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第二章 物質轉化與材料利用
一、金屬材料
1.金屬與非金屬的主要性質差異
金屬
除汞外，元素的中文各名稱都帶有金字旁。
非金屬
有特殊的金屬光澤，一般為銀白色 如：銅（紫紅色）、鋁、鐵、汞（銀白色）、金（金黃色）
有多種顏色，無光澤，外表暗淡?如：硫（黃色）、碳（黑色）、紅磷（紅色）、溴Br2（紅棕色）學
常溫下一般是固體（汞為液態）
常溫下一般為固態或氣態（溴為液態）
有延展性
不具延展性
有可鍛性
不具可鍛性
硬度大
硬度不一致
有良好的導電性
不導電（除石墨）
有良好的導熱性
不導熱（除石墨）
密度大
密度小
熔點高
熔點低
注：（1）金屬一定能導電、導熱，但能導電導熱的單質不一定是金屬。如非金屬石墨也能導電，也能導熱。?
（2）金屬在常溫下，除汞是液態外，?一般是固態。非金屬在常溫，除溴是液態外，一般是氣態或固態?。
【討論】1、銀是最佳的導熱體，為什么銀不宜用來制造煮食器皿?試舉出原因。?
銀器煮食回產生Ag+,Ag+會對人體有害，②銀太貴，太軟，易氧化變黑。
?2、為什么裝食品的罐頭一般用鍍錫的鐵制造，而不用錫制造??錫太軟不能制造罐頭殼，而鍍錫的鐵片卻能防止鐵生銹。?
2. 合金（混合物）：將一種金屬跟其他一種或幾種金屬（非金屬）一起熔合而成的具有金屬
特性的物質，即為合金。（合金與純金屬相比，一般具有較低的熔點，較大的硬度，較
差的導電性）
鋼：鐵（硬而脆，無韌性）和碳元素組合的合金，含C量較低，機械性能好，質地堅硬，有彈性和延展性?。
3. 金屬的污染和回收利用
二、金屬的化學性質
1. 金屬與氧氣的反應
2Mg+O2===2MgO 產生耀眼白光，產生大量熱，生成一種白色的固體。
2Cu+O2===2CuO 銅在加熱的情況下，顏色會逐漸變黑，生成 CuO。
4Al+3O2=2Al2O3 銀白色的鋁的表面逐漸變暗生成一層致密的薄膜，它能阻止金屬繼續被空氣氧化。
在氧氣中點燃鋁 4Al+3O2===2Al2O3 劇烈燃燒，火星四射，放出大量熱，生成白色固體。
3Fe+2O2===Fe3O4 劇烈燃燒，火星四射，放出熱量，生成黑色固體。
金屬鐵在潮濕的空氣中容易生銹，鐵銹的主要成分是 Fe2O3。
2. 金屬與酸的反應
1. 金屬與酸反應 【金屬 + 酸 → 鹽 + H2↑】
反應物
反應現象
反應速度
化學方程式
稀
鹽
酸
或
稀
硫
酸
(非氧
化性）
鋁
開始無明顯現象，后來鋁片表面冒氣泡，產生氣泡速度越快，試管外壁有放熱現象
很快
2Al + 6HCl==2AlCl3 +3 H2↑
2Al + 3H2SO4==Al2（SO4）3+3H2↑
鋅
鋅劇烈反應，不斷減少，產生大量氣泡
較快
Zn +2HCl ==ZnCl2 +H2↑
Zn + H2SO4 == ZnSO4 +H2↑ （實驗室制取氫氣）用鎂反應太快了，來不及收集，而用鋅速度剛好。因為鹽酸具有揮發性，用鹽酸制取的氫氣中含有氯化氫氣體而不純
鐵
反應緩慢，有氣泡生成，溶液由無色變為淺綠色
較慢
Fe+ H2SO4 ==FeSO4+H2↑
Fe+2HCl ==FeCl2+ H2↑
銅
不 反 應
注意：鋁制容器不能盛放酸性或堿性 溶液，因為酸性或堿性物質會破壞鋁的氧化膜，進而腐蝕鋁。洗滌鋁時不能用鋼絲擦洗，避免破壞氧化膜。
2.置 換 反應 ：由一種單質與一種化合物發生反應，生成另一種單質與另一種化合物的反應，表達式： A+BC→AC+B
3.金屬活動性順序
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au
金 屬 活 動 性 由 強 逐 漸 減 弱
4.三個應用
①判斷金屬的活動性順序，金屬的位置越靠前，它的活動性就越強；
②判斷金屬與酸能否發生置換反應，位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、稀硫酸中的氫(不是氫原子），而排在氫后面的
金屬則不能；金屬（氫前面的）金屬+酸=鹽+氫氣
判斷金屬與鹽溶液能否發生置換反應，一般排在前面的金屬能把排在后面的金屬從它們的鹽溶液 里置換出來。 （活潑性強）金屬+鹽(可溶)=新鹽+（弱）
金屬與部分鹽溶液反應
【注意】
1.K、Ca、Na 太活潑，易與水反應生成相應的堿，不與酸、鹽發生置換反應；
2.鐵與酸、鹽發生的置換反應中，產物是亞鐵鹽（Fe2+）
3.金屬與鹽反應時，鹽必須是可溶的，如Cu與AgCl不反應
4.判斷三種金屬活動性時用的方法：把三種金屬按活動能力由強到弱排序,則方法有：
1.取最活潑金屬單質和中間金屬的鹽溶液和最不活潑金屬單質就能把三種金屬的活動性判斷出來.（兩鹽夾一金）
2.取最活潑金屬鹽溶液和中間金屬的單質和最不活潑金屬鹽溶液,就能把三種金屬的活動性判斷出來.（兩金夾一鹽）
根據是若A金屬和B金屬的鹽溶液能反應,則A金屬比B金屬活動性強,反之則弱.
★5.金屬與鹽溶液反應的規律:
①將幾種不同的金屬放入同一種鹽溶液中，其中排在金屬活動性順序中最靠前的金屬先反應，然后是稍靠前的金屬反應。解題時可將全部的金屬先按金屬活動性從強到弱順序排列，再判斷是否發生反應。
②將一種金屬單質放入幾種金屬的鹽溶液的混合液中時，其中排在金屬活動性順序中最靠后的金屬最先被置換出來，然后再依次置換出稍靠后的金屬。
★6.等質量的不同金屬與足量酸（稀鹽酸或稀硫酸）反應，生成氫氣的質量大小，取決于元素的化合價與該金屬相對原子質量的比值。
①等質量的金屬、足量的酸，金屬元素化合價相同時，金屬的相對分子質量越小，產生氫氣越多；
金屬越活潑，反應速率越快，最先被消耗完，反映在m(H2)-時間圖線上越陡
②酸等量、金屬足量，生成氫氣一樣多。酸因量不足而在反應中完全消耗。
例：
★7.不同金屬與足量的某酸反應制得等量的氫氣時，所消耗的金屬質量比等于金屬元素的相對原子質量與其化合價的比。
5.防止金屬腐蝕的常用方法
①金屬的銹蝕既與周圍環境里水，空氣等物質的作用有關，也與金屬內部的結構有關。（拓展：鐵生銹會消
耗氧氣，引起氣壓變化）
②防止鐵制品生銹的具體方法為：防銹方法：1.保護膜法2.改變內部結構法。
保護膜法包括：1.非金屬覆蓋層2.金屬鍍層3.自身氧化膜保護層
③探究鐵的銹蝕條件：
三、有機物和有機合成材料
1.有機物：將含碳的化合物（除碳的氧化物、碳酸、碳酸鹽）叫有機物。有機物大多含有C、H、O、N等元素。
2.甲烷
（1）甲烷的化學式為CH4，它是最簡單的一種有機物。
（2）沼氣、天然氣和石油氣的主要成分都是甲烷。
（3）由于甲烷氣體與空氣或氧氣混合點燃時，易發生爆炸，故使用前需要驗純 。
（4）甲烷密度比空氣小
（5）甲烷燃燒：CH4+2O2===CO2+2H2O 產生淡藍色火焰，產生的氣體能使澄清石灰水變渾濁。
3.(1) 打火機中液體的主要成分---丁烷（C4H10），易被液化、具有可燃性
它在空氣中燃燒的化學方程式：2C4H10 + 13O2 === 8CO2 + 10H2O
(2) 乙炔C2H2 ，具有可燃性，燃燒能產生3000度以上的高溫，可以用于焊接和切割金屬。
它在空氣中燃燒的化學方程式： 2C2H2 + 5O2 === 4CO2 + 2H2O
4.有機物的特性。
（1）大部分有機物熔點較低，易揮發，不易導電，易燃燒等。
（2）許多有機物，如酒精、苯等都是常見的、很好的溶劑
5.人體內最基本的有機物有糖類、蛋白質、脂肪等。
羊毛（蛋白質）燃燒：有燒焦羽毛的味道，同時看到黑煙
棉花燃燒：燒紙的味道
有機合成材料：合成塑料（可塑性，柔韌高，良好的絕緣性）、合成纖維和合成橡膠
【注意】要驗證有機物的元素的組成，須先將有機物燃燒，鑒定氣體中H2O和CO2的存在，若要鑒定C、H元素，定性測定即可，若要鑒定O元素則要進行定量測定，測出有機物中其他元素的質量分數，進而判斷原有有機物是否含有O元素。
物質的分類
物質的轉化
①非金屬及其化合物之間的轉化
1.非金屬+氧氣→非金屬氧化物（大多是酸性氧化物→能與堿反應生成鹽和水）
（1）硫與氧氣的反應:硫是一種淡黃色粉末狀固體。硫在空氣中燃燒發出微弱的淡藍色火焰，在氧氣中燃燒發出明亮的藍紫色火焰，都生成一種有毒、有刺激性氣味的無色氣體SO2，
化學方程式:S+O2=====SO2
注意: ①實驗最好在通風櫥中進行
②在集氣瓶底部要預先放少量氫氧化鈉溶液來吸收生成的SO2，防止對空氣造成污染。
（2）磷與氧氣反應:4P+5O2===2P2O5
碳和氧氣反應:C+O2=====CO2（若氧氣不充足則生成CO）
2.非金屬氧化物（酸性氧化物）+水→酸
將CO2通入蒸餾水中，然后滴加幾滴紫色石蕊試液，溶液變紅，將紅色溶液加熱，溶液又變成紫色。
原因:CO2和水反應生成了碳酸，碳酸使紫色石蕊試液變紅；碳酸不穩定，受熱易分解。
化學方程式:CO2+H2O＝H2CO3（不穩定，易分解） H2CO3===CO2↑+H2O
（2）二氧化硫和水反應:SO2+H2O＝H2SO3（不穩定，易分解）
三氧化硫和水反應:SO3+H2O＝H2SO4
總結:非金屬+氧氣→非金屬氧化物+水→酸+堿→鹽（不穩定酸受熱也可以分解成非金屬氧化物）
②金屬及其化合物之間的轉化
1.金屬+非金屬（不包括氧氣）→金屬化合物（無氧酸鹽）
（1）鐵粉和硫的反應
①硫是一種淡黃色粉末，鐵粉為黑色粉末，當把它們混合時，用磁鐵接近混合物，其中的鐵粉能被吸引，說明鐵仍以單質形式存在，兩者未反應
②將混合物放進試管內加熱，可以觀察到試管內發光，反應放出大量熱，停止加熱，冷卻后，用磁鐵靠近反應后生成的黑色塊狀固體，不能被磁鐵吸引，說明鐵單質已經發生了轉化。化學方程式:Fe+S==FeS（硫化亞鐵）
2.金屬+氧氣→金屬氧化物（大多是堿性氧化物）
3.少數金屬氧化物+水→可溶性堿
（1）生石灰與水反應:向生石灰中加入少量水，攪拌，可以觀察到生石灰和水發生劇烈反應，放出大量熱，水沸騰；滴入幾滴無色酚酞試液，溶液變紅。 化學方程式:CaO+H2O＝Ca（OH）2
（2）氧化鈉和水反應:Na2O+H2O＝2NaOH 氧化鋇和水反應:BaO+H2O＝Ba（OH）2
（CuO和Fe2O3都不能和水反應）
注意:不溶性堿===金屬氧化物+水
如:Cu（OH）2===CuO+H2O 2Fe（OH）3===Fe2O3+3H2O
總結:金屬+氧氣→金屬氧化物+水→可溶性堿+堿→鹽
不溶性堿===金屬氧化物+水
★③金屬的冶煉
1.金屬在自然界的存在形式
大多數金屬是以化合態（化合物）的形式存在的，只有少數金屬是以游離態（單質）的形式存在的。一般來說，化學性質活潑的金屬以化合態的形式存在，化學性質穩定的金屬以游離態的形式存在
2.金屬的冶煉的原理與方法
（1）金屬冶煉原理:把金屬從化合態變成游離態。
（2）常用的金屬冶煉方法:用C、CO和H2等還原劑與金屬氧化物在高溫下反應，奪取金屬氧化物中的氧，得到金屬單質。
如:C（還原劑）+2CuO（氧化劑）===2Cu+CO2↑（氧化還原反應）、
CO+CuO===Cu+CO2、2Fe2O3+3C===4Fe+3CO2↑、3CO+Fe2O3===2Fe+3CO2
（3）氫氣還原氧化銅實驗:
①化學方程式:H2+CuO===Cu+H2O
②實驗裝置:如右圖
③實驗步驟:
檢（檢驗氫氣的純度）、
通（通氫氣）、
點（點燃酒精燈加熱）、
熄（實驗完畢后，先熄滅酒精燈）、
冷（繼續通氫氣，直到試管完全冷卻）
④實驗現象:黑色粉末逐漸變成紅色，試管口出現小水珠
⑤實驗注意事項:
注意事項
原 因
試管口應略向下傾斜，且不能塞塞子
避免反應中生成的水倒流入試管底部引起試管破裂；也因為氫氣密度小于空氣，向下傾斜才能使氫氣到試管底部
氧化銅要鋪在試管底部
增大反應物的受熱面積，加快反應速率
通氫氣的導管應插到試管底部的氧化銅上方
為了避免氧化銅粉末堵塞導管；易把試管里的空氣排盡，避免加熱時發生危險
實驗時先通氫氣再給氧化銅加熱
把試管中的空氣排盡，避免氫氣和空氣混合物加熱時發生爆炸
實驗結束先停止加熱，繼續通氫氣，直至試管冷卻
防止灼熱的銅被空氣中的氧氣重新氧化成氧化銅
3.還原反應:含氧化合物里的氧被奪取的反應
還原性:C、H2、CO等能從CuO中奪取氧的性質，具有還原性的物質可以做還原劑
④化合物之間的轉化
物質的鑒別與推斷
1.物質的推斷的證據是物質的性質，物質性質如顏色、狀態、氣味、揮發性等，化學性質如酸堿性，可燃性、還原性等。解題的突破口通常是顏色，反應特征、物質狀態、反應條件、物質特征現象、特定的實驗結果等。
2.框圖型物質推斷題，可以根據題干提供的信息，結合框圖，找準解題的突破口，根據敘述的關鍵，以及物質的性質和物質之間的反應，得出關鍵物質的化學式，然后順推或逆推或由兩邊向中間推的出其他物質的化學式。
3.進行物質鑒別的關鍵是找到特殊明顯的可觀察想象。常見離子的檢驗方法要牢記。
1、下面的四組溶液中，不用加其它任何試劑，只需組內物質相互反應，就能加以鑒別的（ ）
A、NaCl、Na2CO3、HCl、KNO3 B、Na2SO4、Ba(NO3)2、K2CO3、KNO3
C、NaOH、CuSO4、NaCl、Ba(NO3)2 D、FeCl3、NaOH、 Na2SO４、 KCl
2、按下列添加試劑的先后順序，即可將稀鹽酸、稀硫酸、硫酸鉀、氫氧化鈉和硝酸鉀五種無色溶液鑒別開來的是 （ ）
A、石蕊試液、AgNO3溶液、HNO3　　B、BaCl2溶液、酚酞試液、AgNO3溶液
C、石蕊試液、BaCl2溶液 　 D、酚酞試液、BaCl2溶液、AgNO3溶液

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