材料化学课件 第一章 材料高温化学.doc

材料化学 主讲人：张瑞珍副教授 太原理工大学材料学院材料物理与化学系 课程简介中文课程名称材料化学（Materials Chemistry）课程编01开课系所号02学 时48学 分4课内总学时48实验总学时0上机总学时0开课学期5课程属性专业必修课 中文课程名称 材料化学（Materials Chemistry） 课程编号01 开课系所号 02 学 时 48 学 分 4 课内总学时 48 实验总学时 0 上机总学时 0 开课学期 5 课程属性 专业必修课 基本面向 材料化学专业 先修课程 无机材料化学、材料物理化学等 课程负责人 张瑞珍副教授 教 材 《材料化学导论》 邓启刚、刘爱东等，哈工大学出版社 参考书 《材料化学》朱光明、秦华宇（机械工业出版社） 《现代材料化学》 刘光华，上海科学技术出版社 主要内容 ? ? ? ?  材料高温化学 材料电化学 材料表面能谱分析 材料激发化学 ? ?  等离子体化学 光化学 ?  无机非金属材料化学 第一章 材料高温化学（主要内容） 1.1 金属材料概论、结构及物化性能（自学） 1.2 金属的提炼（热分解、热还原、电解法） 1.3 金属还原过程热力学（吉布斯自由能图） 1.4 金属的精炼（区域精炼、电解精炼和气相精炼） 1.5 钢铁的冶炼原理 1.5.1铁的冶炼原理 1.5.2钢的冶炼原理 1.6 新型金属材料 1.6.1轻质合金 1.6.2非晶态金属材料 1.6.3形状记忆合金 1.6.4贮氢合金 1.7 高温自蔓燃合成（工艺、化学原理及应用） 第一章 材料高温化学 （基本要求、重点、学时分配） ?  基本要求： ? ? ? 了解金属材料以及新型金属材料的结构、功能、物化特性及应用 理解金属提炼、精炼以及高温自蔓燃合成金属化合物的工艺过程 熟练掌握并应用金属还原过程热力学原理和钢铁的冶炼原理。 ?  重点： ? ? ? ? 区域精炼原理及工艺 高温自蔓燃合成原理及工艺 竖式鼓风炉中焦炭的直接还原以及CO的间接还原法炼铁 原理 氧气顶吹法直接氧化以及FeO间接氧化炼钢原理 ?  学时分配：12学时 1.1 金属材料概论、结构及物化性能 ? ? ?  金属材料概论 材料科学与工程专业英语 - 全部 Unit.pdf 金属的结构（金属材料学里详细介绍） 金属的物理性质 ? ? ? ?  金属光泽 导电性和导热性 延展性 密度、熔点、硬度 ?  金属的化学性质 1.2 金属的提炼 （热分解、热还原、电解法） 1.冶炼及其过程 ? 什么是冶炼？ ? 从矿石氧化物、硫化物中提取粗金属（元素的 分离），再经过精炼（元素的浓缩）得到纯金 属的物理化学过程 ? 提炼和提纯（精炼） ? 冶炼过程包括：选矿、提炼、精炼 作业：了解选矿方法（水选、磁选、浮选） 2.金属冶炼方法（湿法和干法） ? 湿法冶金：金属矿物原料在酸性介质或碱性介质 的水溶液中进行化学处理或有机溶剂萃取、分离 杂质提取金属及其化合物的过程。作为一项独立 技术是在第二次世界大战中迅速发展起来的。 ? 在提取铀等一些矿物质的时候不能采用传统的火法冶 金，只能采用化学溶剂把它们分离出来。 ? 湿法炼铜：铜矿在硫酸溶液中形成硫酸铜溶液，再通 过Fe、Zn置换得到Cu ? 现代湿法冶金几乎涵盖了除钢铁以外的所有金属提炼， 有的金属其全部的冶炼工艺属于湿法冶金，但大多数 是矿物分解、提取和除杂采用湿法工艺，最后还原成 金属采用火法冶金 ?  湿法冶金步骤： ? 将原料中有用成分转入溶液（浸取） ? 浸取溶液与残渣分离，同时将夹带于残渣中的冶金溶 剂和金属离子洗涤回收 ? 浸取溶液的净化和富集，常采用离子交换和溶剂萃取 技术或其他化学沉淀方法 ? 从净化溶液中提取金属或化合物，如Al、W、V等多数 以含氧酸的形式存在于水溶液中，一般先以氧化物析 出，然后还原得到金属 ? 干法冶金： ? 用还原的方法在高温下使金属化合物中的金属离子得 到电子变成金属原子 ? 热分解、热还原、电解法 1.3 金属还原过程热力学 （用ΔG?热力学函数判断金属提炼难易程度及还原剂的选择等问题） 1.金属氧化物的标准生成吉布斯自由能（焓）越负，则该氧化物越稳定，金属越难被还原，金属越活泼 4Al+3O2=2Al2O3 4Cr+3O2=2Cr2O3 2Cr2O3+4Al=2Al2O3+ 4Cr ?G????2661kJ·mol-1 ?G????1671kJ·mol-1 ?G????990kJ·mol-1 2.氧化物的标准吉布斯自由能对温度的关系图（用消耗1mol O2生成氧化物过程的吉布斯自由能变化对 温度作图）（硫化物、卤化物均有类似吉布斯自由能图） 1）用此图可以直观看出哪些金属较其他