搜索
教育资源教育资源金属和金属材料【学习目标】1．了解常见金属及合金的物理性质、特性及其应用；了解金属资源的利用和保护。2．掌握常见金属的化学性质，能用金属的活动性顺序对有关的置换反应进行简单的判断。3．掌握炼铁的原理及有关含杂质物质的化学方程式的计算。【知识网络】【要点梳理】要点一、金属及金属资源的保护1．金属的共性：①金属光泽；②良好导电性、导热性；③良好的延性、展性；④韧性好、能弯曲。2．金属的特性：（1）颜色：大多为银白色，铜呈紫红色、金呈黄色；（2）状态：常温下大多为固体，汞为液体；（3）密度差别很大：金为19.3g/cm3，铝为2.7g/cm3；（4）导电性差异很大：银为100，铅仅为7.9；（5）熔点差别大：钨为3410℃，锡仅为232℃；（6）硬度差别大：铬为9，铅仅为1.5。3．合金：是由两种或两种以上的金属（或金属和非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。生铁（含碳量为2%～4.3%）和钢（含碳量为0.03%～2%）都是铁合金。4．铁锈蚀的条件及防锈蚀方法：（1）铁生锈的条件：铁与水、氧气同时接触。（2）防止铁生锈的方法：①保持铁制品表面的洁净和干燥；②在铁制品表面形成保护膜：刷漆、涂油、镀一层其它金属、在铁制品表面形成致密的氧化物保护膜；③改变铁制品的内部结构，制成不锈钢。【要点诠释】1．金属材料包括纯金属和它们的合金。合金的硬度、强度、抗腐蚀性等一般都好于组成它们的纯金属。2．保护金属资源的有效途径：①防止金属锈蚀；②废旧金属的回收利用；③合理有效的开采矿物；④寻找金属的替代品等。要点二、金属活动性顺序、金属的化学性质1．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；位于氢前面金属可以置换出盐酸、稀硫酸中的氢；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（K、Ca、Na除外）。2．置换反应是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．金属能与氧气、酸等发生反应。【要点诠释】1．只有较活泼的金属才能把不太活泼的金属从它的化合物溶液里置换出来。2．铁与酸或金属化合物发生置换反应时生成的铁的化合物中铁均显+2价。要点三、金属冶炼及有关计算1．工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。人类最先使用铜，而后铁，使用铝只有一百多年的历史，主要与三种金属的化学性质、冶炼难易有关。2．工业上冶炼铁的原料、主要反应原理、主要设备见下表：原料铁矿石、焦炭、石灰石等主要反应原理在高炉中焦炭的作用是提供热量（碳和氧气反应生成二氧化碳，放热），二氧化碳和碳反应生成还原剂一氧化碳。教育资源教育资源C+CO22COFe2O3+3CO2Fe+3CO2主要设备高炉3．化学方程式所表示的都是纯净物发生化学变化时的相互关系，生成物也是纯净物的各物质之间的质量关系，但实际上绝对纯净的物质是没有的。因此当参与反应或生成的是含杂质的物质时，必须先把含有杂质的物质换算成纯物质的量，才能进行计算。而实际炼铁中所用的矿石是不纯的，炼出的生铁也是不纯的，因此进行有关计算时要注意换算。【要点诠释】1．一氧化碳还原氧化铁的实验装置：2．反应的化学方程式：Fe2O3+3CO2Fe+3CO23．实验现象：红色粉末逐渐变为黑色，澄清的石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。【典型例题】类型一、考查金属及金属资源的保护1.下列与铜的锈蚀无关的物质是（）A．水B．氧气C．氮气D．二氧化碳【思路点拨】金属锈蚀的主要原理：金属和氧气发生缓慢氧化。铜生锈除了有氧气外，还需要与水和二氧化碳接触。【答案】C【解析】铜生锈的条件：铜与氧气、二氧化碳和水同时接触。【总结升华】铜锈的主要成分是碱式碳酸铜（Cu2(OH)2CO3）。举一反三：【变式】铁画是中国工艺美术百花园中的一朵奇葩，至今已有三百多年历史。下列关于铁画生锈与防护的叙述不正确的是（）A．生锈时主要生成四氧化三铁B．悬挂在干燥的环境中C．经常清扫表面的灰尘可以防止生锈D．表面涂漆防止生锈【答案】A类型二、考查金属的化学性质2．把某稀硫酸分为等体积的两份，放入两个烧杯中，分别加入等质量的甲、乙两种金属，反应后金属教育资源教育资源都没有剩余。产生H2的质量随时间变化的趋势如图。下列说法正确的是（）A．甲的活动性比乙强B．甲是锌、乙是铁C．反应消耗等质量的硫酸D．反应消耗等质量的金属【思路点拨】金属与酸、盐溶液反应中所涉及到的相关因素用函数图象表示则要弄清楚函数图象中各量的关系，具体情况具体分析。图象中，斜线的倾斜度越大，单位时间生成的H2越多，表示反应速率越快；平线处的位置越高，表示生成的H2越多。【答案】D【解析】观察题图看出，从反应开始至乙完全反应时的任意一段相同时间内，金属乙与酸反应产生的氢气总比金属甲多，说明金属乙与酸反应剧烈，说明乙的活动性比甲强。故A不正确。等质量的不同金属与足量硫酸反应（在生成物中金属元素的化合价相同情况下），金属的相对原子质量越大，则产生的氢气越少。故B不正确。金属与酸反应产生的氢气质量不相等，故两反应消耗稀硫酸的质量一定不相等。故C不正确。等质量的甲、乙两种金属在反应后都没有剩余，说明反应消耗了等质量的金属。D正确。【总结升华】要掌握常见金属（重点是镁、铝、锌、铁）与酸反应的有关规律。3．在天平两盘上的烧杯中，各放入质量相同的稀硫酸，调节天平至平衡。分别向两边烧杯各加入5g镁和5g铁，镁和铁全部反应而消失后，天平的指针（）A．偏向加铁的一边B．偏向加镁的一边C．仍停留在原来的位置D．无法确定【答案】A【解析】由于投入等质量的镁和铁且都完全反应，所以关键看谁产生氢气多，放出氢气较多的哪一边就轻。因镁与酸反应产生的氢气多，所以偏向铁一边，故选A。【总结升华】等质量的不同金属与足量酸反应（在生成物中金属元素的化合价相同情况下），金属的相对原子质量越小，产生的氢气越多。4．学习金属单元后，我们知道Zn、Fe、Cu三种金属的活动性顺序为：ZnFeCu。为验证这一结论，下面实验设计合理的是（）A．将Zn、Cu两金属片分别放入稀盐酸中B．将Fe、Cu两金属片分别放人稀盐酸中C．将Zn、Fe两金属片分别放人CuCl2溶液中D．将Zn、Cu两金属片分别放人FeCl2溶液中【答案】D【解析】验证Zn、Fe、Cu的金属活动性顺序有如下设计方案：方案一，将Zn、Fe、Cu分别放入稀盐酸(或稀硫酸)中；方案二，将Zn、Cu两金属片分别放入FeCl2(或FeSO4等＋2价亚铁盐)溶液中；方案三，将Fe分别放入ZnSO4溶液、CuSO4溶液中。选项A、B、C无法判断铁和锌的活动性。教育资源教育资源【总结升华】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；位于氢前面金属可以置换出盐酸、稀硫酸中的氢；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（K、Ca、Na除外）。举一反三：【变式1】有等质量的A、B两金属，相对原子质量Ar(A)＜Ar(B)；将A放入溶质质量分数为15%的稀硫酸中，B放入质量分数为15%的稀盐酸中，在反应中A、B均显正二价，产生氢气的质量随反应时间变化曲线如下图。下列说法正确的是（）A．产生氢气的速率A＜BB．反应后A、B一定都有剩余C．消耗的稀硫酸和稀盐酸质量一定不相等D．消耗B的质量一定小于消耗A的质量【答案】C【解析】由“产生氢气的质量随反应时间变化曲线图”可知，A反应完所用时间小于B，因此产生氢气的速率A应大于B，故A错；写出化学方程式A＋H2SO4＝ASO4＋H2↑和B＋2HCl＝BCl2＋H2↑，设氢气的质量为m，根据氢气的质量不难求出消耗的稀硫酸和稀盐酸的质量不相等，消耗B的质量大于A的质量，故C正确，D错误；根据化学方程式不能确定A、B是否一定都剩余，故B错。【变式2】若金属锰在金属活动性顺序中位于铝和锌之间，则下列反应不能发生的是（）【提示：MgSO4溶于水】A．Mn+2HCl==MnCl2+H2↑B．Fe+MnSO4==FeSO4+MnC．2Al+3MnSO4==Al2(SO4)3+3MnD．Mg+MnSO4==MgSO4+Mn【答案】B【解析】锰在金属活动性顺序中位于铝和锌之间，说明在金属活动性顺序中锰位于氢前且小于镁、铝而大于铁，因此锰可以和稀盐酸反应生成氢气，A正确；Fe不会从MnSO4溶液中置换出Mn，B错误；镁、铝可以从MnSO4溶液中置换出Mn，C、D正确。类型三、考查炼铁的原理及有关计算5．某课外活动小组，为了检测本地钢铁厂生铁产品的质量，在实验室中称取生铁屑样品10.0g放入烧杯中，加入一定量的稀硫酸。加热，使之充分反应(杂质不参加反应)。然后冷却、称量。反应后烧杯中物质的质量比反应前减少了0.34g。计算生产100t这种生铁，至少需要多少吨含氧化铁80%的赤铁矿。【思路点拨】有关含杂质物质的化学方程式计算的特点是“杂质一般不参与反应”，要注意分析与处理有关数据，搞清楚纯物质和所给量之间的关系：纯物质的量=不纯物质×纯度。不能把不纯的量直接代入方程式进行计算或者把杂质的质量分数当成纯度代入方程式计算。【答案与解析】解：(1)设样品中杂质含量为x。答：至少需要170吨含氧化铁80%的赤铁矿。【总结升华】在计算题中要注意“元素守恒”的应用。举一反三：【变式】某同学在实验室用CO与Fe2O3反应时若得到5.6g铁，则用掉CO质量（）A．等于4.2gB．大于4.2gC．小于4.2gD．无法判断【答案】B【解析】加热前要先通一段时间CO（排净装置内的空气，防止加热时发生爆炸）。这里问的是用掉CO教育资源教育资源质量，不是参加反应的CO质量；由于该实验过程中有部分CO用了但没参加反应，所以选B。