选化学与材料的发展.ppt

共 106 页 二?金属的冶炼 1.金属冶炼的原理 金属的冶炼是把金属从矿石中提炼出来?由于矿石中的金属元素绝大多数都是以正化合价存在的,所以金属冶炼的实质是通过一定的措施将化合态的金属还原成单质? 2.金属冶炼的方法 (1)热分解法 可用于热分解法冶炼的金属,其元素的金属性很弱,原子难失电子,离子易得电子,化合物的稳定性较弱?在常见金属活动性顺序表的右端区域(如Hg?Ag)?如 ? (2)热还原法 可用热还原法冶炼的金属,其金属性比较强,在常见金属活动性顺序表中居于中间区域? (3)电解法 电解法冶炼一般用于活泼金属的冶炼(如K?Ca?Na?Mg?Al等)?缺点是耗电量大,成本较高?值得一提的是,冶炼铝不能用电解熔融AlCl3的方法(因共价化合物在熔融时不导电)?通常采用电解熔融氧化铝的方法制取铝: ? 3.几种金属的冶炼 (1)炼铁 ①几种铁矿石的主要成分:磁铁矿Fe3O4,赤铁矿Fe2O3,褐铁矿2Fe2O3·3H2O,黄铁矿FeS2等? ②原料:铁矿石?焦炭?石灰石和空气? ③原理:(以赤铁矿为例,写反应方程式) ④石灰石的作用:除去脉石,有关反应方程式: ⑤设备:炼铁高炉? (2)炼钢 ①原料:炼铁厂的铁水或废钢铁? ②目的:降低含碳量,除去P?S等元素,调节Si?Mn?Cr?Ni?W等合金元素的含量? ③原理:高温下用氧化剂将过多的碳及其他杂质除去,再添加Si?Mn?Al等其他合金元素作脱氧剂,调整钢水成分? ④主要反应: ⑤设备:炼钢炉(如氧气顶吹转炉)? (3)铝的冶炼 ①原料:铝土矿(主要成分为Al2O3)? ②提纯Al2O3:(用化学方程式表示) Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O, NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+ ③电解:加入冰晶石及少量萤石降低Al2O3的熔点? 化学方程式: 特别提醒:有的金属既可以用热还原法,又可以用电解法,在热还原法中,也可以采用不同的还原剂?对于一种金属的冶炼采用什么样的方法,选用什么样的还原剂,要根据生产原料?设备和金属的用途等多种因素综合确定? 三?金属的腐蚀及防止 1.金属腐蚀的类型 (1)化学腐蚀:金属材料与其表面接触的一些物质(如O2?Cl2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀? (2)电化学腐蚀:不同金属或不纯金属与电解质溶液接触,因发生原电池反应而引起的金属的腐蚀? 2.金属的电化学腐蚀类型(以钢铁生锈为例) (1)吸氧腐蚀 ①条件:金属表面的电解质溶液酸性很弱或呈中性? ②电极反应 阳极:Fe-2e-===Fe2+ 阴极: 总反应: ③铁锈的生成:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3====Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O (2)析氢腐蚀 ①条件:金属表面的电解质溶液呈酸性? ②电极反应 阳极:Fe-2e-===Fe2+ 阴极:2H+(aq)+2e-===H2(g) 3.金属腐蚀的防止方法 (1)涂层法 ①电镀原理 电解池原理,在被保护金属表面镀上一层不易腐蚀的金属? 阳极:镀层金属如Sn?Cr?Zn?Ni等,连电源正极? 阴极:被保护金属,连电源负极? 实例:自行车车把?车圈用电镀方法镀锌?铬等,既美观,又防止钢铁生锈? ②形成钝化膜(发蓝) ③涂油漆 (2)改变金属内部结构 如制不锈钢? (3)电化学保护法 ①牺牲阳极的阴极保护法 原理:用活泼金属与被保护金属连接,形成原电池? 阳极:较活泼的金属? 阴极:被保护金属? 实例:在轮船船体上水线以下部位焊接锌块? ②外接电流的阴极保护法 原理:外接电源,利用电解原理,使被保护金属作阴极? 阳极:连电源正极,电极材料为惰性电极? 阴极:连电源负极,通电后,电子流向被保护金属,表面聚集电子,抑制该金属失去电子? 实例:水库铁闸门与直流电源负极相连,并形成闭合回路? 1.维通橡胶是一种耐腐蚀?耐油?耐高温?耐寒性能都特别好的氟橡胶,它的结构简式为: ,合成它的单体为( ) A.氟乙烯和全氟丙烯 B.1,1—二氟乙烯和全氟丙烯 C.1—三氟甲基—1,3—丁二烯 D.全氟异戊二烯 答案:B 解析:分析维通橡胶的结构简式可知,其加聚反应的产物,采用“单变双”“双变单”的方法可知其单体应为CH2===CF2和CF2====CF—CF3,其名称分别为1,1—二氟乙烯和全氟丙烯? 2.海水中镁的总储量约为2.1×10-15 t,目前世界上6