第九单元金属知识点

第九单元金属知识点

‎ ‎ 第九单元 金属 ‎ 一．金属 ‎1．金属材料 金属材料包括纯金属和它们的合金。‎ ‎①人类从石器时代进入青铜器时代，继而进入铁器时代，100多年前才开始使用铝。‎ ‎②铁、铝、铜和它们的合金是人类使用最多的金属材料，世界上年产量最多的金属是铁，其次是铝（铝的密度小，抗腐蚀性强，在当今社会被广泛使用）‎ ‎2．金属的物理性质 金属具有很多共同的物理性质：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优良导体，有延展性，能够弯曲，密度大，熔点高。‎ ‎① 金属除具有一些共同的物理性质外，还具有各自的特性，不同种金属的颜色、硬度、熔点、导电性、导热性等物理性质差别较大。‎ ‎② 铁、铝、银、铂、镁等金属呈银白色，铜却呈紫红色，金呈黄色。‎ ‎③ 常温下，铁、铝、铜等大多数金属是固体，但体温计中的汞（俗称水银）却是液体。‎ ‎3 . 金属之最 ‎① 地壳中含量最高的金属元素是铝（其次是铁）。‎ ‎②人体中含量最高的金属元素是钙。‎ ‎③ 目前世界上年产量最高的金属是铁。‎ ‎④ 导电，导热性最好的金属是银（较好的有铜、金、铝）。‎ ‎⑤ 密度最大的金属锇（密度较大的金属有金、铅）。‎ ‎⑥ 密度最小的金属是锂（密度较小的金属有铝、镁等）。‎ ‎⑦ 熔点最高的的金属是钨，熔点最低的金属是汞。‎ ‎⑧ 硬度最大的金属是铬，（硬度较小的金属有铅Pb）。‎ ‎4．影响物质用途的因素 讨论：‎ ‎① 为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？——铅硬度小，铅有毒。‎ ‎②‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 银的导电性比铜好，但电线一般用铜制而不用银制，原因是银的价格昂贵，资源稀少。‎ ‎③ 为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡的话，可能会出现什么情况？（钨的熔点高，锡的熔点低，用锡做灯丝会熔化。）‎ ‎④ 为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬?如果镀金怎么样？（铬的硬度大，不生锈，金虽然美观但价格高。）‎ ‎⑤ 在制造保险丝时，则要选用熔点较低的金属。（为什么?）‎ ‎⑥ 在制造硬币时，要选用光泽好、耐磨、耐腐蚀易加工的金属。（为什么？）‎ 结论：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。‎ 二. 合金 ‎1.合金：合金是由一种金属跟其他金属（或非金属）熔合而形成的具有金属特性的物质。（合金至少含一种金属，也可含多种金属。）‎ 注意：①合金是金属与金属或金属与非金属的混合物；②合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，使合金更容易适合不同的用途；③日常使用的金属材料，大多数为合金；④金属在熔合了其它金属和非金属后，不仅组成上发生了变化，其内部组成结构也发生了改变，从而引起性质的变化。‎ 2. 合金的形成条件 其中任一金属熔点不能高于另一金属沸点（当两种金属形成合金时）。‎ ‎3.合金与组成它们的纯金属性质比较。‎ 下面是黄铜和铜片，焊锡和锡，铝合金和铝线的有关性质比较：‎ 性质比较 黄铜 铜 焊锡 锡 铝合金 铝 光泽与颜色 黄色 ‎ 有光泽 紫红色 有光泽 深灰色 金属光泽 银白色 有光泽 银白色 有光泽 银白色 有光泽 硬度 比铜大 坚韧 硬度大 质软 坚硬 质软 熔点 比铜低 较高 比锡低 较低 比铝低 较高 合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高（黄铜比铜更硬，焊锡比锡硬），抗腐蚀性能等更好；颜色更鲜艳,有些合金的熔点比纯金属更低。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎4.几种常见合金 ‎ （1）铁合金：主要包括生铁和钢，它们的区别是含碳量不同，生铁含碳量2%-4.3%，钢的含碳量为0.03%—2%。钢比生铁具有更多的优良性能，易于加工，用途更为广泛。‎ ‎ （2）铝合金：铝中加入镁、铜、锌等金属形成合金。广泛应用于制造飞机、舰艇和载重汽车等，可增加它们的载重量以及提高运行速度，并具有抗海水腐蚀、避磁性等特点。‎ ‎ （3）铜合金：黄铜：铜、锌的合金；‎ 青铜：铜、锡的合金；‎ 白铜：铜、镍的合金。‎ ‎（4）钛和钛合金：被认为是21世纪的重要金属材料。‎ ‎ 性质：熔点高、强度大、密度小、可塑性好、易于加工，机械性能好，抗腐蚀性能非常好，与人体具有很好的“相容性”，又称亲生物金属。‎ ‎ 用途：喷气式发动机、飞机机身、人造卫星外壳、火箭壳体、医学补形、造纸、人造骨、海水淡化设备、海轮、舰艇的外壳等。‎ ‎⑸ 锰钢:(韧性好、硬度大)用于钢轨、挖掘机铲斗、坦克装甲、自行车架。‎ 三、金属的化学性质 ‎（一）金属与氧气的反应 金属 条件 反应方程式 现象 Mg 常温下（在空气中）‎ ‎2Mg＋O2 = 2MgO 银白色镁条在空气中表面逐渐变暗，生成白色固体。‎ 点燃时（在空气中或在氧气中）‎ ‎2Mg＋O2 点燃 2MgO 剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成一种白色固体。‎ Al 常温下（在空气中）‎ ‎4Al+3O2 = 2Al2O3‎ 银白色的表面逐渐变暗，生成一层致密的薄膜。‎ 点燃时（在氧气中）‎ ‎4Al+3O2 点燃 2Al2O3‎ 剧烈燃烧，放出大量的热和耀眼的白光，生成白色固体。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ Fe 常温下，干燥的空气 常温下，在潮湿的空气中 铁与空气中的氧气和水共同作用下会生成暗红色疏松的物质——铁锈（Fe2O3·H2O）‎ 在氧气中点燃 ‎3Fe＋2O2 点燃 Fe3O4 ‎ 剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成一种黑色固体。‎ Cu 常温下，干燥的空气 加热时 ‎2Cu＋O2 △ 2CuO 铜丝表面逐渐变为黑色 在潮湿的空气中 ‎2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3‎ 铜表面生成一层绿色物质（碱式碳酸铜）‎ Au、Ag 即使在高温下也不与氧气反应“真金不怕火炼”。‎ 结论：大多数金属都能与氧气反应，但反应的难易和剧烈程度不同。Mg、Al等在常温下就能与氧气反应；Fe、Cu等在常温下几乎不能单独与氧气反应，但在点燃或加热的情况下可以发生反应；Au、Ag等在高温时也不与氧气反应。‎ ‎1.根据金属与氧气反应的难易和剧烈程度不同可以知道金属的活泼性。‎ 以上事实说明： 镁，铝较活泼；铁，铜次之；金,银最不活泼。‎ ‎2.铝具有很好的抗腐蚀性能，原因是铝在空气中与氧气反应，其表面生成一层致密的氧化铝（Al2O3）薄膜，能阻止铝被进一步氧化。‎ ‎（二）金属与酸的反应 金属 现象 反应的化学方程式 稀盐酸 稀硫酸 镁 剧烈反应，产生大量气泡，溶液仍为无色，试管壁发热，生成的气体能燃烧，火焰呈淡蓝色。‎ 稀盐酸 Mg＋2HCl = MgCl2＋H2↑‎ 稀硫酸 Mg＋H2SO4=MgSO4＋H2↑‎ 锌 反应比较剧烈，产生大量气泡，溶液仍为无色，试管壁发热，生成的气体能够燃烧并且产生淡蓝色火焰。‎ 稀盐酸 Zn＋2HCl = ZnCl2＋H2↑‎ 稀硫酸 Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 铁 反应缓慢，有气泡产生，溶液由无色逐渐变为浅绿色，生成气体能燃烧并且产生淡蓝色火焰。‎ 稀盐酸 Fe＋2HCl =FeCl2＋H2↑‎ 稀硫酸 Fe＋H2SO4 =FeSO4＋H2↑‎ 铜 不反应 结论：Mg、Zn、Fe的金属活动性比铜强，它们能置换出稀硫酸或稀盐酸中的氢。‎ 注意：当铁与酸反应时，生成物为＋２价的铁，而不是＋３价的铁。‎ ‎（三）金属能与某些化合物的溶液反应：‎ 实验操作 现象及反应的化学方程式 质量变化 应用 铁丝浸入硫酸铜溶液中 浸入溶液的铁钉表面覆盖一层紫红色的物质，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色 Fe＋CuSO4= Cu＋FeSO4‎ 金属质量增加，溶液质量减少 不能用铁制品放硫酸铜溶液（或农药波尔多液）‎ 铝丝浸入硫酸铜溶液中 浸入溶液的铝丝表面覆盖一层紫红色的物质，溶液由蓝色逐渐变为无色 ‎2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu 金属质量增加，溶液质量减少 铜丝浸入硝酸银溶液中 浸入溶液的铜丝表面覆盖一层银白色的物质，溶液由无色逐渐变为蓝色 Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag 金属质量增加，溶液质量减少 铜丝浸入硫酸铝溶液中 不反应 结论：1.以上四种金属的活动性由强到弱的顺序为：Al>Fe>Cu>Ag ‎2.活泼性强的金属能把活泼性弱的金属从其化合物溶液中置换出来。‎ 注意 1.此类反应一定在溶液中进行，不溶于水的化合物一般不与金属反应； 2. K、Ca、Na活动性非常强，但不能用它们置换化合物中的金属，因为它们能同溶液中的水剧烈反应。‎ 注意：一些物质的颜色——MgO、Al２O３为白色固体； Fe３O４、CuO为黑色固体；铁丝为银白色，铁粉为黑色；ZnSO4、AgNO3、HCl、H2SO4的溶液均为无色；FeCl2、FeSO4的溶液为浅绿色，FeCl3的溶液为黄色；CuSO4 、 Cu(NO3)2、CuCl2的溶液为蓝色。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎（四）置换反应 定义：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。‎ 置换反应的数学表达式为： Ａ＋ＢＣ＝ＡＣ＋Ｂ。‎ 常见的置换反应：① 活泼金属与酸的反应 ② 活泼金属与化合物溶液的反应 ‎③ 碳和金属氧化物的反应 ④ 氢气与金属氧化物的反应 ‎（五）金属活动性顺序 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性由强逐渐减弱 ‎（1）金属活动性顺序的应用：‎ ‎① 判断金属活动性的强弱：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 判断金属与酸的置换反应能否发生：在金属活动性顺序里，位于氢前的金属能置换出稀盐酸、稀硫酸中的氢，位于氢后的金属不能置换出稀盐酸、稀硫酸中的氢。例如：Zn+H2SO4 = ZnSO4+H2↑ Cu＋H2SO4不反应 ‎③ 判断金属与化合物溶液的置换反应能否发生：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的溶液里置换出来。‎ 例如：① Fe +CuSO4= FeSO4+Cu ② Cu＋FeSO4不反应 注：①不能用K、Ca 、Na与化合物的溶液反应，因为它们太活泼，能与溶液中的水反应；②选择铁的化合物时只能选含Fe2＋的化合物， Fe3＋有较强的氧化性能与不活泼金属反应.如：Cu＋2FeCl3＝CuCl2＋2FeCl2 而Cu＋FeCl2 不反应；③化合物必须溶于水，因为金属与化合物的固体不能发生置换反应 ‎（2） 优先置换原理 ‎ K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性由强逐渐减弱 两金属在金属活动性顺序中的位置，差距大叫“远”，小叫“近”。‎ ‎① 金属和化合物溶液的置换反应：混合溶液与一种金属发生置换反应的顺序是“先远”“后近” ；例：在AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入铁粉，铁先和AgNO3进行置换反应，只有当AgNO3反应完了，铁才和Cu(NO3)进行置换反应。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎② 金属混合物与一种盐溶液发生置换反应的顺序也是“先远”“后近”。‎ 例：锌粉和铁粉同时放入CuSO4溶液中，锌先和CuSO4反应，锌反应完了铁才和CuSO4反应。‎ 三、金属资源的利用和保护 金属元素在自然界的存在方式——地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，除少数很不活泼的金属如金、银等以单质形式存在外，其余都以化合物形式存在。工业上把能用来提炼金属的矿物叫矿石。‎ ‎（１）地壳中含量最多的金属元素是Al,其次是Fe,还含有Ca、Na、K、Mg、Zn、Cu、Ag、Au等。‎ ‎（２）几种常见矿石的名称及主要成分：赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O４）、‎ 菱铁矿（FeCO3）。黄铁矿（FeS2）‎ ‎（一）铁的冶炼 ‎1.实验室炼铁：一氧化碳还原氧化铁 ‎(1)仪器：铁架台（2个）、硬质玻璃管、单孔橡皮赛（2个）、酒精灯、试管、酒精喷灯、双孔橡皮赛、导气管。‎ ‎(2)药品：氧化铁粉末、澄清石灰水、一氧化碳气体 ‎（3）装置图：‎ ‎ ‎ （4） 步骤：①检验装置的气密性；②装入药品并固定；③向玻璃管内通入一氧化碳气体；④给氧化铁加热；⑤停止加热；⑥停止通入一氧化碳。‎ ‎（5）现象：红色粉末逐渐变成黑色，澄清石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。‎ ‎（6）化学方程式：3CO+Fe2O32Fe+3CO2 ；2CO+O22CO2 ；Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O ‎ ‎ ‎ ‎ ‎（7）注意事项：与H2还原氧化铜的实验操作顺序一样，即先通入CO再加热（由于CO具有可燃性，在加热前应先排尽装置内的空气，以免点燃不纯净的CO气体而发生爆炸。）实验完毕，停止加热，继续通入CO至试管冷却（防止还原出来的铁重新被氧化）。‎ ‎（8）尾气处理：因CO有毒，不能随意排放在空气中，处理的原则是将CO燃烧掉转化为无毒的CO2或用气球收集起备用。‎ ‎2.工业上炼铁：工业上冶炼铁的原料、主要反应原理和主要设备见下表。‎ 原料 铁矿石、焦炭、石灰石，空气等 主要反应原理 在高温条件下，利用焦炭与氧气反应生成一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来，其主要反应原理为：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2‎ 主要设备 高炉 产品 生铁 高炉中发生的主要反应：①C+O2CO2；‎ ‎②C+CO22CO；‎ ‎③ Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；‎ ‎④CaCO3CaO+CO2↑；‎ ‎⑤CaO+SiO2CaSiO3 (渣) 石灰石为造渣材料。‎ 注：实验室炼得的铁是纯净物，工业上炼得的铁是混合物。‎ ‎3．含杂物质的化学方程式的计算 ‎（１）化学方程式所表示的物质之间的质量关系，都是纯净物之间的质量关系。当反应物中含有杂质时，必须先将它们换算成纯物质的质量，然后才能代人计算。‎ ‎（２）纯物质与不纯物质的质量之间换算关系如下：‎ ‎① 纯度＝纯物质的质量／不纯物质的总质量×100% ＝1－杂质的质量分数 ‎② 纯物质的质量＝不纯物质的质量×纯度 ‎③ 不纯物质的质量＝纯物质的质量÷纯度 ‎ ‎ ④ 杂质质量＝不纯物质的质量×（1－纯度）‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎（二）金属资源的保护 ‎１.铁锈蚀的条件——铁必须要与水、氧气等物质共同作用 铁锈的几点说明 ‎（１）铁锈是一种红褐色且不溶于水的固体，但铁锈易吸水，使铁制品表面潮湿而易生锈。‎ ‎（２）铁锈成分复杂，主要是Fe2O3·XH2O它是一种疏松多孔的物质 ；铁锈很疏松，不能阻止里层的铁继续与氧气、水等反应，因此铁制品可以全部被锈蚀。当铁制品表面出现铁锈时，要及时将铁锈擦掉，否则铁制品会锈蚀得更快 ‎（３）铁生锈的反应中有氧气参加，进程缓慢，没有发光现象，放热不易觉察，所以铁生锈是缓慢氧化。‎ ‎２．防止铁生锈的措施 ‎（１）使铁制品隔绝氧气；‎ ‎（２）防止铁制品与水接触（或者使铁制品既不与氧气也不与水接触）‎ ‎（３）制成合金，改变性能，增强其抗腐蚀性。‎ 防止铁生锈的具体措施如下 采取措施 实例 相应原理 保持铁制品表面干燥和洁净 用过的菜刀要擦净 不与水接触 在铁制品表面涂一层保护膜 刷油漆 汽车表面刷油漆 既隔绝氧气又隔绝水 涂油 自行车链条 电镀 零件表面 烤蓝 锯条、枪支 改变铁的组织结构，制成合金 不锈钢、白铁 制成合金，改变性能 ‎３.金属资源的保护 保护金属资源的有效途径有：①防止金属的腐蚀；②回收利用废旧金属；③合理开采矿物；④寻找金属的替代品等。‎ ‎（１）金属资源是有限的，而且不能再生，废旧金属随意丢弃，不仅会造成资源的浪费，还会造成环境污染。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎（２）废旧金属的回收利用可减少铜、汞等有毒金属对环境的污染 。 ‎ ‎ ‎