第十單元金屬第1課時(shí)金屬材料及鋼鐵的銹蝕與防護(hù),總綱目錄,泰安考情分析,基礎(chǔ)知識(shí)過(guò)關(guān),知識(shí)點(diǎn)一常見的金屬材料,1.金屬材料分類金屬材料,2.金屬的物理性質(zhì)常溫下它們都是固體(汞除外),有金屬光澤,大多數(shù)呈銀白色(但銅呈紫紅色,金呈金黃色);具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性;鐵還具有磁性。知識(shí)拓展(1)世界上年產(chǎn)量最高的金屬是鐵,其次是鋁;(2)地殼中含量最高的金屬元素是鋁元素;(3)人體中含量最高的金屬元素是鈣元素;(4)熔點(diǎn)最高的金屬是鎢;(5)生活中使用最多的金屬是鐵。,3.合金(1)定義:在金屬中加熱熔合其他金屬或非金屬形成的具有金屬特性的物質(zhì)。注意:合金是混合物。(2)特性:合金強(qiáng)度和硬度一般比組成它們的純金屬高,抗腐蝕性能等也更好,熔點(diǎn)較低。,知識(shí)點(diǎn)二金屬礦物及其冶煉,1.常見的金屬礦物(名稱主要成分)鋁土礦Al2O3赤鐵礦Fe2O3磁鐵礦Fe3O4菱鐵礦FeCO3黃鐵礦FeS2,2.金屬的冶煉(詳見核心實(shí)驗(yàn)突破)(1)原理:在高溫下,用還原劑一氧化碳將鐵從它的化合物中還原出來(lái),化學(xué)方程式為Fe2O3+3CO2Fe+3CO2(CO與Fe2O3反應(yīng))。(2)原料:鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣;常見鐵礦石有磁鐵礦(主要成分是Fe3O4),赤鐵礦(主要成分是Fe2O3)。(3)還原反應(yīng):含氧化合物中的氧元素被奪去的反應(yīng)。(4)鋁的冶煉:工業(yè)上采取電解法冶煉鋁,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al2O34Al+3O2。,知識(shí)點(diǎn)三鋼鐵的銹蝕與防護(hù),1.鐵生銹的主要原因是與空氣中的氧氣和水蒸氣直接接觸,鐵銹的主要成分是氧化鐵。除銹方法:用砂紙打磨后,再用稀鹽酸除鐵銹,反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O。,2.影響鋼鐵銹蝕的因素(詳見核心實(shí)驗(yàn)突破)知識(shí)拓展銅制品表面發(fā)生銹蝕生成銅綠Cu2(OH)2CO3是銅與空氣中的水、氧氣、二氧化碳共同作用的結(jié)果。,3.防止鋼鐵生銹的方法(1)在鋼鐵表面涂覆保護(hù)層,如涂油、刷漆等。(2)鍍上一層不易生銹的金屬或者用“烤藍(lán)”等方法形成致密的保護(hù)層。(3)改變金屬的組成和結(jié)構(gòu),如制成合金等。,4.保護(hù)金屬資源的有效途徑有防止金屬銹蝕、回收利用廢舊金屬、合理有效地開采礦物、尋找金屬的替代品等。,實(shí)驗(yàn)一金屬的冶煉,1.實(shí)驗(yàn)原理:3CO+Fe2O32Fe+3CO2。,2.實(shí)驗(yàn)裝置,核心實(shí)驗(yàn)突破,3.現(xiàn)象:玻璃管內(nèi)紅棕色粉末逐漸變黑,澄清的石灰水變渾濁。,4.操作順序:先通CO再加熱,目的是排盡管內(nèi)空氣,防止加熱時(shí)發(fā)生爆炸;實(shí)驗(yàn)完畢,停止加熱繼續(xù)通CO至玻璃管冷卻,防止還原出來(lái)的鐵粉再被氧化且防止石灰水倒流。,5.尾氣處理:因CO有毒,會(huì)污染空氣,所以必須對(duì)尾氣進(jìn)行點(diǎn)燃或用氣球收集處理。例1下圖是實(shí)驗(yàn)室用一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)裝置圖,試回答:(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中儀器中的化學(xué)方程式是3CO+Fe2O32Fe+,解析(2)一氧化碳有毒,不能直接排放;一氧化碳易燃,可用點(diǎn)燃的方法去除尾氣,還可以采用氣球收集的方法處理。變式1-1(2018山西,25,6分)科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任,是化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)更高層面的價(jià)值追求。在一次實(shí)踐活動(dòng)中,小紅和同學(xué)們一起參觀了某鋼鐵公司,大家對(duì)礦石選取、冶鐵和煉鋼的工藝流程(如圖)、生鐵和鋼的區(qū)別等,有了全新的認(rèn)識(shí)。,(1)用赤鐵礦石冶鐵的反應(yīng)原理是3CO+Fe2O32Fe+3CO2(用化學(xué)方程式表示)。(2)分析工藝流程,三脫裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是S+O2,SO2(或4P+5O22P2O5/Si+O2SiO2)(本題的反應(yīng)條件寫成“加熱”“高溫”“點(diǎn)燃”都得分,未寫反應(yīng)條件扣1分)(寫一個(gè))。(3)向精煉爐中吹入氬氣使鋼水循環(huán)流動(dòng),各成分均勻混合,相當(dāng)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)中玻璃棒的作用(填一種儀器的名稱)。(4)在鋼水鑄件機(jī)中,高溫鋼加工成鋼制零件時(shí),充入氮?dú)獾淖饔檬亲霰Ｗo(hù)氣(或隔絕氧氣)(合理即可)。,解析(1)赤鐵礦的主要成分氧化鐵與一氧化碳在高溫條件下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳,化學(xué)方程式為3CO+Fe2O32Fe+3CO2。(2)三脫裝置中硫、磷、硅都能與氧氣反應(yīng),反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為S+O2SO2、4P+5O22P2O5、Si+O2SiO2。(3)精煉爐中吹氬氣的目的是使鋼水循環(huán)流動(dòng),各成分均勻混合,化學(xué)實(shí)驗(yàn)中用玻璃棒攪拌也起類似的作用。(4)高溫條件下鐵能與氧氣反應(yīng),在加工過(guò)程中充入氮?dú)庾霰Ｗo(hù)氣,可隔絕氧氣,防止鐵與氧氣反應(yīng)。,實(shí)驗(yàn)二鋼鐵銹蝕的因素探究,1.鋼鐵銹蝕的因素鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氧化鐵,同時(shí)環(huán)境的溫度、氧氣的濃度、環(huán)境的酸堿性也是影響銹蝕速率的因素。,2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一段時(shí)間后,B、C不生銹,A生銹,D、E嚴(yán)重生銹。,4.分析對(duì)比A和C可得,影響鐵生銹的因素是水;對(duì)比A和B可得,影響鐵生銹的因素是氧氣;對(duì)比D、E和A可得,酸溶液或者鹽溶液可以加速鋼鐵的銹蝕。,例2鐵生銹探秘。為探究鐵生銹的原因,化學(xué)興趣小組的同學(xué)進(jìn)行了如圖所示的四個(gè)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:B、D實(shí)驗(yàn)中鐵生銹,而A、C實(shí)驗(yàn)中沒有明顯的現(xiàn)象,仔細(xì)分析這4個(gè)實(shí)驗(yàn),回答下列問(wèn)題:,(1)評(píng)價(jià)方案對(duì)照實(shí)驗(yàn)指除了一個(gè)變量外,其他的量都保持不變的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)方案中采用了對(duì)照實(shí)驗(yàn)方法,請(qǐng)指出其中的對(duì)照實(shí)驗(yàn)(填實(shí)驗(yàn),代號(hào))和變量。第組對(duì)照實(shí)驗(yàn)AB,變量水分。第組對(duì)照實(shí)驗(yàn)BC,變量氧氣。第組對(duì)照實(shí)驗(yàn)BD,變量食鹽。(2)解釋數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí),每隔一段時(shí)間測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)水面上升的高度,結(jié)果如下表所示(表中所列數(shù)據(jù)為導(dǎo)管中水面上升的高度/cm)。,導(dǎo)致B、D實(shí)驗(yàn)裝置中導(dǎo)管內(nèi)水面上升的原因是鐵絲生銹消耗了空氣中的氧氣。(3)獲得結(jié)論根據(jù)本實(shí)驗(yàn),你認(rèn)為導(dǎo)致鐵生銹的物質(zhì)有水和氧氣;能加快鐵生銹速率的物質(zhì)是食鹽。,解析(2)比較B、D實(shí)驗(yàn)裝置和現(xiàn)象,可知導(dǎo)管內(nèi)水面上升的原因是鐵絲生銹消耗了裝置中的氧氣,錐形瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小,導(dǎo)管內(nèi)水面上升。,變式2-1某化學(xué)興趣小組的同學(xué)為探究“鐵生銹的條件”進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)一:,實(shí)驗(yàn)二:某同學(xué)在家中發(fā)現(xiàn),炒完菜的鐵鍋表面容易生銹。于是該同學(xué)猜想可能是食鹽對(duì)鐵生銹的速率產(chǎn)生了影響。于是,該同學(xué)針對(duì)此問(wèn)題設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn):用如圖兩個(gè)裝置同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其中集氣瓶的容積相同,量筒內(nèi)盛有等體積的水,圖F集氣瓶?jī)?nèi)另加入了某種物質(zhì)。,實(shí)驗(yàn)過(guò)程:一段時(shí)間后打開止水夾,觀察到圖E中鐵絲和圖F中加入的物質(zhì)表面均出現(xiàn)紅棕色物質(zhì),記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中量筒內(nèi)剩余水的體積,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表:,(1)圖F中,集氣瓶?jī)?nèi)另加入的物質(zhì)是蘸有水的鐵絲。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,a的取值范圍是30a銀,D中的鐵能置換出硫酸銅中的銅,說(shuō)明活動(dòng)性:鐵>銅,可得活動(dòng)性:鐵>銅>銀,至少要做的實(shí)驗(yàn)是CD。,4.(2013泰安,29節(jié)選,2分)下圖實(shí)驗(yàn)中,硬質(zhì)玻璃管中的現(xiàn)象是紅色粉末變?yōu)楹谏?裝置末端酒精燈的作用是點(diǎn)燃尾氣中剩余的一氧化碳,防止污染空氣。,解析一氧化碳還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳,氧化鐵是紅色,鐵是黑色,所以現(xiàn)象是紅色粉末變?yōu)楹谏?考點(diǎn)三鋼鐵的銹蝕與防護(hù),5.(2013泰安,14,2分)下列防銹措施合理的是(B)A.經(jīng)常用水沖洗自行車鏈條B.在鐵制暖氣片上刷“銀粉”C.用“鋼絲球”打磨鋁鍋表面D.用過(guò)的菜刀及時(shí)用鹽水清洗,解析A項(xiàng)中用水沖洗鏈條是不對(duì)的,因?yàn)殍F在潮濕的空氣中易生銹;B項(xiàng)中在暖氣片表面刷“銀粉”,可起到隔絕氧氣的作用,可阻止生銹;C項(xiàng)中打磨鋁鍋表面,會(huì)把生成的致密的氧化鋁薄膜破壞掉,從而引發(fā)新的“生銹”反應(yīng);D項(xiàng)中用鹽水清洗菜刀不可行,因?yàn)辂}能促進(jìn)鐵的銹蝕。,山東真題精練,考點(diǎn)一常見的金屬材料,1.(2017青島,27節(jié)選,1分)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)探究的重要手段。請(qǐng)?zhí)顚懴铝锌崭?黃銅是銅鋅合金,將外形完全相同的純銅片和黃銅片相互刻畫,該實(shí)驗(yàn)的目的是比較它們的硬度大小。,解析合金的硬度一般比其成分金屬大。,考點(diǎn)二金屬礦物及其冶煉,2.(2017濱州,23,5分)某化學(xué)興趣小組利用下圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),探究工業(yè)煉鐵的化學(xué)原理。試按要求填空:(1)硬質(zhì)玻璃管中觀察到的現(xiàn)象是紅色粉末變?yōu)楹谏?寫出一氧化碳和氧化鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式3CO+Fe2O32Fe+3CO2,。(2)實(shí)驗(yàn)中首先通入一氧化碳的目的是排盡硬質(zhì)玻璃管中的空氣,防止CO和空氣混合加熱發(fā)生爆炸。(3)裝置中導(dǎo)管末端加一點(diǎn)燃的酒精燈的目的是把CO燃燒掉,防止污染空氣。,解析(1)氧化鐵是紅色粉末,和一氧化碳反應(yīng)生成黑色的鐵粉和二氧化碳,化學(xué)方程式為3CO+Fe2O32Fe+3CO2。,3.(2016淄博,18,4分)我們的祖先很早就掌握了煉銅的工藝,通過(guò)學(xué)習(xí),同學(xué)們知道木炭可以做還原劑把氧化銅中的銅還原出來(lái),小明查閱了大量的資料后,建議用超細(xì)炭粉與氧化銅粉末混合進(jìn)行實(shí)驗(yàn),他的理由是增大反應(yīng)物的接觸面積,使反應(yīng)更充分。(1)同學(xué)們按如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),當(dāng)看到澄清的石灰水剛剛出現(xiàn)渾濁時(shí),不能(填“可以”或“不能”)確定氧化銅和炭粉已經(jīng)開始反應(yīng)。,(2)為了使氧化銅中的銅完全被還原,對(duì)于下列三組氧化銅和炭粉的質(zhì)量比例,你建議選擇A(填寫字母),簡(jiǎn)要說(shuō)明你的理由反應(yīng)中炭粉會(huì)與試管內(nèi)的氧氣反應(yīng)而部分消耗,故稍過(guò)量的炭粉有利于反應(yīng)的進(jìn)行。,A.36：3B.40：3C.48：3,解析與反應(yīng)物的接觸面積越大,反應(yīng)速率越快,所以用超細(xì)炭粉更利于反應(yīng)的進(jìn)行。(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)首先要檢查裝置的氣密性,當(dāng)看到澄清的石灰水剛出現(xiàn)渾濁時(shí),可能是炭粉與氧氣反應(yīng)生成的二氧化碳,故不能確定炭粉和氧化銅發(fā)生了反應(yīng)。(2)在選擇氧化銅和炭粉的質(zhì)量比時(shí)要考慮氧氣消耗炭粉,不能按反應(yīng)的比例選擇,炭粉要稍多一些,有利于反應(yīng)充分進(jìn)行。根據(jù)化學(xué)方程式2CuO+C2Cu+CO2可得氧化銅和炭粉的質(zhì)量比為403,A項(xiàng)比例合適。,考點(diǎn)三鋼鐵的銹蝕與防護(hù),4.(2017青島,6,1分)下列防銹措施不合理的是(B)A.鋼管存放在干燥的地方B.用鹽水清洗菜刀C.及時(shí)清除鐵制品表面的銹漬D.在鐵管表面鍍上一層不易銹蝕的金屬,解析鐵生銹是鐵與氧氣、水共同作用的結(jié)果,所以防銹的方法有隔絕氧氣、保持金屬表面潔凈干燥、改變金屬的組成和結(jié)構(gòu)等。鋼管存放在干燥的地方,不易生銹;用鹽水清洗菜刀,會(huì)加速銹蝕;鐵銹結(jié)構(gòu)疏松多孔,能吸附水和氧氣,會(huì)加速銹蝕,應(yīng)及時(shí)清除鐵制品表面的銹漬;在鐵管表面鍍上一層不易銹蝕的金屬,能隔絕氧氣、水,能有效防銹。,5.(2016煙臺(tái),16節(jié)選,2分)現(xiàn)在很多家庭自備干粉滅火器,其中一種滅火器是利用壓縮的二氧化碳吹干粉(干粉的主要成分是磷酸二氫氨)滅火。(4)鐵質(zhì)的滅火器罐體容易生銹。請(qǐng)你寫出一種防止鐵生銹的方法涂油漆(其他合理答案也可)。工業(yè)上常用稀鹽酸除鐵銹(Fe2O3),該反應(yīng)的化學(xué)方程式是6HCl+Fe2O32FeCl3+3H2O。,解析(4)防止鐵生銹就是將鐵與氧氣、水隔絕,方法有涂油漆等;鐵銹的主要成分是氧化鐵,稀鹽酸和氧化鐵反應(yīng)生成氯化鐵和水,反應(yīng)的化學(xué)方程式為6HCl+Fe2O32FeCl3+3H2O。,