金属和金属材料

金属和金属材料

【知识梳理】

知识点1 常见的金属材料

1、金属材料：包括纯金属以及它们的合金。

2、金属的物理性质

(1)常温下一般为固态(汞为液态)，有金属光泽。

(2)大多数金属呈银白色(铜为紫红色，金为金色)。

(3)金属具有良好的导热性、导电性、延展性。

注意：物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但不是唯一因素，还要考虑价格、资源、美观性、便利性以及废料的回收和对环境的影响等因素。

3、合金

(1)概念：在某种金属中加热熔合其他金属或非金属，制得的具有金属性的物质。

(2)特性：合金的很多性能与组成它们的纯金属不同。强度和硬度一般比组成它们的纯金属大；抗腐蚀性一般比组成它们的纯金属强；熔点一般比组成它们的纯金属都低。

(3)生铁和钢是铁的两种合金，它们在组成上的不同是含碳量不同；它们在性能上与纯铁相比较的不同有：强度、硬度更大，抗腐蚀性更好，熔点变低。

4、炼铁的原理

(1)、CO 还原氧化铁的实验现象：红色粉末变为黑色，澄清石灰水变浑浊，

导管口有蓝色火焰产生。

注意：①操作步骤：实验开始时，先通入CO ，后加热；实验完毕，先停

止加热，继续通入CO 至试管冷却，最后停止通CO 。②尾气处理：用点燃

或收集处理法处理CO 尾气。

(2)炼铁过程

①原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气。常见的铁矿石有磁铁矿(主要成分是Fe 3O 4)、赤铁矿(主要成分是Fe 2O 3)，菱铁矿(主要成分是FeCO 3)、硫铁矿(主要成分是FeS 2)。

②原理：在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。用赤铁矿炼铁的原理是

3CO + Fe 2O 3 =====高温2Fe + 3CO 2。

(3)CO 还原氧化铁实验应注意的问题及原因：①先通CO 的目的：排出装置内的空气，以免加热时CO 与空气

混合，发生爆炸。②实验完毕后继续通入CO的目的：冷却，防止铁在较高的温度下被氧化。③尾气的处理：因为CO有毒，所以尾气中的CO要经过处理，变为无毒的气体。可点燃使其生成无毒的CO2气体或者在导气管尾端连接气球收集起来。

例题1：

1、铜能够制成铜片或拉成铜丝，是因为铜具有良好的（）

A、导热性

B、导电性

C、延展性

D、金属活动性

2、青铜是人类最早使用的铜、锡合金，下列说法中不正确的是（）

A、青铜属于纯净物

B、青铜属于金属材料

C、青铜的硬度比铜大

D、青铜耐腐蚀，易铸造成形

3、下列认识不正确的是（）

A、钢是很纯的铁

B、铁锈的主要成分是Fe2O3〃xH2O

C、隔绝空气和水可以防止铁生锈

D、被腐蚀的铁制品应该加以回收

4、铁及其合金在生产、生活中应用广泛。下列关于铁及其合金的说法中正确的是（）

A、铁是地壳中含量最丰富的金属元素

B、不锈钢的抗腐蚀性好，可以用于制造医疗器械

C、铁丝能在氧气中剧烈燃烧、火星四射、生成氧化铁

D、铁生锈是铁与空气中的氧气、水发生剧烈氧化的过程

5、下列有关金属的说法错误的是（）

A、金属具有金属光泽，常温下金属都是固体

B、生铁和钢是含碳量不同的铁合金，其中生铁的含碳量大于钢的含碳量

C、炒完菜后，应及时除掉锅底的水，这样可以防止铁锅生锈

D、金属的回收利用是保护金属资源的有效途径之一

6、炼铁的原理是利用一氧化碳与氧化铁反应，某同学利用该原理设计了一

个实验，实验装臵见右图，对实验进行分析并回答：

(1)给玻璃管加热的仪器叫酒精喷灯，要用其 (填“外焰”“内焰”或

“焰心”)进行加热。

(2)实验中玻璃管里氧化铁粉末的颜色变化是，观察到澄清石灰

水的现象是。

(3)实验前“通入CO”与“开始加热”的顺序是；实验后“停止通入CO”与“停止加热”的顺序是。

(4)实验要在装臵末端a处燃着一盏酒精灯，其作用是。

知识点2 常见金属的化学性质

1、大多数金属能与氧气反应，但反应的难易和剧烈程度不同

（1）镁与氧气的反应：①常温下，银白色镁条在空气中表面会逐渐变暗，发生缓慢氧化，生成白色固体---氧化镁。②点燃时，在空气中剧烈燃烧，发出耀眼白光，生成白色粉末状固体。

化学方程式：

（2）铝与氧气的反应：①常温下，银白色的铝表面逐渐变暗，发生缓慢氧化，在其表面生成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止内部的铝进一步氧化，因此铝具有较好的抗腐蚀性。②点燃时，在氧气中剧烈燃烧，发

出耀眼的白光，放出大量的热，生成一种白色固体---氧化铝。

化学方程式：

（3）铁与氧气的反应：①常温下，在干燥的空气中，铁很难与氧气反应。②常温下，在潮湿的空气中，铁与空气中的氧气和水分子共同作用生成比较疏松的红色物质----铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)。③点燃时，在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成一种黑色固体---四氧化三铁。

化学方程式：

（4）铜与氧气的反应：①常温下，铜在干燥的空气几乎不与氧气反应。②加热时，铜丝表面逐渐生成黑色物质---氧化铜，反应的化学方程式为 2Cu + O2 === 2CuO。③在潮湿的空气中，铜与空气中的H2O、O2、CO2共同作用，表面逐渐生成一层绿色物质----碱式碳酸铜(俗称铜绿)，反应的化学方程式为 2Cu + O2 + CO2 + H2O === Cu2(OH)2CO3。

（5）金、银等金属即使在高温下也不与氧气反应。

2、金属与酸的反应（发生臵换反应）

（1）反应规律：金属 + 酸→盐+ 氢气

（2）反应条件：

①金属活动性顺序中氢前面的金属（如镁、铝、铁等）能与酸（一般指盐酸、稀硫酸）反应产生氢气，并且金属位置越靠前，与酸反应越剧烈；而氢后面的金属一般不与酸反应产生氢气。

②酸必须是除硝酸、浓硫酸外的非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸等）。

③生成的盐应为可溶性盐。

金属

稀盐酸稀硫酸

现象化学方程式现象化学方程式

镁

铝

铁

铜

3、金属与盐发生臵换反应

（1）反应规律：金属+ 盐→新金属+ 新盐（2）反应条件：

①K、Ca、Na三种金属非常活泼，不能将其单质直接从其盐溶液中置换出来；

②金属活动性顺序前面的金属置换后面的金属；

③反应的盐必须是溶于水的。

简记：

（3）规律：当一种金属和几种盐的混合溶液发生置换反应时，其中排在活动性顺序中最后的金属优先被置换，然后再依次置换出稍后的金属。活动性顺序中两金属间距越大，则上述反应越易发生。

（4）注意：单质铁在溶液中发生置换反应时，生成物都是亚铁盐。

例题2：

1、现有甲、乙、丙三种金属，分别与空气和氧气反应，现象如下表所

示：据以上信息，这三种金属活动性由强到弱的顺序是（）

A、甲>丙>乙

B、甲>乙>丙

C、乙>丙>甲

D、丙>乙>甲

2、有X、Y、Z三种金属，只有X与稀硫酸反应产生氢气，Y、Z则不能，但有下列反应关系：Y + Z(NO3)2 === Z + Y(NO3)2，则X、Y、Z三种金属活动性顺序由强到弱的是（）

A、Z、Y、X

B、X、Z、Y

C、X、Y、Z

D、Z、X、Y

3、现有X、Y、Z三种金属，如果把X、Y和Z分别投入稀盐酸中，只有Y溶解并产生气泡，X、Z不反应，如果把X和Z分别放入硝酸银溶液中，过一会儿，在X表面有银析出，而Z没有变化，则X、Y、Z的金属活动性顺序为（）

A、Y>X>Z

B、X>Y>Z

C、Z>Y>X

D、X>Z>Y

4、根据金属活动性顺序分析，下列描述或判断错误的是（）

A、常温下，在空气中金属镁比铁容易氧化

B、在氧气中灼烧时，铁丝比铜丝反应剧烈

C、与同种盐酸反应时，锌片比铁片反应剧烈

D、铜活动性不强，故铜不能与硝酸银溶液反应得到金属银

5、铁在潮湿的空气里会发生锈蚀，证明氧气一定参加了反应必须要做的实

验是（）

A、①②

B、①③

C、②③

D、①②③

6、下列说法正确的是（）

A、铁在潮湿的空气中不易生锈

B、生铁中的含碳量小于钢中的含碳量

C、铝具有良好的抗腐蚀性能是因为其表面有一层致密的氧化铝薄膜

D、稀盐酸不能用于除去铁锈

7、锡(Sn)是五金之一，它的金属活动性顺序位于铁和铜之间，则下列反应不会发生的是（）

A、Zn + Sn(NO3)2 === Zn(NO3)2 + Sn

B、Sn + 2HCl === SnCl2 + H2↑

C、Sn + 2Ag(NO3)2 === Sn(NO3)2 + 2Ag

D、Sn + MgSO4 === SnSO4 + Mg

8、为探究Zn和Cu的金属活动性强弱，提供的试剂有：Zn、Cu、H2SO4溶液、ZnSO4溶液、CuSO4溶液。下列说法正确的是（）

A、选用两种试剂可实现实验目的

B、ZnSO4溶液中加入Cu不能探究金属活动性强弱

C、最多只能设计一种实验方案

D、根据Zn和Cu的硬度能判断金属活动性强弱

9、某金属R与硝酸银溶液反应的化学方程式为R + 2AgNO3=== R(NO3)2+ 2Ag 。R与硝酸铜溶液不发生反应，

关于R的推断正确的是（）

A、R的活泼性介于铜、银之间

B、R能臵换出酸中的氢

C、R的活泼性比铜强

D、R的活泼性比铜、银都弱

10、小明设计实验探究铁、铜、银三种金属的活泼性顺序。他设计了四个实验方案，分别所选的试剂是：①铜、银、硫酸亚铁溶液；②铁、银、硫酸铜溶液；③银、硫酸亚铁溶液、硫酸铜溶液；④铜、硫酸亚铁溶液、硝酸银溶液。上述四个实验方案所选试剂正确的是（）

A、②④

B、①②③

C、①②③④

D、②③

11、下图为某学习小组探究金属化学性质时所做的四

个实验，仔细分析后回答下列问题：

(1)描述A中的实验现象：

。

(2)写出C中反应的化学方程

式：。

(3)要证明Cu、Fe、Ag的活动性顺序，至少要做的实验是 (填字母)。

(4)开始反应后D中溶液逐渐变为黄色，原因是。

12、现有银、铜、铁三种金属，某研究小组的同学为探究银、铜、铁的金属活动性顺序，设计了三个实验：Ⅰ.将铁片浸入稀硫酸中，Ⅱ.将银片浸入稀硫酸中，Ⅲ.将铁片浸入硫酸铜溶液中。

(1)实验Ⅰ的现象是：有气泡产生，溶液由无色逐渐变为浅绿色。反应的化学方程式为；反应产生的气体可用的方法检验。

(2)上述三个实验还不能完全证明三种金属的活动性顺序，请你补充一个实验来达到实验目的(写出实验操作和现象) 。根据以上探究，三种金属的活动性由强到弱的顺序是。

(3)将银、铁两种金属分别放入溶液中，即可验证这三种金属的活动性强弱。

(4)将铜片加热，铜片表面变黑。同学们设计如下实验证明此黑色物质是氧化铜。

知识点3 金属活动性顺序及其应用

1、金属活动性顺序：

2、重要应用：

①在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性就越强。

②在金属活动性顺序里，位于氢前的金属能置换出盐酸、稀硫酸里的氢，位置越靠前与酸反应越剧烈。

③在金属活动性顺序里，位于前面的金属能把位于后面的金属从它的盐溶液中置换出来。

知识点4置换反应

1、定义：一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应叫作置换反应。

2、特点：反应物有两种，即一种单质和一种化合物；生成物也是两种，也是一种单质和一种化合物。

3、形式：A + BC==== B + AC

4、初中阶段学习的置换反应类型：

①氢气还原金属氧化物生成金属和水：

②碳还原金属氧化物生成金属和非金属氧化物：

③金属与酸反应生成盐和氢气：

④金属与盐反应生成另一种金属和另一种盐：

知识点5钢铁的锈蚀和防护

1、导致钢铁锈蚀的因素：钢铁锈蚀主要是铁与空气中的氧气、水蒸气直接接触发生化学反应的结果，该反应属于化学变化。钢铁的成分和环境的温度、湿度、酸碱度等都是影响钢铁锈蚀的因素。钢铁锈蚀后生成铁锈（主要成分是氧化铁）。

2、减缓钢铁锈蚀的方法

①保持铁制品表面清洁和干燥；

②在钢铁表面涂覆保护层，如涂矿物油、刷油漆以及覆盖搪瓷、塑料凳；

③镀上一层不易锈蚀的金属；

④改善其组成和结构；

3、废旧金属的回收利用：树立可持续发展的观念，加强垃圾的分类处理。回收并循环利用废旧金属，有着巨大的经济利益和社会效益。保护金属资源的有效途径：①防止金属的腐蚀；②回收利用废旧金属；③寻找金属的代用品。

例题3：

1、防锈和回收废旧金属都是保护金属资源的重要途径。为测定一种待回收的废铁中铁的锈蚀程度，某同学取该部分锈蚀的铁片样品(仅有铁和氧化铁组成)，测得其中氧元素的含量为12%，则样品中已被锈蚀的铁元素占元金属铁的质量分数约为（）

A、28%

B、31.8%

C、46.7%

D、70%

2、下表列出的是一种金属的部分性质：

(1)根据所列出的该金属的性质，该金属可用于制造 ，因为它既 ，又 。由于其密度仅约为铁的三分之一，所以它的合金是制造飞机机身的重要材料。要成为飞机机身材料，其合金的性质至少应在 方面与它的纯金属相比较要有明显提高。

(2)把这种金属放入稀盐酸中，可产生以一种无色可燃性的气体。这说明该金属还可以与 溶液(写一种)反应，生成金属单质 。如果要证明其金属活动性比锌强，则它应可以与 溶液反应，生成单质 。

3、铬(Cr)为不锈钢主要的添加元素，含量一般在12%以上。铬的表面生成一薄层致密的钝态氧化

物保护膜是不锈钢具有耐腐蚀性的主要原因。请回答下列问题：

(1)如右图，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 处最先出现锈蚀。

(2)不锈钢是一种 (填“合金”或“金属”)。某地赤铁矿(主要成分是Fe 2O 3)和黄铁矿(主要

成分是FeS 2)储量丰富。若从保护环境的角度考虑，当地炼铁厂应选用的铁矿石是 。

(3)相同温度下，取大小相同、表面光亮的Cr 、Mg 、Cu 三种金属薄片，分别投入等体积等溶质质量

分数的足量稀盐酸中(反应中Cr 显+2价)，现象如下：

①上述三种金属的活动性由强到弱的顺序是 。

②从上述探究实验可知，Cr (填“能”或“不能”)跟CuSO 4溶液反应。若反应，请写出反应的化学方程式： 。

4、金属在生产、生活中应用广泛。

(1)“沙里淘金”说明黄金在自然界中以 (填“单质”或“化合物”)形式存在。

(2)铝、铁、铜是生活中广泛使用的三种金属。下列试剂中，哪些能直接验证这三种金属的活动性顺序？( )

A 、硫酸铝溶液

B 、硫酸亚铁溶液

C 、硫酸铜溶液

D 、稀硫酸

(3)铁制品锈蚀，实际上是铁跟空气中的氧气、 发生了化学反应。将生锈的铁片放入硫酸和硫酸铜的混合溶液中，可能发生的反应有 个，写出其中一个臵换反应的化学方程式： 。

(4)在CuSO 4和Al 2(SO 4)3的混合溶液中，加入一定量的铁粉充分反应，过滤后得到滤液和固体剩余物。向该剩余物种加入足量的稀盐酸，有气泡产生。则滤液中一定含有的金属阳离子是 (写离子符号)。

家庭作业：

1、生铁和足量的稀盐酸充分反应后，总会有一些残渣剩余，残渣的成分主要是（ ）

A 、铁

B 、氯化铁

C 、氯化亚铁

D 、碳

2、有X 、Y 、Z 三种金属，如果把X 和Y 分别放入稀硫酸中，X 溶解并产生气泡，Y 不反应；如果把Y 和Z 分别放入硝酸银溶液中，在Y 表面有银白色物质析出，而Z 没有变化。根据以上实验事实，判断这三种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ）

A 、X 、Y 、Z

B 、Z 、Y 、X

C 、Y 、X 、Z

D 、X 、Z 、Y

3、下列措施中，不宜用于博物馆保存枪支大炮等铁制文物的是（ ）

A 、定期用湿布擦拭铁制文物

B 、提醒观众不要用手触摸文物

C 、保持文物储存室内空气的干燥

D 、在铁制文物表面涂抹一层保护物质

4、关于工业炼铁的叙述中错误的是（ ）

A 、主要原料为铁矿石、焦炭和石灰石等

B 、主要设备为电炉

C 、主要原理为3CO + Fe 2O 3 =====高温2Fe + 3CO 2

D 、主要产物为生铁

5、“金银铜铁锡”俗称五金，相关叙述正确的是（）

A、黄铜(铜锌合金)比铜的硬度小

B、五种金属中，金属铜的导电性最弱

C、“金银铜铁锡”是按照金属活泼性由弱到强的顺序排列的

D、五种金属中，只有两种金属能和酸发生臵换反应生成氢气

6、在氯化亚铁和氯化镁的混合溶液中加入一定量的锌粉，充分反应后过滤，得到滤渣和滤液。下列说法正确的是（）

A、滤渣中一定含有铁、一定没有镁、锌

B、得到的滤液一定是无色的

C、滤渣中一定含有铁和锌，一定没有镁

D、滤液中一定含有锌离子和镁离子

7、钢铁是使用最多的金属材料。

(1)人类向自然界提取量最大的金属是铁，高炉炼铁的原料是铁矿石、空气、石灰石和。

(2)铝的活动性比铁强，但在生活中常在铁的表面涂上铝粉。其原因是。

(3)金属钴(Co)与铁具有相似的化学性质。CoCl2固体是蓝色的，CoCl2溶液是粉红色的。现将金属钴投入稀盐酸中，发生化学反应 Co + 2HCl === CoCl2 + H2↑。该反应的实验现象为。8、金属材料是现代生活和工业生产应用极为普遍的一类物质。

(1)工业上用CO还原赤铁矿炼金属铁的化学方程式为。

(2)欲从含有硫酸、硫酸亚铁和硫酸铜的废液中回收全部的金属铜，应先加入充分反应后过滤，滤渣中含有，继续处理可以得到纯净的金属铜。

(3)铁生锈的条件是，写出防止铁生锈的一条措施：。铝的化学性质比铁活泼，但铝比铁耐腐蚀，其原因是。

9、某化学兴趣小组对金属的性质做了如下探究，请你填写空

格：

(1)用下图所示实验探究铁生锈的条件(每支试管中均放有完全

相同的洁净铁钉)：

①甲同学认为，试管A发生的现象就能够说明铁的锈蚀是铁和

空气中的氧气、水蒸气共同作用的结果。乙同学不同意他的观点，认为必须全面观察试管 (选填试管编号)发生的现象，并经过科学严谨的推理，才能得出上述结论。

②试管D和E实验的目的是进一步探究铁在的环境中是否更容易锈蚀。

③为防止金属锈蚀，除了采用覆盖保护膜等措施以外，还可以制成合金。这是因为合金与纯金属相比，其组成和内部组织结构发生变化，从而引起的变化。

(2)某同学向分别盛有等质量的铁粉和锌粒的试管中，倒入等质量、等溶质质量分数的稀硫酸，以“金属表面产生气泡的快慢”为标准来判断两种金属的活动性强弱。有的同学认为这种方案不够合理，理由

是。

(3)将一定质量的铁粉放入硝酸铜、硝酸锌的混合溶液中，充分反应后过滤，所得固体中一定含有的物质是，且反应后溶液质量比反应前 (填“增大”“减小”或“不变”)。

10、小强同学分别取溶质质量分数相同的稀盐酸，大小、形状都相同的某种金属X、Al、Cu进行实验，实验

现象记录如下：

(1)实验开始时，铝表面几乎无气泡产生的原因

是。

(2)Cu表面始终无气泡产生的原因

是。

(3)三种金属的活动性由强到弱的顺序是。

(4)做金属性质实验室需将金属进行打磨，打磨的目的是。