课题2　金属材料优秀教案范文

第三讲

化学与材料的制造和应用

考纲要求

真题统计

命题趋势

1.了解社会发展和科技进步对材料的

对本部分的考查主要有：(1)以无要求。了解化学对材料科学发展的促机非金属材料为背景考查新型无机进作用。

非金属材料的制备、性质与用途。(2)2．了解金属材料、无机非金属材料、2015，卷Ⅰ

高分子材料特别是新型高分子材料高分子合成材料、复合材料和其他新36T；

的制备和回收利用的相关考查。预计材料的特点及有关的生产原理。

2014，卷Ⅰ

2017年高考将会以新材料的制备为3．了解用化学方法进行金属材料表面36T；

背景考查与之相关的化学基础知识处理的原理。

2013，卷Ⅱ

为主。复习时有意识地强化应用基本4．了解我国现代材料研究和材料工业36T 化学知识解释、解决有关技术问题的的发展情况。了解新材料的发展方向。

能力。另外本部分内容与实际工业生5．了解化学对废旧物资再生与综合利产生活密切联系，所以还要关注社会用的作用。

新闻、了解科技动态。

考点一

金属材料[学生用书P285]

一、几种金属的冶炼

1．钢铁的冶炼

原料

化学原理

炼铁

炼钢

生铁、氧化剂(空气、纯氧、氧化铁等)、生石灰、脱氧剂

在高温下用氧化剂把生铁中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去

高温(1)氧化剂的生成：2Fe＋O2=====2FeO (2)降碳，除杂，调硅、锰；如C高温＋FeO=====CO↑＋Fe (3)造渣：生成的硅、锰氧化物及铁水中的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出(4)脱氧并调整成分高温2FeO＋Si=====2Fe＋SiO2

转炉

铁矿石、焦炭、空气、石灰石

在高温下用还原剂将铁从其氧化物中还原出来

△(1)还原剂的生成：C＋O2=====

CO2，高温CO2＋C=====2CO 有关反应

高温(2)铁的还原：Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO2 高温(3)炉渣的生成：CaCO3=====CaO＋高温CO2↑，SiO2＋CaO=====CaSiO3

主要设备

高炉

2.铝的冶炼

(1)原料：铝土矿(主要成分为Al2O3)。

(2)提纯Al2O3

Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，

NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，

2Al(OH)3=====Al2O3＋3H2O。

(3)电解：加入冰晶石及少量的氟化钙降低Al2O3的熔点。

化学方程式：2Al2O3电解，=====4Al＋3O2↑。

NaAlF36△950～970 ℃二、金属的腐蚀及防止

1．金属的腐蚀

(1)化学腐蚀

金属材料与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀，受温度的影响较大。

(2)电化学腐蚀

不同金属或不纯金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。

2．金属腐蚀的防止及利用

(1)金属腐蚀的防止方法

(2)金属腐蚀的利用

金属的化学蚀刻、印刷电路的铜布钱腐蚀、半导体器件与集成电路制造中的精细加工都是利用了金属腐蚀的原理。

1．下列说法正确的是(

) A．所有不锈钢都只含有金属元素

B．我国流通的硬币材质是金属单质

C．明代沉船上存在大量铝制餐具

D．镁合金的硬度和强度均高于纯镁

解析：选D。合金的性能优于它的组分。

2．以下金属的冶炼(“―→”前为原料，“―→”后为所得的金属)，其中最适宜用热还原法冶炼的是(

) ①MgCl2―→Mg

②MnO2―→Mn

③ZnO―→Zn ④HgO―→Hg

⑤磁铁矿―→Fe

⑥KCl―→K A．①②④

B．③④

C．②③⑤⑥

D．②③⑤

解析：选D。①⑥用电解法，④用热分解法。

名师点拨

1炼铁高炉产生的废气、废渣会严重污染环境，应结合它们的成分进行综合利用和余热的利用。

2炼钢的目的是降低生铁中碳的含量，除去P、S等有害元素，调整Si、Mn、Cr等合金元素的含量。所以在炼钢时常根据需要加入适量的Si、Mn、Cr、Ni等元素，既起到脱氧作用，又能调整合金成分的含量。

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选矿焙烧和除渣还原精炼

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______________________、______________________________，反射炉内生成炉渣的主要成分是__________；

(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)粗铜的电解精炼如右图所示。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________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

[解析]

(1)Cu与Fe的低价硫化物为Cu2S和FeS，所以发生的反应为2CuFeS2＋O2=====Cu2S＋2FeS＋SO2,2FeS＋3O2=====2FeO＋2SO2，反射炉内有矿砂(含SiO2)，生成的FeO与SiO2反应：FeO＋SiO2=====FeSiO3。

(2)题目给出Cu2S与吹入的空气反应生成Cu2O，则S元素被氧化为SO2，Cu2O与Cu2S反应生成Cu，根据原子守恒，另一产物为SO2，所以该过程中发生反应的化学方程式为2Cu2S＋3O2=====2Cu2O＋2SO2,2Cu2O＋Cu2S=====6Cu＋SO2↑。

－＋(3)粗铜精炼中，粗铜作阳极发生：Cu－2e===Cu2，比Cu不活泼的Au、Ag不发生反应而－＋以单质的形式沉积下来，比铜活泼的Fe发生氧化反应：Fe－2e===Fe2，进入电解液，所＋－以粗铜为电极c，电极d上发生：Cu2＋2e===Cu。

[答案]

(1)2CuFeS2＋O2=====Cu2S＋2FeS＋SO2

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的形式进入电解液中

题组

金属材料

1．下列有关铁、铝的冶炼的说法中，正确的是(

) A．冶金工业中，金属铁的冶炼主要采用电解法

B．炼铁过程中铁的氧化物被焦炭还原生成单质铁，电解冶炼铝的过程中，阳极生成铝单质，阴极生成氧气

C．炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭、生石灰和空气，电解冶炼铝只用氧化铝即可

D．铁、铝冶炼设备分别是炼铁高炉和铝电解槽

解析：选D。铁的冶炼用热还原法，A错；冶炼铝阳极生成氧气，阴极生成铝单质，B错；冶炼铝还需冰晶石作为助熔剂，C错。

2．[2015·高考全国卷Ⅰ，36－(1)～(5)]氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工、印染、电镀等行业。CuCl难溶于醇和水，可溶于氯离子浓度较大的体系。在潮湿空气中易水解氧化。以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料，采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下：

高温高温高温高温高温高温高温高温高温

回答下列问题：

(1)步骤①中得到的氧化产物是________，溶解温度应控制在60～70 ℃，原因是________________________________________________________________________。

(2)写出步骤③中主要反应的离子方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)步骤⑤包括用pH＝2的酸洗、水洗两步操作，酸洗采用的酸是________(写名称)。

(4)上述工艺中，步骤⑥不能省略，理由是________________________________________________________________________。

(5)步骤②、④、⑤、⑧都要进行固液分离。工业上常用的固液分离设备有________(填字母)。

A．分馏塔

B．离心机

C．反应釜

D．框式压滤机

－＋解析：(1)酸性条件下，NO3具有强氧化性，可将Cu氧化为Cu2。温度低，固体溶解较慢，因此温度不宜过低；NH4NO3不稳定，受热易分解，因此温度不宜过高。

－＋(2)由工艺过程图可知，CuCl应在步骤③中生成。SO23具有还原性，可将Cu2还原，反应＋－－－＋的离子方程式为2Cu2＋SO23＋2Cl＋H2O===2CuCl↓＋SO24＋2H。

(3)因步骤⑤最终得到的是(NH4)2SO4，且洗涤液要循环使用，故此处酸洗采用的酸应为硫酸。

(4)由题中信息知，CuCl在潮湿的空气中易水解氧化，因此步骤⑥醇洗的目的是去除CuCl表面的水分，防止CuCl因水解氧化而变质。

(5)工业上固液分离，根据不同情况可选择离心机分离或框式压滤机分离。

＋答案：(1)CuSO4(或Cu2)

温度低溶解速度慢、温度过高硝酸铵分解

＋－－－＋(2)2Cu2＋SO23＋2Cl＋H2O===2CuCl↓＋SO24＋2H

(3)硫酸

(4)醇洗有利加快去除CuCl表面水分，防止其水解氧化而变质

(5)BD