2021新人教版高中化学选修2第16课时《金属的冶炼》word导学案

第16课时金属的冶炼

学案

【学习目标】

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。

【重点难点】

高炉炼铁及电解法炼铝的原理、生产过程和主要设备。

课前预习

【情景材料】不同金属的化学活动性不同，它们在自然界中存在形式也各不相同。少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金、铂、铜、银；化学性质比较活泼的金属，在自然界中以化合态存在。大多数金属在自然界中是以化合态存在的，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。人们日常应用的金属材料，多为合金或纯金属，这就要求人闪必须把金属从从矿物中提炼出来，也就是金属的冶炼，我们这节课介绍几种金属的冶炼方法。

【预习内容】

根据教材有关内容填写下列空白:

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

。

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。

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: 。

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: 。

(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:

①；

②；

③。

(3)电解Al2O3

①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。

②电解原理:

总反应式: 。

电极反应:

阳极: ；

阴极: 。

预习内容答案

一、1.化学金属从矿石开采初步加工探矿采矿选矿冶炼

2．利用氧化还原反应将金属从其化合物中还原出来

3.利用高温从矿石中提取金属或其他化合物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和分离

二、1．Fe3O4Fe2O32Fe2O3·3H2O 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CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋

SiO2CaSiO3炼铁高炉

2.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2C＋O22CO 2Fe＋O22FeO FeO＋C CO＋Fe(脱碳) FeS＋

CaO CaS＋FeO(脱硫)

3.铝土矿Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3

2Al(OH)3Al 2O 3＋3H 2O 冰晶石(Na 3AlF 6)和氧化铝的熔融液 氟化钙 碳素材料

2Al 2O 3=====950～970 ℃

通电，Na 3AlF 6

4Al ＋3O 2↑ 6O 2－－12e －

=3O 2↑

4Al 3＋＋12e －= 4Al 堂中互动

【问题探究1】从氧化物、碳酸盐、硫化物中冶炼金属有哪些不同？为什么？

【教师点拨】关键从冶炼的实质出发，结合物质的性质把握其区别。由于金属的活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，因此，对于不同活性的金属离子就必须采取不同的还原方法进行冶炼。

分析解答: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。

【即学即练1】在冶金工业上，均不能用通常化学还原剂制得的金属组是( )

A ．Na ，Ba ，Mg ，Al

B ．Na ，K ，Zn ，Fe

C ．Zn ，Fe ，Cu ，Ag

D ．Mg ，Al ，Zn ，Fe

1.A 【解析】 金属的冶炼方法，根据金属的活动性归纳如下:

方法名称 冶炼的金属 举例

电解法: K ～Al ； 2Al 2O 3=====熔融电解

冰晶石

4Al ＋3O 2↑ 还原剂法: Zn ～Cu ； 2Al ＋Fe 2O 32Fe ＋Al 2O 3

加热法:Hg 、Ag ；HgS ＋O 2Hg ＋SO 2

因为活泼金属的阳离子氧化性很弱，一般还原剂难以将它还原为金属，所以采用电解法，不活泼金属的阳离子氧化性强，加热时可从化合物内部得电子被还原成单质，所以可用加热法。

【问题探究2】高炉炼铁产生的废气、废渣的成分是什么？炼铁和炼钢的主要反应原理有何异同？

【教师点拨】阅读教材P58～P59找到其答案。

分析解答:高炉炼铁中产生的废气、废渣的主要成分:废气有CO 、CO 2、SO 2、NO 2，炉渣有CaSiO 3、少量含C 、P 、S 、Si 、Mn 的化合物及SiO 2等。

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)。

【即学即练2】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