高二化學(xué)教案:《金屬材料》教學(xué)設(shè)計(jì)
來(lái)源:精品學(xué)習(xí)網(wǎng) 2018-11-18 15:10:35
本文題目:高二化學(xué)教案:金屬材料
課題2 金屬材料
● 掌握煉鐵、煉鋼、電解法制鋁的原理。
● 了解金屬腐蝕和防護(hù)的有關(guān)知識(shí)。
● 能舉例說(shuō)明金屬材料的特點(diǎn)。
● 舉例說(shuō)明用化學(xué)方法進(jìn)行金屬材料表面處理的原理。
〔知識(shí)梳理〕
1.煉鐵的原理是利用氧化還原反應(yīng),在高溫下, ,
原料是 、 、 、 ,產(chǎn)生還原劑的反應(yīng)是 、
,煉鐵的反應(yīng)是 ,造渣的反應(yīng)是
、 ,高爐煤氣的成分是 。
2.煉鋼的原理是 ,
原料是 。寫(xiě)出煉鋼過(guò)程發(fā)生主要反應(yīng)的化學(xué)方程式
。
3.電解鋁的原料是鋁土礦(主要成分是Al2O3),提純Al2O3的方法是:將鋁土礦溶解在NaOH溶液,然后往溶液中通入過(guò)量的二氧化碳,過(guò)濾,灼燒,即得Al2O3,寫(xiě)出上述反應(yīng)的化學(xué)方程式
。
4.冰晶石的化學(xué)式為 ,在電解三氧化鋁時(shí),加入冰晶石的作用是
,電解Al2O3的化學(xué)方程式為 。電解時(shí),陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣,碳?jí)K要消耗,所以要定時(shí)補(bǔ)充碳?jí)K。
5.金屬的化學(xué)腐蝕是指
;金屬的電化學(xué)腐蝕是指
。
6.鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕,主要原因是由于鋼鐵制品與其接觸的電解質(zhì)溶液構(gòu)成許多微型的 ,鐵通常作為 極, 電子發(fā)生 反應(yīng)而被腐蝕,其電極反應(yīng)為 。鋼鐵在大氣中的腐蝕通常為 腐蝕,其陰極反應(yīng)式為
。若電解質(zhì)溶液酸性較強(qiáng),則發(fā)生的是 腐蝕,其電極反應(yīng)式為 。
7.電鍍是一種特殊的電解,在電鍍時(shí), 作陰極, 作陽(yáng)極,
作電解質(zhì)溶液,電鍍時(shí),電解質(zhì)溶液的濃度 。如在一把小刀上鍍鋅,小刀接電源的 極,電極反應(yīng)式為 。
〔方法導(dǎo)引〕
1.煉鐵和煉鋼的主要區(qū)別
由鐵礦石冶煉成鐵,再由鐵冶煉成鋼,這是冶煉鋼鐵的必經(jīng)過(guò)程。由于煉鐵和煉鋼的任務(wù)不同,因此采用的原料、利用的化學(xué)原理、冶煉設(shè)備等也各不相同。現(xiàn)比較如下:
冶煉 生鐵 鋼
原料 鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣 生鐵、氧氣、生石灰
原理 用還原劑在高溫下把鐵從鐵礦石中還原出來(lái) 用氧化劑在高溫下把生鐵中的雜質(zhì)氧化除去
設(shè)備 高爐 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐
化學(xué)
反應(yīng)
還原劑生成(爐腹)
CO2+O2 CO2 CO2 +C 2CO
鐵的還原(爐身)
Fe2O3+3CO2 2Fe+3CO
爐渣形成(爐腰)
CaCO3 CaO+CO2↑
CaO+SiO2 CaSiO3 碳被氧化 C+O2 CO
鐵被氧化 2Fe+O2 2FeO
脫碳 FeO+C CO+Fe
脫硫 FeS+CaO FeO+CaS
脫氧 2FeO+Si 2Fe+SiO2
產(chǎn)品 生鐵;含有較多的碳及硫、磷、硅等 鋼;含碳量0.03~2%,留有部分硅錳
尾氣 高爐煤氣(CO、CO2、N2等) 棕色煙氣(Fe2O3塵粒及CO)
、艧掕F中,為什么不用焦炭直接還原氧化鐵?
碳有還原性,在高溫條件下,能把鐵從它的氧化物中還原出來(lái)。
Fe2O3+3C 2Fe+3CO 但是,焦炭是固體,與氧化鐵的表面接觸很有限,很難充分發(fā)生反應(yīng),而一氧化碳是氣體,能與氧化鐵充分接觸,完全反應(yīng)。所以,煉鐵中必須通過(guò)一氧化碳去還原氧化鐵。
焦炭的作用有兩個(gè):一是制造了還原劑CO,二是它燃燒放出大量的熱,為高爐提供了高溫條件。
、茻掍撝幸ス韬湾i,為什么在后期的脫氧反應(yīng)中,又要加入硅和錳作為脫氧劑?
煉鋼,并不是要完全除去硅和錳等合金元素,而是將他們的含量調(diào)整到規(guī)定的范圍之內(nèi)。煉鋼期,F(xiàn)eO會(huì)將硅和錳氧化,成為爐渣,從而降低了硅和錳的含量。但后期,鋼水中含有少量沒(méi)有反應(yīng)的FeO,這會(huì)使鋼具有熱脆性。因此,用硅鐵或錳鐵作為脫氧劑將FeO還原,同時(shí)又調(diào)整了硅錳的含量。
2.電解原理的應(yīng)用
電解食鹽水 電鍍鋅 鋁的冶煉
電解質(zhì)
溶液 精制后的食鹽水 含Zn2+的溶液 冰晶石和氧化鋁熔融體
電極
反應(yīng) 陽(yáng)極 石墨 金屬鋅 碳?jí)K
陰極 鐵網(wǎng) 鍍件金屬 碳?jí)K
電極
反應(yīng) 陽(yáng)極 2Cl--2e-=Cl2↑ Zn-2e-=Zn2+ 6O2--12e-=3O2↑
陰極 2H++2e-=H2↑ Zn2++2e-=Zn 4Al3++12e-=4Al
總反應(yīng)式 2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2 無(wú) 2Al2O3 4Al+3O2↑
說(shuō)明 用立式隔膜電解槽 陽(yáng)極參加了反應(yīng),被逐漸腐蝕 冰晶石作熔劑,電解時(shí),陽(yáng)極碳?jí)K
被產(chǎn)生的O2逐漸消耗,要定期補(bǔ)充
3.金屬的腐蝕
金屬腐蝕的原因:許多金屬有較活潑的化學(xué)性質(zhì),當(dāng)金屬與周?chē)佑|到空氣、水及具有腐蝕性的物質(zhì)時(shí),金屬失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。
化學(xué)腐蝕 電化腐蝕
條件 金屬與非電解質(zhì)等直接接觸 不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸
現(xiàn)象 無(wú)電流產(chǎn)生 有電流產(chǎn)生
本質(zhì) 金屬被氧化的過(guò)程 較活潑的金屬被氧化的過(guò)程
化學(xué)腐蝕與電化腐蝕往往同時(shí)發(fā)生,但電化腐蝕更具普遍,危害更嚴(yán)重
鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕比較
吸氧腐蝕 析氫腐蝕
條件 水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性較強(qiáng)
陽(yáng)極反應(yīng) Fe-2e-=Fe2+
陰極反應(yīng) O2+2H2O+4e-=4OH- 2H++2e-=H2
溶液反應(yīng) Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓
、沤饘俑g的快慢:與電解質(zhì)溶液互相接觸的兩種金屬,活潑金屬總是先被腐蝕,而不活潑金屬得到保護(hù)。兩種金屬活潑性相關(guān)越大,活潑金屬被腐蝕得越快。
、平饘俚谋Wo(hù):①改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu):如可根據(jù)不同的用途選用不同的金屬或非金屬制成合金,以防止腐蝕;②覆蓋保護(hù)層:如可以采用噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法使金屬與介質(zhì)隔離,以防止腐蝕;③使用電化學(xué)保護(hù)法:將一種比需要保護(hù)的金屬活潑的金屬與之相連構(gòu)成原電池,則較活潑的金屬被腐蝕,而需要保護(hù)的金屬被保護(hù)不被腐蝕。如埋在地下的鋼管用導(dǎo)線(xiàn)與較活潑金屬(鋁、鋅等)相連,則鐵被保護(hù)。
[例題1]下列各工業(yè)生產(chǎn)中,石灰石、生石灰、熟石灰、都不能作為原料和是( )。
、贌掕F ②用生鐵煉鋼 ③從海水中提取鎂 ④鋁的冶煉 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]煉鐵中用石灰石造渣;煉鋼中用生石灰造渣;用熟石灰富集海水中的鎂;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
[例題2]以下現(xiàn)象與電化學(xué)腐蝕無(wú)關(guān)的是( )。
A.黃銅(銅鋅合金)制作的銅鑼不易生銹
B.生鐵比軟鐵芯(幾乎是純鐵)容易生銹
C.鐵質(zhì)器件附有銅質(zhì)配件,在接觸處易生鐵銹
D.銀質(zhì)獎(jiǎng)牌長(zhǎng)期放置后表面變暗
[解析]A黃銅若發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí),被腐蝕的金屬應(yīng)是金屬性較活潑的鋅而不是銅;B生鐵中含較多的碳,比軟鐵芯在電解質(zhì)作用下更容易形成原電池,也更容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕而生銹;C鐵質(zhì)器件附有銅配件時(shí),在接觸電解質(zhì)溶液時(shí),鐵作陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕;D銀質(zhì)獎(jiǎng)牌久置后可能被氧氣或硫氧化成銀的化合物而使其表面變暗,這是化學(xué)腐蝕,與電化學(xué)腐蝕無(wú)關(guān)。
[答案]D
[例題3]工業(yè)上用鋁土礦(主要成分是Al2O3?H2O、Al2O3?3H2O、以及少量的Fe2O3、SiO2等),提取純Al2O3作冶煉鋁的原料。提取的操作過(guò)程可用以下流程圖表示:
、艑(xiě)出濾液A中一種溶質(zhì)與過(guò)量NaOH溶液反應(yīng)進(jìn)入濾液B中的離子方程式 。
⑵若步驟①中沒(méi)有過(guò)濾操作而直接進(jìn)入步驟②,對(duì)后面操作將產(chǎn)生的影響是 。
[解析]提純Al2O3的關(guān)鍵是要根據(jù)Al2O3、Fe2O3、SiO2化學(xué)性質(zhì)上的差異。Al2O3有兩性,既可溶于NaOH溶液,又可溶于鹽酸;Fe2O3只溶于鹽酸;SiO2只溶于NaOH溶液。先加鹽酸,過(guò)濾,除去不溶的SiO2,向?yàn)V液中加入足量NaOH溶液,過(guò)濾,除去Fe(OH)3。
[答案]⑴Al3++4OH-=AlO2-+2H2O
、 ①中不溶物(SiO2)在操作②中會(huì)被NaOH溶解
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