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文档简介
第08单元金属和金属材料第08单元金属和金属材料一、金属材料应用广泛的金属材料人类从石器时代进入青铜器时代继而进入铁器时代就是以金属材料的使用为标志的。1.金属材料的应用历史:铜>铁>铝2.金属材料的分类:纯金属以及它们的合金3.金属的物理性质:共性:多数金属常温下为固体;具有金属光泽,大多数为银白色;具有良好的导电性、导热性、延展性。特性:多数金属呈银白色,铜为紫红色,金为黄色;常温下,汞是液体。金属的导电、导热性、密度、熔点、硬度等物理性质也有很大的差异。4.性质与用途的关系:物质的用途主要由物质的性质决定,此外还要考虑其它因素。5.合金:在金属中加热融合某些金属或非金属,制得的具有金属特征的物质,叫做合金。合金是混合物,至少含一种金属单质,可能含非金属单质。合金是高温融合,而非简单的混合。6.常见的合金生铁:含碳量2%-4.3%硬度比纯铁硬钢:含碳量0.03%-2%硬度和抗腐蚀性能增强7.合金的性能合金的熔点低于组成它们的成分金属;合金的硬度和强度高于组成它们的成分金属;抗腐蚀性能力强于组成它们的成分金属。日常使用的纯金属大多数是合金。
二、金属的化学性质1.常温下,铝能与氧气发生反应,在铝的表面生成一层致密的氧化铝薄膜,从而阻止铝进一步氧化,所以铝具有很好的抗腐蚀性能。4Al+3O2==2Al2O32.金属与氧气反应:多数金属能与氧气发生反应,但反应的难易程度和剧烈程度不同。影响金属与氧气反应剧烈程度的因素:(1)金属的性质:金属越活泼,反应越剧烈(2)氧气的浓度:氧气的浓度越大,反应越剧烈(3)金属与氧气的接触面积:与氧气的接触面积越大,反应越剧烈。2.金属与盐酸、稀硫酸反应:金属与盐酸或稀硫酸能否反应,可反应金属的活动性。镁与稀盐酸锌与稀盐酸铁与稀盐酸铜与稀盐酸Mg+2HCl==MgCl2+H2↑Zn+2HCl==ZnCl2+H2↑Fe+2HCl==FeCl2+H2↑结论:镁>锌>铁>铜,可以将能否与盐酸或稀硫酸反应产生氢气可把金属分为两类。置换反应:由一种单质与一种化合物反应,生成另一种单质和另一种化合物的反应。3.金属与金属化合物的溶液反应:金属能否与另一金属的化合物的溶液反应,可判断金属活动性强弱。Fe+CuSO4=FeSO4+Cu,铁能把铜从它的化合物的溶液中置换出来,说明铁的活动性比铜强。实验探究:金属活动性铝与硫酸铜溶液铜与硫酸铝溶液铜与硝酸银溶液2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3CuCu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag结论:铝>铜>银5.金属活动性顺序:(1)金属的位置越靠前,金属活动性就越强(2)位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢,生成氢气(3)位于前面的金属能把位于后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来三、爱护金属资源1.金属资源的存在形式:除少数不活泼的金、银以单质形式存在以外,其余都以化合物存在。(与金属的活动性有关)自然界以单质形式存在的金自然界以单质形式存在的银2.常见金属矿物:赤铁矿(主要成分:Fe2O3)磁铁矿(主要成分:Fe3O4)3.实验室炼铁的原理:在高温下,利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来。3CO+Fe2O32Fe+3CO2注意事项:①一氧化碳使用前一定要检验其纯度,以防发生爆炸②实验开始时,先点燃酒精灯燃烧掉未反应的一氧化碳;再通入CO,排尽玻璃管中的空气,以防止加热时可燃性混合气体发生爆炸。③实验结束时后,应该先熄灭酒精喷灯,继续通入CO直到玻璃管冷却,以防止灼热的铁粉被空气中的氧气再次氧化。最后熄灭酒精灯。④尾气中含有一氧化碳,具有毒性,需要对尾气做燃烧方法处理,以防止空气污染。4.金属锈蚀的条件:铁生锈的条件是铁与水、氧气同时接触,缺一不可。(1)试管Ⅱ中为什么要用煮沸过的蒸馏水,且要加入植物油?
是为了防止蒸馏水中溶有氧气(2)铝与氧气反应生成的氧化铝能起到保护里层铝的作用。铁锈是否也能保护里层的铁呢?不能,因为铁锈是疏松的。5.防止铁制品锈蚀的原理和方法:破坏铁生锈的两个必备条件之一即可防止生锈。在钢铁表面涂油、刷漆、镀耐磨和耐腐蚀的合金如不锈钢等,都能防止钢铁生锈。1.混淆金属元素、金属、金属材料2.误认为金属化合物或简单的混合物就是合金3.忽视置换反应的一个条件而导致判断错误4.忽视铁与酸反应后的化合价而出错5.忽视金属活动性顺序应用中的特殊情况出错6.对炼铁原理的认识不准确7.因混淆铁锈和铝锈而错误采取防锈措施1.[例1]有下列说法:
①合金中一定含有金属元素
②含金属元素的材料一定是金属材料金属以及它们的合金都是金属材料,都
③金属材料中一定含有金属含有金属
④金属材料就是金属
⑤合金是金属材料
⑥金属材料中只能含有金属
其中正确的说法有()
A.1个B.2个C.3个D.4个
【细剖精析】序号判断分析①√合金是由金属与金属或金属与非金属熔合而成的,一定含有金属元素。②×金属材料中的金属一定以单质形式存在,金属化合物中虽含有金属元素,但其不属于金属材料。③√金属以及它们的合金都是金属材料,都含有金属④×金属材料包括纯金属和合金两类⑤√合金是金属材料的一种⑥×合金中也可能含有非金属答案:C明确金属元素、金属、金属材料之间的区别是从根本上区分三者的关键。
(1)金属元素:组成物质的成分,可能存在于单质、化合物中,也可能存在于混合物中。(2)金属:金属单质,只由一种金属元素组成的纯净物。(3)金属材料:纯金属和它们合金的统称。可能是单质,也可能是混合物。
2.下列有关金属和金属材料的说法中正确的是()
A.氧化铜中含有铜元素,属于铜和氧形成的合金B.生铁和钢的性能相同
C.在铁制品表面电镀一层铜防锈,镀铜铁制品属于合金
D.武德合金(铅、铋、锡、镉组成的合金)熔点很低,常用于制作保险丝
【细剖精析】氧化铜属于铜和氧两种元素组成的化合物,不是合金。生铁和钢都是铁合金,但二者含碳量不同,性能不同。铁制品表面镀铜,两种金属没有熔合在一起,不属于合金。生活中用的保险丝正是利用了武德合金熔点低的特点。答案:D
抓住合金特征和形成过程,巧避认识误区
合金具有金属特性,是混合物,而化合物则是由不同种元素组成的纯净物,没有金属特性,不是合金。要明确合金形成过程一定要受热熔合,发生的是物理变化,而非化学变化。熔合不是简单混合,电镀也没有经过受热熔合,故诸如铁粉和铝粉的简单混合物、电镀件等都不是合金。3.下列反应属于置换反应的是()
A.3CO+Fe2O32Fe+3CO2
B.2H2O2H2↑+O2↑
C.C+2CuO2Cu+CO2↑
D.Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O
【细剖精析】置换反应的形式为:单质十化合物→新单质十新化合物,可知A项中反应物中没有单质,B项中只有一种反应物,D项中反应物和生成物中都没有单质,这三项都不是置换反应。C项属于置换反应。置换反应的两个条件,不能顾此失彼
在判断时,一定要明确置换反应的反应形式,理解透彻判断置换反应的条件:①反应物和生成物都是两种物质;②反应物和生成物中分别有一种单质和一种化合物绝不能因为满足了其中的一个条件就作出肯定的判断。4.下列物质能由金属与酸反应直接制取的是()
A.CuCl2B.FeCl3C.ZnCl2D.AgCl
【细剖精析】在金属活动性顺序中,铜和银都位于H后,属于不活泼金属,不能与盐酸反应,故CuCl2和AgCl不能由金属与盐酸反应直接制得;Fe位于H前,能与盐酸反应,但反应后变为+2价的Fe2+,生成FeCl2,而不是FeCl3;Zn位于H前,能与盐酸反应,得到ZnCl2。
答案:C金属化合物能否由金属与酸反应直接得到的判断方法
首先要根据金属活动性顺序判断金属能否与酸反应,不能反应的一定不能直接得到。其次要注意金属与酸反应后产物中金属元素的化合价,如铁在溶液中发生置换反应,生成物中的铁元素呈+2价。5.下列金属浸人硫酸铜溶液中,表面有红色固体析出的是()
A.KB.FeC.HgD.Ag
【细剖精析】根据题意,金属能从硫酸铜溶液中置换出铜,说明该金属的活动性比铜强,Hg和Ag的活动性比铜弱,故C.D两项错误。K和Fe的活动性都比铜强,但K的金属活动性太强,在水溶液中先与水发生反应,不能置换硫酸铜溶液中的铜,故A项错误,B项正确。
答案:B金属活动性顺序应用中两大注意问题
一是只有在金属活动性顺序中位于氢前的金属才能与盐酸或稀硫酸反应置换出氢,位于氢后的金属则不能与酸反应置换出氢。
二是在金属活动性顺序中,前面的金属能将后面的金属从其化合物溶液中置换出来,前面的金属不一定只是H前的金属,且前面的金属不能使用K.Ca.Na
三种常温下能与水剧烈反应的金属。6.在炼铁反应中,关于3CO+Fe2O32Fe+3CO2的说法中正确的是()
A.CO作还原剂B.Fe2O3被氧化
C.CO发生了还原反应D.该反应是置换反应
【细剖精析】该反应中CO夺取了Fe2O3中的O,CO作还原剂,表现还原性,CO发生了氧化反应,Fe2O3发生了还原反应,被还原。该反应的反应物都是化合物,没有单质,不属于置换反应。答案:A
明确氧化、还原相关概念,准确作出判断
炼铁的原理是利用了一氧化碳的还原性,将铁从铁的氧化物中还原出来。该反应中CO作还原剂,具有还原性,反应中得到氧,发生氧化反应;Fe2O3失去氧,被还原,发生还原反应;该反应中生成物中有单质和化合物,但反应物不是单质与化合物,不属于置换反应。7.下列防锈措施中不合理的是()
A.在自行车链条上涂油
B.在车船的表面喷涂油漆
C.在铁质水管表面镀锌
D.擦去铝锅表面的氧化膜
【细剖精析】在自行车链条上涂油、在车船的表面喷涂油漆、在铁质水管表面镀锌,都能隔绝铁制品与空气或水的接触,起到防锈作用。铁锈结构疏松,容易使内部的金属继续被锈蚀,而“铝锈”是铝表面的氧化膜,与铁锈不同,该氧化膜结构致密,能阻止氧气与内部的铝接触,防止铝继续被氧化,因此铝制品表面的氧化膜不能擦去。答案:D
“铝锈”的特殊性
铝很活泼,在常温下就能与氧气发生反应:4Al+3O2=2Al2O3,在铝制品表面生成一层氧化铝薄膜“铝锈”,它非常致密,能保护内部的铝不被氧化,因此铝制品表面被氧化后,不能打磨除去。1.2021年5月15日“祝融号”火星车成功着陆。该车使用了新型镁锂合金,下列说法正确的是A.镁锂合金属于金属材料 B.锂属于非金属元素C.镁是地壳中含量最高的金属元素 D.镁锂合金的硬度比镁的小【答案】A【解析】A.合金和纯金属都属于金属材料,锂合金属于金属材料,故选项正确;B.锂带“钅”旁,属于金属元素,故选项错误;C.铝是地壳中含量最高的金属元素,故选项错误;D.合金的结构比纯金属的要复杂得多,合金的硬度比纯金属硬度大,故选项错误。故选:A。2.下列关于合金的说法正确的是()A.合金可能是化合物B.日常使用的金属材料多数为纯金属C.合金不能导电、传热D.合金的很多性能比组成它的纯金属优越【答案】D【解析】A.根据合金的定义,合金是混合物,故A错误;
B.日常使用的金属材料多数为合金,故B错误;
C.合金具有金属特性,能导电、传热,故C错误;
D.合金的很多性能比组成它的纯金属优越,故D正确。
故选D。3.下列有关合金叙述正确的是()A.焊锡的熔点比纯锡的熔点高B.合金中至少含有两种金属C.黄铜的硬度比纯铜的硬度大D.钢是含碳量在2%~4.3%的铁合金【答案】C【解析】A.合金的熔点比组成它的纯金属的熔点低,焊锡的熔点比纯锡的熔点低,故选项说法错误。
B.合金是指在一种金属中加热熔合其它金属或非金属而形成的具有金属特性的物质,合金中至少含有一种金属,故选项说法错误。
C.合金的硬度比组成它的纯金属的硬度大,黄铜的硬度比纯铜的硬度大,故选项说法正确。
D.钢是含碳量在0.03%~2%的铁合金,故选项说法错误。故选:C。4.《吕氏春秋》记载“金(即铜单质)柔锡(即锡单质)柔,合两柔则刚(即坚硬)”。这句话说明合金具有的特性是()A.合金的熔点一般比其组分低B.合金的硬度一般比其组分大C.合金的抗腐蚀性一般比其组分强D.合金的耐磨性一般比其组分好【答案】B【解析】合金与其组分相比:硬度大、熔点低、抗腐蚀性增强,这里说的是硬度大。
故选:B。
根据合金的组成及其性质来分析解答。
根据合金的概念:金属与金属或金属于非金属的混合物。合金的熔点比各成分的熔点低,但硬度比各成分硬度高。5.金属材料在生产和生活中有着广泛的应用。下列属于合金的是()
A.黄铜
B.氧化铁
C.黄金
D.纯铝
【答案】A
【解析】合金是指在一种金属中加热熔合其它金属或非金属而形成的具有金属特性的物质。合金概念有三个特点:①一定是混合物;②合金中各成分都是以单质形式存在;③合金中至少有一种金属。
A.黄铜是铜、锌等形成的合金,故A正确;
B.氧化铁是一种氧化物,不是合金,故B错误;
C.黄金是一种纯净物,不是合金,故C错误;
D.纯铝是一种纯净物,不是合金,故D错误。
故选A。6.下列反应中,属于置换反应的是()A.2Al2O34Al+3O2↑B.C2H5OH+3O22CO2+3H2OC.2Mg+CO22MgO+C
D.H2+Cl22HCl【答案】C【解析】A.2Al2O34Al+3O2↑,该反应符合“一变多”的形式,符合分解反应的特征,属于分解反应,故选项错误。
B.C2H5OH+3O22CO2+3H2O,该反应的生成物均为化合物,不属于置换反应,故选项错误。
C.2Mg+CO22MgO+C,该反应是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应,属于置换反应,故选项正确。
D.H2+Cl22HCl,该反应符合“多变一”的形式,符合化合反应的特征,属于化合反应,故选项错误。
故选:C。7.下列反应中,属于置换反应的是()A.4CO+Fe3O43Fe+4CO2
B.3Fe+2O2Fe3O4
C.Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2
D.CaCO3CaO+CO2↑【答案】C【解析】一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应叫做置换反应。故选C8.下列物质可用金属和稀盐酸反应直接制得的是()A.FeCl3B.AlCl3C.CuCl2D.AgCl【答案】B【解析】A.铁在置换反应中常显示+2价,和盐酸反应生成的是氯化亚铁,而不是氯化铁,故A错误;
B.铝的活动性位于氢之前,与盐酸反应生成氯化铝,故B正确;
C.铜的活动性位于氢之后,不会与盐酸反应。故C错误;
D.银的活动性位于氢之后,不会与盐酸反应,故D错误。
故选:B。
本题可根据金属活动顺序及物质的化学性质,采用逐一验证法,排在氢前的金属能把氢从酸的溶液置换出氢,而排在氢后面的金属不能,还有铁在置换反应中显示+2价.9.硅是一种良好的半导体材料。工业上用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得硅,同时还有一氧化碳生成。下列说法中正确的是()①工业上制硅的反应方程式为:SiO2+2CSi+2CO↑
②上述反应属于置换反应
③碳在反应中表现出还原性
④碳的非金属活泼性比硅强A.仅①②
B.仅②③
C.仅①②③
D.①②③④【答案】D【解析】工业上用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得硅,同时还有一氧化碳生成,因此化学方程式为:SiO2+2CSi+2CO↑,故①正确;
置换反应是指一种单质与一种化合物生成另一种单质与另一种化合物,因此该反应属于置换反应,故②正确;
该反应中碳得到二氧化硅中的氧,发生氧化反应,表现出还原性,故③正确;
该反应中,碳将硅从二氧化硅中置换出来,说明碳的非金属活泼性比硅强,故④正确。故选D。
10.R为金属,发生如下反应:R+CuSO4=Cu+RSO4。下列说法错误的是(
)A.该反应为置换反应
B.R的金属活动性比Cu强C.该金属可以是AlD.若R为Zn,反应后溶液的质量会增大【答案】D【解析】A.置换反应指一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物,由题中所给反应可知该反应为置换反应,故A正确;
B.在金属活动性顺序中排在前面的金属能把排在后面的金属从它的盐溶液中置换出来,因为金属R能把铜置换出来,所以R比铜活泼,故B正确;
C.若金属R为铝,则生成物应为Al2(SO4)3,而不是AlSO4,故C不正确;
D.若R为Zn,根据Zn+CuSO4=Cu+ZnSO
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