人教版新九年級化學(xué)下冊金屬和金屬材料知識點(diǎn)講解

人教版新九年級化學(xué)下冊金屬和金屬材料知識點(diǎn)講解第八單元金屬和金屬材料課題1金屬材料【知識點(diǎn)精講】知識點(diǎn)1：金屬材料及其發(fā)展史1.金屬材料金屬材料是指由金屬元素或金屬化合物制成的材料。常見的金屬材料包括鐵、銅、鋁等。2.金屬材料的發(fā)展史在人類歷史上，金屬材料的使用經(jīng)歷了不同的階段。最早使用的是青銅器時代，隨后是鐵器時代?，F(xiàn)代社會，除了使用傳統(tǒng)的金屬材料外，還廣泛使用鋁制品、合金等現(xiàn)代金屬材料?！纠?】下列生活用品用金屬材料制作而成的是()A.陶瓷杯B.不銹鋼碗C.塑料盆D.玻璃茶壺答案：B。不銹鋼碗是用金屬材料制作而成的。知識點(diǎn)2：金屬的物理性質(zhì)及其用途1.金屬的物理性質(zhì)(1)幾種常見金屬的物理性質(zhì)見表1：|金屬|(zhì)顏色|密度|熔點(diǎn)|沸點(diǎn)|特性||----|----|----|----|----|----||鐵|銀白色金屬光澤|7.86g/cm3|1535℃|2750℃|有良好的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性||銅|紫紅色金屬光澤|8.92g/cm3|1083℃|2567℃|密度較大，質(zhì)軟，有良好的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性||鋁|銀白色金屬光澤|2.7g/cm3|660℃|2467℃|密度較小，具有良好的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性|分析表1可知，金屬有一些共同的物理性質(zhì)，如具有金屬光澤、能夠?qū)щ?、有延展性、能拉成絲、能展成薄片、能夠?qū)岬取?2)金屬的特性金屬除了具有一些共同的物理性質(zhì)外，不同的金屬又有各自的特性。例如：①顏色：大多數(shù)金屬為銀白色，而銅卻呈紫紅色，金呈黃色。②狀態(tài)：常溫下，大多數(shù)金屬為固體，而汞卻為液體。③導(dǎo)電性：銀、銅、鋁（由強(qiáng)到弱）是導(dǎo)電性很強(qiáng)的金屬。④熔點(diǎn)：鎢的熔點(diǎn)最高，汞的熔點(diǎn)最低。⑤硬度：鉻的硬度最大，而鈉、鉀等較軟，可以用小刀切割。⑥密度：鋰、鈉、鉀等的密度比水的小，其他大多數(shù)金屬的密度比水的大，其中密度最大的金屬是鋨。2.金屬的用途金屬在生活、生產(chǎn)中有著非常廣泛的用途，根據(jù)不同的用途選用不同性能的金屬，如表2所示：|用途|金屬|(zhì)特性||----|----|----||裝飾品|金、銀等|有金屬光澤||電子元器件|銅、鋁等|導(dǎo)電性好||炊具|鐵、鋁等|導(dǎo)熱性好||車輛外殼、鋼絲繩、鋁箔|鐵、鋁等|延展性好||工具|鐵、鉻等|硬度大|由表2中的內(nèi)容可知，物質(zhì)的性質(zhì)決定物質(zhì)的用途，而物質(zhì)的用途又反映了物質(zhì)的性質(zhì)。金屬的性質(zhì)在很大程度上決定了它們的用途，但這不是唯一的決定因素。在考慮物質(zhì)的用途時，還要考慮價格、資源、制品是否美觀、使用是否便利以及廢料是否易于回收和對環(huán)境的影響等多種因素。例如，銀的導(dǎo)電性強(qiáng)，但它在自然界中的含量少，價格昂貴，因此不宜做導(dǎo)線。1.金屬特性包括黃金、白銀、紫紅銅以及大多數(shù)固體和液體汞。這些金屬具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱和延展性，并且在表面具有金屬光澤。2.新型的“防盜玻璃”利用了金屬的導(dǎo)電性，在多層結(jié)構(gòu)中嵌入極細(xì)的金屬線，當(dāng)玻璃被擊碎時，與金屬線相連的警報系統(tǒng)會立刻報警。因此，正確答案是B，即導(dǎo)電性。3.合金是由金屬和金屬（或非金屬）組成的混合物。制造合金的過程是熔合，而不是化合或簡單混合。在該過程中，發(fā)生物理變化，組成合金的各物質(zhì)仍保持各自的性質(zhì)。4.根據(jù)表3所列金屬的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)數(shù)據(jù)，不能形成合金的是B，即K-Fe合金。5.生鐵和鋼是鐵的合金，它們的主要成分都是鐵。生鐵的含碳量高達(dá)2%~4.3%，因此硬度大，但韌性差，無彈性。相比之下，鋼的含碳量較低（0.03%~2%），因此韌性好，彈性大，可鑄和可鍛。在鋼中加入其他元素制成的合金鋼具有特殊的性能，如不銹鋼具有很好的抗腐蝕性能。6.黃銅、青銅、白銅和焊錫是常見的合金。它們的主要成分、性能和用途見表5。黃銅適用于機(jī)器零件、儀表和日用品，青銅適用于機(jī)器零件如軸承和齒輪，白銅適用于錢幣和代替銀做飾品，焊錫適用于焊接金屬。根據(jù)金屬與氧氣反應(yīng)的條件和反應(yīng)的劇烈程度，可以判斷金屬的活動性強(qiáng)弱。條件分為三種：常溫、加熱（或點(diǎn)燃）、高溫。條件越容易說明金屬活動性越強(qiáng)。例如，鐵在氧氣中燃燒的化學(xué)方程式為4Fe+3O2。金屬與酸的反應(yīng)也是判斷金屬活動性的重要實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，我們使用了試管、鑷子、鎂條、鋅粒、鐵釘、銅片、稀鹽酸、稀硫酸等器材。首先，在試管中放入兩小塊鎂，加入5mL稀鹽酸，將燃著的小木條放在試管口，觀察現(xiàn)象，并判斷反應(yīng)后生成了什么氣體。接下來，分別向放有兩小塊鋅、鐵或銅的試管中加入稀鹽酸，觀察現(xiàn)象，比較反應(yīng)的劇烈程度。如果有氣體生成，判斷生成的是什么氣體。最后，用稀硫酸代替稀鹽酸進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，并比較發(fā)生的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，金屬與稀鹽酸或稀硫酸的反應(yīng)劇烈程度不同，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體也不同。例如，鎂與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡，生成氫氣，化學(xué)方程式為Mg+2HCl=MgCl2+H2↑。銅則沒有明顯的反應(yīng)現(xiàn)象。反應(yīng)劇烈程度和生成的氣體種類可以幫助我們判斷金屬的活動性?？傊饘俚幕顒有钥梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)來判斷，這對于我們了解金屬的性質(zhì)和應(yīng)用具有重要意義。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，鎂、鋅、鐵的金屬活動性比銅強(qiáng)，可以與鹽酸和稀硫酸反應(yīng)，生成氫氣。而銅與鹽酸和稀硫酸不反應(yīng)。為了探究金屬M(fèi)g、Zn、Fe與酸反應(yīng)的快慢，某研究小組設(shè)計了以下實(shí)驗(yàn)步驟：首先，取三支試管，分別加入2mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的鹽酸；然后，分別加入足量的大小相等的鎂、鋅、鐵塊，并立即把三個相同的氣球分別套在各試管口上。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以寫出鐵與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe+2HCl→FeCl2+H2↑。氣球膨脹速率最快的是鎂，因?yàn)殒V的金屬活動性最強(qiáng)。該實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)室一般選用鋅而不選用鎂、鐵制取氫氣的主要原因是鋅的價格便宜且反應(yīng)劇烈程度適中。在操作過程中，小組成員之間應(yīng)該相互配合，注意安全。另外，金屬與金屬化合物溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，觀察到的現(xiàn)象及發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式如表3所示。鋁絲浸入硫酸銅溶液中會發(fā)生置換反應(yīng)，銅離子被鋁離子置換，生成銅和硫酸鋁。銅絲浸入硝酸銀溶液中會發(fā)生置換反應(yīng)，銅離子被銀離子置換，生成銀和硝酸銅。銅絲浸入硫酸鋁溶液中不會發(fā)生反應(yīng)。因鋁絲表面覆蓋一層致密的氧化物薄膜，所以實(shí)驗(yàn)前要用砂紙把氧化膜擦去，否則很難反應(yīng)。鐵與某些金屬化合物溶液反應(yīng)時生成+2價鐵的化合物，金屬化合物必須是可溶于水的。最后，將過量的鐵投入硫酸和硫酸銅溶液中，充分反應(yīng)后過濾，濾紙上留有的物質(zhì)是鐵。置換反應(yīng)是一種化學(xué)反應(yīng)基本類型，它由一種單質(zhì)和一種化合物反應(yīng)，生成另一種單質(zhì)和另一種化合物。該反應(yīng)類型可表示為A+BC→AC+B。與化合反應(yīng)和分解反應(yīng)相比，置換反應(yīng)的特點(diǎn)是一變多，即一種物質(zhì)生成兩種或兩種以上的物質(zhì)。例如，鋁和硫酸銅溶液反應(yīng)會生成銅和硫酸鋁溶液，而銅和硝酸銀溶液反應(yīng)會生成銀和硝酸銅溶液。金屬活動性順序是指常見金屬中，按照它們與酸和水的反應(yīng)能力從強(qiáng)到弱排列的順序。在金屬活動性順序中，金屬的位置越靠前，它的活動性就越強(qiáng)。位于氫前面的金屬能夠置換出鹽酸和稀硫酸中的氫，因此被稱為活潑金屬。例如，Mg、Al、Zn、Fe等金屬能與鹽酸或稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，而Cu、Ag等金屬不能與鹽酸或稀硫酸反應(yīng)。在金屬活動性順序中，前面的金屬可以將后面金屬的化合物從溶液中置換出來，但鉀、鈣、鈉除外。為了方便記憶金屬活動性順序，可以采用“五元素一句”方法，即“鉀鈣鈉鎂鋁，鋅鐵錫鉛(氫)，銅汞銀鉑金”。需要注意的是，鉀、鈣、鈉的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，能與水發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，生成堿和氫氣，因此不能用它們來置換其他金屬化合物溶液中的金屬。鹽酸、稀硫酸能與活潑金屬發(fā)生置換反應(yīng)，生成氫氣，但濃硫酸、硝酸等具有強(qiáng)氧化性，與金屬反應(yīng)不能生成氫氣。例如，錫的金屬活動性順序位于鐵和銅之間，因此不能與鋅、銀、鎂等金屬發(fā)生置換反應(yīng)，故選項(xiàng)C是不會發(fā)生的。金、銀、銅都是不活潑金屬，但銀的導(dǎo)電能力最強(qiáng)，金屬活動性順序?yàn)锳u>Ag>Cu。銅片可以從硝酸銀溶液中置換出銀來。在稀鹽酸中，金屬活動性順序?yàn)锽>A>C，故放出H2的質(zhì)量是B>A>C，反應(yīng)速率最快的是A。4Na+TiCl4→Ti+4NaCl是一種置換反應(yīng)，屬于鈦過程中的一個重要反應(yīng)。地球上的金屬資源廣泛存在于地殼和海洋中，除金、銀等少數(shù)很不活潑的金屬主要以單質(zhì)形式存在外，其余都以化合物的形式存在。鋁是地殼中含量最高的金屬元素之一。常見的金屬礦石有鐵礦石、銅礦石、鉛鋅礦石、錫礦石、鋁土礦石等。工業(yè)上用于提煉金屬的礦物被稱為金屬礦石。在選擇礦石時，應(yīng)遵循以下原則：(1)所需提煉金屬的含量高；(2)礦石中含有害元素少；(3)冶煉過程簡便。常見的鐵礦石包括磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦。其中，理論上最適宜用于煉鐵的礦石是什么，需要進(jìn)一步探究。為了探究鐵的冶煉原理，可以進(jìn)行一氧化碳還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟包括檢查裝置氣密性、將氧化鐵放入硬質(zhì)玻璃管中、加熱并通入CO氣體、停止加熱后停止通氣并熄滅酒精燈。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象包括紅色粉末變?yōu)楹谏⒛鼙淮盆F吸引，以及澄清石灰水變渾濁。實(shí)驗(yàn)結(jié)論是，實(shí)驗(yàn)前的紅色粉末和實(shí)驗(yàn)后得到的黑色粉末是不同的物質(zhì)，黑色粉末為鐵粉，同時反應(yīng)中還生成了二氧化碳。在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時，需要注意CO氣體有毒，應(yīng)進(jìn)行尾氣處理；實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先點(diǎn)燃酒精燈，防止CO排入空氣污染環(huán)境；實(shí)驗(yàn)開始時應(yīng)先通CO排盡空氣，防止發(fā)生爆炸；停止加熱后應(yīng)繼續(xù)通CO，讓得到的鐵粉在CO氣流中冷卻，防止再次氧化。當(dāng)玻璃管冷卻后，先停止通入CO，最后熄滅裝置最后面的酒精燈，以確保不讓殘留的CO氣體排入空氣。早在春秋戰(zhàn)國時期，中國就開始生產(chǎn)和使用鐵器。工業(yè)上煉鐵的原理是利用一氧化碳和氧化鐵的反應(yīng)。某化學(xué)興趣小組利用圖2裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，請按要求填空：(1)寫出CO還原Fe2O3的化學(xué)方程式；(2)實(shí)驗(yàn)中盛澄清石灰水的試管中可觀察到的現(xiàn)象是什么；(3)右邊導(dǎo)氣管口放置點(diǎn)燃的酒精燈的目的是什么；(4)實(shí)驗(yàn)開始時要先通入CO，把裝置中的空氣排盡后再加熱，以防發(fā)生爆炸。檢驗(yàn)裝置中的空氣已排盡的方法是什么。知識點(diǎn)3：鐵的冶煉1.工業(yè)煉鐵的原料、主要反應(yīng)原理和設(shè)備見表2：原料主要原理設(shè)備鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣3CO+Fe2O3→2Fe+3CO2高爐2.方法：將鐵礦石（如赤鐵礦）、焦炭和石灰石按一定的比例一起加入到高爐中，從爐的下部通入熱空氣，在高爐內(nèi)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。其中焦炭轉(zhuǎn)變成一氧化碳，而一氧化碳在高溫條件下與鐵礦石反應(yīng)生成鐵，同時石灰石高溫分解，將礦石中的雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為爐渣排出。此時煉出的鐵為含有雜質(zhì)的生鐵。3.煉鐵過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：(1)產(chǎn)生還原劑：C+O2→CO2；(2)形成生鐵：Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2；(3)形成爐渣：CaCO3→CaO+CO2↑，CaO+SiO2→CaSiO3。（圖3中的反應(yīng)）(1)在上面方框中寫出有關(guān)反應(yīng)的生成物的化學(xué)式；(2)寫出②③兩步反應(yīng)的化學(xué)方程式：②：C+O2→CO2；③：Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2。知識點(diǎn)4：含雜質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的計算有關(guān)化學(xué)方程式的計算是根據(jù)參加反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量比來進(jìn)行的。因此，在計算過程中，不論是反應(yīng)物還是生成物，代入化學(xué)方程式進(jìn)行計算的都必須是純凈物的質(zhì)量。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，原料與產(chǎn)品都不可能是絕對純凈的，或多或少都含有雜質(zhì)。因此，在計算時必須先將不純物質(zhì)的質(zhì)量折算成純凈物質(zhì)的質(zhì)量，再代入化學(xué)方程式中計算。1.有關(guān)計算公式：(1)純凈物的質(zhì)量=不純物質(zhì)的質(zhì)量×純凈物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；(2)不純物質(zhì)的質(zhì)量=純凈物的質(zhì)量÷純凈物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。某鋼鐵廠高爐煉鐵的主要原料是焦炭、赤鐵礦（主要成分是Fe2O3）、空氣等。主要反應(yīng)過程如圖3所示。(3)物質(zhì)的純度=純凈物質(zhì)的質(zhì)量÷總物質(zhì)的質(zhì)量×100%?；瘜W(xué)方程式計算步驟如下：(1)將含雜質(zhì)物質(zhì)的質(zhì)量轉(zhuǎn)換為純凈物的質(zhì)量。(2)將純凈物的質(zhì)量代入化學(xué)方程式進(jìn)行計算。(3)將計算得到的純凈物質(zhì)量再轉(zhuǎn)換為含雜質(zhì)物質(zhì)的質(zhì)量。例如，要煉出含雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的生鐵560噸，需要至少80%的赤鐵礦石多少噸？實(shí)驗(yàn)設(shè)計：本實(shí)驗(yàn)旨在探究鐵釘銹蝕的條件。實(shí)驗(yàn)用品包括鐵架臺、試管、橡皮塞、酒精燈、試管夾、鐵釘、植物油、蒸餾水、干燥劑、棉花等。實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)在第一支試管中放入一枚光亮的鐵釘，注入蒸餾水，不要浸沒鐵釘，然后將試管敞口放置，使鐵釘既與空氣接觸又與水接觸。(2)在第二支試管中放入一枚光亮的鐵釘，注入經(jīng)煮沸迅速冷卻的蒸餾水至浸沒鐵釘，然后在水面上注入一層植物油，使鐵釘只與水接觸。(3)將第三支試管烘干，放入一枚光