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第5讲　金属与金属材料
金
属
与
金
属
材
料
延展
紫红
液体
混合
大
低
知识梳理
金
属
与
金
属
材
料
金
属
与
金
属
材
料
强
快
氢
前面
后面
氧气
水蒸气
红棕
Fe2O3·xH2O
涂油
喷漆
电镀
合理
表1-1　金属与氧气反应
反应 现象 反应的化学方程式
铝与氧气反应 铝表面生成一层20　 　的氧化膜 21　 　
镁在氧气中燃烧 发出耀眼的白光，生成白色固体 22　 　
铁在氧气中燃烧 剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体 23　 　
铜在空气中加热 表面变成24　 　色 25　 　
致密
4Al+3O2 2Al2O3
==
2Mg+O2 2MgO
3Fe+2O2 Fe3O4　
黑
2Cu+O2 2CuO
表1-2　金属与酸的反应
反应 反应的化学方程式 反应 反应的化学方程式
铝与稀硫酸反应 2Al+3H2SO4 Al2(SO4)3+3H2↑ 铝与盐酸反应 26___________________________
镁与稀硫酸反应 27________________________ 镁与盐酸反应 Mg+2HCl MgCl2+H2↑
锌与稀硫酸反应 28_______________________　 锌与盐酸反应 Zn+2HCl ZnCl2+H2↑
铁与稀硫酸反应 Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑ 铁与盐酸反应 29___________________________
2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑
==
Mg+H2SO4 MgSO4+H2↑
==
Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑
==
　Fe+2HCl FeCl2+H2↑　
==
表1-3　金属与盐的反应
反应 现象 反应的化学方程式
铁与硫酸铜 溶液反应 铁钉表面有30________色物质出现，溶液由蓝色变成浅绿色 31　 　
铜与硝酸银 溶液反应 铜表面有32__________色物质出现，溶液由无色变成蓝色 33　 　
铝与硫酸铜 溶液反应 铝表面有34_________色物质出现，溶液由蓝色变成无色 35　 　
　紫红　
Fe+CuSO4 FeSO4+Cu
==
　银白　
Cu+2AgNO3 Cu(NO3)2+2Ag
==
　紫红　
2Al+3CuSO4 Al2(SO4)3+3Cu
==
实验1　金属活动性顺序的探究
(1)利用金属与氧气的反应。越容易反应的金属，金属活动性越强。
(2)利用金属与酸(盐酸、稀硫酸)的反应。
①实验方法(图1)；
图1
实验在线
②现象和结论：有气泡产生，说明该金属在金属活动性顺序中排在氢前面，否则排在氢后面。
(3)利用金属与盐溶液的反应。
①实验方法(图2)；
图2
②结论：金属活动性强的金属能把金属活动性弱的金属从它们化合物的溶液里置换出来。
温馨提示：比较三种金属活动性顺序的实验设计可以采用“两金夹一盐”(即两头不变中间变)或“两盐夹一金”(即中间不变两头变)的方案。
实验2　铁的冶炼
【炼铁原料】铁矿石［赤铁矿(Fe2O3)或磁铁矿(Fe3O4)］、焦炭和石灰石。
【实验装置】如图所示。
【实验原理】写出赤铁矿炼铁的化学方程式：
　 　。
【实验现象】装置A的现象是红色粉末变成黑色；装置B的作用是检验是否有二氧化碳生成；装置C的作用是点燃一氧化碳防止其污染空气。
温馨提示：实验室中炼出的铁不含碳，而工业生产中炼出的铁含碳。
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
实验3　铁生锈条件的探究
【探究实验】如图所示。
【实验现象】会生锈的是①②；最快生锈的是②。
【实验结论】比较实验①③说明，铁生锈需要的条件是氧气；比较实验①④说明，铁生锈需要的条件是水；比较实验①②说明，食盐水可以加快铁生锈。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。
【注意事项】将蒸馏水煮沸的目的是除去水中的氧气；实验④的试管中无水CaCl2的作用是吸收空气中的水蒸气。
【实验1】某学习小组的同学想为铬(Cr)和锰(Mn)在金属活动性顺序表中找个“家”。如图所示，已知两种金属可能排在①~④的位置上。请设计实验确定它们的位置。
K　Ca　Na　Mg　① Al　② Zn　③ Fe　Sn　Pb(H)　Cu　
④ Hg　Ag　Pt　Au
(1)(查阅资料)
a.铬是银白色金属，常温下在空气中表面能形成致密的氧化膜；
b.锰是灰白色的金属；
c.CrSO4溶液呈绿色，MnSO4溶液呈淡粉红色；
d.Cr和Mn在反应中形成化合物时都显+2价。
通过查阅资料，我们知道铬的位置肯定不在　 (选填“①”“②”“③”或“④”)。
④
实验一题通
(2)(设计实验)
操作 现象 分析及结论
在锰片中滴加适量的稀硫酸 　 　 锰是氢前面的金属，反应的化学方程式是
Mn+H2SO4 MnSO4+H2↑
在铬片和锰片中分别滴加硫酸铝溶液 铬片表面有固体析出，溶液变成绿色，锰片表面没有明显现象 反应的化学方程式是　 　。铬、锰、铝的金属活动性由强到弱的顺序是　 　
在锰片中滴加ZnSO4溶液 锰片表面没有明显现象 锰的位置在　 　(选填“①”“②”“③”或“④”)
锰片表面有气泡产生
3Cr+Al2(SO4)3 +2Al
铬>铝>锰
③
通过以上探究，同学们成功确定铬和锰在金属活动性顺序表中的位置。
(3)(拓展讨论)在锰片中滴加硝酸银和硝酸镁的混合溶液，充分反应后，过滤，滤渣中一定含有　 　(写物质名称)，滤液中一定含有的金属阳离子是　 　(写离子符号)。
银
Mn2+和Mg2+
【实验2】在学习完金属冶炼后，某兴趣小组用图1装置进行一氧化碳还原氧化铁的实验，实验结束后，同学们对反应后硬质玻璃管内的黑色粉末成分产生了兴趣，于是在老师的指导下进行了如下探究活动。
图1
【交流讨论】
(4)实验室进行一氧化碳还原氧化铁实验时，玻璃管内发生反应的化学方程式为　 　。
(5)该实验装置尾部气球的作用是________________________________　
　。
【查阅资料】①在铁及其氧化物中，Fe3O4、FeO、Fe均为黑色粉末，Fe3O4和Fe均能被磁铁吸引，FeO不能被磁铁吸引；②已知反应Fe3O4+8HCl FeCl2+2FeCl3+4H2O，FeCl3溶液呈黄色；③KSCN溶液与三价铁盐溶液反应生成血红色溶液，亚铁盐溶液或稀盐酸与KSCN溶液混合均无现象。
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
收集未完全反应的CO，防止其污
染空气
【提出问题】硬质玻璃管内黑色粉末除含有Fe外，还含有哪些物质？
【作出猜想】
(6)猜想1：FeO；猜想2：　 　；猜想3：FeO和Fe3O4。
【进行实验】
(7)
步骤 操作 现象 结论
① 取少量反应后的黑色粉末，用磁铁吸引 　 　　　 黑色粉末中含有FeO
② 将黑色粉末加入足量稀盐酸中，向实验后的溶液中滴加几滴KSCN溶液 黑色粉末全部溶解，有气泡产生，溶液变为血红色 黑色粉末中含有Fe和　 　
Fe3O4
有部分黑色粉末未被磁铁吸引
Fe3O4
产生气泡的化学方程式为　 　。
【实验结论】
(8)由上述实验现象得出，猜想　 　正确。
【拓展与思考】
(9)查阅资料可知，一氧化碳还原氧化铁的固体生成物与温度的关系如表所示。
为了提高铁的产率，应控制的温度范围是　 　℃。
温度/℃ 400~500 600~680 700~800
生成物 Fe3O4 FeO Fe
Fe+2HCl FeCl2+H2↑
==
3
700~800
【实验3】图2是某品牌“暖宝宝”外包装图片。某化学实验小组围绕“暖宝宝”展开了如下的探究。
【查阅资料】“暖宝宝”中发热剂主要成分有：铁粉、活性炭、氯化钠(食盐)、水等。
【猜想假设】①发热原理是铁粉生锈放热；
②活性炭、氯化钠(食盐)能加快铁粉生锈的速率。
【实验探究】
Ⅰ.验证发热剂的成分
(10)取适量“暖宝宝”中的黑色粉末于试管中，加入足量稀盐酸，固体　 　(选填“全部”或“部分”) 溶解，有气泡产生，产生气泡的化学方程式为　 　。
部分
Fe+2HCl FeCl2+H2↑
==
Ⅱ.探究“暖宝宝”反应原理与铁生锈的本质是否一致
按图3(夹持仪器已略去)采用传感器收集数据，将拆除包装的“暖宝宝”放入三颈烧瓶中，密封装置，开始收集，观察曲线变化(图4、图5、图6)。
(11)从收集到的图像可推断，“暖宝宝”发热反应与铁生锈原理一致，理由是　 　。
Ⅲ.探究活性炭、氯化钠(食盐)能否加快铁粉生锈的速率
如表所示是2 g铁粉、5 g水与不同量活性炭、食盐混合均匀后，在10 min内温度上升的实验记录。
实验序号 活性炭/g 食盐/g 温度上升值/℃
1 0 0 0.1
2 0.2 0 22.0
3 x 0.1 3.1
4 0.2 0.1 56.3
从图像可知，“暖宝宝”发热是铁与氧气、水蒸气共同作用
的结果
(12)表中x的值为　 　。
(13)对比实验1和3，得出的结论是　 　。
(14)欲得出结论“活性炭与食盐同时存在会大幅度加快铁生锈速率”，需要对比　 　(选填实验序号)。
0
食盐能加快铁粉生锈的速度
2、3、4
(1)金属材料不一定是纯金属，也可能是合金。　 　(选填“√”或“×”，下同)
(2)合金不一定全部由金属组成，也可以由金属与非金属组成。　 　
(3)物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但这不是唯一的决定因素。　 　
(4)活泼金属能与稀盐酸反应放出气体，能与稀盐酸反应放出气体的一定是活泼金属。　 　
√
√
√
×
易错警示
(5)当铁与酸、盐溶液发生置换反应时，生成物中的铁元素为+3价。　 　
(6)钾、钙、钠与盐溶液反应时，会生成新的金属和新的盐。　 　
(7)铝制品不易被腐蚀，铁制品易生锈，则铁比铝活泼。　 　
×
×
考点1　金属具有的物理性质
1.(2023·茂名模拟)下列有关金属的说法正确的是( )
A.所有金属都呈银白色　　　　　　　
B.常温下所有的金属都是固体
C.合金的熔点一般比各成分金属的低　　　
D.铝耐腐蚀是因为其金属活动性强
C
考点解读
考点2　合金的性能
针对训练
2.(2023·揭阳模拟)下列有关金属和金属材料的说法正确的是( )
A.合金的硬度大于其组分金属
B.铁制品生锈后没有回收价值
C.生铁的含碳量比钢的低
D.铝很活泼，则铝制品在空气中易被腐蚀
A
3.(2023·惠州模拟节选)金属及金属材料广泛应用于生产、生活及科学实验，其应用推动了社会的发展。人类从石器时代进入青铜器时代，继而进入铁器时代，都是以金属材料的使用作为标志的。下列说法正确的是　 　(选填字母)。
A.铝制品在常温下有良好的抗腐蚀性
B.钢的性能优良，则钢是很纯的铁
C.铜质插头是利用了金属铜的导电性
D.黄铜片和纯铜片相互刻画，纯铜片上留下刻痕，说明黄铜的硬度比纯铜的大
ACD
4.(2023·肇庆模拟节选)西汉海昏侯墓出土的青铜雁鱼灯造型优美，设计精妙，如图所示。
先秦《考工记》中有关青铜成分记载：“六分其金而锡居其一”(注：“金”指铜)，则雁鱼灯灯体属于　 　(选填“合成”或“金属”)材料，雁鱼灯灯体的材质硬度比铜的　 　(选填“大”或“小”)，熔点比铜的　 　(选填“高”或“低”)。
金属
大
低
能力提升
5.(2023·重庆)为了提高导弹的运载能力，增大其结构强度，弹体外壳材料通常选择( )
①铝合金　②硬塑料　③水泥　④钛合金
A.①③ B.①②④ C.①④ D.②③④
C
6.(2023·湖北)今年6月4日，神舟十五号载人飞船(模型图如图所示)的返回舱经过大气层时，经受住了一千多度的高温考验，最终成功返回地面。下列说法错误的是( )
A.太阳翼可将太阳能转化为电能
B.飞船大量使用密度较小的合金材料，能减轻船体质量
C.返回舱表面所用的材料具有熔点高、强度大等特点
D.天线材料采用了钛镍合金，它属于有机合成材料
. .
D
考点3　金属、金属材料的作用
针对训练
7.(2023·顺德模拟改编)秦陵一号铜马车以其精美的制作工艺被誉为“青铜之冠”，其制作材料属于( )
A.复合材料　　 B.金属材料　　 C.天然材料　　 D.合成材料
8.(2023·南海模拟)佛山地铁三号线于2022年12月28日开通，修建地铁所用的钢材属于( )
A.金属材料 B.天然材料 C.合成材料 D.复合材料
B
A
能力提升
9.(2023·内蒙古)金属及其合金的用途很大程度上取决于它们的特性。下列对钛及其合金性质与用途对应关系的描述，错误的是( )
A.钛的韧性强——做导线
B.钛合金强度高、耐腐蚀——做医疗器械
C.钛合金具有良好的生物相容性——制造人造骨骼
D.钛合金密度小、强度高、耐高温——用作航空航天材料
. .
A
10.(2023·汕头模拟)化学知识对生活实践有重要的指导意义。下列生活实践与所涉及的化学知识不相符的是( )
. . .
选项 生活实践 化学知识
A 用洗洁精洗涤餐具 洗洁精有乳化功能
B 铁栏杆刷一层铝粉防锈 铝能在空气中形成一层致密的保护膜
C 生活中的一些失火可用水扑灭 降温至可燃物的着火点以下
D 以铁粉为主要成分的食品保鲜剂 铁粉可以吸收袋内的二氧化碳和氧气
D
考点4　金属的主要化学性质及金属活动顺序
针对训练
11.(2023·揭阳模拟)在利用黄铜(一种合金)制作机器零件的过程中会产生黄铜屑，经测定黄铜屑主要含有Zn、ZnO、Cu和CuO。下列分析错误的是( )
A.将黄铜屑加入足量稀硫酸中，会有气泡产生
B.将黄铜屑加入足量稀硫酸中，黄铜屑会全部溶解
C.根据黄铜屑的成分，可确定黄铜中含有锌和铜两种金属
D.根据黄铜屑与足量稀硫酸反应的现象，可比较锌和铜的金属活动性强弱
. .
B
12.(2023·广州模拟)分别往等量的稀盐酸加入过量的镁粉和锌粒。下列图示与实验结果相符的是( )
D
13.(2023·南海模拟)向AgNO3溶液中加入一定量的锌粉，充分反应后过滤，得到滤渣和滤液。下列分析正确的是( )
A.滤液中一定含有Zn2+　　　　
B.滤渣中一定不含Zn
C.滤液中一定不含Ag+　　　　
D.在滤液中加入稀盐酸一定有白色沉淀生成
A
14.(2023·顺德模拟)为验证锌、铁、铜的金属活动性依次减弱，某同学设计了金属与溶液混合的六种方案(如图所示)，其中不能达到实验目的的组合是( )
A.①②　　　　 B.⑤⑥　　　 C.④⑥　　　 D.②③④
. .
C
能力提升
15.(2023·顺德模拟)小裕同学将未打磨的锌片和稀盐酸放入密闭容器中，用传感器探究反应过程中压强和温度的变化如图所示。从图中分析，得出的信息不正确的是( )
A.0~50 s时，发生反应的化学方程式为Zn+2HCl ZnCl2+H2↑
B.50 s时，溶液中的溶质为HCl、ZnCl2
C.100~140 s时，容器内压强减小是因为温度降低
D.该反应过程中有热量放出
. . .
A
16.(2023·茂名模拟)为验证锌、铜、银的金属活动性顺序，某同学设计了如图所示实验(实验所用的金属丝已提前用砂纸打磨)。
实验①：将铜丝插入硝酸银溶液中，观察到铜丝表面有银白色固体附着，溶液变成蓝色；
实验②：取出铜丝，插入锌丝，观察到锌丝表面有红色固体附着后，取出锌丝。
下列分析不正确的是( )
A.插入锌丝前，试管中溶液可能只有一种溶质
B.该实验能够验证金属活动性顺序：锌>铜>银
C.实验结束后，试管中溶液可能是无色的
D.实验结束后的溶液中最多有3种溶质
. . .
D
17.(2023·揭阳模拟)向装有一定量硫酸铜和硫酸亚铁混合溶液的试管中，缓慢加入锌粉，充分反应。下列有关试管中物质的变化关系图错误的是( )
(提示：金属活动性相差越大，越易反应)
. .
A
考点5　金属矿物和金属冶炼
针对训练
18.(2023·东莞模拟)我国古代就已经掌握了多种金属的冶炼技术。如图所示分别描述的是古人炼铁、炼铜和炼锌的场景。
(1)图1炼铁中，古人将木炭与铁矿石堆入炉内，并鼓入空气，利用生成的CO将铁矿石中的Fe2O3转化为铁单质。CO与Fe2O3反应的化学方程式为　 　。
(2)图1炼铁中，为了保持炉内高温，需要不断拉动风箱的原因是　 　。
(3)图2炼铜中，沈括所著《梦溪笔淡》中记载：“熬胆矾铁釜久之可化为铜。”胆矾为硫酸铜晶体，由CuSO4与铁釜反应转化为Cu的反应原理为　 (用化学方程式表示)。
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
提供充足的氧气，使木炭充分燃烧
Fe+CuSO4 Cu+FeSO4
==
(4)图3炼锌中，明末宋应星所著《天工开物》中介绍了锌的冶炼方法：把炉甘石(主要成分为ZnCO3)和煤炭一并装入炼锌罐中，泥封，“其底铺薪，发火殿红”“冷定毁罐取出”。泥罐内发生的化学反应如下。
①用泥罐密封是炼锌的关键，请结合物质的化学性质解释原因：　 　；
②镀锌板可防止铁腐蚀，原理是隔绝铁与空气中的氧气和水接触，写出另一种防止铁制品生锈的方法：　 　。
防止一氧化碳与氧气混合，高温下发生爆炸，同时可以防止反应生成的锌重新被氧化
刷漆(答案合理即可)
能力提升
19.(2023·揭阳模拟)如图1所示，我国冶炼金属的历史悠久。请根据所学知识，回答下列问题。
图1
(1)后母戊鼎是由青铜制作的，青铜属于　 　(选填“金属”或“合金”)。
(2)人类大规模使用金属的先后顺序跟　 　(选填字母)关系最大。
a.地壳中金属元素的含量
b.金属的导电性
c.金属的活动性
图2
合金
c
(3)我国在春秋时期就开始了铁的冶炼，汉代出现了最早的炼铁高炉。图2是铁及其化合物的价态二维图。高炉炼铁的反应原理为反应①~⑨中的　 　(选填序号)，利用CO的　 　性冶炼赭石(主要成分为 Fe2O3)，其化学方程式为　 　。
(4)反应①~⑨中，既属于复分解反应，也属于中和反应的为　 　(选填序号)。
①
还原
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
⑥⑧
(5)钛和钛合金是21世纪重要的金属材料。工业上冶炼金属钛的原理是：在氩气环境和高温条件下，利用金属镁和TiCl4，反应生成氯化镁和金属钛，该反应的方程式为　 　。氩气作保护气可防止生成的金属钛被氧化，是因为氩气的化学性质　 　。
TiCl4+2Mg Ti+2MgCl2
不活泼(或稳定)　
考点6　防止金属腐蚀
针对训练
20.(2023·中山模拟)深中通道是我国的一个超级工程，其中建设大桥时使用了大量钢材。下列对钢材防腐蚀的有关措施错误的是( )
A.钢材表面涂防锈漆 B.用生铁代替钢材
C.制成耐海水的合金钢 D.钢索用一层塑料包裹
. .
B
能力提升
21.(2023·顺德模拟)实验研究铁锈蚀影响因素，记录如表所示。下列分析不正确的是( )
A.②③中O2含量减少表明铁已锈蚀
B.①②证明水对铁锈蚀有影响
C.②③证明食盐能加快铁锈蚀
D.①②③证明炭粉对铁锈蚀有影响
实验装置 序号 其他试剂 200 s时O2的含量
① 干燥剂 20%
② 10滴水 15%
③ 10滴水和1.0 g食盐 8%
. . .
D
22.(2023·顺德模拟)金属与我们生活息息相关，在日常生活和生产中有广泛应用。
(1)如图所示是常见的跳绳及其部分结构说明。其中跳绳的绳体常用细钢丝来制作，这利用了金属具有良好的　 　性。
(2)在绳体外层包裹一层塑料来防止钢丝生锈，其防锈的原理是 。
(3)某同学的跳绳绳体有一段由于磨损严重且长时间曝露在潮湿的空气中生锈了，请你用所学知识将铁锈去除，可以选用　 　，该反应的化学方程式为　 　。老师还提醒同学们所滴加的酸不能过量，并且除锈后要用水冲洗跳绳才行，请用化学方程式解释这样做的原因：　 　。
延展
隔绝铁与氧气、水蒸气的接触
稀盐酸(答案
合理即可)
Fe2O3+6HCl
2FeCl3+3H2O(答案合理即可)
==
Fe+2HCl FeCl2+H2↑
==
(4)包裹钢丝的塑料常用PVC即聚氯乙烯［(CH2CHCl)n］，塑料属于　 　材料。
有机合成　
考点7　废弃金属对环境的影响和金属回收再利用
针对训练
23.(2023·汕头模拟)下列说法正确的是( )
A.钢是纯净物，生铁是合金
B.生活中常用蒸馏的方法降低水的硬度
C.施用钾肥可以提高作物抗倒伏的能力
D.生锈的钢铁是有害垃圾，没有回收价值
C
24.(2023·东莞模拟)做好垃圾分类，推动城市绿色发展。铝制可乐罐应投放到( )
C
能力提升
25.(2023·阳江模拟)回收利用废金属可减少资源浪费，保护环境。某工厂利用含铜废料(含Cu、Zn及不溶于水、不参加反应的杂质)制取铜并得到硫酸锌晶体(ZnSO4·7H2O)，硫酸锌晶体在工农业上有广泛用途。主要流程如图所示。
已知：①Cu+2H2SO4+O2 2CuSO4+2H2O；②硫酸锌晶体(ZnSO4·7H2O)在80~95 ℃时分解为ZnSO4和H2O。
(1)为了加快反应速率，可在反应前将含铜废料　 　。
(2)操作①的名称是　 　，稀硫酸要过量的原因是　 　。
(3)溶液A中含有的阳离子有　 　(写离子符号)；写出操作②发生反应的化学方程式 ：　 　(写一个)。
粉碎
过滤
使锌和氧化铜
均完全反应
Zn2+、Cu2+、H+
Zn+CuSO4 Cu+ZnSO4
(答案合理即可)
==
(4)已知ZnSO4·7H2O在39 ℃以上会逐步失去结晶水，操作④应选　 　(选填字母)。
A.加热蒸发F溶液
B.过滤
C.加热浓缩，冷却结晶后过滤
C
(5)实验室用ZnSO4·7H2O晶体配制100 g质量分数为10%的ZnSO4溶液。
①配制时，涉及以下实验步骤：
A.称量及量取　　　　B.计算　　　　
C.溶解　　　　 D.装瓶，贴上标签
其正确的实验步骤顺序是　 　(填字母)；
②将已配好的100 g质量分数的10%的ZnSO4溶液稀释成质量分数为5%的ZnSO4溶液，需要再加入水的质量是　 　g。
BACD　
100

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