八单元 金属和金属材.docx
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八单元金属和金属材
第八单元金属和金属材料第一节金属材料
●金属材料：
金属材料包括纯金属以及它们的合金。
●金属的物理性质
⏹在常温下一般为固态（汞为液态），有金属光泽（大多数金属呈银白色，铜呈紫红色，金呈黄色）；
⏹导电性、导热性、熔点较高、有延展性、能够弯曲、硬度较大、密度较大。
●金属之最
⏹地壳中含量最多的金属元素——铝人体中含量最多的金属元素——钙
⏹目前世界年产量最多的金属——铁（铁＞铝＞铜）
⏹导电、导热性最好的金属——银（银＞铜＞金＞铝）
⏹熔点最高的金属——钨熔点最低的金属——汞
⏹硬度最大的金属——铬密度最大的金属——锇密度最小的金属——锂
●金属的分类
●金属的应用
●性质决定用途，但不是唯一决定因素。
考虑用途时，还需要考虑价格、资源、是否美观、使用是否便利，以及废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素。
⏹铜、铝——电线——导电性好、价格低廉
⏹钨——灯丝——熔点高铬——电镀——硬度大
⏹铁——菜刀、镰刀、锤子等汞——体温计液柱
⏹银——保温瓶内胆铝——“银粉”、锡箔纸
●合金：
由两种或两种以上的金属或金属与非金属经一定方法合成的具有金属特性的物质。
（合金是混合物。
金属化合物不是合金。
）
●合金的硬度一般比组成它的纯金属的硬度大，抗腐蚀性强。
●合金的熔点一般比组成它的纯金属的熔点低。
●常见的合金：
合金
铁的合金
铜合金
焊锡
钛和钛合金
形状记忆合金
生铁
钢
黄铜
青铜
成分
含碳量
2%～4.3%
含碳量
0.03%～2%
铜锌合金
铜锡合金
铅锡合金
钛镍合金
备注
不锈钢是含铬、镍的钢，具有抗锈蚀性能。
生铁硬而脆，钢铁硬而韧
生铁常制成暖气片。
紫铜是纯铜
熔点低
见下
具有形状记忆效应
●钛和钛合金：
被认为是21世纪的重要金属材料，钛合金与人体有良好的“相容性”，可造人造骨。
钛和钛合金的优点：
①熔点高、密度小；②可塑性好、易于加工、机械性能好；③抗腐蚀性能好。
第二节金属的化学性质1.金属与氧气的反应
镁、铝：
（1）常温下能与空气中的氧气反应：
2Mg+O2
2MgO4Al+3O2=2Al2O3
（2）铝的抗腐蚀性能好的原因：
铝在空气中与氧气反应，其表面生成一层致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化。
铁、铜：
（1）常温、干燥的环境中，几乎不与氧气反应，但在潮湿的空气中会生锈。
（2）铁、铜在高温时能与氧气反应：
3Fe+2O2
Fe3O42Cu+O2
2CuO
2.金属与酸的反应：
活泼金属＋酸→盐＋H2↑
描述现象时，需要注意：
①如果有铁、铜元素参加反应，一定要注意溶液颜色的变化；
②金属与酸的反应均为放热反应，反应越剧烈，单位时间内放出的热量越多（镁和酸反应时放热现象较明显。
）
当铁单质参加置换反应时，生成物中的铁元素呈+2价。
●置换反应：
由一种单质和一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应
●常见金属在溶液中的活动性顺序：
KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu
金属活动性由强逐渐减弱
⏹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。
⏹在金属活动性顺序里，位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸（不可以用浓硫酸和硝酸）中的氢。
（同时两种金属时，活动性强的金属先反应）
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它们化合物的溶液里置换出来。
金属＋盐→另一金属＋另一盐（条件：
“前换后，盐可溶”）
[注意：
金属与盐溶液的反应时，在活动性顺序中，金属的距离大的，反应先发生。
一个置换反应结束后，另一个置换反应才会发生。
如在硫酸亚铁和硫酸铜的混合溶液中加入锌粒，锌会先和硫酸铜反应，反应完毕后锌才和硫酸亚铁反应。
]
◆钾、钙、钠不符合这一条。
它们会先和水反应生成碱和氢气，然后碱和盐反应。
练习：
将镁、锌、铁、铜分别放入等质量等质量分数的盐酸中，其现象依次为：
； ； ；
这说明他们的金属活动性顺序为：
铁与稀盐酸或稀硫酸反应的现象：
；
铁与硫酸铜溶液反应的现象：
；
铜与硝酸银溶液的反应现象：
；
●“湿法冶金”的反应原理：
Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
●Fe2+的盐溶液是浅绿色的，Fe3+的盐溶液是黄色的，Cu2+的盐溶液是蓝色的。
●比较Cu、Fe、Ag三种金属的活动性顺序
⏹使用铁、银和溶液，一次性得出结果：
把铁、银分别放入硫酸铜溶液中，铁表面没有现象；而银表面会附着一层红色物质，且溶液会由蓝色逐渐变为无色。
⏹使用铜、硫酸亚铁溶液和硝酸银溶液，一次性得出结果：
把铜分别放入硫酸亚铁溶液和硝酸银溶液中，硫酸亚铁溶液没有现象；而在硝酸银溶液中，铜表面会附着一层白色物质，溶液由无色逐渐变为蓝色。
⏹选用试剂时，要根据金属活动性顺序表将三种金属排序，然后将排在中间的金属变成盐溶液，或者将排在两边的金属变成盐溶液，这样才能一次性得出结果
第三节金属资源的利用和保护
●矿石：
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
常见的矿石及主要成分：
赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）、黄铁矿（FeS2）、菱铁矿（FeCO3）、铝土矿（Al2O3）、黄铜矿（CuFeS2）、辉铜矿（Cu2S）等。
●铁的冶炼
⏹实验室——一氧化碳还原氧化铁
（1）实验室中炼铁的现象有：
固体粉末由红色逐渐变黑；澄清石灰水变浑浊
（2）此实验过程中的注意事项有：
①一氧化碳通入前必须验纯，目的是防止爆炸。
②实验开始时应先通入一氧化碳，再点燃酒精灯。
目的是赶走试管内的空气，防止爆炸
③实验完毕后，应先停止加热，直到试管冷却为止再停止通入一氧化碳。
④实验多余的二氧化碳应处理，其方法为点燃或收集起来（回收利用）
工业——高炉炼铁
◆设备：
高炉（图见书17页）。
◆原料：
铁矿石（赤铁矿或磁铁矿）、焦炭、石灰石、（空气）。
◆反应原理：
C+O2
CO2、CO2+C
2CO、3CO+Fe2O3
2Fe+3CO2。
◆石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅（SiO2）转变为炉渣（CaSiO3）。
◆产品：
生铁（实验室中“炼”出的铁不含碳，而工业生产中炼出的铁含碳）。
●铁生锈的实验（见右图）
【实验器材】大试管、试管夹（带铁夹的铁架台）、胶塞、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、洁净无锈的铁钉、棉花和干燥剂氯化钙等。
【实验过程】取三根洁净无锈的铁钉，一根放在盛有蒸馏水
的试管中，并使铁钉外露一半；一根放在用植物油密封的
蒸馏水中；一根放在干燥的空气中，注意每天观察铁钉锈蚀的现象，连续观察约一周。
【实验现象】第一个试管中的铁钉生锈，而第二、三个试管中没有明显现象。
【实验结论】铁生锈实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气共同作用的结果。
【注意事项】试管二内没有现象，证明了铁钉生锈需要氧气；
第三个试管内没有现象，证明了铁钉生锈需要水蒸气。
铁锈一种复杂的铁的氧化物的水合物，可用Fe2O3·H2O表示；
铁锈很疏松，铁制品可以全部被锈蚀。
●除去铁锈的方法：
（1）刀刮、砂纸打磨。
（2）少量、多次地滴加稀盐酸或稀硫酸。
●防止铁制品生锈的方法
⏹保持铁制品的洁净、干燥；
⏹擦干后涂一层保护膜（作用：
隔绝空气、防水）。
具体方法如下：
（1）刷漆（油漆或银粉）、涂油
（2）镀其它金属（铬或锌）、制成耐腐蚀合金、烤蓝
制成不锈钢。
●金属资源的保护措施：
①防止金属的腐蚀；②回收利用废旧金属；③有计划、合理地开采矿物；④寻找金属的代用品。
（例如用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮和汽车外壳等）意义：
节约金属资源和能源，降低金属的生产成本，减少环境污染。
【各考点典型题】考点
（一）：
考查金属活动顺序
1．将金属Ni、Mn分别放入其他三种金属X、Y、Z盐溶液中，反应后有无金属析出的情况如下表所示。
则五种金属的金属活动性由强到弱的顺序为（）
X盐溶液
Y盐溶液
Z盐溶液
Ni
无
无
有
Mn
无
有
有
A．XMnYNiZB．ZNiYMnX
C．ZMnYNiXD．XMnNiYZ
2．将某金属M置于硫酸锌溶液中，无明显现象发生；而将其置于硫酸铜溶液中时，表面有红色固体物质析出。
由此可判断M、Zn、Cu的金属活动性由强到弱的顺序为（）
A．M、Zn、CuB．Zn、M、CuC．Zn、Cu、MD．Cu、M、Zn
3．为验证Mg、Cu、Ag的金属活动性强弱，某化学兴趣小组设计了如下图所示的四个实验。
其中可以不必进行的实验是（）
*4．下列有关反应2X+3Cu（NO3）2=2Y+3Cu的分析，正确的是（）
A．参加反应的X的质量等于生成的Y的质量
B．Y中一定含氮、氧元素
C．X可能是锌或镁
D．该反应一定属于复分解反应
●考点
（二）：
金属的冶炼
5．实验室里，用如右图所示装置还原氧化铁的过程中，可能生成四氧化三铁、氧化亚铁或铁等固体物质。
关于该实验，下列说法错误的是（）
A．实验时，试管中澄清的石灰水变浑浊，证明该反应有二氧化碳生成
B．实验结束时，玻璃管中红色的氧化铁粉末变成黑色，该产物不一定是铁
C．反应后，玻璃管中的固体物质的质量比反应前减少了，证明一定有铁生成
D．为了减少空气污染，应增加尾气处理装置
6．利用如图所示的装置可进行一氧化碳还原氧化铁的实验。
其中，氮气可用作本实验的保护气；盛放氧化铁的是一支带有支管的试管，其支管可用于导出试管内的气体；酒精灯带网罩；整套装置的气密性良好。
实验前，弹簧夹a、b均处于关闭状态；开始实验时，打开a，通入氮气一段时间后点燃酒精灯，再关闭a，打开b。
回答下列问题：
⑴试管内一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式为；
⑵结束实验时，应先打开a，再，然后，继续通入氮气直到试管冷却；
⑶请从两个不同角度评价该实验的优点：
，。
●考点（三）：
判断滤液与滤渣的成分
7．向硫酸铜溶液中加入一定量的铁粉。
对充分反应后所得混合物的组成，有如下4种判断。
①溶解在水中的物质有FeSO4、CuSO4，不溶物为Cu②溶解在水中的物质有FeSO4、CuSO4，不溶物为Fe③溶解在水中的物质有FeSO4，不溶物为Fe④溶解在水中的物质有FeSO4，不溶物为Fe、Cu
关于该实验，可能出现的结果是（）
A．①③ B．①④ C．②③ D．③④
*8.某工厂排放的废液中含有少量硫酸和硫酸铜。
小军同学取适量废液放入盛有一定量锌粉的烧杯中，搅拌，待充分反应后过滤，得少量滤渣和滤液。
关于该实验，下列说法正确的是（）
A.反应前后液体的酸性减弱，pH变小 B.实验所得滤液是纯水，可直接排放
C.滤渣中一定含铜和锌 D.发生的反应都是置换反应
9．往AgNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中加入一定量的铁粉，充分反应后过滤，向滤渣中加入稀盐酸，无气泡产生。
根据上述现象，你能得出的结论是（）
A．滤渣中一定有Fe粉B．滤渣中一定有Cu粉
C．滤液中一定有Fe2+D．滤液中一定有Ag+、Cu2+
*10．向氧化铜和铁粉的混合物中加入一定量的稀硫酸、微热，充分反应后过滤，再向滤液中插入锌片,有气泡产生，则以下判断正确的是（）
A．滤液中一定含有硫酸亚铁B．滤液中一定含有硫酸铜
C．不溶物中可能含有氧化铜D．不溶物中可能含有铁
考点（四）：
金属资源的防护
11.如图是探究铁锈蚀条件的装置．调节L端与R端的液面高度一致，塞紧木塞，一周后观察．下列推断不正确的是（）
A．L端液面高度低于R端液面高度
B．该实验说明铁锈蚀与空气、水有关
C．b管中铁钉不会锈蚀
D．若将a管中的水改为海水能加快铁的锈蚀
12．如图，先在锥形瓶中放入几颗崭新的铁钉，然后加入一些水，并做上记号，塞紧带导管的单孔塞，导管另一端伸入水中。
已知该装置气密性良好。
一周后，观察到铁钉表面生成一层红褐色的铁锈，锥形瓶内液面上升。
下列对于该实验的推测，正确的是（）
A．如果放置足够长的时间，锥形瓶内会充满液体
B．将铁钉取出，保留铁钉表面的铁锈作为保护层可以防止铁进一步生锈
C．因为铝的化学性质比铁活泼，如果将铁钉换成铝丝，将会看到铝丝比铁锈蚀得更严重
D.铁锈的主要成分与铁在氧气中燃烧的产物不相同
13．某化学兴趣小组的同学用光亮的铁丝做如下图所示实验．放置1～2周后，可观察到装置甲、乙中铁丝无明显变化；装置丙中铁丝生锈，试管内液面上升约1/5体积．
通过实验，该小组得出了如下结论：
3在潮湿空气中易生锈；②空气中氧气约占1/5体积；
③铁不能与氧气反应；④不能确定铁生锈是否与二氧化碳有关．
该小组还作出了以下猜测：
⑤用表面镀铬的铁丝进行实验丙，
放置1～2周后铁丝表面无明显变化，试管内液面不上升．
上述结论及猜测中，正确且合理的是（）
A．①②④⑤B．①②③④
C．①③④D．①②③④⑤
14．某校化学兴趣小组在探究铁的锈蚀条件后发现该实验耗时较长。
为解决此问题，在教师的指导下进行了更深入的探究。
探究过程如下：
如图所示（该装置气密性良好），室温时，将包有样品的滤纸包用大头针固定在橡皮塞上，迅速塞紧橡皮塞。
已知，此集气瓶净容积为146mL。
一段时间后，观察到量筒内水沿导管进入集气瓶。
当温度恢复至室温，且量筒内水面高度不再发生变化时读数（此时瓶内氧气含量近似为零）。
记录起始和最终量筒的读数以及所需时间如下表。
序号
样品
量筒起始读数
／mL
量筒最终读数／mL
所需时间／min
Ⅰ
1g铁粉、0.2g木炭粉和10滴水
100
70
约120
Ⅱ
lg铁粉、0.2g木炭粉、10滴水和少量氯化钠
100
70
约70
（1）根据所学知识推测：
实验过程中，温度计示数如何变化。
；
实验结束后取出Ⅰ号样品滤纸包，打开。
可观察到样品的颜色变为。
（2）分析实验Ⅰ和Ⅱ所得数据，初步推断铁锈蚀的速率与有关（填化学式）。
（3）该实验还可测量空气中氧气的含量。
根据实验数据计算氧气约占空气体积的％（计算结果精确到0.1%）。
（4）现要增加一个对比实验，探究木炭对铁锈蚀速率的影响，则需增加实验的样品组成为。
●考点（五）：
考查金属与酸反应的质量问题
15.在天平两盘上的烧杯中，各放入质量相同的稀硫酸，调节天平至平衡。
分别向两边烧杯各加入5g镁和5g铁，镁和铁全部反应而消失后，天平的指针（）
A．偏向加铁的一边B.偏向加镁的一边
C．仍停留在原来的位置D.无法确定
16．如右图所示，烧杯中盛有质量相等、质量分数相等的稀盐酸，天平调平后，同时向其中分别加入等质量的锌片和铁片，则从反应开始到金属完全反应的过程中，天平指针指向的变化是（）
A．向左偏B．向右偏C．先向左偏后向右偏D．先向右偏后向左
考点（六）：
考查金属与酸反应的图像问题
17．把某稀硫酸分为等体积的两份，放入两个烧杯中，分别加入等质量的甲、乙两种金属，反应后金属都没有剩余。
产生H2
的质量随时间变化的趋势如图。
下列说法正确的是（）
A．甲的活动性比乙强B．甲的相对原子质量一定比乙小
C．反应消耗等质量的硫酸D．反应消耗等质量的金属
18.某研究性学习小组的同学为探究实验室制取氢气的方案，分别用等质量的金属A、B跟质量相同、溶质质量分数相同的稀硫酸反应，反应生成氢气的质量与时间的关系如下图所示。
分析图象得到的下列结论中，不合理的是（）
（已知A、B在生成物中均显+2价，A、B的相对原子质量不等）
A．反应速率A＞BB．生成氢气的质量A=B
C.
金属的活动性A＞BD．A、B均反应完，硫酸有剩余
●考点（七）：
考查混合物的分离
19.探究活动一：
在室温条件下进行如图所示实验。
已知：
试管内的镁条和铁片表面均被打磨洁净，且形状、大小均相同；同时加入两支试管中的稀盐酸的质量和质量分数均相等。
（1）该实验的目的是：
___________________、_________________________
两支长颈漏斗中产生的现象的不同之处是________。
（2）若实验所用的金属均过量，则甲装置中产生的H2比乙装置中产生的H2质量________（填“多”、“少”或“相等”）。
（可能用到的相对原子质量：
H－1O－16Mg－24Cl－35.5Fe－56）
探究活动二：
为除去铜屑中混有的少量铁屑，并测定该混合物中铁的质量分数，现有如下A、B两组实验方案。
A：
称取一定质量的样品加入足量的稀盐酸过滤、洗涤、干燥、称量所得固体质量
搅拌
B：
称取一定质量的样品加入足量的硫酸铜溶液过滤、洗涤、干燥、称量所得固体质量
搅拌
（3）两种方案，你认为不能达到目的的是________（填“A”或“B”），理由是________。
（4）在你所选取的方案中，若采用加热烘干的方式干燥滤渣，会导致测定的铁的质量分数________（填“偏大”、“偏小”或“不变”）
20.某化学实验小组实验结束时，将含有CuSO4、ZnSO4、FeSO4的废液倒在废液缸里，为回收有关金属和盐，同学们设计了如下实验方案：
试回答：
（1）步骤①中锌粉必须过量的原因是。
（2）写出步骤①中任一反应的化学方程式。
（3）要检验步骤④中加入的稀硫酸是否足量的方法是
（4）若实验过程中的物质损失可忽略，最终所得硫酸锌的质量（填“>”、“<”或“=”）原废液中硫酸锌的质量。
要计算该废液中硫酸铜质量，必须要称量的质量。
●考点（八）：
实验探究金属活动性的强弱
21．某校老师在课堂上与同学们一起研究金属的化学性质时，做了下面的一个实验：
将一洁净的铝丝放入无色的硝酸汞溶液中，一段时间后取出，可观察到铝表面有一层银白色的物质附着。
⑴同学们猜测该银白色物质是汞，依据是铝的金属活动性比汞。
下课后某同学意外的发现，刚才用的铝丝表面“长出”许多白色毛绒绒的物质，这引起了同学们的很大兴趣。
这白色的物质是什么？
同学们作出了各种各样的猜测：
A．这种物质是汞B．这种物质是铝粉C．这种物质是氧化汞粉末D．这种物质是氧化铝粉末
⑵仔细观察后，有同学们认为A、C猜测均不合理。
其中能说明C猜测不合理的事实证据是。
⑶某同学认真思考后，认为猜测B也不合理，理由是。
为了证实该同学的观点，可取白色物质少许，加入，如果则这种物质不是铝。
22.（7分）为研究锌和铝的金属活动性，某研究小组进行了如下探究。
（1）小明设计的实验方案：
向表面积相同的铝片和锌粒中分别加入盐酸。
写出锌与盐酸反应的化学方程式：
。
（2）小芳将去膜和未去膜的铝片分别放入盐酸中，发现前者比后者反应快，原因是
。
（3）小芳在
（2）实验中，还观察到有“灰黑色沉淀”这一异常现象出现。
【提出问题】铝与盐酸反应出现的灰黑色沉淀的组成是什么？
【查阅文献】铝在颗粒较小时为灰黑色；AlCl3为无色透明晶体或白色而微带浅黄色的固体，易溶于水和乙醇。
【提出假设】假设a：
该灰黑色沉淀可能含有；假设b：
该灰黑色沉淀可能含有AlCl3；假设c：
该灰黑色沉淀可能含有难溶于酸的物质。
【设计并完成实验】取灰黑色沉淀分别进行如下实验。
实验编号
实验操作
实验现象
①
加入适量稀盐酸
有微量气泡，固体全部溶解，得到澄清溶液
②
加入适量蒸馏水
固体部分溶解
③
加入适量无水乙醇
固体部分溶解
【得出结论】由实验①可判断假设c（填“成立”或“不成立”），再集合②和③可得出该灰黑色沉淀的成分是。
（4）你认为①中小明的实验能否比较锌和铝的金属活动性强弱？
（填“能”或“不能”），分别从设计方法和操作可行性的角度，具体说明理由：
考点（九）：
以金属与酸反应的原理为情景，考计算
23．Cu与Zn的合金称为黄铜。
某化学兴趣小组的同学为了测定某黄铜的组成，取20g该黄铜样品于烧杯中，向其中分5次加入相同溶质质量分数的稀硫酸，使之充分反应。
每次所用稀硫酸的质量及剩余固体的质量记录于下表：
加入稀硫酸的质量（g）
充分反应后剩余固体的质量（g）
第1次
20
17.4
第2次
20
14.8
第3次
20
12.2
第4次
20
12.0
第5次
20
m
试回答：
（1）上述表格中m的值为；
（2）黄铜样品中锌的质量分数为；*（3）所用稀硫酸中硫酸的质量分数是多少？
24.1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可炼出含铁96%的生铁的质量是多少？
答案：
ABCBC6.
（1）高温下Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2
（2）关闭b；熄灭酒精灯；（3）环保；节约能源．7.BDCAADA14.
（1）温度升高到一定数值后降至室温
（2）红色，NaCl；20.5%；1g铁粉和10滴水
15.ADDD19.
（1）比较镁、铁与稀盐酸反应的剧烈程度；比较相同时间内镁、铁与稀盐酸反应放出热量的多少；甲装置长颈漏斗中液面比乙装置中的高
（2）相等（3）铁未被完全除尽（4）偏小
20.
（1）将废液中的Cu2+和Fe2+全部置换出来；
（2）Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu（或Zn+FeSO4=Fe+ZnSO4）（3）取步骤④的滤渣于试管中，加入少量稀硫酸，若有气泡产生，则酸不足量（或若无气泡产生，则酸已足量）；（4）>；固体D（或铜）21.⑴强⑵氧化汞为红色固体粉末⑶铝较活泼，在空气中易与氧气反应稀盐酸或稀硫酸没有气泡产生
22.
（1）Zn+2HCl═ZnCl2+H2↑；
（2）未去膜的铝片表面有氧化铝（氧化膜），氧化铝先与盐酸反应（3）铝（或铝和氯化铝的混合物）；不成立；铝和氯化铝（4）小明的实验方案中未控制金属的纯度，盐酸的浓度等相关变量相同，操作中难以做到铝片和锌粒的表面积相同
23.12；40%；19.6%24.583t
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