資源簡介

(共66張PPT)
第八單元　金屬和金屬材料
學業要求:根據《義務教育化學課程標準(2022年版)》描述編寫
能通過實驗說明常見的金屬的主要性質,并能用化學方程式表示;
能舉例說明金屬的?泛應用及性質與用途的關系;
能運用研究物質性質的一般思路與方法,從物質類別的視角,依據金屬活動性順序,初步預測常見的金屬的主要性質,設計實驗方案,分析、解釋有關的實驗現象,進行證據推理,得出合理的結論。
金屬材料(5年4考)
1.金屬材料的發展史
(1)人類從石器時代進入　 　時代,繼而進入
　 　時代,就是以金屬材料的使用作為標志的。
(2)鋁的使用比銅和鐵晚得多,鋁具有密度小和抗腐蝕性強等優良性能。現在,世界上鋁的產量已經超過了銅,位于
　 　之后,居第二位。
(3)　 　被認為是21世紀的重要金屬材料。
鐵器
青銅器
鈦和鈦合金
鐵
2.金屬材料的分類
金屬材料
3.金屬的物理性質
共性 有　 　、　 　、　 、延展性,但不同金屬差別較大
特性 顏色 大多數金屬為銀白色,但是銅為
　 　色,金為　 　色
狀態 常溫下大多為固體,但汞在常溫下為　 　
金屬光澤
導電性
導熱性　
紫紅
黃
液體
生活中應用最廣泛的金屬是鐵;地殼中含量最多的金屬是鋁;熔點最高的金屬是鎢;熔點最低的金屬是汞。
　4.合金
概念 在金屬中加熱熔合某些　 　或　 　,就可以制得具有　 　特征的合金
與其組分金屬相比 合金的硬度更　 　,抗腐蝕性更　 　,熔點更
　 　
常見的合金 鐵合金(如生鐵和鋼,其區別在于　 　不同)、鋁合金、鈦合金等
金屬
非金屬
大
金屬
含碳量
強
低
　
(1)不銹鋼屬于合金,金剛石屬于非金屬單質。
(2)合金中一定有金屬存在,但不一定都是由金屬與金屬熔合而成的,還可能是由金屬與非金屬熔合而成的。
5.物質的用途是由哪些因素決定的
物質的性質在很大程度上決定了物質的用途,但這不是唯一的決定因素。在考慮物質的用途時,還需要考慮價格、資源、是否美觀、使用是否便利,以及廢料是否易于回收和對環境的影響等多種因素。
反應條件 金屬 實驗現象 化學方程式
常溫 鋁 — 4Al+3O2 2Al2O3
點燃 鎂 　 　 2Mg+O2 2MgO
鐵 　 , 　 3Fe+2O2 Fe3O4
加熱 銅 　 　 2Cu+O2 2CuO
固體由紫紅色變成黑色
發出耀眼的白光,生成白色固體
劇烈燃燒、火星四射、放出大量的熱
生成黑色固體
金屬的化學性質(5年5考)
1.大多數金屬可與氧氣反應
注意:①做鐵絲在氧氣中燃燒的實驗時,集氣瓶底部要預先加少量水或鋪一層細沙,防止高溫熔融物掉落使集氣瓶炸裂。
②雖然鋁在常溫下能與氧氣反應,但是在鋁表面生成的一層致密的氧化鋁薄膜阻止了反應的進行,所以鋁在常溫下不易銹蝕。
③“真金不怕火煉”說明金即使在高溫時也不能與氧氣反應,金的化學性質極不活潑。
④由于鎂燃燒時發出耀眼的白光,所以可以用鎂作照明彈和煙花。
2.金屬+酸 鹽+H2↑　置換反應(發生的條件:活動性為金屬>H )
金屬 實驗現象 化學方程式(鹽酸/硫酸)
鎂 劇烈反應,有大量氣泡產生,容器外壁發熱 　 　
　 　
鋁 劇烈反應,有較多氣泡產生,放出熱量 　 　
　 　
Mg+2HCl MgCl2+H2↑
Mg+H2SO4 MgSO4+H2↑
2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑
2Al+3H2SO4 Al2(SO4)3+3H2↑
(續表)
　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
金屬 實驗現象 化學方程式(鹽酸/硫酸)
鋅 反應較劇烈,有較多氣泡產生,放出熱量 　 　
　 　
鐵 反應慢,有少量氣泡產生,溶液　 　 　 　
　 　
變為淺綠色
Zn+2HCl ZnCl2+H2↑
Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑
Fe+2HCl FeCl2+H2↑
Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑
　3.金屬+鹽 另一種金屬+另一種鹽
Fe + CuSO4 Cu + FeSO4(“濕法冶金”原理)
現象:鐵釘表面有　 　物質出現,液體由
　 　。
2Al+ 3CuSO4 Al2(SO4)3+3Cu
現象:鋁絲表面有　 　物質出現,液體由　 　。
紅色
藍色變為無色
藍色變為淺綠色
紅色
Cu +2AgNO3 Cu(NO3)2+ 2Ag
現象:銅絲表面有　 　物質出現,液體由
　 　。
注意:①CuSO4溶液為藍色,FeSO4 、FeCl2溶液為淺綠色。
②Fe在參加置換反應時,生成+2價的亞鐵鹽。
無色變為藍色
銀白色
4.金屬的應用
物質的性質在很大程度上決定了物質的用途,但這不是唯一的決定因素。在考慮物質的用途時,還需要考慮　 、
　,以及廢料
　 　等多種因素。
　 　、鋁——　 　——導電性好、價格低廉
電線
銅
是否易于回收和對環境的影響
資源、是否美觀、使用是否便利
價格
鎢——　 　——　 　
鉻——電鍍——硬度大
鐵——菜刀、鐮刀、錘子等
汞——　 　
銀——保溫瓶內膽
鋁——“銀粉”、錫箔紙
體溫計液柱
熔點高
燈絲
5.置換反應
(1)概念:由一種　 　與一種　 　反應生成另一種
　 　與另一種　 　的反應。
(2)特點:反應物、生成物都有兩種;物質種類是單質與化合物。
化合物
單質
化合物
單質
常見金屬的活動性順序(5年5考)
常見金屬活動性順序
　金屬活動順序可采用“五元素一句”的記憶方法:鉀鈣鈉鎂鋁,鋅鐵錫鉛氫,銅汞銀鉑金。
在金屬活動性順序里:
(1)金屬的位置越靠前,它的活動性就越強。
(2)位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、稀硫酸中的氫元素(不可用濃硫酸、硝酸)。
(3)位于前面的金屬能把位于后面的金屬從它們的鹽溶液中置換出來(K、Ca、Na除外)。該類反應條件:前換后,鹽可溶。
鐵銹蝕條件的探究及保護(5年3考)
1.鐵生銹的條件:鐵與　 　同時接觸。(鐵銹的主要成分為Fe2O3·xH2O)
銅生銅綠的條件:銅與　 　同時接觸。[銅綠的化學式為Cu2(OH)2CO3]
CO2、H2O、O2
氧氣和水
2.防止鐵制品生銹的措施:
3.鐵銹很疏松,不能阻止里層的鐵繼續與氧氣和水蒸氣反應,因此鐵制品可以全部被銹蝕,所以鐵銹應及時除去。
4.鋁與氧氣反應生成致密的　 　薄膜,從而阻止鋁進一步被氧化,因此,鋁具有很好的　 　性能。
5.探究鐵銹蝕條件的實驗設計(詳見常見實驗5)
氧化鋁
抗腐蝕
6.金屬資源的保護和利用
(1)保護金屬資源的途徑
①防止金屬腐蝕;②回收利用廢舊金屬;③合理開采礦物;④尋找金屬的替代物。
(2)保護金屬資源的必要性
①金屬資源是有限的,而且是　 　的;
②廢舊金屬的隨意丟棄不僅會造成資源的浪費,還會造成環境污染。
(3)保護金屬資源的意義:節約金屬資源,減少環境污染。
不可再生
金屬鐵的冶煉(5年3考)
1.原理:在高溫下,利用焦炭與二氧化碳反應生成的
　 　把鐵從鐵礦石里　 　出來。
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
2.現象:　 　,產生的氣體能使澄清石灰水變渾濁。
紅棕色粉末逐漸變為黑色
一氧化碳
還原
①先通入CO再加熱的目的:排出裝置內的空氣,以免加熱時CO與空氣混合而引發爆炸。
②實驗完畢后繼續通入CO的目的:防止氧化鐵被還原成鐵后,在較高的溫度下重新被氧化。
③尾氣的處理:因為CO有毒,所以尾氣中的CO氣體要經過處理,變成無毒的氣體,可點燃使其生成無毒的二氧化碳氣體。
3.原料:鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣。
常見的鐵礦石有磁鐵礦(主要成分是　 　)、赤鐵礦(主要成分是　 　)。
注意:
(1)礦石選擇原則:所需提煉金屬的含量高;冶煉過程中對環境污染小;冶煉途徑盡可能簡便。
Fe2O3
Fe3O4
(2)焦炭的作用:燃燒放熱提供熱量,同時產生還原劑一氧化碳。
(3)石灰石的作用:將礦石中的二氧化硅和雜質轉變為爐渣而除去。
4.含雜質化學反應的計算
含雜質的物質質量與純物質質量的轉化:
純物質的質量=含雜質的物質質量×純物質的純度
重難點一、金屬材料
下列有關金屬材料的說法不正確的是 ( )
A.金屬材料包括純金屬和合金
B.合金的抗腐蝕能力一般比組成它的純金屬高
C.合金中一定沒有非金屬
D.合金一定是混合物
C
金屬材料由純金屬和合金組成;合金的抗腐蝕能力優于其組分金屬;合金是在一種金屬中加熱熔合其他金屬或非金屬制得的具有金屬特征的物質,所以合金一定是混合物,其中可以含有非金屬。
青銅器是我國文化的重要組成部分。
(1)青銅器的制作,是將天然礦石經高溫煉出的純銅與金屬錫混合熔合,該過程屬于　 　(選填“物理”或“化學”)變化。
(2)青銅和純銅都屬于　 　材料,青銅和純銅之間相互刻畫,其中會留下明顯劃痕的是　 　。
純銅
物理
金屬
【解析】 (1)合金的制作是一個簡單熔合的過程,該過程是物理變化。
(2)合金的硬度優于其組分金屬。
純金屬及合金的性質歸納
1.大部分純金屬是固體(汞是液體)、銀白色(除銅是紫紅色,金是黃色等)、有金屬光澤;大部分具有良好的導電性、導熱性、延展性。
2.合金是在一種金屬中加熱熔合其他金屬或非金屬制得的具有金屬特征的物質。由此可知,合金是一種混合物;合金中并非都是金屬,還可能會有非金屬;合金中各金屬以單質的形式存在。
3.合金的特性:合金與組成它的純金屬相比,硬度更大、抗腐蝕能力更好、熔點更低。
4.生鐵和鋼是含碳量不同的兩種鐵合金,生鐵的含碳量為2%~4.3%,鋼的含碳量為0.03%~2%,故其性能也不同。

重難點二、金屬活動性順序的判斷和驗證
為驗證Fe、Cu和Ag三種金屬的活動性順序,下列設計的實驗方案能達到目的的是 ( )
A.將Fe、Cu和Ag分別加入稀鹽酸中
B.將Cu分別加入FeSO4、AgNO3溶液中
C.將Fe分別加入CuSO4、AgNO3溶液中
D.將Cu、Ag分別加入FeSO4溶液中
B
　 A.將Fe、Cu和Ag分別加入稀鹽酸中,只有Fe表面產生氣泡,而Cu和Ag無明顯現象,則只能證明Fe的活動性強于Cu和Ag,但無法判斷Cu和Ag的活動性強弱,錯誤;B.將Cu分別加入FeSO4、AgNO3溶液中,Cu 在FeSO4溶液中無明顯現象,證明活動性:Fe >Cu,Cu在AgNO3溶液中表面有銀白色固體析出,證明活動性:Cu >Ag,可得活動性:Fe >Cu >Ag,正確;C.將Fe分別加入CuSO4、AgNO3溶液中,Fe在CuSO4溶液中表面有紅色固體析出,證明活動性:Fe >Cu,Fe在AgNO3溶液中表面有銀白色固體析出,證明活動性:Fe>Ag,只能證明Fe的活動性強于Cu和Ag,但無法判斷Cu和Ag的活動性強弱,錯誤;D.將Cu、Ag分別加入FeSO4溶液中,兩個反應都無明顯現象,只能證明Fe的活動性強于Cu和Ag,無法判斷Cu和Ag的活動性強弱,錯誤。
有三種等質量、顆粒大小相同的X、Y、Z金屬,分別投入等質量、等濃度的稀鹽酸中,只有Y、Z表面有氣泡產生;再將Z放入Y的鹽溶液中,Z表面有Y析出,則這三種金屬的活動性由強到弱的順序為 ( )
A.X>Y>Z　　　　　B.Z>Y>X
C.Y>Z>X D.X>Z>Y
B
分別投入稀鹽酸中,只有Y、Z表面有氣泡,說明Y、Z的活動性比X強,再將Z放入Y的鹽溶液中,Z表面有Y析出,說明Z的活動性比Y強。
為驗證鋅、鐵、銅三種金屬的活動性順序,小紅設計了下圖所示的四個實驗,下列說法中正確的是 ( )
①　 ②　 ③ 　④
C
A.通過實驗①②③能驗證鋅的金屬活動性比鐵強
B.實驗③中溶液的質量變大
C.X可能為鋅,Y可能為硫酸亞鐵
D.只做實驗③和④,一定不能驗證鋅、鐵、銅的金屬活動性順序
【解析】 通過實驗①②驗證鋅、銅的金屬活動性順序為Zn>(H)>Cu,實驗③驗證鐵、銅的金屬活動性順序為Fe>Cu,所以通過實驗①②③不能驗證鋅的金屬活動性比鐵強,A錯誤;實驗③中的各物質的質量關系為++,由此可知,每56份質量的鐵和160份質量的硫酸銅反應生成64份質量的銅和152份質量的硫酸亞鐵,則反應后溶液的質量變小,B錯誤;實驗④中,要證明Zn>Fe,則X可能為鋅,Y可能為硫酸亞鐵,鋅置換出硫酸亞鐵溶液中的鐵可以說明鋅比鐵活潑,C正確;實驗③驗證鐵、銅的金屬活動性順序為Fe>Cu,若實驗④中X為鋅,Y為硫酸亞鐵,則證明Zn>Fe,所以通過實驗③和④,可以驗證鋅、鐵、銅的金屬活動性順序為Zn>Fe>Cu,D錯誤。
金屬活動性順序的判斷與驗證
　　1.金屬活動性順序的判斷
(1)金屬與氧氣的反應:金屬越容易與氧氣反應,金屬活動性越強。
(2)金屬與稀酸的反應:金屬與稀酸的反應速率越快,金屬活動性越強。
(3)金屬X與金屬Y的鹽溶液反應:若X能置換出Y,則X的金屬活動性比Y強。
(4)在金屬活動性順序中,金屬越靠前,金屬活動性越強。
(5)在自然界中以化合態存在的金屬比以單質形態存在的金屬的活動性強。
2.金屬活動性順序的驗證
(1)根據金屬能否與酸反應,以及反應的劇烈程度來驗證金屬的活動性順序。
(2)根據金屬與金屬鹽溶液能否發生反應。
①兩種金屬活動性順序的驗證(X>Y)
將金屬X放入金屬Y的鹽溶液中反應,若X能置換出Y,則X的金屬活動性X比Y強。
②三種金屬活動性順序的驗證(X>Y>Z)
a.中間金屬,兩端溶液
將金屬活動性位于中間的金屬Y分別放入兩端金屬X、Z的鹽溶液中,通過金屬與鹽溶液能否發生置換反應進行判斷。
b.中間溶液,兩端金屬
將金屬活動性最強和最弱的兩種金屬X、Z分別放入中間的金屬Y的鹽溶液中,通過金屬與鹽溶液能否發生置換反應進行判斷。
重難點三、金屬與酸反應的曲線
現有等質量的X、Y兩種金屬,分別放入溶質質量分數相同的足量稀鹽酸中,生成氫氣的質量與反應時間的關系如圖所示(已知X、Y在生成物中化合價均為+2)。下列說法錯誤的是 ( )
A.完全反應生成氫氣的質量:X>Y
B.相對原子質量:X>Y
C.金屬活動性:Y>X
D.消耗稀硫酸的質量:X>Y
B
由圖可知,完全反應生成氫氣的質量:X>Y,A正確;一定量金屬與足量酸完全反應時,產生氫氣的質量=×金屬質量,X、Y在生成物中均顯+2價,且Y生成氫氣的質量大,則相對原子質量:XX,C正確;生成的氫氣越多,消耗的稀硫酸越多,D正確。
下列有關金屬與酸反應的圖像錯誤的是 ( )
A　 　B C　　 D
D
A.等質量的四種金屬分別加入等濃度的足量稀鹽酸中
B.足量的四種金屬分別加入等質量、等濃度的稀鹽酸中
C.分別向等質量的四種金屬中加入等濃度的稀鹽酸至過量
D.分別向等質量、等濃度的稀鹽酸中加入四種金屬至過量

金屬與酸反應的圖像分析
1.足量的金屬與等質量、等濃度的酸反應
(1)以反應時間為橫坐標
①金屬越活潑,反應的速率越快,斜率越大。
②金屬是足量的,說明酸反應完全,生成氫氣的質量由酸的質量決定,酸的質量相等,則生成氫氣的質量相等。
(2)以金屬的質量為橫坐標
反應剛開始時,加入的金屬完全反應,用金屬的質量來計算氫氣的質量:當金屬元素的化合價相同時,等質量的金屬,相對原子質量越小,與酸反應生成氫氣的質量越多;當金屬元素的化合價不同時,生成氫氣的質量由金屬元素的化合價和相對原子質量共同決定,計算公式為m(H2)=。
隨著金屬的逐漸加入,金屬過量,最終生成氫氣的質量用酸的質量來計算,酸的質量相等,最終生成氫氣的質量相等。
2.等質量的金屬與足量的等質量分數的酸反應
(1)以反應時間為橫坐標
①金屬越活潑,反應的速率越快,斜率越大。
②酸是足量的,說明金屬反應完全,生成氫氣的質量由金屬的質量決定。即金屬元素的化合價和相對原子質量的比越大,生成的氫氣越多。
(2)以酸的質量為橫坐標
反應剛開始時,加入的酸完全反應,用酸的質量來計算氫氣的質量,即生成氫氣的質量相同;隨著酸的逐漸加入,金屬完全反應,最終生成氫氣的質量用金屬的質量來計算,即金屬的元素的化合價和相對原子質量的比越大,生成的氫氣越多。

重難點四、有關雜質問題的計算
例題5 改革開放以來,我國鋼鐵工業飛速發展,近年來鋼鐵產量穩居世界首位。某鋼鐵廠采用赤鐵礦(主要成分為Fe2O3)煉鐵,請計算:
(1)Fe2O3中鐵元素與氧元素的原子個數比是　 　。
2∶3
(2)若該廠日產含鐵1.4×104 t的生鐵,則至少需要含Fe2O3 80% 的赤鐵礦的質量是多少 (要求寫出計算過程)
　解:設需要赤鐵礦的質量為x。
　　Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
　 　160　　　 112
　　80%×x　　　1.4×104 t
　　=
　　x=2.5×104 t
　　答:需要含Fe2O3 80%的赤鐵礦的質量為2.5×104 t。
鈦(Ti)被稱為“未來金屬”,與人骨相容性好,由其制成的鈦合金有形狀記憶功能。一定條件下,鈦可由四氯化鈦(TiCl4)和金屬鎂反應制得,化學方程式為
TiCl4+2Mg Ti+2MgCl2。現有760 kg 含雜質20%的四氯化鈦(雜質不含鈦元素),求理論上可生產金屬鈦的質量。
解:設理論上可生產金屬鈦的質量為x。
760 kg含雜質20%的四氯化鈦(雜質不含鈦元素)中四氯化鈦的質量=760 kg×(1-20%)=608 kg
　　TiCl4+2Mg Ti+2MgCl2
　 　190 48
　　608 kg x
　　=
　　x=153.6 kg
　　
答:理論上可生產金屬鈦的質量為153.6 kg。
不純物質、純物質、物質純度之間的關系
(1)純度=×100%=1-雜質的質量分數;
(2)純物質的質量=不純物質的總質量×純度(純物質的質量分數);
(3)不純物質的總質量=;
(4)雜質的質量=不純物質的總質量×(1-純度)。

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