课题2　金属材料优秀教案板书设计

《金属材料》

--2018-2019学年公开课教学设计

一、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。 二、教学重难点

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。 三、教学过程

1．炼铁和炼钢的主要区别

由铁矿石冶炼成铁，再由铁冶炼成钢，这是冶炼钢铁的必经过程。由于炼铁和炼钢的任务不同，因此采用的原料、利用的化学原理、冶炼设备等也各不相同。现比较如下：

冶炼

原料

生铁

铁矿石、焦炭、石灰石、空气

原理

用还原剂在高温下用氧化剂在高温下把生钢

生铁、氧气、生石灰

把铁从铁矿石中还原出铁中的杂质氧化除去

来

设备

化学

反应

高炉

还原剂生成(炉腹) CO2+O2

高温

氧气顶吹转炉

碳被氧化 C+O2

高温

CO

高温

CO2 铁被氧化2Fe+O2

2FeO 脱碳 FeO+C

高温

CO2 +C 2CO

高温

铁的还原(炉身) Fe2O3+3CO2 2Fe+3CO 炉渣形成(炉腰) CaCO3

高温

高温

CO+Fe

高温

脱硫 FeS+CaO FeO+CaS

脱氧 2FeO+Si

高温

2Fe+SiO2 CaO+CO2↑

高温

CaO+SiO2

产品

CaSiO3

钢；含碳量0.03～2%，留有部分硅锰

棕色烟气（Fe2O3尘粒及CO）

生铁；含有较多的碳及硫、磷、硅等

尾气

高炉煤气（CO、CO2、N2等）

⑴炼铁中，为什么不用焦炭直接还原氧化铁？

碳有还原性，在高温条件下，能把铁从它的氧化物中还原出来。

Fe2O3+3C

高温

2Fe+3CO 但是，焦炭是固体，与氧化铁的表面接触很有限，很难充分发生反应，而一氧化碳是气体，能与氧化铁充分接触，完全反应。所以，炼铁中必须通过一氧化碳去还原氧化铁。

焦炭的作用有两个：一是制造了还原剂CO，二是它燃烧

放出大量的热，为高炉提供了高温条件。

⑵炼钢中要除去硅和锰，为什么在后期的脱氧反应中，又要加入硅和锰作为脱氧剂？

炼钢，并不是要完全除去硅和锰等合金元素，而是将他们的含量调整到规定的范围之内。炼钢期，FeO会将硅和锰氧化，成为炉渣，从而降低了硅和锰的含量。但后期，钢水中含有少量没有反应的FeO，这会使钢具有热脆性。因此，用硅铁或锰铁作为脱氧剂将FeO还原，同时又调整了硅锰的含量。

2．电解原理的应用

电解质

溶液

电解食盐水

精制后的食盐水

石墨

铁网

属

电极反应

2H＋＋2e－＝H2↑

2Cl－－2e－＝Cl2↑

Zn－2e－＝Zn2＋

Zn2＋＋2e－＝Zn 总反应2Cl+2H2O 式

电解

电镀锌

含Zn2＋的溶液

金属锌

镀件金铝的冶炼

冰晶石和氧化铝熔融体

碳块

碳块

6O2－－12e－＝3O2↑

4Al3＋＋12e－＝4Al －无

2Al2O3

电解

4Al+3O2↑

2OH－+H2↑+Cl2

说明

用立式隔膜电解槽

阳极参冰晶石作熔剂，电解加了反应，时，阳极碳块

被逐渐腐蚀

被产生的O2逐渐消耗，要定期补充

3．金属的腐蚀

金属腐蚀的原因：许多金属有较活泼的化学性质，当金属与周围接触到空气、水及具有腐蚀性的物质时，金属失去电子发生氧化反应。

条件

化学腐蚀

金属与非电解质等直接接触

现象

本质

无电流产生

金属被氧化的过程

电化腐蚀

不纯金属与电解质溶液接触

有电流产生

较活泼的金属被氧化的过程

化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生，但电化腐蚀更具普遍，危害更严重

钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀比较

条件

吸氧腐蚀

水膜酸性很弱或呈中性

阳极反应

阴极反应

－析氢腐蚀

水膜酸性较强

Fe－2e－＝Fe2＋

O2＋2H2O＋4e＝4OH

－2H＋＋2e－＝H2

溶液反应

Fe+2OH＝Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+O2+2H2O＝4Fe(OH)3↓

2＋－⑴金属腐蚀的快慢：与电解质溶液互相接触的两种金属，活泼金属总是先被腐蚀，而不活泼金属得到保护。两种金属活泼性相关越大，活泼金属被腐蚀得越快。

⑵金属的保护：①改变金属的内部结构：如可根据不同的用途选用不同的金属或非金属制成合金，以防止腐蚀；②覆盖保护层：如可以采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法使金属与介质隔离，以防止腐蚀；③使用电化学保护法：将一种比需要保护的金属活泼的金属与之相连构成原电池，则较活泼的金属被腐蚀，而需要保护的金属被保护不被腐蚀。如埋在地下的钢管用导线与较活泼金属（铝、锌等）相连，则铁被保护。