初中九年级化学《第五章 金属的冶炼与利用》知识清单

初中九年级化学《第五章金属的冶炼与利用》知识清单一、金属的性质与用途（一）金属的物理共性1、外观与状态：在常温下，除汞（Hg）是液体外，其余金属均为固体。大多数金属呈银白色，但铜（Cu）呈紫红色，金（Au）呈黄色。2、导电性与导热性：金属是优良的电和热导体，其中银（Ag）的导电性和导热性最强，铜（Cu）和铝（Al）次之，因此常用作导线。3、延展性：金属具有良好的延展性，可以拉成丝（如钨丝用于灯丝）或压成薄片（如铝箔、金箔）。4、其他特性：金属一般有金属光泽，密度和硬度差异较大（如钠的密度小于水，可用小刀切割；而铬的硬度极大），熔点差异显著（如钨的熔点高达3410℃，用于灯丝；而钠、钾的熔点低于100℃）。【基础】【考点】判断金属的物理性质，通常考察颜色、状态及特种用途所对应的性质。（二）金属的化学性质1、与氧气反应：大多数金属都能与氧气发生化合反应，生成金属氧化物。但反应的剧烈程度和条件差异很大。（1）镁（Mg）：在常温下就能与氧气反应，表面生成致密的氧化镁（MgO）薄膜；点燃时，在空气中剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体。（2）铝（Al）：具有很好的抗腐蚀性能，是因为其表面在常温下与氧气反应，形成一层致密的氧化铝（Al2O3）薄膜，阻止内部金属进一步被氧化。（3）铁（Fe）：在潮湿空气中（与氧气、水共同作用）易生锈，生成疏松的铁锈（主要成分Fe2O3·xH2O）；在纯氧中点燃，剧烈燃烧，火星四射，生成黑色的四氧化三铁（Fe3O4）。（4）铜（Cu）：在加热条件下与氧气反应，表面变黑，生成氧化铜（CuO）；在潮湿空气中，表面会缓慢生成绿色的铜绿（碱式碳酸铜，Cu2(OH)2CO3）。（5）金（Au）：即使在高温下也不与氧气反应（真金不怕火炼）。【非常重要】【高频考点】金属活泼性顺序与氧气反应的难易关系：Mg、Al在常温反应；Fe、Cu在加热或高温反应；Ag、Au很难反应。2、与酸（稀盐酸或稀硫酸）反应：位于金属活动性顺序表中氢（H）之前的金属（活泼金属）能与酸发生置换反应，生成盐和氢气。（1）反应通式：金属+酸→盐+H2↑（2）剧烈程度：金属越活泼，与酸反应越剧烈。如Mg反应剧烈，产生大量气泡；Zn反应比较适中；Fe反应较慢，产生气泡，溶液由无色变为浅绿色（Fe2+的特征）。（3）注意：浓硫酸和硝酸（氧化性酸）与金属反应不生成氢气，属于特殊反应。【重要】【难点】区分金属与酸反应的图像题，如等量金属与足量酸反应生成氢气的质量（取决于金属的化合价和相对原子质量）和速率（取决于金属活动性）。3、与盐溶液反应：位于金属活动性顺序表前面的金属（K、Ca、Na除外，因其太活泼，会先与水反应）能够将后面的金属从其盐溶液中置换出来。（1）反应通式：金属A+盐B→金属B+盐A（2）典型实例：铁与硫酸铜溶液反应，铁表面析出红色固体，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色（Fe+CuSO4=FeSO4+Cu）。该反应是湿法冶金原理，也是波尔多液不能用铁桶盛装的原因。（3）条件判断：参加反应的金属必须比盐中的金属活泼；盐必须是可溶的（反应需在溶液中进行）。【非常重要】【高频考点】【难点】金属与混合盐溶液反应后的滤渣、滤液成分分析。解题步骤：1.确定金属活动性顺序（排在前面的金属先被氧化，排在后面的金属离子先被还原）。2.假设将一种金属加入几种盐的混合溶液中，该金属优先置换出最不活泼的金属离子。3.采用“远距离置换”或“争先恐后”原则（活动性差异越大，反应优先发生）。4.进行临界点分析（恰好完全反应和过量）。（三）金属活动性顺序及其应用1、记忆口诀：（常见金属）钾、钙、钠、镁、铝；锌、铁、锡、铅、（氢）；铜、汞、银、铂、金。2、应用：【基础】（1）判断置换反应能否发生。（2）比较金属的活泼性强弱。（3）设计实验验证金属活动性顺序（通常采用“三取中”原则，即取中间金属和两边金属的盐溶液，或取中间金属的盐溶液和两边金属）。（4）判断金属与酸反应的速率和剧烈程度。（5）解释自然界中金属的存在形式（活泼金属以化合物形式存在，不活泼金属可能以单质形式存在，如金、银）。【高频考点】【解题步骤】验证三种金属活动性顺序的实验设计：步骤一，找出三种金属的活动性顺序。步骤二，选择“中间金属单质+两边金属的盐溶液”或“中间金属的盐溶液+两边金属单质”进行实验，通过观察是否发生置换反应来判断。二、常见的金属矿物与铁的冶炼（一）金属在自然界中的存在1、单质形式：化学性质不活泼的金属，如金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）以及少量的铜（Cu）。2、化合物形式：化学性质较活泼的金属，如铁、铝、铜、锌等，主要以氧化物、硫化物、碳酸盐等形式存在。（1）重要的铁矿石：赤铁矿（主要成分Fe2O3，红色）、磁铁矿（主要成分Fe3O4，黑色，有磁性）、菱铁矿（主要成分FeCO3）、黄铁矿（主要成分FeS2，因含硫高，冶炼易产生SO2污染，不常用于炼铁）。（2）重要的铜矿石：黄铜矿（CuFeS2）、辉铜矿（Cu2S）、孔雀石（碱式碳酸铜）。（3）重要的铝矿石：铝土矿（主要成分Al2O3）。【基础】常见矿石名称及主要成分的化学式书写。（二）铁的冶炼（一氧化碳还原氧化铁）1、原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气。2、原理：在高温条件下，利用还原剂（主要是CO）将铁从它的氧化物中还原出来。（1）核心化学方程式：3CO+Fe2O3=高温=2Fe+3CO2（2）其他反应：a.焦炭燃烧提供热量并生成CO2：C+O2=点燃=CO2b.CO2与焦炭反应生成还原剂CO：CO2+C=高温=2COc.石灰石分解：CaCO3=高温=CaO+CO2↑d.除去脉石（SiO2）：CaO+SiO2=高温=CaSiO3（炉渣）3、设备：高炉。4、产物：生铁（含碳量2%—4.3%，还含有Si、Mn、S、P等杂质，为混合物，质硬而脆）。【非常重要】【高频考点】实验室模拟炼铁：（1）实验装置顺序：气体发生装置（产生CO）→除杂干燥装置（可选）→核心反应装置（Fe2O3）→尾气处理装置（点燃或收集）。（2）实验现象：红棕色粉末逐渐变为黑色；澄清石灰水变浑浊；尾气燃烧产生蓝色火焰。（3）操作顺序：a.实验开始：先通入CO（排尽装置内的空气，防止加热时CO与空气混合爆炸），再点燃酒精喷灯加热。b.实验结束：先停止加热，继续通CO直至玻璃管冷却（防止生成的铁在高温下被空气中的氧气氧化，同时防止石灰水倒吸）。（4）尾气处理：CO有毒，必须进行点燃（转化为无毒的CO2）或用气球收集，防止污染空气。（5）产物的检验：用稀盐酸或稀硫酸检验生成的黑色固体，若有气泡产生且溶液变为浅绿色，证明生成了铁。【难点】【易错点】一氧化碳还原氧化铁的实验操作顺序记忆为“一氧化碳早出晚归”，即加热前通入，停止加热后继续通直至冷却。（三）含杂质物质的化学方程式计算1、解题原则：化学方程式表示的是纯净物之间的质量关系。因此，必须将含杂质物质的质量换算成纯净物的质量才能代入方程式计算。2、换算公式：纯净物的质量=混合物的总质量×该纯净物的质量分数（纯度）。3、典型考向：【非常重要】（1）已知铁矿石质量和纯度，求理论上可冶炼出的含杂质生铁的质量。（2）已知实际生产的生铁质量，求所需铁矿石的质量或纯度。（3）涉及产率或利用率的计算：产率=实际产量/理论产量×100%；利用率=实际参加反应的量/投入总量×100%。【解题步骤】步骤一：分析题目，找出已知量和未知量。步骤二：将不纯物的质量换算为纯物质的质量。步骤三：写出正确的化学方程式，列出相关物质的纯净质量比。步骤四：列比例式求解。步骤五：将求出的纯净物质量换算为不纯物的质量。三、金属的防护和回收（一）铁的锈蚀条件1、必要条件：铁与空气中的氧气和水蒸气共同作用的结果。（1）实验设计：通过对比实验（如铁钉在干燥空气中、在煮沸后密闭的蒸馏水中、在潮湿空气中）证明锈蚀需要O2和H2O。（2）影响因素：酸、氯化钠溶液等电解质溶液会加速铁的锈蚀。铁制品表面的不洁物、粗糙度、结构等也会影响锈蚀速率。【重要】【基础】控制变量法探究铁生锈条件的实验设计思路。（二）防止铁生锈的原理与方法1、原理：隔绝氧气或水，或改变金属的内部结构。2、方法：【高频考点】【常见题型】（1）覆盖保护层：刷油漆（如汽车外壳）、涂油（如机械零件）、电镀（镀一层耐腐蚀金属如铬、锌）、烤蓝（表面形成致密氧化膜）。（2）改变内部结构：制成合金，如在钢中加入铬、镍制成不锈钢，大大增强抗腐蚀能力。（3）保持铁制品表面干燥和洁净。（三）金属资源保护1、途径：【基础】（1）防止金属腐蚀。（2）回收利用废旧金属。优点：节约金属资源和能源，减少环境污染（如冶炼钢铁比用矿石冶炼节省能源，减少CO2排放）。（3）有计划、合理地开采矿物。（4）寻找金属的代用品，如塑料代替金属作管道、外壳等。四、合金（一）合金的概念与特性1、定义：在金属中加热熔合某些金属或非金属，形成的具有金属特征的物质。合金属于混合物。2、性能改良：【非常重要】（1）硬度：一般合金的硬度大于其组成中纯金属的硬度（如生铁比纯铁硬，钢的硬度也大于铁）。（2）熔点：一般合金的熔点低于其组成中纯金属的熔点（如伍德合金熔点低，用于保险丝）。（3）抗腐蚀性：一般合金的抗腐蚀能力更强（如不锈钢）。（4）机械性能：更优，如韧性、耐磨性等。（二）常见的合金1、铁的合金：生铁和钢。（1）主要区别：含碳量不同。生铁含碳量2%—4.3%，钢含碳量0.03%—2%。（2）种类：钢分为碳素钢和合金钢（如不锈钢、锰钢）。2、铜合金：黄铜（铜锌合金）、青铜（铜锡合金）。3、铝合金：具有质轻、强度大、耐腐蚀等优点，广泛用于航空、建筑、日用品。4、钛合金：被誉为“21世纪金属”，具有熔点高、密度小、可塑性好、机械性能好、抗腐蚀性强等优点，尤其与人体有很好的“相容性”，常用于人造骨骼、航天器。【基础】【考点】合金与纯金属的性能差异，常见合金的用途。五、跨学科视野下的金属综合探究（一）化学与材料科学——金属材料的演进1、传统金属材料：铁、铜、铝及其合金是工业的基石。从青铜时代、铁器时代到铝合金、钛合金的广泛应用，反映了人类对材料性能认识的深化和冶炼技术的进步。2、新型金属材料：（1）形状记忆合金：在一定温度下发生塑性变形后，加热到某个特定温度又能恢复原状（如镍钛合金），用于航天天线、牙齿矫形丝。（2）贮氢合金：能可逆地吸收和释放氢气，用于氢燃料电池的储氢装置。（3）非晶态金属（金属玻璃）：具有高强度、高耐腐蚀性和特殊的磁学性能。（二）化学与环境保护——绿色冶金1、传统冶金的污染：SO2（来自硫化矿冶炼）导致酸雨；高炉废气（CO、CO2、粉尘）；废水（含重金属离子）；废渣（高炉渣）。2、绿色化学理念在冶金中的应用：（1）开发低毒、无毒的还原剂（如探索生物质还原）。（2）对废气（如SO2回收制硫酸）、废渣（如高炉渣制水泥、砖块）进行资源化利用。（3）发展湿法冶金、微生物冶金等能耗低、污染少的冶炼技术。（三）化学与生命科学——人体中的金属元素1、必需微量元素：铁（Fe）是血红蛋白的核心成分，缺铁会引起贫血；锌（Zn）影响生长发育和免疫机能；钙（Ca）是骨骼和牙齿的主要成分（常量元素）。2、有毒重金属：铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）等进入人体会与蛋白质中的酶结合，使其变性，引起重金属中毒。环境污染（如电池、工业废水）是其主要来源。【热点】【拓展】结合“垃圾分类”、“重金属污染治理”等社会热点，考察金属回收和环境保护的意义。（四）化学与物理——金属的导电、导热微观解释1、金属内部结构：金属原子通过金属键结合，原子失去价电子形成“自由电子”，这些自由电子可以在整块金属中自由运动。2、导电性：在外加电场作用下，自由电子定向移动形成电流。3、导热性：当金属一端受热时，该区域自由电子动能增加，通过碰撞迅速将能量传递给周围原子和其他电子，使整个金属温度趋于均匀。4、延展性：当金属受到外力时，原子层之间可以发生相对滑动，但由于自由电子的“胶水”作用（金属键没有方向性），金属不易断裂，只会变形。六、核心考点、考向与解题策略（一）选择题与填空题常见考向1、【基础】判断金属材料、合金、纯铁等概念。例如：“下列物质不属于合金的是？A.生铁B.青铜C.不锈钢D.四氧化三铁”（答案：D）。2、【高频】金属活动性顺序的判断与应用。例如：“有X、Y、Z三种金属，将X和Y分别放入稀硫酸中，X溶解并产生氢气，Y不反应；将Y和Z分别放入硝酸银溶液中，Y表面有银析出，Z表面无变化。则X、Y、Z的活动性顺序为？”（答案：X>Y>Z）。3、【重要】金属与酸反应的图像分析。例如：“等质量的镁、铝、锌、铁与足量等质量分数的稀硫酸反应，产生氢气质量与时间的关系图”。关键点：斜率先看活动性（越活泼斜率越大），平台高低看生成氢气量（Al>Mg>Fe>Zn）。4、【易错】铁在置换反应中的价态。铁与酸或盐溶液发生置换反应时，生成亚铁盐（Fe2+），溶液呈浅绿色。铁在Fe2O3中为+3价，溶液为黄色。（二）实验探究题考向1、【非常重要】一氧化碳还原氧化铁的拓展探究：（1）改进装置：微型实验、用酒精灯代替酒精喷灯、用W型管、用万用瓶等。（2）尾气处理方法的创新：如连接一个塑料袋收集，或将尾气导入酒精灯火焰中燃烧。（3）产物检验的完整性：不仅要检验铁，还要检验可能生成的Fe3O4或其他产物。（4）对反应后玻璃管内剩余固体成分的猜想与验证（可能是纯铁，可能是铁与未反应的氧化铁混合物，可能生成四氧化三铁等）。2、【难点】金属活动性顺序的探究与实验设计：（1）给出几种试剂，选择合适方案验证金属活动性。（2）对实验方案的评价，分析异常现象的原因（如金属表面有氧化膜、酸浓度过低等）。（3）对反应后滤渣、滤液成分的猜想与实验验证。解题步骤：【1】明确活动性顺序。【2】根据加入金属的量（少量、适量、过量）判断反应进程。【3】设计实验验证：验证滤渣可用稀盐酸（看是否有气泡，验证是否有活泼金属；看固体颜色，判断是否有铜、银等）；验证滤液可用活泼金属（看是否置换出固体，判断溶液中是否有金属离子）。（三）计算题考向1、【基础】含杂质的不纯物计算。牢记“纯净物质量=混合物质量×纯度”这个桥梁。2、【热点】结合工业流程图或实验数据的计算。例如：测定某赤铁矿样品中氧化铁的质量分数，通过测量反应前后固体质量差或生成二氧化碳的质量，进行计算。3、【拓展】天平平衡问题。将等质量的金属投入等质量等浓度的酸中，反应后天平是否平衡。需考虑金属过量或酸过量的情况，计算实际产生氢气的质量。（四）易错点与答题要点汇总1、审题不清：题目问“错误的是”看成“正确的”；要求写化学名称却写化学式；要求写化学方程式忘配平或写反应条件。2、概念混淆：生铁和钢混淆（含碳量记反）；合金的概念（是熔合而成，不是简单混合，但属于混合物）。3、化学用语的规范性：Fe2+和Fe3+的颜色混淆；Fe3O4（黑色）和Fe2O3（红棕色）颜色混淆。4、金属活动性应用细节：K、Ca、Na与盐溶液反应时，是先与水反应生成碱和氢气，碱