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专题8金属和金属材料知识网络知识网络金属和金属材料金属材料金属的性质金属的锈蚀和防护纯金属合金物理性质化学性质矿石种类、铁的冶炼铁的锈蚀金属的防护金属冶炼知识回顾知识回顾知识点1金属材料1．金属材料：包括__________和______；2．合金：在金属中加热熔合某些金属(或非金属)形成的具有____________的物质。硬度一般比各成分金属______，熔点一般比各成分金属______，所以比纯金属具有更广泛的用途。纯金属合金金属特性大低知识点2金属活动性顺序金属活动性顺序是指金属在水溶液中失去电子变成离子的能力。MgAlZnCuHgAg知识回顾应用：(1)在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性越______。(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______，且金属位置越靠前，与酸反应就越剧烈。(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______________里置换出来(K、Ca、Na除外)。强氢化合物的溶液知识回顾知识点3金属的性质1．金属的物理性质有光泽，常温下为固态(汞除外)；不同金属的密度、熔点、硬度不同。有良好的______性、______性和延展性。2．金属的化学性质(1)与氧气反应：钾、钙、钠、镁、铝、锌在____下与空气中的氧气反应(铝、锌形成致密的氧化膜)，铁、铜在_______下能与氧气反应，金不能与氧气反应。导电导热常温高温知识回顾[注意]在纯氧中，铁能剧烈燃烧，生成黑色的四氧化三铁；而在潮湿的空气中，铁则易发生缓慢氧化生成红色的三氧化二铁，是铁锈的主要成分。(2)与酸反应条件：金属(H之前)，酸(盐酸、稀硫酸等)Fe＋______HCl===______________Zn＋H2SO4===______________[注意]①铁与稀盐酸或稀硫酸发生置换反应时，只能生成亚铁离子，溶液的颜色是浅绿色。②实验室里利用较活泼金属与稀硫酸(或稀盐酸)反应来获得氢气。2FeCl2＋H2↑ZnSO4＋H2↑知识回顾(3)与盐溶液反应条件：金属(前置后，K、Ca、Na除外)，盐(必须可溶)Fe＋CuSO4===________________Cu＋______AgNO3===________________[提示]①上述铁与硫酸铜的反应是我国古代湿法冶金术的先驱。②若金属表面有“锈”或“氧化膜”，应先用砂纸打磨干净，再做实验。FeSO4＋Cu2Cu(NO3)2＋2Ag知识回顾知识点4铁的冶炼1．一氧化碳还原氧化铁的实验(1)装置图：如图知识回顾(2)实验现象：红色粉末逐渐变为________色，澄清的石灰水变________，尾气点燃产生__________火焰。(3)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；黑浑浊淡蓝色知识回顾②实验完毕后要继续通入一氧化碳气体，直到玻璃管冷却，一是防止高温下的铁与空气接触，被氧化为氧化铁，二是还可防止澄清石灰水倒吸；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，以防止直接排放污染空气。知识回顾2．工业炼铁炼铁原料：铁矿石[赤铁矿(主要成分是Fe2O3)和磁铁矿(主要成分是Fe3O4)]、焦炭、石灰石和空气主要设备：高炉炼铁原理：在高温条件下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。工业炼铁原理：Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高温知识回顾知识点5铁的锈蚀与防护1．铁生锈的条件：(1)____________；(2)______________。2．防锈措施：(1)保持金属表面的________。如：菜刀用完后擦干挂起来。(2)金属表面涂上一层________。如：刷漆、涂油、电镀等。(3)改变铁的单一结构，制成合金钢。如：不锈钢。空气(或氧气)水干燥保护膜知识回顾[注意]①铁生锈的两个条件缺一不可。如果铁表面沾有其他物质时，往往会加快生锈。如铁制品上沾有食盐水或灰尘等则生锈更快。故防止铁制品生锈首先要保持铁制品表面的干燥与洁净。②铝、锌等金属比铁不易生锈，其原因是在铝、锌的表面生成了一层致密的氧化膜，可防止内部金属继续被氧化，从而形成“自我保护”。知识回顾知识点6保护金属的有效途径主要途径有：________________；__________________；合理开发金属资源，积极寻找金属代用品。防止金属的锈蚀回收利用废旧金属知识回顾►类型一金属活动性顺序的比较命题角度：金属与酸、盐溶液的反应。例1有X、Y、Z三种金属，将三种金属分别浸入稀硫酸中，Y溶解并放出气体，X、Z不溶解；将X浸入Z的硫酸盐溶液中，在X的表面有Z析出。则三种金属的活动性由强到弱的排列顺序正确的是()A．XYZB．YXZC．YZXD．XZY例题解析例题解析B[解析]X、Y、Z分别放入稀硫酸中，Y溶解X、Z不溶解，说明金属活动性YX、Z；X浸入Z的硫酸盐溶液中，X表面有Z析出，说明金属活动性XZ，由此得出三种金属的活动性的顺序为YXZ。例题解析变式题铁、铝、铜是常见的三种金属。同学们发现生活中的铝和铜制品表面一般不用防锈，而铁制品一般需要做防锈处理。[提出问题]这是不是因为铁、铝、铜三种金属中铁的活动性最强呢？[实验探究]同学们对这三种金属的活动性顺序展开了探究，请你参与探究并填写空格。将粗细相同的铁丝、铝丝、铜丝分别插入体积相同、溶质质量分数也相同的稀盐酸中：例题解析操作根据现象得出金属活动性顺序片刻后现象有少量气泡无气泡无气泡FeAl，FeCu几分钟后现象有少量气泡有大量气泡无气泡________AlFeCu例题解析[讨论交流]为什么同一个实验得出了两种结论呢？同学们带着这个疑问查阅了相关资料，明白了铝丝在稀盐酸中短时间内无气泡，是因为铝表面致密的氧化膜会先与盐酸反应。[反思评价]做金属性质实验时需将金属进行打磨，打磨的目的是________________________。除去金属表面的氧化物例题解析[实验验证]为了进一步确认铁、铝、铜这三种金属的活动性顺序，同学们又将两根粗细相同的、打磨过的铁丝分别插入硫酸铝溶液、硫酸铜溶液中：写出铁与硫酸铜溶液反应的化学方程式____________________________。Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu例题解析[拓展迁移](1)若只有一支盛有少量稀盐酸的试管，只需合理安排金属丝的插入顺序(能与盐酸反应的要一次将盐酸消耗完)，也能证明铁、铝、铜这三种金属的活动性顺序。金属丝的插入顺序为__________________________。(2)金属被人类大规模开发利用的大致年限也与金属活动性顺序有关，请写出铁、铝、铜三种金属材料被人类利用的先后顺序__________________________。Cu、Fe、Al或Fe、Cu、AlCu、Fe、Al(或铜、铁、铝)例题解析[方法点拨]判断金属活动性顺序有以下几种方法：(1)根据金属在自然界中存在的状态。主要以化合物存在，说明该金属活动性强，主要是以单质存在，说明该金属活动性弱。(2)根据金属与酸反应的剧烈程度或产生氢气的速率快慢。反应的越剧烈或产生氢气的速率越快，金属活动性就强。(3)根据置换反应。若A＋BC→B＋AC能反应，则A的活动性大于B。例题解析►类型二金属的性质与用途命题角度：给出信息，分析推测其主要性质和用途。例2请根据下表信息回答：序号金属熔点/℃导电性硬度化学性质金属冶炼的大致年限①Al660612～2.9常温下与氧气反应，表面形成致密的薄膜约200年前例题解析序号金属熔点/℃导电性硬度化学性质金属冶炼的大致年限②Fe1535174～5在潮湿的空气中易生锈约3000年前③Cu1083992.5～3在高温时易与氧气反应约6000年前例题解析说明：导电性以银的导电性为100作标准，硬度以金刚石的硬度为10作标准。(1)菜刀用铁做而不用铝做的主要原因是____________(2)表中导电性最强的金属是________；(3)①中形成薄膜的化学方程式__________________；(4)金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。之所以有先后，主要取决于____________。铁的硬度比铝大Cu4Al＋3O2===2Al2O3金属的活动性例题解析[方法点拨]金属的性质在很大程度上决定了它们的用途，但不是唯一的决定因素。题目往往是通过图表和文字信息来反映某一具体物质的用途，考查对所涉及物质性质的掌握情况。[解析]由于铁的硬度比铝大，所以菜刀要用铁做；导电性的指数越高，导电性也就越强，所以铜的导电性最强；常温下越容易与氧气反应，也表现出其金属活动性越强。例题解析►类型三炼铁的原理命题角度：CO还原磁铁矿的实验。例3实验室中用CO还原磁铁矿(主要成分为Fe3O4)得到铁，设计的实验装置如图所示：例题解析(1)开始实验时，A装置中首先要进行的操作是______________(填“加热”或“通一氧化碳”)。(2)CO还原Fe3O4的化学方程式为____________________________________________。(3)B装置的作用是____________________________。[方法点拨]在用一氧化碳还原铁矿石的实验过程中，要特别注意在加热前必须将管内空气排尽，尾气要进行处理才能排放。注意观察装置中的加热仪器不同，一个是酒精灯，一个是酒精喷灯，一氧化碳还原铁矿石的反应条件是高温。通一氧化碳Fe3O4＋4CO=====高温3Fe＋4CO2检验并吸收二氧化碳例题解析[解析](1)开始时要先通一氧化碳，其目的是防止混合气体加热发生爆炸现象；(2)磁铁矿的主要成分为Fe3O4，CO还原Fe3O4后生成Fe和CO2；(3)B装置中澄清石灰水的作用是检验反应的生成物中是否有二氧化碳气体，同时吸收二氧化碳气体，以便在C处点燃CO。例题解析►类型四金属的锈蚀和防护命题角度：铁生锈的条件。例4如图是探究铁制品锈蚀的条件时做的五个实验(铁钉在不同环境中)，实验一段时间后，得出的结论错误的是()D例题解析A.甲、乙、戊中铁钉生锈快慢的顺序为：乙＞甲＞戊B.丙中的铁钉不生锈C.铁生锈的主要条件是与空气、水直接接触D.丁中铁钉生锈最严重[解析]实验甲中铁钉与空气、水直接接触，会锈蚀，但实验乙通入氧气，比实验甲锈蚀更快些，实验戊铁钉隔绝水分，不易锈蚀，故A选项正确；实验丙中铁钉隔绝了空气和水分，所以不生锈，故B选项正确；实验丁中铁钉虽然与水接触，但隔绝了空气，也不易生锈，故D选项错误。例题解析变式题菜刀在生活中有重要应用。下列情况中，菜刀腐蚀由快到慢的是()①切青菜后用清水冲洗②切湿咸菜后未清洗③切肥猪肉后放置A．①③②B．②①③C．③①②D．③②①[方法点拨]防止铁制品生锈，除了要保持铁制品表面的洁净和干燥以外，采用保护膜是最普遍而又最重要的防锈措施，这层保护膜阻止了铁与氧气的反应。B例题解析结束[解析]切青菜后用清水冲洗，菜刀遇到水分和氧气容易生锈；切湿咸菜后未清洗，因咸菜上有盐分，能加快菜刀的锈蚀；菜刀切肥猪肉后等于涂上一层油脂，隔绝了空气和水分，能有效防止锈蚀。例题解析