2025年浙江省中考科学一轮复习考点突破课件金属及冶炼

第8课时金属及冶炼1.了解金属的主要物理性质及用途,辨析金属和非金属。2.认识常见金属的主要化学性质,知道金属活动性顺序。3.列举金属锈蚀的条件和防止金属锈蚀的常用方法。4.知道在一种金属中加入其他金属或非金属形成合金,可以改善金属材料的性能;了解新型金属材料的发展与应用。5.知道两种金属冶炼的原理,举例说明金属冶炼技术的发展对社会进步的作用。6.了解废弃金属对环境的影响,以及金属回收再利用的意义。焦点1考查物质的氧化性与还原性

例1某兴趣小组为了验证氢气的性质,做了如图(未画出固定导管的装置)实验,在玻璃导管的下端放入镁条,在酒精灯上将铜片烧黑,然后用湿布抹去表面可能的炭黑。将烧黑的铜片插入玻璃导管中,并将烧黑的铜片右端部分略微露出导管,向小烧杯中加稀硫酸,然后在上面的玻璃导管口点燃氢气,使铜片露出的部位处于氢焰中。实验结束时发现烧黑的铜片右边部分变成红色,左边还是黑色。(1)从实验现象中我们可以推导出氢气的化学性质有__________________。

(2)实验结束时烧黑的铜片右边部分变成红色,左边还是黑色,请你写出左边还是黑色的原因:____________________________________________。

(3)能否用铜片代替镁条进行实验,请说明原因:____________________________________________。

可燃性、还原性左边温度低,没有达到氢气还原氧化铜的条件不能,因为铜和稀硫酸不反应,无法产生氢气【解析】

(1)上面的玻璃导管口点燃氢气,说明氢气具有可燃性,化学方程式为2H2+O2

2H2O,铜片右边的部位处于氢焰中,由黑变成红,左边仍然还是黑色,反应的化学方程式为H2+CuO

Cu+H2O,氢气能将氧化铜还原为铜,说明氢气具有还原性。(2)烧黑的铜片右边部分变成红色,左边还是黑色,说明氢气与氧化铜反应需要在加热的条件下才会发生。(3)镁条与稀硫酸反应生成氢气,反应的化学方程式为Mg+H2SO4===MgSO4+H2↑,而铜在金属活动性顺序中排在氢后面,不能与稀硫酸发生反应,所以不能用铜片代替镁条进行实验。例2《天工开物》中介绍了用碳和氧化锌在高温条件下冶炼锌的方法,化学方程式为2ZnO+C2Zn+CO2↑。该反应中具有氧化性的反应物是__________,ZnO中锌元素的化合价为________。

【解析】在氧化还原反应中,反应物失去氧元素被还原,为氧化剂;得到氧元素被氧化,为还原剂,根据化学方程式2ZnO+C2Zn+CO2↑可知,ZnO失去氧元素被还原,是氧化剂,具有氧化性;C得到氧元素被氧化,是还原剂,具有还原性。(2)在化合物中,正负化合价的代数和为零,在ZnO中,O的化合价为-2,故锌元素的化合价为+2。

ZnO

+2

【对点训练】1.根据下列实验图示分析问题:(1)上述三个反应都是物质与氧发生的反应,它们都属于氧化反应。氧气在氧化反应中提供氧,它具有__________性。从化学反应前后氧元素化合价变化分析,氧气在上述反应中具有氧化性的原因是氧元素的化合价降低了。

(2)通过类比分析反应2Na+Cl2

2NaCl发现,该反应中具有氧化性的物质是________。

氧化

Cl2

A焦点2金属与氧气的反应及防锈蚀

例3犯罪分子常在黄金中混熔较多的铜,冒充纯金制品进行诈骗。小李要检验金制品中是否混有铜,他的检验步骤是①在酒精灯上灼烧金制品。②将灼烧后的金制品在稀硫酸中浸一段时间。如果金制品中混有铜,应观察到的现象是______________________________________________________________________________;发生的反应是___________________________________________(用化学方程式表示)。

灼烧后的金制品表面变黑,放入稀硫酸一段时间后金属表面黑色消失,溶液变为蓝色O2+2Cu2CuO,CuO+H2SO4===CuSO4+H2O例4某项目学习小组用传感器开展“影响铁锈蚀因素”的探究,设计如图1所示实验装置并完成实验。实验过程中,传感器采集数据绘制得到如图2的甲、乙两幅曲线图。【资料1】一定条件下,碳和氯化钠溶液可加快铁的锈蚀,但它们本身不参加反应。【资料2】该实验步骤如下:①检查装置气密性。②装药品,将5g铁粉和2g碳粉加入锥形瓶,并加入2mL饱和氯化钠溶液。③立即塞紧橡胶塞,橡胶塞上已插有一支装有5mL稀盐酸的注射器及传感器。④观察现象,采集数据。用所学知识及以上资料信息回答下列问题:(1)实验进行一段时间后,注射器中的盐酸会自动注入锥形瓶内,原因是________________________________________________________________________________________________________。

铁生锈消耗锥形瓶内的氧气,当锥形瓶内的气压减小到一定程度时,大气压将注射器的活塞下压或盐酸被吸入瓶内(2)图2甲、乙曲线图中,0~t1段温度升高,瓶内压强减小;t2~t3段温度升高,锥形瓶内压强增大。解释产生这两个不同现象的原因。0~t1段:①铁生锈消耗氧气并放热;②反应放热使温度升高,压强增大;③消耗氧气使压强减小。④消耗氧气减小的压强大于温度升高增大的压强,所以0~t1段总体上温度升高,压强减小。t2~t3段:①因锥形瓶内气压减小,盐酸自动注入锥形瓶内,盐酸与铁反应产生氢气并放出大量的热。②温度升高,压强增大。③产生氢气,压强增大。④温度升高和产生氢气都使压强增大,所以t2~t3段总体上温度升高,压强增大。【解析】铁生锈消耗锥形瓶内的氧气,当锥形瓶内的气压减小到一定程度时,大气压将注射器的活塞下压或盐酸被吸入瓶内。

实验123步骤将一片铝箔在空气中用酒精灯加热将另一片相同铝箔伸入充满氧气的集气瓶中,引燃将一段镁条在空气中用酒精灯加热现象铝箔不燃烧,熔化后也不滴下,外面立即形成一层薄膜铝箔剧烈燃烧,发出耀眼白光镁条剧烈燃烧,发出耀眼白光试回答下列问题:(1)进行1、2实验的目的是研究铝和氧气反应的剧烈程度是否与氧气的_____________________有关。

(2)某同学分析2、3实验后就得出了如下结论:不同金属的活动性是不同的。其他同学认为这个结论不可靠,你认为他们的理由是________________________________________________________________________________________________。

浓度(纯度、含量)

只用镁、铝金属做实验,选择的金属样本种类太少或实验中存在氧气浓度和金属种类两个变量没有控制(3)小组同学认为镁和铝的活动性可以通过与氧气反应的剧烈程度来比较,你认为还可以通过______________________________________________________________的实验来比较。

(4)在实验1中,有同学用细针去刺破液态铝外面的薄膜,观察到里面的液态铝依然没有流出来。实验后,同学们查阅资料获知该薄膜是氧化铝,其熔点明显高于酒精灯火焰的温度,由此推断,刺破薄膜后液态铝会迅速和__________反应,又会形成致密氧化膜,所以液态铝不会流出来。

镁、铝与酸反应产生气泡的快慢(或镁是否与可溶性铝盐反应等)

氧气焦点3金属与盐的反应

例5北宋沈括《梦溪笔谈》中记载:“信州铅山有苦泉,流以为涧。挹其水熬之则成胆矾,烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜,久之亦化为铜”。(1)胆矾的化学式为CuSO4·5H2O。已知CuSO4中硫元素的化合价为+6,则铜元素的化合价为________。

(2)由“熬胆矾铁釜,久之亦化为铜”可知铁与硫酸铜溶液反应生成铜,说明铁的金属活动性比铜________。

+2

强例6小明把去除氧化膜的铝条用线拴好(线不与硫酸铜溶液反应),浸入硫酸铜溶液中上部,除了观察到事先预计到的现象外,还发现了一些其他现象:反应一开始产生了较多气泡,试管壁发烫;反应较长时间后,铝条周边溶液接近无色透明,铝条以下溶液颜色几乎没变,上下溶液界面清晰,分层明显。(1)事先预计可观察到的现象是___________________________________。

(2)解释试管中溶液出现分层的原因:________________________________________。

(3)小明对气泡的成分提出了如下假设:可能是氢气;可能是二氧化硫;可能是氧气;可能是……因为在实验过程中没有闻到刺激性的气味,所以小明同学排除气体是______________的可能性。

铝条外面有红色物质,溶液颜色变浅

硫酸铝溶液的密度比硫酸铜溶液的小二氧化硫

(4)小明在老师的指导下另取相同原料做了该实验,并用尖嘴导管将产生的气体导入洗涤液中,洗涤液中出现大量气泡,点燃气泡时发出爆鸣声并看到火焰。老师告诉他铝片表面产生的气体就是氢气,检验该气体时,不是直接在尖嘴导管口点燃,而是点燃从洗涤液中冒出的气泡。老师为什么要求小明这么操作?__________________________________________________。

小明还有一个疑问:为什么铝放入硫酸铜溶液中会产生氢气呢?小明查阅资料得知,硫酸铜溶液属于酸性溶液,酸性溶液和酸溶液具有某些相似的性质。防止爆炸(为了安全,氢气没有验纯前不能直接点燃)

【解析】

(1)从金属和盐发生反应的条件可知,铝能将铜从其盐溶液中置换出来,所以可以预期铝条表面有红色物质析出,同时由于溶液中铜离子减少,铝离子又是无色的,故溶液颜色变浅。(2)对于溶液出现分层现象,铝条还有剩余,而硫酸铜也有剩余,反应已经终止了,下面的硫酸铜溶液不能与上面的铝条直接接触,从溶液的密度差考虑,只能是硫酸铝溶液的密度小于硫酸铜溶液的,导致硫酸铜溶液沉在下面。(3)二氧化硫具有刺激性气味,由于实验过程中没有闻到刺激性的气味,所以气体不可能是二氧化硫。(4)对于可燃性气体,为防止爆炸,在点燃之前必须要进行验纯。现在将气体通到洗涤剂中产生气泡,一个个气泡是相互隔离的,即使气体不纯,一个气泡爆炸也不会引起另外气泡自动爆炸,这样的操作既简单又安全。

答:自变量的设计(溶液浓度、反应时间)、无关变量的控制(溶液体积、铁丝、实验温度等)、因变量的观测(溶液颜色的观察)、实验结果的比较与分析。(可设置实验空白对照)①将质量分数为16%的硫酸铜溶液稀释成4%、8%、12%的硫酸铜溶液备用。②在相同环境下,取4支相同的试管各放1根大小相同的铁丝,分别加入5mL4%、8%、12%、16%的硫酸铜溶液。③在20分钟内,观察反应溶液的变化,每隔2分钟记录各试管中溶液颜色。④比较不同浓度的硫酸铜溶液在相同反应时间的溶液颜色,同时比较同一浓度的硫酸铜溶液在不同时间的颜色变化,得出溶液浓度和反应时间对溶液颜色变化的影响。(2)列举一个因反应物浓度不同导致实验现象不同的例子,写出反应物及现象:__________________________________________________________。

硫在空气中燃烧产生淡蓝色火焰,在氧气中燃烧产生蓝紫色火焰

【提出问题】生成的黑色固体是什么物质?【实验二】搭建分离装置,经__________、洗涤、干燥,得到少量的黑色粉末。

【查阅资料】常见的黑色不溶于水的固体有四氧化三铁、二氧化锰、氧化铜、炭粉等。小丽猜想:黑色固体可能是氧化铜,不可能是四氧化三铁、二氧化锰、炭粉。你认为小丽作出如此判断的依据是_______________________________________________。

小美猜想:黑色固体可能是氧化铜和铜的混合物。依据是量少而又细小的铜粉掺杂在氧化铜之间可能看不清。过滤根据反应前后元素种类不变(或质量守恒定律)

稀盐酸(或稀硫酸)

小丽硫酸铜溶液用量不能太少焦点4对金属活动性的认识

例7一般来说,金属越活泼,冶炼越困难,人类使用该金属的时间就越迟。如图为铁、铜、钠、锌四种金属的最早冶炼历史年代,则甲代表的金属是(

)A.铁B.铜C.钠D.锌B【解析】金属越活泼,冶炼越困难,人类使用该金属的时间就越迟,铁、铜、钠、锌的活动性顺序为钠>锌>铁>铜,甲为使用最早的金属,应为铜,故选B。例8人类对科学规律的认识常需经历漫长的探索过程,对金属活动性规律的认识也是如此。

(1)1625年格劳贝尔发现将金属放入稀盐酸中会“消失”,这为发现金属活动性顺序奠定了基础。小嘉选用锡、铜、锌三种金属重温实验,则会“消失”的金属有____________。

(2)1766年卡文迪许用金属与酸反应制取了一种可燃性气体,他称之为“可燃空气”,其实该气体就是__________。从此为探索金属活动性打开了新思路。

锡、锌氢气(3)1865年贝开托夫经过大量的实验得出了金属活动性规律。小嘉运用该规律开展实验,向硝酸铜和硝酸银的混合溶液中逐渐加入铁粉,溶液质量变化如图所示,则B点时溶液中所含的金属阳离子有_____________。

Cu2+、Fe2+

【对点训练】6.将金属X插入烧杯内的AgNO3溶液中(如图),观察到溶液颜色变蓝后取出X,向烧杯内再加入一定量锌粉,振荡后,溶液蓝色逐渐消失。(1)金属X是________。

(2)加入锌粉后,溶液蓝色逐渐消失的原因是____________________________________________________________。

(3)实验结束后,过滤烧杯内的液体,则滤渣中一定含有的物质是____________。

(4)通过实验探究,可知三种金属的活动性为_______________。

铜锌与硝酸铜溶液反应,生成铜和硝酸锌,溶液中铜离子逐渐消失铜、银

Zn>Cu>Ag

7.为验证Cu、Al、Fe三种金属的活动性顺序,有甲、乙、丙三名同学设计了如下方案:(溶液中Fe2+显浅绿色、Cu2+显蓝色、Al3+无色)

金属铝表面有一层致密的氧化膜

Cu、Fe、Al(或Fe、Cu、Al)

(3)丙同学在FeCl2和CuCl2的混合溶液中,加入一定量的铝粉充分反应后,此时溶液呈浅绿色,过滤后向滤渣中加过量稀盐酸,当出现固体部分溶解且____________________________________的现象,可证明Cu、Al、Fe三种金属的活动性顺序。

剩余固体呈红色或者溶液呈浅绿色焦点5金属与酸反应的探究

例9金属与酸反应会放出热量。为深入研究金属和酸反应的特点,小明用如图甲所示装置进行实验:在烧瓶中加入0.48g镁和足量的溶质质量分数为14.6%的稀盐酸,塞紧瓶塞,利用传感器记录160s内烧瓶内气压变化。用等质量的铁和锌重复上述实验,得到相关曲线如图乙。(1)图乙中,能支持锌比铁活动性强的证据是_______________________________________________。

一定时间内锌与盐酸反应时增大的气压比铁大

(3)解释镁与稀盐酸反应,0~80s烧瓶内气压发生如图乙变化的原因:________________________________________________________________________________。

0~40s,镁与盐酸反应生成氢气并放出大量的热,气压快速增大;40~80s,温度降低,气压下降【解析】

(1)活动性的强弱,可以转换成比较一定时间内产生氢气的量,氢气的量在本实验中是转换成相同时间气压的变化量,所以锌比铁活动性强的证据是一定时间内锌与盐酸反应时增大的气压比铁大。(3)镁与盐酸反应气压的变化先增大后减小,增大的因素有两个,一是产生氢气,二是反应放热;减小的因素是温度降低;0~40s,镁与盐酸反应生成氢气并放出大量的热,气压快速增大;40~80s,温度降低,气压下降。【对点训练】8.金属与酸反应属于放热反应,其反应速率除受反应物的性质影响外,还受温度、酸的质量分数、固体表面积大小等因素影响。现探究质量分数对反应速率的影响,实验室提供秒表、图甲器材和颗粒均匀的锌粒、铁片、铜片、2%稀盐酸、4%稀盐酸、2%稀硫酸、碎冰、水等药品。(1)请选择合适器材和药品,设计实验写出步骤(可配图说明)。①检查气密性:连接试管和广口瓶,往长颈漏斗中加水,液面不持续下降。(只回答“检查装置气密性”也可)②装药品:在烧杯中加入碎冰和一定量的水,往分液试管中装入锌粒,把试管放入烧杯内的冰水中,用铁架台固定,连接好其他装置。③开始反应和测量:打开止水夹,往漏斗中倒入一定量的2%稀盐酸,记录一定时间内量筒中的水量(或记录量筒中的水达到一定体积时所需的时间;合理均可)④取等量的锌粒与4%稀盐酸进行反应,重复上述实验。⑤用铁片代替锌粒,重复上述实验(或“多次实验”等能体现避免实验偶然性的均可)。(如把第③④步骤改为一次实验,通过比较每隔一定时间内量筒中水的体积,以判断产生气体的速度等合理均可)(2)实验结论:其他条件都相同时,酸的质量分数越大,反应越快。图乙是某资料中铁与2%稀硫酸在恒温条件下,生成氢气体积随时间变化的图像。请根据实验结论,对曲线进行适当的修改,使其更合理。

如图:焦点6金属的冶炼与回收

例10青瓷的“翠色”与其烧制时窑炉内的CO和釉料中的Fe2O3的反应有关。如图甲所示为我国古代窑炉的结构示意图,其中木炭从窑口送入燃烧室燃烧,通过反应生成CO;CO和Fe2O3在不同温度下的固态产物有所不同,如图乙所示为CO还原Fe2O3时,固体残留率(固态产物质量与参与反应的Fe2O3质量之比)随温度的变化曲线。(1)为了提高窑炉内CO的体积分数,可采取的措施有________(填字母)。

A.相对增加燃料用量B.相对增加空气鼓入C.增加排气口数量D.减少排气口数量(2)现已知,青瓷的“翠色”是CO和Fe2O3反应生成的固态产物FeO所致,为了获取“翠色”,窑炉内的温度应控制在_____________℃(选填“550~600”“650~700”或“>750”)。

(3)当温度达到750~800℃时,发生的主要反应是_____________________________。

AD

650~700

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

【解析】

(1)为了提高窑炉内CO的体积分数,可以相对增加燃料用量(促进不完全燃烧,得到更多的一氧化碳)、减少排气口数量(促进碳和二氧化碳反应生成一氧化碳)。故选:AD。(2)青瓷的“翠色”是CO和Fe2O3反应生成的固态产物FeO所致,氧化铁在高温下和一氧化碳反应生成氧化亚铁和二氧化碳,化学方程式为Fe2O3+CO2FeO+CO2,根据化学方程式可知,氧化亚铁与氧化铁的质量比=(56+16)×2∶(56×2+16×3)=0.9,即固体残留率(固态产物质量与参与反应的Fe2O3质量之比)=90%,根据固体残留率随温度的变化曲线可知,为了获取“翠色”,窑炉内的温度应控制在650~700℃。(3)当温度达到750~800℃时,固体残留率为70%,可见氧化铁已经全部被还原为铁,故发生的主要反应是Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2。【对点训练】9.人类对材料的发现和使用经历了从石器、青铜器、铁器到铝的大规模使用等漫长的征程。请回答:(1)我国最早使用的合金是__________。

(2)我国是最早采用湿法冶铜的国家。文献记载“胆铜法”:用铁与“胆水”(含CuSO4)反应获得铜。铁与硫酸铜溶液反应的化学方程式为_____________________________。

(3)下列金属矿物中,可以用来炼铁的是_______(填字母)。

A.赤铜矿(Cu2O)

B.赤铁矿(Fe2O3)

C.软锰矿(MnO2)青铜

Fe+CuSO4===Cu+FeSO4

B

(4)铝由于化学性质活泼,不能用碳、氢气等还原其氧化物获得,科学家曾经用金属钠在高温条件下置换铝的方法制取,化学方程式可表示为_____________________________,由于此法制取的铝很昂贵,故铝元素虽然在地壳中含量高,也无法得到大规模的开采利用。直到19世纪初,电解技术的应用,才使得铝大量廉价生产。下图为用铝土矿炼制铝的生产流程。

6Na+Al2O32Al+3Na2O

现有含Al2O351%的铝土矿200t,经上述反应后可制得铝_________t(假设上述各步反应中,铝元素一共损失10%。计算结果精确到小数点后一位)。

48.6

还原黑色粉末变成红色

氧化铜中氧元素将尾气点燃焦点7氢气、一氧化碳、木炭的性质

例11思维模型的建构既方便于问题的解决,又能促进深度学习。某科学研究小组同学,在研究了气体检验专题内容后,认为气体检验的关键是干扰气体的界定,判断标准是对后续实验是否会产生干扰。于是在老师的指导下对解决“气体检验”类问题建构了如下思维模型:气体检验→气体净化→气体转化→气体检验→尾气处理【模型应用】同学们为检验天然气燃烧后的气体产物成分,应用思维模型设计了如图甲实验方案(固定装置未画出),将天然气在氧气中燃烧后得到的混合气体通过该方案进行实验。(1)实验过程中观察到A装置中的无水硫酸铜变蓝,B、F装置中的澄清石灰水均变浑浊,D装置中的澄清石灰水不变浑浊,由此可得出该气体产物的成分为____________________。

(2)图甲实验方案中,装置C和D归属于上述思维模型中的____________环节。

H2O、CO2、CO

气体净化【改进创新】小金同学认为,原气体产物中的CO2对CO的检验不会产生干扰,于是从简约装置、节约实验药品的角度出发,对图甲方案进行了改进与创新,去掉B、C、D装置,替换F、G装置,改用图乙所示的装置对该气体产物的成分进行探究。在实验中,小金先从A处通一段时间混合气体,再点燃E处酒精灯加热,观察现象,也实现了气体产物成分的检验。(3)实验中,小金在加热前先通一段时间的混合气体,其目的是_________________________________________________。

(4)实验中,判断E中玻璃管内空气已排净的实验现象是_________________________。排尽装置内空气,防止加热时发生爆炸,并检验CO2

H装置中澄清石灰水变浑浊【解析】

(1)A装置中的无水硫酸铜变蓝,说明混合气体中有水;B中澄清石灰水变浑浊,说明混合气体中有二氧化碳;D中澄清石灰水不变浑浊、F中澄清石灰水变浑浊,说明有气体还原氧化铜时生成二氧化碳,故混合气体中有一氧化碳。(2)C、D装置的作用是吸收二氧化碳,防止混合气体中的二氧化碳对一氧化碳的检验产生干扰,所以属于上述思维模型中的气体净化环节。(3)若混合气体中有可燃性气体,可燃性气体与空气混合加热会发生爆炸,在加热前先通一段时间的混合气体可以防止加热时发生爆炸,且还可以检验混合气体中是否有二氧化碳。(4)E处酒精灯未点燃,从A处通一段时间混合气体,刚开始H装置中左侧导管中排出的是装置中的空气,当H装置中澄清石灰水变浑浊时,则证明装置中的空气已经被完全排出,混合气体开始通入H装置中。【对点训练】11.小金通过实验研究一氧化碳和氧化铜的反应,其操作步骤及观察到的现象如下:步骤1:连接装置并检查装置气密性。步骤2:按图甲所示向双具支试管内加入木炭粉和氧化铜,用向上排空气法使双具支试管内集满二氧化碳后塞上带有导管和瘪气球的橡胶塞。步骤3:按图乙所示将双具支试管固定在铁架台上,并使木炭粉平铺于试管底部:用酒精喷灯加热氧化铜一段时间,未观察到明显现象。步骤4:将酒精喷灯移至木炭粉处,加热一段时间,观察到气球明显胀大;再次将酒精喷灯移至氧化铜处,加热一段时间,观察到黑色粉末变为紫红色固体。(1)步骤2中,可用燃着的木条检验二氧化碳是否集满,燃着的木条应_________________