第十一節(jié)金屬的性質(zhì)和利用

1、 金屬的性質(zhì)和利用主講：黃岡中學(xué)化學(xué)高級(jí)教師舒寶生一、知識(shí)概述 1、金屬的物理性質(zhì)；2、常見金屬的化學(xué)性質(zhì)；3、金屬的應(yīng)用；4、常見的合金及性質(zhì)。二、重難點(diǎn)知識(shí)剖析 （一）金屬的物理性質(zhì)與金屬的應(yīng)用金屬在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛，下表是部分金屬的某些物理性質(zhì)及其應(yīng)用。金屬的應(yīng)用說明金屬具有的物理性質(zhì)鐵制成鍋鐵具有較高的強(qiáng)度和較高的熔點(diǎn)，具有良好的導(dǎo)熱性鋁制成電線鋁的延展性好，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，密度較小銅制成電器零件銅具有良好的導(dǎo)電性，強(qiáng)度較大，易加工，熔點(diǎn)較高白銅鑄硬幣銅有較好的光澤度，耐磨，強(qiáng)度好，易加工鋼制作鋼軌鋼的韌性好，不易斷裂，硬度大，不易變形鎢制成燈絲鎢的熔點(diǎn)高，電阻大金屬具有一

2、些共同的物理性質(zhì)。如常溫下是固體（汞除外），有金屬光澤，大多數(shù)導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，有延展性，密度較大，熔點(diǎn)較高等。但各種金屬還是具有各自的特性，因此，不同的金屬在生活、生產(chǎn)中有著不同的用途。注意：金屬的應(yīng)用，除了要考慮金屬的性質(zhì)之外，還需要考慮金屬的制取成本，金屬的價(jià)格等其他方面的因素。（二）常見金屬的化學(xué)性質(zhì)1、鐵、鋁、銅與氧氣的反應(yīng)將鐵在純氧氣中點(diǎn)燃，將鋁和銅在空氣中加熱，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的方程式和現(xiàn)象見下表。 現(xiàn)象反應(yīng)方程式鐵劇烈燃燒，火星四射，生成黑色固體3Fe2O2Fe3O4鋁表面變暗，失去金屬光澤4Al3O22Al2O3銅表面由紫紅色變?yōu)楹谏?CuO22CuO結(jié)論：許多金屬都能

3、與氧氣反應(yīng)，但反應(yīng)的難易和劇烈程度不同。鎂、鋁等金屬在常溫下就能與氧氣反應(yīng)。鐵、銅等金屬在高溫時(shí)與氧氣反應(yīng)。金即使是在高溫下也不與氧氣反應(yīng)。金屬能否與氧氣反應(yīng)和反應(yīng)的劇烈程度是由金屬的化學(xué)活潑性決定的。2、鐵、鋁、銅與稀鹽酸和稀硫酸的反應(yīng)（1）鐵、鋁、銅與稀鹽酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象化學(xué)反應(yīng)方程式將鐵絲浸入鹽酸中鐵絲表面產(chǎn)生少量氣泡，溶液由無色變?yōu)闇\綠色Fe2HCl=FeCl2H2將鋁絲浸入鹽酸中鋁絲表面產(chǎn)生大量氣泡，溶液顏色沒有變化2Al6HCl=2AlCl33H2將銅絲浸入鹽酸中無明顯變化 （2）鐵、鋁、銅與稀硫酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象化學(xué)反應(yīng)方程式將鐵絲浸入稀硫酸中鐵絲表面產(chǎn)生少量氣泡，溶液由

4、無色變?yōu)闇\綠色FeH2SO4=FeSO4H2將鋁絲浸入稀硫酸中鋁絲表面產(chǎn)生大量氣泡，溶液顏色沒有變化2Al3H2SO4=Al2(SO4)33H2將銅絲浸入稀硫酸中無明顯變化 結(jié)論：與酸反應(yīng)時(shí)，鐵沒有相同狀態(tài)下的鋁反應(yīng)劇烈，銅與稀鹽酸或稀硫酸不反應(yīng)，說明鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，鐵的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，銅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。3、鐵與硫酸銅的反應(yīng)觀察與思考：實(shí)驗(yàn)操作：取一支試管，把兩根無銹的鐵釘放入試管中，再向試管中加入適量的硫酸銅溶液，過一會(huì)兒取出鐵釘觀察。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：藍(lán)色溶液逐漸變?yōu)闇\綠色溶液，鐵釘上附著紫紅色的物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：鐵與硫酸銅反應(yīng)，生成銅和硫酸亞鐵，反應(yīng)方程式為FeCuSO4=FeSO4

5、Cu；鐵的金屬活動(dòng)性比銅的金屬活動(dòng)性強(qiáng)。其實(shí)，能與硫酸銅反應(yīng)的不只是鐵這一種金屬，還有其他的金屬也能發(fā)生反應(yīng)，如鋅也可以，生成物為ZnSO4和Cu。這種類型的化學(xué)反應(yīng)在其他金屬與金屬化合物中也能進(jìn)行。規(guī)律：金屬活動(dòng)性強(qiáng)的金屬，能把金屬活動(dòng)性弱的金屬從它的鹽溶液中置換出來。（三）置換反應(yīng)由一種單質(zhì)和一種化合物作用生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應(yīng)叫置換反應(yīng)。置換反應(yīng)的形式：ABC=ACB。如：Fe2HCl=FeCl2H2；FeCuSO4=FeSO4Cu；2AlFe2O3Al2O32Fe；C2CuO2CuCO2。從上述置換反應(yīng)中可以看出，置換反應(yīng)中的“單質(zhì)”不一定是金屬單質(zhì)，化合物也不一定是CuS

6、O4這樣的化合物，反應(yīng)也不一定是在溶液中進(jìn)行。鐵與酸或其他化合物發(fā)生置換反應(yīng)生成的鐵的化合物中鐵元素的化合價(jià)一般為2價(jià)，如。注意：置換反應(yīng)中一定有單質(zhì)參與和生成，一定有某種元素的化合價(jià)在反應(yīng)前后發(fā)生了變化。（四）生鐵和鋼鐵礦石在高爐中冶煉，得到的是含有較多碳、硫、磷、硅等元素的生鐵，把生鐵放在煉鋼爐中進(jìn)一步冶煉，用氧氣或鐵的氧化物把生鐵中所含的過量的碳和其他雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w和爐渣除去就得到鋼。生鐵和鋼的性質(zhì)和用途有很大的差異，下表就是生鐵和鋼的比較。 生鐵鋼主要成分鐵鐵含碳量2%4.3%0.03%2%其他元素硅、錳、硫、磷（少量）硅、錳（少量）、硫、磷（幾乎不含）熔點(diǎn)/11001200

7、14501500特征硬而脆，機(jī)械加工性能差，可鑄不可鍛硬且韌，良好的延展性、彈性，可鍛、軋、鑄用途少部分制造鐵鍋、暖氣片、機(jī)床底座，大部分用于煉鋼廣泛用于制造機(jī)械、交通工具、武器（五）合金合金是由一種金屬跟其他金屬（或非金屬）熔合而形成的具有金屬特性的物質(zhì)。制造合金的過程是熔合而非化合，即發(fā)生的是物理變化，可改變其物理特性，不影響其化學(xué)性質(zhì)。合金都屬于混合物。一般來說，合金硬度比各成分金屬硬度大，多數(shù)合金的熔點(diǎn)低于組成它的成分金屬。人類歷史上使用得最早的合金是青銅，世界上最常見、應(yīng)用得很廣的鋼是鐵碳合金。合金中各成分配比可變，形成條件也不固定。我們所說的金屬材料，既包括各種純金屬，也包括各種合

8、金。下表中是一些常見合金的組成、特性及用途。合金主要組成元素特性用途碳素鋼鐵、碳堅(jiān)硬作建筑材料，制造機(jī)器零件、鐵軌、船舶、橋梁等不銹鋼鐵、鉻、鎳耐腐蝕制醫(yī)療器械、日用品、化工設(shè)備等黃銅銅、鋅堅(jiān)硬、耐腐蝕制造機(jī)器零件、電器零件等青銅銅、錫耐腐蝕、易鑄造成形制造形狀復(fù)雜的鑄件、精致的工藝品塑像等焊錫錫、鉛熔點(diǎn)低、能粘接金屬焊接金屬，電子元件等硬鋁鋁、銅、鎂、錳質(zhì)輕而堅(jiān)硬制造飛機(jī)、汽車，作建筑材料等武德合金鉍、鉛、錫、鎘熔點(diǎn)低制電路保險(xiǎn)絲、自動(dòng)滅火和防爆安全裝置等- 返回 - 同步測試一、選擇題1、鈦和鈦的合金被認(rèn)為是21世紀(jì)的重要材料，它們具有很多優(yōu)良的性能，如熔點(diǎn)高、密度小、可塑性好、易于加工、

9、鈦合金與人體有很好的“相容性”等。根據(jù)它們的主要性能，下列用途不切合實(shí)際的是（A）A用來做保險(xiǎn)絲 B用于制造航天飛機(jī)C用來制造人造骨 D用于制造船舶2、2004年4月18日全國鐵路進(jìn)行了五次大提速。為適應(yīng)提速，需要將原有的短軌接為超長軌。常用這一反應(yīng)原理來焊接鋼軌。有關(guān)該反應(yīng)的下列說法中，正確的是（D）A該反應(yīng)屬于化合反應(yīng) B該反應(yīng)屬于復(fù)分解反應(yīng)C該反應(yīng)屬于分解反應(yīng) D該反應(yīng)屬于置換反應(yīng)3、金屬材料在人類活動(dòng)中已得到越來越廣泛的應(yīng)用。下列屬于金屬共性的是（B）A很高的熔點(diǎn) B良好的導(dǎo)電性C很大的硬度 D銀白色的光澤4、將一枚潔凈的鐵釘浸入稀硫酸中，下列敘述：鐵釘表面產(chǎn)生氣泡；溶液由無色逐漸變?yōu)?/p>

10、淺綠色；鐵釘質(zhì)量減輕；溶液質(zhì)量減輕。其中正確的是（C）A BC D5、下列反應(yīng)不屬于置換反應(yīng)的是（B）AFe+CuSO4=Cu+FeSO4 B3CO + Fe2O32Fe+3CO2C2F2+2H2O=O2+4HF D2KClO3+I2=2KIO3+C126、取某鐵樣品6g與足量的稀鹽酸反應(yīng)，生成0.2g氫氣，則該鐵的樣品中可能含有的雜質(zhì)是（BC）A鎂 B銅C鋅 D鋁7、在托盤天平兩端的燒杯內(nèi)，分別盛有等質(zhì)量、等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的足量稀硫酸，調(diào)節(jié)天平至平衡?，F(xiàn)向左邊燒杯中加入6.5g表面銹蝕的鐵釘，同時(shí)向右邊燒杯中加入6.5g鋅粒。在實(shí)驗(yàn)過程中，觀察到指針偏轉(zhuǎn)的情況可能是（AD）A始終向左偏轉(zhuǎn) B始終不

11、發(fā)生偏轉(zhuǎn)C始終向右偏轉(zhuǎn) D最初向左偏轉(zhuǎn)，然后向右偏轉(zhuǎn)8、金屬、金屬材料的性質(zhì)在很大程度上決定了它們的用途。下列相關(guān)說法中不正確的是（D）A鈦合金與人體具有很好的“相容性”，可以用來制造人造骨B鐵具有良好的導(dǎo)熱性，可以用于制造炊具C不銹鋼抗腐蝕性好，常用于制造醫(yī)療器械D鉛銻合金的熔點(diǎn)較低、電阻率較大，常用于制造發(fā)熱體9、2005年7月，美國“深度撞擊飛行器成功炮轟彗星，其撞擊器采用的是一種含鈹(一種金屬)3的銅合金。關(guān)于合金，下列說法錯(cuò)誤的是（B）A合金屬于金屬材料B只能由金屬熔合而成C合金比純金屬性能更優(yōu)D生鐵和鋼都是鐵的合金10、將鐵片放入下列溶液中，溶液的質(zhì)量會(huì)減輕的是（D）AHCl BH

12、2SO4CZnSO4 DCuSO4顯示提示提示：1、A根據(jù)鈦和鈦合金的性能熔點(diǎn)高，可知不宜做保險(xiǎn)絲，選A；根據(jù)密度小、易加工、與人體有很好的“相容性”可知能制造航天飛機(jī)、制造船舶、制造人造骨。2、D化合反應(yīng)是兩種或兩種以上的物質(zhì)反應(yīng)生成一種物質(zhì)的反應(yīng)，特點(diǎn)是“多變一”；復(fù)分解反應(yīng)是兩種化合物互相交換成分生成另外兩種化合物的反應(yīng)；分解反應(yīng)是一種物質(zhì)反應(yīng)生成兩種或兩種以上物質(zhì)的反應(yīng)，特點(diǎn)是“一變多”；轉(zhuǎn)換反應(yīng)是單質(zhì)與化合物反應(yīng)生成另一種單質(zhì)與另一種化合物的反應(yīng)。題中Al、Fe是單質(zhì)，F(xiàn)e2O3、Al2O3是化合物，故屬于置換反應(yīng)。4、C鐵可與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，故正確；硫酸是無色的，鐵與硫鐵反應(yīng)生

13、成FeSO4，F(xiàn)eSO4為淺綠色，故反應(yīng)過程中溶液由無色變?yōu)闇\綠色；正確；鐵釘在不斷反應(yīng)進(jìn)入溶液，故鐵釘質(zhì)量減輕；正確；對(duì)于溶液，由硫酸變成FeSO4溶液，溶液質(zhì)量增加，錯(cuò)誤。6、BC產(chǎn)生0.2g氫氣需純鐵5.6g，但鐵樣品為6g，可能有兩種情況：(1)6g鐵樣品中純鐵為5.6g，另0.4g雜質(zhì)不與HCl反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，那么6g鐵樣品中只有5.6g純鐵可與HCl反應(yīng)產(chǎn)生氫氣剛好為0.2g，B符合；(2)6g鐵樣品中沒有5.6g純鐵，那么0.4g雜質(zhì)應(yīng)與HCl反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，而且5.6g鐵與0.4g雜質(zhì)產(chǎn)生氫氣總共為0.2g，下面用平均值法分析：6g鐵產(chǎn)生的氫氣比0.2g多，A中鎂產(chǎn)生0.2g氫氣，

14、需鎂2.4g，那么6g鎂產(chǎn)生的氫氣也比0.2g多，平均起來6g鎂、鐵混合物產(chǎn)生的氫氣比0.2g多，A不符合相同的分析方法可得出C符合，D不符合。7、AD兩邊都是等質(zhì)量的硫酸和6.5g金屬，如果不反應(yīng)天平應(yīng)平衡，但兩邊都會(huì)生成氫氣使質(zhì)量減少，由于鋅比鐵活潑，生成氫氣快，故天平開始應(yīng)向鐵(即左邊)偏轉(zhuǎn)。但后來6.5g鋅總共生成氫氣為0.2g，6.5g銹蝕的鐵釘生成氫氣應(yīng)分兩種情況：(1)生銹程度較大，含鐵少于5.6g，生成氫氣少于0.2g，最終天平向鐵(即左邊)偏，結(jié)合前面應(yīng)始終向左偏。選A；(2)生銹程度較小，含鐵多于5.6g，生成氫氣多于0.2g，最終天平向鋅(即右邊)偏，結(jié)合前面應(yīng)先向左偏，

15、后向右偏，選D。10、D鐵與HCl或H2SO4反應(yīng)時(shí)，溶液增加鐵而減少的是氫氣，增加的比減少的多，最終溶液的質(zhì)量增加；鐵與ZnSO4不反應(yīng)，ZnSO4溶液的質(zhì)量應(yīng)不變；鐵與CuSO4溶液反應(yīng)時(shí)，溶液增加鐵而減少的是銅，增加的比減少的少，最終溶液的質(zhì)量減少。二、綜合題11、（1）鋁常用于制作炊具，主要利用它的_性。（2）常溫下鋁是一種活潑金屬，但鋁卻有較強(qiáng)的抗腐蝕性，其原因是_。（3）檸檬汁、食醋pH_7（選填“大于”“小于”或“等于”），它們不宜用鋁鍋、鋁杯盛放的原因是_。顯示答案11、答案：(1)導(dǎo)熱(2)鋁與空氣中的氧氣反應(yīng)生成一層致密的氧化鋁，阻止鋁進(jìn)一步轉(zhuǎn)化(3)小于它呈酸性，要破壞氧

16、化鋁保護(hù)膜，進(jìn)一步與鋁反應(yīng)解析：主要考查鋁的性質(zhì)和用途。鋁具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性，常用來作炊具，但鋁制炊具卻不能用來盛裝檸檬汁、食醋等物質(zhì)，原因是這些物質(zhì)中含有酸，能與鋁和鋁的氧化物反應(yīng)，從而縮短鋁制炊具的使用壽命。 12、鐵、鎂、鋁等金屬在日常生活中都有較廣泛的用途。請(qǐng)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式，并在后面的括號(hào)內(nèi)注明反應(yīng)類型。（1）鎂在空氣中燃燒能發(fā)出耀眼的白光，可用來制造鎂閃光燈。_（）（2）市售的補(bǔ)血麥片中常含有微量顆粒極細(xì)的鐵粉，它與胃液中的鹽酸作用轉(zhuǎn)化為亞鐵鹽，從而起到補(bǔ)鐵作用。_（）（3）鋁制器皿在空氣中表面易形成一層白色保護(hù)膜。_（）（4）曾青得鐵則化為銅，這是濕法煉銅的原理。

17、_（）顯示答案12、答案：（1）2Mg+O22MgO（化合反應(yīng)）（2）Fe+2HCl=FeCl2+H2（置換反應(yīng)）（3）4Al+3O2=2Al2O3（化合反應(yīng)）（4）Fe+CuSO4=FeSO4+Cu（置換反應(yīng)）13、某化學(xué)興趣小組用化學(xué)方法測定一種鋼樣品中鐵的含量。同學(xué)們稱取了5.7g鋼樣品，投入裝有10.0g稀鹽酸(足量)的燒杯(燒杯質(zhì)量也為l0.0g)中。在化學(xué)反應(yīng)過程中對(duì)燒杯(包括溶液和殘余固體)進(jìn)行了四次稱量，記錄如下表：(1)反應(yīng)中產(chǎn)生氫氣克，這種鋼樣品中鐵的含量是多少?(精確到0.1)(2)鋼的類型分為：含碳質(zhì)量(C)0.030.3為低碳鋼；0.30.6為中碳鋼；0.62為高碳鋼

18、。假設(shè)殘留在燒杯中的黑色固體全部是炭，則這種鋼屬于_。(3)有同學(xué)提出：灼燒可使鋼中的炭變?yōu)镃O2揮發(fā)掉，灼燒后鋼樣品質(zhì)量會(huì)減輕。可是他們將一定量的鋼樣品灼燒后，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量反而增加了很多。原因是_。顯示答案13、答案：(1)0.2設(shè)5.7g鋼樣品中含鐵質(zhì)量為X，則：Fe + 2HCl = FeCl2 + H2562X 0.2g562= X0.2gX=5.6 g則這種鋼樣品含鐵：(5.6 g÷5.7g)×100=98.2(2)高碳鋼(3)鋼中含碳量少，所以碳減少的質(zhì)量，遠(yuǎn)小于鐵轉(zhuǎn)化為氧化物增加的質(zhì)量。14、如圖所示：彈簧秤下掛著一重物A，燒懷中盛有溶液B，試根據(jù)要求回答下列問題：(忽略A、B體積的變化)(1)若A為鐵塊，B為稀硫酸，則將A放入B 中，過一會(huì)兒彈簧秤的讀數(shù)將_。(填“變大”、“變小”或“不變”，下同)(2)若A為鐵塊，B為硫酸銅溶液，則將A放入B 中，過一會(huì)兒彈簧秤的讀數(shù)將_。顯示答案14、(1)變??； (2)變大 -END- 課外拓展金屬之最1、地殼中含量最高的金屬元素：Al2、人體中含量最高的金屬元素：Ca3、目前世界上年產(chǎn)量最高的金屬：Fe4、熔點(diǎn)最低的金屬：Hg5、密度最大的金屬：鋨6、密度最小的金屬：鋰    -