《金属与金属材料》导学案+课时作业.docx

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《金属与金属材料》导学案+课时作业

第2课时　金属与金属材料

[学习目标]　1.能从材料组成的角度对生活中常见材料进行分类，能根据使用需求选择适当的材料，能解释使用注意事项，并能科学合理使用。

2.了解金、银、铜、不锈钢的主要性质及作为材料在工业生产和高科技领域中的应用。

1.重要的黑色金属材料——钢铁

（1）金属材料的分类

①黑色金属材料：

包括

铁、

铬、

锰以及它们的合金。

②有色金属材料：

除

黑色金属材料以外的其他金属材料及其合金。

（2）重要的黑色金属材料——钢铁

①钢铁

钢铁是铁的合金的总称，

减少生铁里的

碳元素并增加

硅、

锰等元素的含量，铁则转化为钢。

由于钢铁中含有其他杂质，所以

易被锈蚀。

②不锈钢

在普通钢的基础上加入

铬、镍等多种元素炼成不锈钢，具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。

2．几种有色金属材料——金、银、铜

（1）金、银、铜的重要物理性质、性能及应用的比较

（2）铜及其化合物的化学性质

①铜

②氧化铜

一、重要的黑色金属材料——钢铁

[交流研讨]

1．人类使用钢铁的历史悠久，历经：

生铁—钢—不锈钢的演变过程，生铁与钢在成分上有什么不同？

提示：

生铁和钢都是铁的合金，其中含碳量高的叫生铁，含碳量低的叫钢。

2．黑色金属材料是黑色的吗？

提示：

黑色金属材料不是黑色的，是银白色的。

[点拨提升]

1．冶金工业把金属材料分为黑色金属材料（Fe、Cr、Mn及其合金）和有色金属材料（除黑色金属之外的金属及其合金），不是从外观上分的，其实黑色金属仍然是银白色，而有色金属除Au—黄色、Cu—紫红色外其他的仍为银白色。

2．生铁与钢的区别在于含碳的高低，不锈钢中的其他成分比生铁中的要多，但含碳量比生铁低，不锈钢有多种类型，其共同的特征是含Cr量不低于12%。

知识拓展

生铁是铁矿石（Fe2O3或Fe3O4）高温下被CO还原而制备的；而钢是用氧化剂氧化减少生铁中的碳元素含量而制得的，因此中国有句古语叫“百炼成钢”。

[练习与活动]

1．下列金属不属于黑色金属的是（　　）

A．Fe（铁）B．Mn（锰）C．Cr（铬）D．Ti（钛）

答案　D

解析　黑色金属主要是指Fe、Cr、Mn及其合金。

2．下列有关铁及铁合金的说法正确的是（　　）

A．生铁是铁碳合金，而钢则为纯铁

B．生铁的硬度比纯铁的硬度小

C．减少生铁中的碳、硅、锰等元素可得到钢

D．铁的应用，经历了“铁—普通钢—不锈钢”的演变过程

答案　D

解析　钢也是合金，A错误。

生铁的硬度比纯铁的硬度大，B错误。

炼钢是减少生铁中的碳元素，增加硅、锰等元素，C错误。

二、几种重要的有色金属材料——金、银、铜

[交流研讨]

1．金、银、铜在历史上主要作为货币金属或装饰品被应用，你能解释一下原因吗？

提示：

稀有且色彩迷人，不易变质——化学性质稳定。

2．铜器在潮湿的空气中表面易形成一层绿色的铜锈，它是怎样形成的？

提示：

2Cu＋H2O＋CO2＋O2===Cu2（OH）2CO3

[点拨提升]

1．常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里会被锈蚀，在其表面生成碱式碳酸铜（铜绿）。

反应的化学方程式为2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2（OH）2CO3。

2．含铜化合物间的相互转化

氧化铜分解：

4CuO

2Cu2O＋O2↑，CuO为黑色固体，Cu2O为红色固体。

蓝矾失水：

CuSO4·5H2O

CuSO4＋5H2O↑，

CuSO4·5H2O为蓝色晶体，CuSO4为白色粉末。

知识拓展

1．Cu与稀H2SO4不反应，但在H2SO4作用下，Cu常温下与O2反应，其方程式为2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O，这是工业上用废铜屑制蓝矾的反应原理；类似地Cu与O2在盐酸或硝酸存在条件下也可制得CuCl2和Cu（NO3）2。

2．Ag制器皿长时间放置易发黑，是因为Ag与空气中微量的硫化氢反应生成Ag2S：

4Ag＋O2＋2H2S===2Ag2S＋2H2O。

3．Cu2O在酸性条件下不稳定，发生反应Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O，此反应常用于检验Cu中是否含Cu2O；与Cu2O反应的酸不能为硝酸，若为硝酸，则生成物全部为Cu2＋，无单质Cu。

[练习与活动]

3．人类的生活和生产都离不开金属。

下列金属的用途或特点不是利用金属的化学性质的是（　　）

A．用铁回收含银废液中的银

B．用铜与稀硝酸反应制备NO

C．古代的金银制品能保存至今

D．电子工业中用金制作导线或电器元件

答案　D

解析　利用铁的金属活动性比银强，A不符合题意。

利用铜的还原性，B不符合题意。

利用金、银的金属活动性比较弱，C不符合题意。

利用了金的导电性，D符合题意。

4．铜、银、金是人类认识最早的三种金属，因为很早就被人们用于铸造钱币，因而有“货币金属”之称。

由于铁的金属性比铜、银、金的强，相对而言，人类认识铁稍晚。

某研究性学习小组为了证明铁的金属活动性比铜强，他们设计了如下方案，设计合理的是（　　）

A．铁片置于硫酸铜溶液中有铜析出

B．铁、铜和氯气反应分别生成FeCl3和CuCl2

C．足量的铁片和铜粉分别与浓硫酸反应生成FeSO4和CuSO4

D．铜片置于FeCl3溶液中铜片逐渐溶解

答案　A

解析　活泼的金属能置换出不活泼的金属，铁片置于CuSO4溶液中置换出铜，说明铁的金属活动性强于铜的金属活动性，A正确；Cl2具有强氧化性，Fe、Cu与Cl2反应分别生成FeCl3、CuCl2，二者分别是Fe、Cu的最高价氯化物，不能说明铁的金属活动性强于铜的金属活动性，B错误；足量铁片和铜粉置于浓硫酸中反应，生成FeSO4和CuSO4，不能说明铁的金属活动性强于铜的金属活动性，C错误；铜置于FeCl3溶液中，发生反应生成FeCl2和CuCl2，不能说明铁的金属活动性强于铜的金属活动性，D错误。

本课小结

学习·理解

1．下列说法正确的是（　　）

A．铁是人类在生产、生活中最早使用的金属

B．金、银、铜是应用最广泛的金属材料

C．钛被誉为“21世纪的金属”，应用前景很广阔

D．铜是导电性、导热性最好的有色金属

答案　C

解析　人类在生产、生活中最早使用的金属是铜而不是铁，A错误；应用最广泛的金属材料是黑色金属材料，即铁、锰、铬以及它们的合金，而不是金、银、铜等有色金属材料，B错误；金属钛因性能优良、蕴藏量大，被誉为“21世纪的金属”，应用前景广阔，C正确；银的导电性、导热性是金属中最好的，铜的导电性、导热性仅次于银，D错误。

2．下列有关金属的说法，不正确的是（　　）

A．青铜、不锈钢、硬铝都是合金

B．铜表面易形成致密的氧化膜

C．工业上用电解熔融MgCl2的方法制取金属镁

D．铝是活泼金属，但在空气中耐腐蚀

答案　B

解析　铜在空气中其表面不能形成致密氧化膜，故B错误。

3．下列说法正确的是（　　）

A．所有的不锈钢都只含有金属元素

B．我国流通的硬币材质是金属单质

C．广东打捞出来的明代沉船上存在大量铝制器具

D．镁合金的硬度和强度均高于纯镁

答案　D

解析　不锈钢是在普通钢的基础上，加入铬、镍等多种元素炼成的钢材，其中还含有碳、硅等非金属元素，A错误；我国流通的硬币材质是合金，故B错误；明代还没有铝制品，故C错误；合金的性能（如硬度和强度）等均高于其成分金属，故D正确。

4．联合国卫生组织认为我国的铁锅是一种理想的炊具，应向全世界大力推广，主要原因是（　　）

A．升热慢，退热也慢

B．烹饪的食物中含有铁元素

C．生产过程简单，价格便宜

D．生铁中含碳元素，因而含有对人体有益的有机物

答案　B

解析　用铁锅烹饪的食物中含有人体需要的铁元素，B正确。

5．下列有关金属及其合金的说法不正确的是（　　）

A．目前我国流通的硬币是由合金材料制造的

B．生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加

C．镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，可以制作照明弹

D．铝制品表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护作用

答案　B

解析　金属硬币都是由合金材料制成的，A正确；生铁中的含碳量比普通钢中的高，不锈钢主要是在钢中加入镍、铬等元素，B错误；镁燃烧能发出强光，C正确；铝表面的氧化膜致密稳定，对内部金属起保护作用，D正确。

6．利用新技术能将不锈钢加工成柔软的金属丝，它可以和棉纤维一起编织成为防辐射的劳防服装，这是利用了金属的（　　）

A．耐腐蚀性B．还原性

C．热传导性D．延展性

答案　D

解析　把不锈钢加工成柔软的金属丝来制作劳防服装，主要是利用了金属的延展性。

7．某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3＋、Cu2＋、Au3＋等离子。

有人设计了图中的工艺流程，利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑，从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜。

填写下面空白：

（1）图中标号处需加入的相应物质分别是①________，②________，③________，④________，⑤________。

（2）写出①处发生反应的离子方程式：

_______________________；

写出③处发生反应的化学方程式：

_________________________。

（3）铁红的化学式为________；分别写出铁红和氧化铜在工业上的一种主要用途：

铁红___________________________；氧化铜__________________________。

答案　

（1）铁屑　稀硫酸　稀硝酸　氢氧化钠　氢氧化钠

（2）Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，2Au3＋＋3Fe===2Au＋3Fe2＋　3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

（3）Fe2O3　用作红色涂料　用作制造铜盐的原料

解析　由工艺流程图示知，E为含铁元素的溶液，而A为铁、铜、金的混合物，通过过滤将E、A分离开，因此①处加入的物质为铁屑，发生的反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，2Au3＋＋3Fe===2Au＋3Fe2＋；②处加入稀硫酸以除去铜、金中过量的铁屑，并将过滤后的硫酸亚铁溶液与含Fe2＋的E溶液相混合；③处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开；④处将得到的铜离子用氢氧化钠转化为氢氧化铜沉淀，再加热分解为氧化铜；⑤处加入氢氧化钠将亚铁离子转化为氢氧化亚铁沉淀，再利用空气将其转化为氢氧化铁沉淀，加热分解为铁红（氧化铁）。

应用·实践

8．向稀硫酸中加入铜粉不反应，若再加入某种盐，则铜粉可逐渐溶解，符合此条件的盐是（　　）

①NaNO3　②KCl　③ZnSO4　④Fe2（SO4）3

A．①③B．②③C．①③④D．①④

答案　D

解析　加入NaNO3时，NO

在酸性条件下具有强氧化性，能使铜溶解；加入Fe2（SO4）3时，发生反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋使铜溶解，加入KCl、ZnSO4时，Cu不反应。

9．下列有关金属的用途及相关解释的叙述不正确的是（　　）

A．可用铝罐车盛装浓硫酸进行运输，原因是铝与浓硫酸不反应

B．不锈钢可用于制作手术器械，原因之一是不锈钢在高温下仍具有很强的韧性，可进行高温消毒

C．金、银、铜可制作货币，原因之一是化学性质稳定

D．用铜制作印刷电路板，原因是铜能导电

答案　A

解析　铝与浓硫酸反应，表面迅速形成一层致密的氧化膜，隔绝了内层金属与浓硫酸的继续反应，A错误；金、银、铜能稳定存在，故可制作货币，C正确；印刷电路板中的铜起导电作用，D正确。

10．金属材料在日常生活、生产中有着广泛的应用。

下列关于金属的说法不正确的是（　　）

A．金属钠常保存在煤油中

B．工业上金属Mg、Al都是由电解熔融的氯化物制得

C．合金的硬度一般比各成分金属的大

D．铜与氯化铁溶液的反应常用于制作印刷电路板

答案　B

解析　Na的密度比煤油大，且钠较活泼，故钠常保存在煤油中，A正确；工业上采用电解熔融MgCl2的方法制备Mg，工业上采用电解熔融Al2O3的方法制备Al，B错误；C正确；Cu与FeCl3溶液反应：

2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，D正确。

11．里约奥运会上，女排精神得到传承和发扬，时隔12年再夺奥运冠军，中国女排姑娘胸前金光闪闪的金牌引起了某化学探究小组成员的好奇。

小组成员对这些金牌的成分进行三种猜想：

①由纯金制成，②由金银合金制成，③由黄铜（铜锌合金）制成。

为验证他们的猜想，该小组成员取制造这种金牌的材质粉末进行实验。

你认为在该粉末中应加入的试剂是（　　）

A．CuSO4溶液B．稀硝酸

C．盐酸D．AgNO3溶液

答案　B

解析　只有Zn能与CuSO4溶液、盐酸反应，金、银、铜都不与CuSO4溶液、盐酸反应，A、C错误。

金、银都不与AgNO3溶液反应，不能验证①②两种猜想，D错误。

金不能与硝酸反应，银能与硝酸反应，Cu、Zn都能与硝酸反应，且Cu（NO3）2溶液呈蓝色，用稀硝酸可以验证①②③三种猜想，B正确。

12．下列有关金属的说法正确的是（　　）

①在人类对金属材料的使用过程中，性质活泼的金属单质最早被人们冶炼和使用

②生铁的熔点比纯铁低，硬度比纯铁大

③单质铝在空气中耐腐蚀，所以铝是不活泼金属

④正常人体缺钙会引起骨质疏松症，缺铁会引起贫血等疾病

⑤青铜、不锈钢、硬铝都是合金

A．②③④⑤B．②④⑤

C．①③④⑤D．①②⑤

答案　B

解析　金属活动性越强，该金属元素与其他元素组成的化合物就越稳定，越难以被冶炼出相应的金属单质，故活泼金属不是最早被利用的金属，①错误；合金的熔点一般比成分金属的低，硬度一般比成分金属的大，②正确；铝是活泼金属，③错误；④正确；青铜是Cu、Sn、Pb合金，不锈钢是Fe、Cr、Ni等合金，硬铝是Al、Cu、Mg、Mn等合金，⑤正确。

13．某同学通过实验探究Cu及其化合物的性质，下列操作正确且能达到相应实验目的的是（　　）

A．将铜粉与硫粉混合均匀加热以制取CuS

B．常温下，向Cu与过量浓硫酸反应后的溶液中加水以观察CuSO4溶液的颜色

C．向CuSO4溶液中加入过量的NaOH溶液，过滤、洗涤并收集沉淀，充分灼烧以制取CuO

D．足量铜与浓硝酸反应制取纯净的NO2

答案　C

解析　硫的氧化性较弱，只能将铜氧化成Cu2S，A项错误。

常温下铜与浓硫酸不反应且水不能加入浓H2SO4中，B项错误。

向CuSO4溶液中加入过量的NaOH溶液产生氢氧化铜沉淀，过滤洗涤并灼烧氢氧化铜，最终得到氧化铜，C项正确。

足量铜与浓硝酸反应的过程中，随着HNO3溶液浓度的降低，会有NO生成，D项错误。

14．金币、银币、铜币等货币在我国历史上曾发挥过重要的作用。

一位收藏家的家中，陈列着很多金属货币。

（1）其中有些货币表面呈黑色，且有少量的绿色锈状物，则这些货币肯定是____________币，黑色物质是______________________（填名称），绿色物质是______________（填化学式）。

要除去这些物质应选用__________，发生反应的离子方程式为____________________________________，充分反应后，这些金属货币的颜色为________色。

（2）其中一枚是闪闪发光的黄色货币，它肯定是________币，黄色货币表面一直未被氧化的原因是__________________________________。

（3）若将金币、银币、铜币分别放入稀硝酸中，能溶解的是________，不溶解的是________，写出溶解时的化学方程式：

______________________________，若要溶解不能被硝酸溶解的金属货币，应选用________。

答案　

（1）铜　氧化铜　Cu2（OH）2CO3　稀盐酸　CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O、Cu2（OH）2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O　紫红

（2）金　金不活泼，不易被氧化

（3）铜币、银币　金币　3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O、3Ag＋4HNO3（稀）===3AgNO3＋NO↑＋2H2O　王水

解析　金、银、铜都属于不活泼金属。

铜为紫红色金属，在潮湿的空气中易被锈蚀，表面形成一层绿色的铜锈，铜锈易分解生成黑色的CuO，绿色铜锈和黑色CuO可用稀盐酸除去。

金的化学性质最不活泼，不与硝酸等强氧化性酸反应，在空气中不易被氧化。

银比金活泼，可与稀硝酸反应。

相对来说，铜的稳定性较差，不仅能和稀硝酸反应，在空气中也易与氧气等发生反应而被锈蚀。

迁移·创新

15．Fe2O3和Cu2O都是红色粉末，常用作颜料。

某校一化学实验小组通过实验来探究某红色粉末的成分。

探究过程如下。

[查阅资料]　Cu2O溶于稀硫酸生成Cu和CuSO4，在空气中加热生成CuO。

[提出假设]　假设1：

红色粉末是Fe2O3

假设2：

红色粉末是Cu2O

假设3：

红色粉末是Fe2O3和Cu2O的混合物

[设计实验]　取少量粉末投入足量稀硫酸中，在所得溶液中滴加KSCN溶液。

（1）若假设1成立，则实验现象为____________________________________。

（2）若滴加KSCN溶液后混合液不变红色，则证明原固体粉末中一定不含Fe2O3。

你认为这种说法合理吗？

________（填“合理”或“不合理”）。

用文字简述你的理由：

________________________________________。

（3）若固体粉末完全溶解且反应后无固体剩余，滴加KSCN溶液时混合液不变红色，则证明原固体粉末是____________，写出发生反应的离子方程式：

________________________________________________。

答案　

（1）所得溶液变为红色

（2）不合理　Cu能将Fe3＋还原为Fe2＋

（3）Fe2O3和Cu2O的混合物　Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O,2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

解析　

（1）若假设1成立，则溶液中含有Fe3＋，遇到KSCN溶液变红色。

（2）如果混合物中含有Cu2O，遇到酸会产生Cu，Cu能与Fe3＋反应生成Fe2＋，故题述说法不合理。

（3）若固体全部溶解且反应后无固体剩余，则假设2不成立，因为Cu2O溶于稀硫酸生成Cu和CuSO4，而稀硫酸不能溶解Cu；由滴加KSCN溶液时混合液不变红色可知假设1不成立，假设3成立。