初中化学九年级沪教版上册 第六章 金属资源综合利用 知识清单

初中化学九年级沪教版上册第六章金属资源综合利用知识清单一、金属的宏观存在与微观视角：从矿石到单质（一）金属在自然界中的存在形式【基础】【易错点】地球上的金属资源丰富，但除少数外，绝大多数需要经过冶炼才能获得。金属在自然界中的存在形式，直接由其化学性质（主要是金属活动性）决定。1、单质形式（游离态）：【重要】极少数化学性质很不活泼的金属，在自然界中能以单质形式存在。典型代表：金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）以及少量的铜（Cu，以单质形式存在的天然铜极少）。考点聚焦：判断给定金属的存在形式。常见考法如“下列物质中，在自然界中主要以单质形式存在的是（）”，选项通常混搭铁、铝、钠等活泼金属。2、化合物形式（化合态）：【基础】绝大多数化学性质较活泼的金属，在自然界中以化合物的形式存在。它们与氧、硫、氯等非金属元素结合，形成各种矿物。典型代表：铁、铝、铜、锌、锡、铅等。地壳中含量前两位的金属元素：铝（Al）和铁（Fe）。【高频考点】（二）常见的金属矿物【基础】【识记】工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。矿石是由有用矿物和脉石组成的，炼铁就是要把金属从矿石中还原出来。1、重要的铁矿石：赤铁矿：主要成分是氧化铁（Fe₂O₃），呈红棕色，是工业炼铁的主要原料。【高频考点】磁铁矿：主要成分是四氧化三铁（Fe₃O₃），呈黑色，具有磁性。【高频考点】菱铁矿：主要成分是碳酸亚铁（FeCO₃）。黄铁矿：主要成分是二硫化亚铁（FeS₂），因其含硫量高，冶炼时会污染环境，一般不用于炼铁，而用于制硫酸。2、重要的铜矿石：黄铜矿、辉铜矿（主要含硫化物）、孔雀石[主要成分是碱式碳酸铜Cu₂(OH)₂CO₃，呈绿色]。3、重要的铝矿石：铝土矿（主要成分是氧化铝Al₂O₃）。【重要】二、铁的冶炼：化学原理与工程思维的融合（一）实验室模拟炼铁【核心实验】【高频考点】这是理解工业炼铁原理的关键，也是中考实验探究题的常考内容。1、【实验原理】在高温条件下，用还原剂一氧化碳（CO）将铁从铁的氧化物（如氧化铁Fe₂O₃）中还原出来。化学方程式为：Fe₂O₃+3CO→高温2Fe+3CO₂。【必考方程式】2、【实验装置】通常包括：一氧化碳发生装置、硬质玻璃管（内装红色氧化铁粉末）、酒精喷灯（提供高温）、澄清石灰水（检验二氧化碳）、尾气处理装置（点燃或收集）。3、【实验步骤】“CO早出晚归，酒精喷灯迟到早退”是核心操作口诀。实验开始时：先通入一氧化碳（排尽装置内的空气，防止加热时一氧化碳与空气混合发生爆炸），再点燃酒精喷灯加热。【重要】实验结束时：先停止加热，继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却（防止高温下的铁粉被空气中的氧气重新氧化，并防止石灰水倒吸），最后停止通入一氧化碳。【重要】4、【实验现象】硬质玻璃管内：红色粉末逐渐变成黑色（生成了铁粉）。试管内澄清石灰水：变浑浊（生成了二氧化碳）。尾气点燃处：产生蓝色火焰（一氧化碳在燃烧）。5、【尾气处理】【热点】一氧化碳有毒，会污染空气，必须进行处理。常用方法：①在装置末端放置一个燃着的酒精灯，将CO点燃转化为无毒的CO₂；②用气球或集气瓶收集尾气。6、【考点延伸】为什么用一氧化碳而不用碳？因为CO是气体，能与固体矿石充分接触，反应更彻底。如何检验反应后的黑色固体是铁？①用磁铁吸引；②取少量固体于试管中，加入稀盐酸，产生气泡（氢气），溶液变为浅绿色。（二）工业炼铁（高炉炼铁）【难点】【拓展】实验室原理是工业生产的微型化，工业生产则要考虑成本、效率和连续作业。1、【设备】高炉。2、【原料】铁矿石（提供铁元素）、焦炭（提供热量和还原剂CO）、石灰石（作熔剂，除去矿石中的脉石，主要成分SiO₂，生成炉渣）、空气（提供氧气）。3、【主要反应】【重要】提供热量：C+O₂→点燃CO₂（放热）生成还原剂：CO₂+C→高温2CO还原铁矿石：Fe₂O₃+3CO→高温2Fe+3CO₂（核心反应）除去脉石：CaCO₃→高温CaO+CO₂↑，CaO+SiO₂→高温CaSiO₃（炉渣）4、【产品】高炉炼铁得到的是生铁（含碳量较高，约2%—4.3%），不是纯铁。【易错点】（三）含杂质物质的化学方程式计算【必考】【难点】化学方程式的计算是基于纯物质进行的，而工业原料和产品往往都是混合物。1、【解题核心】“纯净物质量=混合物质量×该物质的纯度（质量分数）”。【万能公式】2、【典型考向】已知矿石质量（含杂质）和纯度，求理论可炼出生铁质量（含杂质）。已知需要得到的生铁质量（含杂质），求需要含某纯度的矿石质量。3、【示例】用1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁多少吨？解题步骤：第一步：求纯氧化铁质量。1000t×80%=800t。第二步：设理论上可炼出纯铁的质量为x。Fe₂O₃+3CO→高温2Fe+3CO₂800tx160/800t=112/x→x=560t第三步：求含杂质生铁质量。560t÷96%≈583.3t。三、金属的性质：决定用途的内在依据（一）金属的物理性质【基础】【高频考点】1、【共性】常温下大多数为固体（汞除外，为液体）；有金属光泽；具有良好的导电性、导热性和延展性。【重要】2、【特性】不同金属在密度、硬度、熔点、颜色等方面差异很大。例如：铜呈紫红色，金呈黄色；钨的熔点最高（用于灯丝），汞的熔点最低；银的导电性最好（但价格昂贵，故电线常用铜制）。【拓展】（二）金属的化学性质【核心】【重中之重】1、【金属与氧气的反应】【基础】规律：金属+氧气→金属氧化物。表现：金属的活动性越强，越容易与氧气反应。实例：镁、铝：常温下就能与氧气反应。铝具有优异的抗腐蚀性能，是因为其表面能生成一层致密的氧化铝（Al₂O₃）薄膜，阻止内部铝进一步被氧化。反应：4Al+3O₂=2Al₂O₃。【重要】铁、铜：常温下干燥空气中不易反应，但在潮湿空气中会生锈（铁）、加热时生成黑色氧化铜。3Fe+2O₂→点燃Fe₃O₄（黑色），2Cu+O₂→△2CuO（黑色）。金、铂：即使在高温下也不与氧气反应（“真金不怕火炼”）。2、【金属与酸的反应】【高频考点】规律：【重点】在金属活动性顺序中，位于氢（H）之前的金属能置换出稀盐酸（HCl）或稀硫酸（H₂SO₄）中的氢，生成氢气和该金属的化合物。位于氢之后的金属不能与酸反应产生氢气。典型现象：镁（Mg）：反应剧烈，产生大量气泡。锌（Zn）：反应比较剧烈，产生较多气泡（实验室制氢气常用，速率适中）。铁（Fe）：反应缓慢，产生气泡，溶液由无色逐渐变为浅绿色（生成Fe²⁺亚铁离子的颜色）。【重要】铜（Cu）：不反应，无明显现象。化学方程式示例：Zn+H₂SO₄（稀）=ZnSO₄+H₂↑（实验室制氢气原理）【必考方程式】Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑3、【金属与金属化合物溶液的反应（置换反应）】【高频考点】【难点】规律：【重点】在金属活动性顺序中，位于前面的金属（除K、Ca、Na外）能把位于后面的金属从它们的化合物溶液（盐溶液）中置换出来。条件一：前置后（K、Ca、Na除外）。【重要】条件二：盐必须可溶。【重要】经典实验：“湿法冶铜”原理：Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu。【必考方程式】现象：铁表面覆盖一层红色的物质（铜），溶液由蓝色（Cu²⁺）逐渐变为浅绿色（Fe²⁺）。【重要】深入理解：溶液质量的变化。以Fe+CuSO₄为例，每56份质量的铁进入溶液，析出64份质量的铜，故溶液质量减少，固体质量增加。4、【置换反应】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。形式：A+BC→AC+B。四、金属活动性顺序的深度解析与应用【核心素养】【难点】（一）金属活动性顺序表【必背】KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu（金属活动性由强逐渐减弱）记忆口诀：捡个大美女，身体细纤轻，总共一百斤。（二）应用与考向【万能钥匙】1、【判断反应能否发生】【基础】与酸：只有排在H前面的金属才能与酸反应生成氢气。与盐：只有排在前面的金属才能将后面的金属从其盐溶液中置换出来（K、Ca、Na除外，因为它们会先与水反应）。2、【比较金属活动性强弱】【高频考点】方法一：利用金属与酸反应的剧烈程度（越剧烈，活动性越强）。方法二：利用金属与盐溶液的反应（A能置换出B的盐中的B，则A＞B）。3、【设计实验验证活动性顺序】【热点】如验证Fe、Cu、Ag的活动性顺序（Fe＞Cu＞Ag）：方案一：“中间金属，两边盐”。取活动性居中的金属（Cu）单质，分别插入活动性两边的金属盐溶液[如FeSO₄溶液和AgNO₃溶液]中。Cu不能置换出Fe，说明Fe＞Cu；Cu能置换出Ag，说明Cu＞Ag。从而得出Fe＞Cu＞Ag。方案二：“两边金属，中间盐”。取活动性两边的金属（Fe和Ag）单质，分别插入活动性居中的金属盐溶液[如CuSO₄溶液]中。Fe能置换出Cu，说明Fe＞Cu；Ag不能置换出Cu，说明Cu＞Ag。从而得出Fe＞Cu＞Ag。4、【滤渣、滤液成分判断】【极难】【拉分题】解题思路：“远距离先置换”原则。当一种活泼金属（如Zn）与混合盐溶液（如含有Cu²⁺和Ag⁺）反应时，金属活动性差异越大的，越优先被置换出来。即金属活动性顺序中，位置相距越远，越先反应。顺序为：先置换出最不活泼的金属（如Ag⁺→Ag），待其反应完后，再置换稍活泼一点的（如Cu²⁺→Cu）。【核心思维】例题：向一定量AgNO₃和Cu(NO₃)₂的混合溶液中加入锌粉。分析过程：第一步：锌先与AgNO₃反应：Zn+2AgNO₃=Zn(NO₃)₂+2Ag。第二步：待AgNO₃反应完后，若锌还有剩余，锌再与Cu(NO₃)₂反应：Zn+Cu(NO₃)₂=Zn(NO₃)₂+Cu。第三步：若锌还有剩余，则过滤后的滤渣中含有Ag、Cu和Zn。据此，根据加入锌粉的质量不同，可以推断出多种情况下的滤渣和滤液成分，是考试中的难点。五、金属资源的保护：可持续发展的化学担当（一）铁的锈蚀【基础】【探究实验】1、【条件】铁生锈是铁与空气中的氧气（O₂）、水（H₂O）共同作用发生的复杂化学反应，属于缓慢氧化。【重要】2、【探究实验设计】采用控制变量法。通常设计三支试管：试管A：铁钉置于干燥空气中（放干燥剂，如CaO）。试管B：铁钉完全浸没在煮沸过的蒸馏水中（隔绝空气，水面用油封）。试管C：铁钉一半浸在水中，一半接触空气。结论：试管C中的铁钉锈蚀最严重，证明铁生锈是水和氧气共同作用的结果。3、【铁锈的主要成分】氧化铁的水合物，通常简写为Fe₂O₃·xH₂O。铁锈疏松多孔，不能阻碍里面的铁继续反应，反而会吸附水分和氧气，加速锈蚀。【易错点】4、【加快铁生锈的因素】酸性物质（如酸雨）、盐分（如氯化钠，海边或撒盐融雪的地区锈蚀更快）。（二）防止铁生锈的原理与方法【高频考点】【生活应用】1、【原理】破坏铁生锈的条件：隔绝氧气或水，或同时隔绝两者。2、【方法】改变金属的内部结构：如制成合金，不锈钢就是在钢中加入铬、镍等元素，使表面形成致密氧化膜。【重要】覆盖保护层：【重要】涂油（如自行车链条）、刷漆（如汽车外壳）、电镀（如镀锌、镀铬）、烤蓝（如锯条表面形成致密氧化膜）。保持表面洁净干燥：如用过的菜刀擦干。牺牲阳极的阴极保护法：在船体上镶嵌锌块，锌比铁活泼，首先被腐蚀，从而保护了铁船体。【拓展】（三）保护金属资源的有效途径【基础】【价值观】1、防止金属腐蚀（减少浪费）。2、回收利用废旧金属。【重要】回收废旧金属不仅可以节约大量的金属资源和能源，还可以减少环境污染。例如，回收一个铝质易拉罐比用铝土矿冶炼一个新易拉罐节省95%的能源。【热点】3、有计划、合理地开采矿物。4、寻找金属的代用品。例如，用塑料管道代替铸铁管道，用陶瓷、碳纤维复合材料代替部分金属材料。六、综合题型与解题策略【提分必看】（一）图像题分析1、【金属与酸反应生成氢气质量与时间关系图】【难点】等质量的不同金属（如Mg、Al、Zn、Fe）与足量酸反应。斜率（陡峭程度）代表反应速率，即金属活动性强弱。斜率越大，金属越活泼。常见顺序：Mg>Al>Zn>Fe。平台高度（最终产生氢气的量）取决于金属的化合价和相对原子质量。对于等质量的金属，若在化合物中化合价相同（均为+2价），则相对原子质量越小，产生的氢气越多。例如，等质量的Mg、Zn、Fe与足量酸反应，产氢量：Mg>Fe>Zn。Al是+3价，计算其“等效+2价相对原子质量”为27×2/3=18，所以等质量Al产氢量比Mg还多。2、【金属与盐溶液反应后溶液质量变化图】根据反应前后溶解金属与析出金属的质量差判断。（二）除杂问