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高中化学人教版 (新课标)选修2 化学与技术课题2 金属材料授课ppt课件
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这是一份高中化学人教版 (新课标)选修2 化学与技术课题2 金属材料授课ppt课件，共34页。PPT课件主要包含了从矿石中获得金属，拓展资料，思考与练习等内容，欢迎下载使用。
根据所学过内容思考交流金属的冶炼方法？
自古以来，坚硬刚强的金属材料与人类建立了悠久而深厚的感情，即使在新材料层出不穷的今天，金属材料的产量和使用方面依然占有极其重要的地位，金属的物理化学性质是金属冶炼、金属材料加工使用的依据。
冶炼金属的方法
不同金属冶炼方法的选择
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag
3CO+ Fe2O3=====2Fe+3CO2
利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要是CO)从铁矿石中还原出铁。
（3）原料：铁矿石，焦炭，石灰石，空气
（4）炼铁的主要反应过程：
铁分布广,地壳中含铁近5%,仅次于铝.铁的化学性质较活泼,因此以化合物形式存在,常见铁矿在磁铁矿(主要成分Fe3O4) 菱铁矿(主要成分FeCO3)等.
鞍钢2000立方米高炉外景图
3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2
（1）还原剂的形成 C＋O2＝CO2＋Q CO2＋C＝2CO－Q（2）铁的还原 Fe2O3＋3CO＝2Fe＋3CO2（3）炉渣的形成 CaCO3＝CaO＋CO2 CaO＋SiO2＝CaSiO3
问题1：原料中焦炭和石灰石的作用是什么？
答：焦炭的作用是作燃料和形成还原剂。石灰石的作用是作熔剂，除脉石。
（1）生铁（2）高炉煤气：CO、CO2、N2、大量灰尘等。（3）炉渣：主要是CaSiO3
问题2：生铁含那些成分？问题3：高炉煤气能否直接排放？怎么处理？
答：生铁主要含铁，除此之外还含有2%-4.3%的碳,还含有锰、硅、硫、磷等元素。高炉煤气不可直接排放。必须净化处理并加以综合利用。
1、反应原理高温下，用氧化剂把生铁里过多的碳和其它杂质氧化成气体或炉渣而除去。2、目的：降碳、调硅锰、去硫磷。3主要反应（分三个阶段）
120吨转炉炼钢时的情景
主要反应（分三个阶段）
（1）氧化造渣2Fe＋O2＝2FeO＋Q2FeO＋Si＝SiO2＋2Fe＋QFeO＋Mn＝Fe＋MnO＋QFeO＋C＝CO＋Fe－Ｑ生成的二氧化硅、氧化锰与造渣材料生石灰相互作用成为炉渣。
（2）去硫、磷FeS+CaO＝FeO+CaS2P+5FeO+3CaO＝5Fe+Ca3(PO4)2（3）脱氧用硅铁、锰铁或金属铝来还原钢水中含有的少量FeO2FeO+Si＝SiO2+2Fe3FeO+2Al＝3Fe+Al2O3FeO+Mn＝Fe+MnO生成的二氧化硅等大部分形成炉渣而除去，部分的硅、锰等留在钢里以调整钢的成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧成各种钢材。
方法：转炉、电炉、平炉。氧气顶吹转炉炼钢法（1）转炉的构造（2）原料：生铁（液态）、氧气、适量的造渣材料（如生石灰等）、脱氧剂。（3）热源：依靠熔融铁水中的杂质等被氧气氧化所放出的热量，不需要燃料。
问题1：为什么要用纯氧来代替空气炼钢？问题2：炼钢过程中产生的大量棕色烟气其主成分是什么？能否直接排放？
答1：因为用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆以及痰气排出时带走热量的缺点。2：主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的CO气体等。不能直接排放，必须净化回收，综合利用。
如果在碳钢中加入有益的元素如铬、锰、硅、镍、钨、钒、钴、钛、铌、铝、硼等就成为合金钢。合金元素在钢中存在的形式和作用各不相同，主要是为了改善钢的金相组织和力学性能，以及有利于热处理。合金钢的种类繁多，可以满足不同用途的需要。
炼铁和炼钢的主要反应原理有什么异同？相同点：都是利用氧化还原反应。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它杂质氧化而除去（侧重氧化）。
德国的沃勒于1827年发现铝
1886年，美国霍尔用电解法冶炼得到铝
法国的德维尔于1854年制得铝
铝土矿中的氧化铝与氢氧化钠溶液反应，生成偏铝酸钠和水。向偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，灼烧氢氧化铝得到氧化铝。请结合工艺流程，写出从铝土矿制备氧化铝过程中发生的化学反应方程式。
Al2O3＋2NaOH＝2NaAlO2＋H2O
NaAlO2＋CO2＋2H2O＝Al（OH）3↓＋NaHCO3
熔化的冰晶石是氧化铝的熔剂，使氧化铝能在1000℃左右熔解在液态的冰晶石中，成为冰晶石和氧化铝的熔融体。这样就可以在电冶铝的装置（图）中进行电解了。直流电通过冰晶石氧化铝融体时，发生很复杂的反应。
问题讨论 1、铝土矿用NaOH溶解的目的是什么？Al2O3为什么能溶解在NaOH溶液中？
既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物称两性氧化物。
Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
阴极（和电源负极相连）：4Al3++12e-=4Al阳极（和电源正极相连）：6O2-－12e-=3O2
在高温下，阳极产生的氧气会跟碳电极发生反应，生成二氧化碳，所以在电解中要定时补充碳块。铝的熔点是660℃，电冶铝反应的温度是1000℃左右。所以电解生成的铝呈液态，从电解装置的底部流出。
电解熔融的氧化铝制取金属铝，若有0.2ml电子发生转移，则理论上能得到金属铝多少克？需氧化铝多少克？
0.2ml
形状记忆合金是在20世纪60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金。 首先将预先加工成某一形状的这种NT合金，在300 ℃～1 000 ℃高温下热处理几分钟至半小时，这样NT合金就会记忆被加工成的形状。以后在室温下无论形状怎样变化，一旦将它的温度升至一定温度时，它就会恢复成原来被加工成的形状。 形状记忆合金的结构尚未完全探明，为什么金属会记住某些固定形状的问题也还没有完全搞清楚。据科学家推测，金属的结晶状态，在被加热时和冷却时是不同的，虽然外表没有变化，然而在一定温度下，金属原子的排列方式会发生突变，这称为相变。能引起记忆合金形状改变的条件是温度。分析表明，这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构。如含有Ti和Ni各为50％的记忆合金，有两种晶体结构，一种是菱形的，另一种是立方体的，这两种晶体结构相互转变的温度是一定的。高于这一温度，它会由菱形结构转变为立方体结构；低于这一温度，又由立方体结构转变为菱形结构。晶体结构类型改变了，它的形状也就随之改变
1、为了初步确定某铁矿石的种类，取该铁矿石用盐酸溶解，有一种气体放出。该铁矿石是（ ）A.磁铁矿 B.赤铁矿 C.褐铁矿 D.菱铁矿2、炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都需要的原料是（ ）A.纯碱 B.石灰石 C.石英 D.粘土
3、将10g铁碳的合金放入氧气中高温灼烧， 反应后的气体通入过量石灰水中得沉淀1.4g，则此铁碳合金是（ ）
4、下列有关炼铁和炼钢的说法中，错误的是（ ） A.炼铁是铁矿石被还原的过程 B.炼钢是生铁被氧化的过程 C.炼铁高炉中加入石灰石的目的是除脉石 D.炼钢转炉中加入的生石灰是造渣剂 5、下面工业的废气经处理可作为气体燃料的是①硫酸厂的尾气②硝酸厂尾气③高炉煤气④氧气顶吹转炉产生的棕色烟气⑤玻璃工业的废气（ ） A. ① ③ B. ③ ④ C. ④ ⑤ D. ③ ④ ⑤
6、在炼铁和炼钢中都有碳参加反应。下列有关碳参加反应的说明错误的是（ ） A.两个过程中碳都是被氧化,都只起着提供热量的作用 B.炼铁过程中碳被氧化,既起产生热量的作用,又起产生CO的作用 C.炼钢过程中碳被氧化,从而达到降低含碳量的目的 D.炼铁过程中碳参加反应,只起着产生CO的作用
根据所学过内容思考交流金属的冶炼方法？
自古以来，坚硬刚强的金属材料与人类建立了悠久而深厚的感情，即使在新材料层出不穷的今天，金属材料的产量和使用方面依然占有极其重要的地位，金属的物理化学性质是金属冶炼、金属材料加工使用的依据。
冶炼金属的方法
不同金属冶炼方法的选择
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag
3CO+ Fe2O3=====2Fe+3CO2
利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要是CO)从铁矿石中还原出铁。
（3）原料：铁矿石，焦炭，石灰石，空气
（4）炼铁的主要反应过程：
铁分布广,地壳中含铁近5%,仅次于铝.铁的化学性质较活泼,因此以化合物形式存在,常见铁矿在磁铁矿(主要成分Fe3O4) 菱铁矿(主要成分FeCO3)等.
鞍钢2000立方米高炉外景图
3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2
（1）还原剂的形成 C＋O2＝CO2＋Q CO2＋C＝2CO－Q（2）铁的还原 Fe2O3＋3CO＝2Fe＋3CO2（3）炉渣的形成 CaCO3＝CaO＋CO2 CaO＋SiO2＝CaSiO3
问题1：原料中焦炭和石灰石的作用是什么？
答：焦炭的作用是作燃料和形成还原剂。石灰石的作用是作熔剂，除脉石。
（1）生铁（2）高炉煤气：CO、CO2、N2、大量灰尘等。（3）炉渣：主要是CaSiO3
问题2：生铁含那些成分？问题3：高炉煤气能否直接排放？怎么处理？
答：生铁主要含铁，除此之外还含有2%-4.3%的碳,还含有锰、硅、硫、磷等元素。高炉煤气不可直接排放。必须净化处理并加以综合利用。
1、反应原理高温下，用氧化剂把生铁里过多的碳和其它杂质氧化成气体或炉渣而除去。2、目的：降碳、调硅锰、去硫磷。3主要反应（分三个阶段）
120吨转炉炼钢时的情景
主要反应（分三个阶段）
（1）氧化造渣2Fe＋O2＝2FeO＋Q2FeO＋Si＝SiO2＋2Fe＋QFeO＋Mn＝Fe＋MnO＋QFeO＋C＝CO＋Fe－Ｑ生成的二氧化硅、氧化锰与造渣材料生石灰相互作用成为炉渣。
（2）去硫、磷FeS+CaO＝FeO+CaS2P+5FeO+3CaO＝5Fe+Ca3(PO4)2（3）脱氧用硅铁、锰铁或金属铝来还原钢水中含有的少量FeO2FeO+Si＝SiO2+2Fe3FeO+2Al＝3Fe+Al2O3FeO+Mn＝Fe+MnO生成的二氧化硅等大部分形成炉渣而除去，部分的硅、锰等留在钢里以调整钢的成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧成各种钢材。
方法：转炉、电炉、平炉。氧气顶吹转炉炼钢法（1）转炉的构造（2）原料：生铁（液态）、氧气、适量的造渣材料（如生石灰等）、脱氧剂。（3）热源：依靠熔融铁水中的杂质等被氧气氧化所放出的热量，不需要燃料。
问题1：为什么要用纯氧来代替空气炼钢？问题2：炼钢过程中产生的大量棕色烟气其主成分是什么？能否直接排放？
答1：因为用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆以及痰气排出时带走热量的缺点。2：主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的CO气体等。不能直接排放，必须净化回收，综合利用。
如果在碳钢中加入有益的元素如铬、锰、硅、镍、钨、钒、钴、钛、铌、铝、硼等就成为合金钢。合金元素在钢中存在的形式和作用各不相同，主要是为了改善钢的金相组织和力学性能，以及有利于热处理。合金钢的种类繁多，可以满足不同用途的需要。
炼铁和炼钢的主要反应原理有什么异同？相同点：都是利用氧化还原反应。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它杂质氧化而除去（侧重氧化）。
德国的沃勒于1827年发现铝
1886年，美国霍尔用电解法冶炼得到铝
法国的德维尔于1854年制得铝
铝土矿中的氧化铝与氢氧化钠溶液反应，生成偏铝酸钠和水。向偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，灼烧氢氧化铝得到氧化铝。请结合工艺流程，写出从铝土矿制备氧化铝过程中发生的化学反应方程式。
Al2O3＋2NaOH＝2NaAlO2＋H2O
NaAlO2＋CO2＋2H2O＝Al（OH）3↓＋NaHCO3
熔化的冰晶石是氧化铝的熔剂，使氧化铝能在1000℃左右熔解在液态的冰晶石中，成为冰晶石和氧化铝的熔融体。这样就可以在电冶铝的装置（图）中进行电解了。直流电通过冰晶石氧化铝融体时，发生很复杂的反应。
问题讨论 1、铝土矿用NaOH溶解的目的是什么？Al2O3为什么能溶解在NaOH溶液中？
既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物称两性氧化物。
Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
阴极（和电源负极相连）：4Al3++12e-=4Al阳极（和电源正极相连）：6O2-－12e-=3O2
在高温下，阳极产生的氧气会跟碳电极发生反应，生成二氧化碳，所以在电解中要定时补充碳块。铝的熔点是660℃，电冶铝反应的温度是1000℃左右。所以电解生成的铝呈液态，从电解装置的底部流出。
电解熔融的氧化铝制取金属铝，若有0.2ml电子发生转移，则理论上能得到金属铝多少克？需氧化铝多少克？
0.2ml
形状记忆合金是在20世纪60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金。 首先将预先加工成某一形状的这种NT合金，在300 ℃～1 000 ℃高温下热处理几分钟至半小时，这样NT合金就会记忆被加工成的形状。以后在室温下无论形状怎样变化，一旦将它的温度升至一定温度时，它就会恢复成原来被加工成的形状。 形状记忆合金的结构尚未完全探明，为什么金属会记住某些固定形状的问题也还没有完全搞清楚。据科学家推测，金属的结晶状态，在被加热时和冷却时是不同的，虽然外表没有变化，然而在一定温度下，金属原子的排列方式会发生突变，这称为相变。能引起记忆合金形状改变的条件是温度。分析表明，这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构。如含有Ti和Ni各为50％的记忆合金，有两种晶体结构，一种是菱形的，另一种是立方体的，这两种晶体结构相互转变的温度是一定的。高于这一温度，它会由菱形结构转变为立方体结构；低于这一温度，又由立方体结构转变为菱形结构。晶体结构类型改变了，它的形状也就随之改变
1、为了初步确定某铁矿石的种类，取该铁矿石用盐酸溶解，有一种气体放出。该铁矿石是（ ）A.磁铁矿 B.赤铁矿 C.褐铁矿 D.菱铁矿2、炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都需要的原料是（ ）A.纯碱 B.石灰石 C.石英 D.粘土
3、将10g铁碳的合金放入氧气中高温灼烧， 反应后的气体通入过量石灰水中得沉淀1.4g，则此铁碳合金是（ ）
4、下列有关炼铁和炼钢的说法中，错误的是（ ） A.炼铁是铁矿石被还原的过程 B.炼钢是生铁被氧化的过程 C.炼铁高炉中加入石灰石的目的是除脉石 D.炼钢转炉中加入的生石灰是造渣剂 5、下面工业的废气经处理可作为气体燃料的是①硫酸厂的尾气②硝酸厂尾气③高炉煤气④氧气顶吹转炉产生的棕色烟气⑤玻璃工业的废气（ ） A. ① ③ B. ③ ④ C. ④ ⑤ D. ③ ④ ⑤
6、在炼铁和炼钢中都有碳参加反应。下列有关碳参加反应的说明错误的是（ ） A.两个过程中碳都是被氧化,都只起着提供热量的作用 B.炼铁过程中碳被氧化,既起产生热量的作用,又起产生CO的作用 C.炼钢过程中碳被氧化,从而达到降低含碳量的目的 D.炼铁过程中碳参加反应,只起着产生CO的作用
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