酷酷酷水水水飒飒课题2 金属材料
从矿石中获得金属 [自读教材·夯基础] 1．金属元素在自然界中的存在
(1)少数化学性质不活泼的金属，如金、铂以及少量的银和铜在自然界中以游离态存在。 (2)大多数金属是与氧、硫等非金属元素形成化合物而存在。 2．获得金属材料的过程
获得金属材料一般要经过开采和初步加工(主要包括探矿、采矿、选矿等工序)及冶炼阶段。
3．金属冶炼的基本原理
金属冶炼所依据的原理是利用氧化还原反应将金属从其化合物中还原出来。 4．金属冶炼的方法
火法冶金和湿法冶金是冶金工业两种主要方法。
[跟随名师·解疑难]
(1)冶炼金属的实质： 金属阳离子得到电子金属原子
――→(游离态) (化合态)还原反应(2)金属冶炼的方法：
①热分解法：适合于位于金属活动顺序表后端(金属活动性位于氢后面)的金属，如Hg、Ag等。
△
2HgO=====2Hg＋O2 △
2Ag2O=====4Ag＋O2
②热还原法：适合于位于金属活动顺序表中部(Zn～Pb)的金属，常用的还原剂有焦炭、CO、H2、活泼金属(如Al)等。
高温
Fe2O3＋3CO===== 2Fe＋3CO2 高温WO3＋3H2===== W＋3H2O 高温Cr2O3＋2Al===== 2Cr＋Al2O3
③电解法：适合于位于金属活动性顺序表前端的金属，如K、Na、Mg、Ca、Al等金属。 电解2Al2O3===== 4Al＋3O2↑
1
酷酷酷水水水飒飒电解2NaCl===== 2Na＋Cl2↑
[剖析典例·探技法]
[例1] 下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是( ) △
A．2HgO=====2Hg＋O2
高温
B．4Al＋3MnO2===== 2Al2O3＋3Mn 电解C．2MgO===== 2Mg＋O2↑ △
D．3H2＋Al2O3=====2Al＋3H2O
[名师解析] 工业上冶炼镁、铝采用电解法，且电解时，应选用MgCl2而不选用MgO，因为MgO的熔点比MgCl2的高，能耗大，成本高，故C、D项不正确。
[答案] CD [名师点睛]
金属冶炼方法的选择与金属的活动性有关，处在金属活动顺序表中不同位置的金属其冶炼的方法可用下图表示：
当一种金属可用多种方法冶炼时，工业上一般采用经济效益高的方法，即：热分解还原法优于焦炭还原法，焦炭还原法优于铝热还原法，铝热还原法优于电解还原法；从环保角度考虑，H2还原法又优于CO还原法。
钢铁的冶炼 [自读教材·夯基础] 1．生铁的冶炼
(1)铁矿石的主要成分：磁铁矿Fe3O4，赤铁矿Fe2O3，褐铁矿2Fe2O3·3H2O，黄铁矿FeS2。 (2)原理：在高温下用还原剂将铁从其氧化物中还原出来，化学方程式(以赤铁矿为例)： 高温3CO＋Fe2O3===== 2Fe＋3CO2。
(3)原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气。 (4)设备：高炉。 2．钢的冶炼
(1)原理：在高温下用氧化剂将生铁中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去，再添加硅、锰、铝等其他合金作为脱氧剂，以调整钢水的成分。
(2)原料：炼铁厂的铁水或废钢铁。 点燃(3)主要反应：2C＋O2===== 2CO；
2
酷酷酷水水水飒飒高温
2Fe＋O2===== 2FeO； 高温FeO＋C===== Fe＋CO(脱碳)； 高温FeS＋CaO===== CaS＋FeO(脱硫)。
(4)实际生产中，控制氧及各种元素含量是炼钢中一项关键的技术。
[跟随名师·解疑难]
(1)炼铁和炼钢的主要反应原理的比较： ①相同点：都是利用氧化还原反应。
②不同点：炼铁主要是用还原剂把铁从铁矿石中还原出来(侧重还原)，而炼钢主要是用氧化剂把生铁中过多的碳和其他杂质氧化而除去(侧重氧化)。
(2)炼铁时，焦炭的主要作用有两个：一是通过焦炭燃烧放出大量的热量，提供炼铁所需要的热量；二是产生炼铁所需要的还原剂CO。
(3)在炼铁高炉内，铁矿石与CO在炉身发生反应，在炉腰开始生成生铁和炉渣。 (4)炼铁过程中，石灰石的作用是作熔剂，除去脉石的有关反应的化学方程式为： 高温高温CaCO3=====CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2=====CaSiO3。
(5)高炉炼铁中产生的废气有CO、CO2、SO2、NO2，炉渣有CaSiO3，CO和大量热量可回收利用，炉渣可作建筑材料。
[剖析典例·探技法]
[例2] (1)下列各物质中不能直接作为炼铁矿石的是( ) A．磁铁矿 C．黄铁矿
B．赤铁矿 D．菱铁矿
(2)下列有关生铁炼钢的叙述错误的是( ) A．添加必要的元素，改善钢材的组织结构和性能 B．适当降低生铁中的含碳量，除去大部分硫、磷等杂质 C．加入硅、锰、铝等合金元素调整成分并脱去钢水中的氧 D．除去生铁中的非金属元素
[名师解析] (1)以氧化物形式存在的金属矿石可直接用还原剂还原，以硫化物形式存在的金属矿石，要先焙烧生成金属氧化物后再还原，故C不正确；菱铁矿石的主要成分是FeCO3，它受热时可直接转化成FeO，故D正确。
(2)炼钢的目的是降低生铁中的含碳量，而不可能把非金属元素全部除去，钢仍是铁碳合金。
[答案] (1)C (2)D [名师点睛] 铁合金的分类
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酷酷酷水水水飒飒根据含碳量
?
低碳钢(含碳0.03%～0.3%)
??碳素钢??
?中碳钢(含碳0.3%～0.6%)??钢???高碳钢(含碳0.6%～2%)
??合金钢：在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钴等合??金元素
生铁：含碳2%～4.3%，还含Si、Mn、S、P
铝的冶炼 [自读教材·夯基础] 1．原料
铝土矿(主要成分是Al2O3)。 2．Al2O3的提纯 用化学方程式表示：
(1)Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。
(2)NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3。 △
(3)2Al(OH)3===== Al2O3＋3H2O。 3．电解Al2O3 (1)电解装置：
电解质是冰晶石(Na3AlF6)和氧化铝的熔融液，也常加入少量的氟化钙等帮助降低熔点，阳极和阴极以碳素材料做成，在电解槽中进行。
(2)电解原理： 电极反应：
阳极：6O－12e===3O2； 阴极：4Al＋12e===4Al；
950～970 ℃总反应式：2Al2O3通电，=====NaAlF4Al＋3O2↑。
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3＋
－
2－
－
[跟随名师·解疑难]
(1)工业上不用电解AlCl3的方法来冶炼Al，因为AlCl3是共价化合物，熔融的AlCl3不导电。
(2)氧化铝的熔点很高，直接电解要消耗大量电能。在实际生产中要加入冰晶石使它的熔点降低，冰晶石的作用是作为助熔剂，其中也常加入少量的CaF2等帮助降低熔点。
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酷酷酷水水水飒飒(3)高温下阳极产生的O2与阳极材料碳反应产生CO2，所以在反应中需要及时更换阳极碳块。
(4)电解产生的铝呈液态，从电解装量的底部流出。
[剖析典例·探技法]
[例3] 工业制备铝一般是从铝土矿(主要成分是Al2O3，含有Fe2O3杂质)中得到纯净的Al2O3，然后电解Al2O3得到铝。下图是从铝土矿中提纯Al2O3的简单示意图，其中涉及的一个反应是2NaAlO2＋CO2＋3H2O===Na2CO3＋2Al(OH)3↓。
(1)图示中Ⅰ的实验操作是________；图示中Ⅱ加入的试剂是________。 (2)试推断物质：B________，C________，H_______，F________(填化学式)。 (3)写出化学方程式：
①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________； ③________________________________________________________________________； ④________________________________________________________________________。 [名师解析] 溶液B中通入CO2产生沉淀，说明B溶液为NaAlO2溶液，则向铝土矿中加入的试剂①是NaOH溶液，操作Ⅰ是过滤；则溶液D为Na2CO3，反应②为Ca(OH)2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaOH。
[答案] (1)过滤 Ca(OH)2 (2)NaAlO2 Fe2O3 CaCO3 Al2O3 (3)①Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O ②Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH △③2Al(OH)3===== Al2O3＋3H2O 通电④2Al2O3===== 4Al＋3O2↑
金属的腐蚀及防止 [自读教材·夯基础] 1．金属的腐蚀
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2017-2024学年高中化学 第三单元 化学与材料的发展 课题2 金属材料教学案 新人教版选修2
