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高二化学教案:《金属材料》教学设计

来源:精品学习网 2018-11-18 15:10:35

  本文题目:高二化学教案:金属材料

  课题2 金属材料

  ● 掌握炼铁、炼钢、电解法制铝的原理。

  ● 了解金属腐蚀和防护的有关知识。

  ● 能举例说明金属材料的特点。

  ● 举例说明用化学方法进行金属材料表面处理的原理。

  〔知识梳理〕

  1.炼铁的原理是利用氧化还原反应,在高温下, ,

  原料是 、 、 、 ,产生还原剂的反应是 、

  ,炼铁的反应是 ,造渣的反应是

  、 ,高炉煤气的成分是 。

  2.炼钢的原理是 ,

  原料是 。写出炼钢过程发生主要反应的化学方程式

  。

  3.电解铝的原料是铝土矿(主要成分是Al2O3),提纯Al2O3的方法是:将铝土矿溶解在NaOH溶液,然后往溶液中通入过量的二氧化碳,过滤,灼烧,即得Al2O3,写出上述反应的化学方程式

  。

  4.冰晶石的化学式为 ,在电解三氧化铝时,加入冰晶石的作用是

  ,电解Al2O3的化学方程式为 。电解时,阳极产生氧气,碳块要消耗,所以要定时补充碳块。

  5.金属的化学腐蚀是指

  ;金属的电化学腐蚀是指

  。

  6.钢铁发生电化学腐蚀,主要原因是由于钢铁制品与其接触的电解质溶液构成许多微型的 ,铁通常作为 极, 电子发生 反应而被腐蚀,其电极反应为 。钢铁在大气中的腐蚀通常为 腐蚀,其阴极反应式为

  。若电解质溶液酸性较强,则发生的是 腐蚀,其电极反应式为 。

  7.电镀是一种特殊的电解,在电镀时, 作阴极, 作阳极,

  作电解质溶液,电镀时,电解质溶液的浓度 。如在一把小刀上镀锌,小刀接电源的 极,电极反应式为 。

  〔方法导引〕

  1.炼铁和炼钢的主要区别

  由铁矿石冶炼成铁,再由铁冶炼成钢,这是冶炼钢铁的必经过程。由于炼铁和炼钢的任务不同,因此采用的原料、利用的化学原理、冶炼设备等也各不相同。现比较如下:

  冶炼 生铁 钢

  原料 铁矿石、焦炭、石灰石、空气 生铁、氧气、生石灰

  原理 用还原剂在高温下把铁从铁矿石中还原出来 用氧化剂在高温下把生铁中的杂质氧化除去

  设备 高炉 氧气顶吹转炉

  化学

  反应

  还原剂生成(炉腹)

  CO2+O2 CO2 CO2 +C 2CO

  铁的还原(炉身)

  Fe2O3+3CO2 2Fe+3CO

  炉渣形成(炉腰)

  CaCO3 CaO+CO2↑

  CaO+SiO2 CaSiO3 碳被氧化 C+O2 CO

  铁被氧化 2Fe+O2 2FeO

  脱碳 FeO+C CO+Fe

  脱硫 FeS+CaO FeO+CaS

  脱氧 2FeO+Si 2Fe+SiO2

  产品 生铁;含有较多的碳及硫、磷、硅等 钢;含碳量0.03~2%,留有部分硅锰

  尾气 高炉煤气(CO、CO2、N2等) 棕色烟气(Fe2O3尘粒及CO)

  ⑴炼铁中,为什么不用焦炭直接还原氧化铁?

  碳有还原性,在高温条件下,能把铁从它的氧化物中还原出来。

  Fe2O3+3C 2Fe+3CO 但是,焦炭是固体,与氧化铁的表面接触很有限,很难充分发生反应,而一氧化碳是气体,能与氧化铁充分接触,完全反应。所以,炼铁中必须通过一氧化碳去还原氧化铁。

  焦炭的作用有两个:一是制造了还原剂CO,二是它燃烧放出大量的热,为高炉提供了高温条件。

  ⑵炼钢中要除去硅和锰,为什么在后期的脱氧反应中,又要加入硅和锰作为脱氧剂?

  炼钢,并不是要完全除去硅和锰等合金元素,而是将他们的含量调整到规定的范围之内。炼钢期,FeO会将硅和锰氧化,成为炉渣,从而降低了硅和锰的含量。但后期,钢水中含有少量没有反应的FeO,这会使钢具有热脆性。因此,用硅铁或锰铁作为脱氧剂将FeO还原,同时又调整了硅锰的含量。

  2.电解原理的应用

  电解食盐水 电镀锌 铝的冶炼

  电解质

  溶液 精制后的食盐水 含Zn2+的溶液 冰晶石和氧化铝熔融体

  电极

  反应 阳极 石墨 金属锌 碳块

  阴极 铁网 镀件金属 碳块

  电极

  反应 阳极 2Cl--2e-=Cl2↑ Zn-2e-=Zn2+ 6O2--12e-=3O2↑

  阴极 2H++2e-=H2↑ Zn2++2e-=Zn 4Al3++12e-=4Al

  总反应式 2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2 无 2Al2O3 4Al+3O2↑

  说明 用立式隔膜电解槽 阳极参加了反应,被逐渐腐蚀 冰晶石作熔剂,电解时,阳极碳块

  被产生的O2逐渐消耗,要定期补充

  3.金属的腐蚀

  金属腐蚀的原因:许多金属有较活泼的化学性质,当金属与周围接触到空气、水及具有腐蚀性的物质时,金属失去电子发生氧化反应。

  化学腐蚀 电化腐蚀

  条件 金属与非电解质等直接接触 不纯金属与电解质溶液接触

  现象 无电流产生 有电流产生

  本质 金属被氧化的过程 较活泼的金属被氧化的过程

  化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生,但电化腐蚀更具普遍,危害更严重

  钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀比较

  吸氧腐蚀 析氢腐蚀

  条件 水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性较强

  阳极反应 Fe-2e-=Fe2+

  阴极反应 O2+2H2O+4e-=4OH- 2H++2e-=H2

  溶液反应 Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓

  ⑴金属腐蚀的快慢:与电解质溶液互相接触的两种金属,活泼金属总是先被腐蚀,而不活泼金属得到保护。两种金属活泼性相关越大,活泼金属被腐蚀得越快。

  ⑵金属的保护:①改变金属的内部结构:如可根据不同的用途选用不同的金属或非金属制成合金,以防止腐蚀;②覆盖保护层:如可以采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法使金属与介质隔离,以防止腐蚀;③使用电化学保护法:将一种比需要保护的金属活泼的金属与之相连构成原电池,则较活泼的金属被腐蚀,而需要保护的金属被保护不被腐蚀。如埋在地下的钢管用导线与较活泼金属(铝、锌等)相连,则铁被保护。

  [例题1]下列各工业生产中,石灰石、生石灰、熟石灰、都不能作为原料和是( )。

  ①炼铁 ②用生铁炼钢 ③从海水中提取镁 ④铝的冶炼 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]炼铁中用石灰石造渣;炼钢中用生石灰造渣;用熟石灰富集海水中的镁;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

  [例题2]以下现象与电化学腐蚀无关的是( )。

  A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易生锈

  B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈

  C.铁质器件附有铜质配件,在接触处易生铁锈

  D.银质奖牌长期放置后表面变暗

  [解析]A黄铜若发生电化学腐蚀时,被腐蚀的金属应是金属性较活泼的锌而不是铜;B生铁中含较多的碳,比软铁芯在电解质作用下更容易形成原电池,也更容易发生电化学腐蚀而生锈;C铁质器件附有铜配件时,在接触电解质溶液时,铁作阳极失去电子发生氧化反应而被腐蚀;D银质奖牌久置后可能被氧气或硫氧化成银的化合物而使其表面变暗,这是化学腐蚀,与电化学腐蚀无关。

  [答案]D

  [例题3]工业上用铝土矿(主要成分是Al2O3?H2O、Al2O3?3H2O、以及少量的Fe2O3、SiO2等),提取纯Al2O3作冶炼铝的原料。提取的操作过程可用以下流程图表示:

  ⑴写出滤液A中一种溶质与过量NaOH溶液反应进入滤液B中的离子方程式 。

  ⑵若步骤①中没有过滤操作而直接进入步骤②,对后面操作将产生的影响是 。

  [解析]提纯Al2O3的关键是要根据Al2O3、Fe2O3、SiO2化学性质上的差异。Al2O3有两性,既可溶于NaOH溶液,又可溶于盐酸;Fe2O3只溶于盐酸;SiO2只溶于NaOH溶液。先加盐酸,过滤,除去不溶的SiO2,向滤液中加入足量NaOH溶液,过滤,除去Fe(OH)3。

  [答案]⑴Al3++4OH-=AlO2-+2H2O

  ⑵ ①中不溶物(SiO2)在操作②中会被NaOH溶解

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