课题 2金属材料(第一课时)

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（2）去硫、磷 高温 FeS+CaO＝FeO+CaS 高温 2P+5FeO+3CaO＝5Fe+Ca3(PO4)2 （3）脱氧 用硅铁、锰铁或金属铝来还原钢水中含有的少 量FeO 高温 • 2FeO+Si＝SiO2+2Fe 高温 • 3FeO+2Al＝3Fe+Al2O3 高温 • FeO+Mn＝Fe+MnO
高温
CaO＋SiO2＝CaSiO3
图片
问题产物 2：生铁含那些成分？ 生铁含那些成分？ 问题3：高炉煤气能否直 答：生铁主要含铁，除此之外 接排放？怎么处理？ 接排放？怎么处理？ • （1）生铁
还含有2%-4.3%的碳,还含有锰、 • （2）高炉煤气：CO、CO2、N2、大量灰尘等。 硅、硫、磷等元素。 • （3）炉渣：主要是CaSiO3 高炉煤气不可直接排放。必须 净化处理并加以综合利用。
电解 电解
高温
不同金属冶炼方法的选择
金属活动性： 金属活动性：
强
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag 电解法 热还原法 热分解法
弱
1、钢铁的冶炼
铁分布广,地壳中含铁近5%,仅次于铝. 铁分布广,地壳中含铁近5%,仅次于铝.铁的化学性质较活 5%,仅次于铝 因此以化合物形式存在,常见铁矿在磁铁矿( 泼,因此以化合物形式存在,常见铁矿在磁铁矿(主要成分 菱铁矿(主要成分FeCO3) FeCO3)等 Fe3O4) 菱铁矿(主要成分FeCO3)等. 基本反应原理： （1）基本反应原理：
铝电解槽
阴极（和电源负极相连）：4Al 阴极（和电源负极相连）：4Al3++12e-=4Al ）： 阳极（和电源正极相连）： ）：6O 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 在高温下， 生成二氧化碳， 应，生成二氧化碳，所以在电解中要定时补充碳 铝的熔点是660℃ 660℃， 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， 左右。 1000℃左右。所以电解生成的铝呈液态，从电解 装置的底部流出。 装置的底部流出。
• （1）转炉的构造 产生的大量棕色烟 2：主要成分是氧化铁尘 ： • （2）原料：生铁（液态）、氧气、适量 气其主成分是什么？ 气其主成分是什么 粒和高浓度的CO气体等。 ？ 气体等。 粒和高浓度的 气体等 的造渣材料（如生石灰等）、脱氧剂。 能否直接排放？ 能否直接排放 不能直接排放， 不能直接排放，必须净化？ 回收，综合利用。 回收，综合利用。 • （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。
6、在炼铁和炼钢中都有碳参加反应。下列有关 碳参加反应的说明错误的是（AD ） A.两个过程中碳都是被氧化,都只起着提供热量 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.炼钢过程中碳被氧化,从而达到降低含碳量的 目的 D.炼铁过程中碳参加反应,只起着产生CO的作用
炼钢的图片
讨论： 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。 • 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）。
拓展资料 2、铝的冶炼• 铝的现德国的沃勒于1827年发现铝 法国的德维尔于1854年制得铝
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炼钢工业
炼钢
• 1、反应原理
• 高温下，用氧化剂把生铁里过多的 碳和其它杂质氧化成气体或炉渣而 除去。 • 2、目的： • 降碳、调硅锰、去硫磷。 • 3主要反应（分三个阶段）
120吨转炉炼钢时的情景 120吨转炉炼钢时的情景
转炉的结构图
主要反应（分三个阶段）
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如果在碳钢中加入有益的元素如铬、 如果在碳钢中加入有益的元素如铬、锰、 硅、镍、钨、钒、钴、钛、铌、铝、硼等 就成为合金钢。 就成为合金钢。合金元素在钢中存在的形 式和作用各不相同， 式和作用各不相同，主要是为了改善钢的 金相组织和力学性能，以及有利于热处理。 金相组织和力学性能，以及有利于热处理。 合金钢的种类繁多， 合金钢的种类繁多，可以满足不同用途的 需要。 需要。
• 生成的二氧化硅等大部分形成炉渣而除 部分的硅、 去，部分的硅、锰等留在钢里以调整钢 的成分。钢水合格后， 的成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸 件或钢锭，钢锭可以再轧成各种钢材。 件或钢锭，钢锭可以再轧成各种钢材。
炼钢的方法 问题1： 答1：因为用纯氧代替空 ： 问题 ：为什么要用 气可以克服由于空气里的 纯氧来代替空气炼 • 方法：转炉、电炉、平炉。 氮气的影响而使钢质变脆 钢？ 以及痰气排出时带走热量 • 氧气顶吹转炉炼钢法 问题2： 问题 ：炼钢过程中 的缺点。 的缺点。
思考与练习：
• 1、为了初步确定某铁矿石的种类，取该 铁矿石用盐酸溶解，有一种气体放出。 该铁矿石是（ ） D • A.磁铁矿 B.赤铁矿 C.褐铁矿 D.菱铁矿 • 2、炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产 中，都需要的原料是（ B ） • A.纯碱 B.石灰石 C.石英 D.粘土
3、将10g铁碳的合金放入氧气中高温灼烧， 反应后的气体通入过量石灰水中得沉淀 1.4g，则此铁碳合金是（ ） B
鞍钢2000立方米高炉外景图 鞍钢2000立方米高炉外景图
高炉结构图
3CO+Fe2O3 =2Fe+3CO2
CO2+C=2CO C +O2=CO2
主要反应 问题1：原料中
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焦炭和石灰石 （1）还原剂的形成 的作用是什么？ 点燃 C＋O2＝CO2＋Q 高温 答：焦炭的作 CO2＋C＝2CO－Q 用是作燃料和 （2）铁的还原 高温 形成还原剂。 Fe2O3＋3CO＝2Fe＋3CO2 石灰石的作用 （3）炉渣的形成 是作熔剂，除 高温 CaCO3＝CaO＋CO2 脉石。
作业80页 作业80页：4、5 80
再
见
一定条件
3K + AlCl3
3KCl + Al
1886年，美国霍尔用电解法 冶炼得到铝
电解
2Al2O3
4Al + 3O2
• 问题讨论
铝土矿中的氧化铝与氢氧化钠溶液反应，生成偏铝酸钠 和水。向偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳，生成氢氧化铝 沉淀和碳酸氢钠，灼烧氢氧化铝得到氧化铝。请结合工 艺流程，写出从铝土矿制备氧化铝过程中发生的化学反 应方程式。 Al2O3＋2NaOH＝2NaAlO2＋H2O NaAlO2＋CO2＋2H2O＝Al（OH）3↓＋NaHCO3 2Al（OH）3 2Al2O3
4、下列有关炼铁和炼钢的说法中，错误的是 下列有关炼铁和炼钢的说法中， （B ） A.炼铁是铁矿石被还原的过程 A.炼铁是铁矿石被还原的过程 B.炼钢是生铁被氧化的过程 B.炼钢是生铁被氧化的过程 C.炼铁高炉中加入石灰石的目的是除脉石 C.炼铁高炉中加入石灰石的目的是除脉石 D.炼钢转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 5、下面工业的废气经处理可作为气体燃料的是 硫酸厂的尾气②硝酸厂尾气③高炉煤气④ ①硫酸厂的尾气②硝酸厂尾气③高炉煤气④氧 气顶吹转炉产生的棕色烟气⑤ 气顶吹转炉产生的棕色烟气⑤玻璃工业的废气 （ ） B A. ① ③ B. ③ ④ C. ④ ⑤ D. ③ ④ ⑤
高温 3CO+ Fe2O3=====2Fe+3CO2
利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要是CO) 利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要是 从铁矿石中还原出铁。 从铁矿石中还原出铁。 （2）设备：高炉 ）设备： （3）原料：铁矿石，焦炭，石灰石，空气 ）原料：铁矿石，焦炭，石灰石， （4）炼铁的主要反应过程： ）炼铁的主要反应过程：
根据所学过内容思考交流金属的冶炼方法？ 根据所学过内容思考交流金属的冶炼方法？
冶炼金属的方法
热分解法 2HgO==Hg+O2↑ 热还原法
高温 高温
2Ag2O==4Ag+O2↑
Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2 CuO+H2===Cu+H2O
高温
2CuO+C===2Cu+CO2 ↑ Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3 电解法 2NaCl====2Na+Cl2↑ 2Al2O3====4Al+3O2↑
• 巩固练习
电解熔融的氧化铝制取金属铝，若有0.2mol电 子发生转移，则理论上能得到金属铝多少克？ 需氧化铝多少克？ 分析：
得12e－
2Al2O3 由上述知： 2Al2O3 ～ 2mol
电解
4Al＋3O2↑
失12e－
4Al 4mol
～
转移电子12 12mol 0.2mol
形状记忆合金是在20世纪60年代初期发现的，它是一种特殊的合金 形状记忆合金 有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度， 它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和钛组成的合金具有记忆能 力，称为NT合金。 首先将预先加工成某一形状的这种NT合金，在300 ℃～1 000 ℃高 温下热处理几分钟至半小时，这样NT合金就会记忆被加工成的形状 。以后在室温下无论形状怎样变化，一旦将它的温度升至一定温度 时，它就会恢复成原来被加工成的形状。 形状记忆合金的结构尚未完全探明，为什么金属会记住某些固定形 形状记忆合金 状的问题也还没有完全搞清楚。据科学家推测，金属的结晶状态， 在被加热时和冷却时是不同的，虽然外表没有变化，然而在一定温 度下，金属原子的排列方式会发生突变，这称为相变。能引起记忆 合金形状改变的条件是温度。分析表明，这类合金存在着一对可逆 转变的晶体结构。如含有Ti和Ni各为50％的记忆合金，有两种晶体 结构，一种是菱形的，另一种是立方体的，这两种晶体结构相互转 变的温度是一定的。高于这一温度，它会由菱形结构转变为立方体 结构；低于这一温度，又由立方体结构转变为菱形结构。晶体结构 类型改变了，它的形状也就随之改变