金属材料及金属的冶炼与防护

第八单元金属和金属材料第12讲金属材料及金属的冶炼与防护考点一金属材料1．金属材料包括纯金属和合金。2．金属的物理性质(1)大多数金属为银白色固体，但铜为紫红色，金为黄色；(2)常温下大多数金属为固体，但汞为液体；(3)具有导电性、导热性和延展性，但不同金属差别较大。3．合金(1)定义：在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的具有金属特性的物质。属于混合物(“混合物”或“化合物”)。(2)一般合金比它的组成金属熔点低、硬度高、韧性强、光泽度好，即性能更优良。(3)常见的合金有铁合金、铝合金、钛合金、青铜、黄铜(Cu、Zn的合金)等。生铁和钢都是Fe和C的合金，区别是含碳量不同。考点三金属资源的保护1．钢铁的锈蚀与防护(1)铁生锈的条件：铁同时与氧气和水蒸气共同作用(缺一不可)，生成铁锈(主要成分Fe2O3·xH2O)。(2)铁锈的特点：疏松多孔易吸水，生锈后会加快铁生锈的速度。记忆技巧金属铝虽然比铁活泼但不易锈蚀，可将铝不生锈与铁生锈结合记忆。Al右边的l如同铝制品表面与氧气反应生成的致密氧化膜，阻止了反应的进一步进行；Fe右边的e如同疏松多孔的铁锈，能够贮存空气和水，会加快铁的锈蚀。

(3)铁制品的防护①保持铁制品表面干燥和洁净。②在铁制品表面加一层保护层，如在铁制品表面涂上机油、凡士林、油漆、橡胶、搪瓷、电镀等。③改变铁制品结构，如加金属镍、铬变成不锈钢等。2．保护金属资源(1)防止金属腐蚀。(2)回收利用废旧金属。(3)合理有效地开采矿物，如稀土资源。(4)寻找金属的代用品。例1(2012·成都)下列有关金属的说法错误的是(

)A．常温下金属均为固态B．合金的很多性能与组成它们的纯金属不同C．铁在潮湿的空气中比在干燥的空气中更易生锈D．铝在空气中表面会生成致密的氧化铝薄膜，使铝具有很好的抗腐蚀性能解析：金属具有金属光泽，常温下大部分金属都是固体，但常温下汞是液体；合金是具有金属特性的物质；性能与组成它的金属的性能有差别；铁生锈的条件是铁同时与水和空气接触，所以铁在潮湿的空气中比在干燥的空气中更易生锈；铝表面易形成致密的氧化膜可阻止铝进一步被氧化。答案：A方法总结解答本题要掌握金属的物理性质、合金的特性、铁生锈的条件以及铝的化学性质方面的知识，只有这样才能对相关方面的问题作出正确的判断。例2(2011·苏州)下列关于合金的说法正确的是(

)A．合金不属于金属材料B．合金的硬度一般比各成分金属的大C．合金属于金属单质D．多数合金的熔点高于组成它的成分金属解析：合金和纯金属都属于金属材料；合金的硬度一般比组成合金的各成分金属的硬度大；合金是金属与金属或金属与非金属的混合物；合金的熔点比各成分金属的熔点低。答案：B方法总结熟练掌握合金的概念及其特性是正确解答的关键。例3(2012·福州)竖炉冶铁工艺流程如图所示。(注：括号内化学式表示相应物质的主要成分)回答下列问题：(1)该工艺流程中，甲烷的作用是______________________________________________________________________，冶炼出的铁水属于________(填“纯净物”或“混合物”)。(2)用化学方程式表示还原反应室内炼铁的原理(写一个)________________________________________________________________________。(3)该工艺流程中，可循环利用的物质是________。例4(2012·青岛)某化学兴趣小组对金属的性质做了如下探究，请你填写空格：(1)用下图所示实验探究铁生锈的条件(每支试管中均放有完全相同的洁净铁片)：①甲同学认为，试管A中发生的现象就能够说明铁的锈蚀是铁与空气中的氧气、水蒸气共同作用的结果。乙同学不同意他的观点，认为必须全面观察试管________(选填试管编号)发生的现象，并经过科学严谨的推理，才能得出上述结论。②试管D和E实验的目的是进一步探究铁在____________的环境中是否更容易锈蚀。③为防止金属锈蚀，除了采用覆盖保护膜等措施以外，还可以制成合金。这是因为合金与纯金属相比，其组成和内部组织结构发生变化，从而引起____________的变化。

(2)某同学向分别盛有等质量的铁粉和锌粒的试管中，倒入等质量、等溶质质量分数的稀硫酸，以“金属表面产生气泡的快慢”为标准来判断两种金属的活动性强弱。有的同学认为这种方案不够合理，理由是________________________________________________________________________。(3)将一定质量的铁粉放入硝酸铜、硝酸锌的混合溶液中，充分反应后过滤，所得固体中一定含有的物质是________，且反应后溶液质量比反应前________(选填“增大”、“减小”或“不变”

)。解析：(1)①要证明铁的锈蚀是铁与空气中的氧气、水蒸气共同作用的结果，就要看铁分别在隔绝空气、隔绝水的条件下和暴露在有水和空气的条件下的不同，从而得出结论。所以必须全面观察试管A、B、C中发生的现象，并经过科学严谨的推理，才能得出上述结论。②试管D和E实验的目的是进一步探究铁在盐、酸存在的环境中铁的锈蚀情况。③金属的组成和内部组织结构发生变化，其性质等就会发生变化。(2)金属的颗粒大小不同，与酸的反应速度也不同，所以若不控制相同的条件，金属表面产生气泡的快慢，也会受到影响。(3)三种金属活动性由强到弱的顺序：锌、铁、铜，因此铁只能置换出铜，所得固体中一定含有的物质是铜；根据铁与硝酸铜反应的化学方程式：Fe＋Cu(NO3)2===Cu＋Fe(NO3)2可知置换出质量大于铁的铜，所以反应后溶液质量比反应前减小。答案：(1)①ABC

②盐、酸存在③性质(2)没控制相同的条件，颗粒大小不同(3)铜减小方法总结本题以实验探究的形式考查铁生锈的条件，解答时要结合所学知识明确试题中设计每一个实验的目的和意图便可迎刃而解。1．下列有关金属和金属材料的说法中不正确的是(

)A．铁有良好的导热性，常用来制作餐具B．铜的化学性质不活泼，在潮湿的空气中不会生锈C．废旧电池中汞的回收可减少对环境的污染D．铝表面易形成致密的氧化膜可阻止铝进一步被氧化解析：铁不仅具有良好的导热性，而且铁元素也是人体必需的元素，用来制餐具是利用了铁的物理性质；铜虽然不活泼，但在潮湿的空气中可结合空气中的CO2等物质生成铜绿；汞是重金属，任意丢弃会造成环境的污染；而铝虽较活泼，但在空气中抗腐蚀性较强，其原因就是形成了致密的氧化膜，阻止铝进一步被氧化，故正确答案为B。答案：B2．下列关于“合金”的叙述：①合金中至少含有两种金属；②合金中元素以化合物的形式存在；③合金中一定含有金属；④合金一定为混合物；⑤合金依然具有金属特性。其中正确的是(

)A．④

B．①②③

C．③④

D．③④⑤解析：只要正确理解合金的概念，此题不难解答。合金不一定要含两种金属，含一种金属或几种金属都可以；合金中元素不是以化合物的形式存在，而是以单质形式存在。综合分析③④⑤正确。答案：D3．在下面的物理性质中：①银白色金属；②延展性；③导热性；④导电性；⑤被磁铁吸引。其中铁、铜、铝三种金属都具有的性质是(

)A．①②③

B．②③④

C．③④⑤

D．①⑤解析：铁、铜、铝都具有良好的延展性、导热性和导电性；三种金属中铁、铝为银白色金属，而铜为紫红色金属；在三种金属中只有铁具有磁性，可以被磁铁吸引。故正确答案为B。答案：B4．下列防锈措施不合理的是(

)A．擦去铝锅表面的氧化膜B．在自行车链条上涂油C．在车船的表面喷涂油漆D．在铁制水管表面镀锌

解析：铝表面的氧化膜具有保护作用，可以防止内部金属被腐蚀，擦去铝表面的氧化膜，会导致内部金属被腐蚀。答案：A5．“垃圾是放错了地方的资源”，应该分类回收。生活中废弃的铁锅、铝制易拉罐、铜导线，可归为同一类回收。下列说法错误的是(

)A．铁锅、铝制易拉罐、铜导线放在一筐里称为铁、铝、铜合金B．废品回收节约了资源，保护了环境C．回收废品人人有责，人人有利D．有毒垃圾要进行特殊处理答案：A考点训练一、选择题(每小题3分，共30分)1．(2012·江西)下列生活用品用金属材料制作而成的是(

)答案：B答案：C3．(2012·佛山)铁在潮湿的空气里会发生锈蚀，证明氧气一定参加了反应必须要做的实验是(

)A．①②

B．①③

C．②③

D．①②③解析：铁的锈蚀实际上是铁与空气中的水和氧气共同作用的结果，要证明氧气参加了反应只需保证另外一个条件不变，比较3个图可知必须做实验①②。答案：A4．(2012·江西)小明发现月饼盒里的脱氧剂部分呈红褐色，查阅资料得知脱氧剂中含有铁粉和活性炭。他猜想这包脱氧剂中可能含有：①Cu和C；②Fe2O3和C；③Fe3O4和C；④Fe3O4、C和Fe；⑤Fe2O3、C和Fe。其中猜想合理的是(

)A．①③⑤

B．②④⑤

C．②⑤

D．④⑤解析：在脱氧剂中，活性炭具有吸附性，化学性质稳定，铁粉与氧气、水反应生成铁锈，呈红褐色。如果铁全部生成了铁锈，这包脱氧剂中只有Fe2O3和C；如果铁粉部分生成铁锈，这包脱氧剂中有Fe2O3、C和Fe。答案：C5．(2012·兰州)下列对实验现象的观察或记录中正确的是(

)A．将黄铜与铜互相刻划，铜表面出现划痕B．室温下，向饱和食盐水中加入少量硝酸钾固体，搅拌，固体不溶解C．向蒸馏水中滴入2～3滴植物油，搅拌，植物油完全溶解D．镁在空气中燃烧，发出白光，生成氧化镁固体解析：在一定温度下，饱和食盐水不能再溶解食盐，但仍可溶解硝酸钾等其他物质；向蒸馏水中滴入植物油，植物油不能溶解，充分搅拌后形成乳浊液；生成氧化镁固体是实验结论，不是现象。答案：A6．(2012·淮安)物质的性质决定其用途。下列因果关系不成立的是(

)A．洗洁精具有乳化功能，用于去除油污B．稀硫酸能与金属反应，用于去除铁锈C．钨的熔点高且能导电，用于制作白炽灯丝D．镁粉燃烧发出耀眼的白光，用于制作照明弹解析：洗洁精对油污具有乳化作用，所以可用于去除油污，故A正确；铁锈的主要成分是氧化铁，前后因果关系不对应，故B错误；钨的熔点高且能导电，所以可用于制作白炽灯丝，故C正确；镁粉燃烧时发出耀眼的白光，故可用于制作照明弹，故D正确。答案：B7．芜湖铁画是中国工艺美术百花园中的一朵奇葩。它以钢材为主料，经锻打、焊接、酸洗、上漆等多道工艺制成。下列关于铁画的叙述不正确的是(

)A．铁画应悬挂在干燥的环境中B．所用材料上的铁锈可用稀盐酸清洗掉C．给打制成型的铁画喷漆既美观又可以防锈蚀D．所用的主要材料——低碳钢，有较好的锻轧性能，它不属于铁的合金解析：低碳钢属于钢，铁的合金包括生铁和钢。答案：D8．将洁净光亮的铁钉放在潮湿的棉花中比放在空气中更易生锈，主要原因是(

)A．铁钉附近湿度增大，溶氧量增多B．隔绝了氧气C．温度更低D．更易与二氧化碳反应解析：铁钉生锈的条件是与水和氧气同时接触；湿棉花具有铁钉生锈的条件，导致铁钉易生锈。答案：A9．查阅以下有关焊锡(锡和铅)和武德合金(铅、铋、锡、镉)组成的合金熔点数据，能归纳得出合金熔点低于其组分金属的熔点的结论。焊锡合金结论的得出应选用的数据是(

)A.焊锡的熔点比锡和铅的熔点低B．焊锡的熔点比锡和镉的熔点低C．焊锡的熔点比锡和铋熔点低D．焊锡的熔点比铅、镉、铋和锡的熔点都低解析：由表中数据可知，焊锡的熔点比组成它的锡、铅的熔点都低；因焊锡合金是锡、铅的合金，与武德合金的组成金属铅、铋、锡和镉的熔点无法比较。答案：A

10．金属资源是不可再生的资源，保护金属资源是我们刻不容缓的责任。下列有关叙述不正确的是(

)A．大力开采矿物以保障金属材料的使用B．提高废旧金属的回收利用率C．在金属制品上刷漆、涂油等防止金属腐蚀D．用特种塑料代替金属制造机器的零部件解析：矿物的含量有限，而且不能再生，应合理开发利用。答案：A二、填空题(共28分)11．(8分)(2012·盐城)生活中处处有化学。铁锅是厨房中常用的炊具，请用所学的化学知识填空。(1)铁锅作炊具主要是利用铁的导热性。(2)铁锅手柄上使用的塑料应具有热固性(填“热塑”或“热固”)。(3)使用铁锅有利于人体健康，主要是因为能增加人体(或食物)中的铁元素。(4)请你说出一个厨房中防止铁锅生锈的方法保持铁锅的洁净和干燥。解析：(1)根据金属的物理性质进行分析解答；(2)家庭炒菜用的铁锅手柄使用的塑料是用热固性塑料制成的；(3)铁是血红蛋白的主要成分，使用铁锅能增加人体(或食物)中的铁元素，满足人体需要；(4)控制铁生锈的条件可防止铁锅生锈，隔绝空气或水分可防止铁锅生锈，如保持铁锅的洁净和干燥。12．(5分)(2012·鸡西)鸡西市某课外活动小组利用双休日到废品回收站进行社会实践活动。结合下列图片，请你从金属资源等方面提出至少三条合理化建议。要合理开发金属资源；大力回收废旧金属制品；寻找金属的代用品。13．(5分)(2012·株洲)铁制品锈蚀的过程，实际上是铁与空气中的氧气和水等发生化学反应的过程。据有关资料报道，世界上每年因腐蚀而报废的金属设备或材料相当于年产量的20%～40%。保护金属资源，人人有责。请写出一条防止铁制品生锈的方法在铁制品表面涂一层油漆(或在铁制品表面镀一层耐腐蚀的金属或用油擦拭铁制品表面等均可)。解析：铁制品的锈蚀实际上是铁与空气中的水和氧气共同作用的结果；要防止铁生锈就要使铁隔绝空气，如在铁制品表面涂一层油漆(或在铁制品表面镀一层耐腐蚀的金属或用油擦拭铁制品表面等)。三、实验题(共32分)15．(12分)(2012·佛山)炼铁的原理是利用一氧化碳与氧化铁反应，某同学利用该原理设计了一个实验，实验装置见下图：对实验进行分析并回答：(1)给玻璃管加热的仪器叫酒精喷灯，要用其外焰(填“外焰”、“内焰”或“焰心”)进行加热。(2)实验中玻璃管里氧化铁粉末的颜色变化是红色粉末变黑色，观察到澄清石灰水中的现象是澄清石灰水变浑浊。

(3)实验前“通入CO”与“开始加热”的顺序是先通入CO再开始加热；实验后“停止通入CO”与“停止加热”的顺序是先停止加热再停止通入CO。(4)实验要在装置末端a处燃着一盏酒精灯，其作用是除去反应剩余的CO，防止污染空气。解析：酒精喷灯外焰的温度最高；实验中氧化铁被一氧化碳还原为黑色的单质铁，有二氧化碳生成，所以氧化铁粉末由红色变为黑色，澄清石灰水变浑浊；实验开始时，玻璃管内有空气，直接加热易爆炸，要先通CO排净玻璃管中的空气，如果先停止通CO，停止加热后，容器内温度降低，压力随之降低，外界空气进入，新生成的铁被氧化，为防止生成的铁重新被氧化要先停止加热再停止通入CO。16．(10分)(2012·呼和浩特)某研究小组的同学为探究铝、铁、铜、锌的金属活动性顺序，设计如图所示的四个实验(其中金属均已用砂纸打磨，且形状、大小相同；所用稀盐酸的溶质质量分数、用量也相同)(1)通过观察，甲同学很快判断出锌、铁、铝活动性强弱。据你分析，甲同学依据的实验现象是A，B，C中产生气泡的速率不同。过一会儿，他又发现D中铁片表面有红色固体附着，这说明Fe的金属活动性强于Cu。

(2)实验室选用Zn而不用A