專題三金屬和金屬礦物

專題三 金屬與金屬礦物【復習目標】1.了解金屬的物理性質(zhì)，認識常見金屬的主要化學性質(zhì)，了解防止金屬銹蝕的簡單方法；了解合金的概念及其特征；2.知道一些常見金屬（鐵、鋁）礦物；知道可用鐵礦石煉鐵；3.知道在金屬中加入其它元素可以改變金屬材料的性能，知道生鐵和鋼等重要的合金。4.認識金屬材料在生產(chǎn)、生活和社會發(fā)展中的重要作用；認識廢棄金屬對環(huán)境的影響和回收金屬的重要性。【知識要點梳理】一、金屬材料1.金屬材料包括純金屬以及它們的合金。合金屬于金屬材料；2合金與組成它的純金屬相比：硬度增大、熔點降低合金的抗腐蝕性能增強（合金具有更廣泛的用途）。3.金屬大規(guī)模開發(fā)和利用的先后順序與金屬的活動性有關。鐵、鋁、銅被人類利用的先后順序是：銅鐵鋁，鋁的利用比銅和鐵晚。4金屬的物理性質(zhì)：有金屬光澤，大多數(shù)金屬都是電和熱的良導體，有延展性；金屬在物理性質(zhì)上的差異：顏色差異：大多數(shù)金屬呈銀白色，銅為紫紅色、金呈黃色；常溫下，大多數(shù)金屬都是固體，汞是液體；金屬在導電導熱性、密度、熔點、硬度、延展性等方面均有較大差異。5金屬之最：目前世界年產(chǎn)量最多的金屬是鐵；導電性最好的金屬是銀；熔點最高的金屬是鎢；硬度最大的金屬是鉻；熔點最低的金屬是汞；鋁是地殼中含量最多的金屬元素；鈣是人體中含量最多的金屬元素。6.合金是指由一種金屬與其他金屬或非金屬熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)，屬于混合物。7常見的合金：生鐵和鋼都是鐵的合金，其主要成分是鐵，生鐵和鋼的主要區(qū)別在于含碳量不同，生鐵的含碳量是2%4.3%，鋼的含碳量是0.03%2%；鈦合金與人體有很好的“相容性”，因此可用來制造人造骨。8物質(zhì)性質(zhì)與用途的關系：物質(zhì)的性質(zhì)在很大程度上決定了物質(zhì)的用途，但性質(zhì)不是唯一的決定因素。在考慮物質(zhì)的用途時，還需要考慮價格、資源、是否美觀、使用是否便利、廢料是否易于回收和對環(huán)境的影響等多種因素。二、金屬的化學性質(zhì)1與氧氣的反應：大多數(shù)金屬能與氧氣反應生成金屬氧化物（金、銀、鉑除外），但反應的難易和劇烈程度不同，一般金屬越活潑，反應越劇烈；（1）鎂、鋁等較活潑金屬在常溫下就能與氧氣反應。 鋁與空氣中氧氣反應，生成一層致密的氧化物薄膜，從而阻止鋁進一步被氧化，因此，鋁具有較好的抗腐蝕性能；（2）鐵與氧氣反應：鐵在干燥空氣中很難與氧氣發(fā)生反應；鐵在潮濕的空氣中，能發(fā)生銹蝕，生成鐵銹(主要成分Fe2O3)；鐵在純氧中劇烈燃燒，火星四射，生成黑色固體，化學方程式為3Fe+2O2 Fe3O4（3）銅在加強熱的情況下，銅與氧氣反應，表面逐漸變成黑色。化學方程式為：2Cu + O22CuO；銅在潮濕的空氣中生成銅綠，其主要成分是堿式碳酸銅【化學式為Cu2(OH)2CO3】，銅生銹是銅與氧氣、水、二氧化碳共同作用的結果；2與稀鹽酸、稀硫酸的反應：金屬與酸反應速率的快慢與金屬的活動性有關，活動性強的金屬與酸反應的速率快。（1）反應規(guī)律：金屬+酸鹽+ H2（2）反應條件：酸一般指鹽酸或稀硫酸，不能是強氧化性酸，如濃硫酸、硝酸等；金屬一般指較活潑金屬： Mg、Al、 Zn、Fe。（在金屬活動性順序中，排在氫（H）前面的金屬，能與酸發(fā)生置換反應生成氫氣）；（3）應用示例：鋅粒和稀硫酸反應的化學方程式：Zn+H2SO4ZnSO4+H2【常用于實驗室制取H2】鐵釘與稀鹽酸反應的化學方程式：Fe+2 HClFeCl2+H2 【溶液由無色變成淺綠色，鐵與酸或鹽溶液反應置換反應時，生成物中鐵元素的化合價為+2價，而不是+3價】鋁絲和稀鹽酸反應的化學方程式：2Al+6HCl2AlCl3+3H23與某些鹽溶液反應（1）反應規(guī)律：金屬+鹽溶液新鹽+ 新金屬（2）反應條件：鹽必須可溶；在金屬活動性順序中排在前面的金屬能把排在后面的金屬從其鹽溶液中置換出來。（3）應用示例：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu 【現(xiàn)象：鐵釘表面有紅色物質(zhì)析出】【注】古代“濕法煉銅”原理（西漢劉安所著的淮南萬畢術中有“曾青得鐵化為銅”的記載）；利用此反應可以解釋為什么不能用鐵制容器配置農(nóng)藥波爾多液。Cu+2AgNO3= Cu( NO3 )2 +2Ag 【現(xiàn)象：銅絲表面有銀白色物質(zhì)生成】 【注】金屬與鹽（溶液）發(fā)生置換反應，如果某鹽溶液中含有幾種金屬離子，向其中加入某一金屬且加入的金屬活動性最強，最先發(fā)生的反應的是金屬和活動性最弱的那一種金屬的陽離子。三、金屬活動性順序及其應用1金屬活動性順序的應用（1）在金屬活動性順序里，金屬的位置越靠前，它的活動性就越強；（2）在金屬活動性順序里，位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、稀硫酸中的氫；（3）在金屬活動性順序里，位于前面的金屬能把位于后面的金屬從它們的鹽溶液里置換出來（K、Ca、Na除外）。2金屬活動性順序的判斷方法：根據(jù)金屬能否與酸反應或根據(jù)與酸反應產(chǎn)生H2速率的大小來判斷，產(chǎn)生H2速率大的金屬越活潑。根據(jù)金屬與另一金屬的鹽溶液是否反應來判斷；3探究金屬活動性順序（以活動性居中的金屬為標尺，前后的兩種金屬跟其比較，一種比它強，另一種比它弱）。以Fe 、Cu、Ag三種金屬的活動性順序探究為例，常見方案有：方案一：可以選中間金屬兩邊鹽溶液；如：Cu、FeSO4溶液、AgNO3 溶液方案二：可以選中間鹽溶液兩邊金屬；如：Fe、Ag和CuSO4溶液 方案三：可以先選前兩種金屬與酸反應，再用較不活潑金屬與鹽溶液反應；如： Fe、Cu和稀硫酸、AgNO3溶液四、金屬資源的保護1鐵的銹蝕和防護（1）鐵銹蝕條件：鐵與空氣中的氧氣和水接觸共同作用生成鐵銹（主要成分是Fe2O3）；（2）防止金屬制品銹蝕的方法是破壞鐵銹蝕的條件，原理就是隔絕氧氣和水。（3）防護措施有：保持金屬制品表面的潔凈和干燥。在金屬制品表面設置一層保護膜。如刷漆，涂油，鍍金屬等。改變金屬制品的內(nèi)部結構，將其制成合金。【注】鐵生銹的兩個條件缺一不可。如果鐵表面沾有其他物質(zhì)時，往往會加快生銹。如鐵制品上沾有食鹽水或灰塵等則生銹更快，所以防止鐵制品生銹首先要保持鐵制品的干燥與潔凈。2金屬資源的保護途徑：（1）防止金屬銹蝕；（2）回收廢舊金屬(意義有節(jié)約金屬資源，節(jié)約能源，減少對環(huán)境污染)；（3）合理開采金屬礦物；（4）尋找金屬替代品等。五、鐵的冶煉1煉鐵主要原料：鐵礦石、焦炭(主要作用是提供熱量，提供還原劑CO )、石灰石（主要作用是制造爐渣）。2煉鐵設備：煉鐵高爐 3反應原理：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 【注】實驗現(xiàn)象：玻璃管內(nèi)紅色物質(zhì)逐漸變成黑色，試管中澄清石灰水變渾濁?！咀ⅰ繉嶒炞⒁馐马棧簩嶒炃埃韧ㄒ欢螘r間CO，然后再加熱。目的是排凈空氣，防止爆炸；實驗后，先停止加熱，后停止通CO目的防止被還原的鐵被重新氧化；注意要進行尾氣處理（用酒精燈點燃或用貯氣囊收集），防止污染空氣。六、含雜質(zhì)的計算1.化學方程式所表達的物質(zhì)間的質(zhì)量關系都是參加反應的各純凈物之間的關系。2.由于煉鐵用的鐵礦石、生鐵都是混合物，在進行有關化學方程式計算時，都必須把不純物質(zhì)的質(zhì)量換算成純物質(zhì)的質(zhì)量方能代入化學方程式進行計算。3各物質(zhì)間的換算關系為：純凈物的質(zhì)量=不純物質(zhì)的質(zhì)量純度?！緫檬纠坷?下列與金屬有關的說法正確的是（ ）A.生鐵和鋼都是鐵的合金 B.廢舊電池可以隨意丟棄，不會對環(huán)境造成污染C.銀的導電性比銅強，所以一般用銀作導線 D.鐵礦石在地殼中含量最豐富，可以隨意開采【解析】本題考查有關金屬和金屬材料的基礎知識。解決這類問題的關鍵是正確理解金屬材料的概念，熟知金屬資源的保護途徑和物質(zhì)性質(zhì)決定物質(zhì)用途同時還需考慮價格、資源以及廢料是否易于回收和對環(huán)境的影響等多種因素。電池中含有汞等重金屬元素對人體有害，廢舊電池隨意丟棄后會污染水源和土壤；銀的導電性比銅強，但銀的價格高且資源相對少，所以一般不用銀作導線；隨意開采鐵礦石不利于金屬資源的保護。例2下列事實不能說明Zn比Ag活潑的是（ ）AZn能與AgNO3溶液反應，置換出Ag BZn能與稀硫酸反應，Ag則不能C自然界沒有以單質(zhì)形式存在的Zn，而有以單質(zhì)形式存在的Ag DZn的熔點為420 ，Ag的熔點為962 【解析】本題概括出了要驗證不同金屬的活動性順序，可以通過探究金屬與氧氣、金屬與稀鹽酸、稀硫酸以及金屬與金屬化合物溶液進行反應，依據(jù)能否進行反應，反應進行的快慢、劇烈的程度進行判斷。金屬的熔點與金屬的活動性之間沒有必然的聯(lián)系。我們可以利用金屬能否與金屬化合物溶液發(fā)生反應，來進行金屬活動性的判斷。例3人們的日常生活離不開金屬。請回答：（1）金屬元素在自然界中分布很廣，地殼中含量最多的金屬元素是_。（2）根據(jù)下圖的應用實例，試說出金屬具有的兩點物理性質(zhì) （3）鐵制品銹蝕，實際上是鐵跟空氣中的 _發(fā)生了化學反應。焊接鐵制品時，通常先用稀鹽酸除去其表面的鐵銹，反應的化學方程式為 _ _。（4）早在春秋戰(zhàn)國時期，我國古代人民已經(jīng)開始煉鐵。 寫出磁鐵礦(Fe3O4)與CO反應的化學方程式_。 寫出一種防止鋼鐵生銹的方法_?！窘馕觥康貧ぶ泻孔疃嗟慕饘僭厥卿X；制造電線是利用了金屬的導電性，制造金屬絲是利用了金屬的延展性和導電性等，制造炊具是利用金屬的導熱性及金屬光澤等；鐵在潮濕的空氣中易生銹，是因為鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣發(fā)生了化學反應；鐵銹能和稀鹽酸發(fā)生復分解反應，所以可用稀鹽酸給鐵制品除銹；防止鐵制品生銹的方法是保持潔凈、干燥的環(huán)境；涂一層保護膜如：刷漆、改變組織結構制成合金等?！緜淇季殹恳弧⑦x擇題1人類社會的發(fā)展與進步，離不開對金屬的利用。下列與金屬有關的說法錯誤的是（）A鐵與稀鹽酸反應，生成FeCl3和H2 B青銅是人類使用最早的合金C鐵和鋁都可以用來制作炊具，這是利用了鐵和鋁的導熱性 D鐵在潮濕的自然環(huán)境里易生銹2下列有關金屬和金屬材料的說法正確的是（ ）A古代金銀制品能保存至今是因為它們金屬活動性強 B經(jīng)常用鋼絲球洗刷鋁鍋，能使之光亮、耐用C純鐵比生鐵硬，不銹鋼比純鐵的防腐蝕性能差 D煉鐵的原理是利用一氧化碳將氧化鐵中的鐵還原出來3下列有關鐵、鋁、銅、金四種金屬的共同性質(zhì)歸納中，正確的是（）A都能和稀鹽酸反應 B都是銀白色的固體 C都有導電性和延展性 D常溫下都能和氧氣反應4常見金屬的活動性順序如下：根據(jù)金屬活動性順序進行分析，下列描述或判斷錯誤的是（ ）A常溫下，金屬鎂在空氣中要比鐵容易氧化 B在氧氣中灼燒時，鐵絲要比銅絲反應劇烈C在同一鹽酸中反應時，鋅片比鐵片反應劇烈 D銅活動性不強，故銅不能與硝酸銀溶液反應得到金屬銀5等質(zhì)量的M、N兩種金屬，分別與相同質(zhì)量分數(shù)的足量稀鹽酸反應（已知M、N在生成物中均為+2價），生成氫氣質(zhì)量和反應時間的關系如右圖所示，下列敘述正確的是（ ）AM、N兩種金屬中較活潑的是N B生成H2的質(zhì)量MN C相對原子質(zhì)量較大的是N D產(chǎn)生H2的速率NM6某學生為了驗證鋅、銀、銅三種金屬的活動性順序，設計了五個實驗：將Zn、Cu分別放入稀鹽酸中； 將Ag放入Cu（NO3）2溶液中；將Cu放入AgNO3溶液中；將Cu放入ZnSO4溶液中；將Zn放入AgNO3溶液中。下列實驗組合不能驗證鋅、銀、銅三種金屬活動性順序的是（）A B C D7用金屬的性質(zhì)解釋有關事實，不正確的是（）A因為鐵比銅活潑，更易銹蝕，所以銅器比鐵器更容易保存到今B因為鋁制品能形成致密的保護膜，所以不要磨損鋁的表面C因為鐵易與空氣中的H2O、O2反應，所以常在鐵器表面覆蓋油漆作保護層D因為鐵比鋅活潑，所以常將鋅鍍在鐵的表面，以保護鐵不受腐蝕8如圖是某學習小組探究金屬化學性質(zhì)時所做的四個實驗。下列有關描述中不正確的是（ ）A裝置A中可以觀察到的現(xiàn)象是浸入溶液中的銅絲表面有銀生成 B裝置B中發(fā)生的化學方程式是Fe+CuSO4=FeSO4+CuC裝置C、D都可以用于實驗室制取氫氣，但是C的反應速率比D的反應速率要快些 D裝置D中發(fā)生了置換反應，所以溶液顯淺綠色二、填空及簡答題1（2012陜西副題）右圖是干電池的截面示意圖請結合圖示回答下列問題：（1）碳棒的主要成分是一種碳單質(zhì)，名稱是 。（2）將電池填充物加水溶解，然后進行 （填一種操作名稱），最后蒸發(fā)便可回收到NH4Cl。（3）寫出一個能證明Cu、Zn活動性順序的化學方程式_。2. （陜西中考副題）對實驗現(xiàn)象進行細致觀察和準確描述是學習化學基本要求。以下是初中化學有關鐵的性質(zhì)的一些基本實驗，請回答下列問題： （1）紅熱的鐵絲在空氣中不能燃燒，而在氧氣中能夠劇烈燃燒，寫出實驗A中反應的主要實驗現(xiàn)象 _ ；（3）將砂紙打磨后的鐵片放入硫酸銅溶液中，片刻后取出，觀察到鐵釘表面附著紅色固體。該反應的化學方程式為_，說明鐵的金屬活動性比銅 （填“強”或“弱”），上述化學反應屬于 反應。（3）實驗C中可觀察到試管中鐵釘最先生銹的是 處。（填“a”或“b”或“c”）， 該實驗說明，鋼鐵常溫下接觸 _和 時容易生銹。（4）將表面銹蝕的鐵釘放入盛有稀硫酸的試管中，先觀察到_，后觀察到鐵釘表面有氣泡產(chǎn)生，該氣體是_。3.（2011陜西副題）西安世園會四大標志性建筑之一“天人長安塔”，采用了先進的鋼架支撐結構。（1）鋼是鐵的合金，它屬于 （選填“金屬材料”或“合成材料”）。（2）人類每年從自然界提取數(shù)量最大的金屬是鐵。用赤鐵礦（主要成分Fe2O3）和一氧化碳煉鐵的化學方程式為 。（3）金屬礦物的儲量有限而且不能再生，保護金屬資源尤為重要。保護金屬資源的有效途徑之一是 。4鋁、鐵、銅是人類廣泛使用的三種金屬，與我們生活息息相關。請回答下列問題：（1）生鐵和鋼都是_的合金，它們性能不同的原因是_。（2）鋁的活動性比鐵強，但鋁在空氣中卻表現(xiàn)出良好的抗腐蝕性能，其原因是_。（3）鋁的利用比銅和鐵晚。金屬大規(guī)模開發(fā)和利用的先后順序與下列_有關。A金屬的活動性 B金屬的導電性 C金屬在地殼中的含量（4）鐵制品銹蝕，實際上是鐵跟空氣中的_發(fā)生了化學反應。焊接鐵制品時，通常先用稀鹽酸除去其表面的鐵銹，反應的化學方程式為_。（5）將鐵片分別浸入硝酸鋁和硫酸銅溶液中觀察：前者無明顯現(xiàn)象，后者有紅色物質(zhì)生成，請結合所學知識，判斷鐵、鋁、銅三種金屬的活動性由強到弱的順序為_；5已知，A、B、C、D四種物質(zhì)之間存在以下轉(zhuǎn)化關系。其中C是密度最小的氣體。試回答：（1）寫出淺綠色溶液B中溶質(zhì)的化學式_。（2）寫出A和稀硫酸反應的化學方程式_，其基本反應類型為_反應；（3）溶液B具有導電性的原因是_。（4）CD反應的化學方程式為_。用磁鐵吸引6某興趣小組的同學從實驗室收集到一桶含有FeSO4、CuSO4的廢液，此外還有一些不溶性雜質(zhì)。若廢液直接排放到下水道不僅造成重金屬污染，而且造成浪費。該校化學興趣小組同學設計了如下圖處理方案，請回答有關問題： （1）廢液在加入金屬X前需進行過濾，目的是將其中的_除去。進行過濾操作所需的玻璃儀器有：_。（2）金屬X是_，其加入廢液后發(fā)生反應的化學方程式為_；溶液Y是_，加入過量溶液Y的目的是 ；（3）從濾液中獲得硫酸亞鐵晶體采用的方法是 。三、實驗與探究題1如圖是實驗室用一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置圖，試回答：（1）實驗開始時，應_（選填“先加熱再通CO”或“先通CO再加熱”），目的是_。（2）實驗進行一段時間后，玻璃管中出現(xiàn)的現(xiàn)象是_，反應的化學方程式是_。（3）裝置的作用是 ，發(fā)生反應的化學方程式是_。（4）儀器的名稱是_，在上述裝置中的作用是_，目的是_。（5）為檢驗反應后有鐵生成，進行如下實驗：將反應后的固體取少量放入稀鹽酸中，觀察到有氣泡冒出。該反應的化學方程式是_。 2在探究鐵、銅、銀的金屬活動性順序時，某小組做了如下幾個實驗：（所用金屬的形狀與大小及稀鹽酸的質(zhì)量分數(shù)和用量均相同）。 A B C D （1）上述實驗中，有氣泡產(chǎn)生的是_（填序號），請寫出這一反應的化學方程式_。 （2）我國古代“濕法冶銅”就是利用了C試管中的反應原理，請寫出該反應可觀察到的現(xiàn)象是_。 （3）從上述的實驗現(xiàn)象中，對于鐵、銅、銀三種金屬活動性強弱關系不能確定的是_與_Fe與Al（填金屬的化學式）之間的強弱關系。請你在此基礎上補充一個實驗達到上述實驗目的。 實驗操作 實驗現(xiàn)象 結論（4）根據(jù)上述實驗探究過程，請你歸納探究金屬活動性強弱的方法一般有：_；_。3（2010陜西副題）我國將于2011年元月1日起實施廢棄電器、電子產(chǎn)品回收管理條例。某課外活動小組的同學在老師的幫助下從廢棄家電中獲得了鐵(Fe)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)四種金屬?！咎岢鰡栴}】如何區(qū)分這四種金屬呢?【實驗探究