金属的冶炼
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金属的冶炼
一、金属元素在自然界中的存在形式
不同金属的化学活泼性不同,它们在自然界中的存在形式也各不相同。少数化学性质不活泼的金属,在自然界中能以游离态存在,如Pt、Au及少量的Cu、Ag;化学性质比较活泼的金属,在自然界中以化合态形式存在,大多数金属在自然界中以化合态存在,,如铝在自然界中以铝矿石形式存在。陨石中含有游离态铁。
二、金属冶炼
1、原理:金属的冶炼是把金属从矿石中提炼出来的过程,其实质是使金属化合物中的金属离子的电子变成金属原子。
2、金属冶炼的步骤
第一步:矿石的富集、除去杂质,提高矿石中有用成分的含量
第二步:冶炼,利用氧化还原反应,在一定条件下,用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质。
第三步:精炼,采用一定方法,提炼纯金属。
3、金属冶炼的方法(通常采用)
(1)热分解法 金属活动顺序表中位于氢后面的金属氧化物受热能分解。
2HgO 2Hg+O2↑
2Ag2O
4Ag+O2↑
(2)热还原法
用还原剂C、CO、H2、活泼金属,将某些金属离子还原成单质。(适用活动性介于Mg~Cu间的大多数金属的冶炼)
MgO+C
Mg+CO↑
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
WO3+3H2 W+3H2O Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O3
(3)电解法 用电解熔融盐或氧化物来冶炼。(一般是活泼的金属)
2Al2O3 4Al+3O2↑ MgCl2 Mg+Cl2↑ 2NaCl 2Na+Cl2↑
4、金属冶炼的规律
(1)由于生产条件不同,同种金属可能有多种冶炼方法,但冶炼方法的总趋势是:金属活动顺序中,金属的位置越靠后,越容易被还原,越靠前,越难被还原。最活泼的金属只能用最强的还原方法电解来还原。
(2)根据生产实际和化学原理选择不同的方法:如金属钾的制取,一般并不用电解KCl的方法,而是用熔融状态下的KCl和Na反应:Na+KCl NaCl+K(g) 。抽走钾蒸气,根据平衡移动原理,上述平衡向生成钾的方向移动。
三、金属的回收和资源保护
金属制品在使用过程中被腐蚀或损坏,每年有大量废旧金属产生,把废旧的金属作为一种资源加以回收利用,既减少了垃圾量,防止污染环境,又缓解了资源短缺的矛盾。回收的废旧金属,大部分可以重新制成金属或它们的化合物再利用。
四、金属活动性知识归纳总结
金属活动顺序表 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
原子失电子能力
(或其还原性) 强 弱
阳离子得电子能力(或其氧化性) 弱 强
与氧气反应 常温下易被氧化 常温下缓慢被氧化 加热被氧化 不能
置换水中的H+ 常温能置换 加热时能置换 不能置换
置换酸中的H+ 能置换 不能置换
与盐溶液反应 先与水反应 前面的金属置换出后面金属
自然界中存在 化合态 化合态和游离态 游离态
冶炼方法 电解熔融物 还原剂还原 加热法 富集
△ △
高温 高温
高温 高温
电解 电解 电解
用途广泛的金属材料
一、常见合金的重要应用
1.合金的定义
合金是指由两种或两种以上的 熔合而成的具有
特性的物质。
2.合金与纯金属的性能差异
(1)硬度 合金的硬度及机械加工性能一般 各成分金属。
(2)熔点 合金的熔点一般 各成分金属。
3.常见的合金
(1)铜合金
①青铜:主要含 、 、
②黄铜:主要含 、 等
③白铜:主要含 、 、 等
(2)钢: 碳素钢(低碳钢、中碳钢、高碳钢)、合金钢
二、正确选用金属材料
1.金属材料的分类
2.金属材料的正确选用
在进行金属材料选择时,常常要考虑以下几个方面:主要用途、 、性质(密度、硬度、强度、导电性)、化学性质(对水的作用、耐 性)、价格、加工难度、日常维护等方面。
合 金 主要成分 主要性能与用途
铜
合
金 青铜 铜、锡、铅 强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀,用于制造轴承、齿轮等机器零件
黄铜 铜、锌 强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀,用于制造仪表等机器零件
白铜
铜、镍 光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工,用于制造精密仪器和装饰品
铁
合
金 碳素钢 铁、碳 含碳量越低,韧性越高,强度越低;含碳量越高,韧性越低,强度越高。用于制造钢板、钢管、刀具等
合金钢 铁、铬、锰、镍等 含不同元素的合金,具有不同的优良性能,可用于制造不锈钢及各种特种钢
硬铝 铝、铜、镁、硅 强度和硬度好,用于火箭、飞机、轮船等制造业
小结