3.2 金属材料 学案
图片预览
文档简介
本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
课题2
金属材料
学案
【教学目标】
1.了解金属腐蚀和防护的有关知识。
2.能举例说明金属材料的特点。
3.举例说明用化学方法进行金属材料表面处理的原理。
【教学过程】
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Al2
( http: / / www.21cnjy.com )O3)，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Al2O
( http: / / www.21cnjy.com )3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。21·cn·jy·com
5．金属的化学腐蚀是指
( http: / / www.21cnjy.com )
；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
( http: / / www.21cnjy.com )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
。www.21-cn-jy.com
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
( http: / / www.21cnjy.com )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
。2·1·c·n·j·y
〔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
( http: / / www.21cnjy.com )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。21教育网
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
( http: / / www.21cnjy.com )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。【来源：21·世纪·教育·网】
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。21cnjy.com
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
( http: / / www.21cnjy.com )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
( http: / / www.21cnjy.com )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。21世纪教育网版权所有
[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
[答案]D
21世纪教育网
--
中国最大型、最专业的中小学教育资源门户网站。
版权所有@21世纪教育网
课题2
金属材料
学案
【教学目标】
1.了解金属腐蚀和防护的有关知识。
2.能举例说明金属材料的特点。
3.举例说明用化学方法进行金属材料表面处理的原理。
【教学过程】
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Al2
( http: / / www.21cnjy.com )O3)，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Al2O
( http: / / www.21cnjy.com )3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。21·cn·jy·com
5．金属的化学腐蚀是指
( http: / / www.21cnjy.com )
；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
( http: / / www.21cnjy.com )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
。www.21-cn-jy.com
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
( http: / / www.21cnjy.com )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
。2·1·c·n·j·y
〔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
( http: / / www.21cnjy.com )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。21教育网
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
( http: / / www.21cnjy.com )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。【来源：21·世纪·教育·网】
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。21cnjy.com
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
( http: / / www.21cnjy.com )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
( http: / / www.21cnjy.com )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。21世纪教育网版权所有
[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
[答案]D
21世纪教育网
--
中国最大型、最专业的中小学教育资源门户网站。
版权所有@21世纪教育网