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专题三 金属与金属矿物【复习目标】1.了解金属的物理性质，认识常见金属的主要化学性质，了解防止金属锈蚀的简单方法；了解合金的概念及其特征；2.知道一些常见金属（铁、铝）矿物；知道可用铁矿石炼铁；3.知道在金属中加入其它元素可以改变金属材料的性能，知道生铁和钢等重要的合金。4.认识金属材料在生产、生活和社会发展中的重要作用；认识废弃金属对环境的影响和回收金属的重要性。【知识要点梳理】一、金属材料1.金属材料包括纯金属以及它们的合金。合金属于金属材料；2合金与组成它的纯金属相比：硬度增大、熔点降低合金的抗腐蚀性能增强（合金具有更广泛的用途）。3.金属大规模开发和利用的先后顺序与金属的活动性有关。铁、铝、铜被人类利用的先后顺序是：铜铁铝，铝的利用比铜和铁晚。4金属的物理性质：有金属光泽，大多数金属都是电和热的良导体，有延展性；金属在物理性质上的差异：颜色差异：大多数金属呈银白色，铜为紫红色、金呈黄色；常温下，大多数金属都是固体，汞是液体；金属在导电导热性、密度、熔点、硬度、延展性等方面均有较大差异。5金属之最：目前世界年产量最多的金属是铁；导电性最好的金属是银；熔点最高的金属是钨；硬度最大的金属是铬；熔点最低的金属是汞；铝是地壳中含量最多的金属元素；钙是人体中含量最多的金属元素。6.合金是指由一种金属与其他金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质，属于混合物。7常见的合金：生铁和钢都是铁的合金，其主要成分是铁，生铁和钢的主要区别在于含碳量不同，生铁的含碳量是2%4.3%，钢的含碳量是0.03%2%；钛合金与人体有很好的“相容性”，因此可用来制造人造骨。8物质性质与用途的关系：物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但性质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、废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素。二、金属的化学性质1与氧气的反应：大多数金属能与氧气反应生成金属氧化物（金、银、铂除外），但反应的难易和剧烈程度不同，一般金属越活泼，反应越剧烈；（1）镁、铝等较活泼金属在常温下就能与氧气反应。 铝与空气中氧气反应，生成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止铝进一步被氧化，因此，铝具有较好的抗腐蚀性能；（2）铁与氧气反应：铁在干燥空气中很难与氧气发生反应；铁在潮湿的空气中，能发生锈蚀，生成铁锈(主要成分Fe2O3)；铁在纯氧中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体，化学方程式为3Fe+2O2 Fe3O4（3）铜在加强热的情况下，铜与氧气反应，表面逐渐变成黑色。化学方程式为：2Cu + O22CuO；铜在潮湿的空气中生成铜绿，其主要成分是碱式碳酸铜【化学式为Cu2(OH)2CO3】，铜生锈是铜与氧气、水、二氧化碳共同作用的结果；2与稀盐酸、稀硫酸的反应：金属与酸反应速率的快慢与金属的活动性有关，活动性强的金属与酸反应的速率快。（1）反应规律：金属+酸盐+ H2（2）反应条件：酸一般指盐酸或稀硫酸，不能是强氧化性酸，如浓硫酸、硝酸等；金属一般指较活泼金属： Mg、Al、 Zn、Fe。（在金属活动性顺序中，排在氢（H）前面的金属，能与酸发生置换反应生成氢气）；（3）应用示例：锌粒和稀硫酸反应的化学方程式：Zn+H2SO4ZnSO4+H2【常用于实验室制取H2】铁钉与稀盐酸反应的化学方程式：Fe+2 HClFeCl2+H2 【溶液由无色变成浅绿色，铁与酸或盐溶液反应置换反应时，生成物中铁元素的化合价为+2价，而不是+3价】铝丝和稀盐酸反应的化学方程式：2Al+6HCl2AlCl3+3H23与某些盐溶液反应（1）反应规律：金属+盐溶液新盐+ 新金属（2）反应条件：盐必须可溶；在金属活动性顺序中排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来。（3）应用示例：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu 【现象：铁钉表面有红色物质析出】【注】古代“湿法炼铜”原理（西汉刘安所著的淮南万毕术中有“曾青得铁化为铜”的记载）；利用此反应可以解释为什么不能用铁制容器配置农药波尔多液。Cu+2AgNO3= Cu( NO3 )2 +2Ag 【现象：铜丝表面有银白色物质生成】 【注】金属与盐（溶液）发生置换反应，如果某盐溶液中含有几种金属离子，向其中加入某一金属且加入的金属活动性最强，最先发生的反应的是金属和活动性最弱的那一种金属的阳离子。三、金属活动性顺序及其应用1金属活动性顺序的应用（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；（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盐溶液里置换出来（K、Ca、Na除外）。2金属活动性顺序的判断方法：根据金属能否与酸反应或根据与酸反应产生H2速率的大小来判断，产生H2速率大的金属越活泼。根据金属与另一金属的盐溶液是否反应来判断；3探究金属活动性顺序（以活动性居中的金属为标尺，前后的两种金属跟其比较，一种比它强，另一种比它弱）。以Fe 、Cu、Ag三种金属的活动性顺序探究为例，常见方案有：方案一：可以选中间金属两边盐溶液；如：Cu、FeSO4溶液、AgNO3 溶液方案二：可以选中间盐溶液两边金属；如：Fe、Ag和CuSO4溶液 方案三：可以先选前两种金属与酸反应，再用较不活泼金属与盐溶液反应；如： Fe、Cu和稀硫酸、AgNO3溶液四、金属资源的保护1铁的锈蚀和防护（1）铁锈蚀条件：铁与空气中的氧气和水接触共同作用生成铁锈（主要成分是Fe2O3）；（2）防止金属制品锈蚀的方法是破坏铁锈蚀的条件，原理就是隔绝氧气和水。（3）防护措施有：保持金属制品表面的洁净和干燥。在金属制品表面设置一层保护膜。如刷漆，涂油，镀金属等。改变金属制品的内部结构，将其制成合金。【注】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，所以防止铁制品生锈首先要保持铁制品的干燥与洁净。2金属资源的保护途径：（1）防止金属锈蚀；（2）回收废旧金属(意义有节约金属资源，节约能源，减少对环境污染)；（3）合理开采金属矿物；（4）寻找金属替代品等。五、铁的冶炼1炼铁主要原料：铁矿石、焦炭(主要作用是提供热量，提供还原剂CO )、石灰石（主要作用是制造炉渣）。2炼铁设备：炼铁高炉 3反应原理：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 【注】实验现象：玻璃管内红色物质逐渐变成黑色，试管中澄清石灰水变浑浊。【注】实验注意事项：实验前，先通一段时间CO，然后再加热。目的是排净空气，防止爆炸；实验后，先停止加热，后停止通CO目的防止被还原的铁被重新氧化；注意要进行尾气处理（用酒精灯点燃或用贮气囊收集），防止污染空气。六、含杂质的计算1.化学方程式所表达的物质间的质量关系都是参加反应的各纯净物之间的关系。2.由于炼铁用的铁矿石、生铁都是混合物，在进行有关化学方程式计算时，都必须把不纯物质的质量换算成纯物质的质量方能代入化学方程式进行计算。3各物质间的换算关系为：纯净物的质量=不纯物质的质量纯度。【应用示例】例1下列与金属有关的说法正确的是（ ）A.生铁和钢都是铁的合金 B.废旧电池可以随意丢弃，不会对环境造成污染C.银的导电性比铜强，所以一般用银作导线 D.铁矿石在地壳中含量最丰富，可以随意开采【解析】本题考查有关金属和金属材料的基础知识。解决这类问题的关键是正确理解金属材料的概念，熟知金属资源的保护途径和物质性质决定物质用途同时还需考虑价格、资源以及废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素。电池中含有汞等重金属元素对人体有害，废旧电池随意丢弃后会污染水源和土壤；银的导电性比铜强，但银的价格高且资源相对少，所以一般不用银作导线；随意开采铁矿石不利于金属资源的保护。例2下列事实不能说明Zn比Ag活泼的是（ ）AZn能与AgNO3溶液反应，置换出Ag BZn能与稀硫酸反应，Ag则不能C自然界没有以单质形式存在的Zn，而有以单质形式存在的Ag DZn的熔点为420 ，Ag的熔点为962 【解析】本题概括出了要验证不同金属的活动性顺序，可以通过探究金属与氧气、金属与稀盐酸、稀硫酸以及金属与金属化合物溶液进行反应，依据能否进行反应，反应进行的快慢、剧烈的程度进行判断。金属的熔点与金属的活动性之间没有必然的联系。我们可以利用金属能否与金属化合物溶液发生反应，来进行金属活动性的判断。例3人们的日常生活离不开金属。请回答：（1）金属元素在自然界中分布很广，地壳中含量最多的金属元素是_。（2）根据下图的应用实例，试说出金属具有的两点物理性质 （3）铁制品锈蚀，实际上是铁跟空气中的 _发生了化学反应。焊接铁制品时，通常先用稀盐酸除去其表面的铁锈，反应的化学方程式为 _ _。（4）早在春秋战国时期，我国古代人民已经开始炼铁。 写出磁铁矿(Fe3O4)与CO反应的化学方程式_。 写出一种防止钢铁生锈的方法_。【解析】地壳中含量最多的金属元素是铝；制造电线是利用了金属的导电性，制造金属丝是利用了金属的延展性和导电性等，制造炊具是利用金属的导热性及金属光泽等；铁在潮湿的空气中易生锈，是因为铁与空气中的氧气、水蒸气发生了化学反应；铁锈能和稀盐酸发生复分解反应，所以可用稀盐酸给铁制品除锈；防止铁制品生锈的方法是保持洁净、干燥的环境；涂一层保护膜如：刷漆、改变组织结构制成合金等。【备考精练】一、选择题1人类社会的发展与进步，离不开对金属的利用。下列与金属有关的说法错误的是（）A铁与稀盐酸反应，生成FeCl3和H2 B青铜是人类使用最早的合金C铁和铝都可以用来制作炊具，这是利用了铁和铝的导热性 D铁在潮湿的自然环境里易生锈2下列有关金属和金属材料的说法正确的是（ ）A古代金银制品能保存至今是因为它们金属活动性强 B经常用钢丝球洗刷铝锅，能使之光亮、耐用C纯铁比生铁硬，不锈钢比纯铁的防腐蚀性能差 D炼铁的原理是利用一氧化碳将氧化铁中的铁还原出来3下列有关铁、铝、铜、金四种金属的共同性质归纳中，正确的是（）A都能和稀盐酸反应 B都是银白色的固体 C都有导电性和延展性 D常温下都能和氧气反应4常见金属的活动性顺序如下：根据金属活动性顺序进行分析，下列描述或判断错误的是（ ）A常温下，金属镁在空气中要比铁容易氧化 B在氧气中灼烧时，铁丝要比铜丝反应剧烈C在同一盐酸中反应时，锌片比铁片反应剧烈 D铜活动性不强，故铜不能与硝酸银溶液反应得到金属银5等质量的M、N两种金属，分别与相同质量分数的足量稀盐酸反应（已知M、N在生成物中均为+2价），生成氢气质量和反应时间的关系如右图所示，下列叙述正确的是（ ）AM、N两种金属中较活泼的是N B生成H2的质量MN C相对原子质量较大的是N D产生H2的速率NM6某学生为了验证锌、银、铜三种金属的活动性顺序，设计了五个实验：将Zn、Cu分别放入稀盐酸中； 将Ag放入Cu（NO3）2溶液中；将Cu放入AgNO3溶液中；将Cu放入ZnSO4溶液中；将Zn放入AgNO3溶液中。下列实验组合不能验证锌、银、铜三种金属活动性顺序的是（）A B C D7用金属的性质解释有关事实，不正确的是（）A因为铁比铜活泼，更易锈蚀，所以铜器比铁器更容易保存到今B因为铝制品能形成致密的保护膜，所以不要磨损铝的表面C因为铁易与空气中的H2O、O2反应，所以常在铁器表面覆盖油漆作保护层D因为铁比锌活泼，所以常将锌镀在铁的表面，以保护铁不受腐蚀8如图是某学习小组探究金属化学性质时所做的四个实验。下列有关描述中不正确的是（ ）A装置A中可以观察到的现象是浸入溶液中的铜丝表面有银生成 B装置B中发生的化学方程式是Fe+CuSO4=FeSO4+CuC装置C、D都可以用于实验室制取氢气，但是C的反应速率比D的反应速率要快些 D装置D中发生了置换反应，所以溶液显浅绿色二、填空及简答题1（2012陕西副题）右图是干电池的截面示意图请结合图示回答下列问题：（1）碳棒的主要成分是一种碳单质，名称是 。（2）将电池填充物加水溶解，然后进行 （填一种操作名称），最后蒸发便可回收到NH4Cl。（3）写出一个能证明Cu、Zn活动性顺序的化学方程式_。2. （陕西中考副题）对实验现象进行细致观察和准确描述是学习化学基本要求。以下是初中化学有关铁的性质的一些基本实验，请回答下列问题： （1）红热的铁丝在空气中不能燃烧，而在氧气中能够剧烈燃烧，写出实验A中反应的主要实验现象 _ ；（3）将砂纸打磨后的铁片放入硫酸铜溶液中，片刻后取出，观察到铁钉表面附着红色固体。该反应的化学方程式为_，说明铁的金属活动性比铜 （填“强”或“弱”），上述化学反应属于 反应。（3）实验C中可观察到试管中铁钉最先生锈的是 处。（填“a”或“b”或“c”）， 该实验说明，钢铁常温下接触 _和 时容易生锈。（4）将表面锈蚀的铁钉放入盛有稀硫酸的试管中，先观察到_，后观察到铁钉表面有气泡产生，该气体是_。3.（2011陕西副题）西安世园会四大标志性建筑之一“天人长安塔”，采用了先进的钢架支撑结构。（1）钢是铁的合金，它属于 （选填“金属材料”或“合成材料”）。（2）人类每年从自然界提取数量最大的金属是铁。用赤铁矿（主要成分Fe2O3）和一氧化碳炼铁的化学方程式为 。（3）金属矿物的储量有限而且不能再生，保护金属资源尤为重要。保护金属资源的有效途径之一是 。4铝、铁、铜是人类广泛使用的三种金属，与我们生活息息相关。请回答下列问题：（1）生铁和钢都是_的合金，它们性能不同的原因是_。（2）铝的活动性比铁强，但铝在空气中却表现出良好的抗腐蚀性能，其原因是_。（3）铝的利用比铜和铁晚。金属大规模开发和利用的先后顺序与下列_有关。A金属的活动性 B金属的导电性 C金属在地壳中的含量（4）铁制品锈蚀，实际上是铁跟空气中的_发生了化学反应。焊接铁制品时，通常先用稀盐酸除去其表面的铁锈，反应的化学方程式为_。（5）将铁片分别浸入硝酸铝和硫酸铜溶液中观察：前者无明显现象，后者有红色物质生成，请结合所学知识，判断铁、铝、铜三种金属的活动性由强到弱的顺序为_；5已知，A、B、C、D四种物质之间存在以下转化关系。其中C是密度最小的气体。试回答：（1）写出浅绿色溶液B中溶质的化学式_。（2）写出A和稀硫酸反应的化学方程式_，其基本反应类型为_反应；（3）溶液B具有导电性的原因是_。（4）CD反应的化学方程式为_。用磁铁吸引6某兴趣小组的同学从实验室收集到一桶含有FeSO4、CuSO4的废液，此外还有一些不溶性杂质。若废液直接排放到下水道不仅造成重金属污染，而且造成浪费。该校化学兴趣小组同学设计了如下图处理方案，请回答有关问题： （1）废液在加入金属X前需进行过滤，目的是将其中的_除去。进行过滤操作所需的玻璃仪器有：_。（2）金属X是_，其加入废液后发生反应的化学方程式为_；溶液Y是_，加入过量溶液Y的目的是 ；（3）从滤液中获得硫酸亚铁晶体采用的方法是 。三、实验与探究题1如图是实验室用一氧化碳还原氧化铁的实验装置图，试回答：（1）实验开始时，应_（选填“先加热再通CO”或“先通CO再加热”），目的是_。（2）实验进行一段时间后，玻璃管中出现的现象是_，反应的化学方程式是_。（3）装置的作用是 ，发生反应的化学方程式是_。（4）仪器的名称是_，在上述装置中的作用是_，目的是_。（5）为检验反应后有铁生成，进行如下实验：将反应后的固体取少量放入稀盐酸中，观察到有气泡冒出。该反应的化学方程式是_。 2在探究铁、铜、银的金属活动性顺序时，某小组做了如下几个实验：（所用金属的形状与大小及稀盐酸的质量分数和用量均相同）。 A B C D （1）上述实验中，有气泡产生的是_（填序号），请写出这一反应的化学方程式_。 （2）我国古代“湿法冶铜”就是利用了C试管中的反应原理，请写出该反应可观察到的现象是_。 （3）从上述的实验现象中，对于铁、铜、银三种金属活动性强弱关系不能确定的是_与_Fe与Al（填金属的化学式）之间的强弱关系。请你在此基础上补充一个实验达到上述实验目的。 实验操作 实验现象 结论（4）根据上述实验探究过程，请你归纳探究金属活动性强弱的方法一般有：_；_。3（2010陕西副题）我国将于2011年元月1日起实施废弃电器、电子产品回收管理条例。某课外活动小组的同学在老师的帮助下从废弃家电中获得了铁(Fe)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)四种金属。【提出问题】如何区分这四种金属呢?【实验探究