金属和金属材料 实验化学

金属和金属材料实验化学

实验速览

实验基础

1.常见金属的活动性顺序

金属活动性顺序可以作为金属能否在溶液中发生置换反应的一种判断依据：

（1）在金属活动顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性就越强。

（2）在金属活动顺序里，位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢。

（3）在金属活动顺序里，位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的溶液中置换出来。

2. 铁生锈的主要条件

铁在空气和水（或水蒸气）直接接触，如果隔绝了空气和水，就能在一定程度上防止钢铁生锈。在钢铁表面涂油、刷漆、镀耐磨和耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金（如不锈钢）等，就能防止钢铁生锈。

3. 合金是把两种或两种以上的金属熔合在一起，或者把金属和非金属熔合在一起，就可以制得具有金属特性的混合物。

合金的性能会发生改变，合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能等也更好，因此，合金具有更广泛的用途。

实验图解

1.比较合金和纯金属的硬度（验证性实验）

目的：比较合金和纯金属硬度的大小

原理：合金的很多性能与组成它们的纯金属不同

器材：黄铜、铜、焊锡、锡

步骤：将纯铜与黄铜相互刻划

现象：纯铜表面留下划痕

结论：合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高

操作指要将黄铜和铜片相互刻划

应试策略此内容考核得不多，一般是题中给出信息，将合金与组成它们的纯金属进行性能上的对比。

变题练

青铜、黄铜、白铜都是铜的合金，具有重要的用途。

（1）工业上用青铜制造轴承、齿轮，而不是纯铜，其原因之一是________________________ （2）白铜可用于制造钱币，可以推测白铜具有的性能之一是__________________________

2.不同金属与酸反应的比较（探究性实验）

目的：探究某些金属与酸的反应规律

根据现象判断金属的活动性

原理：金属+ 酸→ 盐+ 氢气

药品：镁条、锌、铁、铜、稀盐酸、稀硫酸

步骤：

①在试管里放入两小块镁，加入5mL稀盐酸，观察现象

②参照上述实验步骤，分别在放有两小块锌、铁或铜的试管中加入稀盐酸，观察现象，比较反应的剧烈程度

③用稀硫酸代替稀盐酸进行实验，并比较发生的现象

现象：镁、铁、锌能与酸反应，金属表面有气产生

镁产生的气泡最多，锌次之，铁最少

铜表面没有任何气泡

结论：镁、锌、铁能与酸反应产生氢气，铜不能与稀酸反应产生氢气

几种金属的活动性为：镁> 锌> 铁> 铜

操作指要为了方便对比几种金属与酸反应的速率，可以将生成的气体通过导管倒入盛有水的烧杯里，观察在一定时间里冒出气泡的数目。

应试策略金属与酸能发生置换反应，酸一般指的是稀盐酸和稀硫酸，浓硫酸和浓硝酸的氧化性太强，不能与金属发生置换反应。

变题练

有A、B、C三种金属，如果把A和B分别放入稀盐酸中，A溶解并产生氢气，B不反应，如果把B放到C的硝酸盐溶液中，过一会，B表面有C析出。则A、B、C三种金属的活动性有强到弱的顺序为（）。

A. A > B > C

B. A > B > C

C. B > A > C

D. C > B > A

3.金属与盐溶液的反应（探究性实验）

目的：探究某些金属与盐溶液发生反应的规律

判断金属的活动性顺序

原理：金属+ 盐→ 新金属+ 新盐

药品：铝丝、硫酸铜、铜丝、硝酸银、硫酸铝

步骤：

①把一根用砂纸打磨过的铝丝浸入硫酸铜溶液中，过一会取出，观察

②把一根洁净的铜丝浸入硝酸银溶液中，过一会儿取出，观察

③把另一根洁净的铜丝浸入硝酸铝溶液中，过一会儿取出，观察

现象：①铝丝表面有红色固体物质出现

②铜丝表面有银白色固体物质出现

③另一根铜丝无现象

结论：在金属活动性顺序表里，前面的金属能把后面的金属从它们的盐溶液中置换出来

操作指要无论是铝丝还是铜丝，实验前用砂纸打磨干净，去掉其表面的氧化物或其他杂质。应试策略在金属活动性顺序表中，前面的金属能把后面的金属从它们的盐溶液中置换出来，但K、Ca、Na三种金属的活动性太强，不能与盐发生置换反应。另外所用的盐一定是可溶性盐。

例：同学们一起探究铝、铁、铜三种金属的活动性，小刚同学设计了用铜丝、铁丝、；铝丝和稀盐酸，只用一只试管、取一次盐酸的探究方案，请你和他一起完善下表的探究方案并回答有关问题。

（1）填表

结论：金属活动性Al＞Fe＞Cu

（2）将铝丝插入前应进行的操作是___________________________________________。（3）小华同学认为在小刚设计的方案中，只要补充一个实验，就可得出Al＞Fe＞H＞Cu的结论．小华要补充的实验是_____________________________________________________。（4）小强同学认为要得到Al＞Fe＞H＞Cu的结论，不必做补充实验，只需将小明同学方案中插入金属的顺序调整即可，你认为调整为插入金属的顺序是_____________________。

变题练

1.某学生为了验证铁、锌、铜三种金属的活动性顺序，设计了四种方案：①将Zn、Cu分别加入到FeSO4溶液中。②将Zn、Cu分别放入到ZnSO4溶液中。③将Zn分别加入到FeSO4、Cu SO4溶液中。④将Fe分别加入到ZnSO4、Cu SO4溶液中。其中可行的是（）。

A.①④

B. ①②

C. ②③

D. ③④

2.某同学设计了如下图所示的实验来验证金属的活动性顺序。请回答：

（1）实验前要先除去铁锈和银丝表面的氧化物，操作方法是

_______________________________________________________________

____________。

（2）要验证铁、铜、银三种金属的活动性顺序，可在烧杯中加入

______________溶液（写化学式），观察到的现象是

_____________________________________________________。

3. A、B、C、D是四种金属单质，A能从B的硝酸盐溶液中置换出B，但A不能与稀盐酸反应。相同条件下，C、D能与稀盐酸反应产生H2，且D比C反应剧烈。则四种金属的活动性有强到弱的顺序是（）。

A. A、B、C、D

B. B、A、C、D

C. D、C、A、B

D. D、C、B、A

4.铁钉锈蚀条件的探究（探究性实验）

目的：探究铁生锈的条件

原理：铁锈品生锈需要氧气和水

药品、器材：无锈铁钉、蒸馏水、植物油、棉花、干燥剂

步骤：

① 将三根无锈的铁钉分别放入三支试管中，在第一支试管中倒入蒸馏水，浸没1 / 2的铁

钉

②在第二支试管中倒入经过煮沸并迅速冷却的蒸馏水，使蒸馏水浸没铁钉，再倒入适量的植物油以隔绝空气

③在第三支试管中放入棉花和干燥剂，并塞上塞子

现象：第一支试管中的铁钉最快生锈

结论：铁生锈需要氧气和水，两者缺一不可，去掉一个条件就可以防止生锈

操作指要实验所用的水必须是蒸馏水，否则会因为水中含有其他物质而影响了对探究因素的正确判断。

应试策略了解了铁制品锈蚀的条件，就能知道如何防止铁制品锈蚀的方法，即破坏铁制品锈蚀的条件，如：保持铁制品的干燥、该铁制品表面涂油、刷漆、镀一层保护膜等。

例：某课外活动小组对铁钉的锈蚀进行探究，实验方法如右图所示，

据此回答下列问题：

（1）常温下，钢铁生锈的条件是铁与_______________等物质相互

作用，铁锈的主要成分是（写化学式）______________。

（2）一周后铁钉锈蚀程度由大到小的顺序是_____________。

（3）为防止家中常用的铁制品生锈，简单易行的方法是____________________________。

变题练

1.绝大多数同学里都有一些铁制用具，如锅、刀、剪子等。不用时若保管不好，它们很容易生锈。请你思考一下，回答以下问题：

（1）铁制用具为什么容易生锈？

_______________________________________________________________________________ （2）请你说出一种防锈方法。

_______________________________________________________________________________ （3）若要防止铁制用具生锈，在家庭中一般可以采取哪些措施？（举出一种方法即可）_______________________________________________________________________________

2.钢铁制品应进行适当的防锈，请你细心观察周围金属的防锈方法

（1）学校操场铁制篮球架的防锈方法通常是______________________________________。（2）自行车链条的防锈方法是__________________________________________________。

3.物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但这并不是唯一的决定因素。请回答：金具有很好的耐腐蚀性且色泽美观，但为什么一般不将它镀在铁制品的表面？（要求回答两点）。

_____________________________________________________________________________；_____________________________________________________________________________。

实验综合

1.与酸发生置换反应（主要以选择题、探究题的形式出现，选择合适的试剂判断金属活动

性的强弱）

对金属的要求：在金属活动性顺序表里，排在H前面的金属

对酸的要求：稀盐酸和稀硫酸

2.与盐发生置换反应（主要以选择题、探究题的形式出现，选择合适的试剂判断金属活动

性的强弱）

对金属的反应：金属活动性顺序表里，前面的金属（除K、Ca、Na外）能把后面的金

属从它们的盐溶液中置换出来

对盐的要求：盐必须可溶，是溶液

3.锈蚀条件（选择题、探究题）

氧气（空气）和水同时发生反应，缺一个条件就可以防锈

综合考点一

金属与酸、金属与盐发生的置换反应，涉及试剂的选择、现象的分析以及金属活动性强弱的判断

应试策略

选择试剂的方法：判断两种金属的活动性强弱，可用一种金属与另一种金属的盐溶液；判断三种金属的活动性强弱，如Fe、Cu、Ag，可用Fe、Ag两种金属与铜的盐溶液。

【真题】某兴趣小组的同学学习了金属的性质后，在实验室找到了一种银白色金属R做如下探究：

（1）将金属R投入稀盐酸中，金属表面有气泡冒出。则该金属R在金属活动性顺序表中排在氢的___________（选填“前面”或“后面”）。

（2）为了比较金属R与铁的活动性强弱，兴趣小组设计下列方案进行实验，请完成下表：

（3）请根据上述的信息，标出金属Fe、R、Cu在右边金属活动性顺序表中的相应位置。

综合考点二

涉及金属锈蚀条件的探究以及如何保护金属制品

应试策略

除锈的试剂可选择稀盐酸或稀硫酸，但是生锈的金属制品也不能在稀酸中浸泡太久，因为稀酸对有些金属制品有腐蚀作用。

【真题】在生产和生活中，金属腐蚀所到来的损失非常严重，所以防止金属腐蚀已成为科学研究和技术领域的重大问题。某化学兴趣小组的同学在实验室中对金属的腐蚀进行了探究。

[活动与探究一] 分别在三个洁净干燥的试管中各加一枚洁净无锈的铁钉，再在其中两个试

管中加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水，其他操作请仔细观察右图：

（1）探究结论：Ⅰ号试管中的铁钉最容易生锈。由此可见，铁制品生锈需要的条件是

_______________________________。

（2）将实验中已生锈的铁钉长时间放入足量稀盐酸中，可观察到的现象有_______________，反应的化学方程式分别为__________________________、_____________________________。[活动与探究二] 向铁粉中加入少量的碳粉（模拟铁钉的成分），混合均匀后，撒入内壁分别用稀盐酸和氯化钠溶液润湿过的两只分支试管（分别标记为a、b），按下图装好仪器．几分钟后，打开止水夹，观察发现：a装置右侧小试管中液面上升，导管中液面下降；而b装置右侧小试管中液面下降，导管中液面上升；b装置固体混合物中发现有红色物质生成。

（3）请你推测：a装置右侧小试管中液面上升的原因是__________________________。

b装置右侧小试管中液面下降的原因是__________________________________________。

变题练

1. 化学科代表小聪与小明同学帮助实验老师整理化学药品时，发现分别放在两个试剂瓶中的两片用砂纸磨得光亮的银白色金属片，未贴上标签。到底它们是哪两种金属？两位同学首先对这两种金属X和Y的金属活动性顺序进行实验探究。

（1）进行猜想：①科代表猜想：活动性X大于Y

②林民同学猜想：活动性Y大于X

（2）设计实验方案、进行实验，获得结论．完成好如下实验报告，并回答后续有关问题。

（3）上述实验之前，实验老师只知道X、Y是银铁中的各一种，则根据实验结果说明Y就

是_____________。实验室急需一定量的Y粉末。科代表认为可用现有的X金属粉末和Y

的盐溶液、蒸馏水等药品，配以必要的仪器来制得急需的Y粉末，原因是（用反应的化学方程式表示）：__________________________________________________________________。（4）实验老师经实验分析得知制得的Y粉末中含有未反应完的X粉末，同学们决定用化学方法将杂质X粉末除去，两个同学经讨论、交流一致认为可选用的除杂试剂是：

____________。

2. 钢铁、铝合金、铜制品等是应用广泛的金属材料。据估计，每年全世界被腐蚀损耗的钢铁材料约占全年钢产量的1/10。某校化学兴趣小组的同学探究金属腐蚀的原因，设计如下实验：

（1）如图，取一根约10cm的光亮铁钉放在自来水中，观察A、B、C三处的变化。

几天后，他们会发现____________处最先出现铁锈，大家结合书本知识知道，铁在

空气中生锈实际是铁和__________、___________等物质相互作用发生一系列复杂的

化学反应的过程。

（2））一同学联想到家里铜制餐具上有一层绿色物质，认为铜在空气中也会生锈。

他们上网查阅资料，知道这种绿色物质的化学成分为Cu2(OH)2CO3（铜绿）。他们从铜绿组成和空气的成分大胆猜测，铜生锈除了与铁生锈条件相同外，还应该有CO2参加反应。

请写出铜在空气中生成铜绿的化学方程式___________________________________________ （3）[查阅资料] 孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，也可以表示成CuCO3?Cu(OH)2。

与孔雀石相似，还有许多矿物可用xCuCO3?yCu(OH)2（x、y都是正整数）表示，石青

就是其中的一种。

[实验探究] 为了验证石青的组成成分，他们设计了如下实验，请你共同参与探究。

[反思与拓展]

① 定步骤1中产生气体成分的实验方法是________________________________________。

② 根据以上探究，只要测定出参加反应的石青的质量、生成的氧化铜的质量和

____________________的质量，就可确定石青的化学式（即确定x、y的值）。

③ 防止金属锈蚀的方法很多，如制成不锈钢、在金属表面____________________（任写一

种方法）。

达标练习实验题解题能力提高训练

基础题

1.为了验证Mg、Cu、Ag三种金属的活动性强弱，某化学兴趣小组设计了下图所示的四个实验。其中不必进行的实验是（）。

A B C D

2.金属Ni、Mn分别放入其他三种金属X、Y、Z的盐溶液中，反应的结果和有无金属析出的情况如下表所示。

它们的金属活动性有强到弱的顺序为（）。

A．X、Mn、Y、Ni、Z B. Z、Ni、Y、Mn、X

C. Z、Mn、Y、Ni、X

D. X、Mn、Ni、Y、Z

3. 取3枚洁净无锈的铁钉，分别加入如图所示的3支试管中进行实验，

试管中铁钉锈蚀速度由快到慢的顺序为（）。

A.①②③

B. ②①③

C. ②③①

D. ③①②

4.如右图所示，在盛水的试管中放一根洁净的铁钉，用带U形管的胶囊塞紧，

U形管内水面处于同一高度。数天后观察到U形管内的水面（）。

A. a比b高

B. b比a高

C. 一样高

D. 无法判断

提高题

5.如右图所示，先在锥形瓶中放入几小片已用稀盐酸除去锈斑的铁丝

网，然后向其中加入3～4mL浓食盐水润湿铁丝网，塞紧带导管的单

孔塞，导管另一端伸入水中。若干分钟后，请你观察并回答问题。

[实验现象及相应解释]

请写出你观察到的现象并作出相应解释

（1）__________________________________________________________________；

其原因是_______________________________________________________________。

（2）__________________________________________________________________；

其原因是_______________________________________________________________。

[得出结论] 由此实验你得出结论：____________________________________________。

6.颗粒达到纳米级单质铁具有很强的反应活性，俗称“纳米粒”。实验室制备的方法是：以高纯氮气作保护气，在高温条件下用H2和FeCl2发生置换反应，生成“纳米铁”。请回答以下问题：

（1）写出生成“纳米铁”的化学方程式____________________________________________。（2）反应中需要保护气的原因是_________________________________________________。（3）某化学探究小组为了验证铁、铜、镁、汞四种金属的活动性顺序，设计了如下实验：

①将大小一样的铁片和镁片分别加入到溶质质量分数相同的稀盐酸中；

②将铜片加入到硝酸汞溶液中，铜片上出现银白色物质；

③将金属片A加入到溶液B中。

根据实验①判断出镁的金属活动性比铁强，依据的现象是____________________________。根据实验②的现象得出的结论是_________________________________________________。要通过实验③得出铁和铜的金属活动性顺序，那么，如果B是硫酸铜溶液，则金属A是

________________，如果A是铜，则溶液B是__________________。

7. 某校化学实验室废液桶中收集了溶解大量FeSO4、CuSO4的废水，若直接排放到下水道不仅造成重金属污染而且造成浪费。某初三的的同学，准备运用刚学到的“常见金属活动性顺序表结合其他有关化学知识对废水进行处理。

（1）复习常见金属活动顺序表，在下表空格中分别填入对应的元素符号。

（2）设计除去铜离子，回收硫酸亚铁晶体和铜的实验方案，讨论有关问题：

① 水在加入金属X前需进行过滤，目的是将其中_____________性杂质除去。进行过滤的操作所需的仪器有：____________、_________、___________、___________（请从下图中选择合适仪器，并用仪器名称填写）。

② 金属X是______，其加入废水后发生反应的化学方程式为________________________。溶液Y是___________，利用其除去铜中杂质，有关反应的化学方程式为

__________________________________________________。

③从滤液中获取硫酸亚铁晶体的操作方法是________________________________________。