝.....)实验3-2⒈镀件表面粘附着一层亮红色的固体

⒉电极反应

阳极:Cu-2e-===Cu²+阴极:Cu²++2e-===CuⅢ.电镀

原理：在金属表面镀上一层其它金属或合金的过程

阳极:镀层金属如Sn､Cr､Zn､Ni等,连电源正极｡

阴极:被保护金属（待镀金属制品）,连电源负极｡

含有镀层金属离子的溶液作为电解质溶液（电镀液）

实例:自行车车把､车圈用电镀方法镀锌､铬等,既美

观,又防止钢铁生锈