61金属及其冶炼课件.ppt

1、存在形式存在形式单质：不活泼金属，如单质：不活泼金属，如Au、Pt等等化合物化合物轻金属一般以轻金属一般以Cl-、SO42-、PO43-、CO32-盐形式存在盐形式存在重金属主要形成氧化物重金属主要形成氧化物和硫化物和硫化物1、存在形式、存在形式2、金属的分类、金属的分类(2)按密度按密度 (1)(1)按工业生产分按工业生产分：黑色金属黑色金属铁、铬、锰及其合金铁、铬、锰及其合金有色金属有色金属除铁、铬、锰以外所有的金属除铁、铬、锰以外所有的金属轻金属（轻金属（4.5g/cm3）：）：K、Ca、Na、Mg、Al、Sr、Ba等等重金属（重金属（4.5g/cm3）:Cu、Ni、Pb、Zn、Hg、F

2、e、Ag等等常温下，除汞以外的金属都呈固态。金属具有良常温下，除汞以外的金属都呈固态。金属具有良好的导电性、导热性、延展性和美丽的金属光泽。好的导电性、导热性、延展性和美丽的金属光泽。3、金属的物理性质和金属键、金属的物理性质和金属键银白银白银白银白银白银白略带金色略带金色银白银白银白银白银白银白银白银白7.861535好好较大较大2.7660良好良好比较硬比较硬1.74651能能较软较软1.8791.5320.860.970.534碱金属、镁、铝、铁的物理性质碱金属、镁、铝、铁的物理性质质软质软更软更软优良优良较低较低低低4、金属之最：、金属之最：5、合金的概念及性能：、合金的概念及性能：两

3、种或两种以上的金属（或金属跟非金属）两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。合金的熔点熔合而成的具有金属特性的物质。合金的熔点比组成金属低，但硬度大，机械加工性能好。比组成金属低，但硬度大，机械加工性能好。e.密度最大的是密度最大的是_；最小的是；最小的是_。a.导电、导热性最好的是导电、导热性最好的是_；其次是；其次是_。Agb.延展性最好的是延展性最好的是_。Auc.硬度最大的是硬度最大的是_；最软的是；最软的是_。Csd.熔点最高的是熔点最高的是_；最低的是；最低的是_。WHg(其次是其次是Cs)OsLiCrCu二、金属的化学性质二、金属的化学性质 1、与氧气

4、反应、与氧气反应2、与非金属反应、与非金属反应3、与水反应、与水反应 4、与酸反应、与酸反应5、与盐反应、与盐反应6、其他反应、其他反应三、金属的冶炼三、金属的冶炼四、金属的某些特性四、金属的某些特性6.1 金属及其冶炼金属及其冶炼一、金属元素原子结构特点一、金属元素原子结构特点1、金属在周期表中的位置、金属在周期表中的位置（2）过渡金属元素最外层有）过渡金属元素最外层有12个个s电子，有变价，其低电子，有变价，其低 价氧化物及其水化物显碱性，高价的显酸性或两性。价氧化物及其水化物显碱性，高价的显酸性或两性。原子半径较大，原子的价电子较少（原子半径较大，原子的价电子较少（13个），个），在化学

5、反应中易失去电子而变成金属阳离子，化在化学反应中易失去电子而变成金属阳离子，化合价只有正价。合价只有正价。（1）IA、IIA、IIIA族金属有族金属有13个价电子，无变价，个价电子，无变价，氧化物及其水化物显碱性（或两性）。氧化物及其水化物显碱性（或两性）。（3）IVA、VA族金属最外层电子数较多，有变价，它们的族金属最外层电子数较多，有变价，它们的 氧化物及其水化物高价显酸性，低价显碱性或两性。氧化物及其水化物高价显酸性，低价显碱性或两性。2、金属的原子结构特点：、金属的原子结构特点：一、金属元素原子结构特点一、金属元素原子结构特点 M ne Mn+(还原性还原性)金属活动性顺序表：金属活动

6、性顺序表：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb （H）Cu、Hg、Ag、Pt、Au失去电子要吸收能量失去电子要吸收能量，吸收能量越少越易失，吸收能量越少越易失去电子，还原性越强；去电子，还原性越强；得到电子要放出能量得到电子要放出能量，放出能量越多越易得到电子，氧化性越强。放出能量越多越易得到电子，氧化性越强。二、金属的化学性质二、金属的化学性质2 Na2O2（淡黄色固体）（淡黄色固体）4 2Na2O（白色固体）（白色固体）4 3 2Al2O3（毛刷实验）（毛刷实验）2 2CuO2 2MgO（有耀眼强光）（有耀眼强光）Cu+O2 Fe+O2(纯）纯）Al+O2 Mg+O2 Na+

7、O21、与氧气反应、与氧气反应 Li+O2点燃点燃 Na+O2 点燃点燃点燃点燃点燃点燃4 2Li2O3 2 Fe3O4（黑色固体）黑色固体）氢以前的金属可在空气或纯氧中氧化氢以前的金属可在空气或纯氧中氧化2、与非金属反应、与非金属反应 Fe+Cl2Cu+Cl2Fe+S Cu+S2FeCl3322点燃点燃CuCl2点燃点燃FeSCu2S3、与水反应、与水反应 Na+H2O(冷）冷）Mg+H2O Al+H2O+NaOH Fe+H2O(g)NaAlO2+H2Fe3O4+H2 NaOH+H2222222223344高温高温Mg(OH)2+H2氢后面的金属不与水反应氢后面的金属不与水反应Mg、Al和沸

8、水反应，生成不溶性碱和氢气和沸水反应，生成不溶性碱和氢气K、Ca、Na等金属和冷水反应，生成可溶性碱和氢气等金属和冷水反应，生成可溶性碱和氢气Zn、Fe、Sn、Pb在高温下与水蒸气反应，生成不溶性在高温下与水蒸气反应，生成不溶性碱性氧化物和氢气碱性氧化物和氢气4、与酸反应、与酸反应(CH3COO)2Mg +H2 Zn2+H2CuSO4+SO2+2H2OCu(NO3)2+2NO2+2H2O3Cu(NO3)2+2NO+4H2OFe2+H2Zn +2H+Fe +2H+Cu+2H2SO4(浓浓)Cu+4HNO3(浓浓)3Cu+8HNO3(稀稀)Mg+2CH3COOH5、与盐反应、与盐反应Cu +Fe2

9、+Cu2+2Ag2 2 Cu(OH)2+Na2SO4+H2Fe +Cu2+Cu +2Ag+CuSO4+Na+H2O 6、其他反应、其他反应2Fe +Al2O3 +Q2MgO +C2Al +Fe2O32Mg +CO22Na+2CH3CH2OH点燃点燃点燃点燃2CH3CH2ONa+H2铝热反应铝热反应现象：现象：剧烈反应，放出大量热量，发出耀眼的光芒剧烈反应，放出大量热量，发出耀眼的光芒现象：现象：剧烈燃烧，放出耀眼白光，有白色固体生成，剧烈燃烧，放出耀眼白光，有白色固体生成，瓶壁上有黑色固体瓶壁上有黑色固体铝热剂铝热剂白白 +黑黑H原子的活泼性：原子的活泼性：H2O 乙醇中的乙醇中的-OH三、金

10、属的冶炼三、金属的冶炼K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）CuHg、AgPt、Au 物理法物理法(自然界以单质存在自然界以单质存在)电解法电解法热还原法热还原法加热法加热法2 2Hg+O2 2 2 Na +Cl2 冶炼方法冶炼方法反应方程式反应方程式电解法电解法热还原法热还原法加热法加热法高温高温Fe2O3 +CO NaCl(熔融）熔融）通直流电通直流电 Al2O3(熔融）熔融）Na3AlF6通直流电通直流电 MnO2 +Al高温高温 HgS +O2高温高温2 4Al +3O2 3 2Fe +3CO2 Cu +H2O3 4 3Mn +2Al2O3Hg +SO2 (一一)、冶炼

11、方法、冶炼方法 CuO +H2 HgO试管口向上倾斜试管口向上倾斜（二）几种金属的冶炼（二）几种金属的冶炼1、湿法炼铜：、湿法炼铜：Fe +CuSO4 FeSO4 +Cu 3、铝的制法：、铝的制法：2Al2O3(熔融）熔融）4Al +3O2 通直流电通直流电Na3AlF6 2、海水提镁：、海水提镁：MgCl2+Ca(OH)2 Mg(OH)2+CaCl2 Mg(OH)2+2HCl MgCl2+2H2O MgCl2（熔融）（熔融）Mg+Cl2 通电通电I、炼铁、炼铁Fe2O3 FeH2、CO、C、Al等还原剂等还原剂(2)主要原料：主要原料：铁矿石铁矿石、焦炭、石灰石和空气焦炭、石灰石和空气(3)

12、主要设备：主要设备：高炉高炉(1)反应原理：反应原理：在高温下，用在高温下，用CO作还原剂把作还原剂把 铁矿石中的铁还原出来。铁矿石中的铁还原出来。4 4、炼铁和炼钢：、炼铁和炼钢：铁矿石的成分和种类铁矿石的成分和种类铁矿石铁矿石脉石脉石和硫磷杂质和硫磷杂质铁化合物铁化合物Fe3O4 (磁铁矿石磁铁矿石)Fe2O3 (赤铁矿石赤铁矿石)2Fe2O33H2O (褐铁矿石褐铁矿石)FeCO3 (菱铁矿石菱铁矿石)C+O2CO2CO2+C2CO3CO+Fe2O32Fe+3CO2炼铁过程示意炼铁过程示意(4)主要反应主要反应 还原剂的形成还原剂的形成 C O2 CO2 Q CO2 C 2CO Q高温高

13、温高温高温 铁的还原铁的还原（炉身的中下部及炉腰）（炉身的中下部及炉腰）Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 高温高温 炉渣的形成炉渣的形成 CaCO3 CaO CO2 CaO SiO2 CaSiO3高温高温高温高温答：高炉煤气不可直接排放，必须净化处理并答：高炉煤气不可直接排放，必须净化处理并 加以综合利用加以综合利用问题问题2：生铁含那些成分？：生铁含那些成分？(5)产物产物（1）生铁）生铁（2）高炉煤气：）高炉煤气：CO、CO2、N2、大量灰尘等。大量灰尘等。（3）炉渣：主要是）炉渣：主要是CaSiO3问题问题1：原料中焦炭和石灰石的作用是什么：原料中焦炭和石灰石的作用是什么？答：焦炭的

14、作用是作燃料和形成还原剂。答：焦炭的作用是作燃料和形成还原剂。石灰石的作用是作熔剂，除脉石。石灰石的作用是作熔剂，除脉石。问题问题3：高炉煤气能否直接排放？怎么处理？：高炉煤气能否直接排放？怎么处理？答：生铁主要含铁，除此之外还含有答：生铁主要含铁，除此之外还含有2%-4.3%的碳，还的碳，还 含有锰、硅、硫、磷等元素。含有锰、硅、硫、磷等元素。生铁与钢的比较生铁与钢的比较问题：问题：1由于铁和钢在性能上的不同，决定了钢比由于铁和钢在性能上的不同，决定了钢比 铁的用途更广。对比铁和钢成分上的差异，铁的用途更广。对比铁和钢成分上的差异，你认为将铁怎样处理就变成了钢。你认为将铁怎样处理就变成了钢。

15、2怎样可以除硫、磷，减少碳？怎样可以除硫、磷，减少碳？炼钢的目的：炼钢的目的：A A、适当降低生铁里的含碳量；、适当降低生铁里的含碳量；B B、除去大部分硫、磷等有害杂质；、除去大部分硫、磷等有害杂质；C C、调整钢里合金元素的含量到规定的范围。、调整钢里合金元素的含量到规定的范围。IIII、炼钢：、炼钢：生铁生铁 钢钢(1)需要做到：需要做到：降：降低含碳量降：降低含碳量除：除去硫、磷等杂质除：除去硫、磷等杂质 调：调节合金元素的含量调：调节合金元素的含量(2)反应原理：反应原理：利用氧化还原反应，在高温下，利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂（纯氧气）把生铁中过多用氧化剂（纯氧气）把生铁中

16、过多的碳和其它杂质氧化除去。的碳和其它杂质氧化除去。(3)原料：原料：生铁、氧气、生石灰、硅铁和生铁、氧气、生石灰、硅铁和锰铁锰铁(4)主要反应过程主要反应过程产生氧化剂：产生氧化剂：2Fe+O2 2FeO（生铁、氧气）（生铁、氧气）高温高温除硅，锰，碳等杂质：除硅，锰，碳等杂质：Si+2FeOSiO2+2Fe Mn+FeO MnO+Fe C+FeO CO+Fe高温高温高温高温高温高温造渣：造渣：CaO+SiO2 CaSiO3 （生石灰（生石灰)硫、磷杂质与生石灰作用形成炉渣被除去。硫、磷杂质与生石灰作用形成炉渣被除去。高温高温脱氧：脱氧：Si+2FeO SiO2+2Fe （硅铁、锰铁）（硅铁

17、、锰铁）调节合金元素调节合金元素高温高温(5)炼钢设备：炼钢设备：转炉、电炉、平炉转炉、电炉、平炉转转 炉炉(6)炼钢与环保节能炼钢与环保节能（棕色烟气棕色烟气：Fe2O3、CO）设备：设备：转炉、电炉、平炉。转炉、电炉、平炉。方法：方法：氧气顶吹转炉炼钢法氧气顶吹转炉炼钢法小结：炼钢小结：炼钢（1）转炉的构造）转炉的构造（2）原料：生铁（液态）、氧气、）原料：生铁（液态）、氧气、适量的造渣材料（如生石灰等）、脱氧剂。适量的造渣材料（如生石灰等）、脱氧剂。（3）热源：依靠熔融铁水中的杂质等被氧气氧化）热源：依靠熔融铁水中的杂质等被氧气氧化 所放出的热量，不需要燃料。所放出的热量，不需要燃料。回

18、答：回答：1 1：因为用纯氧代替空气可以克服由于空气里：因为用纯氧代替空气可以克服由于空气里 的氮气的影响而使钢质变脆以及氮气排出的氮气的影响而使钢质变脆以及氮气排出 时带走热量的缺点。时带走热量的缺点。2 2：主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的：主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的COCO气气 体等。不能直接排放，必须净化回收，综体等。不能直接排放，必须净化回收，综 合利用。合利用。问题问题1 1：为什么要用纯氧来代替空气炼钢？：为什么要用纯氧来代替空气炼钢？问题问题2 2：炼钢过程中产生的大量棕色烟气其主：炼钢过程中产生的大量棕色烟气其主 成分是什么？能否直接排放？成分是什么？能否直接排放？炼铁和炼

19、钢的比较炼铁和炼钢的比较把铁从铁矿石中把铁从铁矿石中还原出来还原出来降低含碳量降低含碳量;除硫磷等杂除硫磷等杂质质;调节合金元素的含量调节合金元素的含量氧化氧化-还原反应还原反应 还原剂还原剂还原出铁还原出铁氧化氧化-还原反应还原反应氧化剂氧化剂氧化杂质氧化杂质除去除去铁矿石、石灰石、铁矿石、石灰石、焦炭、空气焦炭、空气生铁、纯氧、生石灰、生铁、纯氧、生石灰、硅铁和锰铁硅铁和锰铁高炉高炉转炉、平炉、电炉转炉、平炉、电炉讨论题：炼铁和炼钢的主要反应原理有什么异同？讨论题：炼铁和炼钢的主要反应原理有什么异同？四、金属的某些特性四、金属的某些特性1、Fe在氧气中燃烧以及在高温下跟水蒸气在氧气中燃烧以

20、及在高温下跟水蒸气 反应产物都是反应产物都是Fe3O4；Fe在置换反应中生在置换反应中生 成成Fe2+；Fe遇浓硫酸、浓硝酸发生钝化。遇浓硫酸、浓硝酸发生钝化。2、由于各种金属中的金属键强度差别极大，、由于各种金属中的金属键强度差别极大，因此表现出不同金属的熔沸点相差极大。因此表现出不同金属的熔沸点相差极大。3、K、Ca、Na与某些盐溶液的反应，生成与某些盐溶液的反应，生成 氢气，再发生复分解反应。氢气，再发生复分解反应。金属性和金属活动性的比较金属性和金属活动性的比较金属性金属性是指金属原子在化学反应中失去电是指金属原子在化学反应中失去电子成为阳离子的性质。金属越易失去电子，子成为阳离子的性质。金属越易失去电子，则其金属性越强。则其金属性越强。金属活动性金属活动性是指金属置换出水或酸中氢的难是指金属置换出水或酸中氢的难易程度，是由多种因素决定的。易程度，是由多种因素决定的。元素的金属性和金属活动性有联系，但并不元素的金属性和金属活动性有联系，但并不完全一致，如：完全一致，如：金属性金属性:金属活动性：金属活动性：PbSnSnPbNaCaCaNa