1、化學(xué)與材料的發(fā)展,金屬材料,化學(xué)與技術(shù),金屬的廣泛應(yīng)用,金屬材料,我們很少使用純金屬，而主要使用合金。,鋁合金鍋,鈦合金羽毛球拍,鎳合金門(mén)鎖,金屬材料,一、從礦石中獲得金屬,獲得金屬材料經(jīng)過(guò)探礦、采礦、選礦等工序，之后進(jìn)入冶煉階段。金屬冶煉所依據(jù)的原理是利用氧化還原反應(yīng)將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來(lái)。,我們知道，只有少數(shù)化學(xué)性質(zhì)不活潑的金屬，如金、鉑以及少量的銀和銅在自然界中能以游離態(tài)存在，大多數(shù)金屬是與氧、硫等非金屬單質(zhì)和化合物而存在。,金屬冶煉的方法：由于金屬的活動(dòng)性不同，金屬離子得到電子被還原成金屬原子的能力也就不同，因此必須采用不同的冶煉方法。 （1）熱分解法；（2）熱還原法；（3）電解法

2、。,從礦石中獲得金屬,電解法,熱還原法,熱分解法,不同金屬冶煉方法的選擇,K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag,2HgO = 2Hg + O2,2Ag2O = 4Ag + O2,活潑金屬,較活潑金屬,不活潑金屬,從礦石中獲得金屬,（1）煉鐵,原理:,原料:,在高溫下用還原劑把鐵從其氧化物中還原出來(lái),鐵礦石,焦炭,石灰石,空氣,1.鋼鐵的冶煉,設(shè)備:,高爐,主要反應(yīng):,煉鐵,高爐結(jié)構(gòu)圖,C,+O2=CO2,CO2+C=2CO,3CO+Fe2O3 =2Fe+3CO2,煉鐵,煉鐵,從氧化物、碳酸鹽、硫化物中冶煉金屬有哪些不同？為什么？ 以氧化物形式存在的金屬礦石可

3、直接用還原劑還原，如生鐵的冶煉；以碳酸鹽形式存在的金屬礦則可通過(guò)煅燒(在缺少空氣條件下加熱至高溫但不使?fàn)t料熔化)分解生成金屬氧化物或金屬，然后再將金屬氧化物還原；以硫化物形式存在的金屬礦，由于低價(jià)硫的存在，所以先要焙燒(在有空氣條件下加熱至高溫但不使?fàn)t料熔化)生成金屬氧化物或金屬，然后再將金屬氧化物還原。,煉鐵,高爐煉鐵產(chǎn)生的廢氣、廢渣的成分是什么？ 高爐煉鐵中產(chǎn)生的廢氣、廢渣的主要成分：廢氣有CO、CO2、SO2、NO2，爐渣有CaSiO3、少量含C、P、S、Si、Mn的化合物及SiO2等。,煉鐵,鐵合金,生鐵,鋼,（含碳量在24.3之間,還含硅、錳及少量硫、磷 ）,碳素鋼,低碳鋼,（含碳0

4、.30.6）,高碳鋼,（含碳0.030.3）,中碳鋼,（含碳0.62 ）,合金鋼：在碳素鋼中加入鉻、錳、鎢、鎳、鉬、鈷等合金元素(如不銹鋼，見(jiàn)書(shū)),鋼:用量最大，用途最廣的合金,根據(jù)含碳量,煉鐵,（2）煉鋼,原理:,原料:,在高溫下用氧化劑把生鐵里過(guò)多的碳和S、P等其他雜質(zhì)氧化成氣體或爐渣除去，再添加硅、錳、鋁等其他合金作為脫氧劑，以調(diào)整鋼水的成分制成符合規(guī)格的鋼材。,生鐵（液態(tài)）,氧氣（或空氣），生石灰（造渣材料），脫氧劑（硅鐵、錳鐵、鋁等）,設(shè)備:,平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐,煉鋼,轉(zhuǎn)爐的結(jié)構(gòu)圖,煉鋼,煉鋼,煉鐵和煉鋼的主要反應(yīng)原理有何異同？ 煉鐵和煉鋼的主要反應(yīng)原理的比較： 相同點(diǎn)：都是利用氧化還

5、原反應(yīng)。 不同點(diǎn)：煉鐵主要是用還原劑把鐵從鐵礦石中還原出來(lái)(側(cè)重還原)，而煉鋼主要是用氧化劑把生鐵中過(guò)多的碳和其他雜質(zhì)氧化而除去(側(cè)重氧化)。,煉鋼,煉鐵和煉鋼的對(duì)比：,鐵礦石：鐵來(lái)源 焦炭、空氣：產(chǎn)生熱量及還原劑CO 石灰石：熔劑（除脈石）,生鐵或廢鋼鐵 氧化劑：O2、富氧空氣、空氣 生石灰：造渣、除Si、P Si Mn Al：還原劑,除FeO,調(diào)整鋼的成分,高溫下，用還原劑(CO)將鐵礦石中的鐵還原出來(lái),高溫下，用氧化劑把生鐵中過(guò)多的碳和其它雜質(zhì)氧化成氣體或爐渣除去,都是利用氧化還原反應(yīng),高 爐,平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐,高爐煤氣（CO、CO2、N2等）,棕色煙氣（Fe2O3塵粒、CO等）,煉鋼,

6、2.鋁的冶煉,電解鋁的原料主要來(lái)自鋁土礦（主要成分Al2O3），其中氧化鋁的含量約為50%70%，而電解時(shí)，要求氧化鋁的純度不能低于98.5%，因此，工業(yè)上需要先從鋁土礦中獲得符合要求的氧化鋁。這一過(guò)程包括三個(gè)環(huán)節(jié)，主要利用了氫氧化鋁的兩性：,a.將鋁土礦中的氧化鋁溶解在NaOH溶液中：,Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O,b.向偏鋁酸鈉溶液中通入CO2，析出氫氧化鋁：,NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3+NaHCO3,c.使氫氧化鋁脫水生成氧化鋁：,2Al(OH)3=Al2O3+3H2O,鋁的冶煉,陽(yáng)極：6O2-12 e- =3O2 陰極：4Al3+ + 12e- =

7、4Al,冶煉鋁的原理:,助熔劑：冰晶石（Na3AlF6 六氟合鋁酸鈉） 陽(yáng)極材料(碳)和熔融氧化鋁需要定期補(bǔ)充,思考:工業(yè)上為什么用電解熔融氧化鋁的方法冶煉鋁而不用AlCl3?,鋁的冶煉,冶煉鋁的電解槽,陽(yáng)極C,煙罩,熔融態(tài)鋁,鋼殼,鋼導(dǎo)電棒,陰極C,耐火材料,電解質(zhì) 氧化鋁和冰晶石,鋁的冶煉,鋁的冶煉,(一)法國(guó)皇帝拿破侖三世，為顯示自己的富有和尊貴，命令官員給自己打造了一頂鋁皇冠。他戴上鋁皇冠，神氣十足地接受百官的朝拜。在宴請(qǐng)賓客時(shí)，拿破侖三世使用一套珍藏的鋁制餐具，而大臣們使用的是金或銀制餐具。 法國(guó)皇帝拿破侖三世(18081873)用鋁盤(pán)款待最重要的賓客。而今天鋁非常便宜，我們用鋁箔包

8、裝食品 (二)門(mén)捷列夫創(chuàng)建了元素周期表，受到英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的表彰，獎(jiǎng)品是一只鋁制獎(jiǎng)杯。,鋁的冶煉,鋁的冶煉,科學(xué)史話(huà)：鋁的價(jià)值幾何,思考：為何當(dāng)時(shí)鋁顯得如此珍貴？,鋁在地殼中都以化合態(tài)存在，如氧化鋁等。在19世紀(jì)中期鋁冶煉的困難導(dǎo)致了鋁價(jià)格的昂貴，甚至超過(guò)了黃金，但現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們已經(jīng)熟練地掌握了較好的冶煉鋁的方法，鋁的價(jià)格大大降低，走進(jìn)了我們普通百姓家。,科學(xué)視野 用途廣泛的金屬功能材料,鋁的冶煉,鋼鐵工業(yè)對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起了重要作用。 (1)煉鐵高爐分為五部分，鐵礦石與高溫煤氣主要在_部分發(fā)生反應(yīng)，在_部分開(kāi)始生成生鐵和爐渣。 (2)煉鋼時(shí)，除磷的化學(xué)方程式為_(kāi) _；加入硅、

9、錳和鋁的目的是_ _,(3)不銹鋼含有的Cr元素是在煉鋼過(guò)程的氧_(填“前”或“后”)加入，原因是_。 (4)煉鐵和煉鋼生產(chǎn)中，尾氣均含有的主要污染物是_。從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)角度考慮，上述尾氣經(jīng)處理可用作_。,爐身,爐腰,P5FeO3CaO=Ca3(PO4)2,脫氧和調(diào)整鋼的成分,后,避免Cr被氧化,CO,燃料(或還原劑),高溫,從礦石中獲得金屬,5Fe,在煉鐵、煉鋼過(guò)程中都有碳參加反應(yīng)。下列有關(guān)碳參加反應(yīng)的敘述正確的是() A兩個(gè)過(guò)程中碳原子都被氧化，都只起著提供熱源的作用 B煉鐵過(guò)程中碳被氧化，既起產(chǎn)生熱量的作用，又起產(chǎn)生CO的作用 C煉鋼過(guò)程中碳被還原，從而達(dá)到降低含碳量的目的 D煉鐵過(guò)程中碳參加反應(yīng)，只起產(chǎn)生CO的作用,B,從礦石中獲得金屬,降低Al2O3的熔化溫度,下層,從礦石