高中化学 3.2.1 金属的冶炼课件 新人教版选修2.ppt

目标导航 预习导引 目标导航 预习导引 一 二 三 一 从矿石中获得金属1 获得金属材料的过程获得金属材料首先要通过化学方法把金属从矿石中提取出来 一般要经过开采和初步加工 主要包括探矿 采矿 选矿等工序 及冶炼阶段 2 金属冶炼的基本原理金属冶炼的基本原理是利用氧化还原反应将金属从其化合物中还原出来 目标导航 预习导引 一 二 三 3 金属冶炼的方法 1 火法冶金 是指利用高温从矿石中提取金属或其他化合物的冶金方法 2 湿法冶金 是指在水溶液或非水溶液中进行包括氧化还原反应 中和反应 水解反应等 对原料 矿石 精矿等 中间产物或再生资源中的金属进行提取或分离的冶金过程 金属冶炼过程中金属化合物作氧化剂还是还原剂 提示 金属冶炼是将金属从其化合物中还原出来的过程 金属在其化合物中的化合价均为正价 因此冶炼过程中金属元素的化合价从正价变为0价 化合价降低 作氧化剂 目标导航 一 二 预习导引 三 二 钢铁的冶炼1 生铁的冶炼 1 铁元素在自然界中的存在 主要以氧化物和硫化物等形式存在于铁矿石中 如磁铁矿 赤铁矿 褐铁矿和黄铁矿等 2 原料 一般以铁矿石 焦炭 石灰石和空气等为原料 3 设备 炼铁高炉 4 主要化学反应 目标导航 一 二 预习导引 三 高炉炼铁产生的废气 废渣的成分是什么 提示 废气有n2 co co2等 废渣有casio3 少量c p s si mn的化合物及sio2等 目标导航 一 二 预习导引 三 2 钢的冶炼 1 原理 在高温下用氧化剂将生铁中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去 再添加硅 锰 铝等其他合金作为脱氧剂 调整钢水的成分 2 原料 生铁 氧气 脱氧剂 炼钢过程中 fe发生了哪些变化 提示 fe首先发生氧化反应 后发生还原反应 目标导航 一 二 预习导引 三 三 铝的冶炼1 原料主要来自铝土矿 主要成分是al2o3 2 从铝土矿中获得al2o3的过程 用化学方程式表示 3 从al2o3中获得al 电解冶炼铝 1 装置 铝电解槽 电解质是氧化铝 冰晶石 na3alf6 熔融液 其中也常加入少量的氟化钙等帮助降低熔点 电极材料 阳极和阴极都以碳素材料做成 目标导航 一 二 预习导引 三 2 电解原理 冶炼铝时阳极的碳素材料需定期补充 原因是什么 提示 电解时阳极产生o2 在高温下能与c反应生成co2 使碳素材料损失 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 一 二 一 钢铁的冶炼炼钢 炼铁的比较 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 一 二 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 1 金属冶炼的主要方法有哪些 答案 金属冶炼的方法 热分解法 适合于位于金属活动性顺序后端 金属活动性位于氢后面 的金属 如hg ag等 热还原法 适合于位于金属活动性顺序中部 zn pb 的金属 常用的还原剂有焦炭 co h2 活泼金属 如al 等 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 电解法 适合于位于金属活动性顺序前端的金属 如k na ca al等金属 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 2 如何选择金属冶炼的方法 答案 金属冶炼方法的选择与金属的活动性有关 处在金属活动性不同位置的金属其冶炼的方法可用下图表示 当一种金属可用多种方法冶炼时 工业上一般采用经济效益高的方法 即 热分解还原法优于焦炭还原法 焦炭还原法优于铝热还原法 铝热还原法优于电解还原法 从环保角度考虑 h2还原法又优于co还原法 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 例1 钢铁工业对促进经济和社会发展起了重要作用 导学号52690051 1 炼铁高炉分为五部分 铁矿石与高温煤气主要在部分发生反应 在部分开始生成生铁和炉渣 2 炼钢时 除磷的化学方程式为 加入硅 锰和铝的目的是 3 不锈钢含有的cr元素是在炼钢过程的氧吹 填 前 或 后 加入 原因是 4 炼铁和炼钢生产中 尾气均含有的主要污染物是 从环保和经济角度考虑 上述尾气经处理可用作 思路点拨本题主要考查了冶炼的反应原理和主要生产设备 同时强化了环保意识 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 解析 1 高炉炼铁时将原料从炉喉送入高炉 送风系统从炉腹下部鼓入 炉料在下降过程中与高温煤气流在炉身部分发生作用 焦炭与氧气发生反应生成二氧化碳和一氧化碳 在炉腰部分形成炉渣和生铁 炉渣密度小 浮于生铁上面 分别从出渣口和出铁口排出 2 炼钢是除去生铁中的硫 磷等有害物质 调整生铁中的硅 锰含量 磷发生反应2p 5feo 3caoca3 po4 2 5fe形成炉渣而除去 加入硅 锰和铝的作用是脱氧和调整钢中各成分含量 3 在吹氧后加入ni cr等可以制成不锈钢 以防止cr在吹氧时被氧化 4 能源和环保已是世界性问题 特别是在工业生产中 能变废为宝更是最佳工艺路线 炼钢和炼铁都含有的污染性气体co经处理后可用作燃料或还原剂 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 答案 1 炉身炉腰 2 2p 5feo 3caoca3 po4 2 5fe脱氧和调整钢的成分 3 后避免cr被氧化 或 氧吹前加入cr会形成炉渣被除去 4 co燃料 或还原剂 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 1 在炼铁 炼钢过程中都有碳参加反应 下列有关碳参加反应的叙述正确的是 a 两个过程中碳都被氧化 都只起着提供热源的作用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 炼钢过程中碳被还原 从而达到降低含碳量的目的d 炼铁过程中碳参加反应 只起产生co的作用解析 在炼铁时 焦炭的主要作用有两个 一是通过焦炭燃烧放出大量热 提供炼铁过程所需的热量 二是产生炼铁所需的还原剂co 在炼铁过程中碳被氧化 炼钢时用来降低碳含量的主要反应为c feoco fe 这个反应在碳被氧化的同时吸收热量 综合以上分析 可知a c d选项是错误的 答案 b 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 2 下列关于炼铁和炼钢的说法中 错误的是 a 炼铁是铁矿石还原的过程b 炼钢是生铁被氧化的过程c 炼铁高炉中加入的生石灰是造渣剂d 炼钢转炉中加入的生石灰是造渣剂解析 炼钢是降低生铁中含碳量的过程 炼铁和炼钢中加入生石灰均作造渣剂 答案 b 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 二 铝的冶炼 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 1 工业上为什么不采用电解熔融alcl3的方法冶炼铝 答案 alcl3是共价化合物 熔融状态时不电离 不导电 无法电解 2 铝土矿的主要成分为al2o3 含fe2o3 sio2 怎样从铝土矿中获得纯净的氧化铝 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 例2 下图是传统的工业生产金属铝的基本流程图 阅读图中信息 结合铝生产的流程图解答下列问题 导学号52690052 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 请回答 1 工业冶炼金属铝用的是铝土矿 铝土矿的主要成分是 填化学式 石油炼制和煤的干馏产品 填物质名称 作电解铝的阴极和阳极材料 2 氧化铝熔点高达2050 工业上为了降低能量消耗 在金属铝的冶炼中采取的措施是 3 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 产生这种现象的原因是 用化学方程式表示 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 解析 该题以工业冶炼金属铝为载体考查原料的判断 原理的诠释以及能量的合理利用 1 铝土矿的主要化学成分是al2o3 另外还有sio2 fe2o3 tio2 h2o等 电解前必须进行提纯 石油炼制 煤的干馏的固体产品碳素材料具有导电性 可以作为电解时的阳极和阴极材料 2 纯净al2o3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al2o3进行电解 则加热熔融需要耗费大量的能量 所以工业上采用加入冰晶石 na3alf6 和氟化钙 caf2 助熔 3 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o2 失电子 生成o2 在电解过程中阳极材料中的碳逐渐与生成的氧气反应而被消耗 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 答案 1 al2o3碳素材料 2 加入冰晶石 na3alf6 和少量caf2帮助降低熔点 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 1 我国古代曾用火烧孔雀石和焦炭混合物的方法炼铜 孔雀石的主要成分是cu2 oh 2co3 其冶炼方法是 a 焦炭还原法b 湿法炼铜c 铝热还原法d 电解冶炼法解析 孔雀石受热发生分解反应 实为cu2 oh 2co3的分解反应 但既浪费能源 高温 又浪费铝 经济效益差 况且我国古代既没有al 也没有掌握冶炼al的技术 故c项不可选 我国古代没有电 故不可能用电解冶炼法 cu2 oh 2co3和cuo都不溶于水 没有强酸 也不可能采用湿法炼铜 答案 a 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 2 铝生产产业链由铝土矿开采 氧化铝制取 铝的冶炼和铝材加工等环节构成 请回答下列问题 导学号52690053 1 工业上采用电解氧化铝冰晶石 na3alf6 熔融体的方法冶炼得到金属铝 加入冰晶石的作用 2 上述工艺所得铝材中往往含有少量fe和si等杂质 可用电解方法进一步提纯 该电解池中阳极的电极反应式为 下列可作阴极材料的是 a 铝材b 石墨c 铅板d 纯铝 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 3 阳极氧化能使金属表面生成致密的氧化膜 以稀硫酸为电解液 铝阳极发生的电极反应式为 4 在铝阳极氧化过程中 需要不断地调整电压 理由是 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 5 下列说法中正确的是 a 阳极氧化是应用原电池原理进行金属材料表面处理的技术b 铝的阳极氧化可增强铝表面的绝缘性能c 铝的阳极氧化可提高金属铝及其合金的耐腐蚀性 但耐磨性下降d 铝的阳极氧化膜富有多孔性 具有很强的吸附性能 能吸附染料而呈各种颜色解析 1 由于al2o3熔点很高 加入冰晶石可以降低al2o3的熔点 作助熔剂 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 4 铝阳极生成氧化物薄膜