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第二章《物质转化与材料利用》知识梳理
第1节 金属材料
1.金属的普遍特性
常温时，除汞是液体外,其余是 固体 ; 一般密度较大;具有 金属光泽 ;是良好的导电体 、导热体，具有延展性，密度和熔点较高。
2.非金属的性质
常温时，除溴是 液体 外，其余是气体和固体;有多种颜色，不具备金属特性，性质不一，应用不一。
3.几种常见的金属。
⑴铁(Fe): 银白 色金属光泽，质软，具有良好的 延展 性、 导电 性和导热性;化学性质比较活泼。纯铁很 软 ，不宜用来制造机械和其他用品。
(2)铝(A1): 银白 色金属光泽，具有良好的延展性、 导电性和 导热 性。在空气中形成致密的 氧化膜。常用于冶炼、制造电线、电缆等。
(3)铜(Cu): 紫红 色金属光泽，具有良好的延展性、导电性和导热性。在干燥的空气中化学性质 不活泼 ，在潮湿的空气中，表面生成 碱式碳酸铜 。用于制造 电线 、电缆、电器、零件等。
4.铁生锈的条件
铁与 氧气 、水 接触（铁锈的主要成分: Fe2O3·XH2O );铜生铜绿的条件:铜与氧气、水、二氧化碳接触。铜绿的化学式: Cu (OH) CO 。防止铁制品生锈的措施:①保持铁制品表面的清洁、 干燥 :②表面涂 保护膜 ，如涂油、刷漆、电镀、烤蓝等;③改变铁的单一结构，制成不锈钢。
第2节 金属的化学性质
一、金属与氧气的性质
1.金属与氧气反应
金属与其他物质发生反应时，会生成新的物质，表现出金属的化学性质。有些金属能在氧气中燃烧，有些金属不能燃烧，但都生成相应的氧化物。氧气的浓度不同，化学反应的现象可能不同。
金属 在空气中 在氧气中 化学方程式
镁 常温下表面逐渐变暗。点燃，剧烈燃烧，发出耀眼白光，生成白色固体 点燃，剧烈燃烧，发出耀眼白光，生成白色固体 2Mg+O2 2MgO
铝 常温下，铝表面变暗，生成一层致密的氧化膜，保护铝不再被腐蚀 点燃，剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成白色固体 4Al+3O2 2Al2O3
铁 持续加热发红，离火变冷 点燃，剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体。 3Fe+2O22Fe3O4
铜 加热，生成黑色物质；潮湿空气中，生成铜绿而被腐蚀 加热，生成黑色物质。 2Cu+O2 2CuO 2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3
金 即使在高温时也不与氧气反应
【注意】
1、镁条、铝丝在空气中能燃烧。铁丝在空气中不能燃烧，但在氧气中能燃烧。
2、铁在空气中缓慢氧化生成的主要产物是Fe2O3(生锈) 。铁在氧气中燃烧生成Fe3O4 。(Fe2O3呈暗红色，Fe3O4呈黑色) 。
3、金属铝的表面易生成一层致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝的进一步氧化，因而铝具有很好的抗腐蚀性能。但用钢丝球擦洗铝制容器会破坏氧化膜，会使金属铝进一步被氧化。
二、金属与酸的反应
1. 金属与盐酸或稀硫酸反应伴随的现象及反应的化学方程式如下表所示：
金属 现象 反应的化学方程式
盐酸 稀硫酸 盐酸 稀硫酸
镁 剧烈反应，产生大量气泡，溶液仍为无色，试管壁发热，生成的气体能够燃烧，产生淡蓝色火焰。 Mg+2HC===MgCl2+H2↑ Mg＋H2SO4===MgSO4 ＋H2↑
铝 打磨过的铝放入酸中，剧烈反应产生大量气泡，溶液仍为无色，生成的气体能够燃烧，产生淡蓝色火焰。 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑ 2Al＋3H2SO4=== Al2(SO4)3＋3H2↑
锌 反应比较剧烈，产生大量气泡，溶液仍为无色，生成的气体能够燃烧，产生淡蓝色火焰。 Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑ Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
铁 反应缓慢，有气泡产生，溶液由无色逐渐变为浅绿色，生成的气体能够燃烧，产生淡蓝色火焰。 Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑ Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
铜 无任何现象 不反应 不反应
三、置换反应
1.置换反应
(1)概念：一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应叫做置换反应；
金属与稀盐酸、稀硫酸，以及铁与硫酸铜溶液的反应等都属于置换反应。
(2)形式：AB+C→A+CB。
2.四种化学基本反应类型：一种单质跟一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应，叫作置换反应，表示形式为：A＋BC===B＋AC；化合反应是由两种或两种以上物质生成一种物质的反应(A＋B===AB)；分解反应是由一种物质生成两种或两种以上物质的反应(AB===A＋B)；复分解反应是两种化合物互相交换成分生成新化合物的反应(AB＋CD===AD＋CB)。
四、金属的活动性顺序
1.金属活动性顺序
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的盐(必须可溶）溶液中置换出来；
(4)K、Ca、Na三种金属先与水反应生成相应的碱和氢气。
2.验证实验
比较铁与铜、铜与银的化学活动性
药品：铜丝、铁丝、FeSO4 溶液、CuSO4 溶液、AgNO3 溶液
(1)在盛有硫酸铜溶液的试管里浸入一段洁净的铁丝；铁丝表面有一层红色物质生成，
方程式为：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；说明：铁比铜活泼；
(2)在盛有硝酸银溶液的试管里浸入一段洁净的铜丝，过一会儿取出；浸入硝酸银溶液中的铜丝表面有一层银白色物质生成 ；方程式为：Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag ；说明：铜比银活泼 ；
实验结论：铁、铜、银的活动性大小的顺序为Fe>Cu>Ag 。
五、金属与盐的反应
1.湿法炼铜
(1)原理： 先用硫酸将铜矿中的铜转变成可溶性的硫酸铜，再将铁放入硫酸铜溶液中把铜置换出来，此过程中金属铁失去电子的能力比铜强，变成亚铁离子进入溶液，而铜离子得到电子变成了金属铜
(2)方程式: CuO+H2SO4===CuSO4+H2O(复分解反应)
CuSO4+Fe===Cu+ H2O（置换反应）
2.金属活动性的实验验证方法
(1)三种金属活动性的实验设计
验证Zn、Cu、Ag三种金属的活动性，
方法1：取活动性居中的金属单质，如取Cu丝，而Cu两边的金属取其盐溶液，如ZnCl2溶液和AgNO3溶液，然后将Cu丝分别伸入两溶液中，通过是否有金属被置换出来而确定金属的活动性。即“中间的金属，两端的溶液”的方法。
方法2：将金属活动性居中的金属的盐溶液，例如取CuSO4溶液，而Cu两边的金属取其单质，如Zn片和Ag片，然后分别将Zn片和Ag片放入CuSO4溶液中，根据是否有紫红色的铜被置换出来确定金属的活动性。即“中间的溶液，两端的金属”的方法。
(2)比较四种金属活动性的实验设计
如验证Mg、Zn、Cu、Ag的活动性。
一般情况下四种金属可分成两类：一类氢前金属，一类氢后金属，所以通常先取四种金属的单质和盐酸或稀硫酸，然后分别将四种金属放于盐酸或稀硫酸中，根据是否有气泡产生，来确定Mg、Zn比Cu、Ag活泼，同时又可根据产生气泡速率的快慢来确定Mg比Zn活泼。氢后金属，可根据金属单质与金属的盐溶液的置换反应来确定Cu比Ag活泼(如将Cu丝放人AgNO3溶液中) 。
【拓展】根据金属与金属的盐溶液的反应判断滤液、滤渣的成分。如向CuSO4、AgNO3混合液中加铁粉反应后过滤，判断滤液和滤渣成分。
铁与CuSO4、AgNO3溶液反应有先后顺序，如果铁足量，先将AgNO3完全置换后再置换CuSO4， 那么溶液中只有FeSO4， 如果铁的量不足，依据“先后原则”分别讨论滤液和滤渣的成分。
第3节 有机物和有机合成材料
四.简单的有机物：
1.有机物的自然合成：自然界中的一些无机物，如氢气、水、二氧化碳、一氧化碳、氮气等，在一定条件下，经过阳光的照射和雷电作用，会合成一些简单的有机物，如甲烷（CH4）、甲胺（CH3NH2）、尿素[CO(NH2)2]等。
2.有机物的定义：从物质的组成看，有机物是一类含碳化合物（碳的氧化物、碳酸、碳酸盐等除外），大多含有C、H、O、N等元素。有了有机物才有生命。
3.甲烷：最简单的有机物，化学式为CH4。稻草及动物粪便经过发酵会产生大量的沼气，农村里常用作燃料供热。沼气、瓦斯、天然气的主要成分都是甲烷。火星的大气层中也发现有很多的甲烷。
(1)结构：1个甲烷分子是由1个碳原子和4个氢原子构成的，如图所示。
(2)性质：通常状况下，甲烷是无色无味的气体，密度比空气小，极难溶于水。甲烷具有可燃性，纯净的甲烷在空气中燃烧时产生蓝色火焰，生成水和二氧化碳。有机物的充分燃烧基本上都会产生水和二氧化碳。
4.有机物的特性：
（1）大部分有机物熔点较低，受热易分解，易挥发，易燃烧，不易导电等。所以保存时一定要密封，做实验时一定要远离明火，防止着火或爆炸。
（2）有机物可作为很好的溶剂：高度白酒泡药酒，汽油清洗油污。
4.常见有机物的用途：
（1）汽油：是石油产品之一，用做燃料。 （2）乙酸：用做食醋
（3）氯仿：是化工原料和很好的溶剂。 （4）乙醇：用于消毒和做燃料
（5）乙酸乙酯：做溶剂、香精和粘合剂
五.生物体中的有机物：
1.有机物是生物体各组织的主要成分人体的生长发育和体内各组织的新陈代谢，都需要各种有机物的参与。
2.糖类、蛋白质、脂肪等都是人体内的基本有机物。
(1)糖类：一些食物，如面包、面条、米饭等主要含有糖类物质，这些糖类物质在人体内水解后会生成葡萄糖。葡萄糖是生命活动中不可缺少的重要物质、也是生命活动所需能量的主要来源。
(2)蛋白质：是构成生命体的基本物质，蛋白质是细胞结构里最复杂多变的一类大分子。
(3)脂肪：脂肪不溶于水，可溶于有机溶剂，是生物体内贮藏能量的物质，随时供人体代谢的需要。
六.有机合成材料：
1.有机合成材料：主要成分是用人工合成的方法制得的高分子化合物。
2.三大合成材料：合成塑料、合成纤维和合成橡胶。
（1）塑料：具有可塑性，如果把它加热到一定温度，就能融化成粘稠状液体，趁热把它注入不同的模具里，冷却后就会形成各种形状的制品。塑料制品一般具有良好的性能，容易加工，轻便实用，有的还有特殊的功能，因此逐渐取代其他材料（如金属、玻璃和纸），用途非常广泛。
（2）合成纤维：合成纤维是以石油化工产品等为主要原料人工合成制得的。不同品种的合成纤维具有各自独特的性能，例如，聚酰胺纤维(锦纶)的耐磨性、聚酯纤维(涤纶)的挺括耐摺性、聚丙烯腈纤维(腈纶)的保暖性和良好手感。合成纤维因其具有特殊性能，被广泛用于制造航天器、飞机、火箭、导弹的绝缘材料特殊防护材料、增强材料以及人造心脏瓣膜外科缝线等。
（3）合成橡胶：合成橡胶是以煤石油、天然气为主要原料人工合成的高弹性聚合物，具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或低温等性能，因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。
3.合成材料的污染：有机合成材料在给人们的生产、生活带来便利的同时，也对环境造成了影响。例如，有些塑料的结构稳定、不易分解，因此这些废弃塑料会带来严重的环境污染问题。
七.材料与人类社会发展：
1.原始人使用石器：石斧、石刀、箭头、刮器，还有兽骨和鱼骨制成骨针
2.古代人开始创造和使用陶器
3.四千年前，人类进入青铜器时代（图为青铜器尊和司母戊鼎）
4.炼铁技术的发展，人们制造了犁，黏土烧制砖瓦，瓷器
5.人类社会进入信息时代：随着科学技术的发展，人们有目的的改进材料的性能，使半导体材料、光纤材料、碳纤维复合材料等新型材料不断涌现，促进了通讯、计算机、航空、航天等行业迅速发展。
八.新型材料：
新型材料：指新出现或正在发展中的、具有优异特性和功能并能满足技术进步所需的材料。
当前，最引人注目的新型材料有：光电子信息材料、先进复合材料、超级陶瓷材料、新型金属材料新型高分子材料、超导材料、纳米材料等。
纳米材料：指其基本颗粒在1 ~ 100纳米范围内的材料。如：纳米陶瓷、新型纳米油墨、纳米铅粉等。纳米材料在机械强度、磁、光、声、热等方面和普通材料都有很大的不同。如纳米陶瓷具有很好的韧性；新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好；将纳米铅粉加入固体燃料中，会使火箭推进器的前进速度加快好几倍。
第4节 物质的分类
1.为什么要分类：自然界中物质种类繁多性质各异，为了更好地研究和识别它们。
2.分类的方式：按照一定规律和性质进行分类
（1）物理性质：颜色、状态、气味、硬度、密度、溶解性、导热性、导电性等
（2）化学性质：酸碱性、热稳定性、氧化性或还原性、可燃性等。
（3）按照组成分类：纯净物可分为单质和化合物。
（4）按照元素把单质分为金属单质和非金属单质。
（5）一般把由两种元素组成，其中一种元素是氧元素的化合物称为氧化物。根据元素组成不同分为金属氧化物与非金属氧化物
（6）按照元素的组成不同可分为有机化合物和无机化合物。
第5节 物质的转化
二.非金属单质与其化合物之间的转化：
1.通过与氧气反应转化为非金属氧化物：（书上实验）
2.非金属氧化物与水反应转化为酸：
二.金属单质与其化合物之间的转化：
1.金属与非金属反应：（书上实验：铁与硫磺反应）
2.金属氧化物与水反应：
四.化合物之间的转化：
1.氧气、氢气、水、氧化物、酸 2.碳与碳的化合物
3.氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠 4.含钙化合物
5.金属(镁、铝、锌、铁、铜)及其化合物
第6节 材料的利用与发展
一、材料与人类社会发展
材料的发展历程：石器→陶器→青铜器→钢铁→合成材料→新型材料。
人类对金属材料的使用不仅与金属的活动性有关，还与金属冶炼的难易程度有关。如人类最早使用的金属材料是铜，目前使用最多的金属材料是铁及铁的合金。虽然地壳中含量最多的金属元素是铝，但由于铝的金属活动性较强，冶炼具有一定的难度，因而铝的利用比铜和铁晚的多。
二、 新型材料
新型材料：指新出现或正在发展中的、具有优异特性和功能并能满足技术进步所需的材料。特点：具有优异特性和功能，与普通材料的性质差别很大。
当前，最引人注目的新型材料有：光电子信息材料、先进复合材料、超级陶瓷材料、新型金属材料新型高分子材料、超导材料、纳米材料等。
纳米材料：指其基本颗粒在1 ~ 100纳米范围内的材料。如：纳米陶瓷、新型纳米油墨、纳米铅粉等。纳米材料在机械强度、磁、光、声、热等方面和普通材料都有很大的不同。如纳米陶瓷具有很好的韧性；新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好；将纳米铅粉加入固体燃料中，会使火箭推进器的前进速度加快好几倍。
三、材料制造与环境保护
人们在制造材料的过程中会产生许多污染。为了减少或消除材料制造过程中的污染，人们需要探寻无污染或低污染的“绿色”新工艺，需要探索污染物的防治、转化和综合利用的途径。
（一）实际生产和实验中选择某种物质的制备方法时，需考虑的因素有：
(1)科学性：制备过程中每步化学反应是否符合化学反应的规律；
(2)简便性：设计方案考虑实际设备情况，操作过程尽可能简便易行，如反应所需的条件和设备是否简单；
(3)经济性：所需原料是否易获取、成本是否低廉；
(4)安全性：操作过程是否存在安全隐患；
(5)环保性：生产过程是否会对环境造成污染。
（二）“绿色化学”
“绿色化学”又称为环境友好化学，它的主要特点如下：
(1)充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；
(2)在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废弃物向环境中的排放；
(3)提高原料的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；
(4)生产出有利于环境保护社会安全和人体健康的环境友好产品。“绿色化学”给化学家提出了一项新的挑战，其核心就是要利用化学原理从源头上消除污染，国际上对此十分重视。1995 年，美国设立了“总统绿色化学挑战奖”，以表彰那些在“绿色化学”领域中做出杰出贡献的企业家和科学家。“绿色化学”将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。
（三）工业“三废”及处理
(1)工业“三废”是指废水、废渣和废气。
(2)处理方法
①“废气”处理一般是安装回收设备，将尘粒和一氧化碳、二氧化硫等物质除去，一氧化碳可以回收再利用，二氧化硫可利用与碱溶液反应而除去。
②“废渣”的处理一般是制水泥或其他材料，变废为宝，如含磷的废渣可转化为磷肥等。
③“废水”的处理是建立污水处理厂，将废水中的有害金属转化为沉淀，制成所需要的金属材料等，废水处理达标后再排放到河流中或循环利用。
在化学工业中,除了要及时处理好“三废”，还要努力提高原料的利用率，增加产品的产量，从根本上降低生产对环境造成的污染。
【能力拓展】
(1)复合材料是将两种或两种以上材料复合成一体形成的材料。复合材料集中了组成材料的优点，同时避免了组成材料的缺点，具有综合性能更优异的特点。如钢筋混凝土、玻璃钢。(2)玻璃、水泥、陶瓷等是一类重要的无机非金属材料，应用广泛。

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