化学学案课堂互动第三单元课题金属材料

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精课堂互动三点剖析一、氧化还原反应与钢铁的冶炼炼铁炼钢原料铁矿石、焦炭、空气、石灰石生铁、氧化剂（空气、纯氧、氧化铁等）、生石灰、脱氧剂化学原理在高温下用还原剂从铁矿石里把铁还原出来在高温下用氧化剂把生铁中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去有关反应(1）还原剂的生成：C+O2====CO2+QCO2+C2CO—Q（2)铁的还原:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2（3）炉渣的生成:CaCO3CaO+CO2SiO2+CaOCaSiO3（1)氧化剂的生成:2Fe+O22FeO（2）降C,除杂，调Si、Mn：如：C+FeOCO↑+Fe（3）造渣:生成的硅、锰氧化物及铁水中的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出（4)脱氧并调整成分：2FeO+Si2Fe+SiO2主要设备高炉转炉【例1】下列关于钢和铁的说法错误的是（）A.生铁和钢中主要成分是铁，都是混合物B。纯铁是由铁原子构成的C。通常说的“钢铁”，意思是钢就是铁,铁就是钢，钢铁是一种物质D.生铁和钢冶炼的原理不同，冶炼时前者用还原剂，后者用氧化剂解析：生铁和钢的主要成分是铁，还含有少量的杂质，因此都是混合物。二者差别主要是含碳量不同，造成了性能上的差别.钢铁是指两种物质，钢具有良好的延展性，即可铸又可锻,而生铁因为含C较多，所以硬而脆，只可铸不可锻。生铁是用还原剂从铁矿石中把铁还原出来，钢是用氧化剂把生铁中过量的碳和其他杂质以气体或炉渣形式除去。铁是一种金属，大多数金属是由原子直接构成的。答案：C二、电解原理与铝的冶炼由于铝非常活泼，无法用碳还原其氧化物而得到金属铝，现今工业上制铝是以电解法电解熔融氧化铝而得到的。工业上冶炼铝的原料是氧化铝、冰晶石（降低氧化铝的熔点）。氧化铝常从铝土矿中提取,铝土矿的主要成分为Al2O3·nH2O、Fe2O3、SiO2,提纯示意图如下：将纯净的氧化铝与冰晶石熔融电解,得到金属铝。冶炼铝的电解槽示意图如右：阳极:6O2-—12e-====3O2↑(氧化反应）阴极：4Al3++12e-====4Al（还原反应）总的反应：2Al2O3====4Al+3O2↑提示：阳极产生O2且为碳电极，发生反应：C+O2====CO2。因此，电解过程中，氧化铝和碳块需要不断补充.【例2】已知有关物质的熔、沸点数据如下表:MgOAl2O3MgCl2AlCl3熔点/℃28522027714190（2。5×105Pa)沸点/℃360029801412182。7请参考上述数据回答问题：工业上常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁，电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。（1)为什么不用电解MgO的方法生产镁,也不用电解AlCl3的方法生产铝？__________________________________________________.（2）冰晶石在电解中的作用是什么？_____________________________________。解析：因为MgO的熔点远高于MgCl2，所以电解熔融的MgO需要更多的能量、更高的温度,不易于操作。从表中数据可以发现，AlCl3晶体的熔点很低,且沸点比熔点低，易升华,属于分子晶体，不存在离子，熔融时不能导电，不能被电解.答案：（1）MgO的熔点太高，电解MgO消耗能量多，经济效益低；AlCl3晶体为分子晶体，在熔融状态下不电离、不导电，不能被电解(2）作助熔剂三、金属腐蚀的化学原理金属腐蚀的本质：金属原子失电子而被氧化，M-ne—====Mn+。金属腐蚀的分类：化学腐蚀（直接氧化反应）和电化学腐蚀(发生原电池反应）。钢铁腐蚀析氢腐蚀(次要)吸氧腐蚀（主要）条件水膜酸性较强（弱酸）水膜酸性较弱或呈中性负极反应Fe-2e-====Fe2+2Fe-4e-====2Fe2+正极反应2H++2e—====H2O2+2H2O+4e-====4OH-总反应Fe+2H+====Fe2++H22Fe+2H2O+O2====2Fe（OH)2金属腐蚀的快慢规律：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀【例3】在一容器中放入海水，几种铁制品在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序是()①铁②镀锡的铁③镀锌的铁④镀铜的铁A。④＞②＞①＞③B。②＞①＞③＞④C。④＞②＞③＞①D.③＞②＞④＞①解析：本题考查的知识点是金属锈蚀的原因及外界的影响，关键是要掌握原电池的反应原理:活泼的金属先腐蚀。延伸点是金属腐蚀的快慢顺序：原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐蚀措施的腐蚀；同一种金属的腐蚀：强电解质＞弱电解质＞非电解质。②③④的装置为原电池装置。③中铁为正极,被保护；②④中铁为负极，均被腐蚀，但相对来说铁与铜的金属活动性差别比铁和锡的大，所以铁铜原电池中的铁被腐蚀得快一些,①中的铁是混合物，含C、Si等杂质而发生原电池反应.答案:A四、电镀与金属的防护电镀:应用电解的原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的过程.目的:主要在金属表面覆盖一层保护层，以隔绝金属与外界物质接触，达到耐腐蚀效果。使金属增强抗腐蚀能力，同时增加美观和表面硬度。如在铁件上镀锌,其反应式如下：阳极：Zn—2e-====Zn2+阴极：Zn2++2e-====Zn电镀的结果:阳极的锌不断溶解，阴极的锌不断析出，且减少的和增加的锌的质量相等.电解质溶液氯化锌的浓度不变.阴极：待镀物件阳极：镀层金属电解质：镀层金属盐特点：阳极本身也参加了电极反应(失电子溶解）【例4】为保护地下钢管不受腐蚀，可采用的方法是()A。与直流电源的负极相连接B.与直流电源的正极相连接C.与铜板相连接D.与锌板相连接解析：可用牺牲阳极保护法进行保护或与电源的负极相连而使金属不易失电子。答案：AD各个击破类题演练1学习炼铁、炼钢的知识,对其原理和性能要有初步了解，下列说法中正确的是…()A。炼铁就是用CO把铁元素从矿石中氧化出来B.炼钢就是要除净生铁中所有的杂质元素C。生铁可铸，钢不可铸D。生铁不可锻，钢可锻可压延解析：炼铁是用CO把矿石中化合态铁还原成单质铁.炼钢是除去硫、磷等元素，保留一定量碳元素，掺入一些其他金属或非金属元素，以达到人们要求的性能。生铁和钢都能铸造工件.生铁脆性很强，不能锻，钢有较好的延展性,所以可锻造和压延。答案：D变式提升1铁的某种氧化物20g，在加热的条件下通入足量的CO完全反应,将生成的气体用石灰水吸收，得到沉淀37.5g,求该氧化物中铁元素与氧元素的质量比。解析：CO与铁的氧化物反应生成单质铁和CO2气体。CO2通入石灰水中，与氢氧化钙反应生成CaCO3沉淀37.5g.由此可计算出CO2的质量。设生成37。5gCaCO3沉淀时，需CO2的质量为xCO2+Ca（OH)2====CaCO3↓+H2O44g 100gx 37.5g，x=16。5g再设铁的氧化物的化学式为FexOy，则：FexOy+yCO====xFe+yCO256x+16y 44y20g 16。5g(56x+16y）∶44y=20∶16.5解得：x∶y=2∶3则该铁氧化物为Fe2O3。在三氧化二铁中铁元素和氧元素的质量比为m（Fe）∶m（O）=56×2∶16×3=7∶3.答案：该氧化物中铁元素与氧元素的质量比为7∶3。变式提升22.下列有关铁的叙述错误的是（）A。由炼钢厂炼得的铁为生铁，含碳量高,硬而脆B.除去生铁中的多余碳就得到熟铁，富有延展性C。生铁含碳比熟铁更低D。铁大多数都以氧化物的形式存在于自然界中解析：一般含碳量小于0。2%的叫熟铁或纯铁，含碳量在0.2%～1。7％的叫钢，含碳量在1.7％以上的叫生铁。答案：C类题演练22.下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是()A。2HgO2Hg+O2↑B.4Al+3MnO22Al2O3+3MnC.2MgO2Mg+O2↑D.4CO+Fe3O43Fe+4CO2解析：金属冶炼方法的选择要综合考虑金属活动性顺序、生产成本等因素。工业上冶炼镁可采用电解法,其原料应选用MgCl2而不是MgO，因为MgO的熔点比MgCl2的高，会消耗大量电能,成本较高。答案:C变式提升3在理论上我们可以用电解熔融的KCl的方法来制备金属钾，而实际上我们不用此法制备钾，而用熔融状态下KCl与Na反应并及时抽走K蒸气的方法制备钾，可能的原因是：①钾易溶于熔融的钾盐中；②钾蒸气易逸出而污染环境；③钾被氧化后的产物与K作用具有爆炸性；④抽走钾的蒸气有利于钠与熔融的KCl反应，其中正确的是（）A.全部B.①③C.①④D。②④解析:反应的方程式为KCl+NaK↑+NaCl，由于K的熔、沸点比Na低，抽走K蒸气，使反应向生成K的方向进行，且安全不污染环境。答案:A变式提升4通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1)溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞)=2∶1,则下列叙述中正确的是（)A。在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n(Ag）∶n(Hg)=2∶1B。在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等C。硝酸亚汞的分子式为HgNO3D.硝酸亚汞的分子式为Hg2（NO3)2解析：2Ag+→2Ag转移2e-，则必有2个Hg+→Hg。通相等的电量被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量比为2∶1，则1个硝酸亚汞中应含两个汞,所以硝酸亚汞的化学式为Hg2（NO3）2。答案：D类题演练3下列关于金属腐蚀正确的是（)A.金属在潮湿的空气中腐蚀的本质：M+nH2O====M（OH）n+H2↑B。金属的电化学腐蚀实质：M—ne-====Mn+，电子直接转移给氧化剂C。金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行D.在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀解析:钢铁在潮湿的环境中主要发生吸氧腐蚀，A项错误.金属的化学腐蚀不一定在酸性条件下进行，如铁和氯气的反应，C项错误。在掌握金属腐蚀时,可以根据下表进行掌握：化学腐蚀电化学腐蚀一般条件金属直接和强氧化剂接触不纯金属，表面潮湿反应过程氧化还原反应,不形成原电池因原电池反应而腐蚀有无电流无电流产生有电流产生反应速率电化学腐蚀＞化学腐蚀结果使金属腐蚀使较活泼的金属腐蚀答案：BD变式提升55.钢铁制品发生吸氧腐蚀时,若有0。2mol电子发生转移，下列说法正确的是（)A.有2.8g铁被腐蚀B。消耗的气体的体积为1。12L（标准状况)C。钢铁制品表面出现气体D。金属表面出现红色物质解析:钢铁发生吸氧腐蚀时，铁为负极，失去电子，消耗铁5。6g。析氢腐蚀才有气体放出，最后的红色物质是铁锈。答案：BD类题演练44。下列装置为电镀池的是（）解析：区别电解池、电镀池及原电池,关键在于看有无外接电源，区别电解池和电镀池要看电极有无变化,所以B项是原电池，C项是电解池,D项是电镀池.若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判断，主要思路是“三看”:（1)看电极：两极为导体且活泼性不同；（2）看溶液:两极插入电解质溶液中；（3）看回路：形成闭合回路或两极接触。若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同时，则为电镀池，其余情况为电解池。答案:D变式提升6将铝制品与另一种材料作电极,以某种溶液作电解液进行电解,通电后在铝制品与电解液的接触面上逐渐形成一层Al（OH)3薄膜,薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量使Al(OH）3分解，从而在铝制品表面形成一层较厚的氧化膜。某校研究性学习小组根据上述原理，以铝制品和铁棒为电极、一定浓度的NaHCO3溶液为电解液进行实验.（1）铝制品表面形成氢氧化铝薄膜的电极反应式为_________________________。（2）电解过程中,必须使电解液的pH保持相对稳定（不能太大，也不能太小）的原因是_________________________.（3）使用NaHCO3溶液为电解液，会减缓阴极区溶液pH的增大，能说明这一原理的离子方程式为________________