应用广泛的金属材料钢铁.ppt

8 1应用广泛的金属材料 钢铁 银白色金属 有金属光泽 具有良好的延展性和导热性 导电性一般 特性 能被磁体吸引具铁磁性 或磁化 一 物理性质 一 铁 含量仅次于铝 通常以化合态存在 属于黑色金属 重金属 熔沸点高 26Fe 二 化学性质 铁的原子结构 Fe 较活泼的金属 第四周期第 族 既不是主族元素也不是副族元素 是一种重要的过渡元素 Fe 2e Fe2 Fe 3e Fe3 在金属活动性顺序表里铁排在氢前面 所以它的化学性质较活泼 具有金属的通性 主要化合价 2 3价 3价更稳定 1 与非金属反应 Cl2 Br2 I2 O2 S等 2Fe 3Cl2 2FeCl3 3Fe 2O2 Fe3O4 Fe S FeS 点燃 点燃 加热 练习 写出你知道的铁的化学方程式 褐烟 溶于水形成棕黄色溶液 纯氧中剧烈燃烧 火星四射 生成黑色固体 停止加热后反应物继续保持红热 生成黑褐色固体 氧化性 Cl2 O2 S 过量 26Fe2 SO4 3 3SO2 6H2O Fe NO3 2 NO H2O 38324 2 与酸反应 1 非氧化性酸 稀硫酸 盐酸 浓硫酸 硝酸 Fe H Fe HNO3 稀 Fe HNO3 稀 3 常温下Fe在浓H2SO4 浓HNO3中钝化 2 氧化性酸 2Fe2 H2 6Fe NO3 3 3NO2 3H2O Fe NO3 3 NO H2O 生成亚铁盐 H2 生成铁盐 RO H2O 过量 过量 42 3 与盐溶液反应 Fe Cu2 Fe2 Cu Fe FeCl3 Fe CuSO4 Fe 2Fe3 3Fe2 生成亚铁盐 FeSO4 Cu 23FeCl2 固体增重 溶液增重 4 与水反应 34Fe3O4 4H2 高温 金属的化学性质 4 铁是人体中重要的金属元素 微量元素 血红蛋白中存在 2价铁 人体缺铁会引起贫血 弱氧化剂 强氧化剂 较强氧化剂 Fe2 Fe3 Fe Fe3O4 FeO Fe2O3 3 铁的显价规律 1 铁具有较强还原性 2 次外层上有价电子 有可变化合价 小结 2 3 S I2 H Cu2 Fe3 Cl2 Br2 HNO3 浓H2SO4 O2 水蒸气 5 生铁和钢都是铁碳合金 铁矿石样本 黄铁矿 FeS2 磁铁矿 Fe3O4 褐铁矿 2Fe2O3 3H2O 菱铁矿 FeCO3 赤铁矿 Fe2O3 铁在自然界的存在 氧化物 硫化物形式存在 四 铁的重要化合物 1 铁的氧化物 磁性材料 红色颜料 不溶 不溶 不溶 2 3 3 2 稳定 稳定 不稳定 黑色晶体 红棕色粉末 黑色粉末 磁性氧化铁 铁红 Fe3O4 Fe2O3 FeO 1 物理性质和用途 2 化学性质 FeO和Fe2O3都是碱性氧化物 能与酸反应生成对应的盐 FeO H Fe2O3 H Fe3O4 H FeO不稳定 易被氧化 FeO HNO3 稀 比较 Fe2O3 6HNO3 2Fe NO3 3 3H2O 2Fe2 H2O 62Fe3 3H2O 8Fe2 2Fe3 4H2O 62Fe3O4 31035 Fe NO3 3 NO H2O 32Fe 3CO2 22Fe Al2O3 FeO Fe2O3 Fe3O4高温下能被CO Al C等还原剂还原 22Fe CO2 389Fe 4Al2O3 炼铁原理 铝热反应 Fe OH 3 红褐色不溶于水的固体 2 铁的氢氧化物 1 制备 Fe OH 2 白色不溶于水的固体 练习 完成下列化学方程式 并改写成离子方程式FeCl3 NaOH FeSO4 NaOH Fe2 2OH Fe OH 2 Fe3 3OH Fe OH 3 白色絮状沉淀 红褐色沉淀 3Fe OH 3 3NaCl 2Fe OH 2 Na2SO4 我们的实验方案 将滴管插入试管里溶液的下面慢慢挤出NaOH溶液 隔绝空气 演示上述实验 思考 1 本实验有何违反实验常规的地方 为何要这样做 2 为什么要用新制的硫酸亚铁 还可采取哪些措施 Fe2 2OH Fe OH 2 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 白色絮状沉淀 灰绿色 红褐色 迅速变成 最终变成 集体智慧结晶 要用新制的硫酸亚铁溶液 配制时最好使用煮沸过的蒸馏水 除去溶解氧 在配制的硫酸亚铁溶液中加少量铁粉 防止氧化 把氢氧化钠溶液煮沸 除去溶解氧 将滴管插入试管里溶液下面慢慢挤出氢氧化钠溶液 避免生成的氢氧化亚铁与氧气接触而氧化 减少振荡 为什么还是没有看到白色沉淀 我们的问题 我们要解决问题的关键 用铁和稀硫酸反应当场制取硫酸亚铁溶液 除氧 除溶解氧 与空气隔绝 样品不纯 最好在无氧的条件下实验 Fe H2SO4 FeSO4 H2 实验设计 提供实验药品 铁 稀硫酸 氢氧化钠溶液 提供实验仪器 试管 具支试管 导管 橡皮管 橡皮塞 夹子 请你设计一套实验装置制取氢氧化亚铁 探究实验 2 性质 受热易分解 能与强酸反应 Fe OH 2 H Fe OH 3 H H OH H 如何实现下列转变 Fe2O3 Fe OH 3FeCl3 Fe2O3Fe2 SO4 3 FeCl3 Fe2 H2O Fe3 H2O Fe2O3 H2O 23 FeO H2O 隔绝空气加热 22 33 222 溶液水解呈酸性 222 Fe3 与OH I S2 CO32 HCO3 等不能共存 3 铁的盐类 1 铁盐 FeCl3 Fe2 SO4 3 Fe NO3 3等 溶液呈棕黄色 与碱反应生成红褐色沉淀 具有较强氧化性 与还原剂 如Fe Cu KI H2S等 反应生成亚铁盐 Fe3 Fe Fe3 Cu Fe3 I Fe3 H2S Fe3 检验 加KSCN呈血红色 Fe3 SCN Fe3 HCO3 Fe2 Fe2 Cu2 22 Fe2 I2 23 Fe2 S H Fe OH 3 CO2 33 Fe OH 3 H Fe SCN 2 Fe3 3OH Fe OH 3 棕黄色 浅绿色 棕黄色 绿色 棕黄色 深黄色 棕黄色 浅绿色 33 Fe3 H2O 印刷电路 22 亚铁盐 FeCl2 Fe NO3 2 FeSO4 7H2O等 溶液呈浅绿色 与碱反应生成白色沉淀Fe OH 2 但易氧化成Fe OH 3 既有还原性 又有弱氧化性 亚铁盐溶液易被空气氧化 Fe2 Cl2 Fe2 H NO3 Fe2 检验 滴加KSCN溶液无红色 再加氯水变红色 或加碱溶液生成变色沉淀 溶液水解呈酸性 Fe OH 2 H Fe3 Cl 222 Fe3 NO H2O 3432 白色絮状沉淀 灰绿色 迅速 红褐色 最后 Fe2 H2O 浅绿色 棕黄色 4 铁及其化合物的相互转变 铁三角 强氧化剂 Cl2 HNO3 KMnO4等 还原剂 Fe Cu I H2S等 弱氧化剂 H Cu2 还原剂 Zn 强氧化剂 Cl2 HNO3 还原剂 Zn 2 KMnO4溶液酸化后加入FeCl2溶液 有何现象 写出反应的离子方程式 思考与练习 1 配制FeCl3 FeCl2溶液时应注意什么 MnO4 Fe2 H 应加入适量稀盐酸抑制水解 配制FeCl2溶液时 还应加入酸洗过的铁钉 防止FeCl2氧化 Mn2 Fe3 H2O 5854 紫红色 棕黄色 3 少量的Fe与过量的稀HNO3反应和过量的Fe与少量的稀HNO3反应产物是否相同 4 将适量铁粉放入FeCl3溶液中 完全反应后 溶液中的Fe2 和Fe3 浓度相等 则已反应的Fe3 和未反应的Fe3 的物质的量 A 2 3B 3 2C 1 2D 1 1 A 5 在FeCl3中滴加Na2S与在Na2S中滴加FeCl3的现象是否相同 你认为防止金属腐蚀 主要是要防止何种腐蚀 电化腐蚀怎样可以在金属表面不让它形成原电池 金属防护的措施 1 改变金属内部组织结构 Cr Ni 不锈钢2 在金属表面覆盖保护层 电镀 涂塑 油漆3 电化学保护法 原电池法 Fe Zn电解池法 牺牲阳极的阴极保护法 钢铁 工业的血液 新中国钢铁工业50年产量的变化 炼铁和炼钢的原理 大型钢铁厂的合理选址 中国钢铁工业现状简单分析 三 炼铁和炼钢 中国钢铁产量的增长 单位 万吨 阅读理解 炼铁的原理 主要原料 主要反应和设备是什么 一 炼铁 H2 CO C Al等还原剂 2 主要原料 铁矿石 焦炭 石灰石和空气 3 主要设备 高炉 1 反应原理 在高温下 用CO作还原剂把铁矿石中的铁还原出来 铁矿石样本 黄铁矿 FeS2 磁铁矿 Fe3O4 褐铁矿 2Fe2O3 3H2O 菱铁矿 FeCO3 赤铁矿 Fe2O3 铁在自然界的存在 氧化物 硫化物形式存在 铁矿石晶体 暗红色铁铝榴石晶体 产地奥地利 立方体黄铁矿晶体 产地西班牙 祖母绿 黄铁矿 方解石共生 产地哥伦比亚 铁矿石的成分和种类 铁矿石 高炉结构图 C O2 CO2 CO2 C 2CO 3CO Fe2O3 2Fe 3CO2 4 主要反应 答 高炉煤气不可直接排放 必须净化处理并加以综合利用 问题2 生铁含那些成分 5 产物 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 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 阅读理解 生铁与钢的比较 生铁和钢中其他元素的含量对比 炼钢的目的 A 适当降低生铁里的含碳量 B 除去大部分硫 磷等有害杂质 C 调整钢里合金元素的含量到规定的范围 二 炼钢 生铁 钢 1 需要做到 降 降低含碳量 除 除去硫 磷等杂质 调 调节合金元素的含量 2 反应原理 利用氧化还原反应 在高温下 用氧化剂 用纯氧气 把生铁中过多的碳和其它杂质氧化除去 3 炼钢设备 转炉 电炉 平炉 4 炼钢的原料 生铁 氧气 生石灰 硅铁和锰铁 5 炼钢的主要反应过程 6 炼钢与环保节能 棕色烟气 Fe2O3 CO 转炉的结构图 炼钢的主要反应过程 方法 转炉 电炉 平炉 氧气顶吹转炉炼钢法 1 转炉的构造 小结 炼钢 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氮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 炼钢的图片 120吨转炉炼钢时的情景 鞍钢2000立方米高炉外景图 宝山钢铁厂 临海型 鞍山钢铁厂 煤铁复合型 有利因素 1 原料充足 离煤 铁的产地较近 2 运输方便 铁路交通完善 不利因素 1 内陆城市 污染较为严重 2 铁矿品位低 导致能耗较高 3 冷却水主要来自地下水 有利因素 1 交通方便 以航运和铁路运输为主 2 冷却用水充足 长江水 3 对市区产生的污染较小 4 市场广大5 信息和技术力量强不利因素 铁矿石价格受国际影响较大 铁合金 生铁 钢 炼钢生铁 白口铁 铸造生铁 灰口铁 球墨生铁 合金生铁 碳素钢 合金钢 低碳钢 中碳钢 高碳钢 炼铁和炼钢的比较 把铁从铁矿石中还原出来 降低含碳量 除硫磷等杂质 调节合金元素的含量 利用氧化 还原反应 用还原剂还原出铁 利用氧化 还原反应 用氧化剂把杂质氧化除去 铁矿石 石灰石 焦炭 空气 生铁 纯氧 生石灰 脱氧剂 炼铁高炉 转炉 平炉 电炉 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 讨论 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 再见 炼铁和炼钢 金属冶炼方法小结 1 电解法制活泼金属 2