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第5章 金属冶炼与利用 第一节 金属的性质和利用
授课人：张齐
2012-11-26
伦敦奥运会的金牌味道真不错哦！
这些是什么？
好炫啊！
真气魄
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好
壮
观啊！
你知道哪些金属？见过哪些金属？说出它们的名称和元素符号，完成课本P.114的表5-1 。看看谁知道的最多！
其实我们知道很多
我知道的
金属名称
元素符号
我见过的 金属名称
元素符号
钠
镁
钾
锌
钙
Na
Mg
K
Zn
Ca
铁
铝
铜
银
金
Fe
Al
Cu
Ag
Au
……
……
……
……
金属元素的名称和符号
你知道我们在什么地方使用了金属吗？想一想，你会发现我们的生活离不开金属。
金属有很多的用途
思考1：铁、铝常用于制作锅、铲等炊具，表现出金属哪
种物理性质？
铁锅
铝锅
导热性
金属的物理性质
铜线
思考2：铁、铝、铜能加工成导线、能压成薄片，表现出金属 哪些物理性质？
导电性、
铝锭可压成很薄的铝箔用来包装糖果等
延展性
金属的物理性质
思考3：金、银、铂做成各种首饰等，表现出金属哪种
物理性质？
有金属光泽
金属的物理性质
金属的物理性质
金属铁
金 属 锌
铜 块
金 条
汞
交流与讨论并将结果填入P114表5-2中。总结出金属的主要物理性质。
一 金属的性质
（一）.物理性质：
相似性：大多数金属都有金属光泽，密度、硬度较大，熔、沸点较高，具有良好的导电、导热性、延展性。
差异性：汞常温下呈液态，铜为紫红色，银的导电能力最强，熔点最高的金属是钨等。
金属光泽
Fe
Cu
有些金属粉末细小到一定程度时，吸收可
见光后辐射不出去，
所以金属粉末一般
呈暗灰色或黑色。
金属的物理性质
1、为何铁制锅铲需要加上木柄或塑料柄？
2、银的导电性比铜好，为什么不用银制造电线、电缆？
3、联合国卫生组织为什么推荐使用中国的铁锅炊具？
防止烫手。因为铁具有良好的导热性，而木柄或塑料的导热性较差，这样就可以防止手拿锅铲时被烫伤。
因为银较稀少，价格昂贵，而铜相对较多，价格便宜。
铁锅做炊具，可以补充人体所需的铁元素，防止缺铁性贫血。
4、选择铸造硬币的金属材料需要考虑哪些因素？
需要考虑价格、硬度、无毒、耐磨、耐腐蚀、色泽美观、质轻、易加工、性质稳定、价廉、资源丰富等因素。
5、为何菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？
6、为什么灯泡里的灯丝用钨丝？
铁的硬度大，铝的硬度小，且有毒。
钨熔点高，不易熔断。
根据你以前所学的知识（如：镁在空气中燃烧、铁丝在氧气中燃烧的实验）及你的生活经验，请大胆猜测金属可能有哪些化学性质？
探究金属的化学性质
演示
1.镁条在空气中燃烧；
2.铁丝在氧气中点燃；
3.铝片在空气中加热；
4.铜片在空气中加热。
观察完后，请将观察到的现象填入P115《观察与思考》的表格中。
现象
1、金属与氧气反应—化合反应
常见金属的化学性质
镁在空气中点燃 铁在氧气中点燃 铝在空气中加热 铜在空气中加热
实验
现象
化学方程式
结论
剧烈燃烧，火星四射，放热，生成黑色固体
表面变暗，失去金属光泽
表面由红色变成黑色
剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放热，生成白色固体
3Fe+2O2 == Fe3O4
2Mg+O2==2MgO
4Al+3O2==2Al2O3
2Cu+O2 2CuO
Mg 、 Fe 、 Al、Cu能与氧气反应
点燃
点燃
铝是银白色的金属，具有金属光泽，而生活中的铝制品却往往是暗淡无色，知道为什么吗？
原因：常温下，铝就能和氧气发生反应，在其表面生成一层 的氧化铝保护膜（Al2O3)。
4Al + 3O2 ＝ 2Al2O3
致密
再思考：
1.“真金不怕火炼”道出了金的什么性质？金易被腐蚀吗？
可以通过金属与氧气反应的两种现象来判断金属的活泼程度即金属活动性差异。
即：①该金属能否与氧气发生化学反应
②反应的激烈程度
“真金不怕火炼”，说明既使是在较高的温度下，“金”的化学性质也不活泼
2。通过上述实验，你能说出Mg、Fe 、Cu、Au的活泼性吗？
【演示】
P116《活动与探究1》的实验内容并将实验现象填入表中。书写正确的化学方程式。
提出问题：
（1）哪些金属能与盐酸、稀硫酸发生反应？反应后生成了什么气体？（如何检验）哪些金属不能与盐酸稀硫酸发生反应？
（2）比较三种金属分别与盐酸、稀硫酸反应的难易和剧烈程度，将三种金属的活动性按由强到弱的顺序进行排列。
【演示】 几种金属分别与盐酸反应实验现象的对比.mpg
2、金属与（稀）酸溶液反应
反应物 反应现象 反应速度 反应方程式
稀盐酸 或
稀硫酸 镁
铝
锌
铁
铜
剧烈反应，金属逐渐减少，产生大量气泡
剧烈反应，金属逐渐减少，产生大量气泡
剧烈较反应，金属逐渐减少，产生大量气泡
反应缓慢，金属逐渐
减少，有气泡产生，
溶液由无色变为浅绿色
不反应
Mg + H2 SO4 == MgSO4 + H2 ↑
Mg + 2HCl == MgCl2 + H2 ↑
Zn + H2 SO4 == Zn SO4 + H2 ↑
Zn + 2HCl == ZnCl2 + H2 ↑
Fe + H2 SO4 == FeSO4 + H2 ↑
Fe + 2HCl == FeCl2 + H2 ↑
2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑
2Al + 6HCl = 2AlCl3 +3H2↑
很快
很快
较快
较慢
不反应
盐酸
God
Save
me！
无所谓， 我无所谓…
为什么受伤的总是我！
我得意的笑，又得意的笑…
金属与盐酸的反应
镁、锌、铁、铜的金属活动性由强到弱
Al
小结：
1。根据金属能否与酸反应或反应的剧烈程度也可以来比较金属的活动性较强弱。
2.金属活动性顺序：
人们经过长期的实践，总结出常见金属在溶液中的活动性顺序如下：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性由强逐渐减弱
在金属活动性顺序中，金属的位置越靠前，它的活动性就越强；
排在氢前面的金属能与酸反应放出氢气，而排在氢后面的金属不能与酸反应放出氢气。
试写出这些反应的化学方程式。
Fe + HCl — Fe + H2SO4 —
Zn + HCl — Zn + H2SO4 —
Mg + H2SO4 == MgSO4 + H2 ↑
Mg + 2HCl == MgCl2 + H2 ↑
Zn + H2SO4 == ZnSO4 + H2 ↑
Zn + 2HCl == ZnCl2+ H2 ↑
Fe + 2HCl == FeCl2+ H2 ↑
Fe + H2SO4 == FeSO4 + H2 ↑
强调：铁跟稀盐酸、稀硫酸反应后显+2价。
观察上述反应的化学方程式，分析这些反应有什么共同特点？
Mg + 2HCl ＝ H2↑ + MgCl2
从反应物和生成物的物质类别的角度分析，有如下特点：
单质
化合物
单质
化合物
Fe + H2SO4 ＝ H2↑ + FeSO4
Fe + CuSO4 ＝ Cu + FeSO4
讨论与分析
特点：
由一种单质跟一种化合物作用生成另一种单质和另一种化合物的反应叫置换反应。
下列反应都是置换反应吗？
3CO + Fe2O3 ==== 2Fe + 3CO2
高温
点燃
化合反应：Ａ+Ｂ+…→Ｃ
分解反应：Ａ→Ｂ+Ｃ+…
置换反应：
Cl2 + 2KI ==== I2 + 2KCl
CH4 + 2O2 ==== CO2 + 2H2O
再观察：
生成物的角度分析，有何共同特点？
均有氢气生成。
那么这些原理均可用于制氢气吗？
拓展：氢气的制法
（1）药品：
锌和稀硫酸（或稀盐酸）
氢气的实验室制法
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
为何不用镁或铁等来和酸反应制取氢气？
（2）原理：
Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑
思考：
——镁和酸反应速度太快，而铁的反应速度又太慢，不便于操作。
（4）收集：
①排水法
固液不加热型
（3）装置：
②向下排空气法
（5）步骤
①按照要求连 接装置。
②检查 气密性。
③装 药品：先装固体，后装液体。
④开始反应，并收集一小试管氢气，进行验 纯（任何
可燃性气体，在做性质实验之前务必进行验纯）。
⑤用排水法或向下排空气法收 集气体，盖上玻璃片倒
放在实验桌上。
演示：制取氢气的装置.flv
最理想的绿色能源——氢气
1、氢气的物理性质
⑴通常为无色、无味的气体；
⑵难溶于水；
⑶相同状况下，密度最小的气体；
⑷有三态变化。
2、氢气的化学性质
⑴可燃但不助燃
H2
现象：
1、产生淡蓝色火焰
2、放出大量的热
3、干冷的烧杯内壁有水雾
—点燃前需要检验纯度
2H2 + O2 ==== 2H2O
点燃
⑵还原性
H2 + CuO ==== Cu + H2O
△
3H2 + Fe2O3 ==== 2Fe + 3H2O
△
3、氢气的用途
⑴作燃料
⑵冶金
优点：
存在问题：
热值高；原料来源广；
无污染；可循环利用。
如何大量、廉价制取；
如何安全运输、贮存。
P116《活动与探究》2
演示
实验 现象 反应的化学方程式
铁片浸入硫酸铜溶液中
Fe+CuSO4=
3、金属与盐溶液反应
FeSO4+Cu
铁片表面覆盖一层红色物质，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色
点击播放视频
（1）现代湿法冶金的先驱。
（2）属置换反应。铁的产物为+2价。
Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4
Cu + 2AgNO3 =Cu(NO3)2 + 2Ag
Fe + CuSO4 == FeSO4 + Cu
铁丝浸入硫酸铜溶液中
铁钉表面有红色
物质生成，蓝色
溶液变成浅绿色
铜丝浸入硝酸银溶液中
铜丝表面覆盖一层银白色的银，溶液由无色逐渐变成蓝色
（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，位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢元素。
（3）在金属活动性顺序里，位于前面的金属能把位于其后面的金属从它们盐溶液中置换出来。（不适用于K、Ca、Na）
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H） Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性由强逐渐减弱
金属活动性顺序
知 识 结 构：
金属的化学性质
一. 金属与氧气的反应
4Al+3O2=2Al2O3
2Mg+O2=2MgO
3Fe+2 O2 点燃 Fe3 O4
二.金属与稀盐酸、稀硫酸反应
（ 置换反应 ）
Fe + 2HCl == FeCl2 + H2 ↑
Fe + H2 SO4 == Fe SO4 + H2 ↑
Zn + 2HCl == ZnCl2 + H2 ↑
Zn + H2 SO4 == Zn SO4 + H2 ↑
Mg + 2HCl == MgCl2 + H2 ↑
Mg + H2 SO4 == Mg SO4 + H2 ↑
三.金属与某些化合物溶液反应
（ 置换反应 ）
2Al + 3 CuSO4 == Al2（ SO4 ）3+ 3Cu
Cu + 2AgNO3 == Cu (NO3 )2 + 2Ag
四.置换反应：由单质和化合物反应，生成单质和化合物的反应
五.金属活动性顺序： K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性，由强逐渐减弱。
金属在生活、生产中非常广泛的应用。不同的用途需要不同性能的金属。
如：做飞机机翼的金属，需要坚硬而质轻；
用于制造切割工具的金属，需要有很大的硬度
制造电灯丝的金属熔点要高。
制造保险丝的金属熔点要低
制造化工生产设备的金属要耐腐蚀等等
纯金属很难满足各种特殊要求。为此，人们在生产实践中制造出许许多多的具有特殊性能“新型金属—合金”
是由一种金属跟其他金属（或非金属）熔合形成的有金属特性的物质。
如：
人类历史上使用最早的青铜是由铜、锡等元素形成的合金
世界上最常见、应用很广泛的钢和生铁是由铁、碳等元素形成的合金
通常所说的“金属材料”，既包括各种纯金属，也包括各种合金
生铁 钢
碳的质量分数
其他元素
机械性能
机械加工
用 途
2%～4.3%
0.03%～2%
较多硅、锰，
少量硫、磷
少量硅、锰，
几乎不含硫、磷
硬而脆
硬而韧，延展性好
可铸，不可锻
可铸、可锻、
可压延
制造机械、交通工具、武器等
制铁锅、暖气片机床底座等
生铁和钢的比较：都是铁的合金。属混合物，主要成分为铁。
钢铁是非常重要的金属材料。钢铁的生产和使用是人类文明和社会进步的一个重要标志
早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器。
新中国成立以后，我国的钢铁工业得到了飞跃的发展。
1994年钢产量只有15.8万吨，居世界26位；
1996年，我国的钢铁产量首次特破1亿吨
居世界前列；
为纪念1996年中国钢产量突破1亿吨而发行
2002年，我国的钢产量为18224.89万吨，连续多年保持世界第一
合金钢
铜合金
保险丝（武得合金）
铝合金窗
铱铂合金笔
钛合金与人造骨
●
1、取一段保险丝，试试能不能用手把它弯曲，是不是很容易被折断。
2、某种保险丝是用武得合金制成的，熔点为：69℃。
其组成金属及其熔点分别为：
铋：271℃、
铅：327℃
锡：232℃
镉：321℃
武得合金：69℃。
武得合金与其组成金属的熔点差异，对此你有什么想法？
具有许多良好的物理、化学或机械性能。
●合金的硬度一般比各成分金属大
●多数合金的熔点低于组成它的成分金属
●调整合金的配方和改变合金的形成条件，可以制成性能不同的各种合金
目前，合金的品种已不下万种，远远超出金属自身的种类。合金的制造大大拓宽了金属材料的应用范围和使用价值。
●合金的性能一般由组成它的成分元素的种类和数量决定。
合金材料的应用十分广泛，你知道那些合金材料？请跟同学们交流
名称 主要组成元素 特性 用途
黄铜 铜、锌 坚硬耐、腐蚀 制造机器零件、电器零件
青铜 铜、锡 耐腐蚀、易铸造成形 制造形状复杂的铸件、精致的工艺品塑像等
硬铝 铝、铜、
镁、锰 质轻而坚硬 制造飞机、汽车、作建筑材料
焊锡 锡、铅 熔点低、能粘接金属 焊接电子元件、金属片等
不锈钢 铁、铬、镍 耐腐蚀 制医疗器械、化工设备、日用品
碳素钢 铁、碳 坚硬 作建筑材料，制造机械零件、铁轨、船舶、桥梁
武得合金 铋、铅、
锡、镉 熔点低 指电路保险丝、自动灭火和防爆安全装置等
表5—4 一些常见金属的特性和用途
不锈钢是指含铬13%以上的铁合金。字常见的不锈钢含18%的铬和8%的镍。这种合金在空气中较稳定，不容易生锈，能够长久保持其金属光泽和银白色。但在某些情况下（例如在海水中）不锈钢仍然会被腐蚀。所以 ，不锈钢并不是绝对不会生锈的，只不过是它“自我保护能力”比较强而已。
这类合金被广泛地用于卫星、航空、生物工程、医疗。能源和自动化等方面
演示：记忆合金.mpg
在高温下，仍然保持其较高强度的合金叫高温合金
它主要用于制造飞机和航天飞机的关键部件
储氢合金是指能在温室下吸收氢气，稍稍加热即能很快放出氢气的合金。它以镁或稀土金属为主形成的合金。
氢气是21世纪要开发的新能源之一。
储氢合金不但能解决氢气储存和运输问题，而且可用于氢气的回收、分离、净化等方面
铜 合 金
钛 合 金
合 金 钢
铂 铱 合 金
记 忆 合 金
不 锈 钢
高 温 合 金
随堂练习
1、判断下列说法是否正确？
①合金也是金属材料。 （ ）
②合金没有金属光泽。 （ ）
③合金不能导电、传热。 （ ）
④合金没有延展性。 （ ）
⑤合金的许多物理性质、化学性质
和机械性能都比纯金属好。 （ ）
√
×
×
×
√
练 习
1、下表是某种常见金属的部分性质。
将该金属投入稀盐酸中，可产生大量无色气体。根据上述信息回答以下问题：
⑴试推断该金属的一种用途是 ；
⑵该金属的活动性比铜 （填“强”或“弱”）；
⑶请自选试剂，设计实验，探究该金属与铁的活动性强弱，完成下表。
颜色、状态 硬度 密度（g/cm3） 熔点（℃） 导电性 导热性 延展性
银白色固体 较软 2.70 660 良好 良好 良好
做导线
强
你的一种猜想 验证方法 实验现象 结论
该金属的活动性比铁强
将该金属投入氯化亚铁溶液中
溶液浅绿色逐渐消失
该金属的活动性比铁强
该金属的活动性比铁强
将该金属和铁分别投入稀硫酸中
该金属表面产生气泡的速率比铁快
该金属的活动性比铁强
2、试判断下列物质的化学反应类型:
A.化合反应 B.分解反应 C.置换反应
（1）2Al+6HCl====2AlCl3+3H2↑（ ）
（2）H2CO3====CO2↑+H2O （ ）
（3）Fe+CuSO4====FeSO4+Cu （ ）
（4）CaO+H2O====Ca(OH)2 （ ）
C
B
C
A
3.判断下列物质能否发生反应？若能,写出相关化学方程式。
（1）银与稀盐酸 （2）锌与硫酸铜溶液
（3）铜与硫酸锌溶液 （4）铝与硝酸银溶液
（5）银与氯化铜溶液 （6）镁与硫酸亚铁溶液
解答：可发生反应的：（2）（4）（6）
化学方程式：
(2) Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4
(4) Al + 3AgNO3 = Al(NO3)3 + 3Ag
(6) Mg + FeSO4 = MgSO4 +Fe
4.有X Y Z三种金属，如果把X和Y分别放入稀硫酸中， X 溶解并产生氢气,Y不反应;如果把Y和Z分别放入硝酸银溶液中,过一会儿,在Y的表面有银析出,而Z无变化.根据以上事实,判断X Y Z的金属活动顺序。
金属活动性顺序：X>Y>Z
5、相同质量的Mg、Zn、Fe和足量的稀硫酸反应，产生氢气的总质量（m）随时间(t)变化的关系如下图，则下图中a、b、c表示的金属分别为：a 、 b 、c 。
m
t
a
b
c
0
Mg
Fe
Zn
t2
t1
t3
拓 展
1.如何分离铜粉和铁粉？
2.如何除去硫酸亚铁中的硫酸铜？
用磁铁吸引
加入稍过量的铁粉，搅拌，充分反应后，过滤去滤渣。
3.将铁粉和铜粉一起放入足量的稀硫酸中，充分反应后，剩余的固体是 。
将镁粉和铜粉一起放入一定量的稀硫酸中，充分反应后，剩余的固体中一定有 。
Cu
Cu
4.将铁粉放入一定量的硫酸铜中，充分反应后，剩余的固体中一定有 。
Cu
5.等质量的镁、铝、锌、铁与足量稀硫酸反应得到氢气的质量的顺序是 。
足量的镁、铝、锌、铁与等质量的稀硫酸反应得到的氢气的质量顺序是 。
Al>Mg>Fe>Zn
Al=Mg=Fe=Zn
6.铁与某金属的混合物56g与足量的稀硫酸反应，得到氢气共2.1g。则另一种金属可能是（ ）
A、锌 B、铝 C、铜 D、镁
B D
7、目前，市场上有一些不法分子利用黄铜（金黄色的铜、锌合金）制成假黄金首饰欺骗消费者。
①下列方法中不能区别其真伪的是(密度：金19.3g/cm3铜8.9g/cm3 锌7.4g/cm3)( )
A 观察其外表 B 放入稀硫酸 C 测定其密度
A
②你能否想出其他的辨别方法？
放在火上灼烧——真金不怕火炼；
放入硫酸铜溶液中—使溶液褪色的是假金。
