2020-2021学年高中化学 新人教版选修2 第三单元化学与材料的发展 课题2金属材料学案

课题2　金属材料 1．掌握金属冶炼的原理，掌握常用的金属冶炼方法。 2．了解高炉炼铁及电解法炼铝的设备和原理。 3．了解金属材料腐蚀的原因和保护的一般方法。 一、从矿石中获得金属 1．金属的冶炼 金属冶炼所依据的原理是利用氧化还原反应将金属从其化合物中还原出来；冶金工业的两种主要方法是火法和湿法。 2．钢铁的冶炼 (1)铁的冶炼：铁元素主要以氧化物、硫化物等形式存在，如磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和黄铁矿；工业上一般以铁矿石、焦炭、石灰石和空气等为原料在高炉中炼制生铁；高炉炼铁时，高炉煤气的成分为N2、CO、CO2，炉渣形成的反应方程式为SiO2＋CaCO3eq \o(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑；根据碳在铸铁中存在形态和石墨形状的不同，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁和球墨铸铁。 (2)钢的冶炼：炼铁高炉生产的生铁中含碳量较高，还含有磷、硫、硅、锰等杂质。炼钢就是在高温下用氧化剂将炼钢生铁中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去，再添加硅、锰、铝等其他合金作为脱氧剂，以调整钢水的成分制成符合规格的钢材。炼钢过程中发生的主要化学反应为2C＋O2===2CO，2Fe＋O2===2FeO，FeO＋C===CO＋Fe(脱碳)，FeS＋CaO===CaS＋FeO(脱硫)。 3．铝的冶炼 铝是活泼性较强的金属，铝的冶炼用电解法。 (1)电解冶炼铝的原料主要来自铝土矿，从中获得Al2O3的过程包括三个环节，每个环节的主要反应为： ①Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O， ②NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3， ③2Al(OH)3eq \o(=====,\s\up7(△))Al2O3＋3H2O。 (2)电解冶炼铝时，电解质是氧化铝——冰晶石(Na3AlF6)熔融液，阳、阴极的材料是碳棒，阴极反应为4Al3＋＋12e－===4Al，阳极反应为6O2－－12e－===3O2，电解铝的总反应式为2Al2O3eq \o(=====,\s\up7(950～970 ℃),\s\do5(通电，Na3AlF6))4Al＋3O2↑。 二、金属的腐蚀及防止 1．金属的腐蚀 (1)金属腐蚀的本质是金属失电子被氧化，主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，金属材料与其表面接触的一些物质直接发生化学反应而引起的腐蚀叫化学腐蚀。 (2)电化学腐蚀是指不