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1、课题课题2金属材料金属材料课程标准导航课程标准导航1.掌握炼铁、炼钢、电解法制铝的原理。掌握炼铁、炼钢、电解法制铝的原理。2了解金属腐蚀和防止的有关知识。了解金属腐蚀和防止的有关知识。3能举例说明金属材料的特点。能举例说明金属材料的特点。4举例说明用化学方法进行金属材料表面处举例说明用化学方法进行金属材料表面处理的原理。理的原理。新新知知初初探探自自学学导导引引自主学习自主学习铁矿铁矿石石石灰石石灰石N2、CO、CO23.铝铝的冶的冶炼炼(1)电电解解铝铝的原料是的原料是铝铝土土矿矿(主要成分是主要成分是Al2O3)，提，提纯纯Al2O3的方法是：将的方法是：将铝铝土土矿矿溶解溶解在在_溶液中
2、，然后往溶液中通入溶液中，然后往溶液中通入过过量的量的_，过滤过滤，灼，灼烧烧，即得，即得Al2O3，上述反，上述反应应的化学方程式的化学方程式为为NaOH二氧化碳二氧化碳Al2O32NaOH=2NaAlO2H2ONaAlO2CO22H2O=Al(OH)3NaHCO3Na3AlF6帮助降低帮助降低Al2O3的熔点的熔点二、金属的腐二、金属的腐蚀蚀及防止及防止1.金金属属的的_是是指指金金属属材材料料与与其其表表面面接接触触的的一一些些物物质质直直接接发发生生化化学学反反应应而而引引起起的的腐腐蚀蚀，金金属属的的_是是指指不不同同金金属属或或不不纯纯金金属属与与电电解解质质溶溶液液接接触触，因因
3、发发生生原原电电池池反反应应，比比较较活活泼泼的的金金属属失失电电子子而而被被氧氧化化的的过过程。程。化学腐化学腐蚀蚀电电化学腐化学腐蚀蚀2.钢铁发钢铁发生生电电化学腐化学腐蚀蚀，主要原因是由于，主要原因是由于钢钢铁铁制品与其接触的制品与其接触的电电解解质质溶液构成溶液构成许许多微型多微型的腐的腐蚀电蚀电池，池，铁铁通常作通常作为为_极，极，_电电子子发发生氧化反生氧化反应应而被腐而被腐蚀蚀，其，其电电极反极反应为应为Fe2e=Fe2。钢铁钢铁在大气中的腐在大气中的腐蚀蚀通常通常为为_腐腐蚀蚀，其阴极反，其阴极反应应式式为为O24e2H2O=4OH。若。若电电解解质质溶液溶液酸性酸性较较强强，
4、则发则发生的是生的是_腐腐蚀蚀，其，其电电极反极反应应式式为为2H2e=H2。阳阳失去失去吸氧吸氧析析氢氢3.电镀电镀是一种特殊的是一种特殊的电电解，在解，在电镀时电镀时，_作作阴阴极极，_作作阳阳极极，含含有有镀镀层层金金属属离离子子的的溶溶液液作作电电解解质质溶溶液液，电电镀镀时时，电电解解质质溶溶液液的的浓浓度度不不变变。如如在在一一把把小小刀刀上上镀镀锌锌，小小刀刀接接电电源源的的_极极，电电极极反反应应式式为为Zn22e=Zn。待待镀镀金属金属镀层镀层金属金属阴阴自主体验自主体验1.下列物质中，不属于合金的是下列物质中，不属于合金的是()A硬铝硬铝B黄铜黄铜C钢铁钢铁D水银水银解析：
5、选解析：选D。水银即金属汞，只是一种。水银即金属汞，只是一种金属。金属。2.下列可被工业上采用的冶金方法是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电解熔融的氯化铝制铝B电解熔融的氯化镁制镁电解熔融的氯化镁制镁C电解氯化钠溶液制钠电解氯化钠溶液制钠D高温下用高温下用H2还原氧化镁制镁还原氧化镁制镁解析：选解析：选B。氯化铝是共价化合物，熔融状。氯化铝是共价化合物，熔融状态下以分子形式存在，其中缺少自由移动的态下以分子形式存在，其中缺少自由移动的离子，基本不导电，故不能用电解熔融氯化离子，基本不导电，故不能用电解熔融氯化铝的方法制铝。铝的方法制铝。A不可选。不可选。Na、Mg2、A
6、l3在水溶液中电解时，电子被在水溶液中电解时，电子被H得到，因得到，因而电解比氢活泼的金属阳离子的水溶液是得而电解比氢活泼的金属阳离子的水溶液是得不到金属单质的。不到金属单质的。C不可选。比不可选。比Al活泼的金属很难用一般的还活泼的金属很难用一般的还原剂原剂(如如H2、CO、C等等)把它们从化合物中还把它们从化合物中还原出来。况且，原出来。况且，MgO熔点很高。工业上制取熔点很高。工业上制取镁是采用电解熔融镁是采用电解熔融MgCl2的方法。的方法。D不可不可选。选。3.关于钢铁的腐蚀的下列叙述中，正确的是关于钢铁的腐蚀的下列叙述中，正确的是()A吸氧腐蚀时阴极放出氧气吸氧腐蚀时阴极放出氧气B
7、析氢腐蚀时阴极放出氢气析氢腐蚀时阴极放出氢气C化学腐蚀速率超过电化学腐蚀速率化学腐蚀速率超过电化学腐蚀速率D析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍解析：选解析：选B。吸氧腐蚀阴极反应为：。吸氧腐蚀阴极反应为：O24e2H2O=4OH，析氢腐蚀需要弱酸性，析氢腐蚀需要弱酸性，不如吸氧腐蚀普遍；电化学腐蚀比化学腐蚀不如吸氧腐蚀普遍；电化学腐蚀比化学腐蚀要快。要快。要要点点突突破破讲讲练练互互动动探究导引探究导引1炼铁和炼钢的主要反应原理有何异炼铁和炼钢的主要反应原理有何异同？同？要点要点1 1钢铁的冶炼钢铁的冶炼提示：提示：炼铁炼铁和和炼钢炼钢的主要反的主要反应应原理的比原理的比较较：相同点
8、：都是利用氧化相同点：都是利用氧化还还原反原反应应。不不同同点点：炼炼铁铁主主要要是是用用还还原原剂剂把把铁铁从从铁铁矿矿石石中中还还原原出出来来(侧侧重重还还原原)，而而炼炼钢钢主主要要是是用用氧氧化化剂剂把把生生铁铁中中过过多多的的碳碳和和其其他他杂杂质质氧氧化化而而除除去去(侧侧重氧化重氧化)。要点归纳要点归纳1.金属冶炼的原理金属冶炼的原理金属的冶炼是把金属从矿石中提炼出来。由金属的冶炼是把金属从矿石中提炼出来。由于矿石中的金属元素绝大多数都是以正化合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
9、原成单质。的措施将化合态的金属还原成单质。2.金属冶炼的方法金属冶炼的方法(1)热分解法热分解法3.几种金属的冶炼几种金属的冶炼(1)炼铁炼铁几种铁矿石的主要成分：磁铁矿几种铁矿石的主要成分：磁铁矿Fe3O4，赤铁矿赤铁矿Fe2O3，褐铁矿，褐铁矿2Fe2O33H2O，黄铁矿，黄铁矿FeS2等。等。原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气。原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气。原理：原理：(以赤铁矿为例以赤铁矿为例)(2)炼钢炼钢原料：炼铁厂的铁水或废钢铁。原料：炼铁厂的铁水或废钢铁。目的：降低含碳量，除去目的：降低含碳量，除去P、S等元素，调等元素，调节节Si、Mn、Cr、Ni、W等合金元素的含等合金元
10、素的含量。量。原理：高温下用氧化剂将过多的碳及其他原理：高温下用氧化剂将过多的碳及其他杂质除去，再添加杂质除去，再添加Si、Mn、Al等其他合金等其他合金元素作脱氧剂，调整钢水成分。元素作脱氧剂，调整钢水成分。即时应用即时应用1.钢铁工业对促进经济和社会发展起了重要钢铁工业对促进经济和社会发展起了重要作用。作用。(1)炼铁高炉分为五部分，铁矿石与高温煤炼铁高炉分为五部分，铁矿石与高温煤气主要在气主要在_部分发生反应，在部分发生反应，在_部分开始生成生铁和炉渣。部分开始生成生铁和炉渣。(2)炼钢时，除磷的化学方程式为炼钢时，除磷的化学方程式为_；加入；加入硅、锰和铝的目的是硅、锰和铝的目的是_。
11、(3)不锈钢含有的不锈钢含有的Cr元素是在炼钢过程的吹元素是在炼钢过程的吹氧氧_(填填“前前”或或“后后”)加入，原因是加入，原因是_。(4)炼铁和炼钢生产中，尾气均含有的主要污炼铁和炼钢生产中，尾气均含有的主要污染物是染物是_。从环保和经济角度考虑，上述尾气经处理可从环保和经济角度考虑，上述尾气经处理可用作用作_。解析：解析：(1)高炉高炉炼铁时炼铁时将原料从炉喉送入高将原料从炉喉送入高炉炉，送送风风系系统统从从炉炉腹腹下下部部鼓鼓入入，炉炉料料在在下下降降过过程程中中与与高高温温煤煤气气流流在在炉炉身身部部分分发发生生作作用用，焦炭与空气焦炭与空气发发生反生反应应生成二氧化碳和一氧化生成二
12、氧化碳和一氧化碳碳。在在炉炉腰腰部部分分形形成成炉炉渣渣和和生生铁铁，炉炉渣渣密密度度小小，浮浮于于生生铁铁上上面面，分分别别从从出出渣渣口口和和出出铁铁口口排出。排出。(3)在吹氧后加入在吹氧后加入Ni、Cr等可以制成不等可以制成不锈锈钢钢，以防止，以防止Cr在吹氧在吹氧时时被氧化。被氧化。(4)能能源源和和环环保保已已是是世世界界性性问问题题，特特别别是是在在工工业业生生产产中中，能能变变废废为为宝宝更更是是最最佳佳工工艺艺路路线线。炼炼钢钢和和炼炼铁铁都都含含有有的的污污染染性性气气体体CO经经处处理理后可用作燃料或后可用作燃料或还还原原剂剂。要点要点2 2铝的冶炼铝的冶炼探究导引探究导
13、引2为为何用何用电电解法冶解法冶炼炼金属金属铝铝？提提示示：因因铝铝金金属属活活泼泼性性较较强强，还还原原性性强强，用用常常见见的的还还原原剂剂C、H2、CO等等无无法法还还原原，故故采用采用电电解法。解法。要点归纳要点归纳特别提醒特别提醒有的金属既可以用热还原法，又可以用电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原剂。对于一种金属的冶炼采用什么样的方法法,选用什么样的还原剂选用什么样的还原剂,要根据生产原料、要根据生产原料、设备和金属的用途等多种因素综合确定。设备和金属的用途等多种因
14、素综合确定。即时应用即时应用2.下图是传统的工业生产金属铝的基本流程下图是传统的工业生产金属铝的基本流程图，结合铝生产流程图解答下列试题：图，结合铝生产流程图解答下列试题：请回答：请回答：(1)工业冶炼金属铝用的是铝土矿，铝土矿的工业冶炼金属铝用的是铝土矿，铝土矿的主要成分是主要成分是_(填化学式填化学式)。石油炼制。石油炼制和煤的干馏产品和煤的干馏产品_(填物质名称填物质名称)作电作电解铝的阴极和阳极材料。解铝的阴极和阳极材料。(2)氧化铝熔点高达氧化铝熔点高达2050，工业上为了降，工业上为了降低能量消耗，在金属铝的冶炼中采取的措施低能量消耗，在金属铝的冶炼中采取的措施是是_。(3)在冶炼
15、过程中，阳极材料需要定期地进行在冶炼过程中，阳极材料需要定期地进行更换，原因是该极材料不断被消耗，产生这更换，原因是该极材料不断被消耗，产生这种现象的原因是：种现象的原因是：_(用化学用化学方程式表示方程式表示)。(4)工业上制取金属镁时是电解熔融工业上制取金属镁时是电解熔融MgCl2，电解反应方程式为电解反应方程式为_，镁和铝都是活，镁和铝都是活泼金属，为什么在电解冶炼过程中，一个用泼金属，为什么在电解冶炼过程中，一个用氯化物，一个用氧化物：氯化物，一个用氧化物：_。解析：该题以工业冶炼金属铝为载体考查了解析：该题以工业冶炼金属铝为载体考查了原料的判断、原理的诠释以及能量的合理利原料的判断、
16、原理的诠释以及能量的合理利用。用。(1)铝土矿的主要化学成分是铝土矿的主要化学成分是Al2O3，另外还，另外还有有SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O等，电解前必等，电解前必须进行提纯。石油炼制、煤的干馏的固体物须进行提纯。石油炼制、煤的干馏的固体物质的成分为碳，具有导电性，可以作为阳极质的成分为碳，具有导电性，可以作为阳极和阴极材料。和阴极材料。(2)纯净纯净Al2O3的熔点很高，而其电解必须在的熔点很高，而其电解必须在熔融状态下进行，若采用纯净的熔融状态下进行，若采用纯净的Al2O3进行进行电解，则加热熔融需要浪费大量的能量，所电解，则加热熔融需要浪费大量的能量，所以工业上采用加入冰晶石
17、以工业上采用加入冰晶石(Na3AlF6)和氟化钙和氟化钙(CaF2)的方法，降低熔点。的方法，降低熔点。(3)工业冶炼铝的关键操作是电解，电解时阳工业冶炼铝的关键操作是电解，电解时阳极发生氧化反应，熔融物中的极发生氧化反应，熔融物中的O2失电子，失电子，生成生成O2，在电解过程中阳极的材料碳逐渐与，在电解过程中阳极的材料碳逐渐与生成的氧气反应，在高温条件下生成生成的氧气反应，在高温条件下生成CO。(4)因为因为MgCl2为离子化合物，熔融时能发生为离子化合物，熔融时能发生电离，而电离，而AlCl3为共价化合物，熔融时不发为共价化合物，熔融时不发生电离，再者生电离，再者MgO熔点很高，很难熔化，
18、耗熔点很高，很难熔化，耗能太大。能太大。要点要点3 3金属的腐蚀与防止金属的腐蚀与防止探究导引探究导引3在在铁铁皮上皮上镀镀上一上一层锌层锌的目的是什的目的是什么？快餐杯表面有一么？快餐杯表面有一层层搪瓷，起什么作用？搪瓷，起什么作用？提示：提示：镀锌镀锌的目的主要是将的目的主要是将锌锌覆盖在覆盖在铁铁的表的表面面，隔隔离离空空气气等等，防防止止铁铁的的腐腐蚀蚀。快快餐餐杯杯表表面的搪瓷起到保面的搪瓷起到保护铁护铁，防止，防止铁铁生生锈锈的作用。的作用。要点归纳要点归纳1.金属腐蚀的类型金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀：金属材料与其表面接触的一些化学腐蚀：金属材料与其表面接触的一些物质物质(如如O
19、2、Cl2等等)直接产生化学反应引起的直接产生化学反应引起的腐蚀。腐蚀。(2)电化学腐蚀：不同金属或不纯金属与电解电化学腐蚀：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质溶液接触，因发生原电池反应而引起的金属的腐蚀。属的腐蚀。实例：自行车把、车圈用电镀方法镀锌、镀实例：自行车把、车圈用电镀方法镀锌、镀铬等，既美观，又防止钢铁生锈。铬等，既美观，又防止钢铁生锈。形成钝化膜形成钝化膜(发蓝发蓝)涂油漆涂油漆(2)改变金属内部结构改变金属内部结构如制不锈钢如制不锈钢(3)电化学保护法电化学保护法牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法原理：用活泼金属与被保护金属连接，形成原理：用
20、活泼金属与被保护金属连接，形成原电池。原电池。阳极：较活泼的金属。阳极：较活泼的金属。阴极：被保护金属。阴极：被保护金属。实例：轮船船体上焊接锌块。实例：轮船船体上焊接锌块。外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法原理：外接电源，利用电解原理，使被保护原理：外接电源，利用电解原理，使被保护金属做阴极。金属做阴极。阳极：连电源正极，电极材料为惰性电极。阳极：连电源正极，电极材料为惰性电极。阴极：连电源负极，通电后，电子流向被保阴极：连电源负极，通电后，电子流向被保护金属，表面聚集电子，抑制该金属失去电护金属，表面聚集电子，抑制该金属失去电子。子。实例：水库铁闸门与直流电源负极相连，并实例：水库铁
21、闸门与直流电源负极相连，并形成闭合回路。形成闭合回路。即时应用即时应用3.下列叙述不正确的是下列叙述不正确的是()A铁表面镀锌，铁作阳极铁表面镀锌，铁作阳极B船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀腐蚀C钢铁吸氧腐蚀的阴极反应：钢铁吸氧腐蚀的阴极反应：O22H2O4e=4OHD工业上电解饱和食盐水的阳极反应：工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl2e=Cl2解析：选解析：选A。A项，铁表面镀锌是应用电解项，铁表面镀锌是应用电解原理，镀件铁与电源的负极相连作阴极，镀原理，镀件铁与电源的负极相连作阴极，镀层金属锌与电源的正极相连作阳极，层金属锌与电源的正极相连作阳极
22、，A项项错误；错误；B项，船底镶嵌锌块是应用原电池原项，船底镶嵌锌块是应用原电池原理，活泼金属作负极被氧化，铁作正极得理，活泼金属作负极被氧化，铁作正极得到保护。到保护。题题型型探探究究技技法法归归纳纳题型题型1 1铝的冶炼铝的冶炼例例例例1 1从从铝铝土土矿矿(主主要要成成分分是是Al2O3，含含SiO2、Fe2O3、MgO等等杂杂质质)中中提提取取氧氧化化铝铝的的两两种种工工艺艺流程如下：流程如下：请回答下列问题：请回答下列问题：(1)流程甲加入盐酸后生成流程甲加入盐酸后生成Al3的离子方程式的离子方程式为为_。(3)验证滤液验证滤液B含含Fe3，可取少量滤液并加入，可取少量滤液并加入_(
23、填试剂名称填试剂名称)。(4)滤液滤液E、K中溶质的主要成分是中溶质的主要成分是_(填化学式填化学式)，写出该溶质的一种用途，写出该溶质的一种用途_。【解析解析】流程甲为：流程甲为：流程乙为：流程乙为：则滤液则滤液E、K中溶质主要成分是中溶质主要成分是NaHCO3，该，该物质可用作发酵粉、制纯碱等。物质可用作发酵粉、制纯碱等。以下现象与电化学腐蚀无关的是以下现象与电化学腐蚀无关的是()A黄铜黄铜(铜锌合金铜锌合金)制作的铜锣不易生锈制作的铜锣不易生锈B生铁比软铁芯生铁比软铁芯(几乎是纯铁几乎是纯铁)容易生锈容易生锈C铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈铁锈D
24、银质奖牌长期放置后表面变暗银质奖牌长期放置后表面变暗题型题型2 2金属腐蚀与防止金属腐蚀与防止例例例例2 2【解析解析】A黄铜若发生电化学腐蚀时，被腐黄铜若发生电化学腐蚀时，被腐蚀的金属应是较活泼的锌而不是铜；蚀的金属应是较活泼的锌而不是铜；B生铁中生铁中含较多的碳，比软铁芯在电解质作用下更容含较多的碳，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易形成原电池，也更容易发生电化学腐蚀而生锈；生锈；C铁质器件附有铜配件时，在接触电解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质溶液时，铁作阳极失去电子发生氧化反应而被腐蚀；而被腐蚀；D银质奖牌久置后可
25、能被氧气或硫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。学腐蚀，与电化学腐蚀无关。【答案答案】D热点示例思维拓展热点示例思维拓展经典案例经典案例对金属制品进行抗腐蚀处理，可对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。延长其使用寿命。(1)以下为铝材表面处理的一种方法：以下为铝材表面处理的一种方法：碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，其原因是膜，碱洗时常有气泡冒出，其原因是_(用用离子方程式表示离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好为将碱
26、洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的向槽液中加入下列试剂中的_。aNH3bCO2cNaOHdHNO3以铝材为阳极，在以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为_。取少量废电解。取少量废电解液，加入液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是淀，产生沉淀的原因是_。(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是用石墨作阳极的原因是_。(3)利用右图装置，可以模拟铁的电化学防利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。护。若若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置应置于于_处。处。若若X为锌，开关为锌，开关K置于置于M处，该电化学防护处，该电化学防护法称为法称为_。(2)以以Cu做做阳阳极极，Cu失失电电子子形形成成Cu2，使使溶溶液中液中Cu2浓浓度保持不度保持不变变。(3)作作为为原原电电池池的的正正极极或或电电解解池池的的阴阴极极的的铁铁被被保保护护，我我们们把把这这种种方方法法叫叫做做牺牺牲牲阳阳极极的的阴阴极极保保护护法。法。