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課時1 金屬材料的性能
第三單元 金屬材料的性能及應用
思考與交流1
人們在生活和生產中使用的金屬材料多是合金或純金屬
金
鉑
黃銅礦：CuFeS2
孔雀石：Cu2(OH)2CO3
菱鎂礦：MgCO3
菱鐵礦: FeCO3
鋁土礦：Al2O3
赤鐵礦：Fe2O3
一、金屬在自然界中的存在形式
游離態
金、鉑
化合態
思考與交流1
二、金屬的冶煉
將金屬從其化合物中還原出來用于生產和制造各 種金屬材料，這一過程在工業上稱為金屬的冶煉。
1.原理：
想一想，要使金屬礦物轉化為金屬單質，金屬元素的化合價如何變化，發生什么反應？
2.實質：
114053860@
2HgO == Hg+O2↑
1.熱分解法
為什么秦始皇帝陵至今未開？
（西漢）司馬遷：《史記》，載“始皇初即位，穿治酈山，及并天下，天下徒送詣七十馀萬人，穿三泉，下銅而致槨，宮觀百官奇器珍怪徙臧滿之。以水銀為百川江河大海，機相灌輸，上具天文，下具地理。以人魚膏為燭，度不滅者久之。
（東晉）葛洪：《抱樸子》丹砂燒之成水銀，積變又還成丹砂 —— 葛 洪《抱樸子》
2Ag2O == 4Ag+O2↑
越不活潑的金屬被冶煉的時間越早
問題：人類歷史在某種意義上也是一部金屬冶煉史，人類冶煉金屬的歷史年代數據如圖 所示，你發現了什么規律
材料1: 日照澄洲江霧開，淘金女伴滿江隈。
美人首飾侯王印，盡是沙中浪底來——宋·劉禹錫《浪淘沙》
材料 2: 用礦( 硫化礦，主要成分為 Cu2S) 二百五十 籮…… 入 大 旋 風 爐，連 烹 ( 灼 燒) 三 日 三 夜，方 見 成 銅——明·陸容《菽園雜記》。
材料3：西漢時的煉丹家劉安著的《淮南萬畢術》中記載著“曾青得鐵，則化為銅”。注：曾青是藍綠色的硫酸銅溶液。
請閱讀以上材料，寫出所涉及的化學反應方程式。
2.物理提取法：Au、Pt
Cu2S+O2==2Cu+SO2
CuSO4+Fe=Cu+FeSO4
高溫
請回顧所學知識，還有哪些制取單質銅方法？
火法煉銅：
濕法煉銅：
CuO+H2===Cu+H2O
高溫
2CuO+C===2Cu+CO2 ↑
高溫
3.熱還原法
Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2
高溫
C(焦炭) + O2(空氣) = CO2
高溫
C(焦炭) + CO2(空氣) = 2CO
高溫
了解了煉汞、沙里淘金、煉銅和冶鐵的相關資料，
我們發現不同的金屬有不同的冶煉方法，越不活潑的金屬冶煉越簡單，說說這與金屬的什么性質有關？又是如何關聯的
實質：
金屬活動性順序
金屬活動性逐漸減弱
金屬的還原性逐漸減弱，金屬離子的得電子能力逐漸增強
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
探究鋁熱反應
思考:鎂條和氯酸鉀的作用分別是什么？
高溫
1.反應現象
2.化學方程式
3.反應原理
發出耀眼白光，產生大量的熱，紙漏斗被燒破，有紅熱的液滴滴落到蒸發皿，冷卻后成為黑色固體
Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3
高溫
鎂條和氯酸鉀的作用
①鎂條為引燃劑------提供高溫
②氯酸鉀為助燃劑-----提供氧氣
活潑性較強的鋁，在一定條件下把活潑性相對弱的金屬從其氧化物中還原出來。所以一些活潑的金屬也可作還原劑
應用
如果工業上大規模使用鋁熱法煉鐵，是否合適？
問題：鋁熱反應是吸熱反應還是放熱反應？
放熱反應
1.焊接鋼軌。
2.在冶金工業上制備高熔點金屬，使鋁與金屬氧化物反應，冶煉釩（V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鈷（Co）等
3MnO2+4Al 3Mn+ 2Al2O3
高溫
Cr2O3+2Al 2Cr + Al2O3
高溫
3V2O5+10Al 6V+ 5Al2O3
高溫
鋁熱劑
3Co3O4+8Al 9Co + 4Al2O3
高溫
Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3
高溫
思考：鋁是地殼中含量最多的元素，但歷史上鋁為什么這么貴？
材料4：19世紀，法國皇帝拿破侖三世為了顯示自己的富有和尊貴，令人給他制造了一頂比黃金更名貴 的王冠——鋁王冠。而且，在拿破侖三世的宴會上， 只有王室成員和貴族來賓才能榮幸地用鋁匙和鋁叉進餐，而地位較低的客人只能使用普通的金制和銀制餐具。
材料5：1889年，俄國沙皇賜給門捷列夫一座鋁制獎杯，以表彰其編制化學元素周期表的貢獻。
鋁的冶煉
1746年
法國科學家拉瓦錫證實不能用碳等還原劑使氧化鋁還原。
1825年
1886年
美國化學系學生霍爾和法國的埃魯分別同時發現了“冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法”制備金屬鋁
1854年
3K+AlCl3 Al + 3KCl
一定條件
3Na+NaAlCl4 Al + 4NaCl
一定條件
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
2NaCl (熔融) === 2Na + Cl2 ↑
使鋁的價格大幅降低
霍爾—埃魯鋁電解法
冰
晶
石
〔美〕霍爾 〔法〕埃魯
書寫電解法得到鈉，鎂、鋁三種金屬的化學方程式。
MgCl2 (熔融) === Mg + Cl2 ↑
電解
2Al2O3 (熔融) === 4Al + 3O2 ↑
電解
冰晶石
2NaCl (熔融) === 2Na + Cl2 ↑
電解
思考：能用氧化鎂和氧化鋁作為電解鎂、鋁的原料嗎？
金屬冶煉方法與金屬活動性關系
問題1：銅比金活潑，鈉比鋁活潑，但人類使用金的時間晚于銅，冶煉鋁的時間晚于鈉。
問題2：為什么鐵的冶煉比銅晚了幾千年，而后面幾種金屬的冶煉時間卻相對集中？
人類冶煉金屬的順序可能與什么因素有關？
（1）金屬的活動性；
（2）金屬的豐度；
（3）技術水平；
鐵礦石比銅礦石的熔點高，鐵的還原性更強，煉鐵過程需要還原性更強的還原劑和更高的冶煉溫度
鋁土礦
螢石
氧化鋁
冰晶石
鋁錠
碳素電極
液態鋁
石油焦和瀝青焦
電解
計算表明，生產1mol鋁消耗的電能至少為1.8×106J，回收鋁質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%。通過對上述數據的分析和比較，結合圖8-1和圖8-2，你想到了什么？請將你的想法與同學交流。
圖8-1鋁的成產原理示意圖
圖8-2 與生產1 kg鋁相關聯的消耗
用鋁土礦生產鋁，能耗高，資源消耗量大，在生產過程中會產生大量的廢氣、廢液及廢渣，對大氣水體及土壤會產生很大污染；而用廢舊飲料罐生產鋁，能耗低，資源消耗量小，對環境污染很小，變廢為寶，既可以減少廢舊金屬對環境的污染還可以提高礦物有效利用率，是可持續發展的必然要求。
4.合理開發和利用金屬礦物資源，主要途徑有：
(1)提高金屬礦物的利用率。
(2)開發環保高效的金屬冶煉方法。
(3)防止金屬的腐蝕。
(4)加強廢舊金屬的回收和再利用。
(5)使用其他材料代替金屬材料。
2019年5月20號，習近平總書記赴江西考察調研。考察了位于贛州市的江西金力永磁科技股份有限公司，了解企業生產經營和贛州市稀土產業發展情況。
1.工業上常用電解法冶煉的金屬為( )
A.鎂 B.鐵 C.銅 D.銀
A
2.已知一些金屬的發現和使用與其金屬活動性有著必然的聯系。據此推測，下列事件發生在鐵器時代之前的是( )
A.金屬鈉的使用 B.青銅器的大量使用 C.海水提鎂 D.鋁熱法制鉻
B
3.鋁能用于冶煉熔點高的金屬(如V、Cr、Mn等)，用到的鋁的性質是( )
A.銀白色金屬 B.熔、沸點相對較低
C.導電、導熱性能好 D.還原性強，在反應中釋放出大量的熱
D
4.下列各組金屬最適合用H2或CO把它從化合物中還原出來的是( )
A.K、Mg B.Fe、Al C.Fe、Cu D.Hg、Ag
C

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