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1、课题2金属材料第1课时 从矿石中获得金属目标导航1.会运用金属冶炼的原理,能根据金属活动性的不同选用不同的冶炼方法。2.能说出生铁的冶炼与炼钢原理的区别。3.通过对铝的生产流程的讨论,进一步掌握氧化铝和氢氧化铝的两性以及电解氧化铝的反应原理。一二三一、从矿石中获得金属1.获得金属材料的过程获得金属材料首先要通过化学方法把金属从矿石中提取出来,一般要经过开采和初步加工阶段(主要包括探矿、采矿、选矿等工序)及冶炼阶段。2.金属冶炼的原理金属冶炼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。一二三3.
2、金属冶炼的方法(1)火法冶金:是指利用高温从矿石中提取金属或其他化合物的冶金方法。(2)湿法冶金:是指在水溶液或非水溶液中进行包括氧化还原反应、中和反应、水解反应等,对原料(矿石、精矿等)、中间产物或再生资源中的金属进行提取和分离的冶金过程。一二三从氧化物、碳酸盐、硫化物中冶炼金属有哪些不同?为什么?提示:以氧化物形式存在的金属矿石可直接用还原剂还原,如生铁的冶炼;以碳酸盐形式存在的金属矿石则可通过煅烧(在缺少空气条件下加热至高温但不使炉料熔化)分解生成金属氧化物或金属,然后再将金属氧化物还原;以硫化
3、物形式存在的金属矿石,由于低价硫的存在,所以先要焙烧(在有空气条件下加热至高温但不使炉料熔化)生成金属氧化物或金属,然后再将金属氧化物还原。一二三二、钢铁的冶炼1.生铁的冶炼(1)常见铁矿石名称及主要成分:一二三高炉炼铁产生的废气、废渣的成分是什么?提示:高炉炼铁中产生的废气有CO、CO2、SO2、NO2,炉渣有CaSiO3和少量含C、P、S、Si、Mn的化合物及SiO2等。按照化工生产的一般过程,在炼铁过程的实际生产中必须考虑哪些因素?提示:从反应原理、生产中原料的选择、反应条件的控制、三废的处理和
4、能量的充分利用等方面考虑生铁冶炼中的一些问题。一二三2.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,调整钢水的成分。(2)原料:炼铁厂的铁水或废钢铁。(3)主要的反应:一二三三、铝的冶炼1.原料主要来自铝土矿(主要成分是Al2O3)。2.从铝土矿中获得Al2O3的过程(用化学方程式表示)一二三3.从Al2O3中获得Al——电解冶炼铝(1)装置——铝电解槽。①电解质是氧化铝——冰晶石(Na3AlF6)熔融液,其中也常加入少量的
5、氟化钙等帮助降低熔点。②电极材料:阳极和阴极都以碳素材料做成。(2)化学反应。一二三回忆金属冶炼有哪些常用方法?如何选择金属冶炼方法?提示:金属冶炼常用方法有热分解法、热还原法、电解法等。选择金属冶炼方法要考虑金属活动性及经济效益、技术、环保等因素。金属冶炼方法的还原强度顺序:电解法>热还原法>热分解法;经济效益高低:热分解法>热还原法>电解法。一二一、钢铁的冶炼1.生铁和钢的比较一二2.炼铁和炼钢的比较一二一二一二特别提示①从炼铁高炉和炼钢炉中都排出炉气和炉渣,均是环境污染物。但炉渣可用于制造水泥和
6、砖等建筑材料,炉气中的CO和大量热能都可回收利用。②实际生产中,控制氧及各种元素含量是炼钢中的一项关键技术。一二一二一二2.电解氧化铝炼铝(1)氧化铝熔点很高,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(Na3AlF6)的作用是作为助熔剂],其中也常加入少量的氟化钙等帮助降低熔点。(2)高温下阳极产生的O2与阳极碳块反应产生CO2放出,所以在反应中需要及时更换阳极碳块。(3)一次电解所得铝的纯度可达99%左右,若要提高纯度,则需要进行电解精炼。(4)铝的熔点是660℃,电解
7、铝反应的温度是1000℃左右,所以电解生成的铝呈液态,从电解装置的底部流出。知识点1知识点2【例题1】金属材料在人类社会中发挥着重要的作用,其冶炼过程离不开化学的支持。铁是应用最广泛的金属,自远古时代人类就学会了炼铁,到目前为止,人类研制出很多炼铁的方法。某研究性学习小组查阅了工业炼铁的有关资料后,发现目前多采用高炉炼铁这种主流方法,其生产示意图如下,请回答下列问题:知识点1知识点2高炉炼铁示意图高炉炼铁示意图知识点1知识点2(1)已知铁矿石中有一些难熔化的脉石(SiO2),在铁矿石中加入一定比例的石
8、灰石就是为了除去这些脉石,形成的物质就是炉渣的主要成分,请写出有关化学方程式:,。(2)铁矿石中加入一定比例的焦炭的目的是生成还原剂CO,请写出得到CO的化学方程式:,。(3)热空气从高炉下部通入,而炉料从高炉顶部投入,这样操作的主要目的是。知识点1知识点2知识点1知识点2【例题2】铝是地壳中含量最多的金属元素,1854年法国冶金学家戴维尔用金属钠还原NaAlCl4,获得了金属铝单质。1886年,美国人霍尔和法国人埃鲁,分别独立地电解熔融的氧化铝和冰晶石
