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第二章 物质转化与材料利用
一、金属材料
1.金属与非金属的主要性质差异
金属
除汞外，元素的中文各名称都带有金字旁。
非金属
有特殊的金属光泽，一般为银白色 如：铜（紫红色）、铝、铁、汞（银白色）、金（金黄色）
有多种颜色，无光泽，外表暗淡?如：硫（黄色）、碳（黑色）、红磷（红色）、溴Br2（红棕色）学
常温下一般是固体（汞为液态）
常温下一般为固态或气态（溴为液态）
有延展性
不具延展性
有可锻性
不具可锻性
硬度大
硬度不一致
有良好的导电性
不导电（除石墨）
有良好的导热性
不导热（除石墨）
密度大
密度小
熔点高
熔点低
注：（1）金属一定能导电、导热，但能导电导热的单质不一定是金属。如非金属石墨也能导电，也能导热。?
（2）金属在常温下，除汞是液态外，?一般是固态。非金属在常温，除溴是液态外，一般是气态或固态?。
【讨论】1、银是最佳的导热体，为什么银不宜用来制造煮食器皿?试举出原因。?
银器煮食回产生Ag+,Ag+会对人体有害，②银太贵，太软，易氧化变黑。
?2、为什么装食品的罐头一般用镀锡的铁制造，而不用锡制造??锡太软不能制造罐头壳，而镀锡的铁片却能防止铁生锈。?
2. 合金（混合物）：将一种金属跟其他一种或几种金属（非金属）一起熔合而成的具有金属
特性的物质，即为合金。（合金与纯金属相比，一般具有较低的熔点，较大的硬度，较
差的导电性）
钢：铁（硬而脆，无韧性）和碳元素组合的合金，含C量较低，机械性能好，质地坚硬，有弹性和延展性?。
3. 金属的污染和回收利用
二、金属的化学性质
1. 金属与氧气的反应
2Mg+O2===2MgO 产生耀眼白光，产生大量热，生成一种白色的固体。
2Cu+O2===2CuO 铜在加热的情况下，颜色会逐渐变黑，生成 CuO。
4Al+3O2=2Al2O3 银白色的铝的表面逐渐变暗生成一层致密的薄膜，它能阻止金属继续被空气氧化。
在氧气中点燃铝 4Al+3O2===2Al2O3 剧烈燃烧，火星四射，放出大量热，生成白色固体。
3Fe+2O2===Fe3O4 剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成黑色固体。
金属铁在潮湿的空气中容易生锈，铁锈的主要成分是 Fe2O3。
2. 金属与酸的反应
1. 金属与酸反应 【金属 + 酸 → 盐 + H2↑】
反应物
反应现象
反应速度
化学方程式
稀
盐
酸
或
稀
硫
酸
(非氧
化性）
铝
开始无明显现象，后来铝片表面冒气泡，产生气泡速度越快，试管外壁有放热现象
很快
2Al + 6HCl==2AlCl3 +3 H2↑
2Al + 3H2SO4==Al2（SO4）3+3H2↑
锌
锌剧烈反应，不断减少，产生大量气泡
较快
Zn +2HCl ==ZnCl2 +H2↑
Zn + H2SO4 == ZnSO4 +H2↑ （实验室制取氢气）用镁反应太快了，来不及收集，而用锌速度刚好。因为盐酸具有挥发性，用盐酸制取的氢气中含有氯化氢气体而不纯
铁
反应缓慢，有气泡生成，溶液由无色变为浅绿色
较慢
Fe+ H2SO4 ==FeSO4+H2↑
Fe+2HCl ==FeCl2+ H2↑
铜
不 反 应
注意：铝制容器不能盛放酸性或碱性 溶液，因为酸性或碱性物质会破坏铝的氧化膜，进而腐蚀铝。洗涤铝时不能用钢丝擦洗，避免破坏氧化膜。
2.置 换 反应 ：由一种单质与一种化合物发生反应，生成另一种单质与另一种化合物的反应，表达式： A+BC→AC+B
3.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
4.三个应用
①判断金属的活动性顺序，金属的位置越靠前，它的活动性就越强；
②判断金属与酸能否发生置换反应，位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢(不是氢原子），而排在氢后面的
金属则不能；金属（氢前面的）金属+酸=盐+氢气
判断金属与盐溶液能否发生置换反应，一般排在前面的金属能把排在后面的金属从它们的盐溶液 里置换出来。 （活泼性强）金属+盐(可溶)=新盐+（弱）
金属与部分盐溶液反应
【注意】
1.K、Ca、Na 太活泼，易与水反应生成相应的碱，不与酸、盐发生置换反应；
2.铁与酸、盐发生的置换反应中，产物是亚铁盐（Fe2+）
3.金属与盐反应时，盐必须是可溶的，如Cu与AgCl不反应
4.判断三种金属活动性时用的方法：把三种金属按活动能力由强到弱排序,则方法有：
1.取最活泼金属单质和中间金属的盐溶液和最不活泼金属单质就能把三种金属的活动性判断出来.（两盐夹一金）
2.取最活泼金属盐溶液和中间金属的单质和最不活泼金属盐溶液,就能把三种金属的活动性判断出来.（两金夹一盐）
根据是若A金属和B金属的盐溶液能反应,则A金属比B金属活动性强,反之则弱.
★5.金属与盐溶液反应的规律:
①将几种不同的金属放入同一种盐溶液中，其中排在金属活动性顺序中最靠前的金属先反应，然后是稍靠前的金属反应。解题时可将全部的金属先按金属活动性从强到弱顺序排列，再判断是否发生反应。
②将一种金属单质放入几种金属的盐溶液的混合液中时，其中排在金属活动性顺序中最靠后的金属最先被置换出来，然后再依次置换出稍靠后的金属。
★6.等质量的不同金属与足量酸（稀盐酸或稀硫酸）反应，生成氢气的质量大小，取决于元素的化合价与该金属相对原子质量的比值。
①等质量的金属、足量的酸，金属元素化合价相同时，金属的相对分子质量越小，产生氢气越多；
金属越活泼，反应速率越快，最先被消耗完，反映在m(H2)-时间图线上越陡
②酸等量、金属足量，生成氢气一样多。酸因量不足而在反应中完全消耗。
例：
★7.不同金属与足量的某酸反应制得等量的氢气时，所消耗的金属质量比等于金属元素的相对原子质量与其化合价的比。
5.防止金属腐蚀的常用方法
①金属的锈蚀既与周围环境里水，空气等物质的作用有关，也与金属内部的结构有关。（拓展：铁生锈会消
耗氧气，引起气压变化）
②防止铁制品生锈的具体方法为：防锈方法：1.保护膜法2.改变内部结构法。
保护膜法包括：1.非金属覆盖层2.金属镀层3.自身氧化膜保护层
③探究铁的锈蚀条件：
三、有机物和有机合成材料
1.有机物：将含碳的化合物（除碳的氧化物、碳酸、碳酸盐）叫有机物。有机物大多含有C、H、O、N等元素。
2.甲烷
（1）甲烷的化学式为CH4，它是最简单的一种有机物。
（2）沼气、天然气和石油气的主要成分都是甲烷。
（3）由于甲烷气体与空气或氧气混合点燃时，易发生爆炸，故使用前需要验纯 。
（4）甲烷密度比空气小
（5）甲烷燃烧：CH4+2O2===CO2+2H2O 产生淡蓝色火焰，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊。
3.(1) 打火机中液体的主要成分---丁烷（C4H10），易被液化、具有可燃性
它在空气中燃烧的化学方程式：2C4H10 + 13O2 === 8CO2 + 10H2O
(2) 乙炔C2H2 ，具有可燃性，燃烧能产生3000度以上的高温，可以用于焊接和切割金属。
它在空气中燃烧的化学方程式： 2C2H2 + 5O2 === 4CO2 + 2H2O
4.有机物的特性。
（1）大部分有机物熔点较低，易挥发，不易导电，易燃烧等。
（2）许多有机物，如酒精、苯等都是常见的、很好的溶剂
5.人体内最基本的有机物有糖类、蛋白质、脂肪等。
羊毛（蛋白质）燃烧：有烧焦羽毛的味道，同时看到黑烟
棉花燃烧：烧纸的味道
有机合成材料：合成塑料（可塑性，柔韧高，良好的绝缘性）、合成纤维和合成橡胶
【注意】要验证有机物的元素的组成，须先将有机物燃烧，鉴定气体中H2O和CO2的存在，若要鉴定C、H元素，定性测定即可，若要鉴定O元素则要进行定量测定，测出有机物中其他元素的质量分数，进而判断原有有机物是否含有O元素。
物质的分类
物质的转化
①非金属及其化合物之间的转化
1.非金属+氧气→非金属氧化物（大多是酸性氧化物→能与碱反应生成盐和水）
（1）硫与氧气的反应:硫是一种淡黄色粉末状固体。硫在空气中燃烧发出微弱的淡蓝色火焰，在氧气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰，都生成一种有毒、有刺激性气味的无色气体SO2，
化学方程式:S+O2=====SO2
注意: ①实验最好在通风橱中进行
②在集气瓶底部要预先放少量氢氧化钠溶液来吸收生成的SO2，防止对空气造成污染。
（2）磷与氧气反应:4P+5O2===2P2O5
碳和氧气反应:C+O2=====CO2（若氧气不充足则生成CO）
2.非金属氧化物（酸性氧化物）+水→酸
将CO2通入蒸馏水中，然后滴加几滴紫色石蕊试液，溶液变红，将红色溶液加热，溶液又变成紫色。
原因:CO2和水反应生成了碳酸，碳酸使紫色石蕊试液变红；碳酸不稳定，受热易分解。
化学方程式:CO2+H2O＝H2CO3（不稳定，易分解） H2CO3===CO2↑+H2O
（2）二氧化硫和水反应:SO2+H2O＝H2SO3（不稳定，易分解）
三氧化硫和水反应:SO3+H2O＝H2SO4
总结:非金属+氧气→非金属氧化物+水→酸+碱→盐（不稳定酸受热也可以分解成非金属氧化物）
②金属及其化合物之间的转化
1.金属+非金属（不包括氧气）→金属化合物（无氧酸盐）
（1）铁粉和硫的反应
①硫是一种淡黄色粉末，铁粉为黑色粉末，当把它们混合时，用磁铁接近混合物，其中的铁粉能被吸引，说明铁仍以单质形式存在，两者未反应
②将混合物放进试管内加热，可以观察到试管内发光，反应放出大量热，停止加热，冷却后，用磁铁靠近反应后生成的黑色块状固体，不能被磁铁吸引，说明铁单质已经发生了转化。化学方程式:Fe+S==FeS（硫化亚铁）
2.金属+氧气→金属氧化物（大多是碱性氧化物）
3.少数金属氧化物+水→可溶性碱
（1）生石灰与水反应:向生石灰中加入少量水，搅拌，可以观察到生石灰和水发生剧烈反应，放出大量热，水沸腾；滴入几滴无色酚酞试液，溶液变红。 化学方程式:CaO+H2O＝Ca（OH）2
（2）氧化钠和水反应:Na2O+H2O＝2NaOH 氧化钡和水反应:BaO+H2O＝Ba（OH）2
（CuO和Fe2O3都不能和水反应）
注意:不溶性碱===金属氧化物+水
如:Cu（OH）2===CuO+H2O 2Fe（OH）3===Fe2O3+3H2O
总结:金属+氧气→金属氧化物+水→可溶性碱+碱→盐
不溶性碱===金属氧化物+水
★③金属的冶炼
1.金属在自然界的存在形式
大多数金属是以化合态（化合物）的形式存在的，只有少数金属是以游离态（单质）的形式存在的。一般来说，化学性质活泼的金属以化合态的形式存在，化学性质稳定的金属以游离态的形式存在
2.金属的冶炼的原理与方法
（1）金属冶炼原理:把金属从化合态变成游离态。
（2）常用的金属冶炼方法:用C、CO和H2等还原剂与金属氧化物在高温下反应，夺取金属氧化物中的氧，得到金属单质。
如:C（还原剂）+2CuO（氧化剂）===2Cu+CO2↑（氧化还原反应）、
CO+CuO===Cu+CO2、2Fe2O3+3C===4Fe+3CO2↑、3CO+Fe2O3===2Fe+3CO2
（3）氢气还原氧化铜实验:
①化学方程式:H2+CuO===Cu+H2O
②实验装置:如右图
③实验步骤:
检（检验氢气的纯度）、
通（通氢气）、
点（点燃酒精灯加热）、
熄（实验完毕后，先熄灭酒精灯）、
冷（继续通氢气，直到试管完全冷却）
④实验现象:黑色粉末逐渐变成红色，试管口出现小水珠
⑤实验注意事项:
注意事项
原 因
试管口应略向下倾斜，且不能塞塞子
避免反应中生成的水倒流入试管底部引起试管破裂；也因为氢气密度小于空气，向下倾斜才能使氢气到试管底部
氧化铜要铺在试管底部
增大反应物的受热面积，加快反应速率
通氢气的导管应插到试管底部的氧化铜上方
为了避免氧化铜粉末堵塞导管；易把试管里的空气排尽，避免加热时发生危险
实验时先通氢气再给氧化铜加热
把试管中的空气排尽，避免氢气和空气混合物加热时发生爆炸
实验结束先停止加热，继续通氢气，直至试管冷却
防止灼热的铜被空气中的氧气重新氧化成氧化铜
3.还原反应:含氧化合物里的氧被夺取的反应
还原性:C、H2、CO等能从CuO中夺取氧的性质，具有还原性的物质可以做还原剂
④化合物之间的转化
物质的鉴别与推断
1.物质的推断的证据是物质的性质，物质性质如颜色、状态、气味、挥发性等，化学性质如酸碱性，可燃性、还原性等。解题的突破口通常是颜色，反应特征、物质状态、反应条件、物质特征现象、特定的实验结果等。
2.框图型物质推断题，可以根据题干提供的信息，结合框图，找准解题的突破口，根据叙述的关键，以及物质的性质和物质之间的反应，得出关键物质的化学式，然后顺推或逆推或由两边向中间推的出其他物质的化学式。
3.进行物质鉴别的关键是找到特殊明显的可观察想象。常见离子的检验方法要牢记。
1、下面的四组溶液中，不用加其它任何试剂，只需组内物质相互反应，就能加以鉴别的（ ）
A、NaCl、Na2CO3、HCl、KNO3 B、Na2SO4、Ba(NO3)2、K2CO3、KNO3
C、NaOH、CuSO4、NaCl、Ba(NO3)2 D、FeCl3、NaOH、 Na2SO４、 KCl
2、按下列添加试剂的先后顺序，即可将稀盐酸、稀硫酸、硫酸钾、氢氧化钠和硝酸钾五种无色溶液鉴别开来的是 （ ）
A、石蕊试液、AgNO3溶液、HNO3　　B、BaCl2溶液、酚酞试液、AgNO3溶液
C、石蕊试液、BaCl2溶液 　 D、酚酞试液、BaCl2溶液、AgNO3溶液

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