应用广泛的金属材料钢铁

应用广泛的金属材料钢铁第一页，共七十三页，2022年，8月28日基本知识点一、金属的应用史二、金属和金属键三．铁和铁合金四、铁的重要化合物五、炼铁与炼钢六、金属的腐蚀和防护第二页，共七十三页，2022年，8月28日一、金属的应用史石器青铜器铁器铝钛石器时代青铜器时代铁器时代19世纪后期当代工具：历史时代：二、金属和金属键1.金属的原子结构：

最外层电子数一般个，大多数金属元素原子最外电子只有个。原子半径较大，在化学反应中易电子而变成，化合价只有价。小于41-2失去金属阳离子正金属单质在反应中常作_____(氧化/还原）剂。还原第三页，共七十三页，2022年，8月28日按密度分2.金属的分类：有色金属（除Fe、Cr、Mn以外的金属）轻金属(ρ<4.5g/cm3如K、Na、Mg、Al)重金属(ρ>4.5g/cm3

如Fe、Cu、Pb)黑色金属（Fe、Cr、Mn）常见金属（如Fe、Al、Cu等）稀有金属（如锆、铌、钼等）冶金工业重金属盐一般有毒.按是否常见还有贵金属：Ag、Pt、Au纯铁锰--银白色铬--银灰色第四页，共七十三页，2022年，8月28日3、物理性质：大多数银白色固体，有金属光泽、有延展性、能导电、导热，常温下是固体（除Hg）4、金属的构成金属晶体由金属阳离子和自由电子构成讨论:金属为什么大都具有导电性、导热性、延展性？第五页，共七十三页，2022年，8月28日性质：金属光泽性质：延展性性质决定用途结构决定性质第六页，共七十三页，2022年，8月28日e性质决定用途结构决定性质性质：导电性第七页，共七十三页，2022年，8月28日5.金属之最(1)熔点最高：钨（W）3410℃；最低：汞（Hg）-39℃

(2)密度最大:锇（Os）22.45g/cm3；最小:锂（Li）0.53g/cm3(3)硬度最大：铬（Cr）(4)延展性最好:金（Au），可制成万分之一毫米的金箔(5)导电导热性最好:Ag，Cu次之，Au第三。(6)人体内最多的金属：钙(7)地壳中含量最多的金属：铝(8)人类冶炼最多的金属：铁

第八页，共七十三页，2022年，8月28日

1.下列叙述中正确的是（）A.某物质中只含有一种元素，该物质一定是纯净物。B.某晶体中含有阳离子,则一定含有阴离子.C.任何原子都是由质子,中子和电子组成.D.同位素的化学性质基本相同.练习D第九页，共七十三页，2022年，8月28日2、金属原子一般具有的特点是（），金属晶体一般具有的特点是（）。A、有金属光泽，能导电，有延展性B、熔点和沸点较低C、最外层电子个数少，容易失去D、在反应中作氧化剂CA第十页，共七十三页，2022年，8月28日3．在核电荷数1-18的元素中，其单质属于金属晶体的有:

。金属中，密度最小的是:

，地壳中含量最多的是

，熔点最低的是

，单质的还原性最强的是

。Li、Be、Na、Mg、AlLiAlHgCs拓展视野：金属和金属氧化物的超导性金属的导电性随温度的降低而增强。第十一页，共七十三页，2022年，8月28日物质的性质决定了物质的用途，下面列出了金属的几种性质：①导热性、②导电性、③还原性、④延展性、⑤具有金属光泽。请在下面金属用途后的横线上填上金属性质对应的序号。（每题只填最恰当的一项）（1）用铝定制成包装用的铝箔

；（2）用铝制成的高压铝锅

；（3）用铁粉回收照相业废液中的银

；（4）电信业中大量使用的铜丝、金属电缆_____.第十二页，共七十三页，2022年，8月28日金属形成的晶体都是金属晶体。——由金属阳离子和自由电子间依靠金属键形成的晶体。——金属离子之间依靠自由电子而产生的强烈的相互作用。（P5）请回忆化学键的定义？

相邻的两个或多个原子之间的强烈的相互作用。金属键金属晶体第十三页，共七十三页，2022年，8月28日生成物质成键规律形成过程(举例)成键实质成键微粒离子键共价键阴、阳离子原子静电作用共用电子对

活泼金属元素或铵根与活泼非金属元素或酸根、OH-

非金属元素之间离子化合物共价分子或共价化合物或离子化合物Na+Na+Cl[]-ClH+HClCl金属离子、自由电子金属键金属离子与自由电子吸引金属单质或合金静电作用化学键第十四页，共七十三页，2022年，8月28日晶体类型构成晶体的微粒微粒间的作用典型例子化学式是否是分子式晶体特性阴、阳离子离子晶体原子晶体金属晶体分子晶体原子离子键共价键较大的硬度和较高的熔、沸点，在熔融状态或水溶液中能导电分子范德华力硬度很大，熔、沸点很高硬度较小，熔、沸点较低否否是NaCl、NH4NO3NaOH、Na2O金刚石、Si、SiO2、SiC干冰、碘、冰C60金属离子、自由电子金属键铜、金否有光泽，密度较大，是热和电的良导体。晶体类型第十五页，共七十三页，2022年，8月28日结构微粒、晶体类型与物质类型2.金属、金属键第十六页，共七十三页，2022年，8月28日下列各组物质溶解时破坏的作用力类型相同的一组是（）二氧化硅晶体、干冰小苏打、纯碱铅锭、石墨金刚石、黄金第十七页，共七十三页，2022年，8月28日化学键键能、熔点、硬度

离子键：离子电荷数越大，离子半径越小，熔沸点越高，硬度越大共价键：原子半径越小，熔沸点越高，硬度越大请解释下列事实：NaCl熔点为801℃，KCl的熔点为773℃金刚石是目前已知最硬的物质，甚至超过同为原子晶体的SiC、Si单质金属键：金属阳离子电荷数越大，半径越小，熔沸点越高，硬度越大

Mg、Al、Na，这三种金属的金属键强弱为_____，硬度大小为_______，沸点高低顺序为__________。第十八页，共七十三页，2022年，8月28日2．物理性质：

银白色金属（粉末时为黑色），延展性、导电性、导热性，ρ=7.86g/cm3，熔点1535℃，沸点2750℃。能被磁体所吸引，易磁化。三．铁和铁合金游离态：化合态：(一)铁少量存在于陨铁中赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿等1．存在：铁在地壳中的含量约为5%，占第四位，在金属中仅次于铝（O、Si、Al、Fe）。第十九页，共七十三页，2022年，8月28日铁矿石样本黄铁矿—FeS2磁铁矿—Fe3O4褐铁矿—2Fe2O3·3H2O菱铁矿—FeCO3赤铁矿--Fe2O3第二十页，共七十三页，2022年，8月28日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，产地哥伦比亚第二十一页，共七十三页，2022年，8月28日(1)与非金属反应

3．化学性质：(装置放水或砂垫底)Fe+O2

点燃32Fe3O4铁在O2中燃烧的，一定要在集气瓶低留有少量的水或一层沙子，防止瓶子被炸裂第二十二页，共七十三页，2022年，8月28日Fe在Cl2中燃烧时不但能失去最外层的2个电子，而且还可失去次外层的1个电子后成+3价Fe与S反应中Fe只能失去其最外层的2个电子而变成+2价，反应开始后撤去酒精灯，反应可以继续进行，说明反应放热氧化性Cl2>S第二十三页，共七十三页，2022年，8月28日26Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O(2)与酸反应a.非氧化性酸(稀硫酸、盐酸)，(浓硫酸、硝酸)，Fe+H+→Fe+HNO3(稀)→Fe+H2SO4(浓)→△Fe+HNO3(浓)→△常温下Fe在浓H2SO4、浓HNO3中钝化b.氧化性酸2Fe2++H26Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2OFe(NO3)3+NO↑+H2O生成亚铁盐+H2生成铁盐+RO+H2O（过量）（过量）42第二十四页，共七十三页，2022年，8月28日(3)与盐溶液反应Fe+Cu2+→Fe2++Cu

Fe+

FeCl3→Fe+

CuSO4→

Fe+2Fe3+→3Fe2+

FeSO4

+Cu23FeCl2生成亚铁盐，溶液变浅绿色练习：过量的铁与浓硝酸反应的化学方程式和离子方程式（过量）

Fe(NO3)2+NO↑+H2O

Fe+HNO3(稀)→383243Fe+8H++2NO3-(稀)→

3Fe2＋+2NO↑+4H2O

第二十五页，共七十三页，2022年，8月28日（4）与水反应34Fe3O4+

4H2高温Fe+H2O(g)在高温下反应。常温和一般加热都不反应。金属与水反应的难易程度与金属活泼性有关第二十六页，共七十三页，2022年，8月28日弱氧化剂强氧化剂较强氧化剂Fe3O4（FeO·Fe2O3） 铁具有较强还原性，较活泼。小结+2+3（S、I2、H+、Cu2+、Fe3+）（Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4）（O2、水蒸气）FeFe+3

Fe+24．原子结构：+2628142Fe0第二十七页，共七十三页，2022年，8月28日（二）合金1、概念：两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。（混合物）2、性能：合金比纯金属的硬度大、熔点低。（P11)合金一般抗腐蚀性能强，具有良好的物理、化学和机械的性能。第二十八页，共七十三页，2022年，8月28日关于合金性质的说法中，错误的是

A．多数合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高

B．多数合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低C．合金的物理性质一般与其各成分金属的物理性质不同

D．合金的化学性质一般与其各成分金属的化学性质不同第二十九页，共七十三页，2022年，8月28日下列物质中，不属于合金的是()A．硬铝B．黄铜C．钢铁D．水银CuFeS2属于合金吗？NaCl属于合金吗？第三十页，共七十三页，2022年，8月28日90%铜10%锡青铜(Cu-Sn合金)黃铜(Cu-Zn合金)70%铜30%锌

日常生活中合金的应用：第三十一页，共七十三页，2022年，8月28日不锈钢70%铁20%铬10%镍

焊锡50%铅50%锡(Pb-Sn合金)(Fe-Cr-Ni合金)第三十二页，共七十三页，2022年，8月28日铝合金门窗:第三十三页，共七十三页，2022年，8月28日国内的：

第三套人民币硬币

1元硬币铜镍合金

5角硬币铜锌合金

2角硬币铜锌合金

1角硬币铜锌合金

第四套人民币硬币

1元硬币钢芯镀镍

5角硬币铜锌合金

1角硬币铝镁合金

第五套人民币硬币

1元硬币钢芯镀镍

5角硬币钢芯镀铜合金

1角硬币铝合金

第三十四页，共七十三页，2022年，8月28日形形色色的合金↑用于护齿设备的钛合金←用于枪筒的钨钢↑高锰钢常用于制作坦克的装甲第三十五页，共七十三页，2022年，8月28日形形色色的合金←有记忆的镍钛合金，广泛用于航空、航天、核工业等。←超塑性合金可生产形状复杂的零件和仪表壳等第三十六页，共七十三页，2022年，8月28日

眼镜架：如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原状。汽车外壳:如果不小心撞瘪了，只要用电吹风加加温就可恢复原状。

其它领域的应用第三十七页，共七十三页，2022年，8月28日生铁和钢都是铁的合金合金成份性能生铁含C、S、P等(2.11~4.3%)硬、脆普通钢含C(0.03~2.11%)硬而韧，有弹性特种钢锰钢含C、Mn(13%)坚硬，有韧性，顺磁性钨钢含C、W耐热，溶点高，坚硬不锈钢含Cr、Ni抗腐蚀性强第三十八页，共七十三页，2022年，8月28日四、铁的重要化合物1、铁的氧化物

磁性材料

红色颜料

——不溶不溶不溶+2、+3+3+2稳定稳定不稳定黑色晶体红棕色粉末黑色粉末磁性氧化铁铁红——

Fe3O4

Fe2O3

FeO用途水溶性铁的化合价稳定性色态俗称化学式四氧化三铁氧化铁氧化亚铁名称

类别共性碱性氧化物碱性氧化物（FeO·Fe2O3）与酸反应，均可被还原剂（CO）还原第三十九页，共七十三页，2022年，8月28日Fe3O4是复杂的化合物，经研究证明，在Fe3O4晶体中有1/3的Fe是+2价，有2/3的Fe是+3价，可看成FeO·Fe2O3，实际应写成Fe(FeO2)2,即铁酸亚铁盐，不是一般的氧化物。第四十页，共七十三页，2022年，8月28日练习：1．写出下列化学方程式①FeO+HCl②Fe2O3+稀H2SO4③Fe2O3+稀HNO3

④FeO+CO⑤Fe2O3+CO⑥Fe3O4+CO*⑦FeO+稀HNO3*⑧Fe3O4+HCl*⑨Fe3O4+稀HNO3*⑩FeO+O2第四十一页，共七十三页，2022年，8月28日2．砖瓦是用含铁元素等杂质的粘土隔绝空气烧制而成的，当烧窑作业临近结束时，若用淋洒水的办法来降低温度，窑内处于还原气氛，砖块中的铁以氧化物的形式存在，因此，砖呈青色。若用揭开窑顶自然冷却的办法，砖就变成了红色。请从化学角度解释原因。C+H2O→CO+H2FeO、Fe3O4和C青砖：红砖：Fe2O3第四十二页，共七十三页，2022年，8月28日2、铁的氢氧化物练习：完成下列化学方程式，并改写成离子方程式FeCl3+NaOH→FeSO4+NaOH→

Fe2++2OH-

→Fe(OH)2↓Fe3++3OH-

→Fe(OH)3↓3Fe(OH)3↓

+3NaCl2Fe(OH)2↓

+Na2SO4Fe3++NH3·H2O→Fe(OH)3↓+NH4+33白色絮状沉淀红褐色沉淀4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3白色絮状沉淀灰绿色红褐色沉淀→→第四十三页，共七十三页，2022年，8月28日

思考：(1)本实验有何违反实验常规的地方？为何要这样做？要用新制的硫酸亚铁溶液，配制时最好使用煮沸过的蒸馏水。（除去溶解氧）液面最好液封。（隔绝空气）在配制的硫酸亚铁溶液中加少量铁粉。

（防止氧化）把氢氧化钠溶液煮沸。（除去溶解氧）将滴管插入试管里溶液下面慢慢挤出氢氧化钠溶液。（避免生成的氢氧化亚铁与氧气接触而氧化。）减少振荡(2)为什么还是没有看到白色沉淀？可采取哪些措施？第四十四页，共七十三页，2022年，8月28日小结：铁的氢氧化物氢氧化亚铁氢氧化铁化学式Fe(OH)2Fe(OH)3颜色水溶性制法化学性质3Fe(OH)2+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O转化4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3白→灰绿→红褐白色红褐色不溶不溶Fe2++2OH-→Fe(OH)2Fe3++3OH-→Fe(OH)3Fe(OH)3+3H+→Fe3++3H2O∆2Fe(OH)3→Fe2O3+3H2OFe(OH)2+2H+→Fe2++2H2O2Fe(OH)2→FeO+

H2O第四十五页，共七十三页，2022年，8月28日注意：Fe(OH)2和Fe(OH)3从溶液中析出的现象不同，前者是白色絮状沉淀，后者是红褐色沉淀。而Fe(OH)2极不稳定，易被氧化成Fe(OH)3，反应现象是：白色→灰绿色→红褐色。若要观察到白色的Fe(OH)2沉淀，需要创造以下条件：（1）排除亚铁盐溶液里的Fe3+离子，以免Fe3+离子直接与OH-结合生成Fe(OH)3。（2）尽量排除溶液中溶解的氧气（绝对排除是办不到的），以减慢生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3的速度。反应要用新制备的亚铁盐溶液，并放入少量的铁以防止Fe3+离子产生。亚铁盐溶液与碱溶液在混合前分别加热以排除溶有的空气，然后，把碱溶液沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的试管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入碱溶液，可观察到白色絮状沉淀。第四十六页，共七十三页，2022年，8月28日H+OH-H+△如何实现下列转变？Fe2O3→Fe(OH)3

FeCl3→Fe2O3Fe2(SO4)3→

FeCl3Fe(OH)3

Fe2O3Fe3+第四十七页，共七十三页，2022年，8月28日3、铁的盐类Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓Fe3++3NH3·H2O

→Fe(OH)3↓+3NH4

+

加KSCN呈血红色Fe3++SCN-→[Fe(SCN)]2+铁盐亚铁盐FeCl3(aq)FeCl2(aq)棕黄色(Fe3+)浅绿色(Fe2+)颜色水解呈酸性Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+与可溶性碱反应检验a.滴加KSCN溶液无红色，再加氯水变红色b.加碱溶液生成变色沉淀。Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+相互转化FeCl3FeCl2还原剂（Fe、Cu、KI、H2S等）氧化剂（Cl2、H2O2、HNO3等）氧化性还原性第四十八页，共七十三页，2022年，8月28日FeFe3+Fe2+（Cl2、Br2、稀HNO3浓H2SO4等）强氧化剂弱氧化剂（S、H+、Cu2+等）强氧化剂（KMnO4、K2Cr2O7、O2、Cl2、Br2、H2O2、HNO3等）还原剂(Zn、Fe、Cu、I-、S2-、HI、H2S等)还原剂还原剂4、铁及其化合物的相互转变(铁三角)（Zn、H2、CO等）（Zn等）第四十九页，共七十三页，2022年，8月28日第五十页，共七十三页，2022年，8月28日Fe与Fe3+反应的离子方程式Fe与Fe2(SO4)3反应的化学方程式应用：实验室配制硫酸亚铁溶液时，为了防止所配溶液久置变质，常常加入_______试剂。第五十一页，共七十三页，2022年，8月28日Fe2+和Fe3+的检验（1）Fe2+的检验：方法一：滴加KSCN溶液，无明显现象，再滴加新制氯水，溶液立即变红色。方法二：滴加NaOH溶液,生成白色絮状沉淀，该沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。（2）Fe3+的检验：方法一：滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液，溶液立即变为血红色。方法二：滴加NaOH溶液,出现红褐色沉淀。第五十二页，共七十三页，2022年，8月28日由反应：2FeCl3+Cu→2FeCl2+CuCl2

推断出的氧化性或还原性强弱的结论，正确的是（

）A．氧化性Cu2+>Fe2+

B．氧化性Fe3+>Cu2+

C．还原性Fe2+>CuD．还原性Fe

>Cu第五十三页，共七十三页，2022年，8月28日当人体患缺铁性贫血时，可以服用亚铁盐作为补血剂。人体血液中，正常的血红蛋白中应含Fe2＋，若食用了亚硝酸盐，则导致血红蛋白中的Fe2＋转化为Fe3＋则会中毒。医生提出服用维生素C可解除亚硝酸盐中毒。第五十四页，共七十三页，2022年，8月28日思考与练习：1．实验室应如何保存新制的FeSO4溶液？2．在FeCl3中滴加Na2S与在Na2S中滴加FeCl3的现象是否相同？3．少量的Fe与过量的稀HNO3反应和过量的Fe与少量的稀HNO3反应产物是否相同？4．将适量铁粉放入FeCl3溶液中，完全反应后，溶液中的Fe2+和Fe3+浓度相等。则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比是（）

A、2:3B、3:2C、1:2D、1:1A第五十五页，共七十三页，2022年，8月28日1.FeCl3滴入Na2S溶液中，溶液呈强碱性，此时Fe3+不能氧化S2-，且Fe2S3有一定的稳定性（双水解较慢），所以反应为①2Fe3++3S2-==Fe2S3↓②Fe3++3S2+3H2O==放置数日==Fe(OH)3+3HS-两反应同时进行，但①快得多，所以实验现象是有黑色沉淀2.Na2S溶液滴入FeCl3中，溶液呈较强酸性，Fe3+能氧化S2-，而且Fe2S3迅速双水解，故反应为①2Fe3++3S2-==2FeS↓+S↓②2Fe3++3S2-+6H2O==2Fe(OH)3↓+3H2S↑所以实验现象是出现混合色的沉淀，且有一些气泡放出。第五十六页，共七十三页，2022年，8月28日思考1：Fe与Cu2+和Fe3+都能反应，请用某个方程式判定他们氧化性的强弱，并说明Fe与Cu2+和Fe3+哪一个先反应。思考2：在紫红色酸性KMnO4溶液中，加入下列物质，紫红色不褪去的是（）A．硫酸亚铁BHIC氯化铁D二氧化硫思考3：某溶液中Fe3+、Cu2+、Fe2+的物质的量之比为3：2：1，现加入适量铁粉，使溶液中三种离子物质的量浓度之比变为1：2：4，则参加反应的铁粉和原溶液中Fe3+的物质的量之比为（）A．2：1B1：2C1：3D1：4第五十七页，共七十三页，2022年，8月28日钢铁是“工业的血液”★第五十八页，共七十三页，2022年，8月28日中国钢铁产量的增长（单位：万吨）年份钢生铁钢产居世界的位次194915.825.226200115700127001第五十九页，共七十三页，2022年，8月28日思考：1．自然界中，铁元素主要以什么形态存在？2．要得到游离态就是将铁的氧化物或硫化物_____（氧化、还原），需加入____（氧化剂、还原剂）？3．学过的工业上常用的还原剂有什么物质？钢铁是怎样炼成的?第六十页，共七十三页，2022年，8月28日五、炼铁与炼钢

（一）炼铁

铁矿石、焦炭、热空气、石灰石（1）铁矿石：赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、褐铁矿(Fe2O3·3H2O)及菱铁矿(FeCO3)，（2）焦炭(C)：①用作燃料以生高温（800℃）②形成还原剂（3）热空气：使焦煤燃烧发生高温，同时产生CO使氧化铁还原（4）石灰石——作熔剂，除脉石（主要成分SiO2）1．原料：第六十一页，共七十三页，2022年，8月28日2．原理——利用还原剂将铁元素从含铁的化合物中还原出来。（1）还原剂的生成

C+O2

高温

CO2+QC+CO2

高温2CO-Q

（2）还原铁

3CO+Fe2O3

高温

2Fe+3CO2

（3）造渣

CaCO3

高温CaO+CO2CaO+SiO2

高温CaSiO3

第六十二页，共七十三页，2022年，8月28日C+CO2

高温2CO-QC+O2

高温CO2+Q3CO+Fe2O3

高温2Fe+3CO2CaCO3高温CaO+CO2CaO+SiO2高温CaSiO3CO、CO2、N2、矿尘等3．设备：高炉4.产物（1）生铁（2）高炉煤气——气体燃料（CO）（3）炉渣：主要是CaSiO3——水泥第六十三页，共七十三页，2022年，8月28日由于铁和钢在性能上的不同，决定了钢比铁的用途更广。对比铁和钢成分上的差异，你认为将铁怎样处理就变成了钢？生铁和钢中其他元素的含量对比生铁（%）钢（%）C2～4.30.03～2S>0.05～0.070.01～0.05P>0.25～0.400.03～0.04Si0.45～0.850.3～5Mn>0.500.3～18

怎样可以除硫、磷，减少碳？第六十四页，共七十三页，2022年，8月28日（二）炼钢1．原料

生铁、纯氧、脱氧剂、石灰石2．原理—用氧化剂将生铁中杂质氧化而除去。

目的：降碳、除硫磷、调硅锰

（1）氧化Fe+O2

高温FeO