初中化学第十一讲金属和金属材料.docx
《初中化学第十一讲金属和金属材料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《初中化学第十一讲金属和金属材料.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
初中化学第十一讲金属和金属材料
第十一讲金属和金属材料
一金属材料
知识点1纯金属
1金属的物理性质
常温下一般为固态（汞为液态），有金属光泽，大多数银白色（铜为紫红色，金为黄色），有良好的导热性、导电性、延展性。
2金属材料的分类
金属材料：
黑色金属：
通常指铁、锰、铬以及他们的合金。
有色金属：
重金属：
密度在4.5g/cm-3,以上，如铜、锌、铅
轻金属：
密度在4.5g/cm-3,以下，如钠、镁、铝。
3金属之最
（1）铝：
地壳中含量最多的金属，
（2）钙：
人体中含量最多的金属
（3）铁：
目前世界年产量最多的金属（4）银：
导电、导热性最好的金属（银>铜>金>铝）
（5）铬：
硬度最高的金属（6）钨：
熔点最高的金属
（7）汞：
熔点最低的金属（8）锇：
密度最大的金属
（9）锂：
密度最小的金属
4几种常见金属的性质和用途
物理性质
化学性质
用途
铝
银白色，有金属共性
在空气中形成氧化物保护膜
用于冶炼、电线电缆、铝合金等
铜
银白色，有金属共性
干燥空气中很稳定，潮湿空气中生锈（形成铜绿）
广泛应用于电气、轻工、国防工业、建筑工业等领域
锌
青白色，较脆
在空气中不稳定，形成氧化物薄膜
用于电镀、制铜合金、干电池等
钛
银灰色，熔点较高
耐腐蚀性好，不受大气、海水的影响，对一些酸碱作用缓慢
用于航空工业、造船工业、化学工业、电信器材等
知识点2合金
1定义
由一种金属跟其他一种或几种金属（非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质
2结构和性质
金属在熔合了其他金属或非金属后，不仅组成发生了变化，其内部结构也发生了变化，从而引起性质的变化。
合金有许多优良的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属。
例如，合金的硬度一般比他的各成分金属的硬度大，多数合金的熔点一般比特的各成分金属的熔点低。
使用不同的原料，改变原料的配比，改变生产合金的条件等，可以制的具有不同性能的合金。
因此，合金在工业上具有比纯金属更广泛的应用。
3一些常见的合金的成分、性质和用途
（1）铁合金
生铁和钢都是铁的合金，生铁中含碳量为2%-4.3%，另外还含有少量的硅、锰、硫、磷等元素；钢中含碳量为0.03%-2%，还含有极少量的铬锰镍等元素。
这是生铁和钢最本质的区别。
一般来说，生铁的熔点比钢略低，硬而脆，无韧性，而钢有良好的韧性和塑性。
（2）铝合金
硬铝的主要成分是铝、铜、镁、锰、硅，强度和硬度好，主要用于火箭、飞机、轮船等制造业。
（3）铜的合金
青铜：
含铜80%，锡15%，锌5%。
青铜的强度高，可塑性好，耐磨，耐腐蚀性，常用来做机械零件，如轴承，齿轮等
白铜：
含铜50%-70%，镍18%-20%，锌13%-15%。
白铜的光泽好，耐磨，耐腐蚀性，易加工，主要用来制刀具，钱币，代替银做饰品
黄铜：
含铜60%，锌40%。
黄铜的强度高，可塑性好，易加工，常用来做机器零件、仪表、日用品
（4）钛和钛合金
钛是一种银灰色金属，熔点较高，密度较小，机械强度高，且容易加工成型，并具有优异的抗腐蚀性能，在低温和超低温下，钛和钛合金仍能保持他们良好的机械性能。
例题
例1金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的应用。
下列性质属于金属共性的是（）
A硬度很大，熔点和高B有良好的导电性，传热性
C是银白色的固体D易于酸反应产生氢气
例题2下列有关铁的说法错误的是（）
A地壳中铁元素含量排在第四位B在铁制品表面镀锌可防锈
C用铁矿石与焦炭在高炉内炼钢D生铁的含碳量比钢的含碳量高
课堂练习
1我省目前已有近百家企业参与奥运建设，产品涉及体育用品，建筑材料，书博相册，食品等，下列产品使用的材料属于金属材料的是（）
A部分书册使用了再生纸B场馆建设使用了大量的钢筋
C部分相册使用了塑料粒子D部分印刷油墨使用了无毒可食用的大豆油墨
2鞍钢集团全力支持上海世博会，为上海虹桥交通枢纽建设提供了4.7万吨精品钢材，下列关于钢的说法不正确的是（）
A钢是纯净物B钢是铁合金
C钢的含碳量低于生铁D钢的性能优于生铁
二金属的化学性质
知识点1金属的化学性质
1与氧气的反应
大多数金属都能与氧气反应，但反应的难易和剧烈程度不同。
镁、铝等在常温下就能与氧气反应；铁、铜等在常温时几乎不与氧气反应，但在高温时与氧气反应；金在高温时也不与氧气反应，通常所说的真金不怕火炼就是这个意思。
即镁、铝比较活泼，铁、铜次之，金不活泼。
比较镁、铁、铝与氧气反应的条件与现象如下表示：
空气
氧气
反应方程式
镁
在空气中剧烈燃烧，发出白光，生成白色固体
比在空气中燃烧更为剧烈
2Mg+O2===2MgO
铝
粉末状的铝剧烈燃烧，块状铝一般不燃烧，只缓慢氧化
在氧气中剧烈燃烧，发出白光，生成白色固体
4Al+3O2===2Al2O3
铁
在空气中不燃烧，只与氧气缓慢氧化
在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体
3Fe+2O2==Fe3O4
2与酸的反应
许多金属都能与盐酸或稀硫酸反应，生成相应的盐或氢气。
常见的金属与酸的反应如下表所示：
金属
现象
反应的化学方程式
稀盐酸
稀硫酸
稀盐酸
稀硫酸
镁
剧烈反应，产生大量的气泡，溶液仍为无色，生成的气体能够燃烧并产生淡蓝色火焰
剧烈反应，产生大量的气泡，溶液仍为无色，生成的气体能够燃烧并产生淡蓝色火焰
Mg+2HCl＝MgCl2+H2↑
Mg+H2SO4＝MgSO4+H2↑
铝
反应比较剧烈，产生大量气泡，溶液仍为无色，生成的气体能够燃烧并产生蓝色火焰
反应比较剧烈，产生大量气泡，溶液仍为无色，生成的气体能够燃烧并产生蓝色火焰
2Al+6HCl＝2AlCl3+3H2↑
2Al+3H2SO4＝Al2（SO4）3+3H2↑
铁
反应缓慢，有气泡生成，溶液由无色逐渐变为浅绿色，生成的气体能够燃烧并产生蓝色火焰
反应缓慢，有气泡生成，溶液由无色逐渐变为浅绿色，生成的气体能够燃烧并产生蓝色火焰
Fe+2HCl＝FeCl2+H2↑
Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑
铜
不反应
不反应
3金属与盐溶液的反应
将锌片、铁丝，铜丝三种金属分别放入硫酸铜溶液中、硝酸银溶液和氯化钠溶液中，现象如下
CuSO4溶液
AgNO3溶液
NaCl溶液
Zn
锌表面有一层红色金属析出，溶液由蓝色变为无色
Zn+CuSO4===ZnSO4+Cu
锌表面有一层银白色金属析出
2AgNO3+Zn===Zn（NO3）2+2Ag
无变化，不反应
Fe
铁表面有一层红色金属析出，溶液由蓝色变为浅绿色
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu
铁表面有一层银白色金属析出，溶液由无色变为浅绿色
2AgNO3+Fe=Fe（NO3）2+2Ag
无变化，不反应
Cu
无变化，不反应
红色的金属表面有一层银白色的金属析出，溶液由无色变为蓝色
2AgNO3+Cu=Cu（NO3）2+2Ag
无变化，不反应
知识点2金属活动性顺序
金属活动性反应了金属在水溶液中失去电子变成金属阳离子的难易程度，是决定置换反应能否进行的重要依据。
常见的金属活动性顺序如下：
K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Sn>Pb（H）>Cu>Ag>Pt>Au
注：
1在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，他的活动性就越强。
2位于H前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢，但在实际应用时应注意硝酸和浓硫酸例外，因为他们都有很强的氧化性，与金属进行反应一般生成水而不生成氢气，另外对于不溶于水的硅酸，酸性很弱的碳酸与排在氢前面的一些金属一般也不发生置换反应
3位于前面的金属能把位于后面的金属从他们的盐中置换出来（除KCaNa外）
知识点3置换反应
1定义
一中单质跟一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应。
2类型
（1）金属置换出非金属
A金属和酸的反应：
Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑
B特例2Mg+CO2===2MgO+C
（2）金属置换出金属
金属和盐溶液反应：
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu
（3）非金属置换出金属
加热
高温
碳（或氢气）还原金属氧化物：
C+2CuO===2Cu+CO2H2+CuO===Cu+H2O
高温
（4）非金属置换出非金属
C+H2O===CO+H2
3置换反应的规律和发生条件如下表所示：
规律
发生条件
氢气+金属氧化物==金属+水
1加热2KCaNaMgAl的氧化物除外
碳+金属氧化物===金属+二氧化碳
1高温2KCaNaMgAl等的氧化物除外
金属+酸====盐+氢气
1浓硫酸、硝酸具有氧化性，与金属反应不生成氢气
2在金属活动性顺序中排在氢前面的金属才能置换出酸中的氢
金属+盐===新盐+新金属
1盐必须能溶于水
2在金属活动性顺序中，排在前面的金属才能置换出后面的金属
3KCaNa很活泼，与盐溶液反应不能置换出金属
例题
例1收藏家收藏的清末铝制品保存至今十分完好，该艺术品不易生锈的原因（）
A铝的氧化物容易发生还原反应
B铝不易氧化
C铝易氧化，但铝表面的氧化铝具有保护内部铝的作用
D铝不易发生化学反应
例2质量相同的下列金属，分别加入到足量的盐酸中充分反应，放出氢气最多的是（）
AMgBAlCCuDZn
课堂练习
1下列各组物质恰好完全反应,所得的溶液为无色的是
A,铁和稀硫酸B,铁和稀盐酸C,铜和硝酸银D,铝和硫酸铜
2向AgNO3（硝酸银）,Cu（NO3）2（硝酸铜）,Zn（NO3）2（硝酸锌）混合液中,加入一定量的铁粉,充分反应后过滤,向滤出的固体中滴加稀硫酸,有气体生成,则滤出的固体一定有
A,Ag,Cu,ZnB,Cu,Zn,FeC,Ag,Zn,FeD,Ag,Cu,Fe
三金属资源的利用和保护
知识点1铁的冶炼
1铁的存在和分布
铁在自然界中分布较广，在地壳中含量接近5%。
在金属含量中仅次于铝的含量。
是岩石圈的重要组成元素，地壳中的铁一化合物的形式存在
2铁的物理性质
纯铁具有银白色金属光泽，质软，有良好的延展性和导电、导热性能，熔沸点高，能被磁铁吸引。
3铁的化学性质
在一定条件下可以跟多种非金属单质及某些化合物发生化学反应。
单质铁参加置换反应的生成物中，铁的化合价为+2价。
（1）
点燃
与氧气反应
a在纯氧中点燃，发省燃烧（铁在空气中不能燃烧），化学方程式为：
3Fe+2O2====Fe3O4
b常温下在干燥的空气中，铁很难与氧气发生化学反应
c在潮湿的空气中发生缓慢氧化而生锈，主要反应为4Fe+3O2====2Fe2O3
（2）与酸发生置换反应
铁可与稀盐酸和稀硫酸反应，生成亚铁盐和氢气，有气泡产生，溶液由无色变为浅绿色。
化学方程式为：
Fe+2HCl=FeCl2+H2↑，Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
（3）与不活泼金属的盐溶液发生置换反应
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu，2AgNO3+Fe=Fe（NO3）2+2Ag
（4）其他性质
高温
a炽热的铁与水蒸气其反应生成四氧化三铁和氢气，化学方程式为：
3Fe+4H2O=====Fe3O4+4H2
b铁在常温遇到浓硫酸或浓硝酸时，表面生成一层致密的氧化物保护膜，是铁钝化，故可用铁制品盛装浓硫酸或浓硝酸。
4铁的冶炼
（1）实验室炼铁的原理
高温
原理：
在高温下，用一氧化碳把铁从铁的氧化物里还原出来。
化学方程式为？
：
3CO+Fe2O3===2Fe+3CO2
装置：
步骤：
检查装置的气密性，将氧化铁放入玻璃管中央，先点燃右端的酒精灯，给玻璃管通入一氧化碳气体，给氧化铁加热，停止加热，停止铜一氧化碳气体，熄灭右端的酒精灯
现象：
红色粉末逐渐变为黑色，澄清石灰水变浑浊
（2）工业炼铁
原料：
铁矿石，焦炭，石灰石，空气
高温
原理：
铁矿石提供铁元素。
焦炭在燃烧的过程中产生热量，提供炼铁时所需要的高温，他在高温时与氧气反应，生成所需要的还原剂一氧化碳，石灰石的作用主要是将钛矿石中的二氧化硅转化为炉渣，发生的反应是：
CaCO3====CaO+CO2↑
CaO+SiO2=CaSiO3（炉渣）
知识点2金属资源的保护
1保护金属资源的途径
（1）防止金属腐蚀
（2）回收利用废旧金属
（3）合理开采矿物
（4）寻找金属的替代品
2铁的锈蚀
（1）钢铁锈蚀的原因
铁生锈实际上是铁与空气中的水、氧气等物质相互作用，发生的一系列的复杂的化学反应，铁锈的主要成分为三氧化二铁，同时，钢铁的纯度、环境的温度和酸碱性也是影响铁锈蚀的因素
（3）减缓铁制品生锈的措施
保持铁制品表面的清洁，干燥；表面涂保护膜，如涂油，刷漆，电镀，烤蓝等
改变金属结构，制成合金，如不锈钢
知识点3含有杂质物质的计算
1化学方程式所表达的都是纯净物质发生化学变化时的相互关系，各个化学式所规定的化学量反应的是纯净物之间的数量关系
2但参与反应的物质含杂质时，所含杂质并不遵循该反应化学方程式的规律，因此计算时，要先把杂质物质的质量换算成纯净物质的质量，在进行计算。
换算换算方法是：
例题
例1关于金属制品的使用，下列说法正确的是（）
A铝合金门窗变旧变暗后，用砂纸或钢丝球打磨
B铁桶中加入硫酸铜溶液和石灰乳配置杀菌剂波尔多液
C铝壶中的水垢用质量分数为18%的热盐酸长时间浸泡
D对校内用钢架制作的自行车防雨棚应定期喷涂油漆一方生锈
例题2埋在地下的铁管道在下列哪种情况下腐蚀最慢（）
A在干燥致密的土壤中B在干燥疏松的土壤中
C在潮湿致密的土壤中D在潮湿疏松的土壤中
课堂练习
1.铁在空气锈蚀，实际上是铁跟等物质相互作用，发生一系列复杂的化学反应。
铁锈的成分主要是，铁锈是一种物质,能让，直至铁被完全锈蚀。
防止铁生锈最常用的方法是：
。
2现有①磁铁矿（主要成分：
Fe3O4），②黄铁矿（主要成分：
FeS2），③赤铁矿（主要成分：
Fe2O3），请你从多角度分析三种矿石中哪种不适合用来炼铁（填写序号）：
__________，原因是
（1）______________________
（2）。
3用2000t含氧化铁75%的赤铁矿石，可炼出含杂质3%的生铁？
4含碳酸钙90%的石灰t，经煅烧可制得氧化钙多少吨？
课后练习：
1将洁净的铁丝分别进入含有AgNO3和Zn（NO3）2的溶液中，一段时间后取出，铁丝表面覆盖了一层物质，这层物质是（）
AAg,ZnBAgCZnDAg,Fe
2下图1是实验室模拟炼铁的装置图，试回答：
（1）仪器①的名称是_______________________
；仪器②的名称是____________________
（2）实验过程仪器①中发生反应的化学方程式是____________________
仪器③中的现象是_____________________
（3）实验过程中产生的尾气不能直接排放的原因是_________________________________
（4）图2是工业生产中炼铁高炉的结构图．实际生产中炼铁的原料铁矿石、焦炭、石灰石是从原料入口加入，其中焦炭在高炉炼铁时的作用之一是产生高温，另一作用为_____________；生铁出口低于炉渣出口的原因是______________
（5）取少量高炉中炼出的生铁放入烧杯中，加入足量稀盐酸，可观察到的现象_______________________________，发生反应的化学方程式为__________________________
，当反应停止后，还可观察到烧杯底部有黑色不溶物，该物质主要是（填化学式）_______
3将下列纯物质的质量转换成不纯物质的质量。
（1）__________kg含70%Fe3O4的磁铁矿中含Fe3O4140kg。
（2）__________t含5%杂质的石灰石中含CaCO319t。
升级会员 