資源簡介

第八單元 金屬和金屬材料
課題1 金屬材料
第1課時 幾種重要的金屬
知識點一 金屬材料
1．金屬材料包括純金屬以及它們的合金。純金屬有鐵、銅、鋁、金等。合金有鋼、青銅、鋁合金等。
2．金屬材料的發展：
（1）石器時代→青銅器時代→鐵器時代→鋁的利用時代。
（2）目前年產量居前三位的金屬依次是鐵、鋁、銅。
（3）鈦被稱為21世紀第三大金屬。
知識點二 金屬材料的物理性質
金屬的物理性質
共性
特性
有金屬光澤；有良好的導電性；有良好的導熱性；有延展性
顏色
狀態
大多數為銀白色（鐵粉呈黑色），銅呈紫紅色，金呈黃色
大多數呈固態，汞呈液態
資料卡片
地殼中含量最高的金屬元素——鋁。
人體中含量最高的金屬元素——鈣。
目前世界年產量最高的金屬——鐵。
熔點最低的金屬——汞。
導電、導熱性最好的金屬——銀。
知識點三 金屬的性質和用途之間的關系
1．為什么菜刀、鐮刀、錘子等用鐵制而不用鋁制？
鐵的硬度大于鋁，若菜刀、鐮刀用鋁制，容易卷刃；而錘子用鋁制，易變形。
2．銀的導電性比銅好，為什么電線一般用銅制而不用銀制？
盡管銀的導電性比銅好，但銀在自然界的含量少，價格昂貴。
3．為什么燈泡里的燈絲用鎢制而不用錫制？如果用錫制的話，可能會出現什么情況？
燈絲用鎢制是由于鎢是熔點最高的金屬，高溫時不易熔化。錫的熔點較低，如果用錫制燈絲，則易熔化斷開。
4．為什么有的鐵制品如水龍頭等要鍍鉻？如果鍍金怎么樣？
水龍頭鍍鉻是因為①可增加水龍頭的硬度，耐磨損；②不易生銹；③使水龍頭美觀大方。如果在水龍頭表面鍍金，金的價格高且硬度小，既增加了成本，又使水龍頭不耐用。
【歸納總結】
1．金屬的性質和用途的關系。
金屬的物理性質
導電性
導熱性
有金屬光澤
延展性
用途
用銅、鋁等制作電線、電纜
用鐵、鋁等制作
炊具
用金、銀等制作飾品
制成鋼絲繩、鋁箔
紙等
結論
金屬的性質決定金屬的用途，金屬的用途反映金屬的性質
2．決定和影響金屬用途的因素：
第2課時 合金
知識點 合金及其利用
1．合金的概念：合金是在金屬中加熱熔合某些金屬或非金屬而制成具有金屬特征的物質。
center40005易錯警示
合金是一種 混合 物；合金可能含有非金屬元素；合金至少含有一種金屬元素。
易錯警示
合金是一種 混合 物；合金可能含有非金屬元素；合金至少含有一種金屬元素。
2．幾種常見的合金。
①生鐵和鋼：生鐵和鋼是鐵的兩種含碳量不同的合金，其中生鐵的含碳量為2%~4．3%，鋼的含碳量為0．03%~2%。
②鈦合金：與人體具有很好的“相容性”，可用于制造人造骨等。
3．合金的性質。
（1）比較純金屬與它們的合金的硬度大小關系。
性質比較
現 象
黃銅（銅鋅合金）
銅
硬鋁（鋁合金）
鋁片
光澤與顏色
暗、黃色
亮、紫紅色
暗、灰白色
亮、銀白色
硬度
黃銅比銅硬
硬鋁比鋁硬
結論
合金與其組分金屬的物理性質有差異，一般合金的硬度高于其組分金屬的硬度
3848100219075歸納總結
與純金屬相比，合金色澤不固定、硬度一般都比純金屬更高、熔點一般都比純金屬更低、抗腐蝕性更強 、拉伸強度更大、用途更廣。
歸納總結
與純金屬相比，合金色澤不固定、硬度一般都比純金屬更高、熔點一般都比純金屬更低、抗腐蝕性更強 、拉伸強度更大、用途更廣。
（2）比較純金屬與它們的合金的熔點大小關系。
純金屬
合金
鉛
鎘
鉍
錫
焊錫
武德合金
熔點/℃
327
321
271
232
183
70
啟示
合金的熔點一般低于組成它的純金屬
課題2 金屬的化學性質
金屬與氧氣、稀酸的反應
知識點一 金屬與氧氣的反應
大多數金屬能與氧氣反應，但反應的難易與劇烈程度不同。閱讀教材P9，比較鎂、鋁、鐵、銅、金與氧氣的反應:
1．金屬與氧氣的反應
金屬
反應條件
實驗現象
化學方程式
鎂
常溫
在常溫下，打磨過的鎂條表面逐漸變暗；在空氣或氧氣中點燃，發出白光，放出大量熱，生成白色固體
2Mg+O22MgO
鋁
點燃或者加熱
打磨過的鋁在常溫下表面會逐漸變暗，生成一層致密的氧化鋁薄膜
4Al+3O2===2Al2O3
鐵
鐵在常溫、干燥的空氣中很難與氧氣反應，在氧氣中點燃后生成黑色固體，放出大量熱
3Fe+2O2Fe3O4
銅
高溫
銅在常溫、干燥的空氣中很難與氧氣反應，在空氣中加熱表面會生成黑色物質
2Cu+O22CuO
金
在高溫條件下無現象，穩定，不反應
2．結論：大多數金屬都能與氧氣反應，但反應的難易程度不同，由此也可以在一定意義上反映金屬的活潑程度：鎂、鋁比較活潑，鐵、銅次之，金最不活潑。
知識點二 金屬與鹽酸、稀硫酸的反應
金屬
現象
反應的化學方程式
稀鹽酸或稀硫酸
稀鹽酸
稀硫酸
鎂
反應速率很快，有大量氣泡產生
Mg+2HCl===MgCl2+H2↑
Mg+H2SO4===MgSO4+H2↑
鋅
反應速率較快，有較多氣泡產生
Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑
Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
鐵
反應速率較慢，有少量氣泡產生，溶液逐漸變為淺綠色
Fe+2HCl===FeCl2+H2↑
Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑
銅
無變化
（1）鎂、鐵、鋅都能與稀鹽酸、稀硫酸反應產生氫氣，銅不與鹽酸、稀硫酸反應。據此說明鎂、鐵、鋅的金屬活動性比銅強。
（2）根據鎂、鐵、鋅與等質量、濃度的酸反應的劇烈程度或產生氣泡的快慢，可判斷它們的金屬活動性強弱：鎂＞鋅＞鐵。
知識點三 置換反應
觀察上表中鎂、鋅、鐵與鹽酸、稀硫酸的反應方程式:
1．【分析】鎂、鋅、鐵與鹽酸（或稀硫酸）的反應：
2．概念：一種單質與一種化合物反應，生成另一種單質與另一種化合物的反應叫作置換反應。
center198120易錯警示
①有單質和化合物參加的反應不一定是置換反應，如甲烷燃燒；②有單質和化合物生成的反應也不一定是置換反應，如一氧化碳還原氧化銅；③置換反應中一定有元素化合價發生變化。
易錯警示
①有單質和化合物參加的反應不一定是置換反應，如甲烷燃燒；②有單質和化合物生成的反應也不一定是置換反應，如一氧化碳還原氧化銅；③置換反應中一定有元素化合價發生變化。
3．通式：A+BC→AC+B或A+BC→BA+C。
金屬活動性順序
知識點一 金屬與金屬化合物溶液的反應
探究金屬與其他金屬化合物的溶液能否發生反應，比較金屬的活動性。
1．金屬與金屬化合物溶液的反應
實驗
現象
反應的化學方程式
活潑性比較
如圖1，鋁絲浸入硫酸銅溶液中
鋁絲的表面有紅色物質生成，溶液由藍色變為無色
2Al+3CuSO4===3Cu+Al2(SO4)3
鋁＞銅
如圖2，銅絲浸入硝酸銀溶液中
銅絲的表面有白色物質生成，溶液由無色變為藍色
Cu+2AgNO3===Ag+Cu(NO3)2
銅＞銀
如圖3，銅絲浸入硫酸鋁溶液中
無明顯現象
鋁＞銅
2．結論：
（1）鋁、銅、銀三種金屬的活動性由強到弱的順序為鋁＞銅＞銀。
（2）根據一些金屬能否把另一種金屬從它的化合物溶液中置換出來，可以比較兩種金屬的活動性強弱，活動性強的金屬能把活動性弱的金屬從它的化合物溶液中置換出來。
重要提示（1）某些金屬在做實驗前要打磨掉其表面的氧化膜，防止產生干擾，如鋁表面有氧化鋁薄膜；（2）在描述金屬與金屬化合物溶液的反應現象時，既要關注金屬表面的變化，又要關注溶液顏色的變化。
知識點二 金屬活動性順序
1．金屬活動性順序
人們通過大量實驗，歸納和總結了常見金屬在溶液中的活動性順序：
2．金屬活動性順序的應用
（1）判斷金屬活動性的強弱：
在金屬活動性順序里，金屬的位置越靠前，它的活動性就越強。
（2）判斷金屬與酸的置換反應能否發生：
在金屬活動性順序里，位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、稀硫酸中的氫。
（3）判斷金屬與其他化合物溶液的置換反應能否發生：
在金屬活動性順序里，位于前面的金屬能把位于后面的金屬從它們的化合物溶液中置換出來。
易錯警示
①鐵與酸或其他金屬化合物溶液發生置換反應時，生成的鐵的化合物中顯+2價，而不是+3價；②金屬與其他金屬化合物溶液發生置換反應K、Ca、Na除外。因為K、Ca、Na會先和溶液中的水反應。
如何驗證Zn、Cu、Ag三種金屬的活動性？
二夾一驗證，中間取鹽溶液則兩端取金屬固體，中間取金屬固體則兩端取鹽溶液
課題3 金屬資源的利用和保護
第1課時 鐵的冶煉
知識點一 金屬資源概況
1．金屬資源的存在形式：地球上的金屬資源廣泛地存在于地殼和海洋中，除金、銀等少數很不活潑的金屬
有單質形式存在外，其余都以化合物形式存在。
2．金屬礦石：工業上從含有金屬元素并有開采價值的礦石中提煉金屬。常見的金屬礦石有：
礦石
赤鐵礦
磁鐵礦
菱鐵礦
黃鐵礦
鋁土礦
黃銅礦
輝銅礦
主要成分
Fe2O3
Fe3O4
FeCO3
FeS2
Al2O3
CuFeS2
Cu2S
知識點二 鐵的冶煉
1．鐵的冶煉原理（一氧化碳還原氧化鐵）
實驗藥品
氧化鐵粉末、澄清石灰水、一氧化碳氣體
實驗裝置
11391904762500
實驗步驟
①檢查裝置氣密性；②裝入藥品并固定；③點燃酒精燈；④向玻璃管中通入CO；⑤點燃酒精噴燈；⑥反應完全后熄滅酒精噴燈；⑦試管冷卻后停止通入CO；⑧熄滅酒精燈
實驗現象
①紅棕色粉末逐漸變為黑色，②生成的氣體能使澄清的石灰水變渾濁；③尾氣燃燒并產生藍色火焰
化學
方程式
酒精噴燈處：3CO+Fe2O32Fe+3CO2；試管中：CO2+Ca(OH)2=== CaCO3↓+H2O
酒精燈處：2CO+O22CO2
實驗結論
紅棕色的氧化鐵被一氧化碳還原成單質鐵；一氧化碳具有還原性，作還原劑
特別提醒
CO還原氧化鐵實驗中的先與后：
（1）在通入氣體前一定要檢查裝置的氣密性；
（2）實驗開始前先通入CO氣體，排盡玻璃管中的空氣，以免加熱時玻璃管內CO與空氣混合發生爆炸；
（3）在點燃酒精噴燈前要先點燃酒精燈，燃燒掉尾氣中的CO，防止污染空氣；
（4）反應結束后先熄滅酒精噴燈，繼續通入CO至玻璃管冷卻至室溫后停止通氣，一是防止新生成的鐵粉在高溫下再被氧化，二是防止液體倒吸。
47123351016000速記：一氧化碳早出晚歸，酒精噴燈遲到早退。
2．工業煉鐵
（1）工業煉鐵的原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣等。
（2）工業煉鐵的原理： 3CO+Fe2O32Fe+3CO2。
（3）工業煉鐵的設備：高爐。
注意事項
（1）焦炭有兩個作用，一是提供熱量（化學方程式為C+O2CO2），二是提供還原劑（化學方程式為C+CO22CO）；石灰石的作用是除去鐵礦石中的雜質。
（2）工業煉鐵中得到的產品是 生鐵 ，而不是純鐵。
知識點三 含雜質物質的化學方程式的計算
【教材例題】用1000 t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵96%的生鐵的質量是多少？
【步驟分解】
①
求純物質的質量
②
設未知數(不帶單位)
③
寫出正確的化學方程式
④
找出已知量與未知量的質量關系
⑤
列出比例式，解答
⑥
把純物質的質量轉化為不純物質的質量
⑦
答
【解答過程】
解:由1 000 t含氧化鐵80%的赤鐵礦,則氧化鐵的質量為
1 000 t×80%=800 t;
設可煉得鐵的質量為x,則:
Fe2O3+3CO3CO2+2Fe
160 112
800 t x

=　x=560 t
則可得含鐵96%的生鐵的質量是560 t÷96%≈583 t。
答:該廠理論上可日產含Fe 96%的生鐵的質量約是583 t。
【方法】
1．化學方程式表示的各物質的質量關系是純凈物間的質量關系。當已知量中含有雜質時，必須將它們換算成純凈物的質量，再代入化學方程式進行計算。
2．不純物質、純物質和純度之間的關系：
①純物質的質量=不純物質的質量×純度；②不純物質的質量=；某物質在混合物中的質量分數= ×100%。
第2課時 金屬資源保護
知識點一 金屬的腐蝕與保護
1．探究鐵生銹的條件
試管1
試管2
試管3
實驗裝置
反應條件
與氧氣、水接觸
只與水接觸
只與氧氣接觸
實驗現象
鐵釘生銹，水面的鐵釘銹蝕嚴重
不生銹
不生銹
實驗結論
通過AC對比可知影響生銹的因素是水；通過AB對比可知影響生銹的因素是氧氣；由此可得出，鐵生銹的條件是與水、氧氣共同作用
17970579375注意事項
（1）實驗中將蒸餾水煮沸的目的是除去氧氣，在水上加一層植物油的目的是隔絕空氣。該探究實驗中，用到的化學思想方法是控制變量法。
注意事項
（1）實驗中將蒸餾水煮沸的目的是除去氧氣，在水上加一層植物油的目的是隔絕空氣。該探究實驗中，用到的化學思想方法是控制變量法。
2．鐵銹的主要成分是Fe2O3·xH2O，結構疏松，鐵制品生銹后，應及時清除鐵銹。
3．防止鐵生銹的措施：破壞金屬銹蝕的條件
（1）保持鐵制品表面的干燥和潔凈；
（2）在鐵制品表面涂一層保護膜，如噴漆、涂油、鍍上一層其他耐腐蝕的金屬等；
（3）改變金屬的組成和結構，如加入鉻、鎳等金屬制成不銹鋼。
1．防止鐵制品生銹的原理是破壞鐵制品銹蝕的條件，使鐵制品隔絕空氣或隔絕水。?
2．以自行車防鐵銹為例，寫出除保持鐵制品表面的潔凈和干燥外，通常還可采用哪些方法防銹。
（1）車架表面涂一層油漆；（2）鋼圈表面鍍一層金屬；（3）鏈條表面涂一層潤滑油。
知識點二 金屬資源保護
1．保護金屬資源的原因：礦物資源是有限的，且不能再生。隨意丟棄廢舊金屬不僅造成了資源浪費，而且污染了環境。
2．保護金屬資源的有效途徑：
（1）防止金屬的腐蝕；
（2）回收利用廢舊金屬；
（3）有計劃、合理地開采礦物，嚴禁不顧國家利益的亂采礦；
（4）尋找金屬的代用品。
實驗活動4 金屬的物理性質和某些化學性質
實驗目的
1．鞏固和加深對金屬性質的認識；
2．培養實驗設計能力。
實驗用品
干電池、導線、燈泡、酒精燈、坩堝鉗、試管、火柴、砂紙、鎂條、鋁片、銅片、鐵絲、木炭、稀鹽酸、稀硫酸、硫酸銅溶液、硫酸鋁溶液（以學生設計要求補充）
實驗過程
（一）金屬的物理性質
1．用砂紙打磨所列物質，觀察顏色和光澤。
金屬
鎂
鋁
鐵
銅
顏色
銀白色
銀白色
銀白色
紫紅色
光澤
有金屬光澤
有金屬光澤
有金屬光澤
有金屬光澤
2．采取相互刻畫的方法，比較銅片和鋁片、銅片和黃銅片的硬度。
實驗內容
實驗步驟
現象
比較銅片和鋁片的硬度
分別拿著銅片和鋁片，用力在表面相互刻畫
銅片能在鋁片上留下明顯劃痕
比較銅片和黃銅片的硬度
分別拿著銅片和黃銅片，用力在表面相互刻畫
黃銅片能在銅片上留下明顯劃痕
3．設計實驗，證明金屬具有導電性。
將金屬銅（或鋁）接入電路中，如果燈泡能亮就證明金屬有導電性。
（二）金屬的化學性質
1．用坩堝鉗夾取一塊銅片，放在酒精燈火焰上加熱，觀察銅片表面的變化。
現象：銅表面變黑。
化學方程式：2Cu+O22CuO。
2．向5支試管中分別放入少量鎂條、鋁片、鋅粒、鐵片、銅片，然后分別加入5mL稀鹽酸（或稀硫酸），觀察并記錄現象。
酸
金屬
反應現象
化學方程式
稀鹽酸（或稀硫酸）
鎂
劇烈反應，快速產生氣泡，鎂條消失，試管外壁發燙
Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑
(Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑)
鋅
反應比較劇烈，產生大量氣泡，鋅逐漸溶解
Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
(Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑)
鐵
反應緩慢，產生氣泡，溶液逐漸變為淺綠色
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
(Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑)
鋁
反應劇烈，產生大量氣泡，鋁逐漸溶解，試管外壁發熱
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
[2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑]
銅
無明顯現象
實驗結論
這幾種金屬的活動性強弱：鎂>鋁>鋅>鐵>銅。
3．請你設計并進行實驗，比較鐵、銅、銀的金屬活動性強弱。
實驗操作
實驗現象
實驗結論
將鐵片插入硫酸銅溶液中
鐵片表面有紅色物質產生
金屬活動性：鐵>銅
將銅片插入硝酸銀溶液中
銅片表面有銀白色物質產生
金屬活動性：銅>銀
綜上可以得出金屬活動性：Fe＞Cu＞Ag。鐵絲是銀白色，鐵粉是灰黑色的。

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