第八单元金属和金属材料.docx

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第八单元金属和金属材料

第八单元金属和金属材料

课题一金属材料

要点一：

金属材料

定义：

金属材料包括纯金属和他们的合金

1、常见的金属及其共同性质

（1）常见的重要金属：

铁铝铜锌钛锡金银等

（2）共同性质：

金属光泽；有良好的导热性；有良好的导电性；良好的延展性；韧性好能弯曲

2、常见金属的特性

（1）颜色：

大多数为银白色，铜呈紫红色、金呈黄色

（2）状态：

常温状态下大多数是固体，汞为液体

（3）导电性、密度、熔点、硬度差别大差别大

3、一些金属的物理性质的比较

4、合金知识

（1）合金：

由两种或两种以上的金属与其他金属或非金属熔合而成的具有金属特征的物质。

合金是混合物，合金中至少有一种金属

（2）生铁（含碳量为2％—4.3％）和钢（含碳量为0.03％—2％）都是铁的合金。

因为含碳量不同的合金的性能不同，含碳量越大，硬度越大；含碳量越低，韧性越好

（3）黄铜片是铜和锌的合金；焊锡是锡和铅的合金；不锈钢是铁、铬、镍的合金；青铜是铜和锡的合金；18K黄金是金、银、铜的合金；钛合金具有很好的相容性，可用来制造人造骨；具有记忆效应的合金叫做形状记忆合金

（4）合金的性能与组成合金的各成分的性能不同，合金比组成他们的纯金属的硬度大、熔点低

【要点诠释】

（1）金属的用途主要从不同金属各自不同的性质以及价格、资源、美观、便利、回收等方面考虑。

如银的导电性（100）比铝的导电性（61）大得多，但电性一般用铝制而不用银制，因为铝的密度小、价格低、资源更加丰富

（2）合金的硬度、强度、抗腐蚀性等一般都好于组成他们的纯金属

经典例题

根据下表数据，不能制得的合金为（）

金属

钠

钾

铝

铜

铁

熔点/℃

97.8

93.6

660

1083

1535

沸点/℃

883

774

2200

2595

2750

A钾、铁合金B钾、钠合金C钠、铝合金D铁、铜合金

答案：

A

解法归纳：

若A物质的熔点＞B物质的沸点，则AB两种物质无法制得合金

课题二金属的化学性质

要点一：

金属的化学性质

1、金属与氧气的反应

铁

铝

镁

反应现象

在氧气中点燃，剧烈燃烧，火星四射，放热，生成黑色固体

在空气中常温下，铝表面变暗，生成一层致密的氧化膜

在空气中点燃，剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体

化学方程式

反应特征

都是氧化反应、化合反应，生成金属化合物

【要点诠释】

（1）钾钙钠镁铝锌等金属在常温下能够与空气中的氧气反应，其中铝锌在其表面生成了一层致密的氧化膜，阻止氧化反应的继续进行

（2）铁、铜在潮湿的空气中、常温下能够发生缓慢氧化——生锈。

铁生锈的条件：

铁、水、空气中的氧气共同作用；铜比铁更难生锈，生锈的条件是：

铜、水、空气中的氧气、二氧化碳共同作用

（3）镁在空气中可以点燃，剧烈燃烧；铁丝在空气中不燃烧，在纯氧中可以燃烧；铜在空气、氧气中都不燃烧，但可以与氧气发生氧化反应生成氧化铜；真金不怕火炼说明金在高温下也不与氧气反应

2、金属与酸的反应

铁丝

铝丝

铜丝

反应现象

稀盐酸

铁丝表面产生少量气泡，溶液由无色变为浅绿色

铝丝表面产生大量气泡，溶液颜色无变化

无明显现象（不反应）

稀硫酸

铁丝表面产生少量气泡，溶液由无色变为浅绿色

铝丝表面产生大量气泡，溶液颜色无变化

无明显现象（不反应）

涉及的化学方程式

讨论

①上述方程式的特点是由一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物，这样的反应是置换反应

②根据铜不与酸反应，铁反应较不剧烈，而铝的反应现象最剧烈，可以初步推断，三种金属的活动性由强到弱依次是铝＞铁＞铜

③铁与酸反应，生成的是氯化亚铁（FeCl2）、硫酸亚铁（FeSO4），而不是氯化铁（FeCl3）、硫酸铁（Fe2（SO4）3）

【要点诠释】

（1）参与反应的金属必须是排在金属活动性顺序氢前面的金属

（2）酸不能为强氧化性酸：

如浓硫酸、硝酸

（3）金属与酸发生反应后，溶液的质量均增加

（4）活泼金属与酸反应都产生气泡，但速率不同；都放出热量，但多少不同；溶液的颜色大多数不发生变化（除铁外）

3、金属与某些化合物的溶液反应

铁丝浸入硫酸铜溶液

铁丝浸入硫酸亚铁溶液

铜丝浸入硫酸铝溶液

反应现象

铁丝表面有光亮的红色物质生成，溶液由蓝色变为浅绿色

铝丝表面有黑色物质生成，溶液由浅绿色变为无色

无明显现象（不反应）

相关方程式

讨论

①上述方程式的特点是由一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物，这样的反应是置换反应

②由于铝能置换出铁、铁能置换出铜，可以判断三种金属的活动性由强到弱依次是铝＞铁＞铜

③铜不能与硫酸铝溶液反应，是因为铜的金属活动性比铝弱

【要点诠释】

（1）只有较活泼的金属才能把不太活泼的金属从它化合物的溶液中置换出来

（2）被置换的金属化合物必须溶于水

（3）铁与酸或金属化合物发生置换反应时，生成的铁的化合物均为+2价

（4）参加反应的金属不能为钾、钙、钠，因为他们过于活泼，会与金属化合物溶液中的水反应

要点二：

置换反应

置换反应是由一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应，如：

【要点诠释】

（1）置换反应可以表示为A+BC=AC+B

（2）置换反应的特征：

单质+化合物=单质+化合物，即反应物一定是单质和化合物，生成物一定是单质和化合物

要点三：

金属活动性顺序

常见金属的活动性顺序如下

【要点诠释】

（1）在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性就越强

（2）在金属活动性顺序里，位于氢前面的金属可以置换出盐酸、稀硫酸中的氢，且金属的位置越靠前，它与酸反应生成氢气的速率就越快

（3）在金属活动性顺序里，位于前面的金属能把位于后面的金属从他们化合物的溶液里置换出来（K、Ca、Na除外）

经典例题

1、向硝酸银和硝酸铜的混合溶液中加入一定量的锌粉，充分反应后加入稀盐酸无明显现象，则下列说法正确的是（）

A一定有锌粉剩余B所得溶液中一定有铜离子、锌离子

C一定有银粉生成D所得溶液中一定有铜离子、银离子

答案：

C

解析：

滴加稀盐酸无明显现象，则说明反应后不含活泼金属（即锌），因为锌先与硝酸银溶液反应置换出银，所以一定有银粉生成，其余量都不确定

解法归纳：

解决一种金属与两种溶液（或两种金属与一种溶液）的有关问题，第一步应先判断反应发生的先后顺序（写出三种金属的活动性强弱顺序，一头一尾首先反应）；第二步写出反应的方程式；第三步根据题目的一些特殊限制，确定反应金属或溶液的量

2、下列质量相同的金属，分别加入到足量的稀盐酸中充分反应，生成氢气最多的是（）

A镁B铝C铜D锌

答案B

解法归纳：

比较放出氢气质量的多少：

质量相同、质量分数相同的少量同种酸与过量金属反应，各金属生成的氢气的质量始终相等；质量相同、质量分数相同的少量盐酸和硫酸与过量的同种金属反应，盐酸生成的氢气多；过量的酸（不一定是同种酸，但质量相同）与少量金属反应，各金属生成氢气的质量，存在该关系：

，即生成氢气的多少与其化合价和相对原子质量有关

3、现有等质量的甲乙丙（他们在生成物中化合价均为+2价）三种金属，分别放入三份溶质质量分数相同的过量稀盐酸中，产生氢气的质量与反应时间的关系如右图所示，则下列说法不正确的是（）

A生成氢气的质量甲＞乙＞丙

B相对原子质量乙＞丙＞甲

C金属活动性乙＞甲＞丙

D消耗硫酸的质量甲＞乙＞丙

答案：

B

解析：

此时金属的相对原子质量与生成氢气的质量成反比

解法归纳：

当金属为等质量、酸的质量分数相同且过量、生成的化合物的价态相同、横坐标表示反应时间时（以上条件缺一不可）：

直线越靠上生成氢气的质量越大；相对原子质量的大小与生成氢气的质量成反比；拐点出现得越早金属活动性越强；消耗酸质量的多少与生成氢气的质量成正比（若生成的化合物的价态不同，则只使用上述规律的1、3点）

4、只做两次实验验证铜、铁、锌的金属活动性顺序，请你设计实验方案

答案：

第一种

实验一：

锌与氯化亚铁溶液反应；实验二：

铜与氯化亚铁溶液反应

第二种：

实验一：

铁与硫酸锌溶液反应；实验二：

铁与硫酸铜溶液反应

解法归纳：

解决两次试验验证三种金属活动性强弱的相关题目：

第一步应先排出其活动性顺序（即先写出结论）；第二步按照一头一尾相同的原则，即可以两边的金属选单质，中间的金属选它的盐溶液、或两边的金属选它们的盐溶液，中间的金属选单质（易错点：

铁在选择盐溶液时，阳离子必须为亚铁离子；银的盐溶液必须选择硝酸银溶液）

拓展：

若比较三种金属的活动性强弱（其中一种金属的活动性未知），在猜测时必须按照客观规律，即不能违背已知的活动性顺序，然后在根据上述规律选择试剂进行试验

5、为得出铝＞铁＞氢＞铜这一结论，现有一支试管（不能倒掉加入的物质），可用的试剂有稀盐酸、铜、铁丝、铝，请你设计实验完成他们的探究

答案：

在试管中倒入稀盐酸，依次加入铜、铁、铝即可

解法归纳：

一支试管验证多种金属的活动性强弱顺序（一般所选的溶液为稀盐酸）：

第一步应先排出其活动性顺序（即先写出结论）；第二步只需要遵从由弱到强的顺序依次加入金属即可

课题三金属资源的利用和保护

要点一：

常见的金属矿物

1、地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，除金、银等少数很不活泼的金属有单质的形式存在外，其余都以化合物的形式存在

2、几种常见的金属矿物及其主要成分

金属矿物

赤铁矿

黄铁矿

菱铁矿

铝土矿

黄铜矿

辉铜矿

主要成分

Fe2O3

FeS2

FeCO3

Al2O3

CuFeS2

Cu2S

【要点诠释】

（1）金属元素在地壳中的含量由大到小：

铝铁钙、钠钾镁

（2）工业上把能原来提炼金属的矿物叫做矿石。

在自然条件下，铝、铁等金属无单质形式，因为这些金属的活动性强，会与氧气、水等反应生成化合物

（3）人类最先使用铜，而后是铁，铝只有100多年的使用历史，这主要和他们的化学性质、冶炼难度有关

要点二：

工业炼铁

原料

铁矿石、焦炭、石灰石等

主要反应原理

在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来，其主要原理为（以赤铁矿为例）：

主要设备

高炉

【要点诠释】

（1）铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程

①在高炉中用焦炭的作用是提供热量和生成还原剂一氧化碳

②石灰石的作用是除去二氧化硅等杂质，将矿石中的二氧化硅转化为炉渣（CaSiO3）

③冶炼过程中的主要方程式

（2）高炉中炼出的铁是生铁，主要成分是铁，还含有C、P、S等元素，所以生成的铁是和其他元素的合金

要点三：

一氧化碳还原氧化铁的实验探究

1、实验装置

2、反应的化学方程式（炼铁原理）：

3、实验步骤

（1）检查装置的气密性

（2）将适量的氧化铁粉末放入试管内，并固定装置

（3）向玻璃管内通入一氧化碳，并点燃尾灯

（4）待装置内的空气排完，点燃酒精喷灯给氧化铁加热

（5）当试管内红色粉末变为黑色时，停止加热，熄灭酒精喷灯

（6）待玻璃管内的固体冷却到室温后，停止通入一氧化碳，熄灭尾灯

4、实验现象：

红色的粉末逐渐变为黑色，澄清的石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰

5、检验装置内的空气是否排尽的方法：

在右端导气口收集一试管气体，移进火焰，若发出轻微的爆鸣声，则装置内的空气已经排尽

【要点诠释】

实验的注意事项

（1）先通入一氧化碳的目的：

排出装置内的空气，防止一氧化碳与空气混合，加热时发生爆炸

（2）实验完成后继续通入一氧化碳气体直到玻璃管冷却到室温的目的：

防止高温下的铁与空气接触被氧化；防止试管内的澄清石灰水倒流炸裂试管

（3）尾气的处理：

尾气中的一氧化碳有毒，所以要经过尾气处理，可以使其点燃生成无毒的二氧化碳

（4）若试验中没有酒精喷灯，也可使用酒精灯代替，但需要在酒精灯火焰的上方加一个金属网罩，使火焰更加集中，提高温度

要点四：

含杂质物质的化学方程式的计算

化学方程式所表示的都是纯净物发生化学变化时的相互关系，生成物也是纯净物各物质之间的质量关系，但实际上绝对的纯净物是没有的。

因此当参与反应或生成的是含杂质的物质时，必须先把含有杂质的物质换算成纯净物的质量，才能进行计算。

而实际炼铁中所用的矿石是不纯的，炼出的铁也是不纯的，因此计算时要注意有关的换算×

计算公式：

【要点诠释】

（1）化学方程式所表达的物质间的质量关系都是参加反应的纯净物间的关系

（2）做题时要重视审题，看清题目中所给的质量分数是纯度还是杂质的质量分数

（3）纯净物和不纯物质之间的关系：

要点五：

金属资源的保护和利用

1、铁生锈的条件：

铁与水、氧气同时接触

2、防止铁生锈的方法

3、保护金属资源的有效途径

（1）防止金属锈蚀

（2）废旧金属的回收利用

（3）合理有效的开采矿物

（4）寻找金属的替代品

【要点诠释】

（1）铁锈的主要成分是红色的氧化铁（Fe2O3），在推断题中，一般不考铁生锈生成氧化铁，因为该反应无法写出化学方程式，常考的是铁在氧气中点燃生成四氧化三铁（再与还原金属的气体连着考）

（2）铁与铝、锌表面的氧化膜不同，前者疏松、易吸水，后者致密（铁粉可做双吸剂吸收水和氧气）

（3）在探究铁制品生锈的条件时，植物油的作用是隔绝氧气，干燥剂氯化钙的作用是吸收水分，使用经煮沸后迅速冷却的蒸馏水是为了除去水中的杂质，试验表明浸在盐水中与空气接触的铁钉氧化得最快

（4）能做干燥剂的物质：

氧化钙（生石灰）、氯化钙、浓硫酸