第八單元金屬和金屬材料 一、金屬材料 1金屬材料金屬材料包括_以及它們的_。 2金屬的物理共性金屬的物理共性 (1)金屬都是_的，均有_光澤、具有_性、_性和_性； (2)常溫下除汞(俗名叫水銀)為液態(tài)外都是_，除銅呈_色、金呈_外金屬一般呈_色。 注：上述金屬的物理共性一般是指整塊金屬，如果是粉末狀，則不一定有上述共性，如鐵粉是_色，銅粉是_色，且無金屬光澤； 有金屬光澤的_是金屬，如石墨。 不同金屬的熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性、硬度、密度等差別較大。純金屬合金不透明金屬導(dǎo)電導(dǎo)熱延展固體紫紅黃色銀白黑紅不一定 3金屬之最金屬之最 地殼中含量最多的金屬元素_(_鐵鈣)； 人體和生物中含量最多的金屬元素_； 目前世界年產(chǎn)量最多的金屬_(_鋁銅)； 最常見、使用最廣的金屬_； 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性最好的金屬_(_銅金鋁)； 熔點(diǎn)最高的金屬_； 熔點(diǎn)最低的金屬_； 硬度最大的金屬_； 最早使用的金屬_。 4影響金屬應(yīng)用的因素影響金屬應(yīng)用的因素 (1)物質(zhì)的_(主要因素)。 (2)金屬的價(jià)格、資源、是否美觀、使用是否便利，以及廢料是否易于回收和對環(huán)境的影響等因素。鋁鋁鈣鐵鐵鐵銀銀鎢汞鉻銅性質(zhì) 5合金合金 (1)合金是指在_中加熱熔合其他金屬或非金屬形成的具有金屬特性的_物。 注：合金中至少含有一種金屬單質(zhì)，金屬化合物不是合金；由于合金的性能更好，更容易適合于不同的用途，故合金種類遠(yuǎn)比純金屬多。 (2)與純金屬相比，合金一般具有如下性能(合金的組成與純金屬不同)：合金的_和_比組成它的各成分金屬的_，抗腐蝕性更_，_更低。 (3)常見的合金：鐵合金：生鐵含碳量2%4.3%，鋼含碳量0.03%2%；兩者性能不同和根本區(qū)別都是_不同。 鈦和鈦合金：具有熔點(diǎn)高、密度小，可塑性好、易于加工、機(jī)械性能好，突出的_性能，與人體具有良好的“相容性”，被認(rèn)為是21世紀(jì)的重要金屬材料。 其他如黃銅、青銅、硬鋁、焊錫、武德合金等。金屬混合硬度強(qiáng)度大強(qiáng)熔點(diǎn)含碳量抗腐蝕 二、金屬的化學(xué)性質(zhì)(歸納為“氧、酸、鹽”) 1金屬與氧氣反應(yīng)金屬與氧氣反應(yīng)：_金屬能與O2發(fā)生化合反應(yīng)生成_。 (1)2MgO2 2MgO(鎂在空氣或氧氣中能劇烈燃燒，常溫下也能反應(yīng))。 (2)4Al3O2=2Al2O3(鋁與空氣中的氧氣反應(yīng)，其表面生成一層致密的_薄膜，阻止鋁進(jìn)一步氧化，故鋁的_好；鋁在氧氣中能劇烈燃燒)。 (3)3Fe2O2 Fe3O4(鐵絲在氧氣中能劇烈燃燒；常溫下，幾乎不與氧氣反應(yīng))。 (4)2CuO2 2CuO(銅在空氣或氧氣中均不能燃燒，常溫下，幾乎不與氧氣反應(yīng))。 (5)“真金不怕火煉”說明金在高溫時(shí)也不與氧氣反應(yīng)，金的化學(xué)性質(zhì)_； 根據(jù)金屬與氧氣反應(yīng)的_及反應(yīng)的_可以判斷金屬的活動性強(qiáng)弱。大多數(shù)金屬氧化物Al2O3抗腐蝕性能很不活潑(或很穩(wěn)定)難易(或反應(yīng)條件的高低)劇烈程度加熱點(diǎn)燃點(diǎn)燃 2金屬與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)金屬與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng) (1)金屬活動性順序中_金屬能與稀鹽酸和稀硫酸發(fā)生_反應(yīng)生成_。 鎂 、 鋁 、 鋅 、 鐵 與 稀 鹽 酸 反 應(yīng) 的 化 學(xué) 方 程 式 為_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 、_、_。 鎂 、 鋁 、 鋅 、 鐵 與 稀 硫 酸 反 應(yīng) 的 化 學(xué) 方 程 式 為_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 、_。 (2)規(guī)律小結(jié)： 反應(yīng)規(guī)律： (氫前)金屬酸(稀鹽酸和稀硫酸)鹽H2。 共同現(xiàn)象：有_產(chǎn)生，金屬逐漸溶解或消失。 注意：鎂、鋁、鋅與酸反應(yīng)，伴隨明顯的_現(xiàn)象；鐵與酸反應(yīng)生成_價(jià)的亞鐵鹽，溶液由無色變?yōu)開色。 金屬與生成的氫氣的關(guān)系：設(shè)金屬為M，化合價(jià)為n，則有：Mn/2。位于氫前面的置換反應(yīng)鹽和氫氣Mg2HCl=MgCl2H22Al6HCl=2AlCl33H2Zn2HCl=ZnCl2H2Fe2HCl=FeCl2H2MgH2SO4=MgSO4H22Al3H2SO4=Al2(SO4)33H2ZnH2SO4=ZnSO4H2FeH2SO4=FeSO4H2氣泡放熱2淺綠 (3)酸與金屬反應(yīng)的曲線圖： 曲線圖一： 圖1中的x可以表示反應(yīng)生成的鹽或氫氣的質(zhì)量或消耗的金屬或酸的質(zhì)量； 圖2中的x可以表示剩余的金屬或酸的質(zhì)量。 曲線圖二：產(chǎn)生等質(zhì)量氫氣曲線圖 當(dāng)足量的金屬與等質(zhì)量酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣或足量的酸與投入的金屬的量恰好反應(yīng)生成等質(zhì)量 的氫氣時(shí)的反應(yīng)(如24 g鎂、65 g鋅和56 g鐵與足量酸反應(yīng))符合上圖。 曲線圖三：等質(zhì)量等價(jià)金屬圖 等質(zhì)量且化合價(jià)相同的金屬與足量的酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣符合上圖；由圖可知：等質(zhì)量且化合價(jià)相同的金屬與足量的酸反應(yīng)時(shí)，相對原子質(zhì)量越小，產(chǎn)生的氫氣越多。 曲線圖四：等質(zhì)量不等價(jià)金屬圖 等質(zhì)量但化合價(jià)不同的金屬與足量的酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣符合上圖。 曲線圖五： 等質(zhì)量的金屬與足量的酸反應(yīng)生成的氫氣符合上圖。 3金屬與鹽溶液反應(yīng)：金屬與鹽溶液反應(yīng)： (1)金屬能與某些鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)，如： M g F e S O4= = = M g S O4 F e ；M g CuSO4=MgSO4Cu； 2Al3CuSO4=Al2(SO4)33Cu；ZnFeSO4=ZnSO4Fe； F e C u S O4= = = F e S O4 C u ；F e 2AgNO3=Fe(NO3)22Ag； Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag。 以上反應(yīng)能證明金屬的活動性強(qiáng)弱。 (2)規(guī)律小結(jié)： 反應(yīng)規(guī)律： 金屬(前置后)鹽(可溶)新金屬新鹽(可溶)，其中金屬不能是_、_和_，鹽不能是_鹽、_鹽、_鹽、_鹽和鐵鹽。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一般可以描述為：金屬表面覆蓋或析出一層色的固體，溶液由色變?yōu)樯ｂ涒}鉀鈣鈉鎂鈉 4置換反應(yīng)置換反應(yīng) (1)定義：由一種_和一種_反應(yīng)生成另一種_和另一種_的反應(yīng)。 (2)特點(diǎn)：二變二，反應(yīng)物和生成物中均有單質(zhì)和化合物，反應(yīng)中一定有元素化合價(jià)_。 (3)字母表達(dá)式：ABCBAC。 (4)類型：H2金屬氧化物金屬H2O； C金屬氧化物金屬CO2； 金屬稀鹽酸(或稀硫酸)鹽H2； 金屬鹽新金屬新鹽。單質(zhì)化合物單質(zhì)化合物改變 三、常見金屬的活動性順序 1熟記常見金屬的活動性順序熟記常見金屬的活動性順序 2常見金屬的活動性順序的應(yīng)用常見金屬的活動性順序的應(yīng)用 (1)依據(jù)金屬活動性順序中“_的金屬總是比_的金屬更活潑(前強(qiáng)后弱)”，直接判斷金屬的活動性。如：銅、銀、鋁、鐵、鉀五種金屬的活動性強(qiáng)弱順序是鉀鋁鐵銅銀。 (2)依據(jù)金屬活動性順序中“只有排在_的金屬才能把酸溶液中的氫置換出來生成氫氣(前置氫，后不置氫)”，判斷金屬能否置換出酸溶液中的氫；如：銅、銀、鋁、鐵四種金屬中，鋁和鐵能與稀鹽酸反應(yīng)生成氫氣，而銅、銀不能。 特別注意：當(dāng)把多種氫前面的金屬加入酸溶液中時(shí)，_的金屬先反應(yīng)，然后是第二活潑金屬，以此類推(先強(qiáng)后弱)。如：把鎂、鋅、鐵、銅四種金屬同時(shí)投入足量的稀硫酸中，則反應(yīng)的先后順序是鎂鋅鐵，銅在氫的后面，不反應(yīng)。前面后面氫前面最活潑 (3)依據(jù)金屬活動性順序中“只有排在_的金屬才能把排在_的金屬從其鹽溶液中置換出來(前置后，后不置前)”，判斷金屬能否置換出鹽溶液中的金屬。 特別注意：鉀、鈣、鈉不符合這一規(guī)律，它們會先和水反應(yīng)；鹽不能是鉀鹽、鈣鹽、鈉鹽、鎂鹽和鐵鹽。如：鈉投入硫酸銅溶液中，鈉不能置換出銅。 當(dāng)把一種金屬加入含有多種鹽的溶液中時(shí)，則金屬先把_的金屬從其鹽溶液中置換出來，然后再置換出第二不活潑金屬，以此類推(先弱后強(qiáng))，但不能把排在其前面的金屬從其鹽溶液中置換出來。如：向AgNO3、Cu(NO3)2、Al(NO3)3的混合溶液中，加入足量的Zn粉，則Zn先與AgNO3反應(yīng)，AgNO3反應(yīng)完后，再與Cu(NO3)2反應(yīng)，Zn與Al(NO3)3不反應(yīng)。 當(dāng)把多種金屬加入到一種鹽溶液中時(shí)，則_的金屬先與鹽溶液反應(yīng)，然后是第二活潑金屬反應(yīng)，以此類推(先強(qiáng)后弱)。如：在足量的硫酸銅溶液中加入鋅粉、鐵粉和銀粉，則鋅粉先與硫酸銅反應(yīng)，鋅粉反應(yīng)完后，鐵粉再與硫酸銅反應(yīng)，銀粉與硫酸銅不反應(yīng)。前面后面最不活潑最活潑 3設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明三種金屬的活動性順序的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明三種金屬的活動性順序的方法 方法一：試劑：兩端_，中間金屬的鹽溶液；操作：把兩種金屬單質(zhì)分別投入中間金屬的鹽溶液中，根據(jù)現(xiàn)象判斷金屬的活動性。 方法二：試劑：中間金屬單質(zhì)，兩端_；操作：把中間金屬單質(zhì)分別投入兩端金屬的鹽溶液中，根據(jù)現(xiàn)象來判斷金屬的活動性。 方法三：試劑：三種金屬單質(zhì)和稀鹽酸或稀硫酸；操作：把三種金屬單質(zhì)分別投入稀鹽酸或稀硫酸中，根據(jù)反應(yīng)快慢及能否反應(yīng)來判斷。 注意：用這種方法，則三種金屬中至少要有兩種金屬在氫前面，否則不可以；同時(shí)，要求金屬的形狀要相同。酸溶液的濃度、溫度等要相同。金屬單質(zhì)金屬的鹽溶液 方法四：試劑：足量的三種金屬單質(zhì)和稀鹽酸或稀硫酸，酸溶液只取一次。操作：方法是按活動性由弱到強(qiáng)的順序加入金屬；注：至少要有兩種金屬在氫前。 如：要證明鐵、鋅和銅的活動性強(qiáng)弱，采用以下方法： 把鋅、銅分別投入硫酸亞鐵溶液中，觀察現(xiàn)象； 把鐵投入硫酸鋅溶液和硫酸銅溶液當(dāng)中，觀察現(xiàn)象； 把相同形狀的鋅、鐵和銅分別投入等質(zhì)量相同濃度和溫度的稀鹽酸或稀硫酸中，觀察現(xiàn)象； 往盛有稀鹽酸的試管中加入銅，觀察現(xiàn)象，再取出銅，加入足量的鐵，觀察現(xiàn)象；充分反應(yīng)后，最后加入鋅，觀察現(xiàn)象。 4要比較兩種金屬的活動性，則可以從金屬與氧氣、酸溶液或鹽溶液反應(yīng)三個(gè)方面來考慮設(shè)計(jì)。 四、金屬資源的利用與保護(hù) 1絕大多數(shù)金屬在自然界中以_的形式存在，只有極少數(shù)化學(xué)性質(zhì)_的金屬如金、銀等有_存在。 2礦石 (1)常見的礦石及主要成分：赤鐵礦_、磁鐵礦_、鋁土礦_等。 (2)我國礦物資源的現(xiàn)狀：世界上少數(shù)幾個(gè)礦物資源比較齊全的國家之一，礦物儲量豐富，有些儲量居世界前列，但是人均資源少?；衔锖懿换顫妴钨|(zhì)Fe2O3Fe3O4Al2O3 3鐵的工業(yè)冶煉鐵的工業(yè)冶煉高爐煉鐵高爐煉鐵 (1)主要設(shè)備：_。 (2)主要原料：_、_、_和空氣。 (3)主要反應(yīng)原理：_。 (4)主要產(chǎn)品：_。 ( 5 ) 注 意 ： 在 高 爐 中 由 下 到 上 發(fā) 生 的 反 應(yīng) 為_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 、_； 石灰石的主要作用：將礦石中的SiO2轉(zhuǎn)變?yōu)闋t渣； 焦炭的作用：提供_，產(chǎn)生還原劑_。高爐鐵礦石焦炭石灰石3COFe2O3 2Fe3CO2高溫生鐵3COFe2O3 2Fe3CO2高溫點(diǎn)燃CO2 CO2CO2C 2CO高溫高溫一氧化碳 4鐵的銹蝕與防護(hù)鐵的銹蝕與防護(hù) (1)鐵生銹的條件：鐵與_和_同時(shí)接觸； 鐵生銹實(shí)際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣共同作用的結(jié)果； 鐵銹主要成分是_，鐵銹很疏松，鐵制品可以全部被銹蝕。 (2)除銹方法：刀刮、_打磨或少量、多次滴加_。 (3)防銹措施： 首先要保持鐵制品表面_； 在金屬表面形成保護(hù)膜，如_、_、_、烤藍(lán)、形成搪瓷或在金屬表面形成致密的氧化膜； 制成_。氧氣水氧化鐵砂紙稀鹽酸(或稀硫酸)潔凈、干燥刷漆涂油鍍金屬合金 5金屬資源的保護(hù)措施金屬資源的保護(hù)措施 (1)防止金屬的銹蝕。 (2)回收利用廢舊金屬(節(jié)約金屬資源和能源，降低金屬生產(chǎn)成本，減少對環(huán)境的污染)。 (3)有計(jì)劃、合理地開采礦物，嚴(yán)禁不顧國家利益的亂采礦。 (4)尋找金屬的代用品。經(jīng)典考題講練 考點(diǎn)1金屬材料及金屬的物理性質(zhì) 例例 1(2016福州)下列與金屬相關(guān)的說法正確的是() A生鐵和鋼的性能完全相同 B煉鐵過程只發(fā)生物理變化 C常溫下所有金屬均為固態(tài) D鐵在潮濕的空氣中易生銹 解析解析本題考查金屬的性質(zhì)。生鐵硬而脆，易斷，鋼較硬，有良好的延展性和彈性，性能不完全相同。礦石煉鐵用還原劑與鐵的化合物反應(yīng)，屬于化學(xué)變化。常溫下并不是所有金屬均為固態(tài)，例如汞在常溫下是液態(tài)的。鐵生銹與水和氧氣有關(guān)，所以鐵在潮濕的空氣中更容易生銹。 答案答案DD 訓(xùn)練訓(xùn)練1(2016蘇州)下列說法正確的是( ) A所有金屬都呈銀白色 B鐵制品在潮濕的空氣中不易生銹 C鐵是地殼中含量最高的金屬元素 D工業(yè)煉鐵的主要原理是用一氧化碳與鐵礦石在高溫下反應(yīng)生成鐵D 考點(diǎn)2金屬的化學(xué)性質(zhì) 例例 2(2016邵陽)小軍欲探究X、Y、Z三種金屬的活動性順序，他做了如下實(shí)驗(yàn)：把X和Y分別放入稀硫酸中，X表面產(chǎn)生大量氣泡，Y表面無現(xiàn)象；把Y放入Z的硝酸鹽溶液中，Y表面有Z析出，則X、Y、Z三種金屬的活動性順序是 () AXYZBZYX CYXZ DXZY 解析解析本題考查了金屬活動性順序的應(yīng)用。把X和Y分別放入稀硫酸中，X表面產(chǎn)生大量氣泡，Y表面無現(xiàn)象，說明X在氫前，Y在氫后。把Y放入Z的硝酸鹽溶液中，Y表面有Z析出，說明了Y排在Z的前邊，即三種金屬的活動性順序?yàn)閄YZ。 答案答案AA 訓(xùn)練訓(xùn)練2(2016河北)下列驗(yàn)證Zn、Fe、Ag三種金屬活動性順序的實(shí)驗(yàn)方案中(“”表示未進(jìn)行金屬與鹽溶液之間的實(shí)驗(yàn))，不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖? ) AA BBCC DD選項(xiàng)金屬鹽溶液選項(xiàng)金屬鹽溶液 AB C D ZnSO4溶液 Fe AgFe FeSO4溶液 Zn Ag Zn AgNO3溶液 FeFeC 考點(diǎn)3鐵的冶煉及金屬資源的保護(hù) 例例 3(2016賀州)下列有關(guān)說法正確的是() A鐵在潮濕的環(huán)境中比在干燥的環(huán)境中更容易生銹 B鋁制品不用涂任何保護(hù)層來防腐，因?yàn)殇X不與空氣反應(yīng) C鎂在氧氣中燃燒，發(fā)出耀眼的白光，生成黑色固體 D我國的礦物儲量比較豐富，所以廢舊金屬應(yīng)直接扔掉，沒有必要回收 解析解析本題考查鐵的化學(xué)性質(zhì)、鐵的銹蝕及金屬資源的保護(hù)。鐵生銹實(shí)際上是鐵與空氣中的氧氣和水反應(yīng)，故鐵在潮濕的環(huán)境中比在干燥環(huán)境中容易生銹。鋁表面的氧化鋁為致密的氧化物，可阻止金屬進(jìn)一步被腐蝕。鎂在氧氣中燃燒，發(fā)出耀眼白光，生成白色固體。廢舊金屬的回收利用可以保護(hù)金屬資源。 答案答案AA 訓(xùn)練訓(xùn)練3(2016大連)鐵合金在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛。 (1)地球上的鐵元素以_(填“單質(zhì)”或“化合物”)的形式存在?？捎糜跓掕F的一種礦石是_ 。 ( 2 ) 用 生 鐵 制 防 盜 門 而 不 用 純 鐵 的 主 要 原 因 是_。在防盜門表面噴漆，其防銹原理是_，噴漆前用稀鹽酸除鐵銹的化學(xué)方程式為 _。化合物赤鐵礦生鐵的硬度大隔絕氧氣和水Fe2O36HCl=2FeCl33H2O