初中化学九年级（下册）金属资源的利用和保护一轮复习知识清单

初中化学九年级（下册）金属资源的利用和保护一轮复习知识清单一、金属资源概况与存在形式【基础】（一）金属元素在地壳中的分布地壳中含量居前四位的元素由高到低依次为氧（O）、硅（Si）、铝（Al）、铁（Fe）。其中，含量最高的金属元素是铝（Al），其次是铁（Fe）。海洋中亦蕴藏着丰富的金属资源，如钠、镁、钙等。（二）金属在自然界中的存在形式金属的存在形式与其化学活动性密切相关。1、单质形式（游离态）：化学性质不活泼的金属，在自然界中能以单质形式存在。例如：金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）以及少量的铜（Cu）。2、化合物形式（化合态）：化学性质较活泼的金属，在自然界中主要以化合物的形式存在，即我们常说的矿物。绝大多数金属如铁、铝、铜、锌、钠、钙等均以化合态存在。（三）几种常见的金属矿石【重要】矿石是工业上提炼金属的原料，其主要成分是金属的化合物。1、铁矿石：（1）赤铁矿：主要成分为氧化铁（Fe₂O₃），呈红棕色。（2）磁铁矿：主要成分为四氧化三铁（Fe₃O₄），呈黑色，具有磁性。（3）菱铁矿：主要成分为碳酸亚铁（FeCO₃），呈黄白、浅褐或深褐色。2、铜矿石：（1）黄铜矿：主要成分为CuFeS₂。（2）辉铜矿：主要成分为Cu₂S。3、铝矿石：铝土矿，主要成分为氧化铝（Al₂O₃）。二、铁的冶炼【高频考点】【非常重要】本部分为河南中考的必考内容，主要考查一氧化碳还原氧化铁的实验原理、装置、现象、操作步骤及尾气处理，并常结合含杂质的计算进行综合考查。（一）实验室模拟炼铁——一氧化碳还原氧化铁1、反应原理：在高温条件下，利用具有还原性的一氧化碳（CO）将铁从铁的氧化物中还原出来。化学方程式：Fe₂O₃+3CO=高温=2Fe+3CO₂【★特别注意】这是中考化学方程式书写的核心考点，必须配平正确、注明条件“高温”和气体符号（反应物CO虽为气体，但生成物CO₂后标注↑，通常认为反应物中已有气体，生成物气体不标↑，但此处为区分，很多教材和答案都保留了生成物的↑，建议以学校要求为准。但反应条件“高温”不可或缺。2、实验装置（核心装置：硬质玻璃管、试管、酒精喷灯、酒精灯）3、实验步骤（可简记为：查、装、通、点、熄、停）（1）查：检查装置的气密性。（2）装：将氧化铁粉末装入硬质玻璃管中。（3）通：先通入一氧化碳气体，排尽装置内的空气。目的：防止一氧化碳与空气混合加热时发生爆炸。（4）点：点燃酒精喷灯（或酒精灯），加热氧化铁；同时点燃尾部尖嘴管处的酒精灯。目的：加热进行反应；点燃尾气，防止有毒的CO污染空气。（5）熄：反应完全后，先熄灭酒精喷灯，停止加热。（6）停：继续通入一氧化碳，直到硬质玻璃管冷却至室温后，停止通入CO，最后熄灭尾部酒精灯。目的：防止石灰水倒吸；防止生成的灼热的铁在空气中被重新氧化。4、实验现象（1）硬质玻璃管中：红棕色的粉末逐渐变成黑色。（2）试管（澄清石灰水）中：澄清石灰水变浑浊。（3）尾气点燃处：产生淡蓝色火焰。5、各物质的作用与成分分析（1）氧化铁（Fe₂O₃）：铁矿石（赤铁矿）模拟物，被还原。（2）一氧化碳（CO）：还原剂，表现出还原性。（3）澄清石灰水：检验并吸收生成的二氧化碳（CO₂）。反应方程式：CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O。（4）尾气处理装置（点燃或收集）：因为CO有毒，不能直接排放到空气中，必须进行尾气处理。6、操作要点与易错点分析【难点】（1）【CO早出晚归，酒精灯迟到早退】：形象地描述了先通CO后加热，先停止加热后停止通CO的操作顺序。（2）【爆炸风险】：若先加热后通CO，或通入CO时间不足未排尽空气，加热混合气体会发生爆炸。（3）【氧化风险】：若先停止通CO后停止加热，或停止加热后未继续通CO至冷却，空气会进入硬质玻璃管，将高温下生成的铁重新氧化成铁的氧化物，导致实验失败。（4）【倒吸风险】：实验结束时，若先熄灭处理尾气的酒精灯，后停止通CO，会造成装置内气压减小，石灰水可能被倒吸入热的硬质玻璃管中，使其炸裂。（二）工业炼铁——高炉炼铁1、主要原料：铁矿石（赤铁矿、磁铁矿等）、焦炭、石灰石、空气。2、设备：高炉。3、反应原理：在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳作为还原剂，将铁从铁矿石中还原出来。4、炉内发生的化学反应（分层理解）：（1）提供热量和还原剂（炉腹区域）：C+O₂=点燃=CO₂（放出大量热）CO₂+C=高温=2CO（生成还原剂）（2）还原铁矿石（炉身区域）：Fe₂O₃+3CO=高温=2Fe+3CO₂（主要反应）Fe₃O₄+4CO=高温=3Fe+4CO₂（若使用磁铁矿）（3）除去杂质（造渣反应）：石灰石（CaCO₃）在高温下分解：CaCO₃=高温=CaO+CO₂↑生成的氧化钙（CaO）与铁矿石中的二氧化硅（SiO₂）等杂质反应，生成硅酸钙（CaSiO₃）炉渣：CaO+SiO₂=高温=CaSiO₃5、产品：工业炼铁的产品是生铁（含碳量2%～4.3%），为铁合金，不是纯铁。（三）含杂质的化学方程式计算【高频考点】【非常重要】在工业生产或实验室模拟中，使用的原料或得到的产品往往含有杂质，因此在进行化学方程式计算时，必须将含杂质物质的质量换算成纯净物的质量才能代入比例式进行计算。1、核心换算公式：（1）纯净物的质量=不纯物质的总质量×该纯净物的质量分数（即纯度）（2）纯度=(纯净物的质量/不纯物质的总质量)×100%（3）若已知杂质的质量分数，则：纯净物的质量=不纯物质的总质量×(1杂质的质量分数)2、解题步骤与规范：（1）设：根据题意，设未知量（通常设所需或所求的不纯物质的质量）。（2）写：正确写出反应的化学方程式。（3）算：计算相关纯净物的化学计量数×相对分子质量。（4）代：将纯净物的实际质量（通过换算得出）代入比例式。关键一步：列出纯净物的质量比。例如：若要计算用含Fe₂O₃80%的赤铁矿石1000t，可炼出含铁96%的生铁的质量。设可炼出生铁质量为x。则参与反应的Fe₂O₃质量=1000t×80%=800t。生铁中铁的质量=x×96%。Fe₂O₃+3CO=高温=2Fe+3CO₂800tx·96%列出比例式：160/800t=112/(x·96%)（5）解：求解未知量，注意检查计算结果是否合理。（6）答：简明扼要地写出答案。3、常见题型与考向（1）已知矿石质量和纯度，求炼出生铁（含杂质）的质量。（2）已知需要得到的生铁质量，求需要矿石（含杂质）的质量。（3）结合质量守恒定律，通过反应前后固体质量差（如玻璃管中固体减少的质量即为氧化铁中氧元素的质量）来计算氧化铁的纯度或产品的质量。三、金属的锈蚀与防护【重要】（一）探究铁制品锈蚀条件的实验1、实验设计（对比实验）：控制变量法。试管A：铁钉置于干燥的空气中（加干燥剂，密封）。试管B：铁钉完全浸没在蒸馏水中（上层加植物油，隔绝空气）。试管C：铁钉部分浸没在蒸馏水中（与空气和水同时接触）。2、实验现象：一段时间后，试管C中的铁钉生锈，且水面附近生锈最严重；试管A和B中的铁钉无明显变化（不生锈）。3、实验结论：铁钉生锈是铁与氧气（或空气）和水蒸气共同作用的结果。（注意：铁锈的主要成分是Fe₂O₃·xH₂O，属于混合物，结构疏松，不能阻止内部的铁进一步被腐蚀）。（二）促进与抑制铁生锈的因素1、促进因素：酸性物质（如酸雨）、碱性物质、食盐溶液（加速锈蚀，形成原电池）、二氧化碳、潮湿空气等。2、抑制因素：隔绝氧气和水分。（三）其他金属的锈蚀1、铜生锈：铜在潮湿的空气中，与氧气、水和二氧化碳共同作用，表面会生成绿色的碱式碳酸铜[Cu₂(OH)₂CO₃]，俗称“铜绿”。反应原理：2Cu+O₂+H₂O+CO₂=Cu₂(OH)₂CO₃。2、铝的抗腐蚀性：铝的化学性质虽活泼，但其在常温下能与空气中的氧气反应，在表面生成一层致密的氧化铝（Al₂O₃）薄膜，从而阻止内部的铝进一步被氧化，因此铝具有良好的抗腐蚀性能。（四）防止铁生锈的措施【基础】防锈的根本原理是隔绝空气（氧气）和水。1、改善金属的内部结构：如在铁中加入铬、镍等制成不锈钢合金，改变其内部组织结构，增强抗腐蚀性。2、覆盖保护层：（1）涂油、刷漆（如汽车外壳、机器零件）。（2）电镀（镀铬、镀锌等耐腐蚀金属，如自行车钢圈）。（3）烤蓝（发蓝处理，如锯条、枪械）。（4）形成致密氧化膜（如铝制品）。3、保持金属表面洁净和干燥：如用过的菜刀擦干。4、牺牲阳极的阴极保护法（电化学保护）：在钢铁制品表面连接一种更活泼的金属（如锌），活泼金属先被腐蚀，从而保护钢铁不被腐蚀。四、金属资源的保护【基础】（一）保护金属资源的必要性和紧迫性1、金属资源是有限的，且不可再生。2、随着人类不断开采，金属矿藏储量日益减少。3、金属腐蚀造成巨大浪费。4、废旧金属随意丢弃既污染环境，又浪费资源。（二）保护金属资源的有效途径1、防止金属的腐蚀：通过上述防锈措施，延长金属制品的使用寿命。2、废旧金属的回收利用【热点】：（1）意义：回收利用废旧金属，既可以节约大量的金属资源和能源，又可以减少环境污染（如废旧电池中的重金属污染）。（2）示例：回收废铁、废铜、易拉罐（铝）、废钢铁等。3、有计划、合理地开采矿物：严禁乱采滥挖，优化资源配置。4、寻找金属的代用品【前沿拓展】：（1）利用非金属材料替代：如塑料管道替代金属管道，光导纤维替代铜制电缆。（2）利用复合材料替代：如碳纤维复合材料替代部分金属结构件。五、高频考点与题型突破（一）考查方式汇总1、选择题：（1）判断金属材料的说法正误（合金与纯金属性质比较）。（2）铁生锈条件的探究实验分析。（3）金属资源保护措施的选择。（4）高炉炼铁中原料、产品、原理的判断。2、填空题与简答题：（1）书写一氧化碳还原氧化铁或除锈的化学方程式。（2）分析实验室模拟炼铁的操作步骤原因（如“先通CO后加热”的目的）。（3）简述某种防锈措施所依据的原理。（4）说明回收废旧金属的意义。3、综合应用题：（1）将一氧化碳还原氧化铁实验与气体制备、净化、检验相结合，形成综合实验题。（2）结合含杂质的计算，考察化学方程式的计算能力，常与质量守恒定律结合。（3）结合金属活动性顺序，考察对金属锈蚀条件的综合理解。（二）解题要点与易错警示1、【易错点1】误认为合金是“混合物”而非“金属材料”。（合金一定是金属材料，属于混合物）。2、【易错点2】混淆工业炼铁与实验室模拟炼铁的产品。工业炼铁得到生铁（含碳），实验室模拟得到的是纯铁。3、【易错点3】忘记含杂质计算中必须“纯量代入”。计算时，一定要先将不纯物质的质量换算成纯净物的质量，才能代入化学方程式。4、【解题要点1】对于一氧化碳还原氧化铁的微型实验（如图），要能识别出各部件的功能：W型管中红棕色粉末变黑、浸有澄清石灰水的棉花用于检验CO₂、尾部酒精灯用于点燃尾气。5、【解题要点2】铁生锈条件的探究实验中，要注意对照实验的设计思路：试管A（无水）、试管B（无空气）、试管C（有水和空气）三者对照，得出铁生锈是水和空气共同作用的结论。六、跨学科视野拓展（一）与物理学科的联系1、合金的硬度一般大于其组成纯金属，熔点一般低于其组成纯金属，这涉及到材料力学性能和热学性能的物理原理。2、电化学腐蚀（原电池原理）是金属腐蚀的重要原因，这属于物理化学（电化学）的研究范畴。牺牲阳极的阴极保护法正是应用了这一原理。（二）与地理学科的联系1、金属矿产资源的分布具有地域性，如我国某些地区富含铁矿，某些地区富含铜矿，这与地质构造和成矿规律有关。2、南方潮湿地区比北方干燥地区铁制品更易生锈，这体现了地理环境（气候）对化学变化的影响。（三）与历史学科的联系1、人类使用金属的历史顺序（铜、铁、铝）与金属的活动性顺序（不活泼的金属被较早利用）及冶炼难度有关。青铜时代、铁器时代是历史学对文明发展阶段的