2023年第八单元金属和金属材料知识点总结.doc

第八单元 金属和金属材料
考点1 金属材料
金属材料涉及纯金属和合金两类，其中纯金属（90多种）， 合金（几千种）。（注意；合金不是合成材料，是金属材料）（从种类数目初步看出，合金的用途比纯金属使用更广泛）
考点2 金属材料的发展史及年产量
商朝，人们开始使用青铜器；春秋时期开始冶铁；战国时期开始炼钢；铜和铁一直是人类广泛应用的金属材料。在100数年前，又开始了铝的使用（铜，铁，铝）
因铝具有密度小和抗腐蚀，等许多优良性能，且地壳中含量较高，铝的产量已超过了铜，位于第二位。（年产量；铁＞铝＞铜）
考点3 金属的物理性质
金属都有光泽、可以导电、有导热性，有延展性（能拉成丝，能压成片），大多数金属密度和硬度较大，熔沸点较高，除此以外还具有各自特性，如铁、铝大多数金属呈银白色，但铜却呈紫红色（或红色），金呈黄色；在常温下，铁、铝、铜等大多数金属都是固体，但金属汞却是液体。且各种金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等差异较大。
考点4 金属之最
地壳中含量最高的金属元素——铝； 人体中含量最高的金属元素——钙；
目前世界上年产量最高的金属——铁； 导电、导热性最佳的金属——银；
硬度最高的金属——铬； 海水中含量最高的金属——钠
熔点最高的金属——钨； 熔点最低的金属——汞；
密度最大的金属——锇； 密度最小的金属——锂。
考点5 物质的性质与物质的用途之间的关系
1.物质的性质决定物质的用途，而物质的用途又反映出物质的性质。
2.物质的性质很大限度上决定了物质的用途。但这不是唯一的决定因素，在考虑物质的用途时，还需要考虑价 格、资源、是否美观、使用是否便利，以及废料是否易于回收和对环紧的影响等多种因素。
考点5 合金
合金定义：即在金属中加热熔合某些金属或非金属而得到的具有金属特性的混合物。（注意；合金的生产过程是一个物理过程）注意：（1）合金是金属与金属或金属与非金属的混合物。（2）合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，使合金更容易适于不同的用途.（3）平常使用的金属材料，大多数为合金。（4）金属在熔合了其它金属和非金属后，不仅组成上发生了变化，其内部组成结构也发生了改变，从而引起性质的变化。
了解几种合金
合金
铁的合金
铜合金
焊锡
钛和钛合金
形状记忆金属
生铁
钢
黄铜
青铜:
成分
含碳量
2%~4.3%
含碳量
0.03%~2%
铜锌
合金
铜锡
合金
铅锡
合金

钛镍合金
备注
不锈钢：含铬、镍的钢
具有抗腐蚀性能
紫铜为纯铜
熔点低

钛和钛合金：被认为是21世纪的重要金属材料，钛合金与人体有很好的“相容性”，因此可用来制造人造骨等。钛合金的优点：① 熔点高、密度小；② 可塑性好、易于加工、机械性能好；③ 抗腐蚀性能好

合金与组成它们的纯金属性质比较。
下面是黄铜和铜片，焊锡和锡，铝合金和铝线的有关性质比较：
领取处 c性质比较
铜
锡
铝
黄铜
铜
焊锡
锡
铝合金
铝
光泽与颜色
黄色
有光泽
紫红色
有光泽
深灰色
金属光泽
银白色
有光泽
银白色
有光泽
银白色
有光泽
硬度
比铜大
坚韧
硬度大
质软
坚硬
质软
熔点
比铜低
较高
比锡低
较低
比铝低
较高
注意：(1)一般来说，强度和硬度比各成分大;
(2)抗腐蚀性能更好。
（3）一般说来，合金的熔点比各成分低;
（4）合金的导电导热性一般低于各组成成分。
4、金属分类：（了解）
黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。
重金属：如铜、锌、铅等（密度大于4.5g/cm3)
有色金属
轻金属：如钠、镁、铝等；密度小于4.5g/cm3）
（有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。）
常考金属及合金的性质及运用
① 铝箔用作食品包装 延展性
②铝用于制门窗 耐腐蚀，且密度小
③铝用于制导线 导电性
④铝壶烧水 导热性（铝的导热性比铁强）
⑤铝用于制飞机，火箭 密度小，强度硬度大
⑥铝制品用作化学反映器具 耐腐蚀性
⑦汞用于制温度计 熔点低
⑧镀在热水瓶的内胆上的是银
⑨焊锡 熔点低
⑩用钨丝做灯丝 熔点高
锌做干电池负极 导电性 （了解）
锌和铝同样在空气中形成致密的氧化膜，刻镀在铁制品表面防锈（即白铁皮）
不锈钢抗腐蚀性好，用于医疗器械，炊具等
常用作导线的有铜和铝（由于铝的密度较小，在远程输电时常用铝做导线便于铺设）
白铜耐腐蚀耐磨，可用于制钱币（了解）
黄铜和青铜强度大耐腐蚀常用于做机械零件，仪表。（了解）
考点6 金属与氧气的反映
金属
条件
反映方程式
现象
Mg
常温下（在空气中
2Mg＋O2 =2MgO
银白色镁条在空气中表面逐渐变暗，生成白色固体。
点燃时（在空气中或在氧气中）
点燃
2Mg＋O2 ======2MgO
剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，生成一种白色固体。（在空气和氧气中都能燃烧）
Al
常温下（在空气中）
4Al+3O2 =2Al2O3
银白色的表面逐渐变暗，生成一层致密的薄膜。（固在空气中不燃烧）
点燃时（在氧气中）
点燃
4Al+3O2 ====2Al2O3
剧烈燃烧，放出大量的热，产生耀眼的白光，生成白色固体。（空气中不燃烧）
Fe
常温下，干燥的空气

常温下，在潮湿的空气中
铁与空气中的氧气和水共同作用下会生成暗红色疏松的物质—
铁锈（Fe2O3·xH2O）或写成Fe2O3
在氧气中点燃（在空气中可加热至红热，但不能燃烧）
点燃
3Fe＋2O2 ======Fe3O4
剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成一种黑色固体。
Cu
常温下，干燥的空气

加热时
△
2Cu＋O2 =====2CuO
铜丝表面逐渐变为黑色
在潮湿的空气中
2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3
铜表面生成一层绿色物质
Au、Ag
即使在高温下也不与氧气反映“真金不怕火炼”。
结论：大多数金属都能与氧气反映，但反映的难易和剧烈限度不同。Mg、Al等在常温下就能与氧气反映；Fe、Cu等在常温下几乎不能单独与氧气反映，但在点燃或加热的情况下可以发生反映；Au、Ag等在高温时也不与氧气反映。
考点7 金属与酸的反映
金属
现象
反映的化学方程式
稀盐酸
稀硫酸
稀盐酸
稀硫酸
镁
剧烈反映，产生大量气泡，放出热量(试管壁发热)，生成的气体可以燃烧并且产生淡蓝色火焰。
Mg＋2HCl =MgCl2＋H2

Mg＋H2SO4=MgSO4＋H2
铝
剧烈反映，产生大量气泡，放出热量，生成的气体可以燃烧并且产生淡蓝色火焰。
2Al+6HCl=2AlCl3+3H2
2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2
锌
反映比较剧烈，产生大量气泡，试管壁发热，生成的气体可以燃烧并且产生淡蓝色火焰。
Zn＋2HCl =ZnCl2＋H2
Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2
铁
反映缓慢，有气泡产生，溶液由无色逐渐变为浅绿色，生成气体可以燃烧并且产生淡蓝色火焰。
Fe＋2HCl =FeCl2＋H2
Fe＋H2SO4 =FeSO4＋H2

铜
不反映

结论：Mg、Zn、Fe的金属活动性比铜强，它们能置换出稀硫酸或稀盐酸中的氢。
注:实验室用锌和稀硫酸制氢气，由于反映速率刚好，镁铝太快，而铁太慢；
（①CuSO4溶液：蓝色 FeSO4：浅绿色 FeCl3 黄色
②Fe在参与置换反映时，生成+2价的亚铁盐。）
根据金属和酸反映放出气体的速率可以判断金属的活动性顺序（但只能判断排在H前的金属活动性）
金属与酸反映生成氢气的质量（口述讲解）
考点8 金属与化合物溶液的反映
实验操作
现象
反映的化学方程式
质量变化
应用
铁丝浸入硫酸铜溶液中
浸入溶液的铁钉表面覆盖一层紫红色的物质，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色
Fe＋CuSO4= Cu＋FeSO4
金属质量增长，溶液质量减少
不能用铁制品放硫酸铜溶液（或农药波尔多液）
铝丝浸入硫酸铜溶液中
浸入溶液的铝丝表面覆盖一层紫红色的物质，溶液由蓝色逐渐变为无色
2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu
金属质量增长，溶液质量减少

铜丝浸入硝酸银溶液中
浸入溶液的铜丝表面覆盖一层银白色的物质，溶液由无色逐渐变为蓝色
Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag

金属质量增长，溶液质量减少

铜丝浸入硫酸铝溶液中

结论：1.以上四种金属的活动性由强到弱的顺序为：Al>Fe>Cu>Ag
2.活泼性强的金属能把活泼性弱的金属从其化合物溶液中置换出来。
注意：此类反映能进行的条件如下
1.单质金属必须排在化合物中的金属之前。
2.此类反映一定在溶液中进行，不溶于水的化合物一般不与金属反映。（如铁和氯化银不能反映）
3. K、Ca、Na活动性非常强，但不能用它们置换化合物中的金属，由于它们能同溶液中的水剧烈反映。
根据金属和金属盐溶液的反映也可比较金属的活动性顺序；
（学会描述金属和金属盐溶液反映的实验现象）

考点9 置换反映
置换反映：由一种单质与一种化合物反映，生成另一种单质与化合物的反映叫做置换反映。
C+2CuO 高温 2Cu+CO2↑ Fe＋CuSO4= Cu＋FeSO4 Zn＋2HCl =ZnCl2＋H2
考点10 金属活动性顺序
人们通过大量的实验验证得到常见金属的活动性顺序：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性：由强到弱
应用：
1.在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性越强。
2.在金属活动性顺序里，位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢。（酸不能是浓硫酸或硝酸）
3.在金属活动性顺序里，位于前面的金属能把位于后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来（除K、Ca、Na）
考点11 矿石
1. 金属资源的存在方式：地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，大多数金属化合物性质较活泼，所以它们以化合物的形式存在；只有少数金属化学性质很不活泼，如金、银等以单质形式存在。
2. 矿石：工业上把能提炼金属的矿物叫矿石。

3. 常见矿石名称与其重要成分：
名称
赤铁矿
黄铁矿
菱铁矿
磁铁矿
铝土矿
黄铜矿
辉铜矿
重要成分
Fe2O3
FeS2
FeCO3
Fe3O4
Al2O3
CuFeS2
Cu2S
考点13 一氧化碳还原氧化铁
(1)仪器：铁架台（2个）、硬质玻璃管、单孔橡皮赛（2个）、酒精灯、试管、酒精喷灯、双孔橡皮赛、导气管。
(2)药品：氧化铁粉末、澄清石灰水、一氧化碳气体
（3）装置图：

（3）实验前要检查一氧化碳的纯度，由于一氧化碳是可燃性气体，假如其中混有空气或氧气，温度达成着火点或与明火接触也许发生爆炸。（氢气同理）
（4）环节：①检查装置的气密性；②装入药品并固定；③向玻璃管内通入一氧化碳气体；④给氧化铁加热；
⑤停止加热；⑥停止通入一氧化碳。
（5） 现象：红色粉末逐渐变成黑色，澄清石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。
高温 点燃
（6）化学方程式：3CO+Fe2O3====2Fe+3CO2 2CO+O2=====2CO2 Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O
在实验中应先通入一会儿一氧化碳，再加热，因素是防止一氧化碳混入空气而引发爆炸；实验结束后应先停止加热，然后继续通一氧化碳一直到玻璃管冷却，重要是为了防止被还原的铁再次被氧化。
（7）用澄清石灰水的目的是检查产物中有二氧化碳。
（8）尾气解决：因CO有毒，不能随意排放在空气中，解决的原则是将CO燃烧掉转化为无毒的CO2或用气球收集备用。
注意；实验室还原得到的铁是纯铁
考点14 工业炼铁
（1）原理：在高温下，运用焦炭与氧气反映生成的还原剂（CO）将铁从铁矿石里还原出来。
（2）原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气
（3）重要设备：高炉
（4）焦炭的作用①提供能量②与氧气反映生成还原剂
（5）石灰石的作用；将矿石中的二氧化硅转变为炉渣。
（6）冶炼过程中发生的化学反映：
点燃 高温 高温
C+O2====CO2 CO2+ C=====2CO 3CO+Fe2O3====2Fe+3CO2
高温 高温
CaCO3=====CaO+CO2↑ CaO+SiO2=====CaSiO3
注意：工业炼铁得到的是生铁，不是纯铁

考点15 金属的锈蚀和保护
植物油
干燥剂
1. 铁生锈的实验（见右图）
【实验器材】大试管、试管夹（带铁夹的铁架台）、胶塞、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、洁净无锈的铁钉、植物油
干燥剂
棉花和干燥剂氯化钙等。
【实验过程】取三根洁净无锈的铁钉，一根放在盛有蒸馏水的试管中，并使铁钉外露一半；一根放在用植物油密封的蒸馏水中；一根放在干燥的空气中，注意天天观测铁钉锈蚀的现象，连续观测约一周。
【实验现象】第一个试管中的铁钉生锈，而第二、三个试管中没有明显现象。
【实验结论】铁生锈事实上是铁与空气中的氧气、水蒸气共同作用的结果。
【注意事项】
第二个试管内没有现象，证明了铁钉生锈需要氧气；
第三个试管内没有现象，证明了铁钉生锈需要水蒸气。
铁锈很疏松，铁制品可以所有被锈蚀。

2 结论：铁的锈蚀条件：有水和氧气（必须同时具有）
注意：酸碱盐的溶液可加快铁的腐蚀。
3. 常见防锈的方法：①保持铁制品干燥，洁净； ②在金属表面涂一层保护膜，如；涂油，刷油漆，镀一层其他耐腐蚀的金属（如锌），或搪瓷，烤蓝（其实质是形成一层氧化膜）。③制成不锈钢
4. 常见的除锈方法；①用砂纸打磨，用刀刮②用酸清洗（酸不能过量）Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
Fe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O
考点16 保护金属资源
保护金属资源的有效途径：
1． 防止金属的腐蚀 2.金属的回收运用 3.有计划合理的开采矿物 4. 寻找金属的代用品
经典例题

1．(09广东省)．炼铁高炉中发生了下列反映：（ ）
①高温下一氧化碳将铁矿石还原为铁 ②高温煅烧石灰石
③灼热的焦炭和二氧化碳反映 ④焦炭充足燃烧
其中属于化合反映的是
A． ①和④ B．②和③ C．③和④ D．只有④
3、（09南京）2023年上海世博会中国馆—“东方之冠”给人强烈的视觉冲击，它的主体结构为四根巨型钢筋混凝上制成的陔心筒。其中钢属于（ ）
A．金属材料 B．合成材料
C．天然材料 D．复合材料
4、（09南昌市）铝、铜、铁、金四种金属具有相似的性质是（ ）
A．都是银白色的固体 B．有导电性
C．能和稀硫酸反映 D．通常状况下能与氧气反映
5、 （09临沂市）光亮的铁钉在下列几种情况下，最不容易生锈的是（ ）