高中化学-新课标人教版选修二 第3单元课题2 金属材料 教案.doc

课题2 金属材料 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 课前预习 ‎1．炼铁的原理是利用氧化还原反应，在高温下， ，‎ 原料是 、 、 、 ，产生还原剂的反应是 、‎ ‎ ，炼铁的反应是 ，造渣的反应是 ‎ 、 ，高炉煤气的成分是 。‎ ‎2．炼钢的原理是 ，‎ 原料是 。写出炼钢过程发生主要反应的化学方程式 ‎ ‎ 。‎ ‎3．电解铝的原料是铝土矿（主要成分是Al2O3)，提纯Al2O3的方法是：将铝土矿溶解在NaOH溶液，然后往溶液中通入过量的二氧化碳，过滤，灼烧，即得Al2O3，写出上述反应的化学方程式 ‎ ‎ 。‎ ‎4．冰晶石的化学式为 ，在电解三氧化铝时，加入冰晶石的作用是 ‎ ‎ ，电解Al2O3的化学方程式为 。电解时，阳极产生氧气，碳块要消耗，所以要定时补充碳块。‎ ‎5．金属的化学腐蚀是指 ‎ ‎ ；金属的电化学腐蚀是指 ‎ ‎ 。‎ ‎6．钢铁发生电化学腐蚀，主要原因是由于钢铁制品与其接触的电解质溶液构成许多微型的 ，铁通常作为 极， 电子发生 反应而被腐蚀，其电极反应为 。钢铁在大气中的腐蚀通常为 腐蚀，其阴极反应式为 ‎ ‎ 。若电解质溶液酸性较强，则发生的是 腐蚀，其电极反应式为 。‎ ‎7．电镀是一种特殊的电解，在电镀时， 作阴极， 作阳极， ‎ ‎ 作电解质溶液，电镀时，电解质溶液的浓度 。如在一把小刀上镀锌，小刀接电源的 极，电极反应式为 。‎ ‎〔方法导引〕‎ ‎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 生铁 钢 原料 铁矿石、焦炭、石灰石、空气 生铁、氧气、生石灰 原理 用还原剂在高温下把铁从铁矿石中还原出来 用氧化剂在高温下把生铁中的杂质氧化除去 设备 高炉 氧气顶吹转炉 化学 反应 还原剂生成(炉腹)‎ CO2+O2 CO2 CO2 +C 2CO 铁的还原(炉身)‎ Fe2O3+3CO2 2Fe+3CO 炉渣形成(炉腰)‎ CaCO3CaO+CO2↑ ‎ CaO+SiO2 CaSiO3‎ 碳被氧化 C+O2 CO 铁被氧化 2Fe+O2 2FeO 脱碳 FeO+C CO+Fe 脱硫 FeS+CaO FeO+CaS 脱氧 2FeO+Si 2Fe+SiO2‎ 产品 生铁；含有较多的碳及硫、磷、硅等 钢；含碳量0.03～2%，留有部分硅锰 尾气 高炉煤气（CO、CO2、N2等）‎ 棕色烟气（Fe2O3尘粒及CO）‎ ‎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 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 电解食盐水 电镀锌 铝的冶炼 电解质 溶液 精制后的食盐水 含Zn2＋的溶液 冰晶石和氧化铝熔融体 电极 反应 阳极 石墨 金属锌 碳块 阴极 铁网 镀件金属 碳块 电极 反应 阳极 ‎2Cl－－2e－＝Cl2↑‎ Zn－2e－＝Zn2＋‎ ‎6O2－－12e－＝3O2↑‎ 阴极 ‎2H＋＋2e－＝H2↑‎ Zn2＋＋2e－＝Zn ‎4Al3＋＋12e－＝4Al 总反应式 ‎2Cl－+2H2O 2OH－+H2↑+Cl2‎ 无 ‎2Al2O34Al+3O2↑‎ 说明 用立式隔膜电解槽 阳极参加了反应，被逐渐腐蚀 冰晶石作熔剂，电解时，阳极碳块 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。‎ 化学腐蚀 电化腐蚀 条件 金属与非电解质等直接接触 不纯金属与电解质溶液接触 现象 无电流产生 有电流产生 本质 金属被氧化的过程 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 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 条件 水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性较强 阳极反应 Fe－2e－＝Fe2＋‎ 阴极反应 O2＋2H2O＋4e－＝4OH－‎ ‎2H＋＋2e－＝H2‎ 溶液反应 Fe2＋+2OH－＝Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+O2+2H2O＝4Fe(OH)3↓‎ ‎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。‎ 例题1]下列各工业生产中，石灰石、生石灰、熟石灰、都不能作为原料和是（ ）。‎ ‎①炼铁 ②用生铁炼钢 ③从海水中提取镁 ④铝的冶炼 ⑤制水泥 ⑥制玻璃 ⑦制漂白粉⑧制硫酸 A．④⑧ B．⑤⑥ C．①②③ D．⑤⑥⑦‎ 解析]炼铁中用石灰石造渣；炼钢中用生石灰造渣；用熟石灰富集海水中的镁；石灰石是制水泥、玻璃的主要原料；熟石灰是制漂白粉的原料。‎ 答案]A 例题2]以下现象与电化学腐蚀无关的是（ ）。‎ A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易生锈 ‎ B．生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈 C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈 ‎ D．银质奖牌长期放置后表面变暗 解析]A黄铜若发生电化学腐蚀时，被腐蚀的金属应是金属性较活泼的锌而不是铜；B生铁中含较多的碳，比软铁芯在电解质作用下更容易形成原电池，也更容易发生电化学腐蚀而生锈；C铁质器件附有铜配件时，在接触电解质溶液时，铁作阳极失去电子发生氧化反应而被腐蚀；D银质奖牌久置后可能被氧气或硫氧化成银的化合物而使其表面变暗，这是化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。‎ 答案]D 例题3]工业上用铝土矿（主要成分是Al2O3·H2O、Al2O3·3H2O、以及少量的Fe2O3、SiO2等），提取纯Al2O3作冶炼铝的原料。提取的操作过程可用以下流程图表示：‎ 铝土矿 ‎ 加过量盐酸 过滤 ‎① ‎ 不溶物 ‎ 滤液(A)‎ 加过量氢氧化钠 过滤 ‎② ‎ 滤液 沉淀 ‎ ‎△‎ Al2O3‎ 滤液(B)‎ 沉淀 ‎ 通入CO2‎ ‎⑴写出滤液A中一种溶质与过量NaOH溶液反应进入滤液B中的离子方程式 。‎ ‎⑵若步骤①中没有过滤操作而直接进入步骤②，对后面操作将产生的影响是 。‎ 解析]提纯Al2O3的关键是要根据Al2O3、Fe2O3、SiO2化学性质上的差异。Al2O3有两性，既可溶于NaOH溶液，又可溶于盐酸；Fe2O3只溶于盐酸；SiO2只溶于NaOH溶液。先加盐酸，过滤，除去不溶的SiO2，向滤液中加入足量NaOH溶液，过滤，除去Fe(OH)3。‎ 答案]⑴Al3＋＋4OH－＝AlO2－＋2H2O ‎⑵ ①中不溶物(SiO2)在操作②中会被NaOH溶解 ‎