化学与技术--金属材料(第1课时)精要.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * 江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣 第三章 化学与材料的发展 第二节 金属材料 第一课时 金属的广泛应用 金属材料 我们很少使用纯金属，而主要使用合金。 铝合金锅 钛合金羽毛球拍 镍合金门锁 金属材料 一、从矿石中获得金属 获得金属材料经过探矿、采矿、选矿等工序，之后进入冶炼阶段。 金属冶炼的原理 由于金属的活动性不同，金属离子得到电子被还原成金属原子的能力也就不同，因此必须采用不同的冶炼方法。 （1）热分解法；（2）热还原法；（3）电解法。 利用氧化还原反应将金属从其化合物中还原出来。 金属冶炼的步骤 金属冶炼的方法 思考交流 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag 电解法 热还原法 热分解法 不同金属冶炼方法的选择 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag 2HgO == 2Hg + O2↑ 2Ag2O == 4Ag + O2↑ 活泼金属 较活泼金属 不活泼金属 高温 Fe2O3+3CO == 2Fe+3CO2 2Al2O3====4Al+3O2↑ 2NaCl====2Na+Cl2↑ 电解 电解 Cr2O3+2 Al == 2Cr+Al2O3 高温 WO3+ 3 H2 == W+3H2O 高温 一、从矿石中获得金属 铁的存在 存在：地壳中的铁都以化合态（氧化物、硫化物形式）存在于铁矿石中，游离态的铁只能从陨石中得到 铁矿石成分 脉石和硫磷杂质 铁化合物 赤铁矿（主要成分Fe2O3） 磁铁矿（主要成分Fe3O4） 一、从矿石中获得金属 1.钢铁的冶炼 褐铁矿（主要成分2Fe2O3?3H2O） 黄铁矿（主要成分FeS2） （1）炼铁 原理: 原料: 在高温下用还原剂把铁从其氧化物中还原出来 铁矿石,焦炭,石灰石,空气 1.钢铁的冶炼 设备: 高炉 主要反应: Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2 高温 一、从矿石中获得金属 CO 2 ＋ C ==== = 高温 2CO C ＋ O 2 ==== = 加热 CO 2 高炉结构图 C +O2=CO2 CO2+C=2CO 3CO+Fe2O3 =2Fe+3CO2 C ＋ O 2 ==== = 加热 CO 2 CO 2 ＋ C ==== = 高温 2CO Fe 2 O 3 ＋ 3CO ==== = 高温 2Fe ＋ 3CO 2 炼铁 铁合金 生铁 钢 （含碳量在2％～4.3％之间,还含硅、锰及少量硫、磷 ） 碳素钢 { 低碳钢 （含碳0.3％～0.6％） 高碳钢 （含碳0.03％～0.3％） 中碳钢 （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(如不锈钢，见书P59表3-2) 钢:用量最大，用途最广的合金 根据含碳量 1.钢铁的冶炼 一、从矿石中获得金属 （2）炼钢 原理: 原料: 在高温下用氧化剂把生铁里过多的碳和S、P等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，以调整钢水的成分制成符合规格的钢材。 生铁（液态）,氧气（或空气），生石灰（造渣材料），脱氧剂（硅铁、锰铁、铝等） 设备: 平炉、转炉、电炉 1.钢铁的冶炼 一、从矿石中获得金属 转炉的结构图 炼钢 炼钢 炼铁和炼钢的对比： 炼 铁 炼 钢 原料及其作用 主要反应原理 异 同 设备 主要化学反应 尾 气 铁矿石：铁来源 焦炭、空气：产生热量及还原剂CO 石灰石：熔剂（除脉石） 生铁或废钢铁 氧化剂：O2、富氧空气、空气 生石灰：造渣、除Si、P Si Mn Al：还原剂,除FeO,调整钢的成分 高温下，用还原剂(CO)将铁矿石中的铁还原出来 高温下，用氧化剂把生铁中过多的碳和其它杂质氧化成气体或炉渣除去 都是利用氧化还原反应 高 炉 平炉、转炉、电炉 ①还原剂CO的生成： C＋O2→CO2 CO2＋C→2CO 点燃 高温 ②铁的还原： Fe2O3＋3CO →2Fe＋3CO2 高温 ③炉渣的生成：CaCO3→CaO＋CO2↑ CaO＋SiO2→CaSiO3 高温 ①氧化造渣（降C，调Si、Mn，除S、P）： 2Fe＋O2→2FeO(Fe过量)FeO＋C→Fe＋CO↑ 2FeO+Si→2Fe+SiO2 FeO+Mn→Fe+MnO FeS+CaO→FeO+CaS 2P+5FeO+3CaO→5Fe+Ca3(PO4)3 ②还原FeO(脱氧)，调节钢的成分： 2FeO+Si→2Fe+SiO2 FeO+Mn→Fe+MnO 高温 高温 高温 高温 高温 高温 高温 高温 高炉煤气（CO、CO2、N2等） 棕色烟气（Fe2O3尘粒、CO等） 炼钢 2.铝的冶炼