初三化学金属部分

1、第八章 金属和金属材料中国药科大学中国药科大学 龙益如龙益如目目录录金属的化学性质02铁的冶炼03金属材料01金属防锈04金属资源保护05金属材料01 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1) 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）；2) 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1) 地壳中含量最多的金属元素铝2) 人体中含量最多的金属元素钙3) 目前世界年产量最多的金属铁（铁铝铜）4) 导电、导热性最好的金属银（银铜金铝）5) 熔点最高的金属钨 熔点最低的金属汞6) 硬度最大的金属铬

2、密度最大的金属锇7) 密度最小的金属锂金属材料01金属的应用物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但这不是唯一的决定因素。在考虑物质的用途时，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。1) 铜、铝电线导电性好、价格低廉 钨灯丝熔点高2) 铬电镀硬度大 铁菜刀、镰刀、锤子等3) 汞体温计液柱 银保温瓶内胆4) 铝“银粉”、锡箔纸黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。重金属：如铜、锌、铅等轻金属：如钠、镁、铝等金属的分类金属材料01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所合成的具有金属特

3、性的物质。合金是混合物。金属氧化物不是合金。目前已制得的纯金属只有90多种，而合金已达几千种。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。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。生铁较脆，钢铁具有韧性。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，钛合金与人体具有良好的“相容性”，可用来造人造骨。钛和钛合金的优点： 熔点高、密度小； 可塑性好、易于加工、机械性

4、能好； 抗腐蚀性能好。生铁和钢性能不同的原因：含碳量不同。金属的化学性质02金属条件反应方程式现象Mg常温下（在空气中2MgO2 =2MgO银白色镁条在空气中表面逐渐变暗，生成白色固体。点燃时（在空气中或在氧气中）2MgO2点燃2MgO剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成一种白色固体。Al常温下（在空气中）4Al+3O2 =2Al2O3银白色的表面逐渐变暗，生成一层致密的薄膜。点燃时（在氧气中）4Al+3O2点燃 2Al2O3剧烈燃烧，放出大量的热和耀眼的白光，生成白色固体。Fe常温下，干燥的空气 常温下，在潮湿的空气中铁与空气中的氧气和水共同作用下会生成暗红色疏松的物质铁锈（Fe2O3H2O）在氧

5、气中点燃3Fe2O2点燃Fe3O4 剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成一种黑色固体。Cu常温下，干燥的空气 加热时2CuO2 22CuO铜丝表面逐渐变为黑色在潮湿的空气中2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3铜表面生成一层绿色物质Au、Ag即使在高温下也不与氧气反应“真金不怕火炼”。结论：大多数金属都能与氧气反应，但反应的难易和剧烈程度不同。Mg、Al等在常温下就能与氧气反应；Fe、Cu等在常温下几乎不能单独与氧气反应，但在点燃或加热的情况下可以发生反应；Au、Ag等在高温时也不与氧气反应。活动性MgAlFeCuAuAg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

6、一层致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化。金属的化学性质02常见金属活动性顺序：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au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（）位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢（不可用浓硫酸、硝酸，有氧化性）金属的化学性质02注：金属与足量的酸反应的快慢与金属活动性有关，快慢顺序是： Mg、Al、Zn、Fe等质量的金属与足量的酸，产生氢气的多少与化合价和相对原子质量有关【氢气质量=（金属质量金属的化合价）金属的相对原子质量】；由多到少顺序AlMgFeZn金属 + 酸 盐 +氢气金

7、属现象反应的化学方程式稀盐酸稀硫酸稀盐酸稀硫酸镁剧烈反应，产生大量气泡，试管壁发热，Mg+2HCl=MgCl2+H2Mg+H2SO4=MgSO4+H2锌反应比较剧烈，产生大量气泡Zn+2HCl=ZnCl2+ H2Zn+H2SO4=ZnSO4+ H2铁反应缓慢，有气泡产生，溶液由无色逐渐变为浅绿色，Fe+2HCl=FeCl2+H2Fe+H2SO4=FeSO4+H2铜不反应 结论：Mg、Zn、Fe的金属活动性比铜强，它们能置换出稀硫酸或稀盐酸中的氢。金属的化学性质02（）位于前面的金属能把位于后面的金属从它的盐溶液中置换出来（K、Ca、Na Ba除外）金属 +盐 另一金属+另一盐实 验现 象化学方

8、程式质量变化铝丝浸入硫酸铜溶液中浸入溶液中的铝丝表面覆盖一层紫红色物质，溶液由蓝色逐渐变为无色。2Al+3CuSO4=3Cu+Al2(SO4)3金属质量增加，溶液质量减少铁钉浸入硫酸铜溶液中浸入铁丝表面有红色物质析出，溶液变成浅绿色 Fe+CuSO4=Cu+FeSO4(“湿法冶金”原理)金属质量增加，溶液质量减少铜丝浸入硝酸银溶液中浸入溶液中的铜丝表面覆盖一层银白色物质，溶液由无色逐渐变为蓝色。Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2 金属质量增加，溶液质量减少铜丝浸入硫酸铝溶液中 不反应 注意：1. 前面的金属K、Ca、Na、Ba活动性太强，它们不能置换出化合物中的金属，因为它们能同溶液

9、中的水剧烈反应。2.化合物溶液指盐溶液，该化合物（盐）必须溶于水。如Fe+AgCl不反应，因为氯化银AgCl难溶于水。金属的化学性质02（三）置换反应：由一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质与另一种化合物的反应。置换反应属于基本反应类型之一，该反应一定有元素化合价的改变，因为有单质参加和生成；单质铁发生置换（与盐酸、稀硫酸、盐）反应时生成+2价亚铁，亚铁溶液呈浅绿色。1) 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。2) 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。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

10、的溶液里置换出来。 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。金 属 与 盐 溶 液 的 反 应 ： 金 属 盐 另 一 金 属 另 一 盐 （ 条 件 ： “ 前 换 后 ， 盐 可 溶 ” ）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。“湿法冶金”的反应原理：Fe+CuSO4=Cu+FeSO4Fe2+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1) 使用铁、银和

11、溶液，一次性得出结果：操作及现象：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，并且溶液会由蓝色逐渐变为无色。2) 使 用 铜 、 硫 酸 亚 铁 溶 液 和 硝 酸 银 溶 液 ， 一 次 性 得 出 结 果 ：操作及现象：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。3) 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。金属的化学性质02（1）大多数金属能与O2反应（2）大多数金属能与稀HC

12、l或稀H2SO4反应（3）部分金属能与金属化合物的溶液反应（1）金属与酸反应的剧烈程度（3）金属与氧气反应的难易程度1 1、金属的化学性质：、金属的化学性质：2 2、判断金属活动性的方法：、判断金属活动性的方法：（2）金属与能否与金属化合物的溶液反应金属的化学性质02例例 化学化学的研究目的就是帮助人们认识、改造和应用物质，把金属矿物的研究目的就是帮助人们认识、改造和应用物质，把金属矿物冶炼成金属就是人们利用化学方法实现物质改造的典型范例。下表中不冶炼成金属就是人们利用化学方法实现物质改造的典型范例。下表中不同的金属被开发和利用的年代不同，从化学反应的角度看，决定这一同的金属被开发和利用的年代

13、不同，从化学反应的角度看，决定这一年年代先后代先后顺序的关键因素是（顺序的关键因素是（ ）A A、金属的活动性、金属的活动性 B B、金属的导电性、金属的导电性C C、金属的延展性、金属的延展性 D D、地壳中金属元素的含量、地壳中金属元素的含量K K 、CaCa、 Na Na、 Mg Mg 、Al Al 、Zn Zn 、FeFe、 Sn Sn、 Pb Pb、(H) (H) 、Cu Cu 、Hg Hg 、Ag Ag 、Pt Pt 、AuAu约约200200年前年前约约60006000年前年前约约60006000年前年前约约25002500年前年前A金属的化学性质02例例 X X、Y Y、Z Z

14、三种金属中，只有三种金属中，只有Z Z能和稀硫酸反能和稀硫酸反应；将应；将Y Y放人放人X X的盐溶液中，的盐溶液中，Y Y表面有表面有X X析出。则析出。则X X、Y Y、Z Z三种金属的活动性顺序为（三种金属的活动性顺序为（ ） A A、X Z Y X Z Y B B、Y X Z Y X Z C C、Y Z X Y Z X D D、Z Y X Z Y X D金属的化学性质02 例例 向向含有含有AgNOAgNO3 3、Cu(NOCu(NO3 3) )2 2的混合溶液中加入一的混合溶液中加入一定量的铁粉，充分反应后过滤，向滤出的固体中定量的铁粉，充分反应后过滤，向滤出的固体中滴加稀硫酸，有气

15、体生成，则滤出的固体一定为滴加稀硫酸，有气体生成，则滤出的固体一定为( )( ) A A、AgAg、CuCu两种单质的混合物两种单质的混合物 B B、CuCu、FeFe两种单质的混合物两种单质的混合物 C C、AgAg、FeFe两种单质的混合物两种单质的混合物 D D、AgAg、CuCu、 Fe Fe三种单质的混合物三种单质的混合物D金属的化学性质02例例、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D金属的化学性质0

16、2例、某兴趣小组为探究活泼金属与酸反应的规律，将质量相等的甲、乙两种金属分别放入到质量分数相同的足量稀盐酸中，经实验测定并绘制出生成氢气的质量与反应时间的关系（见右图）。分析图像得到的以下结论中， 一定正确的是：（ ）A金属甲比金属乙活泼B金属甲比金属乙的相对原子质量大C金属乙比金属甲的反应速率大D金属乙比金属甲的化合价高氢气的质量gC金属的化学性质021CuO + H2SO4 =CuSO4 +H2O 2H2 3FeSO4 金属的化学性质02【猜 想】 猜测二：铜【实验探究】实验操作 实验现象实验结论30%NaOH溶液铝10%盐酸铁、铜【反 思】 2Al+6HCl2AlCl3+3H2铁的冶炼0

17、3一、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。二、 一氧化碳还原氧化铁(1)仪器：铁架台（2个）、硬质玻璃管、单孔橡皮赛（2个）、酒精灯、试管、酒精喷灯、双孔橡皮赛、导气管。(2)药品：氧化铁粉末、澄清石灰水、一氧化碳气体(3)步骤【检验装置的气密性 装入药品并固定 向玻璃管内通入一氧化碳气体 给氧化铁加热 停止加热 停止通入一氧化碳。 “酒精灯迟到早退”】铁的冶炼03按下图安装仪器，检查气密性。（防止漏气，污染空气

18、。）取2 3g氧化铁粉末，装入硬质玻璃管的中部。点燃导管末端酒精灯（防止一氧化碳污染空气。）先通入一会（已检验过纯度的）一氧化碳气体（目的：排尽装置内的空气，防止一氧化碳与空气混合加热后，发生爆炸；）估计空气已赶尽点燃酒精喷灯（也可用酒精灯代替，不过要在火焰上加一个金属网罩，使火力更加集中提高温度）把硬质玻璃管加热，实验完毕后要继续通入一氧化碳气体，直到玻璃管冷却，防止生成的铁在高温下重新被氧化为氧化铁，还可防止澄清石灰水倒流入热的硬质玻璃管，使硬质玻璃管炸裂；检验产物生成：可用磁铁吸引一下尾气处理：因CO有毒，不能随意排放在空气中，处理的原则是将CO燃烧掉转化为无毒的CO2或收集备用。（4）

19、现象：红色粉末逐渐变成黑色，澄清石灰水变浑浊（尾气燃烧产生蓝色火焰）（ 5 ） 化 学 方 程 式 ： 3 C O + F e2O3高 温 2 F e + 3 C O2 Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O 2CO+O2点燃2CO2铁的冶炼03工业炼铁（1）原理：在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的还原剂（CO）将铁从铁矿石里还原出来。（2）原料：炼铁的固体原料是铁矿石、焦炭、石灰石，气体原料空气常见的铁矿石有：磁铁矿（主要成分是Fe3O3）、赤铁矿 （主要成分是Fe2O3 ）（不选黄铁矿FeS2铁质量分数小，产生的SO2污染空气）（3）主要设备：高炉（4）冶炼过程中发生的化学反应： 焦炭

20、燃烧产生热量并生成还原剂COC+O2点燃CO2 （提供热量 ） C + CO2高温2CO （提供还原剂） 2CO+O2点燃2CO2 CO还原Fe2O3 3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2造渣CaCO3高温CaO+CO2 CaO+SiO2高温CaSiO3（5）生成生铁和炉渣，生铁水密度大，炉渣密度小（所以出铁口比出渣口低）注意：石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣。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）。含杂质的反应物或生成物的有关计算当参加反应的物质含杂质时，先要把含杂质的物质的质量换算成纯物质的质量，再进行计算。一般利用该公式及其变形： 。铁的冶炼0

21、3金属防锈04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】第二个试管内没有现象，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。铁锈很疏松，铁制品可以全

22、部被锈蚀。金属防锈042、铁的锈蚀【铁锈是混合物Fe2O3.XH2O】（1）铁生锈的条件是：铁与O2、水接触 （铁锈的主要成分：Fe2O3）铜生铜绿的条件：铜与O2、水、CO2接触。铜绿的化学式：Cu2(OH)2CO3（孔雀石）铜生锈：2Cu+O2+H2O+CO2= Cu2(OH)2CO3 铜绿受热分解Cu2(OH)2CO3 2CuO+H2O+CO2（2）防止铁制品生锈的措施：保持铁制品表面的清洁、干燥表面涂保护膜：如刷漆、涂油、电镀金属、烤蓝、搪瓷等改变其组成核结构，如制成不锈钢铁锈很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气反应，因此铁制品可以全部被锈蚀。因而铁锈应及时除去。(食品工业常用作

23、双吸收剂：吸收水分作干燥机，作脱氧剂)而铝与氧气反应生成致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化，因此，铝具有很好的抗腐蚀性能。除去铁锈的方法1)物理方法：刀刮、砂纸打磨。化学方法：少量、多次地滴加稀盐酸或稀硫酸。原理：Fe2O3+6HCl =2FeCl3+3H2O 现象：铁锈消失，溶液由无色变成黄色【Fe3+溶液黄色】金属资源保护05金属资源的保护措施： 防止金属的腐蚀； 回收利用废旧金属； 有计划、合理地开采矿物； 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，减少对环境的污染。练习题06例 铜器长期暴露在空气中会生成铜绿（俗称铜锈）。铜锈的主要成分是碱式碳酸铜，碱式碳酸铜不稳定，受热分解成黑色固体物