第五章金属与矿物第一二节

1、第五章 金属与矿物第一节 金属与金属矿物 第二节 铁的冶炼 合金【教学目标】认知目标：1了解金属的物理特征，能区分常见的金属和非金属；2知道常见的金属与氧气、酸溶液的反应；3知道一些常见金属矿物（铁矿、铝矿等）的主要化学成分4了解从铁矿石中将铁还原出来的方法； 5知道生铁和钢等重要的合金，认识加入其他元素可以改善金属特性的重要性； 6认识金属材料在生产、生活和社会发展中的重要作用。能力目标：1通过对金属性质的实验探究，学习利用实验认识物质的性质和变化的方法；2初步形成物质的性质决定物质用途的观念。3学习从日常生活事物中发现和提出问题；4指导学生通过各种媒体和资料收集、整理和加工信息。情感目标：

2、1了解金属矿物资源的价值，认识合理开发与利用的重要性。2了解我国钢铁工业的发展；认识金属冶炼的重要性。【方法指导】第一节 金属与金属矿物一金属（Metal）的物理性质1金属光泽：（1）金属都具有一定的金属光泽，一般都呈银白色，而少量金属呈现特殊的颜色，如：金（Au）是黄色、铜（Cu）是红色或紫红色、铅（Pb）是灰蓝色、锌（Zn）是青白色等；（2）有些金属处于粉末状态时，就会呈现不同的颜色，如铁（Fe）和银（Ag）在通常情况下呈银白色，但是粉末状的银粉或铁粉都是呈黑色的，这主要是由于颗粒太小，光不容易反射。（3）典型用途：利用铜的光泽，制作铜镜；黄金饰品的光泽也是选择的因素。2金属的导电性和导热

3、性：（1）金属一般都是电和热的良好导体。其中导电性的强弱次序：银（Ag）>铜（Cu）>铝（Al）（2）主要用途：用作输电线，炊具等3金属的延展性：（1）大多数的金属有延性（抽丝）及展性（压薄片），其中金（Au）的延展性最好；也有少数金属的延展性很差，如锰（Mn）、锌（Zn）等；（2）典型用途：金属可以被扎制成各种不同的形状，金属金打成金箔贴在器物上4金属的密度：（1）大多数金属的密度都比较大，但有些金属密度也比较小，如钠（Na）、钾（K）等能浮在水面上；密度最大的金属锇，密度最小的金属锂（2）典型用途：利用金属铝（Al）比较轻，工业上用来制造飞机等航天器5金属的硬度：（1）有些金属

4、比较硬，而有些金属比较质软，如铁（Fe）、铝（Al）、镁（Mg）等都比较质软；硬度最高的金属是铬（Cr）；（2）典型用途：利用金属的硬度大，制造刀具，钢盔等。6金属的熔点：（1）有的金属熔点比较高，有的金属熔点比较低，熔点最低的金属是汞（Hg）；熔点最高的金属是钨（W）；（2）典型用途：利用金属锡（Sn）的熔点比较低，用来焊接金属二常见金属的化学性质1金属与氧气反应大多数金属在一定条件下，都能与氧气发生反应，生成对应的金属氧化物，也有少数金属很难与氧气发生化合反应。如：“真金不怕火炼”，就是指黄金很难与氧气反应。（1）金属镁与氧气发生反应实验现象：在空气中点燃镁带后，镁带剧烈燃烧，发出耀眼白光

5、，放出白烟，生成一种白色固体。化学方程式：2Mg+O22MgO注意事项：在做点燃实验之前，应先用砂纸将其打磨。（2）金属铁与氧气发生反应反应现象：金属铁在空气中是不能被点燃的，在纯氧中，被引燃后能够剧烈燃烧，火星四射，铁丝熔成小球，生成一种黑色的固体。化学方程式：3Fe+2O2Fe3O4注意事项：反应前在集气瓶中留有少量的水或沙，以防高温生成物溅落瓶底，使瓶底破裂。将铁丝绕成螺旋状，有利于聚热，同时增大与氧气的接触面在铁丝的一端绑上一段火柴，目的是为了预热铁丝，有利于铁丝达到着火点（3）金属铝与氧气发生反应反应现象：在空气中，铝条不能被点燃，在酒精灯上加热后，失去金属光泽；若改成铝箔在氧气中，

6、则能被点燃。化学方程式：4Al+3O22Al2O3注意事项：铝表面容易与空气中的氧气发生化学反应，生成一种结构致密的氧化物，形成保护膜。因此，我们在做铝条性质实验之前，务必要将其保护膜打磨去除。（4）金属铜与氧气发生反应反应现象：铜不能在空气中或氧气中点燃，在酒精灯上加热后，在红色的铜表面形成一层黑色的物质。化学方程式：2Cu +O22CuO2金属与水发生反应大部分的金属不能与水发生反应，但少量金属能与水发生反应，如Na、K、Mg、Fe等。在冷水中，金属钠、钾等能与水发生化学反应，如：2Na+2H2O=2NaOH+H2在热水中，金属镁等能与水发生化学反应，如：Mg+2H2O=Mg(OH)2+H

7、2在高温条件下，金属铁等能与水蒸气发生化学反应，如：3Fe+4H2O=Fe3O4+4H23金属与酸发生反应金属活动性顺序表：钾（K）钙（Ca）钠（Na）镁（Mg）铝（Al）锌（Zn）铁（Fe）锡（Sn）铅（Pb）氢（H）铜（Cu）汞（Hg）银（Ag）铂（Pt）金（Au）（1）在金属活动性顺序表中，排在氢（H）前面的金属，能与某些酸发生置换反应生成氢气；而排在氢后面的金属不能与酸发生置换反应生成氢气；（2）排在越前面的金属就越容易与酸反应，即在相同情况下，反应速率越大。如： Fe+2HCl=FeCl2+H2；实验现象：铁丝表面出现气泡，铁丝逐渐溶解，一段时间后，无色溶液变成浅绿色溶液。其他反应：

8、2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2；Zn+H2SO4=ZnSO4+H2；Cu不能与稀硫酸反应（3）置换反应：一种单质和一种化合物作用生成另一种单质和另一种化合物的反应。4金属与某些盐溶液发生反应排在金属活动性顺序表前面的金属能与盐溶液反应，置换出排在顺序表后面的金属，如：Fe+ CuSO4=FeSO4+Cu实验现象：在铁丝表面出现红色物质，一段时间后，溶液由蓝色转变为浅绿色。主要用途：古代湿法炼铜的原理“曾青得铁则化为铜”，现代湿法镀铜又如：Cu+Hg(NO3)2=Cu(NO3)2+Hg三实验室制取氢气1反应原料：锌粒，稀硫酸或稀盐酸；2反应方程式：Zn+H2SO4=ZnSO4+

9、H2为什么常用锌粒和稀硫酸反应制取氢气呢？这是因为，镁比较活泼，与酸反应速率太快，不易收集所产生的氢气；铜不能与酸反应；浓硫酸与金属反应不产生氢气而产生水；浓盐酸具有挥发性，易挥发出氯化氢气体，使制得的氢气中含有杂质。而锌的活动性适中，易与盐酸或稀硫酸反应放出大量氢气。3反应物状态：锌粒为银白色固体，稀硫酸或稀盐酸为无色溶液4反应条件：常温下5反应装置：如右图6收集方法：向上排空气法或排水法 7实验步骤（1）按照要求安装装置（2）检查气密性（3）装药品：先装固体，后装液体（4）开始反应，并收集一小试管氢气，进行验纯（任何可燃性气体，在做性质实验之前务必进行验纯）（5）收集气体，盖上玻璃片倒放在

10、实验桌上。如何比较两种气体的密度呢？这里提供一种简便方法：比较两种气体的相对分子质量，在相同状态下相对分子质量大的气体密度大。(因为气体的密度在温度压强一定时与分子量成正比）。空气是多种气体的混合物，其平均分子量约为29。所以我们可以判断相对分子质量大于29的气体密度比空气大，相对分子质量小于29的气体密度比空气小。四常见的金属矿物1金属矿物存在的形式：自然界少数不活泼的金属以游离态（单质）存在，如金、铂等；大多数金属都是以化合态（化合物）存在。2常见的金属矿物铁矿石：赤铁矿（Fe2O3），磁铁矿（Fe3O4），菱铁矿（FeCO3），黄铁矿（FeS2）；铜矿石：黄铜矿（CuFeS2），孔雀石C

11、u2(OH)2CO3，斑铜矿（Cu5FeS4）；铝矿石：铝土矿（Al2O3），明矾（KAlSO4·12H2O）第二节 铁的冶炼 合金一生铁的冶炼1炼铁的原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气铁矿石：主要有赤铁矿Fe2O3、磁铁矿Fe3O4、菱铁矿FeCO3、黄铁矿FeS2焦炭：主要作用是提供热量和产生还原剂CO；石灰石：主要作用是造渣，除去铁矿石中SiO2等杂质。2炼铁的设备：高炉3炼铁的原理：在高温条件下，利用还原剂一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。4炼铁的过程及反应（以赤铁矿为例）：（1）焦炭燃烧产生热量并生成还原剂C+O2CO2；CO2+C2CO（2）氧化铁被CO还原成铁Fe2O3

12、+3CO2Fe+3CO2（3）SiO2与CaCO3分解产生的CaO反应生成硅酸钙CaCO3CaO+CO2；CaO+SiO2=CaSiO3 ；炉渣主要成分5炼铁产物：生铁6金属冶炼的方法：（1）还原法：把金属矿物与焦炭、氢气、一氧化碳等还原性物质一起加热反应。如：利用赤铜矿（Cu2O）提取铜Cu2O+C2Cu+CO；古代湿法炼铜：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu（2）电解法：活泼金属很难从其矿石中还原出来，需要用电解法。如：电解熔融氧化铝制铝：2Al2O34Al+3O2，电解熔融氯化钠制钠：2NaCl2Na+Cl2（3）分解法：有些金属的氧化物受热容易分解，可以用简单加热的方法得到。如：氧化汞

13、制水银:2HgO2Hg+O2二一氧化碳还原氧化铁实验1反应方程式：Fe2O3+3CO2Fe+3CO22实验现象：红棕色的粉末变为黑色粉末，澄清石灰水变浑浊。3实验步骤：反应前，先通一段时间一氧化碳，然后再加热。目的是为了尽可能的排尽试管中的空气，防止造成爆炸。反应后，先撤走酒精灯，等固体冷却后再停止通一氧化碳。目的是为了使固体冷却，防止石灰水倒吸。4尾气处理：由于一氧化碳有毒，在关于该气体的实验都需要注意尾气的处理，点燃或收集。5氧化剂、还原剂；氧化性、还原性；氧化反应、还原反应 氧化剂具有氧化性，在反应过程中失去氧，本身被还原，发生还原反应； 还原剂具有还原性，在反应过程中得到氧，本身被氧化

14、，发生氧化反应。Fe2O3+3CO2Fe+3CO2失氧得氧如： 在该反应中，Fe2O3是氧化剂，CO是还原剂。三铁的两种重要的合金生铁和钢1合金：由一种金属和其他金属（或者非金属）熔合形成的具有金属特性的物质。2生铁和钢组成和性能上的差异：生铁钢含碳量2%4.3%0.03%2%其他元素硫、磷、硅、锰（少量）硅、锰（少量）、硫、磷（几乎没有）冶炼原料铁矿石、焦炭、石灰石、空气生铁、氧气冶炼原理在高温下，用一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来在高温下，用氧气或铁的氧化物把生铁中所含有过量的碳和其他杂质转变为气体或炉渣而除去化学方程式Fe2O3+3CO2Fe+3CO2C+O2CO2机械性能硬而脆，无韧

15、性坚硬、韧性好，塑性好机械加工可铸造可锻、轧和铸造应用制造铁锅、暖气片、机床底垫制造机械、交通工具和武器差异本质原因含碳量不同3合金的性能：（1）一般来说，合金的硬度比组成它的金属大；（2）大多数合金的熔点比组成金属的熔点低；（3）导电、导热性能比组成它的金属差（4）合金的性能主要决定于合金的成分4金属材料：包括各种纯金属，也包括各种合金。【典型例题】例1. 某同学在做镁带燃烧实验过程中，反应前称得固体的质量为m1，完全燃烧后，称得剩余的固体残留物的质量为m2，发现m1>m2，难道这个反应不符合质量守恒定律？请你帮这位同学分析一下可能的原因。分析：根据质量守恒定律，参加反应的镁带质量与氧

16、气的质量总和等于生成物氧化镁的质量，即反应后的固体剩余物应该大于反应物的质量。由于在这个实验中，会产生白烟，而此白烟就是氧化镁粉末，容易扩散到空气中，这部分的质量就散失了。因此就使反应后固体剩余物的质量就减少了。另外，还有一种可能性，就是在称量中，存在错误操作，如砝码与被称物放反等情况。例2. 某同学在做铁丝在空气中燃烧实验中，没有发现有火星四射的现象。请你帮助他一起来分析一下可能存在的问题。分析：在实验中没有看到火星四射的现象，就说明没有真正的燃烧起来。因此我们应该从燃烧的三个条件开始考虑：第一，燃烧需要有可燃物。铁丝是可燃物，但是其表面容易形成一层氧化物，这样的话，就有可能导致实验失败，所

17、以，我们认为有可能在实验前，该同学可能没有充分的打磨铁丝去除氧化膜；第二，燃烧需要有充足的氧气。我们知道，在做铁丝燃烧实验中，对氧气的浓度要求是比较高的，如果达不到某某浓度，铁丝就不能燃烧起来，因此，可能是氧气的浓度不够高；第三，燃烧时需要温度要达到该物质的着火点以上。可能火柴预热的温度不够，没有使之达到铁丝燃烧的着火点。例3. 某同学在做铝条与稀硫酸反应时，发现一个奇怪的现象：当他将一小段铝条放入试管中，再向其中加入约5mL的稀硫酸，发现反应后并没有现象，一段时间后，铝条表面的气泡开始逐渐增多，可是再过一段时间后，铝条表面的气泡又开始逐渐减少。请你来解释出现以上现象的原因。分析：铝在空气中就

18、容易与氧气发生反应，生成一层结构致密的氧化物，这样的话，反应前未进行打磨，铝就很难与酸反应产生氢气；随着该氧化物与酸的反应，Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O，氧化膜也逐渐变薄，消失，使铝逐渐裸露出来，就能与酸发生反应产生气泡；在反应过程中，硫酸在不断消耗，稀硫酸的浓度也在不断变小，反应速率就会减少，气泡即逐渐减少。例4.金属铁与浓硫酸接触后，能与其发生反应并在铁表面生成一层结构致密的氧化物，阻止反应的进一步进行，该现象称为金属的钝化。正因为具有这样的性质，我们可以利用铁桶来盛放浓硫酸。某硫酸厂中的一位工人，将一盛放过浓硫酸铁桶稍做冲洗，一段时间后，用氧炔焰来切割铁桶，突然

19、铁桶就发生了猛烈的爆炸，请你来解释爆炸的原因。分析：铁与浓硫酸能发生钝化，但是在冲洗的过程，对其中的浓硫酸起了一个稀释的作用，稀硫酸就能很轻易的与该氧化物及其裸露出来的金属铁发生反应，并放出氢气。铁桶是一个相对密封的容器，当用氧炔焰进行切割时，就可能发生爆炸了。例5.常见的铁矿石主要有：吃铁矿（主要成分是Fe2O3）、磁铁矿（主要成份Fe3O4）、菱铁矿（主要成分为FeCO3）、黄铁矿（主要成分是FeS2）。请你从多角度分析这几种矿石哪些不适合用来炼铁。分析：根据化学式的计算，黄铁矿及菱铁矿中铁的质量分数都较小，并且黄铁矿中含有硫元素，在炼铁的过程中，很有可能形成二氧化硫气体，排放到空气中引起

20、空气污染。例6.黄铜是由铜与锌组成的合金，外观上类似于黄金。请你设计有关问题：黄铜是由铜与锌组成的合金，外观上类似于黄金。请你设计些具体的实验来鉴别黄金与黄铜。实验步骤实验现象实验结论将该固体在酒精灯进行加热若看到黄色固体变黑；看到没有明显变化是黄铜是黄金将该固体加入到稀盐酸中在金属表面出现气泡金属没有明显变化是黄铜是黄金称取一定质量的该固体m投入水中，测得固体的体积V根据=查找资料，金的密度为0=0<0是黄金是黄铜例7 如何除去硫酸亚铁中混有的少量杂质硫酸铜？请写出操作过程和有关的化学方程式。分析：本题属于化学方法除去杂质。要除去硫酸铜杂质，又不能在硫酸亚铁中引入新的杂质。可以利用铁跟

21、硫酸铜反应，将硫酸铜转化为硫酸亚铁。答案：具体操作如下：把混有少量硫酸铜杂质的硫酸亚铁溶解于水；向溶液中加入过量的Fe粉（扩大接触面积）；充分反应后，过滤、滤渣（在滤纸上的固体）是铜和铁的混合物，滤液是硫酸亚铁溶液；经过蒸发浓缩可以得到硫酸亚铁晶体有关的化学方程式：Fe+CuSO4=Cu+FeSO4；例8 下列各说法正确的是（ ）A在铁板表面镀上一层锌成为白铁，白铁是铁锌合金B铁是地壳中含量最多的金属元素C炼铁高炉炼出来的是生铁不是钢D从高炉排出来的废气，可以直接放空分析：合金是指由一种金属和其他金属（或非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质。A只是在铁的表面镀上一层锌，两者并没有熔合在一起

22、。地壳中含量最多的金属是铝。炼铁的设备是高炉，而炼钢的设备常用电炉、平炉和转炉；从高炉中排出的废气含有大量的未反应的一氧化碳气体，直接排放会污染空气。所以本题答案为C。例9 用500t含氧化铁质量分数为70%的赤铁矿，可以炼出含杂质4%的生铁多少吨？分析：题目所的500t赤铁矿含有不参加化学反应的杂质，需先求出其中参加化学反应的氧化铁的质量。氧化铁的质量为：500t×70350t设350t氧化铁能生成铁的质量为xFe2O3+3CO2Fe+3CO2160 112350t x x245t题目要求时含有杂质为4的生铁的质量，即含有铁为96的生铁的质量为本题还有另一种解法，根据化学式计算化学

23、变化前后铁元素的质量不变,设生成生铁的质量为x x255.2t【同步练习】1下列化学方程式书写正确的是（ ）A2Fe+6HCl=2FeCl3+3H2 BFe+H2SO4=FeSO4+H2CFe+ CuSO4=FeSO4+Cu D4Fe+3O2=2Fe2O32将适量的铁粉投入到盐酸中，下列现象不会出现的是（ ）A溶液变成浅绿色 B有无色气体产生 C铁粉不断减少 D有棕色沉淀生成3国外目前掀起购买“中国铁锅热”，这主要是因为铁锅（ ）A传热快 B价格便宜 C不易腐蚀 D被加工的食品中含有铁元素4收藏家收藏清末铝制品，至今保存十分完好，该艺术品不易锈蚀的主要原因是（ ）A铝不易发生化学反应 B铝不易

24、发生化学反应C铝易氧化，其表面的氧化膜具有保护内部作用 D铝很难与酸发生反应5在日常生活中的金属炊具和医院中的金属医疗器械的主要成份是（ ）A白铜合金 B武德合金 C不锈钢 D青铜6下列关于生铁和钢的描述中，正确的是（ ）A生铁和钢都是混合物，其主要成份都是碳 B生铁硬而有韧性，既可以铸又可煅C生铁与钢的性能由很大的差别，主要是由于生铁和钢中的含碳量不同D钢是用铁矿石和焦炭作原料炼制而成的7垃圾时放错了位置的资源，该分类回收，生活中废弃的铁锅，铝制易拉罐、铜导线等可以归为一类加以回收，它们属于（ ）A氧化物 B化合物 C金属或合金 D非金属8将铁放入下列溶液中，溶液的质量会减少的是（ ）A盐酸

25、溶液 B硫酸溶液 C硫酸亚铁溶液 D硫酸铜溶液9新买的铝锅、铝壶用来烧开水，凡是水浸到的地方都会变黑，这现象说明该水中含有（ ）A钾元素 B钠元素 C钙元素 D铁元素10下列关于“合金”的叙述合金中至少含有两种金属；合金中元素以化合态的形式存在；合金中一定含有金属；合金一定为混合物；合金依然具有金属特性，其中正确的是（ ）A B C D11为适应火车提速，沪宁线上原有的短轨全部连接成超常轨，在连接过程中，工程技术人员点燃铝热剂（铝粉和氧化镁的混合物）能释放出大量的热量，生成熔融状态的铁可用来连接铁轨，反应的化学方程式为：Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe其中还原剂是（ ）AFe2O3 BAl CAl2O3 DFe12公元2世纪，我国古代炼丹家魏伯阳著有周易参同契，这是