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第八单元：金属和金属材料
知识点梳理：
几种重要的金属：
常见金属的共同性质：
B：一般金属呈现银白色，但是铜呈现紫红色，金呈现黄色
物质的用途是是由哪些因素决定的：
A：很大程度上是由物质的性质决定的。
B：还需考虑到物质的价格，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。
合金：
3.金属的化学性质：
（1）金属与氧气反应：大多数金属都可以与氧气反应，但是反应需要的条件不同
A：镁与氧气反应：
1）常温下：2Mg＋O2 =2MgO
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2）点燃时：4Al+3O2 ====2Al2O3
现象：剧烈燃烧，放出大量的热和耀眼的白光，生成白色固体。
C：铁与氧气反应：
常温下：干燥的条件不反应，但是在潮湿的环境下反应：铁与空气中的氧气和水共同作用下会生成暗红色疏松的物质——铁锈（Fe2O3·H2O）
点燃时：3Fe＋2O2 ======Fe3O4
现象：剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成一种黑色固体。
D：铜与氧气反应：
常温条件下：干燥的环境不进行反应，但是在潮湿的条件下：
2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3
现象：铜表面生成一层绿色物质
加热时：2Cu＋O2 =====2CuO
现象：铜丝表面逐渐变为黑色
E：Au、Ag即使在高温的情况下也不与氧气反应
（2）金属与酸反应：
金属 + 酸 → 盐 + H2↑ 置换反应（条件：活动性：金属＞H ）
H2SO4 + Mg MgSO4 + H2↑ 2HCl + Mg MgCl2+ H2↑
现象：反应剧烈，有大量气泡产生，液体仍为无色
3H2SO4 + 2Al Al2(SO4)3 + 3H2↑ 6HCl + 2Al 2AlCl3+ 3H2↑
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先象：反应剧烈，有大量气泡产生，液体仍为无色
H2SO4 +Zn ZnSO4 + H2↑ 2HCl +Zn ZnCl2 + H2↑
现象：反应比较剧烈，有大量气泡产生，液体仍为无色
H2SO4 + Fe FeSO4 + H2↑ 2HCl + Fe FeCl2+ H2↑
现象：反应比较缓慢，有气泡产生，液体由无色变为浅绿色
铜与酸不反应
注：通过以上的实验现象可以得出结论：Mg、Zn、Fe的金属活动性比铜强，它们能置换出稀硫酸或稀盐酸中的氢。
金属与盐反应：金属 + 盐 → 另一金属 + 另一盐
置换反应（条件：参加反应的金属活泼性＞化合物中金属元素的）
A：铁丝浸入硫酸铜溶液中：
Fe＋CuSO4= Cu＋FeSO4
现象：浸入溶液的铁钉表面覆盖一层紫红色的物质，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色
B：铝丝浸入硫酸铜溶液中：
Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag
现象：浸入溶液的铜丝表面覆盖一层银白色的物质，溶液由无色逐渐变为蓝色
C：铜丝浸入硝酸银溶液中
Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag
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3.常见溶液的颜色：CuSO4溶液：蓝色 FeSO4 、FeCl2溶液：浅绿色
（5）金属的活动顺序：
人们通过大量的实验验证得到常见金属的活动性顺序：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性：由强到弱
注意：
1）在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性越强。
2）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。
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们化合物的溶液里置换出来（K、Ca、Na除外）。
4.置换反应：
（1）定义：由一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质与另一种化合物的反应
（2）表达形式：单质1 + 化合物1 ==== 单质2 + 化合物2
A + BC ==== B + AC
5.铁的冶炼：
（1）原料：铁矿石，焦炭，石灰石
（2）冶炼铁的原理：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。
3CO + Fe2O3 2Fe + 3CO2
（3）冶炼装置图：如图：
实验注意事项：
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1）先通CO再加热的目的：排出装置内的空气，以免加热时CO与空气混合，可能会发生爆炸。
2）实验完毕后继续通入CO的目的；防止氧化铁被还原成铁后,在较高的温度下重新被氧化
3）尾气的处理：因为CO有毒，所以尾气中的CO气体要经过处理，变成无毒的气体。可点燃使其生成无毒的二氧化碳气体。
6. 金属资源的保护和利用：
（1）铁的腐蚀：
A：铁生锈的环境：铁与O2、水接触
B：原理：4Fe + 3O2 + 2XH2O === 2 Fe2O3·XH2O
1）保持铁制品表面的清洁、干燥
2）表面涂保护膜：如涂油、刷漆、电镀、烤蓝等
3）改变铁的单一结构，制成不锈钢
（2）金属资源的保护：
保护金属资源的途径：
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
重、难点例题赏析
1 金属材料的物理性质及用途
例1 铝合金因有坚固、轻巧、美观，易于加工等优点，使其成为多数现代家庭封闭阳台
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时的首选材料。这与铝合金的下列物理性质无关的是
A. 较小的密度 B. 较大的硬度 C. 良好的导电性 D. 较好的延展性
简析：用铝合金封阳台主要利用铝合金的密度小，硬度大以及制作时具有良好的延展性，与铝合金的导电性无关。
答案：C。
例2 综合考虑下表中各方面的因素，回答以下问题：
上表中导热性、导电性由1～9，由强到弱。
(1)导电性最好的两种金属是 。
(2)你认为导电性能最好的两种金属中，哪种适合做导线？为什么？
(3)为什么用铝锅炒菜时，锅底易变性，而用铁锅则不易为形？
简析：根据表中金属导电性能导电性最好的两种金属是银、铜。根据铜、银的产量、价格、密度可以确定铜更适宜做导线。根据铝、铁的熔点可以知道铝受热易变形。
答案：(1)银、铜 (2) 铜。因为铜的产量比银多，价格比银便宜，密度比银小
(3) 铁熔点高，受热不易变形，铝熔点低，受热易变形。
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习题：
1. 食品包装中经常用到铝箔。铝能制成铅箔是因为铝具有良好的
A.导电性 B. 延展性 C. 导热性 D. 抗腐蚀性
2. 镁或铝均可制成炊具，说明它们除具有良好的延展性外还具有良好的 性；高层建筑常采用铝合金门窗而不采用铁门窗，原因是 。
答案：1. B 2. 导热；铝密度小，且不易被腐蚀，美观等
2. 常见金属的化学性质
例1 Cu、Fe、Al、Ag、Au是生产、生活中常用的金属，根据有关专家预测，地球上这些资源的蕴量及目前开采能力，这些金属开采的年限如右图所示：
(1)李明同学在对上述金属分类时，他根据金属的某种化学性质相同，将“Au、Cu、X”划分为一类，你认为X是 。
(2)请你写出上述一种金属与AgNO3溶液反应的化学方
程式为 。
(3)王亮同学查阅了以上五种金属还可能开采年限的统计数据，请你结合图示，提出一条金属资源开发利用的合理化建议 。
简析：Au、Cu这两种金属的化学性质均不活泼，因此，X必然也是一种化学性质不活泼的金属，应为Ag。
能与AgNO3反应的金属，其活泼性一定强于Ag，如Cu、Fe、Al等，合理开发金属资源的途经很多，如：合理开采，废旧金属的回收、利用，利用塑料制品代替金属等等。
答案：(1)Ag (2) 2AgNO3+Cu=2Ag+Cu(OH)2等 (3)合理开发矿产，废旧金属的回收、利用，用合成材料代替金属等
例2 远在2500年前，人类已广泛使用铁，下列对铁的叙述中，不正确的是
A. 生铁属于合金 B. 铁可以在氧气中燃烧
C. 铁能跟硝酸跟溶液反应 D. 铁在潮湿环境中不易生锈
答案：D。
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习题：
1. 如图所示实验，装置中出现的现象是
A. 铁丝不变化 B. 铁丝逐渐消失
C. 试管中的液面不变化 D. 试管中的液面上升
2. 镁、铁在日常生活中有较为广泛的用途，如：
(1)镁在空气中燃烧时，发出耀眼的白光，可以用来制造镁闪光灯，其反应的化学方程式为 。
(2)市场上出售的补血麦片中常含有微量颗粒细小的还原性铁粉，铁粉与人体胃液中的盐酸反应转化成氯化亚铁，起到补血作用，写出这一反应的方程式 。
答案：1.D。 2. (1) (2)
3、置换反应和金属活动性顺序
例1 下列反应属于置换反应的是
A+O2 高温 2CO B. C+2CuO 高温 CO2+2Cu
C. C+O2 点燃 CO2 D. CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O
简析：置换反应一定是单质与化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应，上列4个化学反应中，符合这一条件的只有B。
答案：B。
例2 在托盘天平两端的烧杯内，分别盛有等质量、等质量分数的足量稀硫酸，调节天平到平衡。现向左边烧杯中加入表面锈蚀的铁钉，同时向右边烧杯中加入锌粒，在实验过程中，观察到指针偏转的情况可能是
A. 始终向左偏转 B. 不发生偏转
C. 始终向右偏转 D. 最初向左偏转，然后向右偏转
简析：右边烧杯中锌粒直接与酸发生置换反应，放出氢气、质量减小，而左边硫酸先与铁锈反应，不放出气体，此时，天平左边比右边重，指针向左偏转，当表面的铁锈反应完全后，铁绝大部分是铁、等质量铁和锌与足量酸反应时，铁产生的氢气量多。此时天平指针又向右偏转。
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答案：D。
习题：1. 下列化学反应属于置换反应的是
A.CO+CuO 加热CO2+Cu B. Cl2+H2O=HCl+HClO
C. C+H2O 高温 CO+H2 D. Na2O+2HCl=2NaCl+H2O
2. 下列物质中，能够直接用金属与盐酸反应制得的是
A.FeCl3 B.MgCl C. CuCl2 D. AgCl
3. 已知置换反应：A+B→C+D能够发生
(1)若D为H2，B为稀硫酸，则A的选择应满足的条件是 ，写出一个符合条件的化学方程式 。
(2)当D为Cu，则化合物B可能为 (填化学式)，写出两个符合该条件的化学方程式 、 。
(3) 非金属也有活动性顺序，已知溶液中可以发生如下反应：Cl2+2NaBr=2NaCl+Br2,
Br2+2NaI=2NaCl+I2,上述反应属于 ，在Cl2、I2、Br2三种非金属中，活动性最强的是 ，活动性最弱的是 。
答案：1. C。 2. B。
3. (1) A的金属活动性应排在氢的前面； Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑
(2) CuCl2 或CuSO4 CuCl2+Fe=FeCl2+Cu CuSO4+Zn=ZnSO4+Cu
(3)置换 Cl2 I2
4. 铁的冶炼
例1 下图是实验室用一氧化碳还原氧化铁的实验装置图
请回答：
(1)仪器③的名称
(2)实验过程中仪器①中的现象是 ，仪器②中发生反应的化学方程式是 。
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(3)实验过程中的尾气不能直接排入大气中的原因是 。
简析：一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，氧化铁是红棕色的，铁是黑色的，二氧化碳通入澄清石灰水中，使澄清石灰水变混浊。一氧化碳与氧化铁反应时有部分CO没有参加反应存在尾气中，CO有毒，为防止CO污染空气，因此对尾气进行点燃处理。
答案：(1)酒精灯；(2)红棕色的固体粉末逐渐变成黑色；CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
(3)尾气中含有CO，能污染空气
例2 某钢铁厂高炉炼铁的主要原料是焦炭、赤铁矿（主要成份是Fe2O3）、空气等，主要反应过程如下图所示：
(1)在上面方框中写出有关反应生成物的化学式。
(2)写出②③两步反应的化学方程式：②______________；③_________________。
简析：焦炭主要成份是碳，在高温下与氧气反应生成CO2，CO2在高温下与碳反应生成CO2，CO在高温条件下与 Fe2O3反应生成CO2和铁。
答案：(1)CO2； CO (2) CO2+C 高温 2CO； 3CO+Fe2O3 高温 3CO2+2Fe
习题：
金属是一种重要的材料，人类的生活和生产都离不开金属，下图表示金属活动性顺序中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发利用的大致年限。
(1)根据图中数据和有关化学知识，你认为金属大规模开发，利用的先后顺序跟下列哪些因素有关？ ①地壳中金属元素的含量；②金属的导电性；③金属的活动性；④金属的延展性；⑤金属冶炼的难易程度
(2)每年世界上钢铁的产量很高，但铜铁的锈蚀也给人类的生产、生活带来巨大的损失，铁
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在空气中锈蚀，实际上是铁跟 等物质相互反应的结果。
(3)铝的活动性比铁强，但铝在空气中却表现出很好的抗腐蚀性，其原因是 。
(4)将铁放入稀硫酸中恰好完全反应，可生成氢气多少克？参加反应的稀硫酸的溶质质量分数是多少？
答案：(1)③⑤ (2)氧气和水蒸气 ③铝表面生成致密的氧化铝薄膜，阻止内部的铝被腐蚀 ④ 生成氢气； 稀硫酸的溶质质量分数为19.6%
5.金属资源的保护
例1 海口市秀英炮台是国家文物保护单位，也是爱国主义教育基地。下列关于炮台中的大炮(由铁合金制成的)的保护措施不正确的是
A. 常用稀盐酸除去大炮表面的锈 B. 在大炮表面涂上一层油
C. 尽量避免被雨淋 D. 禁止用手触摸
简析： 铁合金生锈是由于铁与空气中的氧气，水蒸气等反应引起的，用稀盐酸除锈、盐酸不仅除去铁锈(铁锈主要成份Fe2O3)，还能跟铁反应，同时除锈后，铁裸露在空气中，能进一步生锈，大炮表面涂上油，使铁合金不易与氧气、水蒸气接触；避免被雨淋，尽量不接触到水；手上有弱酸性物质，能促使铁生锈。
答案：A。
例2 下列有关废弃手机中的金属材料回收利用的说法不正确的是
A. 可以节约金属资源 B. 可以节约冶炼相关金属所消耗的能源
C. 可以减少对环境的污染 D. 回收废弃手机中的金属材料没有任何价值
答案：D。
习题：
1. 南宋古沉船，“南海一号”在2007年底成功从南海海底打捞出水。在沉船上发现铜钱保存较好，而船上的铁锅等受到较大的腐蚀，这个现象说明铁的化学性质比铜 ；古沉船上铁锅生锈是由于铁与 、 等物质发生了复杂的化学反应。
2. 在一个烧杯中放有一根铁丝，一半在水面上，一半在水面下，然后置于空气中，如右图所示，则铁丝最容易生锈的部位是
A. a 处 B. b处 C. c处 D.无法判断
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答案：1.活泼； 氧气； 水 2. B。
综合训练
1. 下列关于金属和金属材料的说法中不正确的是
A. 对废旧电池中汞的回收可以减轻对环境的污染
B. 铝表现的致密氧化膜可以阻止铝进一步被氧化
C. Ag、Mg、ZnSO4溶液这组试剂可以用来探究锌、镁、银的活动性顺序
D.经常用水冲洗铁制品表面可以用来防止铁生锈
2. 下列物质的用途和用法与其理由说明不相一致的是
A. 通常情况下输电电缆用铝制成，是因为铝是导电性最好的金属
B. 铁可以制炊具是由于铁可以传热
C. 钛合金广泛用于火箭、导弹、化工和通讯设备是由于钛合金抗腐蚀性能好
D. 黄铜可以制造机器零件、仪表、日用品，是由于铜开发时间比较早
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由强到弱的顺序是
A．A、B、C、D B．B、A、C、D C．D、C、A、B D．D、C、B、A
4. 钢铁是使用最多的金属材料，但每年因锈蚀而损失的数量巨大，防止金属腐蚀已成为科学研究中的重大问题。以下有关金属腐蚀的叙述错误的是
A.钢铁在潮湿的空气中比在干燥的空气中更容易生锈
B.钢铁锈蚀的实质与空气中的氧气、水蒸气等发生了化学变化
C.铝比钢铁中的铁活泼，因而铝的抗腐蚀性能比钢铁差
D.在钢铁表面刷油漆可以防止钢铁锈蚀
5. 2010年上海世博会中国馆—“东方之冠”给人强烈的视觉冲击，它的主体结构为四根巨型钢筋混凝上制成的陔心筒。其中钢属于
A．金属材半：
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B．合成材料
C．天然材料
D．复合材料
6. 从古至今，铁都被广泛使用。下列叙述中不正确的是
A. 生铁属于合金 B. 铁可以在氧气中燃烧
C. 铁在潮湿环境中不易生锈 D. 铁能跟硝酸银溶液反应
7. 将少量灰黑色的生铁粉末，投入盛有过量稀硫酸的烧杯中，充分搅拌，待完全反应后过滤，滤纸上留有黑色的残渣。该黑色残渣的主要成分是
A．铁 B．碳 C．铁、碳混合物 D．硫酸亚铁
8.等质量的稀硫酸分别与足量的镁、铁、锌三种金属反应，下列图像能正确生产氢气质量与反应时间之间关系的是
9. 人类每年从自然界中提取大量的金属铁，下列关于铁的说法正确的是
A．炼铁的过程是把单质铁变成氧化铁
B．钢是很纯的铁
C．生铁是含少量碳的铁合金
D．被腐蚀的铁制品属于不可回收垃圾
10.下列关于金属资源的说法中，不正确的是
A.自然界中除少数不活泼的金属如金、银等一般以单质形式存在外，其余都以化合物的形态存在
B. 自然界中的金属资源是取之不尽的
C. 防止金属锈蚀、回收利用废旧电池，可以保护金属资源和环境
D. 合理开采矿产，寻找金属代用品都是保护金属资源的有效途经
11. 把过量的锌粉加入到硝酸银和硝酸铜混合溶液中，充分反应过滤，滤纸上存在固体残留
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物是
A. Ag B. Zn C. Ag、Cu D. Ag、Cu、Zn
12.将两种或多种金属(或金属与非金属)在同一容器中加热使其熔合，冷凝后得到具有金属特性的熔合物——合金，这是制取合金的一种方法、方式。根据下列数据判断，不宜采用上述方法制取的合金是
A.Fe-Cu 合金 B. Mg-Fe 合金 C. Al-Mg 合金 D. Cu-Al 合金
13.有两种金属粉末的混合物，质量为，投入到足量的盐酸中，充分反应后收集到氢气，则混合物的组成可能是
A. Zn和Fe B. Cu和Zn C. Mg和Al D. Zn和Al
14. 在图2中，甲图是一氧化碳与氧化铁反应装置的示意图，乙图是高炉练铁示意图。请回答下列问题。
（1）写出甲图中的实验现象： 。
（2）甲图中装置的不足之处是： 。
（3）请写出高炉中生成铁的化学方程式： 。
15. 小黄用右图装置测定铜锌合金中锌的质量分数和锌的相对原子质量。主要实验步骤如下（必要的固定装置已略去）：
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连接装置并检查装置气密性；
②加入药品和水；
③记录C中液面刻度（C为带有刻度的玻璃管）；
④由A向B中滴加试剂至过量；
⑤待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录C中液面刻度，计算得到气体的体积为V mL（经查，该气体密度为ρg/L）；
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⑥将B中剩余固体过滤、洗涤、干燥并称重，称得剩余固体质量为W g。
（1）A仪器的名称为 ；
（2）B中发生的反应的化学方程式为： ；
（3）小黄在实验前将块状的铜锌合金磨成粉末状，其目的是： ；
（4）如何检验该装置的气密性： ；
（5）为使测得的气体体积更精确，记录C中液面刻度时，除使视线与凹液面的最低处相平外，还应 ；
（6）小黄发现实验中由于缺少某一步骤导致数据缺乏而无法计算，该步骤是： ；
（7）通常实验前须估算药品用量，如果实验过程中，发现盐酸的量不足，应中途加酸还是重新实验： ；理由是 。
16. 整理和归纳是有效的学习方法。下面是某学习小组的同学对Mg、Fe、Cu、Hg、Ag五种金属相关知识的归纳复习，请你参与并回答问题：
⑴从物理性质上看，每种金属都有自己的特性。你认为与其它金属的不同之处是 。
⑵从化学性质上看，与盐酸反应最剧烈的是 ，这五种金属中，有一种金属的盐溶液能与其他四种金属发生反应，该金属是 。
⑶性质决定用途，用途反映性质是重要的化学学科思想。用镁粉制作的烟花在夜空中发出耀眼的白光，这是利用了镁的 性。
17. 现有铜与另一种金属R（可能是银、镁、铁中的一种）的混合粉末。欲确定R的成分，请你一起完成：
（1）请将银、镁、铁三种金属的元素符号填写在下列金属活动性顺序表中的相应位置。
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（2）取少量的金属粉末于试管中，逐滴加入稀硫酸，有气泡产生，则R不可能是 。
（3）待不再产生气泡时，再进行 （填写一种实验操作方法），得到溶液和铜。然后往溶液中加入洁净的锌片，锌片表面有金属析出，则R是 。
（4）写出金属R与稀硫酸反应的化学方程式 。该反应的基本类型属于 （选填“化合”、“分解”、“置换”或“复分解”）反应。
18. 某校同学以“比较锰、铁、铜3种金属的活动性”为课题进行探究。
提供的药品：铁片、铜片、锰片、稀盐酸、硫酸亚铁溶液、硫酸铜溶液、硫酸锰溶液。
【做出猜想】他们考虑到铁的活动性比铜强，对3种金属的活动性顺序作出如下猜想。
猜想一：锰>铁>铜；
猜想二：铁>铜>锰；
猜想三： 。
【设计实验】为了验证猜想成立，同学们分成三组，分别针对一种猜想设计实验方案。
（1）第一组验证猜想一。实验方案是将锰片、铁片分别放入稀盐酸中，观察现象。
（2）第二组验证猜想二。实验方案是将锰片放入 中，观察现象。
（3）第三组验证猜想三。实验方案是（只用两个实验）：
。
【实验及结论】各组通过实验和交流，确认猜想一是正确的。第一组同学的实验现象
是： 。
【拓展研究】随后同学们对探究金属活动性的方案涉及作了进一步研究。
为了验证甲、乙、丙、丁4种金属的活动性依次减弱，某同学设计了如下方案：①把甲放入乙的盐溶液中；②把乙放入丙的盐溶液中；③把乙放入丁的盐溶液中；④把丁放入丙的盐溶液中。你认为哪个实验没有必要做？请说明理由。
。
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参考答案：
1.D 2. D 3.C 4.C 5.A 6.C 7.B 8.B 9.C 10. A 11.D 12. B 13. D
14. (1)红色粉末变黑，澄清石灰水变浑浊 (2)没有尾气处理装置
(3) Fe2O3+3CO 高温 2Fe+3CO2
15. (1)分液漏斗 (2) Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑ (3)加快反应速率
(4) 提高D管，静止片刻后，C、D液面仍存在高度差，则气密性良好
(5) 使D、C中的液面相平 (6)测量铜锌合金样品的质量
16.(1)常温下Hg是液体，其余金属为固体 (2)镁 Cu+2AgNO3==Cu(NO3)2+2Ag
(3) 可燃
17. (1) ……Mg ……Fe……Ag…… (2)银
(3)过滤 (4) Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑；置换
18. (1)铁>锰>铜 (2) 硫酸铜(或硫酸亚铁)溶液中
(3)锰片放在硫酸铜溶液中，铁片放入硫酸溶液中
[实验及结论]有气体放出，锰片、铁片逐渐减少。
[拓展探究]③,①②④也可以验证四种金属的活动性顺序。