人教版 (新课标)选修2 化学与技术课题2 金属材料教学设计及反思

课题2    金属材料

教学目标：

1、举例说明金属材料的特点，了解有关的生产原理。

2、举例说明用化学方法进行金属材料表面处理的原理。

3、讨论社会发展和科技进步对材料的要求，认识化学对材料科学发展的促进作用。 

4、收集我国现代材料研究和材料工业发展情况的资料，认识新材料的发展方向。

教学重点、难点：了解有关炼铁、钢及铝的冶炼化学原理；了解金属防腐蚀的一般方法和原理。

探究建议：

1、就近参观金属材料的生产、加工企业 （或者观看有关影像），收集有关资料，撰写有关科学小品。

2、实验：电路板的化学刻蚀。

3、观看影像或参观：金属的电镀等。

课时划分：两课时

课前预习

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Al2O3)，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Al2O3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。

5．金属的化学腐蚀是指                                                          

                          ；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                             。

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                   。

〔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：

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。

   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。

2．电解原理的应用

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。

钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀比较

⑴金属腐蚀的快慢：与电解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。

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

解析]A黄铜若发生电化学腐蚀时，被腐蚀的金属应是金属性较活泼的锌而不是铜；B生铁中含较多的碳，比软铁芯在电解质作用下更容易形成原电池，也更容易发生电化学腐蚀而生锈；C铁质器件附有铜配件时，在接触电解质溶液时，铁作阳极失去电子发生氧化反应而被腐蚀；D银质奖牌久置后可能被氧气或硫氧化成银的化合物而使其表面变暗，这是化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。

答案]D

例题3]工业上用铝土矿（主要成分是Al2O3·H2O、Al2O3·3H2O、以及少量的Fe2O3、SiO2等），提取纯Al2O3作冶炼铝的原料。提取的操作过程可用以下流程图表示：

⑴写出滤液A中一种溶质与过量NaOH溶液反应进入滤液B中的离子方程式         。

⑵若步骤①中没有过滤操作而直接进入步骤②，对后面操作将产生的影响是          。

解析]提纯Al2O3的关键是要根据Al2O3、Fe2O3、SiO2化学性质上的差异。Al2O3有两性，既可溶于NaOH溶液，又可溶于盐酸；Fe2O3只溶于盐酸；SiO2只溶于NaOH溶液。先加盐酸，过滤，除去不溶的SiO2，向滤液中加入足量NaOH溶液，过滤，除去Fe(OH)3。

答案]⑴Al3＋＋4OH－＝AlO2－＋2H2O

⑵ ①中不溶物(SiO2)在操作②中会被NaOH溶解