高中化学 第3单元课题2 金属材料第一课时从矿石中获得金属同步导学课件 新人教版选修2.ppt

课题2金属材料 第一课时从矿石中获得金属 1 了解金属在自然界中的存在形态 2 掌握金属的冶炼原理和冶炼方法 3 了解钢铁的冶炼及铝的冶炼的主要设备和有关原理 一 从矿石中获得金属的基本问题1 获得金属材料的过程获得金属材料首先要通过方法把中提取出来 一般要经过和 主要包括 等工序 及阶段 2 金属冶炼的基本原理金属冶炼的基本原理是 化学 金属从矿石 开采 初步加工 探矿 采矿 选矿 冶炼 利用氧化还原反应将金属 从其化合物中还原出来 3 金属冶炼的方法 1 火法冶金 是指的冶金方法 2 湿法冶金 是指的冶金过程 利用高温从矿石中提取金属或其他 化合物 中间产物或再生资源中的金属进行提取和分离 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 二 钢铁的冶炼1 生铁的冶炼 1 几种矿石的主要成分 磁铁矿 赤铁矿 褐铁矿黄铁矿 2 原理 在高温下用 以赤铁矿为例 用方程式表示为 3co fe2o32fe 3co2 3 原料 4 石灰石的作用 有关方程式为 5 设备 fe3o4 fe2o3 2fe2o3 3h2o fes2 还原剂将铁从其氧化物中还原出来 铁矿石 焦炭 石灰石 空气 除去脉石 炼铁高炉 2 钢的冶炼 1 原理 在高温下用 再添加硅 锰 铝等其他合金作为 调整钢水的成分 2 原料 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 脱氧剂 炼铁厂的铁水或废钢铁 3 主要的反应 3 铝的冶炼 1 原料 2 提纯al2o3 用化学反应方程式表示为 铝土矿 al2o3 2naoh 2naalo2 h2o naalo2 co2 2h2o al oh 3 nahco3 3 电解al2o3 电解质是 加入少量降低熔点的物质是 阳极和阴极的材料是 在电解槽中进行 电解原理 总反应式 电极反应 阳极 阴极 冰晶石 na3alf6 和氧化铝的熔融液 碳素材料 氟化钙 6o2 12e 3o2 4al3 12e 4al 一 炼钢和炼铁的比较从氧化物 碳酸盐 硫化物中冶炼金属有哪些不同 为什么 师生互动 提示 以氧化物形式存在的金属矿石可直接用还原剂还原 如生铁的冶炼 以碳酸盐形式存在的金属矿则可通过煅烧 在缺少空气条件下加热至高温但不使炉料熔化 分解生成金属氧化物或金属 然后再将金属氧化物还原 以硫化物形式存在的金属矿 由于低价硫的存在 所以先要焙烧 在有空气条件下加热至高温但不使炉料熔化 生成金属氧化物或金属 然后再将金属氧化物还原 高炉炼铁产生的废气 废渣的成分是什么 学生交流 提示 高炉炼铁中产生的废气 废渣的主要成分 废气有co co2 so2 no2 炉渣有casio3 少量含c p s si mn的化合物及sio2等 炼铁和炼钢的主要反应原理有何异同 学生交流 提示 炼铁和炼钢的主要反应原理的比较 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他杂质氧化而除去 侧重氧化 归纳小结 炼钢和炼铁的比较 山东理综 钢铁工业对促进经济和社会发展起了重要作用 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 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 焦炭与氢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 点评 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 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 两个过程中碳原子都被氧化 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 答案 b 二 铝的冶炼铝土矿的主要成分是al2o3 另外含有fe2o3 sio2等 怎样从铝土矿中获得纯净的氧化铝 师生互动 提示 实验方案一及步骤 加足量hcl溶液并过滤 除去sio2 al2o3 6h 2al3 3h2ofe2o3 6h 2fe3 3h2o 实验方案二及步骤 加足量naoh溶液并过滤 除去fe2o3 al2o3 2oh 2alo2 h2osio2 2oh sio32 h2o 加足量hcl并过滤 除去h2sio3 alo2 4h al3 2h2o 通足量nh3并过滤 保留al oh 3 al3 3nh3 h2o al oh 3 3nh4 煅烧 为何用电解法冶炼金属铝 其电解过程如何 学生交流 提示 1 因铝金属活泼性较强 还原性强 用常见的还原剂c h2 co等无法还原 故采用电解法 2 电解过程如下 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 冶炼金属的实质 步骤和方法是什么 3 阴极和阳极均由 材料做成 电解时不断消耗的电极是 填 阳极 或 阴极 4 铝是高耗能产品 废旧铝材的回收利用十分重要 在工业上 最能体现节能减排思想的是将回收铝做成 填代号 a 冰晶石b 氧化铝c 铝锭d 硫酸铝 解析 1 al2o3晶体熔点很高 电解熔融al2o3需消耗很大的能量 加入冰晶石可降低al2o3的熔点 2 阴极上al3 获得电子形成金属al 沉积在熔融液下层 3 阳极上o2 失电子形成o2 高温下o2与阳极碳反应消耗 答案 1 降低al2o3的熔化温度 2 下层 3 碳素 或石墨 阳极 4 c 点评 本题以铝的冶炼为背景 考查电解过程中电极材料 电极反应等 旨在引导考生的环保意识及废物重新利用 造福人类的意识 2 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 答案 a 一 法国皇帝拿破仑三世 为显示自己的富有和尊贵 命令官员给自己打造了一顶铝皇冠 他戴上铝皇冠 神气十足地接受百官的朝拜 在宴请宾客时 拿破仑三世使用一套珍藏的铝制餐具 而大臣们使用的是金或银制餐具 法国皇帝拿破仑三世 1808 1873 用铝盘款待最重要的宾客 而今天铝非常便宜 我们用铝箔包装食品 二 门捷列夫创建了元素周期表 受到英国皇家学会的表彰 奖品是一只铝制奖杯 思考 为何当时铝显得如此珍贵 提示 铝在地壳中都以化合态存在 如氧化铝等 在19世纪中期铝冶炼的困难导致了铝价格的昂贵 甚至超过了黄金 但现在随着科学技术的进步 人们已经熟练地掌握了较好的冶炼铝的方法 铝的价格大大降低 走进了我们普通百姓家 1 从石器 青铜器到铁器时代 金属的冶炼体现了人类文明的发展水平 下图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限 之所以有先后 主要取决于 a 金属的导电性强弱b 金属在地壳中的含量多少c 金属的化合价高低d 金属的活动性大小 解析 一般来说 越活泼的金属就越难冶炼 被人类开发利用的年限就越短 如cu可用c co等多种物质还原铜矿石冶炼得到 而al需要用电解法才能冶炼 要困难得多 答案 d 解析 工业上冶炼镁采用电解法 采用电解法时其原料应选用mgcl2而不是mgo 因为mgo的熔点比mgcl2高 会消耗大量电能 成本较高 答案 c 3 把生铁冶炼成碳素钢的主要目的是 a 把生铁提纯 除生铁中杂质b 加入各种元素 改善生铁的性能c 用还原剂把氧化亚铁还原成铁d 适当降低生铁含碳量 除去大部分硫 磷等杂质 解析 生铁与钢的主要区别在于含碳量不同 由生铁为原料 通过降低碳的含量而炼制钢 答案 d 4 2009年广东 下列有关金属及其合金的说法不正确的是 a 目前我国流通的硬币是由合金材料制造的b 生铁 普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加c 镁在空气中燃烧发出耀眼的白光 可用于制作照明弹d 日用铝制品表面覆盖着氧化膜 对内部金属起保护作用 解析 生铁 普通钢 不锈钢中生铁含碳量最高 答案 b 5 金属材料在人类社会中发挥着重要的作用 其冶炼过程离不开化学的支持 铁是应用最广泛的金属 自远古时代人类就学会了炼铁 到目前为止 人类研制出很多炼铁的方法 某研究性学习小组查阅了工业炼铁的有关资料后 发现目前多采用高炉炼铁这种主流方法 其生产示意图如下 请回答下列问题 1 已知铁矿石中有一些难熔化的脉石 sio2 在铁矿石中加入一定比例的石灰石就是为了除去这些脉石 形成的物质就是炉渣的主要成分 请写出有关化学方程式 2 铁矿石中加入一定比例的焦炭的目的是生成还原剂co 请写出得到co的化学方程式 3 热空气从高炉下部通入 而炉料从高炉顶部投入 这样操作的主要目的是 6 已知有关物质的熔 沸点数据如下表 请参考表中数据回答下列问题 1 工业上用电解法生产镁 通常是电解mgcl2而不是电解mgo 主要理由是 2 工业上用电解法生产铝 通常是电解al2o3而不是电解alcl3 主要理由是 解析