8.1应用广泛的金属材料——钢铁2013.10(精品).ppt

8.1应用广泛的金属材料钢铁一、铁单质1 1、铁元素的用途、铁元素的用途1 1）铁是人体健康、植物生长所必需的元素之一）铁是人体健康、植物生长所必需的元素之一2 2）一个成年人体内约含铁）一个成年人体内约含铁3-5g,3-5g,其中其中70%70%以上在血红蛋白中以上在血红蛋白中.人体缺铁会造成缺铁性贫血人体缺铁会造成缺铁性贫血.含铁较多的食物有动物的肝脏含铁较多的食物有动物的肝脏,苋菜苋菜,芹菜芹菜,番茄等番茄等.3 3）铁是植物制造叶绿素时不可缺少的催化剂铁是植物制造叶绿素时不可缺少的催化剂.如果一盆花很如果一盆花很快失去鲜艳的颜色和芳香的气味快失去鲜艳的颜色和芳香的气味,叶子发黄枯萎叶子发黄枯萎,这就是土这就是土壤中缺铁的迹象壤中缺铁的迹象,应及时补充铁肥应及时补充铁肥.2 2、铁的原子结构、铁的原子结构1 1）易失电子）易失电子显还原性显还原性 FeFe2e2eFeFe2 2 FeFe3e3eFeFe3 32 2）铁元素的化合价为）铁元素的化合价为2 2价价或或3 3价价。3 3、铁的物理性质、铁的物理性质 银白色，金属光泽，密度大银白色，金属光泽，密度大7.867.86，熔，熔15351535沸沸27502750点高点高 有延展性、导热性、导电性，能被磁体吸引有延展性、导热性、导电性，能被磁体吸引4 4、铁（纯铁）的化学性质、铁（纯铁）的化学性质1 1）铁与）铁与ClCl2 2、O O2 2、S S、C C等非金属单质反应等非金属单质反应2 2）铁跟酸的反应）铁跟酸的反应a a、与非氧化性酸反应生成亚铁盐和氢气、与非氧化性酸反应生成亚铁盐和氢气 Fe+2HFe+2H+=Fe=Fe2+2+H+H2 2b b、与过量的、与过量的HNOHNO3 3、浓、浓H H2 2SOSO4 4等反应生成铁盐等反应生成铁盐3 3）铁与水的反应）铁与水的反应常温下，纯铁与水不起反应常温下，纯铁与水不起反应。不纯的铁在水不纯的铁在水、空气的作用下易空气的作用下易发生电化腐蚀发生电化腐蚀腐蚀。腐蚀。高温下，铁与水生成高温下，铁与水生成FeFe3 3O O4 4和和H H2 24 4）铁与盐溶液的反应）铁与盐溶液的反应a a、铁能置换出金属活动顺序表中排在它后面的金属、铁能置换出金属活动顺序表中排在它后面的金属b b、Fe+Fe+2Fe2Fe3 3+=3 3FeFe2+2+思考：过量的铁与氧化性酸反应的产物思考：过量的铁与氧化性酸反应的产物3Fe+4H3Fe+4H2 2O(g)O(g)FeFe3 3O O4 4+4H+4H2 2高温高温练习：1 1、思考：铁与哪些物质反应可以生成思考：铁与哪些物质反应可以生成FeFe2+2+，与哪些物质反，与哪些物质反应可以生成应可以生成FeFe3+3+，与哪些物质反应可以既有，与哪些物质反应可以既有FeFe3+3+也有也有FeFe2+2+？2 2、将铁粉撒入下列溶液中充分反应后，溶液的质量增加但将铁粉撒入下列溶液中充分反应后，溶液的质量增加但无气体放出的是：无气体放出的是：A A、CuClCuCl2 2 B B、H H2 2SOSO4 4 C C、Hg(NOHg(NO3 3)2 2 D D、FeFe2 2(SO(SO4 4)3 33 3、将将FeFe粉放入粉放入FeClFeCl3 3溶液反应后，溶液中的溶液反应后，溶液中的FeFe3+3+和和FeFe2+2+浓度浓度相等，求已反应的相等，求已反应的FeFe3+3+和未反应的和未反应的FeFe3+3+的物质的量之比的物质的量之比A 2A 2：3 B 33 B 3：2 C 12 C 1：2 D 12 D 1：1 14 4、将将2020克克FeFe防入一定量稀防入一定量稀HNOHNO3 3中充分反应后，放出中充分反应后，放出2.242.24升升标况下气体，标况下气体，Fe Fe有剩余，求剩余有剩余，求剩余FeFe的质量？的质量？铁铁 红红磁性氧化铁磁性氧化铁黑色黑色 粉末粉末红棕色粉末红棕色粉末黑色晶体黑色晶体+2+3+2，+3不不 溶溶不不 溶溶不不 溶溶碱碱 性性 氧氧 化化 物物都能与都能与酸酸反应。如反应。如都能被还原。如都能被还原。如高温高温名称名称氧化亚铁氧化铁四氧化三铁俗称俗称化学式化学式色态色态化合价化合价水溶性水溶性类型类型共共性性与酸与酸与还原剂与还原剂空气中的稳空气中的稳定性定性不稳定，空气中不稳定，空气中加热，生成加热，生成Fe3O4稳定稳定氧化亚铁、四氧化三氧化亚铁、四氧化三铁可以与氧化性酸发铁可以与氧化性酸发生氧化还原反应生氧化还原反应还可被氢气还可被氢气和碳还原和碳还原与非氧化性酸发与非氧化性酸发生复分解反应生复分解反应CO 高温高温 CO2C +铁的氧化物铁的氧化物=铁铁+CO2H2 H2O可用做油漆的颜料FeO.Fe2O32、炼钢炼铁1）生铁与钢的比较2）铁矿石的成分和种类铁矿石的成分和种类铁的合金 生铁 钢C%2%4.3%0.03%2%其它杂质Si、Mn、S、P（较多）Si、Mn、S、P（较少）机械性能 质硬而脆、无韧性 坚硬、韧性大、可塑性好机械加工 可铸不可锻可铸、可锻、可压延铁铁矿矿石石脉石脉石和硫磷杂质和硫磷杂质铁化合物铁化合物FeFe3 3O O4 4(磁铁矿石磁铁矿石)FeFe2 2O O3 3(赤铁矿石赤铁矿石)2Fe2Fe2 2O O3 33H3H2 2O(O(褐铁矿石褐铁矿石)FeCOFeCO3 3(菱铁矿石菱铁矿石)3 3）炼铁：炼铁：a a、设备：设备：高炉高炉b b、原料：铁矿石，焦炭，空气原料：铁矿石，焦炭，空气 石灰石石灰石aCaCO O3 3=CaO+=CaO+COCO2 2c c、原理：、原理：3 3COCO+Fe+Fe2 2O O3 3=2Fe+3=2Fe+3COCO2 2高温高温CaO+SiOCaO+SiO2 2=aSiaSiO O3 3C C+COCO2 2=2=2COCO高温高温高温高温C C+O O =COCO2 2点燃点燃（供热、（供热、CO2）（制还原剂）（制还原剂）造造渣渣f f：高炉煤气：高炉煤气：COCO、COCO2 2、N N2 2、大量灰尘等大量灰尘等d d、焦炭的作用、焦炭的作用e e、石灰石的作用、石灰石的作用高温高温4）炼钢a a、反应原理：高温下，用氧化剂把生铁里过多的碳和其它杂质氧化成气体或炉渣而除去。b b、目的：降碳、调硅锰、去硫磷。c c、主要反应（1 1）氧化造渣（反应条件均为高温）2 2FeFeO O2 22FeO2FeO；2 2FeOFeOSiSiSiOSiO2 22Fe2Fe FeOFeOMnMnFeFeMnOMnO；FeOFeOC CCOCOFeFe生成的二氧化硅、氧化锰与造渣材料生石灰相互作用成为炉渣。（2 2）去硫、磷 FeS+CaOFeS+CaOFeO+CaSFeO+CaS；P+5FeO+3CaO P+5FeO+3CaO5Fe+Ca5Fe+Ca3 3(PO(PO4 4)2 2（3 3）脱氧：用硅铁或金属铝来还原钢水中少量FeOFeO 2FeO+Si2FeO+SiSiOSiO2 2+2Fe+2Fe；3FeO+2Al 3FeO+2Al3Fe+Al3Fe+Al2 2O O3 3 FeO+MnFeO+MnFe+MnOFe+MnO生成的二氧化硅等大部分形成炉渣而除去，部分的硅、锰等留在钢里以调整钢的成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧成各种钢材。转炉的结构图转炉的结构图氧气顶吹转炉炼钢法氧气顶吹转炉炼钢法（1 1）转炉的构造）转炉的构造（2 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）适量的造渣材料（如生石灰等）、脱氧剂。、脱氧剂。（3 3）热源：依靠熔融铁水中的杂）热源：依靠熔融铁水中的杂质等被氧气氧化所放出的热量，质等被氧气氧化所放出的热量，不需要燃料。不需要燃料。（4 4）使用纯氧代替空气可以克服使用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆以及痰气排出时带走钢质变脆以及痰气排出时带走热量的缺点。热量的缺点。（5 5）炼钢过程中产生的大量棕色）炼钢过程中产生的大量棕色烟气的主要成分是氧化铁尘粒烟气的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的和高浓度的COCO气体等。不能直气体等。不能直接排放，必须净化回收，综合接排放，必须净化回收，综合利用。利用。炼铁和炼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 还原剂还原出铁还原剂还原出铁氧化氧化-还原反应还原反应氧化剂氧化杂质除去氧化剂氧化杂质除去铁矿石、石灰石、铁矿石、石灰石、焦碳、空气焦碳、空气生铁（废钢）、纯氧、生铁（废钢）、纯氧、氧化钙氧化钙炼铁高炉炼铁高炉转炉、平炉、电炉转炉、平炉、电炉化学式化学式Fe(OH)Fe(OH)2 2Fe(OH)Fe(OH)3 3色态色态 色固体色固体 色固体色固体与非氧化与非氧化性酸反应性酸反应与氧化性与氧化性酸反应酸反应稳定性稳定性制法制法二者的二者的关系关系白白红褐红褐Fe(OH)Fe(OH)2 22H2H=Fe=Fe2 22H2H2 2O OFe(OH)Fe(OH)3 33H3H=Fe=Fe3 33H3H2 2O O三三.铁的氢氧化物铁的氢氧化物3Fe(OH)3Fe(OH)2 210HNO10HNO3 3(稀稀)=)=3Fe(NO3Fe(NO3 3)3 3NONO8H8H2 2O OFe(OH)Fe(OH)3 33H3H=Fe=Fe3 33H3H2 2O O易被氧化，受热分解，产易被氧化，受热分解，产物很复杂物很复杂 受热易分解受热易分解 可溶性亚铁盐与碱溶液可溶性亚铁盐与碱溶液反应：反应：可溶性铁盐与碱溶液反应：可溶性铁盐与碱溶液反应：空气中，空气中，Fe(OH)Fe(OH)2 2能够非常迅速地被氧气氧化成能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)Fe(OH)3 3，现象是，现象是 白色沉淀白色沉淀迅速变成迅速变成 灰绿灰绿色，最后变成色，最后变成红褐红褐色色；4Fe(OH)4Fe(OH)2 2O O2 22H2H2 2O=4Fe(OH)O=4Fe(OH)3 3与氧化性酸时被氧化成三价与氧化性酸时被氧化成三价铁盐，与非氧化性酸发生铁盐，与非氧化性酸发生复分解反应复分解反应与酸发生复分解反应与酸发生复分解反应四、铁盐和亚铁盐四、铁盐和亚铁盐1 1铁盐铁盐(1)Fe1)Fe3 3主要表现主要表现 氧化性氧化性，其溶液是，其溶液是 棕黄棕黄色色(2)Fe(2)Fe3 3水解使溶液显酸性，离子方程式为水解使溶液显酸性，离子方程式为：FeFe3 33H3H2 2O O Fe(OH)Fe(OH)3 33H3H(3)(3)铁盐的化学反应铁盐的化学反应与氨水反应与氨水反应 FeFe3 33NH3NH3 3H H2 2O O Fe(OH)Fe(OH)3 33NH3NH4 4+与与KSCNKSCN溶液反应，变成血红色溶液反应，变成血红色 ，生成，生成Fe(SCN)Fe(SCN)3 3 与单质铜、铁反应与单质铜、铁反应 2Fe2Fe3 3CuCu2Fe2Fe2 2CuCu2 2 2Fe2Fe3 3FeFe3Fe3Fe2 2与与KIKI溶液反应溶液反应 2Fe2Fe3 32I2I2Fe2Fe2 2I I2 2与与SOSO2 2反应反应 2Fe2Fe3 3SOSO2 22H2H2 2O O 2Fe2Fe2 2SOSO4 42-2-4H4HFeFe3+3+的氧化性大于的氧化性大于CuCu2+2+FeFe3+3+与与HIHI反应吗？反应吗？FeFe2 2O O3 3与与HIHI反应吗？反应吗？思考：思考：FeClFeCl3 3溶液中通入溶液中通入H H2 2S S至过量与加人至过量与加人NaNa2 2S S溶液至过溶液至过量，主要产物分别是什么？量，主要产物分别是什么？在在FeClFeCl3 3溶液中通入过量的溶液中通入过量的H H2 2S S：产产物中的物中的FeCl2不会与不会与过过量的量的H2S反反应应生成生成FeS沉淀，沉淀，因因为为溶液中生成了溶液中生成了HCl，呈酸性，呈酸性在在FeCl3溶液中分溶液中分别别加入少量加入少量Na2S，过过量量Na2S溶液的反溶液的反应应方程式如下：方程式如下：2 2亚铁盐亚铁盐(1)Fe(1)Fe2 2既有氧化性，又有还原性，但主要表现既有氧化性，又有还原性，但主要表现 还原还原 性，其溶液性，其溶液通常显通常显 浅绿浅绿色色(2)(2)亚铁盐溶液在空气中易被亚铁盐溶液在空气中易被O O2氧化而变质，故保存时要加入少量氧化而变质，故保存时要加入少量的的铁粉铁粉，防止其被氧化，防止其被氧化(3)(3)亚铁盐的化学反应亚铁盐的化学反应与与ClCl2 2反应反应 2Fe2Fe2ClCl2=2Fe2Fe32Cl2Cl与稀与稀HNOHNO3 3反应反应 3Fe3Fe24H4H NONO3 3=3Fe3Fe3NONO2H2H2O O与与H H2 2O O2 2反应反应 2Fe2Fe2H H2O O22H2H=2Fe2Fe32H2H2O OFeIFeI2 2与与ClCl2 2反应反应 2I2I-+Cl+Cl2 2=I=I2 2+2Cl+2Cl-2Fe 2Fe2+2+4I+4I-+3Cl+3Cl2 2=2Fe=2Fe3+3+2I+2I2 2+6Cl+6Cl-FeBrFeBr2 2与与ClCl2 2反应反应 2Fe2Fe2+2+Cl+Cl2 2=2Fe=2Fe3+3+2Cl+2Cl-2Fe2Fe2+2+4Br+4Br-+3Cl+3Cl2 2=2Fe=2Fe3+3+2Br+2Br2 2+6Cl+6Cl-3 3、FeFe3 3、FeFe2 2的检验方法的检验方法(1)(1)直接观察颜色直接观察颜色 Fe Fe2 2溶液呈浅绿色，溶液呈浅绿色，FeFe3 3溶液呈棕黄色溶液呈棕黄色(2)(2)利用显色反应利用显色反应(形成络离子形成络离子)加加KSCNKSCN呈血红色，加苯酚呈紫色呈血红色，加苯酚呈紫色(3)(3)利用利用氢氧化物氢氧化物沉淀的颜色沉淀的颜色不同不同 Fe(OH)Fe(OH)2 2白色白色-灰绿色灰绿色-红褐色，红褐色，Fe(OH)Fe(OH)3 3红褐色红褐色(4)(4)利用碳酸盐的颜色不同利用碳酸盐的颜色不同 FeCO FeCO3 3灰白色，灰白色，FeFe3+3+与与COCO3 32-2-双水解生成双水解生成Fe(OH)Fe(OH)3 3(4)(4)利用利用FeFe3 3的氧化性的氧化性 与铜片反应与铜片反应铜片被腐蚀铜片被腐蚀 与淀粉碘化钾的反应与淀粉碘化钾的反应溶液变蓝溶液变蓝 与氢硫酸的反应与氢硫酸的反应产生淡黄色沉淀产生淡黄色沉淀 与亚硫酸的反应与亚硫酸的反应溶液颜色变成绿色溶液颜色变成绿色(5)(5)利用利用FeFe2 2的还原性的还原性 与溴水的反应与溴水的反应溶液颜色变黄溶液颜色变黄 与高锰酸钾的反应与高锰酸钾的反应紫红色褪去紫红色褪去4 4、“铁三角铁三角”转化关系及应用转化关系及应用例例1 1、向浅绿色的向浅绿色的FeFe（NONO3 3）2 2溶液中逐滴加入稀盐酸时溶液颜溶液中逐滴加入稀盐酸时溶液颜色的变化是色的变化是 A A、变棕黄色变棕黄色 B B、逐渐变浅逐渐变浅 C C、逐渐加深逐渐加深 D D、没有变化没有变化例例2 2、m molFem molFe和和n molHNOn molHNO3 3(稀稀)恰好完全反应，则恰好完全反应，则n n与与m m之比可之比可能是能是 8:3 5:1 4:1 3:18:3 5:1 4:1 3:1 A B C D A B C D 例例3 3、将含、将含n g HNOn g HNO3 3的稀的稀HNOHNO3 3 ，恰好使，恰好使5.6g5.6g铁粉完全溶解，若铁粉完全溶解，若有有n/4g HNOn/4g HNO3 3被还原成被还原成NO(NO(无其他还原产物无其他还原产物)，则，则n n的值不可能的值不可能是是 A A、12.6 B12.6 B、16.8 C16.8 C、18.9 D18.9 D、25.225.2例例4 4、铜和铁的混合粉末投入稀铜和铁的混合粉末投入稀HNOHNO3 3，待反应完全后待反应完全后固体固体有剩有剩余，则溶液中一定有余，则溶液中一定有 A A、CuCu(NONO3 3)2 2 B B、FeFe(NONO3 3)2 2 C C、FeFe(NONO3 3)3 3 D D、HNOHNO3 3例例5 5、将铁粉、铜粉、将铁粉、铜粉、FeClFeCl3 3溶液、溶液、FeClFeCl2 2溶液和溶液和CuClCuCl2 2溶液放溶液放入某容器中，充分反应后，入某容器中，充分反应后，（1 1）若有）若有FeFe剩余，则容器中不可能有剩余，则容器中不可能有:（2 2）若有）若有CuClCuCl2 2溶液剩余，则容器中不可能有溶液剩余，则容器中不可能有:（3 3）若）若CuClCuCl2 2溶液和溶液和FeClFeCl3 3溶液都有剩余，则反应后的混合物溶液都有剩余，则反应后的混合物中不可能有中不可能有:例例6 6、某溶液中有、某溶液中有NHNH4 4+、MgMg2+2+、FeFe2+2+和和AlAl3+3+四种离子四种离子,若向其中若向其中加入过量的氢氧化钠溶液加入过量的氢氧化钠溶液,微热并搅拌微热并搅拌,再加入过量的盐酸再加入过量的盐酸,溶液中大量减少的阳离子是：溶液中大量减少的阳离子是：A A、NHNH4 4+B B、MgMg2+2+C C、FeFe2+2+D D、AlAl3+3+例例7 7、向稀硫酸中加入铜粉不发生反应。若再加入某种盐，、向稀硫酸中加入铜粉不发生反应。若再加入某种盐，则铜粉可以逐渐溶解。符合此条件的盐是则铜粉可以逐渐溶解。符合此条件的盐是 A A、NaNONaNO3 3 B B、KCl CKCl C、ZnSOZnSO4 4 D D、FeFe2 2(SO(SO4 4)3 3例例8 8、用足量的、用足量的COCO还原还原14g14g铁的氧化物或铁的氧化物的混合物，铁的氧化物或铁的氧化物的混合物，将生成的将生成的COCO2 2通入足量的澄清石灰水中，得到通入足量的澄清石灰水中，得到25g25g沉淀，则沉淀，则该物质不可能是该物质不可能是 A A、FeOFeO、FeFe2 2O O3 3 B B、FeFe2 2O O3 3、FeFe3 3O O4 4 C C、FeOFeO、FeFe3 3O O4 4 D D、FeFe2 2O O3 3例例9 9、在含有、在含有CuCu（NO3NO3）2 2、FeFe（NO3NO3）3 3和和AgNO3AgNO3各各0.1mol0.1mol的混的混合物中加入铁粉，经反应未见气体放出，当析出合物中加入铁粉，经反应未见气体放出，当析出3.2g Cu3.2g Cu时，溶解的铁粉的质量时，溶解的铁粉的质量 A A、5.6g B5.6g B、2.8g C2.8g C、14g D14g D、8.4g8.4g例例1010、将将14g14g铁粉全部溶于稀铁粉全部溶于稀HNOHNO3 3溶液中，均恰好完全反应，溶液中，均恰好完全反应，放出放出NONO气体后得到溶液气体后得到溶液1L1L。称量所得溶液的结果比原稀称量所得溶液的结果比原稀HNOHNO3 3溶液增重溶液增重8g8g。求：求：(1 1)所得溶液中金属离子的物质的所得溶液中金属离子的物质的量浓度。量浓度。(2 2)原稀原稀HNOHNO3 3的的物质的量浓度。物质的量浓度。(3)NO3)NO的体积的体积