课题2　金属材料教案1

金属材料教案

新人教版选修2 教学目标：

1、举例说明金属材料的特点，了解有关的生产原理。

2、举例说明用化学方法进行金属材料表面处理的原理。

3、讨论社会发展和科技进步对材料的要求，认识化学对材料科学发展的促进作用。 4、收集我国现代材料研究和材料工业发展情况的资料，认识新材料的发展方向。

教学重点、难点：了解有关炼铁、钢及铝的冶炼化学原理；了解金属防腐蚀的一般方法和原理。

探究建议：

1、就近参观金属材料的生产、加工企业

（或者观看有关影像），收集有关资料，撰写有关科学小品。

2、实验：电路板的化学刻蚀。

3、观看影像或参观：金属的电镀等。

课时划分：两课时

教学过程

第一课时

课堂练习] 一、选择题

1.在炼钢结束时，常在钢水中加一些硅铁、锰铁，其目的是

A.除氧化

B.还原氧化铁

C.除硫磷

D.除去过量的氧化亚铁

2.下列生产工业①制生石灰 ②制水泥 ③制普通玻璃 ④炼铁 ⑤炼钢 ⑥制漂白粉 ⑦

硬水软化，其生产原料中直接使用石灰石的是

A.只有①③⑦ B.只有②④⑤ C.只有①④⑥

D.只有①②③④

3.下列有关炼铁和炼钢的说法中，错误的是

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

C.炼铁高炉中加入石灰石的目的是除去脉石. D.炼钢转炉中加入的生石灰是造渣剂. 4、下列有关化工生产的主要设备及尾气的主要成分完全正确的是 A．炼铁—电炉—CO、CO2、N2

B．氨气—氧化炉—N2、H2 C．炼钢—转炉—Fe2O3、CO

D．硫酸—合成塔—SO2、SO3 5.电解熔融氧化铝时，如果阴极析出9g铝，那么理论上有几摩尔电子发生了转移

A.3mol

B.1mol

C.0.1mol

D.2mol 6.下列说法中，正确的是

A.自然界的金属都以化合态的形式存在 B.在冶炼铁的反应中CO是还原剂

C.我国的钨、钼、钛、稀土金属等储量均居世界前列

D.在动植物体内都不含金属元素

7.下列各种方法中，适用于炼制相应金属的是

A.加热氧化钙B.电解熔融氯化钠C.CaO与Al粉共热 D.用碳还原氧化铜

二、填空题

8.用足量的CO还原14g铁的氧化物的混和物，将生成的气体通入足量的澄清的石灰水中，生成沉淀25克，则这种混和物可能是 ，在这些混合物中，各成分的物质的量之比是 .①FeO、Fe2O3 ②FeO、Fe3O4 ③Fe2O3、Fe3O4

9.工业上冶炼金属一般用 、 或 法.冶炼金属铝采用的方法是 ，冶炼金属铁采用的方法是 ，冶炼金属钠采用的方法是 .这些方法的实质是 . 10.写出下列冶炼金属的化学反应方程式：

(1)用红锌矿(ZnO)治炼锌

. (2)用磁铁矿(Fe3O4)冶炼铁

. (3)用铝矾土(Al2O3)冶炼铝

. (4)用食盐(NaCl)冶炼钠

. 11.阅读下面材料，并回答问题. 铝可以从铝土矿中获取.铝土矿是不纯净的铝的氧化物(杂质为Fe2O3和SiO2)，它是非再生资源.假如我们对铝的消费保持现有的速度，我们获得生产足够的铝所需的铝土矿仅能维持30年左右.由此看来，保护现有自然资源和对非再生资源的再利用，是值得我们考虑的.但废物回收仍有相当大的难度，其关键的因素主要涉及旧金属的收集、与其它废物的分离，回收和提炼金属的费用、金属本身的价值等.(已知1mol电子电量约为105C) (1)试说明回收铝的过程中存在的困难

(2)为什么金的回收率比铝的回收率要大得多?答：

(3)常温下，SiO2与强碱或强酸是很难反应的.现利用盐酸、氢氧化钠溶液、氨气、二氧化碳和水从铝土矿中提取纯净的Al2O3.试设计一个适用于工业生产上提纯Al2O3的实验方案.用化学方程式表示. (4)假定用6V直流电源供电进行电解，制2.7吨Al需要多少KJ的电能? (5)在1.01×105Pa,27℃时，每生产1molAl，理论上在阳极生成氧气的体积为多少升? 三、实验题

12、某学生小组对过量炭粉与氧化铁反应产物中气体的成分进行研究。 （1）假设：该反应的气体产物全部是二氧化碳。 （2）设计方案：将一定量氧化铁在隔绝氧气的条件下与过量炭粉完全反应，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比。 （3）查阅资料：氮气不与碳、氧化铁发生反应，可用来隔绝氧气。 .

（4）实验：

（5）数据处理：经计算

，参加反应的碳元素质量为 0.48g ，氧元素质量为

0.96g ……

（6）结论：根据数据处理结果，得出原假设不成立，理由是 __________ 。 四、计算题

13 、将镁和铝的混合物 0.1 mol溶于

100mL 2 mol·L－1 H2SO4 溶液中，然后再滴

加

1 mol·L－1 NaOH 溶液。 （1）若在滴加 NaOH 溶液的过程中，沉淀质量 m 随加入 NaOH 溶液的体积 V 变化如下图所示。当V＝160mL 时，求金属粉末 Mg 的物质的量和 V2 等于多少 mL ？

（2）若在滴加 NaOH 溶液的过程中，欲使 Mg2＋， Al3＋刚好沉淀完全，求滴入 NaOH 溶液的体积 V(NaOH)为多少 mL ？

参考答案：

1、D2、D3、B4、C5、B6、BC7、BD 8、①或③ 1∶2或1∶1 9、热分解法、热还原法、电解法.电解熔融的Al2O3，用CO还原Fe2O3或Fe3O4，电解熔融的NaCl，使金属化合物的金属离子得到电子变成金属原子. 10、(1)ZnO+COZn+CO2 (2)Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 (3)2Al2O3 4Al+3O2↑ (4)2NaCl2Na+Cl2↑

11、(1)①旧金属的收集；②与其它废物的分离；③回收和提炼金属的费用；④金属本身的价值；⑤人们的环境意识薄弱.(能答以上任意两点即可，其它合理答案均可) (2)①金属本身的价值 ②金属的活泼性

(3)①Al2O3+2NaOH③2Al(OH)32NaAlO2+H2O②NaAlO2+CO2+2H2OAl2O3+3H2O Al(OH)3

+NaHCO3 (4)1.8×108KJ (5)18.5L 12、① A 、铁架台 B 、试管

②排出容器内空气

③

结论：原假设不成立的理由是反应产生的气体，若全部为 CO2 ，则需碳 0.36g ， O2 0.96g ，而实际结果碳多氧少，必有 CO 气体生成。

13、解答（1）有关反应 Mg＋2H＋＝Mg2＋＋H2↑

2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑ Mg2＋＋2OH－＝Mg(OH)2↓ Al3＋＋3OH－＝Al(OH)3↓ Al(OH)3＋OH－＝AlO2－＋2H2O 当 V＝160mL 时，溶液中 H2SO4 完全反应掉，列式 n(Mg)＋n(Al)＝0.1mol.

解得： n(Mg)＝0.06mol n(Al)＝0.04mol 沉淀 0.06mol Mg2＋需 NaOH 溶液 120mL ，将 0.04mol Al3＋转化成 AlO2－需 NaOH 溶液

160mL ，所以 V2＝160mL＋120mL＋160mL＝440mL 。 （2）若将 Mg2＋、 Al3＋全部转化成沉淀需 NaOH 溶液体积为： 160mL＋120mL＋(0.04×3×1000)mL＝400mL.

知识拓展

简述工业炼铝的过程．

铝是地壳里存在最多的金属元素，以化合态存在，其最主要的矿石有：

AlOxH2O铝土矿：23

KAl(SO)AlO3HO42232明矾石：

Na2OK2OAl2O32SiO2霞石：

其中铝土矿是目前炼铝的主要原料．由于铝化学性质活泼难被还原，因而既不能用碳还原氧化铝，也不能用电解铝盐水溶液方法获得纯铝．

1886年，在冰晶石熔体中电解氧化铝的方法获得成功．氧化铝熔点很高（2045℃），很难熔化，而熔融的冰晶石能溶解氧化铝．冰晶石一氧化铝熔盐的熔点相对说来不高（930～1000℃）而冰晶石在电解温度时不分解，挥发性少，有足够流动性，有利于电解的进行．

工业上炼铝主要分两个阶段：. 1．从铝土矿制取纯净的氧化铝：

天然铝土矿混有铁和硅的氧化物，电解时，它们将首先在阴极析出而使铝的质量降低．因此，必须先从铝土矿制取纯净的氧化铝．

AlO制取23的工业中，首先把铝土矿通过高温烧灼，研碎后用浓碱处理，生成可溶性铝酸盐．

Al2O32NaOH3H2O2NaAl(OH)4

即NaAlO2]

过滤除去不溶性杂质后，可向碱溶液中通入CO2，使氢氧化铝析出．

2NaAl(OH)4CO2Na2CO32Al(OH)3H2O

或通过控制温度，碱浓度使铝酸盐溶液自发分解，使氢氧化铝析出．

NaAl(OH)4

Al(OH)3NaOH

Al(OH)3再把生成的过滤、分离、干燥、煅烧等步操作，便得到符合电解要求的氧化铝．

2Al(OH)3煅烧Al2O33H2O

2．电解氧化铝：

电解氧化铝的反应是在电解槽中进行的，以冰晶石一氧化铝熔体为电解质，以炭素材料为两

极．直流电经阳极导入电解液与铝液层，而后从阴极导出．电解的产物，在阳极上为CO2与CO气体，而在阴极上为液态铝．

多数人认为，冰晶石在电解液中以这样方式进行解离：

Na3AlF6

AlF63

3NaAlF63

进一步离解：

Al36F

AlF63氧化铝在熔融冰晶石中也按下式解离：

Al2O3

2Al33O2

Al33eAl

阴极：

12F2Al2O312e3

AlF63Na4AlF33O2

3Na3AlF6

AlF33FAlF63

阳极：在熔体中

2Al2O3电解4Al3O2

即

通常在冰晶石一氧化铝熔体中加入少量氟化铝，氟化镁，氟化锂等添加盐，但总量不超过10％，以降低熔化温度．

阳极材料是炭素，是由石油焦，沥青焦及沥青烧结而成．电解过程中，炭素阳极要参与电极反应，不断地被氧化变成气体，因此它必须定期轮流更换。一次电解所得铝的纯度可达99％左右，一般为95～98％，主要杂质为硅、铁和微量的锡、铜、钠等．为了制取高纯铝，还需进一步精炼，工业上多采用“三层液电解精炼法”来生产高纯铝，它以铜铝合金为阳极，氯化钡、冰晶石等为电解质，高纯石墨（或液态铝）为阴极进行电解，所得高纯铝可达99.999％．