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1金属和金属材料金属材料一、金属材料的发展与利用1、从化学成分上划分，材料可以分为金属材料、非金属材料、有机材料及复合材料等四大类。2、金属材料包括纯金属和合金。金属材料：纯金属（90多种）；合金（几千种）黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。纯金属重金属：如铜、锌、铅等有色金属轻金属：如钠、镁、铝等；有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。（1）金属材料的发展石器时代→青铜器时代→铁器时代→铝的应用→高分子时代（2）金属材料的应用①最早应用的金属是铜，应用最广泛的金属是铁，公元一世纪最主要的金属是铁②现在世界上产量最大的金属依次为铁、铝和铜③钛被称为21世纪重要的金属二、金属的物理性质1、金属共同的物理性质：常温下金属都是固体(汞除外)，有金属光泽，大多数金属是电和热的良导体，有延展性（又称可塑性→金属所具有的展性和延性：在外力的作用下能够变形，而且在外力停止作用以后仍能保持已经变成的形状和性质。各种金属的可塑性有差别；金属的可塑性一般是随着温度的升高而增大。），密度较大，熔沸点较高等。2、金属的特性：①纯铁、铝等大多数金属都呈银白色，而铜呈紫红色，金呈黄色；②常温下，大多数金属都是固体，汞却是液体；③各种金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等差异较大。3、金属之最地壳中含量最多的金属元素—铝（Al）人体中含量最多的金属元素—钙（Ca）导电、导热性最好的金属——银（Ag）目前世界年产量最高的金属—铁（Fe）延展性最好的金属———金（Au）熔点最高的金属————钨（W）熔点最低的金属————汞（Hg）硬度最大的金属————铬（Cr）密度最小的金属————锂（Li）密度最大的金属————锇（Os）最贵的金属————锎kāi（Cf）点燃24、金属的用途：金属在生活、生产中有着非常广泛的应用，不同的用途需要选择不同的金属。【练习】（1）为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？答：因为铁的硬度比铅大，且铅有毒。（2）银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？答：银和铜的导电性相近，但银比铜贵得多，且电线用量大，经济上不划算。（3）为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制?如果用锡制的话，可能会出现什么情况？答：因为钨的熔点(3410℃)高，而锡的熔点(232℃)太低。如果用锡制的话，通电时锡易熔断，减少灯泡的使用寿命，还会造成极大浪费。（4）为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金怎么样？答：因为铁制品会生锈，镀上一层光亮且不易生锈的铬，能起到很好的保护作用，铬的硬度大，耐磨。由于金价格昂贵，如果镀金，虽然美观但成本太高。三、合金1、合金：在金属中加热熔合某些金属或非金属所制得的具有金属特征的物质。2、合金的特点一般来说，合金比组成他们的纯金属的硬度和强度大，抗腐蚀的性能也更好．有的合金比组成他们的纯金属的熔点低。多种多样的合金黄铜（铜、锌）机械零件仪表、日用品等青铜（铜、锡）机械零件如轴承、齿轮等白铜（铜、镍）银币、代替银做首饰焊锡（铅、锡）焊接金属硬铝（铝、铜、镁、硅）飞机、轮船、火箭、门窗18K黄金（金、银、铜）制作金饰品钱币电子元件18K白金（金、银、镍、锌）制作金饰品3、21世纪重要的金属材料——钛和钛合金钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料①物理性质与性能：银白色、熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、尤其是抗腐蚀性能非常好，②用途：广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等。钛合金与人体有很好的相容性，因此可用来制造人造骨骼。4、钛镍形状记忆合金形状记忆合金具有形状记忆效应的合金。广泛用于人造卫星、宇宙飞船的天线、牙齿矫正、水暖系统等方面。35、淬火和回火淬火和回火是金属热处理中常用的两种方法.(1)淬火：把金属工件加热到一定温度，然后浸入冷却剂(如冷水等)中急速冷却以增加硬度。例如经过淬火后的钢，其硬度和耐磨性增强，塑性和韧性却降低.(2)回火：把淬火后的工件用较低温度加热，然后自然冷却，使其能保持一定的硬度，增加韧性。例如，淬火后的钢再经回火后，其韧性可部分恢复。金属的化学性质一、金属与氧气反应常温下金属与氧气的反应4Al+3O2=2Al2O3现象：银白色的铝的表面逐渐变暗生成一层致密的薄膜2Mg+O2=2MgO现象：银白色的镁条在空气中表面会逐渐变暗，生成白色固体2Cu+O2≠2CuO（常温下铜与氧气不反应）点燃的条件下金属与氧气的反应c、在氧气中点燃铝现象：剧烈燃烧，火星四射，放出大量热，生成一种白色固体即使高温条件下金、铂也不与氧气反应金属活动性：镁铝铁铜金二、金属与酸反应反应物反应现象反应速度反应方程式稀盐酸或稀硫酸镁镁剧烈反应，不断减少,产生大量气泡很快Mg+2HCl==MgCl2+H2↑Mg+H2SO4==MgSO4+H2↑锌锌剧烈反应，不断减少,产生大量气泡较快Zn+2HCl==ZnCl2+H2↑Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑铁反应缓慢，有气泡生，溶液由无色变为浅绿色较慢Fe+2HCl==FeCl2+H2↑Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑铜不反应结论：MgZnFeCu置换反应：由一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质与另一种化合物的反应A+BC→AC+B三、金属与盐溶液反应实验1铝丝浸入硫酸铜溶液中现象：铝丝表面覆盖一层紫红色的物质，溶液由蓝色变成无色42Al+3CuSO4==Al2(SO4)3+3Cu实验2铜丝浸入硝酸银溶液中现象：铜丝表面覆盖一层银白色物质，溶液由无色逐渐变成蓝色Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag实验3把锌片放入硫酸铜溶液中现象：锌片表面有红色物质析出。实验4铜丝放入硫酸锌溶液中现象：放入硫酸锌溶液中的铜丝无变化。得出结论金属+金属化合物→新金属化合物+新金属铜、银、锌的活动性大小的顺序为：Zn＞Cu＞Ag四、金属活动性顺序金属活动性顺序：KCaNaMgAlZnFeSnPbHCuHgAgPtAu金属活动性由强逐渐减弱应用：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；②在金属活动性顺序里，位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢(不是氢原子）③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的化合物溶液中置换出来(K、Ca、Na除外)。注意：④酸一般指盐酸和稀硫酸，若是硝酸或浓硫酸，因其具有较强的氧化性，与金反应时，一般不生成氢气，而生成水；⑤K、Ca、Na的金属活动性非常强，与化合物溶液接触时，它们能同溶液中的水发反应，如：2Na+2H20—2NaOH+H2↑，所以把它们放到化合物溶液里，不能将金属离子换出来；⑥反应一定在溶液中进行，不溶于水的金属的化合物一般不与金属反应，如Cu与AgCl不反应，因为AgCl不溶于水。⑦金属+酸→盐+H2↑⑧金属+盐→另一金属+另一盐（条件：“前换后，盐可溶”）Fe+CuSO4==Cu+FeSO4(“湿法冶金”原理)讨论1地壳中铝的含量远远大于金的含量，为什么人类很早就发现和使用金，铝的使用是近百年的事？金属冶炼的早晚与金属的活动性有关和金属的冶炼难易程度也有关。5讨论2（1）铝在常温下能与氧气反应，那么我们用的铝制餐具是怎么回事呢？金属铝在空气中与氧气反应：4Al+3O2=2Al2O3；形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止铝的进一步氧化，因而铝具有较好的抗腐蚀性。（2）为何不宜用钢刷来擦洗铝制餐具呢？若用钢刷擦洗铝制品，容易把氧化薄膜除掉，从而起不到保护作用。（3）为什么铁制暖气片上要涂上一层铝粉？铝在空气中与氧气反应，生成一层致密的氧化铝薄膜，可以阻止铝进一步被氧化。所以铝具有很好的抗腐蚀性。金属资源的利用和保护一、金属资源的存在形式1、单质(少数如:Au、Ag等)化合物(多数如:Fe、Cu、Al等)2、常见的矿石：工业上把能用来提炼金属的矿物。赤铁矿(Fe2O3)、黄铁矿(FeS2)、菱铁矿(FeCO3)、铝土矿(Al2O3)、黄铜矿(CuFeS2)、辉铜矿(Cu2S)二、铁的冶炼1、原料：焦炭、石灰石、铁矿石2、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Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高温高温3、主要设备：高炉4、一氧化碳还原氧化铁的实验一氧化碳还原氧化铁的实验：a、装置图：见右图。b、实验主要现象：红色粉末变为黑色时，澄清的石灰水变浑浊，尾气点燃产生淡蓝色火焰。c、实验注意事项：①先通入一氧化碳气体，排尽装置内的空气，防止一氧化碳与空气混合加热后，发生爆炸；②实验完毕后要继续通入一氧化碳气体，直到玻璃管冷却，防止高温下的铁与空气接触，被氧化为氧化铁。同时，实验过程中还可防止澄清石灰水被倒吸；③尾气中含有一氧化碳，一氧化碳有毒，所以尾气要收集或点燃，直接排放会污染空气；④若实验中没有酒精喷灯，也可用酒精灯代替，不过要在火焰上加一个金属网罩，使火力更加集中，提高温度。三、金属资源保护61、金属的腐蚀和防护（1）铁制品锈蚀条件的探究：现有洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花和干燥剂氯化钙。试设计实验以证明铁制品锈蚀的条件。现象分析结论试管Ⅰ生锈铁既与水接触，又与氧气接触在水、氧气同时存在的环境中铁能生锈试管Ⅱ不生锈铁只与水接触试管Ⅲ不生锈铁只与氧气接触※在水、氧气同时存在的环境中铁能锈蚀，铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O※铁锈具有疏松多孔的结构不能阻止(2)铁的锈蚀A、铁生锈的条件是：铁与O2、水接触（铁锈的主要成分：Fe2O3·XH2O）（铜生铜绿的条件：铜与O2、水、CO2接触。铜绿的化学式：Cu2(OH)2CO3）B、防止铁制品生锈的措施：①保持铁制品表面的清洁、干燥②表面涂保护膜：如涂油、刷漆、电镀、烤蓝等③制成不锈钢C、铁锈很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气反应，因此铁制品可以全部被锈蚀。因而铁锈应及时除去。D、而铝与氧气反应生成致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化，因此，铝具有很好的抗腐蚀性能。里面的铁继续与氧气和水发生发应直到铁完全锈蚀。（3）铁制品的防护措施防止铁生锈的原理－－就是破坏铁生锈的条件：①隔绝空气②隔绝水防止铁制品生锈的具体方法为：※保持铁制品表面干燥和洁净※在铁制品表面涂一层保护膜如：刷油漆、涂油、镀上一层耐磨、耐腐蚀的金属铬、高温灼烧金属，进行“烤蓝”处理等※制成合金钢，如不锈钢2、金属资源保护※防止金属腐蚀※回收和利用废旧金属废弃金属的回收的意义：可节约金属资源；由于金属冶炼需在高温下进行，回收废弃金属并再利用可节约能源；降低金属制品的生产成本；方便人们得到物美价廉的金属制品；可减少金属对环境的污染。7练习：1、下列说法不正确的是：()A．回收一个铝饮料罐比制造一个新饮料罐要贵B．回收铝饮料罐可以节约金属资源C．回收铝饮料罐可以节约能源D．回收铝饮料罐可以减少对环境的污染2、下列物质中，铁元素化合价最低的是()A．FeB．Fe2O3C．FeOD．FeS3、铁钉放入稀盐酸中，一段时间后可能观察到()A．溶液由蓝色变成浅绿色B．铁钉表面有气泡逸出C．溶液由无色变成蓝色D．溶液的质量增大4、下列物品或装饰品，不易受酸雨腐蚀的是：()A.大理石华表B.铝合金窗框C.铁栏杆D.塑料制品5、芜湖铁画是中国工艺美术百花园中的一朵奇葩，至今已有三百多年的历史。下列关于铁画生锈与防护的描述中不正确的是：()A．悬挂在干燥的环境中B.经常清扫表面的灰尘可以防止生锈C.表面涂漆防止生锈D.生锈时主要生成四氧化三铁6、如图所示是X、Y、Z三种金属在容器中的反应现象，下列说法正确的是()A.X、Y、Z三种金属均发生了置换反应B.三种金属的活动性顺序是X＞Y＞ZC.若Z能从金属Y的盐溶液里置换出Y，则三种金属的活动性顺序是X＞Z＞YD.若X为金属镁，则Z可能是铁7、若金属锰(Mn)在金属活动性顺序中位于铝和锌之间，则下列反应不正确的是（）A.Mn+H2SO4=MnSO4+H2↑B.Mg+MnSO4=MgSO4+MnC.Fe+MnSO4=FeSO4+MnD.Mn+CuSO4=MnSO4+Cu8、用28g铁粉和28g镁粉分别与足量的稀硫酸反应都生成lg氢气，由此