课题2　金属材料教案板书设计

课题2

金属材料

[经典基础题]

1．在冶金工业上，常用电解法得到Na、Mg、Al等金属，其主要原因是(

) A．这些金属的化合物熔点低

B．它们都是轻金属

C．它们的性质很活泼

D．此方法成本低

答案

C 解析

活泼金属一般都用电解法。

2．生铁和钢的主要区别是(

) A．钢是铁的合金，而生铁是纯铁

B．含碳量及含其他杂质的量不同

C．钢含碳而生铁不含碳

D．生铁含碳而钢不含碳

答案

B 解析

生铁和钢的主要区别是含碳量不同。

3．我国商务部公布，我国铁矿石等原材料出口大幅度回落，保证我国钢铁工业的健康发展。铁矿石用于冶炼金属铁，下列关于铁的冶炼的说法正确的是(

) A．冶炼铁的原料有赤铁矿(主要成分是Fe3O4)、焦炭、石灰石和空气

B．炼铁高炉中还原剂焦炭将铁从铁矿石中还原出来

C．黄铜矿(CuFeS2)可冶炼出Cu、Fe，同时可制取硫酸

D．石灰石在冶铁过程中参与了氧化还原反应

答案

C 解析

赤铁矿的主要成分是Fe2O3，高炉炼铁的主要还原剂是CO，煅烧黄铜矿产生的SO2可制H2SO4。

4．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 答案

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

2Al2O3=====4Al＋3O2↑

冰晶石还原剂法：

Zn～Cu

2Al＋Fe2O3高温,2Fe＋Al2O3

加热法

Hg、Ag

2HgO=====2Hg＋O2↑

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。

5．在工业上，为了增强金属的抗腐蚀能力，常常在其表面镀上一层其他金属或合金。若在铁制品上镀上一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是(

) A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子

B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子

D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

答案

A 6．合金有许多特点，如Na-K合金为液体，而Na和K的单质均为固体。据此，试推测：生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是(

) A．纯铁

B．生铁

C．碳

D．无法确定

答案

B 解析

一般来说，合金的性能在许多方面优于各成分金属(或非金属)。例如，合金的硬度一般比它的各成分金属的大，多数合金的熔点一般也比它的各成分金属的低(这一点也可以从题干中Na和K合金的熔点规律中总结出来)。生铁是铁碳合金，其熔点要低于纯铁和碳。

7．下列事实与电化学腐蚀无关的是(

) A．光亮的自行车钢圈不易生锈

B．黄铜(Cu、Zn合金)制的铜锣不易产生铜绿

C．铜、铝电线一般不连接起来作导线

D．生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈

答案

A 解析

自行车钢圈外面镀了一层不易发生化学变化的金属，阻止了钢铁与空气的接触，所以不易生锈，与电化学腐蚀无关。

8．如图实验为研究金属腐蚀的实验。下列相关说法正确的是(

) △熔融电解

A．食盐水中有气泡逸出

B．铁表面的反应为Fe－3e===Fe3

－＋C．红色首先在食盐水滴的中心出现

D．该实验研究的是金属的吸氧腐蚀

答案

D 解析

由于电解质溶液为中性，因此属于吸氧腐蚀，D项正确；图中铁为阳极，发生的反应为Fe－2e===Fe2，B项错误；阴极为碳，电极反应为O2＋4e＋2H2O===4OH，即碳附近－＋－－溶液显碱性，首先变红，C项错误；反应整个过程中没有气体生成，因此A项错误。

9．为了探究金属腐蚀的条件和快慢，某课外学习小组用不同的细金属丝将一根大小相同的普通铁钉分别固定在如图所示的三个装置内，并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间，下列对实验结果的描述不正确的是(

)

A．实验结束时，装置(1)左侧的液面一定会下降

B．实验结束时，装置(1)左侧的液面一定比装置(2)的低

C．实验结束时，铁钉b腐蚀最严重

D．实验结束时，铁钉c几乎没有被腐蚀

答案

B 解析

A中是Fe与盐酸酸雾的一般化学腐蚀，因产生H2导致装置(1)左侧管内压强增大，故左侧液面下降；装置(2)铜—铁—盐酸构成原电池，Fe作阳极，被腐蚀，阴极是Cu作电极，阴极上H放电产生H2，原电池反应速率大于一般化学反应，Fe腐蚀快，产生H2多，故实验结束装置(1)左侧液面一定比装置(2)左侧液面高；装置(3)中由于浓硫酸吸水，在干燥的空气中铁钉几乎没有被腐蚀，故答案选B。

[能力提升题]

10．氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法中不正确的是(

) A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化

B．湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应

C．用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 mol e

D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化

答案

C －＋

解析

1 mol Fe3O4中含有2 mol＋3价和1 mol＋2价的铁，转移电子物质的量应为8 mol。

11．防止钢铁的腐蚀是世界级难题，每年全世界钢产量的四分之一因腐蚀而损失。

(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为

、

。

(2)为降低某水库的铁闸门的被腐蚀速率，可以采用图甲方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用

。

A．铜

B．钠

C．锌

D．石墨

(3)图乙所示方案也可降低铁闸门的被腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的

极。

答案

(1)阳极：2Fe－4e===2Fe2

－＋阴极：O2＋4e＋2H2O===4OH

(2)C

(3)负

解析

(1)发生吸氧腐蚀时，Fe为阳极：Fe－2e===Fe2而腐蚀；阴极上：O2＋4e＋－＋－－－2H2O===4OH。

(2)铁闸门上连接一块比铁更活泼的金属如锌就可由锌失去电子被腐蚀而把Fe保护起来。

(3)属外加电流的阴极保护法，需把被保护的物件(闸门)与电源的负极相连接。

12．由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。工艺流程如下：

－

(注：NaCl熔点为801 ℃；AlCl3在181 ℃升华) (1)精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为①

和②

。

(2)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有

；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在

。

(3)在用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为

。

(4)铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是

。

答案

(1)2Al＋Fe2O3=====Al2O3＋2Fe

4Al＋3SiO2=====3Si＋2Al2O3

(2)HCl、AlCl3

NaCl (3)Cl2＋2OH===Cl＋ClO＋H2O、H＋OH===H2O (4)致密的氧化铝膜能隔绝钢材与空气中O2、CO2和H2O等接触，使电化学腐蚀和化学腐蚀不能发生

解析

(1)铝属于活泼金属，在高温下可置换某些金属或非金属，因此有关反应的化学方程式分别为2Al＋Fe2O3=====Al2O3＋2Fe、4Al＋3SiO2=====3Si＋2Al2O3。(2)在高温下，氯气可与氢气、金属钠和铝反应生成HCl、NaCl和AlCl3，由于温度是700 ℃，所以AlCl3会升华变成气体，因此气泡的主要成分除Cl2外还含有HCl和AlCl3；NaCl熔点为801 ℃，此时NaCl不会熔化，只能在浮渣中存在，即浮渣中肯定存在NaCl。(3)尾气冷凝后分为气体A和B，由框图可知A是Cl2和HCl混合气体，B是AlCl3，因此用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为Cl2＋2OH===Cl＋ClO＋H2O和H＋OH===H2O。(4)铝在空气中易形成一层极薄的致密而坚固的氧化膜，它能阻止氧化深入内部，起到防腐保护作用。

13．下面是高炉炼铁及工业炼钢的工艺示意图：

－－－＋－－－－＋－高温高温高温高温

根据示意图回答下列问题：

(1)炼铁的原料Ⅰ为固体混合物，其中除铁矿石、焦炭外，还有

，原料Ⅱ为

。

(2)高炉气是炼铁过程中的尾气，该气体对环境有害，而现代工业提倡节能降耗，所以可以从高炉气中提取回收

用作燃气。

(3)写出炼铁高炉中的氧化还原反应的化学方程式：

。

(4)“百炼成钢”是一个熟语，炼钢的原料是生铁，产物为钢。百炼成钢的冶炼炉名称是

，该冶炼过程需要吹入氧气，主要目的是除去生铁中的

。

(5)写出高炉炼铁的炉渣的一种用途：

。

答案

(1)石灰石

空气

(2)CO

(3)C＋O2=====CO2、CO2＋C=====2CO、3CO＋Fe2O3=====2Fe＋3CO2

(4)炼钢转炉

碳

(5)制造水泥、铺路

解析

(1)炼铁原料中铁矿石提供铁元素，焦炭是还原剂，石灰石造渣以除去铁矿石中的脉石，空气中的氧气与焦炭反应生成还原剂CO。

(2)高炉气中的成分是二氧化碳、一氧化碳和氮气等。

(3)炼铁高炉中反应很多，其中既有氧化还原反应，又有非氧化还原反应。

(4)炼钢是一个复杂的工艺，利用的原料是炼铁所得的生铁，由于生铁中含有较多的碳，需要在炼钢转炉中吹入氧气，除去碳。

(5)炉渣的主要成分是硅酸钙。

14．由黄铜矿(主要成分是CuFeS2)炼制精铜的工艺流程示意图如下：

铜矿石――→铜精矿砂――→冰铜――→粗铜――→电解铜

反射炉转炉电解槽(1)在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到1 000 ℃左右，黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物，且部分Fe的硫化物转变为低价氧化物。该过程中两个主要反应的化学方程式分别是

、

，

反射炉内生产炉渣的主要成分是

。

(2)冰铜(Cu2S和FeS互相熔合而成)含Cu量为20%～50%。转炉中，将冰铜加熔剂(石英砂)在1 200 ℃左右吹入空气进行吹炼。冰铜中的Cu2S被氧化为Cu2O，生成的Cu2O与Cu2S反应，生成含Cu量约为98.5%的粗铜，该过程发生反应的化学方程式分别是

、

。

(3)粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极

(填图中的选矿焙烧和除渣还原精炼△高温高温字母)；在电极d上发生的电极反应式为

；

若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为

。

答案

(1)2CuFeS2＋O2=====Cu2S＋2FeS＋SO2

高温

2FeS＋3O2=====2FeO＋2SO2

FeSiO3

(2)2Cu2S＋3O2=====2Cu2O＋2SO2

2Cu2O＋Cu2S=====6Cu＋SO2↑

(3)c

Cu2＋2e===Cu

Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2的形式进入电＋－＋高温高温高温解液中

解析

(1)CuFeS2与O2反应时，生成的Cu和Fe的低价硫化物分别是Cu2S、FeS，生成物中肯定含有SO2，用观察法即可配平该化学方程式；FeS与O2反应，生成FeO和SO2，用观察法也可快速配平；反射炉内发生反应的化学方程式为FeO＋SiO2=====FeSiO3，所以炉渣的主要成分是FeSiO3。

(2)Cu2S与O2反应生成Cu2O，另一种生成物肯定是SO2，运用观察法可快速配平；Cu2O与Cu2S的反应经观察也可快速配平。

(3)电解精炼铜时，粗铜作阳极，即粗铜应为电极c；电极d是电解池的阴极，发生的电极反应为Cu2＋2e===Cu；电解时，比铜活泼的金属，例如铁，优先放电生成Fe2进入电解液＋－＋高温中，而比铜不活泼的金属会以阳极泥的形式沉积于阳极下方。