高中化學(xué) 第三單元 化學(xué)與材料的發(fā)展 課題2 金屬材料教案2 新人教版選修

1、金屬材料一、 教材分析和建議社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展在一定程度上取決于所采用的材料，其中，金屬材料的使用對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的影響就是一個(gè)典型例子。根據(jù)元素周期表，金屬元素的種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)非金屬元素，不同金屬元素的單質(zhì)及其合金（如鐵及其合金）可以提供生產(chǎn)、生活所需要的多種性能的材料。除了少數(shù)金屬外，在自然界中金屬元素大多以化合物形式存在，這是由于金屬元素的活潑性決定的。獲取金屬材料的問(wèn)題主要包括兩個(gè)方面，一是資源的分布、勘探和開發(fā)，二是開發(fā)的成本。金屬資源在使用過(guò)程中，呈分散的趨勢(shì)，使得回收與提煉的成本越來(lái)越高，因此，要從礦石中獲得某種金屬，使呈化合態(tài)形式的金屬元素轉(zhuǎn)化為游離態(tài)單質(zhì)，往往要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)過(guò)程，

2、需要消耗大量的能量，所以，冶金工業(yè)是一個(gè)高能耗的工業(yè)，其間所產(chǎn)生的礦渣、爐氣、粉塵以及生產(chǎn)噪音等又使得它們成為潛在的污染源。教學(xué)建議如下：1. 對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，金屬化學(xué)冶煉的基本原理就是氧化還原反應(yīng)，這是最基本的核心概念。為了實(shí)現(xiàn)金屬由化合物還原為單質(zhì)這一過(guò)程，應(yīng)該根據(jù)金屬的活動(dòng)性不同，采用不同的還原劑或還原手段，這是金屬化學(xué)冶煉的基本原理。例如，一般的高溫碳還原法可用于冶煉中等活潑的金屬（如鐵、鋅、錫等），置換反應(yīng)不僅可用于冶煉銅、銀，還可用于提煉稀土金屬；電解法是目前人類生產(chǎn)中掌握和使用的一種最強(qiáng)的氧化還原手段，可以用于冶煉活潑金屬（如鈉、鉀、鋁、鎂等）。抓住這些基本概念和原理，學(xué)生對(duì)如何獲

3、得和使用金屬材料就從化學(xué)角度有了一個(gè)基本的把握。2. 教科書中，僅以鋼鐵和鋁的冶煉為例介紹了金屬化學(xué)冶煉原理和過(guò)程。對(duì)于鋼鐵冶煉（火法冶煉），重點(diǎn)在于揭示生鐵冶煉與煉鋼原理的區(qū)別，指出作為合金的鋼鐵材料在冶煉方法、使用性能等方面比生鐵有哪些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)；對(duì)于鋁的冶煉（濕法冶金和電冶金的結(jié)合），則可以通過(guò)展示鋁的生產(chǎn)流程，重點(diǎn)討論其中的化學(xué)反應(yīng)原理，即氧化鋁和氫氧化鋁的兩性以及電解氧化鋁的反應(yīng)。3. 金屬的腐蝕和防止是金屬材料使用中的一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，其中自發(fā)進(jìn)行的原電池反應(yīng)是金屬腐蝕的主要原因，揭示金屬腐蝕的本質(zhì)，即金屬與其接觸的其他物質(zhì)在一定條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)而受到損害，由此幫助學(xué)生歸納

4、和理解金屬防腐的思路和方法。再通過(guò)一些具體實(shí)例，引導(dǎo)同學(xué)分析和討論防止金屬腐蝕的原理和方法。需要指出的是，金屬防腐方法的選擇不僅是一科學(xué)問(wèn)題，也是一技術(shù)問(wèn)題，例如，金屬腐蝕的防止必須考慮其中的經(jīng)濟(jì)成本。同時(shí)，教科書中也指出金屬腐蝕可以利用來(lái)進(jìn)行金屬材料的加工，從而對(duì)人們利用科學(xué)技術(shù)既可以產(chǎn)生正面影響也可以產(chǎn)生負(fù)面影響的認(rèn)識(shí)有進(jìn)一步的提高。教學(xué)重點(diǎn)：金屬冶煉的原理，金屬腐蝕的原理和防腐方法。教學(xué)難點(diǎn)：電解、電鍍的原理。二、 活動(dòng)建議【實(shí)驗(yàn)3-2】（1）電鍍時(shí)最好使用新鐵釘（如使用其他鐵制品，應(yīng)預(yù)先把鍍件打磨光滑），經(jīng)水洗、NaOH溶液除油、鹽酸清洗等，然后用清水洗凈后立即進(jìn)行電鍍。（2）為了能調(diào)

5、節(jié)電鍍過(guò)程的電壓和電流，建議在電路上串聯(lián)一個(gè)可變電阻和一個(gè)電流表。電鍍時(shí)建議使用2 V電壓，調(diào)節(jié)電流密度在2 A/dm23 A/dm2。電流密度不宜太大，否則由于金屬沉積速率太快，鍍層不牢固也不光滑。（3）在濃度約為1 mol/L CuSO4溶液中，邊攪拌邊加入濃氨水至溶液全部變?yōu)樯钏{(lán)色的銅氨溶液。此時(shí)把洗凈的新鐵釘放入，幾秒鐘后取出，沒(méi)有銅析出。（4）在室溫下，用上述銅氨溶液做電鍍液，通電10 s（通電時(shí)可用玻璃棒輕輕攪拌）。在鐵釘表面可看到光亮的紫紅色。三、 問(wèn)題交流【學(xué)與問(wèn)】1. 赤鐵礦反應(yīng)中，氧化鐵為氧化劑，一氧化碳為還原劑。2. 3. 提示：按照反應(yīng)原理、生產(chǎn)中原料的選擇、反應(yīng)條件的

6、控制、三廢的處理和能量的充分利用等方面考慮生鐵冶煉中一些問(wèn)題。4. 高爐煉鐵產(chǎn)生的廢氣主要是高爐煤氣，經(jīng)除塵后可作為熱風(fēng)爐、加熱爐和鍋爐等的燃料。廢渣的主要成分是硅酸鈣等，可用作水泥和礦渣磷肥等的生產(chǎn)原料。由耐火材料做成的高爐內(nèi)襯一直處于高溫狀態(tài)，為延長(zhǎng)高爐的使用壽命，必須用水在外部冷卻，這時(shí)廢熱主要轉(zhuǎn)化為熱水加以利用?！舅伎寂c交流1】1. 參見(jiàn)化學(xué)必修2第82頁(yè)。2. 以氧化物形式存在的金屬礦石可直接用還原劑還原，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

7、的存在，所以，則先要焙燒（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。參考資料：地殼中硅約占28，氧約占47，鐵、鋁、鈣、鈉、鉀、鎂等金屬約占24，其余的金屬和非金屬約占1。金屬元素主要以氧化物、碳酸鹽和硫化物形式存在，如鋁主要以鋁土礦（Al2O3），銅主要以黃銅礦（CuFeS2），鐵主要以赤鐵礦（Fe2O3）和菱鐵礦（FeCO3），鉛主要以方鉛礦（PbS），汞主要以朱砂（HgS），鋅主要以紅鋅礦（ZnO）和閃鋅礦（ZnS）等形式存在。3. 在目前的金屬材料生產(chǎn)中，火法冶金所占比例最大，鋼鐵及大多數(shù)有色金屬主要靠這種方法生產(chǎn)。濕法冶金對(duì)于低品位、成分復(fù)

8、雜和難選礦的分離提取具有優(yōu)越性。兩種方法比較，前者能耗較高、容易造成環(huán)境污染，后者設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單、原料的綜合回收率高、污染小。參考資料：我國(guó)的濕法冶金技術(shù)可追溯到北宋時(shí)期的膽銅法生產(chǎn)銅，結(jié)合我國(guó)礦產(chǎn)資源的特點(diǎn)，尤其是在有色金屬和稀有金屬方面的優(yōu)勢(shì)，濕法冶金應(yīng)該大力發(fā)展。在實(shí)際生產(chǎn)中，冶金方法的選擇和應(yīng)用可以是兩種或多種方法的聯(lián)合使用，主要決定于所使用的原料種類及對(duì)產(chǎn)品的要求，也取決于技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，如工藝技術(shù)指標(biāo)、設(shè)備裝置、動(dòng)力和燃料及試劑價(jià)格、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)等?！舅伎寂c交流2】此題的目的在于使學(xué)生關(guān)注身邊發(fā)生的與化學(xué)有關(guān)的實(shí)事和現(xiàn)象，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。通過(guò)對(duì)所列數(shù)據(jù)的分析，可知質(zhì)量為27 g的鋁制飲料罐所含飲料的熱能僅為生產(chǎn)27 g鋁所消耗能量的1/3 000，而且回收鋁制飲料罐得到鋁與從鋁土礦制鋁相比，前者的能耗僅為后者的3%5。顯然，僅從能耗角度即可看出回收鋁制品具有重大意義，回收金屬資源的意義也不止如此?！舅伎寂c交流3】1. 圖3-27中，汽車的表面涂覆，船體上鋅塊的陽(yáng)極保護(hù)，不銹鋼制餐具。2. 金屬腐蝕的本質(zhì)在于金屬因與接觸金屬的其他物質(zhì)在一定條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)而受到損害，因此，金屬的防護(hù)主要是從金屬（如正確的選材、陰極保護(hù)、陽(yáng)極保護(hù)、合金化）與接觸