金属材料知识点梳理.docx

第八单元 金属和金属材料
第一节 金属材料
一、金属材料：金属材料包括纯金属以及它们的合金。
1、金属的物理性质：共性和个性（括号内是个性）
在常温下一般为固态（汞为液态），有金属光泽,大多数金属呈银白色(铜呈紫红色，金呈黄色）；
具有良好的导电性、导热性、有延展性、能够弯曲、熔点较高、硬度较大、密度较大。
2、金属的应用：
物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但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境的影响等多种因素。
n 铜、铝——电线——导电性好、价格低廉
n 钨——灯丝——熔点高
n 铬——电镀——硬度大
n 铁——菜刀、镰刀、锤子等
n 汞——体温计液柱
n 银——保温瓶内胆
n 铝——“银粉”、锡箔纸
二、合金：
1、定义：由两种或两种以上的金属或金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。（合金是混合物。金属氧化物不是合金）
目前已制得的纯金属只有90多种，而合金已达几千种。
2、 合金与组成它们的金属的性质差异
①合金的颜色比组分金属的颜色更鲜艳。
②合金的硬度大于组成它的纯金属。
③合金的熔点低于组成它的纯金属。
④合金的抗腐蚀性强。
3、常见的合金：
合金
铁的合金
铜合金

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
备注
不锈钢是含铬、镍的钢，具有抗锈蚀性能。
生铁较脆，钢具有韧性。
生铁常制成暖气片。
紫铜是纯铜
钛和钛合金：被认为是21世纪的重要金属材料，钛合金与人体具有良好的“相容性”，可用来造人造骨。
钛和钛合金的优点：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。
l 生铁和钢性能不同的原因：含碳量不同。

第二节 金属的化学性质
一、金属与氧气的反应
1、镁、铝：常温下能与空气中的氧气反应：
2Mg+O2=2MgO 4Al+3O2=2Al2O3
u 铝的抗腐蚀性能好的原因：铝在空气中与氧气反应，其表面生成一层致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化。
2、铁、铜：在常温下、干燥的环境中，几乎不与氧气反应，但在潮湿的空气中会生锈。
铁、铜在高温时能与氧气反应：
3Fe+2O2Fe3O4 2Cu+O22CuO
3、金即使在高温时也不与氧气反应。（真金不怕火炼）

二、金属与酸的反应：活泼金属＋酸 → 盐＋H2↑
1、化学方程式：
Mg+2HCl=MgCl2+H2↑ Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑
Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑ Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
Fe+2HCl=FeCl2+H2↑ Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
2、置换反应：由一种单质和一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应叫置换反应（当铁单质参加置换反应时，生成物中的铁元素呈+2价）
3、金属与化合物溶液的反应：（条件：“前换后”）
活动性强的金属放入活动性弱的金属的混合盐溶液中，活动性强的金属优先把活动性最弱的金属从盐溶液中置换出来。一个置换反应结束后，另一个置换反应才会发生。如在硫酸亚铁和硫酸铜的混合溶液中加入锌粒，锌会先和硫酸铜反应，反应完毕后锌才和硫酸亚铁反应。
4、 应用：“湿法冶金”的反应原理：Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
5、 补充：Fe2+的盐溶液是浅绿色的，
Fe3+的盐溶液是黄色的，
Cu2+的盐溶液是蓝色的。
三、常见金属在溶液中的活动性顺序：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au

金属活动性由强逐渐减弱
1、 在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性就越强。
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。
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。
补充：钾、钙、钠不符合2、3两条。它们会和水反应生成氢气
第三节 金属资源的利用和保护
矿石：工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
常见的铁矿石及主要成分：赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）
一、铁的冶炼
1、 原料：铁矿石（赤铁矿或磁铁矿）、焦炭、石灰石、（空气）。
2、 反应原理：在高温条件下用还原剂一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来。
3CO+Fe2O32Fe+3CO2
3、 设备：高炉
4、产品：生铁（高炉中炼出的铁含碳）
二、含杂质的反应物或生成物的有关计算
强调：化学方程式中的各物质均表示纯净物，不纯物质的质量不能代入方程式中计算。
当参加反应的物质含杂质时，先要把含不纯物质的质量换算成纯物质的质量，再进行计算。
转换公式： 。
变形式：纯物质的质量 = 不纯物质的质量 ｘ纯度

【例题】1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少？
【解法1】 1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为：
设生成的铁的质量为x。

折合为含铁96%的生铁的质量为
答：800t氧化铁理论上可以炼出生铁的质量为583t。
【解法2】 设理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量为x。（x不是纯物质的质量，不能直接代入计算）
1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为：

答：800t氧化铁理论上可以炼出生铁的质量为583t。

三、铁锈蚀条件的实验探究（见右图）
1、实验探究
【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、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，注意每天观察铁钉锈蚀的现象，连续观察约一周。
【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
【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。
植物油
干燥剂
【实验结论】：
铁生锈实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气共同作用的结果。
（铁锈很疏松，铁制品可以全部被锈蚀）
2、防止铁制品生锈的方法
①保持铁制品表面的洁净与干燥。
②在铁制品表面涂一层保护膜。
物理方法：刷油漆、涂油
化学方法：电镀其它金属（铬或锌）、进行“烤蓝”处理等　
③制成合金。如不锈钢等。
3、金属资源的保护措施：
① 防止金属的腐蚀；
② 回收利用废旧金属；
③ 有计划、合理地开采矿物；
④ 寻找金属的代用品。
4、意义：
节约金属资源和能源，降低金属的生产成本，减少对环境的污染。