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金属和金属材料
第八单元金属和金属材料
【学习目标】
1．了解金属的物理特征，能区分常见的金属和非金属；认识金属材料在生产、生活和社会发展中的重要作用。
2．知道常见的金属与氧气的反应；了解防止金属锈蚀的简单方法。
3．知道一些常见金属（铁、铝等）矿物，了解从铁矿石中将铁还原出来的方法。
4．了解常见金属的特性及其应用，认识加入其他元素可以改良金属特性的重要性；知道生铁和钢等重要的合金。
5．知道废弃金属对环境的污染，认识回收金属的重要性。
课题1金属材料
一、几种重要的金属
【学习导引】
1．打开书后的元素周期表，你会发现金属元素比非金属元素多。
由金属制成的制品在日常生活中特别多，请寻找你身边的制品是由哪些金属材料制的，这些金属制品体现了金属的什么物理性质？
金属常温下是______（除汞外）、有______光泽、大多为热和电的______导体（用作加热器具和导线），有______性（能展成薄片、拉成丝）、密度______、硬度______、熔点______等共性。
2．金属的物理性质具有相似的共性，但导电性、导热性、密度、熔点、硬度等也会存在较大的差别，利用物理性质差别可做到“慧眼识金属”，不信你可以试一试。
（1）从颜色上看，大多数金属如铝、铁等都呈______色；铜为______色；金是______色。
⑵从状态上看，常温下铝、铁、铜等大多数金属都是______体，汞是______体。
（3）导电性最好的金属为______；密度最大的金属为______；
熔点最高的金属为______；硬度最大的金属为______。
3．日常生活中有铁锅、铝锅、铜锅；是因为铁铝铜能够导热；是不是金属有相似的物理性质，就可以在制品中相互代替吗？
菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用______制；银的导电性比铜好，电线一般用______制而不用______制；灯泡里的灯丝用______制而不用锡制，有的铁制水龙头等一般要镀______而不镀______；因此物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但这不是______的决定因素。
在考虑物质的用途时，还需要考虑______、资源、是否美观、使用是否便利，以及废料是否易于______和对环境的影响等多种因素。
【同步训练】
1．下列物品不是由金属材料制成的（）
A．菜刀B．蓝球框C．灯丝D．乒乓球台面
2．下列金属在常温下为液体的（）
A．铝B．铜C．汞D．锌
3．下列金属中，硬度最大的是（）
A．铁B．钨C．铬D．钙
4．“垃圾是放错了位置的资源”，应该分类回收。
生活中废弃的铁锅、铝质易拉罐、铜导线等可以归为一类加以回收，它们属于（）
A．化合物B．金属C．氧化物D．纯净物
5．金属具有共同的物理性质是（）
A．熔点高、硬度大B．有磁性，能被磁体吸
C．有银白色金属光泽D．能导电、导热
6．某新型“防盗玻璃”为多层结构，每层中间嵌有极细的金属线，当玻璃被击碎时，与金属线相连的警报系统就会立刻报警。
“防盗玻璃”能报警，这利用了金属的（）
A．延展性B．导电性C．弹性D．导热性
7．用短线把下列铝及其合金的有关性质和用途连接起来：
延展性好做导线、电缆
导热性好制造飞机、汽车
导电性好铝箔包装糖果、香烟
密度小炊具、太阳能吸收装置
二、合金
【学习导引】
1．你知道最常见的合金是什么？
合金有什么用？
合金是混合物还是化合物？
让我们根据漫画回顾一下人类发现合金的历程。
（1）纯铁较______（硬、软）；向纯铁中加入______或______加热融合成铁的合金，铁的合金比纯铁坚硬。
（2）生铁和钢是铁的两种______，生铁和钢的区别在于含碳量，______含碳量为2％－4.3％，含碳量为0.03％－2％。
生铁和钢是______（混合物、纯净物）
（3）向钢中加入铬、镍形成______，它的抗腐蚀能力比较强。
2．合金与组成合金的成分在物理性质上有差异吗？
一般，合金的硬度______组成它的纯金属，熔点____________组成它的纯金属，性能比纯金属更好，应用更广泛。
因此，日常使用的金属材料大多数为合金。
3．人类使用金属材料历史是从青铜、铁器到铝合金，今天有人称钛及其合金是21世纪的金属，你认为对吗？
钛及合金具有很多优良性能，如熔点______、密度______、可塑性好、易于加工、机械性能好。
把它们放在海水中数年，取出后仍光亮如初，其抗______性能远远优于不锈钢，因此用途广。
【同步训练】
1．下列物质不属于合金的是（）
A．青铜B．硬铝C．不锈钢D．氧化铁
2．下列关于金属材料的说法中，正确的是（）
A．钢是纯铁B．铝比铁活泼，所以铝制品更易被腐蚀
C．生铁是铁的合金D．被腐蚀的铁制品属于不可回收垃圾
3．制作家庭中使用的餐具，最好是用（）
A．生铁B．锰钢C．不锈钢D．硅钢
4．生铁和钢在组成上的主要区别是（）
A．钢的机械性能比生铁强B．钢是铁的合金，生铁是纯铁
C．钢和生铁的含碳量不同D．钢的熔点比生铁高
5．钛和钛的合金被认为是21世纪的重要材料，它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工，钛合金与人体有很好的“相容性”。
根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是（）
A．用来做保险丝B．用于制造航天飞机
C．用来制造人造骨D．用于制造船舶
6．硬铝的下列性质中，与制造飞机外壳无关的是（）
A．导电性较好B．密度较小C．耐腐蚀性较强D．硬度较大
7．你将选用那种合金来制造下列物品，说明理由。
（1）外科手术刀选择______制造，理由___________________________________________。
（2）鸟巢的外结构选择______制造，理由_________________________________________。
（3）门锁选择______制造，理由_________________________________________________。
【能力拓展】
1．人们在日常生活中离不开金属，高科技新材料的开发和应用也需要金属。
（1）地壳中含量最高的金属元素是______________________________________________。
（2）根据下图金属应用实例推断金属具有的物理性质有____________________________。
（3）日常使用的金属材料多属于合金。
下表列出了一些常见合金的主要成份和性能。
合金
合金的主要性能
主要成分及纯金属的性能
焊锡
熔点183℃
锡：
熔点232℃；铅：
熔点327℃
硬铝
强度和硬度好
铝、铜、镁等。
硬度小，质软
不锈钢
抗腐蚀性好
铁、铬、镍等。
纯铁抗腐蚀性能不如钢
由上表推断，与组成合金的纯金属相比，合金的优点一般有（填序号）______。
①强度更低②硬度更高③熔点更高④抗腐蚀性更好
课题2金属的化学性质
【学习导引】
1．回忆我们怎么在课上探究金属活动性强弱呢？
（1）金属在氧气中反应______和剧烈程度不同体现了金属活动性强弱。
镁、铝在常温下能与氧气反应。
铝在空气中与氧气反应，其表面形成一层致密的______（）薄膜。
铁、铜在常温下几乎不与氧气反应，但在______时能与氧气反应。
铁在氧气中剧烈燃烧生成黑色的______（）。
“真金不怕火炼”说明金即使在高温时也不能与______反应。
从上可得出：
______较活泼，铁、铜次之，______最不活泼。
（2）金属与酸（稀硫酸或______）能否反应以及反应的______，可反映金属活动性。
把相同浓度的稀硫酸分别放入盛有相同大小的镁、铝、铁、铜的试管中，生成氢气的金属是______，没有生成氢气的金属是______；金属与酸反应剧烈程度由高到低的顺序，______较强，______次之，______较弱。
同样条件下，镁、铝、铁、铜与稀硫酸的反应结论，和稀盐酸的反应结论______。
由上可得出镁、铝、铁、铜的金属活动性由强到弱的顺序______。
（3）金属与金属化合物溶液能否反应，这也是比较金属活动性的依据之一。
把铝丝浸入硫酸铜溶液中，铝丝表面有______生成，说明铝比铜活泼；把铜丝浸入硝酸银溶液中，铜丝表面有银生成，说明______比______活泼；把铜丝浸入硫酸铝溶液中，铜丝表面没有铝生成，说明______比______活泼；由三个实验得出铝、铜、银金属活动性由强到弱的顺序______。
2．请你完成下列常见金属活动性顺序：
3．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______。
（2）位于______前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢。
（3）位于______的金属能把位于______的金属从它们的化合物溶液中置换出来。
【同步训练】
1．把铁粉、镁粉和铝粉（各取1g）混合均匀，装入一个瓶盖扎有小孔的小塑料瓶中，点燃酒精灯，轻拍塑料瓶，混合物撒落在火焰上燃烧，火焰上就会闪烁着红色和白色的星光，十分美丽。
请你用化学方程式解释这些现象：
（1）______________
（2）______________（3）______________
2．废旧计算机的某些部件含有Zn、Al、Cu、Ag、Pt（铂）、Au（金）等金属，经物理方法初步处理后，加入足量稀盐酸充分反应，过滤所得的金属是______；与稀盐酸反应的金属______，写出它们分别与稀盐酸反应的方程式_______________________，_____________
________________________________________。
3．“蚀刻”是制作印刷模板的一种方法。
现用“蚀刻”的方法制作“福娃”的印刷模板，制作过程如下：
①用稀盐酸除去金属板表面的“锈斑”，再进行打磨等处理；②在金属板上镀一层防酸材料——蜂蜡；③在上面刻出“福娃”图像；④用稀盐酸对其表面进行处理，稀盐酸就能“吃掉”金属；⑤除去蜂蜡镀层，金属板上显出“福娃”。
根据上述制作过程回答下列问题：
（1）制作印刷模板的金属可选用______（选填“铁”、“银”或“铜”）。
（2）写出制作过程④中发生反应的化学方程式_______________________。
4．有X、Y、Z三种金属，把Y投入X（NO3）2溶液中，Y表面有X析出，把X投入Z（NO3）2溶液中，X表面有Z析出。
X、Y、Z三种金属的活动性由强到弱的顺序是（）
A．Z＞Y＞XB．Y＞X＞ZC．X＞Y＞ZD．X＞Z＞Y
5．如下图所示，某同学探究金属化学性质的实验。
（1）上述实验中，有气泡产生的是（填写装置序号）___________________________________
（2）E中出现的现象是__________________________________________________________
（3）通过上述实验，能否证明镁、锌、铁、铜、银五种金属的活动顺序？
并说明理由。
_________________________________________________________________________
（4）我国古代“湿法冶铜”就是利用了D中的反应原理，请写出该反应的化学方程式
_________________________________________________________________________
6．实验室现有下列药品：
盐酸（5％），硫酸（5％）；大小相同的镁片、铝片、铁片；铁粉，铝粉。
某同学为了比较金属与酸的反应，按下图所示的实验方案进行实验。
从实验开始到反应5分钟，所观察到的现象记录如下：
编号
①
②
③
现象
金属表面立即有大量无色气泡冒出，反应不到5分钟金属已消失
金属表面慢慢有少量无色气泡冒出，反应到5分钟时，铝片还在冒气泡
铁粉中不断有无色气泡冒出，气泡的量比②中多，溶液逐渐显浅绿色，反应到5分钟时，铁粉还在冒气泡
该同学根据上述实验现象得出结论：
金属与酸反应的剧烈程度按镁、铁、铝的顺序减弱。
你认为该同学的结论是否合理（填“合理”或“不合理”）______，如果有不合理的地方，请你在上述设计的基础上完善该实验，在下图中填写所需的化学药品；如果合理，可以不填。
【能力拓展】
1．向硫酸亚铁和硫酸铜的混合溶液中加入一定量锌粉，充分反应后过滤，得到固体和滤液。
将固体放入稀硫酸中有气体产生，则固体中一定含有______，可能含有______；滤液中（水除外）一定不含有______，可能含有______。
2．为了探究影响金属与酸反应剧烈程度的因素，进行了以下实验：
实验序号
实验过程
实验现象
1
镁粉和铁粉分别与5％盐酸反应
镁粉产生气体快
2
铁粉和铁片分别与10％盐酸反应
铁粉产生气体快
3
铁片分别与5％盐酸和10％盐酸反应
10％盐酸产生气体快
由此得出影响金属与酸反应剧烈程度的因素有：
因素一：
_____________________________________________________________________
因素二：
_____________________________________________________________________
因素三：
_____________________________________________________________________
3．甲同学为了探究铝、铁和铜三种金属的活动性，他用铜丝、铁丝、铝丝和稀盐酸四种试剂，设计了以下只用一支试管，取一次盐酸的探究方案。
（1）请你帮助甲同学完善下表中的探究方案
实验步骤
观察到的现象
①在试管中取少量盐酸，插入铁丝，充分作用
②在①所得溶液中，插入______，充分作用
无明显现象
③在②所得溶液中，插入______，充分作用
结论：
金属活动性Al＞Fe＞Cu
写出①中反应的化学方程式：
_______________________________________________。
将铝丝插入溶液前应进行的操作是__________________________________________。
（2）乙同学看到甲同学的方案后，认为只要再补充一个实验，还能得出活动性Al＞Fe＞H＞Cu的结论。
乙同学要补充的实验是________________________________________。
（3）丙同学认为要得到活动性Al＞Fe＞H＞Cu的结论，不必补做实验，只需将甲同学方案中插入金属的顺序调整即可，调整后的金属插入顺序为________________________。
课题3金属资源的利用和保护
一、铁的冶炼
【学习导引】
1．自然界中元素的存在形式有两种：
以单质形式存在、化合物形式存在。
前面我们学过地壳中元素含量从高到低依次：
氧、硅、铝、铁，你知道铁在地壳中的存在形式吗？
池球上的金属资源除少数很不______的金属如金、银等有单质形式存在外，其余都以化合物形式存在。
常见的含铁矿石有：
赤铁矿（主要成分______）、黄铁矿（主要成分______）、菱铁矿（主要成分______）。
2．你知道选用炼铁的铁矿石的标准吗？
你知道如何炼制铁吗？
（1）炼铁的铁矿石不仅要选富铁矿，还要选“有害元素”少。
富铁矿是指铁矿石中含铁元素含量______，“有害元素”是指能在炼铁过程中生成有害物质的元素。
（2）炼铁的原理是利用______与氧化铁的反应。
实际上铁矿石冶炼成铁是一个复杂过程，把铁矿石和______、石灰石一起加入高炉，在高温下，利用焦炭与______反应生成一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。
主要反应过程如下所示：
【同步训练】
1．根据下图回答问题。
（1）写出标有序号的仪器名称：
a______b______。
（2）CO和Fe2O3均属于_______________________________________________________。
（3）澄清石灰水中可观察到的现象_____________________________________________。
（4）点燃酒精灯的目的是_____________________________________________________。
（5）高温条件下此反应的化学方程式是_________________________________________。
2．下列铁的化合物中，铁元素的化合价相同的是（）
A．FeO和Fe（OH）3B．Fe2O3和FeCl3
C．FeSO4和Fe2（SO4）3D．FeCO3和Fe3O4
3．某铁矿石12.8g中含氧化铁6.4g，该铁矿石中铁元素的质量分数为（）
A．80％B．50％C．40％D．35％
4．炼铁的主要反应原理是在＿＿条件下，用＿＿＿＿从含铁的矿石中将铁还原出来，
5．用2000t含氧化铁80％的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96％的生铁多少吨？
二、金属资源保护
【学习导引】
1．金、银、铝、铁长时间放在空气中，有的光采依旧，有的表面发暗，有的锈迹斑斑；同样是金属，为什么会呈现不同的现象？
金、银长时间放在空气中没有变化，缘于_______________________________________；
铝表面变暗但不生锈的原因___________________________________________________；
铁与水、氧气等反应生成的铁锈很______，不能阻碍里层的铁继续与水、氧气等反应。
2．据有关资科表明，全世界每年的钢铁产品的四分之一将会生锈腐蚀，防止铁生锈的研究是世界性的课题，如何防止铁生锈呢？
我们是从研究燃烧的条件出发，得出灭火（防火）的措施；同样找出防铁锈的办法，源于我们对铁生锈的机理的认识，铁在什么条件下生锈？
（1）铁必须同时与＿＿和＿＿接触，才能生锈。
（2）请你根据破坏铁生锈的条件，提出防止铁制品生锈的两个方法。
方法一_____________________________；方法二_________________________________；
3．根据已探明金属矿物的储量，并结合目前金属的消耗速度，有人估计可供开采矿物的年限：
最多的为铝，开采的年限为257年；最少的为银，开采的年限为18年。
面对不可再生金属矿物资源日益减少，我们有什么对策？
（1）防止金属腐蚀。
（2）金属的回收利用。
回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐要便宜______，而且还可节约金属资源和______以上的能源。
目前已有______以上的铁和______以上的金得到回收。
回收废旧电池还有利于环保，如果将废旧电池随意丢弃，废旧电池中含有____________等渗出，会造成______和______的污染，威胁人类健康。
（3）有计划、合理开采矿物，积极寻找__________________________________________。
【同步训练】
1．下列情况下，铁钉最易生锈的是（）
2．有关金属资源的叙述错误的是（）
A．地球上金属资源大多数以化合物形式存在
B．目前世界年产量最高的金属是铁
C．保护金属资源的惟一途径是防止金属的腐蚀
D．地球的金属资源是有限的，而且不能再生
3．下列条件中，铁最容易发生锈蚀的是（）
A.表面喷涂油漆B．埋在湿润疏松的土壤里
C．浸没在水中D．放置在干燥的氧气中
4．下列方法中：
①涂上润滑油，②刷上油漆，③镀上不易生锈的金属，④表面生成氧化膜（烤蓝或发蓝）⑤加搪瓷层，其中能有效防止铁生锈的是（）
A．①②③④⑤B．只有②和④C．只有①、③和⑤D．只有④和⑤
5．家庭生活中下列做法不能防止菜刀生锈的是（）
A．菜刀使用完后，用水洗净，并擦干
B．久置不用时在菜刀表面涂一层食用油
C．把菜刀存放在潮湿的地方
D．用不锈菜刀取代普通菜刀
6．金属制品在潮湿的空气中易生锈，日常生活中的防锈方法很多，根据你的生活经验，自行车的下列构件分别使用什么方法防锈？
自行车支架_________________________________________________________________；
链条_______________________________________________________________________；
钢圈_______________________________________________________________________。
7．下面是某同学对铁部分知识学习的过程。
（1）对铁制品生锈的情况调查：
调查内容
掉漆的自行车
裸露在混凝土以外的钢筋
涂油的无锈铁钉
镀铬的铁质剪刀
铁制品锈蚀的情况
风吹雨淋，时间长了，掉漆的部分会生锈
时间长了钢筋表面出现锈层
铁钉较长时间仍不生锈
剪刀较长时间不生锈
从调查中可知铁制品生锈的主要条件是
（2）提出下列保护铁资源的建议，其中正确的是_______。
（填字母）
A．防止铁制品腐蚀
B．回收利用废旧铁制品
C．任意开采铁矿石
（3）通过铁与硫酸铜溶液反应的实验，来比较铁和铜的金属活动性强弱。
请写出该反应的化学方程式_______________________________________________________________。
【能力拓展】
1．目前社会上有些不法分子，以黄铜（铜锌合金，金黄色）戒指假冒黄金戒指进行诈骗活动，请你找出检验戒指是真金还是黄铜的方法（请写出两种）
①__________________________________________________________________________
②_________________________________________________________________________。
2．某学生在A、B、C、D四支烧瓶分别放入干燥的细铁丝、浸过食盐水的细铁丝、浸过清水的细铁丝、食盐水和细铁丝，并使细铁丝完全浸没在食盐水中，然后装配成如图所示的四套装置，每隔一段时间测量导管中水面上升的高度，结果如下表所示（表中所列数据为导管中水面上升的高度/cm）。
时间/小时
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
A瓶（盛干燥铁丝）
0
0
0
0
0
0
0
B瓶（盛沾了食盐水的铁丝）
0
0.4
1.2
3.4
5.6
7.6
9.8
C瓶（盛沾了清水的铁丝）
0
0
0
0.3
0.8
0.8
3.5
D瓶（盛完全浸没在食盐水中的铁丝）
0
0
0
0
0
0
0
（1）导管中水面为什么会上升？
_________________________________________________；
（2）铁生锈的速率由大到小的排列顺序为（填烧瓶序号）：
___________________________；
（3）影响铁生锈的因素有：
______________________________________________
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