1、1金属和金属材料1.了解金属的物理性质,知道金属的用途.2.掌握金属的化学性质,能够运用金属活动性顺序判断反应能否发生.3.了解炼铁的原理和金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法.4.会根据化学方程式进行含杂质物质的有关计算.通过比较学习,培养学生获取信息和处理信息的能力,并构建出与金属材料相关联的知识体系.通过对我国古代炼铁的介绍,激发学生的爱国热情;通过对废弃金属对环境的污染介绍,让学生树立环保意识;通过对矿物可开采年限的介绍,教育学生要懂得保护金属资源.【重点】 金属的化学性质,铁的冶炼.【难点】 引导学生主动参与科学探究的过程和方法等方面的教学中.2金专题一 金属材料1.金属材料:纯
2、金属(90 多种);合金(几千种).2.合金:由一种金属跟其他一种或几种金属(或金属与非金属)一起熔合而成的具有金属特性的物质.一般来说,合金的熔点比各成分金属低,硬度比各成分金属大,抗腐蚀性能更好.不过,实际应用中还应考虑金属材料的价格、资源、是否美观、使用是否便利,以及废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素.常见合金如下表:铁的合金 铜合金合金生铁 钢 黄铜 青铜 焊锡 钛合金 形状记忆合金成分 含碳量2%4.3% 含碳量0.03%2% 铜锌合金 铜锡合金 锡铅合金 钛镍合金备注 不锈钢:含铬、镍的钢具有良好的抗腐蚀性能 紫铜为纯铜 熔点低 熔点高、密度小、 加热后形状复 原3可塑性好、
3、易于加工、机械性能好3.铁的冶炼(1)工业炼铁的基本知识:炼铁的原料是铁矿石常见的铁矿石有磁铁矿(主要成分是Fe3O4)和赤铁矿(主要成分是 Fe2O3)、焦炭、石灰石和空气,主要设备是高炉.炼铁的基本原理是:在高温条件下,利用反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来,3CO + Fe2O3 2Fe + 3CO2.(2)一氧化碳还原氧化铁的实验:装置图:见下图.实验主要现象:红色粉末变为黑色,澄清的石灰水变浑浊,尾气点燃产生蓝色火焰.实验注意事项:先通入一氧化碳气体,排尽装置内的空气,防止一氧化碳与空气混合加热后,发生爆炸;实验完毕后要继续通入一氧化碳气体,直到玻璃管冷却,防止高温下的铁与空气
4、接触,被氧化为氧化铁,同时,实验过程中还可防止澄清石灰水倒吸;尾气中含有一氧化碳,一氧化碳有毒,所以尾气要处理,直接排放会污染空气;若实验中没有酒精喷灯,也可用酒精灯代替,不过要在火焰上加一个金属网罩,使火力更加集中,提高温度.(3)铁的锈蚀铁生锈的条件是:铁与 O2、水接触(铁锈的主要成分:Fe 2O3xH2O).防止铁制品生锈的措施:保持铁制品表面的清洁、干燥;表面涂保护膜,如涂油、刷漆、电镀、烤蓝等;制成不锈钢.铁锈很疏松,不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气反应,因此铁制品可以全部锈蚀,因而铁锈应及时除去.而铝与氧气反应生成致密的氧化铝薄膜,从而阻止铝进一步氧化,因此,铝具有很好的抗腐蚀
5、性能.4.金属资源的保护和利用(1)防止金属腐蚀;(2)回收利用废旧金属;(3)合理开采矿物;(4)寻找金属的代用品.5.含有杂质的化学计算据化学方程式计算时,不论是反应物还是生成物,代入化学方程式计算的都必须是纯净物的质量.但在金属冶炼等实际生产过程中,所用原料或产物一般都含有杂质,因此在实际生产中计算用料和产量时需要考虑杂质问题.通常认为杂质不参加反应,可以利用下列公式将不纯物质的质量转化成纯净物的质量:纯净物的质量分数(纯度) =纯净物的质量/混合物的质量100%;纯净物的质量= 混合物的质量纯净物的质量分数;纯度=1-杂质的质量分数.在冶铁的计算中,一般涉及四种物质:铁、生铁、氧化铁(
6、或四氧化三铁)、铁矿石.铁与氧化铁(或四氧化三铁)是纯净物,能直接代入化学方程式计算,而生铁、铁矿石属于混合物,不能直接代入化学方程式计算.生铁中主要含铁,铁矿石是冶铁的原料,含铁的氧化物主要是氧化铁或四氧化三铁,计算的主线是: 生铁铁氧化铁 (或 四氧化三铁)铁矿石.【专题分析】4金属与金属矿物是一级主题身边的化学物质中的一个二级主题,在每年的中考中都有它的身影,如选择、填空、探究、计算等.包含了金属材料的种类及对环境的影响、合金、金属的锈蚀、金属的性质及用途、金属的活动性及比较、金属在自然界的存在、金属的冶炼等多个重要知识点.由于金属材料和日常生活、工业生产实际联系密切,命题方向集中在金属
7、材料在生活中的应用、金属的化学性质、金属资源的利用与保护等几个方面.主要考查同学们运用所学知识解决实际问题的能力.随着时代的发展,各种新金属材料的不断问世,结合所学知识考查“新金属”的试题已成为中考的趋势.金属和金属材料属于一类常见的重要化学物质.作为初中化学新课程的核心内容之一,是中考命题所关注的重要素材之一,也是中考化学的必考点和热点.考查形式:中考中的考查形式灵活多变,多以生活应用型、正误判断型、信息给予型、性质探究型、图像型、计算型等形式考查.通常以选择题、填空题的形式考查金属材料的分类和应用实例.以计算题的形式考查含有杂质的化学计算.以实验设计、实验探究题的形式考查金属锈蚀的条件等.
8、(重庆中考)钛合金是生产链条钢、锚链钢等的重要原料.如果要比较钛(Ti)和铁的金属活动性顺序,以下方法不能达到目的的是 ( )A.查阅初中化学课本上的金属活动性顺序B.利用金属钛和 FeCl2溶液进行实验C.利用金属铁和 TiSO4溶液进行实验D.利用金属钛、金属铁与稀硫酸进行实验解析 A.课本上的金属活动性顺序中,不包含钛,不能达到目的.B.利用金属钛和FeCl2溶液进行实验,根据反应是否能发生,能比较钛和铁的金属活动性顺序,能达到目的.C.利用金属铁和 TiSO4溶液进行实验,根据反应是否能发生,能比较钛和铁的金属活动性顺序,故选项方法能达到目的.D.利用金属钛、金属铁与稀硫酸进行实验,根
9、据反应是否能发生以及反应的剧烈程度,能比较钛和铁的金属活动性顺序,能达到目的.故选 A.某钢铁厂每天需消耗 5000 t 含 Fe2O3 76%的赤铁矿石,该厂理论上可日产含 Fe 98%的生铁的质量是多少?解析 本题通过分步计算,思路清晰,步骤明确.涉及不纯物质的计算,应该将不纯物质的质量转化为纯净物的质量,利用纯净物间的质量关系列出比例式.解法 1:明确已知量和未知量,以及这两个量与相关量的关系.已知赤铁矿石的质量,赤铁矿石与 Fe 2O3 的关系是:含 Fe 2O3 76%;要求生铁的质量,生铁与铁的关系是:含铁 98%.解题“三步”曲:第一步由赤铁矿石求 Fe 2O3的质量;第二步利用
10、冶铁原理的化学方程式计算生成铁的质量;第三步计算生铁的质量.(1)5000 t 含 Fe2O3 76%的赤铁矿石中含 Fe2O3的质量=5000 t76%=3800 t.(2)设 3800 t Fe2O3 理论上可炼成铁的质量为 x.Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2160 1123800 t x1603800 t=112 x,x=2660 t.(3)折合为含铁 98%的生铁的质量=2660 t98%2714 t.答:理论上可日产含 Fe 98%的生铁的质量约是 2714 t.规律方法 解题的关键是把不纯物质的质量转变成纯净物的质量,把不完全参加反应的物质质量换算成实际参加反应的物质质量,把
11、不完全生成物质的质量换算成生成物的质量,然后代入化学方程式进行计算.化学方程式所表达的是纯净的物质发生化学变化时的相互关系,各化学式的化学计量数反映的是纯净物之间的数量关系.进行计算时所含杂质并不遵守该反应的化学方程式所遵循的规律,因此当参加反应的物质含杂质时,先要把含杂质的物质质量换算成纯净物的质量,再进行计算.解法 2:关系式法(1)5000 t 含 Fe2O3 76%的赤铁矿石中含 Fe 2O3的质量=5000 t76%=3800 t.5(2)设 3800 t Fe2O3 理论上可炼成铁的质量为 x.Fe2O32Fe160 1123800 t x1603800 t=112 x,x=266
12、0 t.(3)折合为含铁 98%的生铁的质量=2660 t98%2714 t.答:略.规律方法 用关系式法进行计算,以防止写错化学方程式导致计算错误.解题的关键是找准 Fe2O3和 Fe 的关系:Fe 2O32Fe.解法 3:元素质量守恒法铁矿石中铁元素的质量为 5000 t76%100%=5000 t76%70%,生铁中铁元素的质量为 x98%.所以有:5000 t76%70%= x98% ,解得 x2714 t.答:略.规律方法 元素守恒法是根据反应前后某元素质量或质量和不变来简化计算的一种方法.因此,涉及多步复杂的化学过程的问题可以考虑元素守恒法.采用元素守恒法合并成一步计算,以节省时间
13、.如先列出铁矿石中铁元素质量的表达式.用元素守恒法解题的优点是计算步骤少,计算量也少,过程简便.专题二 金属的性质1.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)大多数呈银白色(铜为紫红色,金为黄色);(3)有良好的导热性、导电性、延展性.2.金属的化学性质(1)金属和氧气的反应金属 在空气中 在氧气中 化学方程式镁常温下表面逐渐变暗.点燃时剧烈燃烧,发出耀眼的白光,生成白色固体点燃时,剧烈燃烧,发出耀眼的白光,生成白色固体 2Mg+O2 2MgO铝常温下,铝表面变暗,生成一层致密氧化膜,保护铝不再被腐蚀点燃时,生成白色固体 4Al+3O2 2Al2O3铁 持续加热发红
14、,离火变冷点燃时,剧烈燃烧,火星四射,放出大量的热,生成黑色固体3Fe+2O2 Fe3O4铜加热,生成黑色物质;在潮湿的空气中,生成铜绿而被腐蚀加热,生成黑色固体 2Cu+O2 2CuO金 即使在高温下也不和氧气反应 结论 大多数金属都能和氧气反应,但反应的难易程度和剧烈程度不同(2)金属与酸的反应盐酸 稀硫酸 反应现象(两种酸相同)镁 Mg+2HCl MgCl2+H2 Mg+H2SO4 MgSO4+H2铝 2Al+6HCl 2AlCl3+3H2 2Al+3H2SO4 Al2(SO4)3+3H2锌 Zn+2HCl ZnCl2+H2 Zn+H2SO4 ZnSO4+H2反应比较剧烈,产生大量气泡,
15、溶液仍为无色,生成的气体能够燃烧,并且产生淡蓝色火焰铁 Fe+2HCl FeCl2+H2 Fe+H2SO4 FeSO4+H2 反应缓慢,有气泡产6生,溶液由无色逐渐变为浅绿色,生成的气体能够燃烧,并且产生淡蓝色火焰铜 不反应 不反应 无说明:活泼金属会与酸发生置换反应生成盐和氢气,金属+酸 盐+ H 2(置换反应).(3)金属与盐的反应 将锌片、铁丝、铜丝三种金属分别放入硫酸铜溶液、硝酸银溶液、氯化钠溶液中,观察现象:CuSO4溶液 AgNO3溶液 NaCl 溶液锌锌表面有一层红色金属析出,溶液由蓝色变为无色Zn+CuSO4 ZnSO4+Cu锌表面有一层银白色金属析出Zn+2AgNO3 Zn(
16、NO3)2+2Ag无变化,不反应铁铁表面有一层红色金属析出,溶液由蓝色变为浅绿色Fe+CuSO4 FeSO4+Cu铁表面有一层银白色金属析出,溶液由无色变为浅绿色Fe+2AgNO3 Fe(NO3)2+2Ag无变化,不反应铜 无变化,不反应铜表面有一层银白色金属析出,溶液由无色变为蓝色Cu+2AgNO3 Cu(NO3)2+2Ag无变化,不反应说明:排在前面的金属能把排在后面的金属从它的盐溶液中置换出来.反应规律:金属 + 盐 另一金属 + 另一盐(置换反应).如:Fe+CuSO 4 Cu+FeSO4(“湿法冶金”原理);单质铁与盐发生置换反应时生成亚铁盐.3.常见金属活动性顺序(1)常见金属活动
17、性顺序:(2)意义:H 代表酸中的氢元素;金属的位置越靠前,它的活动性就越强;在金属活动性顺序里,位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢(不可用浓硫酸、硝酸);位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来.(K、Ca、Na 除外) (3)应用:用于判断金属是否与酸发生置换反应;用于判断金属与酸发生化学反应的剧烈程度;用于判断金属与盐能否发生置换反应.注意:金属与盐的反应必须在“盐溶液”中进行,否则不能反应,如:Cu 可以与 AgNO3溶液反应置换出 Ag,但不能与 AgCl 反应.也可根据反应是否发生及反应剧烈程度来判断金属的活动性强弱.K、Ca、Na 三种金属的活动性太强,除
18、与酸反应外,还能与水在常温下发生置换反应(如 2Na+2H2O 2NaOH+H2),其余金属则不能.4.金属与酸发生置换反应生成氢气,金属完全反应时,可以利用下面的通式计算氢气的质量:氢气的质量=金属的质量金属在生成物中的化合价/金属的相对原子质量.【专题分析】7从命题内容及考查角度上分析,联系实际,考查金属的性质及其用途的关系,金属活动性顺序的探究,主要包括:金属与酸溶液、盐溶液能否反应及反应速度的分析.一定量的金属与酸溶液或盐溶液反应后的质量分析.以金属的活动性顺序为内容的实验探究题. 考查形式:多以选择、填空题的形式,考查金属的性质、用途、金属活动性顺序的判断等.以图像的形式,考查金属与
19、酸、盐反应中所涉及的量的关系.以实验设计、实验探究的形式考查探究金属的活动性顺序等.(盐城中考)现有 X、Y、Z 三种金属,已知:X+YCl 2 XCl2+Y,把 Y、Z 两种金属分别放入稀硫酸中,只有 Y 和稀硫酸反应.这三种金属的活动性由强到弱的顺序是 ( )A.XZY B.ZYXC.YZX D.XYZ解析 由确定活动性 XY,由确定活动性 YZ.因此,三种金属的活动性由强到弱的顺序是 XYZ.故选 D.解题策略 本题属于对金属活动性顺序的考查,掌握金属的活动性顺序,记住排在前面的金属可以把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来,排在氢前面的金属可以和酸反应生成盐和氢气是解决问题的关键.两种二
20、价金属的混合物 4.4 g 与足量稀硫酸反应产生 0.16 g H2,则这两种金属可能是( )A.Fe 和 Mg B.Cu 和 MgC.Zn 和 Al D.Fe 和 Zn解析 设两种二价金属元素的符号通式为 M,平均相对原子质量为 x.M+H2SO4 MSO4 +H2x 24.4 g 0.16 gx2=4.4 g0.16 g,解得: x=55.平均值法是几种物质同时与某种物质反应时,把几种物质的混合物视作一种物质,即假设这种混合物为纯净物.根据题意求其平均组成的方法为:用选项中两种金属的相对原子质量和平均相对原子质量相比较,若两金属都反应则必须一种金属的相对原子质量大于 55,另外一种小于 5
21、5;若一种金属不反应,则另一种金属的相对原子质量应小于 55,通过比较即可解之.故选 AB.等质量的两种金属 A、B 与足量稀硫酸反应时都生成了+2 价的硫酸盐,其产生H2的质量与反应时间的函数关系如图所示.(1)A、B 两种金属的活动性强弱关系是 . (2)A、B 两种金属元素的相对原子质量的大小是 . (3)在 Mg 和 Fe、Zn 和 Fe、Zn 和 Cu 中 A、B 两种金属可能分别是 . 解析 (1)等质量的两种金属完全反应时 B 用的时间较少,则反应速度较快,其活动性较强.(2)根据化学方程式可以判断金属的相对原子质量大小,足量稀硫酸说明等质量的两种金属完全反应 ,都生成+2 价的硫酸盐,则产生的氢气越多,相对原子质量越小,B 生成的氢气较多,则相对原子质量较小,相对原子质量是 AB;(3)利用氢前金属可以与酸反应生成氢气,可判断 Zn 和 Cu 组合不正确,因为铜不能与酸反应生成氢气,结合(1)(2)的结论可判断:A、B 两种金属可能分别是 Fe 和 Mg.8答案 (1)BA (2)AB (3)Fe 和 Mg解题策略 根据通式:氢气的质量=金属的质量金属在生成物中的化合价/金属的相对原子质量.氢气的质量和金属在生成物中的化合价成正比,和金属的相对原子质量成反比.
