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第八单元　金属和金属材料
必做实验5　常见金属的物理性质和化学性质
【实验目的】
1.认识生活中常见金属的物理性质;
2.实验探究金属的化学性质,初步理解金属活动性强弱。
【实验用品】
实验仪器:酒精灯、坩埚钳、陶土网、烧杯、试管(含橡胶塞)等。
实验药品:镁条、铁丝、铝片、锌片、铜片、稀硫酸(稀盐酸)、硫酸铜溶液等。
【实验过程】
1.金属的物理性质
实验步骤 外观(状态、颜色) 硬度 导电性 延展性
(1)观察镁条、铁丝、铝片、锌片和铜片的外观,并试试此金属样品是否容易被折弯、扭断;(2)用打磨好的金属样品和导线连接一节干电池和小灯泡,观察小灯泡是否会发光 打磨后的镁条、铁丝、锌片、铝片均为　 　色,有金属光泽;铜为 　 　色,有金属光泽 　 　 　 　 　　
银白
紫红
较硬
良好
良好
　2.金属的化学性质
实验步骤 实验现象 实验原理(化学方程式) 实验结论
(1)用砂纸打磨金属样品,观察外观是否有变化;用　 　分别夹持一小段打磨后的洁净镁条和铜片,用酒精灯外焰加热;将铁丝在氧气中点燃 铝片表面逐渐变暗,失去光泽 　 　 在不同条件下,镁、铝、铁、铜都能与
　 　化合生成　 　
镁条燃烧,发出 　 　 　
铁丝　 　 　
铜片　 　 　 　
坩埚钳
耀眼的白光,放出热量
剧烈燃烧、火星四射、放出热量,生成黑色固体　
表面变黑
4Al + 3O2 2Al2O3
2Mg+O2 2MgO　
3Fe+2O2 Fe3O4
2Cu+O2 2CuO
氧气
金属氧化物
(2)另取5支试管,分别加入一小段打磨后的洁净镁条、铝片、锌片、铁丝和铜片,然后分别滴加5 mL稀硫酸(或稀盐酸),观察现象 镁条表面迅速产生大量气泡 　 该五种金属的活动性由强到弱的顺序为
　
铝片表面产生气泡较快
锌片表面　 　
铁丝表面　 　,溶液由无色逐渐变为 　 　色
铜片表面没有明显现象 二者不反应
产生气泡较快
产生气泡较慢
浅绿
Mg+H2SO4 MgSO4+H2↑
(或Mg+2HCl MgCl2+H2↑)
　2Al+3H2SO4 Al2(SO4)3+3H2↑
(或2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑)　
　Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑
(或Zn+2HCl ZnCl2+H2↑)
　Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑
(或Fe+2HCl FeCl2+H2↑)
Mg、Al、Zn、Fe、Cu　
(续表)
实验步骤 实验现象 实验原理(化学方程式) 实验结论
(3)将一段无锈铁丝放入试管中,加入少量硫酸铜溶液 铁丝表面有 　 　 析出,溶液由 　 　 　 　 　 　
红色固体
蓝色变为浅绿色
Fe+CuSO4 Cu+FeSO4
铁比铜活泼
【实验分析与评价】
1.银的导电性比铜好,一般情况下不用银制造电线、电缆的原因是　 　。
2.选择铸造银币的金属材料需要考虑的因素有
　 　。
3.将一段铁丝放入试管中,加入少量稀盐酸后没有气泡产生,可能的原因是　 　。
铁丝表面有铁锈
银比较昂贵
硬度大小、是否耐腐蚀、耐高温、美观等
【实验拓展】
在常温下,锌能与稀盐酸(或稀硫酸)发生置换反应生成氢气。氢气密度比空气小,难溶于水。请设计一个简便的实验,用锌片与稀硫酸反应制取氢气。
实验记录
反应原理 　 　
实验 装置 发生装置
收集装置
Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑
实验步骤 查:检查装置的气密性;
装:将试管(或烧瓶)横放,用镊子将适量锌片放在试管(或烧瓶)口,再将试管慢慢竖立起来;再向其中加入适量的稀硫酸;
定:将试管固定在铁架台上;
收:采用　 　收集气体
实验结论 锌能置换出稀硫酸中的　 　
排水法或向下排气法
氢
常见实验4　实验室模拟炼铁
【实验目的】通过实验研究铁冶炼的化学原理。
实验用品 实验仪器 硬质粗玻璃管、酒精喷灯、酒精灯、导管、单孔橡胶塞、试管、铁架台等
实验药品 氧化铁粉末、一氧化碳、澄清石灰水等
实验装置
实验原理 在高温条件下,用还原剂一氧化碳将铁从氧化铁中还原出来,反应的化学方程式为
　 　
3CO + Fe2O3 2Fe + 3CO2
(续表)
实验过程 实验现象 实验结论 注意事项
(1)连接装置并检查装置的气密性,在硬质粗玻璃管中,放入少量氧化铁粉末,先通入一氧化碳 - 氧化铁与一氧化碳反应生成　 1.先通入一氧化碳,以排尽装置内的空气;
2.停止加热后,要继续通入一氧化碳直至装置冷却;
3.要对尾气进行处理
(2)点燃酒精喷灯,加热玻璃管中的氧化铁 红棕色粉末变为　 　,澄清石灰水　 　
(3)停止加热后,继续通入一氧化碳,直到玻璃管内物质冷却 -
(4)把得到的黑色粉末倒在白纸上观察,并用磁铁吸引 　 　
(5)将黑色粉末加入稀盐酸中 　
黑色
变浑浊
黑色粉末被磁铁吸引
黑色粉末逐渐消失,溶液中有气泡产生,溶液由无色变为浅绿色　
铁和二氧化碳 　
【实验分析与评价】
(1)实验开始前应先通一会儿　 　,再点燃
　 　加热,目的是　 　,以免加热时发生爆炸。
(2)反应结束时应先熄灭　 　,同时还需继续通入　 　至温度降低至室温,目的是
　 　,同时能防止澄清石灰水倒流入热的玻璃管内使玻璃管炸裂。
防止高温下生成的铁再次被氧化
一氧化碳
酒精喷灯
排尽装置内的空气
酒精喷灯
一氧化碳
(3)一氧化碳有毒,实验装置中必须要有尾气处理装置。可以在导管末端放一盏　 　,将尾气中的一氧化碳点燃(或在导管末端连一只气球,将尾气收集起来,合理即可),目的是防止一氧化碳污染空气。
　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
燃着的酒精灯
【实验拓展】
一、右图是CO还原Fe2O3的微型装置图,利用右图所示实验装置模拟工业炼铁。
(1)该装置的优点有　 　。
(2)充分加热,a处的现象为　 　。
(3)b处可以用　 　检验生成的CO2。
(4)可用　 　处理尾气中的CO。
操作简单,节约药品
点燃法(合理即可)
固体由红棕色变为黑色
澄清石灰水
二、利用甲酸(HCOOH)与浓硫酸制备CO,并用下图所示实验装置验证CO的有关性质。
已知:HCOOH CO↑+H2O
(1)操作时,先滴加HCOOH再点燃乙处酒精灯,目的是
　 　。
(2)装置丙的作用是　 　。
(3)装置丁的作用为　 　。
排尽装置中的空气,防止加热时引起爆炸
防止澄清石灰水倒吸
检验CO2,收集CO
三、右图是一氧化碳还原氧化铜的实验装置图。
(1)A处的现象是　 　,反应的化学方程式为　 　 ;B处的实验现象是
　 　,反应的化学方程式为
　 　。
黑色粉末逐渐变为红色
澄清石灰水变浑浊
CO+CuO Cu+CO2
CO2+Ca(OH)2 CaCO3↓+H2O
(2)实验开始时,要先　 　(选填“加热氧化铜”或“通一氧化碳”),目的是　 ,
　。
(3)该装置存在的主要问题是　　 　,改进的具体措施是
　在装置的末端放一盏点燃的酒精灯(或在装置的末端接一个气球将尾气收集起来,合理即可)　。
通一氧化碳
排尽装置中的空气
防止加热一氧化碳和空气的混合气体引起爆炸
缺少尾气处理装置　
常见实验5　铁制品锈蚀条件的探究
【实验目的】探究钢铁锈蚀的条件,了解在生产和生活中怎样防止钢铁生锈。
实验用品 实验仪器 试管、橡胶塞等
实验药品 无锈铁钉、生石灰(或无水氯化钙)、食盐水、稀盐酸(或醋酸溶液)、蒸馏水等
实验装置 A 　B 　C 　D　 E
实验原理 铁与空气中的　 　、　 　等物质发生复杂的化学反应,生成铁锈
氧气
水
实验过程 实验现象 实验结论 注意事项
(1)在试管A中加入少量干燥剂(生石灰或无水氯化钙),再放一团干棉花,把铁钉放在干棉花上,塞紧橡胶塞 一段时间后试管A中铁钉表面无明显变化 铁生锈的条件是　 　;稀盐酸、氯化钠溶液等物质存在时会 1.铁钉要打磨无锈后再使用;
2.橡胶塞要塞紧;
3.试管B中要使用煮沸并迅速冷却的蒸馏水
(2)在试管B中注满煮沸并迅速冷却的蒸馏水,使铁钉完全浸没,塞紧橡胶塞 一段时间后试管B中铁钉表面无明显变化
(3)在试管C中加入少量蒸馏水,使铁钉的一半浸没在水中 一段时间后试管C中铁钉　
(4)在试管D中加入稀盐酸,浸没铁钉后,倒去溶液 一段时间后试管D中铁钉严重锈蚀
(5)在试管E中加入少量氯化钠溶液,使铁钉的一半浸没在溶液中 一段时间后试管E中铁钉　 　
锈蚀,且在铁钉与水、空气同时接触的部分锈蚀最严重　
严重锈蚀
铁与氧气和水同时接触
　加快铁的锈蚀　
【实验分析与评价】
1.试管B中使用煮沸并迅速冷却的蒸馏水,其目的是
　 　;由A、B、C的现象可知,铁的锈蚀是铁与　 　共同作用的结果。
2.比较C、D或C、E中的现象可得出
　 　。
稀盐酸、氯化钠溶液等物质存在时会加快铁的锈蚀
除去蒸馏水中溶解的氧气且防止氧气再次溶于水
水、氧气
3.探究铁生锈的条件,有利于寻找防止铁制品锈蚀的方法。请根据生锈的条件,提出两条防止铁生锈的建议:
　 　、　 、
　。
杯子等表面搪瓷等,合理即可)
在车船表面喷涂油漆
在机械表面涂防锈油(或在脸盆
【实验拓展】
一、某校化学兴趣小组的同学发现长期露置在空气中的金属M表面会锈蚀,于是他们一起探究金属M锈蚀的原因。经检测,锈蚀物中除含有M元素外,还含有C、H、O三种元素。甲同学依据锈蚀物中的组成元素,推测空气中　 　(填化学式)肯定参加了反应,但不能确定空气中的氧气是否参与反应。为了确认空气中的氧气是否参加反应,甲同学设计下图所示系列实验,你认为其中必须要做的对照实验是　 　(填字母);若观察到
　 　,则证明氧气参加了反应。
A中金属M生锈,C中金属M不生锈
CO2、H2O
AC
A　　 B　 　C　　 D
二、为了研究水样的pH、水中溶解氧的浓度与钢铁腐蚀速率的关系,同学们查阅相关文献得到如下资料。
(1)图1表示水样温度为22 ℃、氧含量为6 mL·L-1时,钢铁腐蚀速率与水样pH的关系。当pH<4时,钢铁腐蚀速率明显加快的原因是　 　。
钢铁与水样中的氢离子发生化学反应(合理即可)
(2)图2表示温度为22 ℃、pH=7时,钢铁腐蚀速率与水中溶解氧的浓度的关系。当溶解氧的浓度超过20 mL·时,钢铁腐蚀速率明显减慢的原因可能是　 ,
　。
阻碍氧气、水与钢铁的接触(合理即可)
钢铁表面生成较致密的氧化膜
三、U形玻璃管是常见的化学仪器,在实验中应用广泛。借助U形玻璃管探究钢铁锈蚀的条件。实验装置如图所示。
①一段时间后潮湿的钢丝棉有明显锈迹,干燥的钢丝棉没有锈迹,此现象说明　 　。
②实验结束时,细心的同学发现浸没在蒸馏水中的钢丝棉也有少量锈迹,说明本实验有不完善之处。请利用原有装置提出具体改进方案:
　 　。
在盛有蒸馏水的 U形玻璃管两端液面上滴加植物油(合理即可)
钢铁锈蚀需要与水接触
金属材料
1.(2022·江西节选)
(1)建方舱:建筑材料包括轻钢龙骨、聚氯乙烯塑料线槽等,钢材属于　 　(选填“金属”或“合成”)材料。
【解析】 钢材是一种铁合金,属于金属材料。
金属
金属的物理性质
1.1　(2023·山西)中国国家博物馆珍藏着一枚“国玺”,即“中華人民共和國中央人民政府之印”,代表着熠熠生辉的共和国符号。她由铜胎铸字,不易变形。选用这种材料作为印章胎体最大的优点是 ( )
A.硬度较大 B.熔点较高
C.不溶于水 D.形状美观
A
2.(2020·江西)下列图像能正确反映对应变化关系的是 ( )
A　　　 B C　 　D
C
金属的化学性质
A.向一定量的过氧化氢溶液中加入少量二氧化锰
B.在密闭容器中用足量红磷测定空气中氧气的含量
C.向一定量的氯化铜和稀盐酸的混合溶液中滴加氢氧化钡溶液
D.向一定量的铜粉中加入硝酸银溶液
【解析】 A.向一定量的过氧化氢溶液中加入少量二氧化锰,当过氧化氢反应完之后气体质量不变,出现一条水平线,A图像不符合,错误;B.在密闭容器中用足量红磷测定空气中氧气的含量,红磷燃烧生成五氧化二磷,固体质量增加,B图像不符合,错误;C.向一定量的氯化铜和稀盐酸的混合溶液中滴加氢氧化钡溶液,氢氧化钡先和稀盐酸反应生成氯化钡和水,再和氯化铜反应生成氯化钡和氢氧化铜沉淀,最后氢氧化钡过量,氯化钡的质量不变,C图像相符合,正确;D.向一定量的铜粉中加入硝酸银溶液,硝酸银溶液质量为零时,溶液质量为零,起点不对,D图像不符合,错误。
3.(2023·江西)下列方案合理的是 ( )
B
选项 实验目的 所用试剂或方法
A 除去二氧化碳中的少量一氧化碳 点燃
B 鉴别水和过氧化氢溶液 取样,分别加入二氧化锰
C 比较锌、铁的金属活动性 锌片、铁片和硫酸镁溶液
D 鉴别化肥硝酸钾和磷矿粉 　 　
观察颜色(加水溶解等)
金属活动性顺序
(2020·江西)小组同学收集了某种铝制易拉罐,剪成条状并打磨后进行如图所示实验,发现纯铝片表面有划痕。
【发现问题】根据所学知识,合金的硬度比组成它的纯金属的硬度　大　,结合上述现象,可得出易拉罐不是纯铝制作的。那么易拉罐中除铝外,还含有什么金属呢
【查阅资料】①铝制易拉罐中的主要成分是铝,可能还含有镁、铁。
②铝能与氢氧化钠溶液反应:2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2↑;镁和铁不能与氢氧化钠溶液反应。
【做出猜想】该易拉罐的金属组成除铝外,可能还含有镁、铁中的一种或两种。
【实验设计】小明取打磨后的铝制易拉罐样品按如下方案进行实验:
实验步骤 实验现象 解释与结论
(1)取一定量的样品于烧杯中,加入足量的 　 　溶液,充分反应后,过滤、洗涤、干燥 固体表面有大量气泡产生;过滤后得到黑色粉末 样品中含有铝
(2)取少量上述黑色粉末于试管中,加入足量的稀盐酸 有气泡产生,溶液变为浅绿色 样品中含有铁,发生反应的化学方程式为
　 　
氢氧化钠
Fe+2HCl FeCl2+H2↑
【实验结论】小明得出该易拉罐由铝和铁组成。
【反思评价】其他同学分析后认为小明的实验方案不严谨,理由是　 　。大家认为应该补充下列实验:取步骤(1)中少量黑色粉末于试管中,加入某种金属的盐溶液后,如果无现象产生,则小明的结论正确。你认为加入的盐溶液中阳离子对应的金属理论上可以是　 　(填一种即可)。
无法确定是否含有镁
锌(合理即可)
【拓展应用】下图为国家颁布的“城市生活垃圾分类标志”,废弃易拉罐应放入标有　 　(填字母)图标的垃圾桶内。
A　　　　B　　　　C　　　　D
B
【解析】 【实验设计】(1)根据实验现象和结论可知,样品中含有铝,能与铝作用生成气体的物质,要么是酸性溶液,要么是碱性溶液,但加入的溶液能与铝反应放出气体却又不与铁或镁反应,故是碱溶液,所以加入的是氢氧化钠溶液。
(2)发生的反应为铁和盐酸的反应。
【反思评价】其他同学分析后认为小明的实验方案不严谨,理由是无法确定是否含有镁。大家认为应该补充实验,取步骤(1)中少量黑色粉末于试管中,加入某种金属的盐溶液后,如果无现象产生,则小明的结论正确。应该加入活动性比镁弱比铁强的金属的盐溶液,若无金属析出,则证明没有镁,故可以是锌的盐溶液。
铁锈蚀条件的探究及保护
5.(2022·江西节选)“世界棉花看中国,中国棉花看新疆”,棉花在化学实验中也常被使用。
实验的目的是探究铁钉生锈的条件。试管c内棉花中放氯化钙的目的是　 　。实验几天后观察到试管　 　(填字母)中的铁钉生锈,从而得出铁生锈的条件是与空气和水同时接触。
a
作干燥剂(或吸水)
【解析】 试管c内棉花中放氯化钙的目的是作干燥剂或吸水。a中的铁钉与氧气和水同时接触,b中的铁钉只与水接触,c中的铁钉只与氧气接触,实验几天后观察到试管a中的铁钉生锈,从而得出铁生锈的条件是与空气和水同时接触。
金属资源的保护
5.1　下列做法不能有效保护金属资源的是 ( )
A.防止金属腐蚀
B.寻找金属的代用品
C.回收利用废旧金属
D.肆意开采金属矿物
D

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