第10节 金属和金属材料Word格式.docx

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①合金的硬度、强度一般比它的各成分金属大

②合金的熔点一般比它的各成分金属低

③合金一般它的各成分金属具有较强的韧性、抗腐蚀性

铁合金

铁合金是应用最多的金属材料，分为生铁和钢两种。

二者区别在于含碳量不同

【考点解读】该知识点主要考察学生对金属的金属的物理性质和金属材料的认识，需要学生从化学知识的角度认识常见的金属或合金的性质。

考题属于容易题，考察方式主要是选择题。

例1．（11宿迁）下列应用在高铁列车上的材料，不属于金属材料的是（）

A．不锈钢B．玻璃C．铝合金D．铜线

解析：

金属材料包括纯金属及其它们的合金。

其中D项为纯金属，A、C项为合金。

B项玻璃既不属于纯金属，也不属于金属的合金。

答案：

B

方法点拨

金属材料仅包括纯金属及其它们的合金，此外，其他有金属元素的物质，如金属氧化物（Fe2O3）、盐类物质（Na2CO3）等则不属于金属材料的范畴。

易错点：

由于金属材料包括纯金属及其它们的合金，所以从物质分类的角度看，金属材料可能为混合物，也可能为单质（纯净物）。

例2．通过下表某合金与铁的物理性质的比较，可知道该合金不适合用于（）

熔点

密度

硬度

导电性

3200℃

3.2g/cm3

7.5

3.5

铁

1535℃

7.86g/cm3

4.5

17

A．门窗框B．炉具C．导线D．飞机外壳

根据已给出的某合金和铁的物理性质的相关信息可知，A项主要从硬度方面考虑，该合金的硬度大于铁，适合制门窗框；

B项从熔点方面考虑，该合金的熔点大于铁，适合制炉具；

C项从导电性方面考虑，该合金的导电性不如铁，不适合制导线；

D项从密度方面考虑，该合金的密度小于铁，适合制飞机外壳。

C

物质的性质决定物质的用途，这里问题多从实际出发去解决，如熔点高的金属材料，适合做炉具；

密度小、抗腐蚀性强的金属材料适合做航天器；

导电性好的金属材料适合做导线等。

例3．（11内江）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。

下列关于钢的说法错误的是（）

A．钢是一种铁合金B．钢的许多性能优于生铁

C．钢的含碳量高于生铁D．钢是一种混合物

钢是铁的合金，主要成分是铁，还含有碳等物质，A项正确；

钢的许多性能优于生铁，B正确；

钢的含碳量是0.03%~2%，生铁的含碳量是2%~4.3%；

C项错误；

钢中含有铁、碳等物质，属于混合物，D正确。

合金是指由一种金属与其它金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质，生铁和钢是铁的合金。

合金相对于组成它的金属来说，一般具有熔点较低、耐腐蚀性强、硬度大、机械强度大等方面的特点。

生铁

钢

含碳量%

2~4.3%

0.03~2%

其他元素

Si、Mn、S、P（少量）

Si、Mn（少量）、S

分类

白口铁、灰口铁、球磨铸铁

碳素钢、合金钢

熔点/℃

1100~1200

1450~1500

机械性能

硬而脆，无韧性

坚硬，韧性大，延展性好

机械加工

可铸不可煅

可铸，可煅，可压延

【考点2】金属的化学性质，金属的活动顺序

1．金属＋氧气

金属氧化物

在空气中

在氧气中

化学方程式

镁

常温下表面逐渐变暗；

点燃时剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体

点燃，剧烈燃烧，发生耀眼的白光，生成白色固体

2Mg＋O2

2MgO

铝

常温下，铝表面变暗，生成一层致密的氧化膜

点燃，剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色的固体

4Al＋3O2

2Al2O3

持续加热发红，撤去热源后变冷

点燃，剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色的固体

3Fe＋2O2

Fe3O4

铜

加热，生成黑色物质；

在潮湿的空气中，生成铜绿而被腐蚀

加热，生成黑色物质

2Cu＋O2

2CuO

金、银

即使在高温时也不与氧气发生反应

2．金属＋酸

盐＋氢气

（1）反应条件：

金属必须排在金属活动性顺序中氢的前面

（2）镁、锌、铁与稀盐酸、稀硫酸反应现象及反应方程式

现象

反应的化学方程式

稀盐酸

稀硫酸

反应剧烈，产生大量气泡，溶液仍为无色，生成的气体能燃烧，且产生淡蓝色火焰

与稀盐酸现象相同

Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑

Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑

锌

反应比较剧烈，产生大量气泡，溶液仍为无色，生成的气体能燃烧，且产生淡蓝色火焰

Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑

Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑

反应缓慢，有气泡产生，溶液由无色逐渐变为浅绿色，生成的气体能燃烧，且产生淡蓝色火焰

Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑

Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑

3．金属＋盐（溶液）

新盐＋新金属

（1）反应条件

①金属单质的活动性比盐中金属的活动性要强

②盐必须可溶

③K、Ca、Na等除外

（2）“湿法炼铜”

①反应现象：

浸入CuSO4溶液中的铁表面覆盖一层红色的物质，溶液由蓝色逐渐变成浅绿色。

②反应的化学方程式：

Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4

4．金属的活动性顺序

（1）金属的活动性顺序

KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu

金属活动性由强逐渐减弱

（2）金属活动性顺序的应用

在金属活动性顺序里：

①金属的位置越靠前，它的活动性就越强

②位于氢前面的金属能置换出稀盐酸、稀硫酸中的氢

③位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来

【考点解读】

该知识点主要考察常见的金属与氧气、酸、盐等物质的反应。

考察时需要学生能用金属的活动性顺序判断该反应能否发生，能说出反应的实验现象，并能熟练书写化学方程式等。

考题属于容易题或中等题，考察方式主要是选择题和填空题。

金属的活动性顺序属于考试热点，常用的题型有通过金属与酸能否反应或反应快慢，金属和盐溶液能否反应来判断金属的活动性强弱，或通过实验设计比较的活动性强弱，前者属于容易题，后者属于中等偏难题。

例1．下列金属的氯化物中，可由金属和酸直接反应生成的是（）

A．FeSO4B．ZnSO4C．AgClD．AlCl3

本题是对金属与稀盐酸、稀硫酸反应规律的考查。

根据金属活动活动性顺序，Fe、Zn、Al在金属活动性顺序中排在氢前，所以能与稀盐酸、稀硫酸反应，生成对应的化合物；

而Ag排在氢的后面，属于不活泼金属，不能与稀盐酸反应。

在金属活动顺序性顺序中，越靠前的金属越活泼，与酸反应越剧烈，但金属必须排在氢前；

排在氢后的金属则不能与酸反应。

铁单质在置换反应中生成Fe2+化合物。

例2．（11济宁）学习金属单元后，我们知道Zn、Fe、Cu三种金属的活动性顺序为：

Zn＞Fe＞Cu。

为验证这一结论，下面实验设计合理的是（）

A．将Zn、Cu两金属片分别放入稀盐酸中B．将Fe、Cu两金属片分别放人稀盐酸中

C．将Zn、Fe两金属片分别放人CuCl2溶液中D．将Zn、Cu两金属片分别放人FeCl2溶液中

A项：

该方案根据锌能与盐酸反应而铜不能，只能证明金属Zn的活动性比Cu强，不能确定Fe与金属Zn、Cu的活动性强弱关系；

故A项不正确。

B项：

该方案根据铁能与盐酸反应而铜不能，只能证明Fe的活动性比Cu强，不能确定Zn与金属Fe、Cu的活动性强弱关系；

故B项不正确。

C项：

该方案根据Zn、Fe两金属能置换铜，只能证明Zn、Fe两金属活动性比Cu强，但不能判断Zn、Fe两金属活动性强弱关系，不能确定Zn、Fe、Cu三种金属的活动性顺序；

故C项不正确。

D项：

该方案中Zn能置换FeCl2中的铁，证明Zn活动性比Fe强；

Cu不能置换FeCl2中的铁，说明Cu活动性不如比Fe强；

则活动性顺序为Zn＞Fe＞Cu；

故D项正确。

D

验证金属活动性顺序的实验方案的选择：

①“排顺序”：

将待验证的金属按活动性强弱顺序排列出来。

②“三取中”：

将中间的金属看做单质，两边金属看做盐溶液或将中间金属看做其盐溶液，两边的金属作为单质，从而确定出验证金属活动性顺序的实验方案。

例3．将等质量、颗粒大小相同的X、Y、Z三种金属分别投入到相同浓度的足量的稀硫酸中，生成氢气的质量与时间的关系如图所示。

已知它们在化合物中均显＋2价，则下列说法不正确的是（）

A．在时间为t1时，生成氢气的质量为：

X＞Z＞Y

B．金属活动性：

C．相对原子质量：

X＞Y＞Z

D．X、Y和Z可能分别是常见金属中的Mg、Fe、Zn

本题结合图像，考查了金属与酸反应速率和产量关系。

根据金属的性质进行分析，在金属活动性顺序中，金属的位置越靠前，与酸反应生成氢气的速率越大，在坐标中斜线越陡；

当金属的量相等，与足量的酸反应，且生成的盐中金属的价态相同，则金属的相对原子质量越大，生成的氢气质量越小。

由以上分析可知：

据图可知，在时间为t1时，生成氢气的质量为：

X＞Z＞Y，故A项正确。

据图可知，金属的活动性为X＞Z＞Y，故B项正确。

由于稀硫酸足量，则金属全部参加反应，由生成氢气的量大小关系可知，X生成的氢气最多，则X的相对原子质量最小；

Z生成的氢气质量最小，则Z的相对原子质量最大，故相对原子质量关系为Z＞Y＞X，故C项错误。

根据图像并结合以上分析可知，X、Y和Z可能分别是常见金属中的Mg、Fe、Zn，故D项正确。

金属与酸的反应速率和氢气产量的探究：

①根据金属的性质进行分析，在金属活动性顺序中，金属的位置越靠前，与酸反应生成氢气的速率越快，在坐标中斜线越陡。

②当金属的量相等，与足量的酸反应，且生成的盐中金属的价态相同，则金属的相对原子质量越大，生成的氢气质量越小。

③等质量的不同金属与足量酸反应产生氢气质量的计算公式为：

【考点3】铁的冶炼，铁的腐蚀和金属资源的保护

1．铁的冶炼

（1）铁的冶炼的实验探究

【实验·

探究】铁的冶炼

实验目的

利用一氧化碳还原氧化铁

实验步骤

①连接实验装置

②检查装置气密性

③加入铁粉（黑色）和澄清石灰水

④固定到铁架台

⑤通入CO（排出装置内的空气，以免不纯发生爆炸）

⑥点燃酒精灯（尾气处理：

点燃有毒的CO使其变为无毒CO2，以免污染大气）

⑦点燃酒精喷灯

⑧熄灭酒精喷灯

⑨待玻璃管冷却到室温后停止通入CO（防止被还原的铁在较高温下又被空气中氧气氧化）

⑩熄灭酒精灯

实验现象

红色的氧化铁粉末变成黑色；

澄清石灰水变浑浊

实验结论

Fe2O3被CO还原成铁，同时生成CO2

3CO＋Fe2O3

2Fe＋3CO2

实验中涉及的另外两个化学反应为：

CO2＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋H2O2CO＋O2

2CO2

注意事项

①还原铁粉为黑色

②先通入CO的目的是排出装置内的空气，以免加热时CO与空气混合不纯可能发生爆炸

③实验完毕后继续通入CO的目的是防止被还原的铁在较高温下又被空气中的氧气氧化

④尾气处理：

CO有毒，点燃CO能使其转化为无毒的CO2，以免污染大气

（2）工业炼铁的原理：

把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程、工业上炼铁时，把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉，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里还原出来，其主要反应原理如下：

C＋O2

CO2CO2＋C

2CO3CO＋Fe2O3

（3）原料：

铁矿石、焦炭、石灰石、空气

2．铁的腐蚀和防护、金属资源的保护

铁生锈的条件

铁与氧气和水等物质相互作用。

铁锈的主要成分是Fe2O3

防止铁制品生锈的措施

①保持铁制品表面的清洁、干燥

②表面涂保护膜：

如涂油、刷漆、镀上耐磨、耐腐蚀的金属层

③制成耐腐蚀的合金如不锈钢等

金属资源的保护和利用

①防止金属腐蚀

②回收利用废旧金属

③合理开采矿物

④寻找金属的代用品

3．钢铁制品锈蚀条件的探究

探究】铁制品生锈的条件

探究铁钉生锈的条件

如图所示，试管①内铁钉在水面部分与O2和H2O充分接触；

试管②内铁钉与H2O接触，但不与O2接触；

试管③内铁钉在干燥的空气中，只与O2接触，每天观察铁钉锈蚀的情况，连续观察一周，认真做好记录

实验解析和结论

试管①中铁钉在水面部分生锈；

试管②、③中铁钉没有生锈。

铁制品锈蚀的条件是与氧气、水分接触

该知识点属于广州中考的命题热点之一，主要考察学生对炼铁原理、金属生锈的条件、防锈的方法等掌握情况，考察形式多为填空题，属于中等难度题目。

例1．如图所示是课堂中模拟炼铁的实验装置．

（1）写出图中标有序号的仪器的名称。

①，②

（2）实验过程中，先要进行的是（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。

Ⅰ．加热Ⅱ．通入一氧化碳

（3）A中反应的化学方程式是；

B中反应的化学方程式是，

B中观察到的现象是

（4）该装置的不足之处是

在实验过程中，要先通入CO，再加热，否则容易发生爆炸，同时要注意尾气的处理，否则会造成空气污染

（1）①铁架台②试管

（2）Ⅱ（3）3CO＋Fe2O3

2Fe＋3CO2；

CO2＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋H2O；

澄清石灰水变浑浊（4）没有尾气处理装置（或没有用燃着的酒精灯处理尾气等）

CO的处理方法有很多种，例如用酒精灯点燃、用气球或排水法收集等，总体分成两类，即回收利用或燃烧掉，消除空气污染。

CO还原Fe2O3时，应该先通入CO，后加热，以免加热时CO与空气混合发生爆炸；

实验完毕后，要继续通入CO至玻璃管冷却为止，防止铁在高温下重新被氧化。

例2．在研究铁生锈与哪些因素有关时，小明将一团光亮的细铁丝放入试管中，如图所示，将试管倒放在水中，放置一周，室温不变，观察到的现象是，小明将试管在水下用胶塞将管口塞紧，从水中取出，将燃着的木条伸入试管中，发现，说明试管内没有。

水面改变的原因是

，得出铁生锈与和有关。

请写出一种防止钢铁生锈的方法：

。

铁生锈是铁与氧气和水的反应，消耗了氧气，试管内压强减小，液面上升。

防止钢铁生锈可以考虑使其隔绝空气和水。

细铁丝表面有铁锈生成；

上升；

火焰熄灭；

氧气；

试管中的氧气被消耗，试管内压强减小，水被压进试管；

水；

涂油、刷漆等（答案合理即可）

铁制品生锈的主要条件是与空气和水（或水蒸气）直接接触，如果隔绝了空气和水，就能在一定程度上防止铁制品生锈。

在铁制品表面涂油、刷漆，镀耐磨、耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金如不锈钢等，都能防止铁制品生锈。

中考链接

【考点1】金属材料的性质及用途

例1．下列关于金属的用途合理和科学的是（）

A．利用银的导电性好代替铜用电线

B．利用铅的密度大，硬度较大作门窗框

C．利用钨丝熔点高制成灯丝

D．利用黄金的颜色好看在所有的水龙头上面镀一层金

物质的性质决定物质的用途，但并不是唯一的决定因素。

银的导电性优于铜，但银的价格昂贵，故不适宜用作导线

铅的硬度较较小，受撞击后容易变形，故不适宜用于制作门窗框

钨丝熔点高，不容易烧断，所以能用于制成灯丝

由于金的价格昂贵，所以不宜作镀层金属

物质的用途很大程度上取决于物质的性质，但这不是唯一决定的因素，因此在考虑金属的用途时，往往还需要考虑价格、资源、是否美观、使用时否便利，以及废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素。

【考点2】探究金属活动性顺序及其应用

例2．（11广州）甲、乙、丙、丁四种金属。

甲即使在高温时也不与氧气反应。

乙、丙、丁在一定条件下都能与氧气反应。

丁盐的水溶液可用丙制的容器盛放，但不能用乙制的容器盛放。

这四种金属的活动性由强到弱的顺序是（）

A．甲＞乙＞丁＞丙B．丙＞丁＞乙＞甲

C．丙＞乙＞丁＞甲D．乙＞丁＞丙＞甲

题目信息

活动性强弱

四种金属中，只有甲在高温时不与氧气反应

四种金属中甲的活动性最弱

丁盐的水溶液可用丙制的容器盛放

丙不能置换出丁，活动性：

丁＞丙

丁盐的水溶液不能用乙制的容器盛放

活动性：

乙＞丁

综上有：

乙＞丁＞丙＞甲

例3．（08湘潭）根据Fe、Cu、Ag三种金属在金属活动顺序中的位置简答．

（1）其中金属活动性最强的金属是。

（2）其中（除Cu外）不能与CuSO4溶液发生反应的是。

（3）其中能与稀硫酸反应产生氢气的是。

（4）设计一个实验，证明铁的金属性比铜活泼

（1）由于这三种金属在金属活动性顺序中的前后顺序是Fe、Cu、Ag，故答案为：

Fe

（2）由于银排在铜的后面，因此银不能和CuSO4溶液反应，故答案为：

Ag

（3）由于这三种金属只有铁在氢前，故答案为：

（4）由于铁的化学性质比铜活泼，因此可以选择铁和硫酸铜溶液反应来证明铁比铜活泼，故答案为：

把一铁片投入到CuSO4溶液中，铁钉表面有一层红色物质生成，因此铁的金属性比铜活泼。

（1）Fe

（2）Ag（3）Fe（4）把一铁片投入到CuSO4溶液中，铁钉表面有一层红色物质生成，因此铁的金属性比铜活泼。

金属活动性顺序是判定金属活动性的一个依据。

金属能否与酸反应及反应时的剧烈程度都体现了金属的活动性，金属与酸反应越剧烈，金属越活泼，在金属活动性顺序中的位置越靠前；

如果一种金属能把另一种金属从其盐溶液中置换出来，说明这种金属在金属活动性顺序中排在被置换出来的金属之前。

排在前面的金属能把排在其后面的金属从它们的盐溶液中置换出来，没有氢前和氢后的限制。

【考点3】探究影响反应速率的因素

例4．（10广州）为了探究影响锌与盐酸反应剧烈程度的因素，某学习小组设计了下列实验,下列说法正确的是（）

A．对比实验①和②，可研究盐酸的浓度对反应剧烈程度的影响

B．对比实验②和③，可研究盐酸的浓度对反应剧烈程度的影响

C．对比实验②和③，可研究温度对反应剧烈程度的影响

D．对比实验①和②，可研究温度对反应剧烈程度的影响

①和②的区别只有盐酸浓度的不同，因此可以研究盐酸浓度对反应剧烈程度的影响；

②和③除了盐酸浓度不同以外，水温也不同，因此无法确定对反应剧烈程度的影响是由何种原因引起的。

A

运用控制变量法探究实验时，必须遵循“一变它定”的原则，即排除探究因素外的其他因素的干扰，只让有探究的一个因素在变化，看它对探究问题有何影响，因此在设计实验时，应考虑该实验共涉及哪些因素，应保持哪些因素，需测定的因素是什么，要使哪个因素变化等，这样才能保证结论的正确性和严密性。

【考点4】铁的冶炼

例5．（10鞍山）某化学兴趣小组用一氧化碳与氧化铁的反应来探究炼铁的原理，装置如下图所示。

请回答有关问题：

（1）为避免一氧化碳污染空气，并回收利用一氧化碳，方框中连接的是C和D，导管接口的连接顺序为a→（）→（）→（）。

C装置中NaOH的作用是

（2）实验开始时，应（填“先加热再通CO”或“先通CO再加热”），目的是。

（3）实验进行一段时间后，玻璃管A中出现的现象为，反应方程式为。

（4）除CO外，还有哪些物质可以还原Fe2O3（请写一物质的化学式）。

本题主要考查一氧化碳与氧化铁反应实验装置、实验现象、一氧化碳的化学性质和污染及能源的再利用，难度稍大．

（1）一氧化碳有毒，不能直接排放到空气中去，要把一氧化碳收集起来，所以导管接口的连接顺序为d、b、e，排出的氢氧化钠溶液流到D中的烧杯中去。

C装置中NaOH的作用是吸收B中未来得及反应的二氧化碳；

（2）因为一氧化碳具有可燃性，能和氧气混合在点燃的条件下会发生爆炸，所以实验开始时应先通一氧化碳再加热，目的是赶尽玻璃管内的空气，防止加热爆炸；

（3）氧化铁和一氧化碳在高温条件下反应能生成铁和二氧化碳，氧化铁为红棕色，铁粉为黑色，所以玻璃管A中出现的现象为：

固体由红棕色变成黑色，反应方程式为：

（4）除CO外，还具有还原性的物质还有C或H2。

（1）d、b、e；

除去残余的二氧化碳；

（2）先通一氧化碳再加热；

赶尽玻璃管内的空气，防止加热爆炸；

（3）固体由红棕色变成黑色；

（4）C

①铁的冶炼这部分知识主要考察两点：

一是炼铁的原理，即用还原剂将铁矿石中的铁还原出来；

二是尾气处理，尾气处理有两类方法：

一是燃烧掉，二是回收再利用。

②铁的冶炼该知识点的考察，要求熟悉一氧化碳与氧化铁反应的生成物、实验装置、实验现象、一氧化碳的化学性质，及延伸出的环境污染、能源的再利用等知识。

【考点5】铁的冶炼金属的锈蚀与防护

例6．（09北京）铜和铁是生产、生活中广泛使用的金属。

（1）工业上用一氧化碳和赤铁矿（主要成分是氧化铁）冶炼铁，反应的化学方程式为：

（2）铁生锈的条件是；

铜表面也容易生成绿色铜绿，铜锈的主要成分是碱式碳酸铜，化学式为Cu2（OH）2CO3，其组成元素有种。

（3）老师用生锈的铜片、铁粉和稀硫酸进行实验，实验过程如图所示（部分生成物已略去）。

①紫红色固体C的化学式为

②写出Ⅱ中反应的化学方程式

CO与Fe2O3反应生成Fe和CO2，即3CO