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期终复习迎考教学案 中学初三化学备课组主备人：凌红芳
第 八 单 元 金 属 材 料
[基础知识点]
一、几种重要的金属
在生活中，应用最广泛的金属莫过于铁、铜、铝，它们在性质上有很多共同的地方．例如都有导电性、可导热、有延展性、有金属光泽等．但在这些共性中也存在着许多差异，例如为什么用铁制菜刀、锄头而不用铝？为什么灯丝用钨制而不用铁丝或铜丝制？这都与它们性质上的差异有关．铁的硬度较大，用它制造刀具、锄头等使用时不易变形，而铝的硬度小、质地软、易变形，不宜用来制造工具．白炽灯内的灯丝通常用钨制，是因为它的熔点高达3410℃，高温下不易熔化，而铁、铜的熔点比钨低近2000℃，高温下易熔化形成断路．
关于金属的用途，不仅要考虑它们的性质，还要考虑价格、资源、是否美观，使用是否便利以及废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素．
例如，银的导电性比铜的好，可电线一般用铜制而不用银制，这是为什么呢？这是因为银在自然界中含量少、价格高，如果用银制电线，成本会太高，所以往往用铜来代替．再例如水龙头上往往镀一层铬而不镀金，原因有二：一是金价格昂贵；二是因为金的硬度低，易磨损，而铬的硬度大，耐磨，保存时间长久．铝粉有美丽的银白色光泽（一般金属的粉末多为黑色），常用来做涂料（俗称银粉、银漆），以保护铁制品不被腐蚀，而且美观．
在实际生活中，一些纯金属并不能满足生产生活的需要，所以科学家们经过研究探索，发现在纯金属中熔合其他一些金属或非金属，会改变金属的某些性能，这就是合金．
二、合金及其利用
所谓合金，是指一种金属跟另一种或几种金属（或非金属），在一定温度下熔合在一起形成的具有金属特性的固体混合物，它们的性能往往优于纯金属．所以，在日常生活、工农业生产和科学研究中，大量使用的常常不是纯金属，而是它们的合金．下面我们就来介绍几种金属的合金．
（一）铁的合金
生铁和钢是在生活中和生产上使用最为普遍的金属材料．生铁和钢都是铁的合金，生铁中含碳2%～4.3%，另外还含有少量的硅、锰、硫、磷等元素；钢中含碳在0.03%～2%之间，还含有极少量的硅、锰元素．这是生铁和钢最本质上的区别．正因为结构上的不同，决定了它们在物理性质上存在很大的差异．一般来说，生铁的熔点比钢略低，硬而脆，无韧性，而钢有良好的韧性和塑性．由于性质上的不同，决定了生铁和钢有不同的用途．生铁由于含碳量较高，所以硬而脆。
（二）铜的合金
铜易与其他金属形成合金，铜的合金种类很多，常用的有：
青铜：含Cu 80%，Sn 15%，Zn 5%．青铜的强度高，可塑性好，耐磨，耐腐蚀，常用来做机械零件，如轴承、齿轮等．
白铜：含铜50%～70%，镍（Ni）18%～20%，锌13%～15%．白铜的光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工，主要用来制刀具、钱币、代替银做饰品．
黄铜：含铜60%，锌40%．黄铜的强度高，可塑性好，易加工，常用作机器零件、仪表，由于它的外表金光灿灿，容易被不法分子用来冒充黄金行骗．
（三）钛和钛合金
钛是一种银白色金属，熔点较高，密度较小，机械强度高，且容易加工成形，并具有优异的抗腐蚀性能，在低温和超低温下，钛和钛合金仍能保持它们的良好的机械性能．
在金属加工工业中，钛钨硬质合金用以制造刀具、切削钢材．
在航空工业中，钛和钛合金用以制造喷气发动机和飞机的机身．在火箭、导弹和宇航工业上主要用作压力容器、燃料贮箱、火箭发动机壳体、人造卫星外壳、宇宙飞船船舱等．
在造船工业中，用以制造海轮和舰艇的外壳．
在医学上，由于钛的密度小、强度大，由它制成的医用补形材料装入人体后易于为人体所适应，所以常用来制造代替人体内被损坏的骨骼．
此外，钛在冶金工业、电子器件及通讯设备、造纸工业等方面，都有广泛应用．钛虽然有许多优良性能，但因冶炼困难，价格较贵，它的推广使用目前还存在着一定的限制．
合金之所以能得到广泛应用，是因为合金的性能比纯金属更理想；而且随元素的含量增减可制造出适用不同用途的合金．通常广泛应用的合金在性能上都是它们纯金属性能的理想综合．例如铝虽然具有耐腐蚀的优点，但质地较软、硬度小、易变形、不耐磨，在生活生产中无法得到广泛地应用．但是，如果将几种硬度较大的金属与铝熔合，如锰和非金属硅等，就会大大提高它的硬度，通常将这种铝合金叫做硬铝．你家的铝合金门窗就是由硬铝作为材料制成的，它的特点是轻而坚韧．硬铝还可用作汽车、船舶、飞机等材料．
二、金属的化学性质
（一）金属与氧气的反应
大多数金属都能与氧气发生化学反应，但反应的难易程度和剧烈程度是不同的．以铝、铜、金为例：
4Al＋2O2＝＝2Al2O3　2Cu＋O2 2CuO　Au＋O2不反应
从反应条件我们就能看出这三种金属与氧气反应难易的不同．从而体现出它们的活泼性铝比较活泼，铜次之，金最不活泼．
金属的活泼性还可以从它们与盐酸或稀硫酸的反应中体现出来．
（二）金属与盐酸或稀硫酸的反应
活动与探究解析：
反应剧烈情况：镁迅速反应，放出大量的热；锌反应适中，放出热量；铁周围有数个小汽泡缓慢放出；铜周围无现象．
气体产生情况：镁、锌、铁都能与盐酸或稀硫酸反应放出氢气，铜不能．
化学方程式：
Mg＋2HCl＝＝＝＝MgCl2＋H2↑　　 Mg＋H2SO4＝＝＝＝MgSO4＋H2↑
Zn＋2HCl＝＝＝＝ZnCl2＋H2↑　　　　Zn＋H2SO4＝＝＝＝ZnSO4＋H2↑
Fe＋2HCl＝＝＝＝FeCl2＋H2↑　　　　Fe＋H2SO4＝＝＝＝＝FeSO4＋H2↑
从上述分析可以比较出，镁最易发生反应，所以它的性质最活泼；锌比铁活泼；铜不能与酸反应，相对而言不活泼．由此我们可以得出这样的两个结论：
（三）金属与某些盐溶液的反应
盐，是一类化合物，它是由金属元素和一些非金属元素或原子团构成的．某些盐的溶液能与金属发生置换反应．反应发生的基本依据就是活动性强的金属能把活动性弱的金属从其盐溶液中置换出来．
例如：把砂纸打磨过的铝丝浸入硫酸铜溶液中，因为铝比铜活泼，所以能把溶液中的铜离子置换出来，得到的就是铜单质，所以能在铝丝表面看到覆盖了一层红色的铜；同时溶液中的硫酸铜逐渐减少，硫酸铝逐渐增多，溶液颜色由原来的蓝色逐渐变浅．化学方程式为：
2Al＋3CuSO4＝＝3Cu＋Al2（SO4）3
（四）金属活动性顺序
（一）金属活动性顺序表
不同的金属活动性不同，为了方便研究金属的性质及用途，我们把常见的金属按活动性由强到弱的顺序排列起来，这就是金属活动性顺序表．
K__Ca__Na__Mg__Al__Zn__Fe__Sn__Pb__（H）__Cu__Hg__Ag__Pt__Au
由 强 到 弱　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（这个顺序表很重要，一定要记住哦！）
（五）铁的冶炼
在自然界中没有单质铁存在，要想得到单质铁只能通过铁矿石冶炼．自然界中常见的含铁矿石有磁铁矿（Fe3O4），赤铁矿（Fe2O3），黄铁矿（FeS2），菱铁矿（FeCO3）等，它们是炼铁的主要原料．在初中阶段，我们只研究磁铁矿和赤铁矿的冶炼．
磁铁矿和赤铁矿所含的主要成分都是铁的氧化物，可以利用还原剂将它们变成单质铁．反应原理为3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2但在实际生产过程中，把铁矿石炼成铁是一个复杂的过程．工业上炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭、石灰石和空气；炼铁的主要设备是高炉，冶炼过程如下：
（1）在高温下，焦炭跟氧气反应生成二氧化碳；
C＋O2CO2
（2）二氧化碳被焦炭还原成一氧化碳．
CO2＋C2CO
（3）一氧化碳再跟铁矿石中的氧化物反应，生成铁．
3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
为了确保CO只与Fe2O3反应，还需将矿石中含的杂质SiO2除去．石灰石高温分解成氧化钙，CaCO3CaO＋CO2↑，氧化钙再与二氧化硅反应，CaO＋SiO2＝CaSiO3（硅酸钙），硅酸钙作为炉渣会从铁水中分离出来，从而达到除去二氧化硅的目的．
由于铁矿石的成分复杂，所以在实际生产时，所用的原料或产物一般都含有杂质，所以在计算成本或产量时应考虑到杂质问题．
二、含杂质物质的化学方程式计算
化学方程式所表达的都是纯净物质发生化学变化时的相互关系，各化学式所规定的化学量，反映的是纯净物之间的数量关系．
但在现实生活中绝对纯净或理想纯净的物质是不存在的，或多或少都含有杂质，当进行计算时所含杂质改变了各物质间的质量关系．因此当参与反应的物质含杂质时，应先要把含杂质物质的质量换算成纯净物质的质量，再进行计算．
纯物质质量＝不纯物质总量×纯物质所占质量分数
如：有1000 g含Fe2O3 80%的赤铁矿，其中Fe2O3的质量＝1000 g×80%＝80 g，再如，有1000 kg 含杂质4%的生铁，则纯铁质量应是：1000 kg×（1－4%）＝960 kg．
例：某赤铁矿含Fe2O3 80%，用3000 t这种矿石，可炼出含杂质4%的生铁多少吨？
解：设3000 t这种矿石，可炼出生铁质量为x，
根据题设：纯Fe2O3质量＝3000 t×80%＝2400 t
　　　　　纯Fe质量＝x·（1－4%）＝x·96%
代入化学方程式中：
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
160　　　　　　112
2400 t　　　　　x·96%
x＝＝1750 t
答：可炼出含杂质4%的生铁1750 t．
三、金属资源的保护
常用的金属普遍有比较活泼的化学性质，所以大多数金属易被腐蚀，给人类造成巨大损失．
1．钢铁的生锈和防锈
钢铁的生锈，实际上是铁跟空气中的氧气、水等物质发生一系列的化学反应，生成铁锈．铁锈是一种复杂的铁的氧化物的水合物，可用Fe2O3·xH2O表示．
针对铁生锈的条件，人们想出了种种方法跟金属生锈作斗争．最常见的方法是给容易生锈的钢铁穿上“防护盔甲”．你看，大街上跑着的五颜六色小轿车，喷上了亮闪闪的油漆；自行车的钢圈、车把镀上了抗蚀能力强的铬或镍；金属制品、机器零件出厂前，在表面涂上一层油脂等等，都是用的这种方法．更彻底的方法是给钢铁“服用免疫药”，即在钢铁中加入适量的铬和镍，制成“不锈钢”．这种钢具有很强的抵御水和氧气侵蚀的能力；另外还有一种特殊的做法，是将钢铁制品表面做上另一种铁锈——四氧化三铁，它呈蓝黑色，它跟氧化铁的性质不同，它也像铝的氧化物那样致密，对钢铁也有保护作用，这种做法叫烤蓝．你看，战士用的枪支，建筑用的钢筋、铁板，都不是铁原来的银白色，而是黑黝黝的，闪烁着蓝光，这就是经过了烤蓝处理．
2．金属资源保护
矿物的储量有限，而且不能再生．总有一天，这些金属资源会消耗殆尽的．怎样保护金属资源呢？
[巩固练习]
　　一、选择题
　　1．科学家预言，到21世纪，其用途仅次于铁和铝的第三大金属是(　)
　　A．铜 B．铬 C．钛 D．金
　　2．新型净水剂铁酸钠(Na2FeO4)中，铁元素的化合价是(　)
　　A．＋2 B．＋3 C．＋5 D．＋6
　　3．下列金属材料中，不属于合金的是(　)
　　A．坚铝 B．生铁 C．三氧化二铁 D．青铜
　　4．现代建筑的门窗框架常用硬铝制造，硬铝的成分是(　)
　　A．Al—Mg合金 B．表面有Al2O3的铝板
　　C．Al—C合金 D．Al—Cu—Mg—Si合金
　　5．不锈钢餐具锃光发亮，长期使用不会生锈，原因是在炼钢过程中加入了下列物质中的(　)
　　A．铬锰 B．铬硅 C．铬镍 D．铬碳
　　6．下列物质中属纯净物的是(　)
　　A．钢 B．白铜 C．焊锡 D．紫铜
7．1989年世界卫生组织正式将铝确定为“食品污染源之一”而加以控制。在下列使用场合必须加以控制的是(　)
　　①制电缆　 ②制易拉罐　 ③制铝锭　 ④制牙膏皮　 ⑤用明矾〔KAl(SO4)2·12H2O〕净水 ⑥制炊具　 ⑦用明矾及小苏打做食物的膨化剂 ⑧用Al(OH)3制胃药 ⑨制防锈漆 ⑩制桌椅
　　A．①②④⑤⑧⑩ B．②④⑤⑥⑦⑧
　　C．②⑤⑥⑦⑧⑩ D．③④⑤⑥⑦⑧⑨
　　8．铝的抗腐蚀能力强的原因是(　)
　　A．铝在常温下不与氧气反应
　　B．铝的化学性质不活泼
　　C．铝的表面容易形成一层致密的氧化物薄膜
　　D．铝有较强的还原性
　　9．铜粉中含有少量的铁粉，最佳的除铁办法是(　)
　　A．加入足量稀硫酸，过滤 B．在空气中灼烧
　　C．高温下加热并通入氢气 D．加入足量硫酸铜溶液，过滤
　　10．在茶缸和脸盆等铁制品表面烧制搪瓷的目的是(　)
　　A．增大硬度防止撞坏 B．增大厚度防止磨损
　　C．防止铁生锈且美观 D．美观和杀菌消毒
　　11．下列各组金属中，按金属活动性由强到弱顺序排列的是(　)
　　A．Na、Fe、Mg B．K、Cu、Fe
　　C．Ca、Ag、Zn D．Al、Zn、Hg
　　12．能用铁制容器盛放的试剂是(　)
　　A．盐酸 B．稀硫酸
　　C．硫酸铜溶液 D．酒精`
13．将铁片分别放入下列溶液中充分反应后，溶液质量比反应前减少的是(　)
　　A．CuSO4溶液 B．H2SO4溶液
C．FeSO4溶液 D．HCl
14.在天平的左右两个托盘上，各放一质量相等的烧杯，其中盛有等质量的稀硫酸，天平平衡，如果分别将下列四组中的两种物质放入左右两个烧杯内，充分反应后，天平仍保持平衡的是(　)
A．等质量的锌和铜
　　B．等质量的铁和铜
　　C．等质量的锌和铁(反应后烧杯中两种金属均有剩余)
　　D．等质量的锌和铁(反应后烧杯内酸都有剩余)
二、填空题
1．我国最早人工冶炼铁的制品是在甘肃灵台出土的秦国铜柄钢剑，这说明在春秋战国时期我国已掌握了冶铁的技术。经分析测试该钢剑属于铁的合金。铁的合金有生铁和钢，生铁是含碳量在________之间的铁合金，钢的含碳量在________之间，钢的含碳量越高，钢的硬度越________(填“大”或“小”)
　2．英国化学家戴维曾从苏打中制得一种新金属，他对新金属做了以下实验：“取一块金属，用小刀切下一小块，将这一小块金属投入水中，它浮在水面上，与水发生剧烈反应，急速转动并发出嘶嘶声，立即熔化成闪亮的银白色小球，并逐渐缩小，最后消失。”请根据以上信息，归纳总结该金属的物理性质：
　　(1)____________________________________________
　　(2)____________________________________________
　　(3)____________________________________________
　　(4)____________________________________________
3.用铁桶盛装硫酸铜溶液时，铁桶很快出现漏洞是因为______________________，反应方程式为______________________．
生铁和钢都是铁的合金，它们的性能不同，用途也不同．在你所知的物品中，______________________是由生铁制成的；______________________是由钢制成的．
4．高层建筑都采用铝合金门窗而不采用钢门钢窗，铁制的舰船外面需涂油漆而铝合金制的飞机却不用，解释两个事例的原因：
①_________________；②______________________．
5．如下图所示，在杠杆的两端分别挂着质量相同的铜球和锌球，这时杠杆平衡．然后将两球分别浸没在稀H2SO4和CuSO4溶液中一段时间．
(1)杠杆向________(左或右)倾斜．(2)________(左或右)杯中溶液密度大．
6．现有A、B、C三种金属，已知A能将C从它的溶液中置换出来，B能与盐酸或稀硫酸反应产生氢气，A不能与盐酸或稀硫酸反应．则这三种金属活动性由强到弱的顺序是________．
7．在硫酸铜、硫酸锌的混合溶液中，加入一定量的铁粉，使之充分反应后铁有剩余，过滤，则滤液中有__________________，固体残渣中一定含有______________________．
8.市场上出售的补血麦片中常含有微量颗粒细小的还原性铁粉，铁粉与人体胃液中的盐酸反应转化为氯化亚铁，起到补血的作用，试写出这个反应的化学方程式____________________．
　1．在三支试管中，分别加入等质量的铁、锌、铜三种金属，再分别加入足量的稀硫酸，其中不反应的是　①　，反应产生气体速度最快的是　② ；产生气体最多的是 ③ ，铁溶于稀硫酸后，溶液呈 ④ 色．
3．冷的浓硫酸能使铁表面钝化而不被腐蚀，所以可以将浓硫酸盛放在铁制容器中，但某同学错把稀硫酸装入了铁制容器中，此时如遇明火，就有可能发生爆炸．其原因是(用化学方程式表示)：
　　(1)____________________________________________
　　(2)____________________________________________
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