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第八单元金属和金属材料第一节金属材料l金属材料：金属材料包括纯金属以及它们的合金。l金属的物理性质n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）；n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。l金属之最n地壳中含量最多的金属元素——铝n人体中含量最多的金属元素——钙n目前世界年产量最多的金属——铁（铁＞铝＞铜）n导电、导热性最好的金属——银（银＞铜＞金＞铝）n熔点最高的金属——钨n熔点最低的金属——汞n硬度最大的金属——铬n密度最大的金属——锇n密度最小的金属——锂l金属的分类黑色金属：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l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。n铜、铝——电线——导电性好、价格低廉n钨——灯丝——熔点高n铬——电镀——硬度大n铁——菜刀、镰刀、锤子等n汞——体温计液柱n银——保温瓶内胆n铝——“银粉”、锡箔纸l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性的物质。合金是混合物。金属氧化物不是合金。l目前已制得的纯金属只有90多种，而合金已达几千种。l合金的硬度一般比组成它的纯金属的硬度大，抗腐蚀性强。l合金的熔点一般比组成它的纯金属的熔点低。l常见的合金：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，具紫铜是纯铜熔点低见下具有形状记忆效有抗锈蚀性能。生铁较脆，钢铁具有韧性。生铁常制成暖气片。应l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：①熔点高、密度小；②可塑性好、易于加工、机械性能好；③抗腐蚀性能好。l生铁和钢性能不同的原因：含碳量不同。第二节金属的化学性质l金属与氧气的反应n镁、铝：u在常温下能与空气中的氧气反应：2Mg+O22MgO4Al+3O2=2Al2O3u铝的抗腐蚀性能好的原因：铝在空气中与氧气反应，其表面生成一层致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化。n铁、铜u在常温下、干燥的环境中，几乎不与氧气反应，但在潮湿的空气中会生锈。u铁、铜在高温时能与氧气反应：3Fe+2O2Fe3O42Cu+O22CuOn金即使在高温时也不与氧气反应。l金属与酸的反应：活泼金属＋酸→盐＋H2↑n描述现象时，需要注意：①如果有铁、铜元素参加反应，一定要注意溶液颜色的变化；②反应放热，但是只有镁和酸反应时放热现象明显。l置换反应：由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是置换反应。当铁单质参加置换反应时，生成物中的铁元素呈+2价。l常见金属在溶液中的活动性顺序：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活动性由强逐渐减弱n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。n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。n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的溶液里置换出来。u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。l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。l“湿法冶金”的反应原理：Fe+CuSO4=Cu+FeSO4lFe2+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。l比较Cu、Fe、Ag三种金属的活动性顺序n使用铁、银和溶液，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。n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。n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。第三节金属资源的利用和保护l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。l铁的冶炼n实验室——一氧化碳还原氧化铁n工业——高炉炼铁u设备：高炉（图见书17页）。u原料：铁矿石（赤铁矿或磁铁矿）、焦炭、石灰石、（空气）。u反应原理：C+O2CO2、CO2+C2CO、3CO+Fe2O32Fe+3CO2。u石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅（SiO2）转变为炉渣（CaSiO3）。u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）。l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：。【例题】1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少？【解法1】1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为：设生成的铁的质量为x。折合为含铁96%的生铁的质量为答：800t氧化铁理论上可以炼出生铁的质量为583t。【解法2】设理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量为x。（x不是纯物质的质量，不能直接代入计算）1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为：答：800t氧化铁理论上可以炼出生铁的质量为583t。l植物油干燥剂铁生锈的实验（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，铁制品可以全部被锈蚀。l除去铁锈的方法n物理方法：刀刮、砂纸打磨。n化学方法：少量、多次地滴加稀盐酸或稀硫酸。l防止铁制品生锈的方法n保持铁制品的洁净、干燥；n擦干后涂一层保护膜（作用：隔绝空气、防水）。具体方法如下：u物理方法——刷漆（油漆或银粉）、涂油u化学方法——电镀其它金属（铬或锌）、烤蓝n制成不锈钢。l金属资源的保护措施：①防止金属的腐蚀；②回收利用废旧金属；③有计划、合理地开采矿物；④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。第九单元溶液第一节溶液的形成溶液l定义：一种或几种物质分散到另一种物质里，形成均一的、稳定的混合物，叫做溶液。l基本特征均一性——指溶液中各部分的浓度和性质都相同。稳定性——外界条件不变（温度、压强不改变，溶剂不蒸发）时，溶质、溶剂不分层，也不会析出固体。n溶液具有均一性、稳定性的原因：溶质以分子或离子的形式分散到水分子中。l溶质由两部分组成——溶剂和溶质。n溶剂的定义：能溶解其他物质的物质叫做溶剂。n溶质的定义：被溶解的物质叫做溶质。n常见的溶剂有水、酒精、汽油。n溶质可以有一种或多种，但溶剂只能有一种。n溶质和溶剂在被分散前可以是固体、液体或气体。n溶液、溶质、溶剂的质量关系：溶液的质量＝溶质的质量＋溶剂的质量（溶液的体积≠溶质的体积＋溶剂的体积）n区分溶剂和溶质u固体（或气体）与液体混合——固体（或气体）是溶质，液体是溶剂。u液体和液体混合——质量小的为溶质，质量大的为溶剂。如果其中一种液体是水，那么水是溶剂。u当两种物质完全反应后，新生成的物质是溶质，而析出的沉淀或产生的气体不是溶质，溶剂仍是水。例如锌溶于稀硫酸后，所得到的溶液中的溶质是硫酸锌。l溶液的命名：“[溶质]的[溶剂]溶液”。如果没有指明溶剂，我们就认为水是溶剂。l水和酒精能以任意体积互溶。探究水与乙醇能否互溶时，要先滴入红墨水（目的：为了显色，利于观察）。悬浊液、乳浊液与乳化作用l悬浊液：由固体小颗粒分散到液体里形成的混合物叫做悬浊液。例如钡餐（硫酸钡的悬浊液）、粉刷墙壁用的涂料、黄河水都是悬浊液。l乳浊液：由小液滴分散到液体里形成的混合物叫做乳浊液。例如在农业上，一般把不溶于水的液体农药配制成乳浊液。l悬浊液和乳浊液都不是溶液，不具备均一、稳定的特征。l洗涤剂具有乳化作用。用洗涤剂洗衣服时，油污没有溶解在水中，没有形成均一、稳定的溶液。l用洗涤剂和汽油洗衣服的区别：汽油——用汽油洗衣服时，油污能溶解在汽油里，形成溶液，随着汽油挥发油污就能被带走。洗涤剂——洗涤剂具有乳化作用，它能使油污分散成无数细小的液滴，随水流去。溶解时的吸热或放热现象l扩散过程——溶质的分子（或离子）向水中扩散——吸收热量。l水合过程——溶质的分子（或离子）和水分子作用，生成水合分子（或水合离子）——放出热量。l如果扩散过程吸收的热量小于水合过程放出的热量，溶液的温度就会升高。（例如氢氧化钠固体、浓硫酸）l如果扩散过程吸收的热量大于水合过程放出的热量，溶液的温度就会降低。（例如硝酸钾）l氯化钠等溶于水时，不会有明显的吸热、放热现象。l氧化钙与水反应放出大量的热。有的实验为了节省能源，可以采用氧化钙和水反应来提高温度。第二节溶解度饱和溶液与不饱和溶液l定义：在一定温度下，向一定量溶剂里加入某种溶质，当溶质不能继续溶解时，所得到的溶液叫做饱和溶液；还能继续溶解的溶液，叫做不饱和溶液。l判断溶液是否饱和的方法：继续加入该种溶质，如果该物质的质量减少，那么溶液是不饱和溶液；如果该物质的质量不变，那么溶液是饱和溶液。l由于水可以和酒精以任意比例互溶，所以水和酒精不可以形成饱和溶液。l不饱和溶液与饱和溶液的转化不饱和溶液降温、恒温蒸发溶剂、加溶质升温、加溶剂饱和溶液①氢氧化钙和气体的溶解度随着温度升高而降低。所以若把氢氧化钙和气体的不饱和溶液变成饱和溶液，在改变温度时要升高温度。②最可靠的方法是蒸发溶剂、加溶质、加溶剂。③若想把氢氧化钙的饱和溶液变成不饱和溶液，可以通入适量的二氧化碳并过滤。④若想把氢氧化钙的不饱和溶液变成饱和溶液，也可以加入CaO并冷却。⑤氢氧化钙不是晶体，从氢氧化钙溶液也不会析出晶体，所以只能称作“澄清的石灰水变浑浊”。l浓、稀溶液与饱和、不饱和溶液之间的关系：①饱和溶液不一定是浓溶液，不饱和溶液不一定是稀溶液。②在一定温度时，同一种溶质的饱和溶液要比它的不饱和溶液浓。l混合物的分离和提纯n分离可溶物和不溶物：过滤法（溶解、过滤、蒸发或溶解、过滤、洗涤、干燥）n铁屑和其他固体：用磁铁反复吸引n除去氯化钠中少量的硝酸钾：蒸发溶剂结晶法（蒸发溶剂）n除去硝酸钾中少量的氯化钠：冷却热饱和溶液结晶法（高温溶解、降温、过滤）（结晶：热的溶液冷却后，已溶解在溶液中的溶质从溶液中以晶体的形式析出，这一过程叫结晶）n后两者往往应用在分离两种可溶于水的物质，并且其中一种的溶解度受温度影响大，另一种受温度影响小。我们希望析出的晶体是量多的一种，所以选用的方法要适合量多的那种。l蒸发溶剂时溶液浓度不变，冷却热饱和溶液时溶液浓度变小。l在一定温度和溶质相同的条件下，100g的饱和溶液和200g的饱和溶液，二者都蒸发10g水，析出晶体的质量