一、从矿石中获得金属
生产过程
金属矿物 矿石冶炼氧化还原反应金属
钢铁的冶炼
(1)炼铁的原理是利用氧化还原反应,在高温下用还原剂将铁从其氧化物中还原出来,原料是铁矿石、焦炭、石灰石、空气,产生还原剂的反应是 C+O2CO2,CO2+C2CO,炼铁的反应是3CO+Fe2O32Fe+3CO2,造渣的反应是 CaCO3CaO+CO2↑、CaO+SiO2CaSiO3,高炉煤气的成分是 N2、CO、CO2。
(2)炼钢的原理是在高温下用氧化剂将过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去,原料是铁水或废钢铁。写出炼钢过程发生主要反应的化学方程式2C+O22CO,2Fe+O22FeO,FeO+CCO↑+Fe,FeS+CaOCaS+FeO。
铝的冶炼
(1)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溶液中,然后往溶液中通入过量的二氧化碳,过滤,灼烧,即得Al2O3,上述反应的化学方程式为Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O,
NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3,
2Al(OH)3△Al2O3+3H2O。
(2)冰晶石的化学式为 Na3AlF6,在电解三氧化二铝时,加入冰晶石的作用是帮助降低Al2O3的熔点,电解Al2O3的化学方程式为 2Al2O3950~970 ℃通电,Na3AlF64Al+3O2↑。电解时,阳极产生氧气,碳块要消耗,所以要定期补充碳块。
二、金属的腐蚀及防止
金属的化学腐蚀是指金属材料与其表面接触的一些物质直接发生化学反应而引起的腐蚀,金属的电化学腐蚀是指不同金属或不纯金属与电解质溶液接触,因发生原电池反应,比较活泼的金属失电子而被氧化的过程。
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腐蚀电池,铁通常作为阳极,失去电子发生氧化反应而被腐蚀,其电极反应为 Fe-2e-===Fe2+。钢铁在大气中的腐蚀通常为吸氧腐蚀,其阴极反应式为 O2+4e-+2H2O===4OH-。若电解质溶液酸性较强,则发生的是析氢腐蚀,其电极反应式为 2H++2e-===H2↑。
电镀是一种特殊的电解,在电镀时,待镀金属作阴极,镀层金属作阳极,含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液,电镀时,电解质溶液的浓度不变。如在一把小刀上镀锌,小刀接电源的阴极,电极反应式为 Zn2++2e-===Zn。