第四单元 金属
第一节 常见的金属材料
基础主干落实
一、金属的物理性质
共 性 大多数金属都具有金属光泽,密度和硬度 较大 ,熔、沸点较 高 ,具有良好的 延展 性和 导电 、 导热 性能
特 性 a.大多数金属都呈银白色,铜呈紫红 色,金呈 黄 色 b.常温下,大多数金属呈固态,汞呈 液 态 c.铂的延性好 d.金的展性好
金 属 之 最 a.地壳中含量最高的金属元素是 铝 b.人体中含量最高的金属元素是 钙 c.目前世界年产量最高的金属是 铁 d.熔点最高的金属是 钨 (常用作灯丝) e.熔点最低的金属是 汞 (俗称水银)
二、合金
1.定义:在某种金属中加热熔合其他 金属 或 非金属 后形成的、具有 金属特性 的物质,如铜合金、铁合金、铝合金、钛合金等。
2.特性:其性能与组成它们的纯金属不同,合金的强度和硬度一般比它们的纯金属 大 ,抗腐蚀性能 强 ,熔点一般 低于 它们的纯金属的熔点。
三、金属矿物及其冶炼
1.常见的金属矿物:
(1)常见的铁矿石有赤铁矿、菱铁矿、磁铁矿、黄铁矿,它们的主要成分分别为
Fe2O3 、 FeCO3 、 Fe3O4 、 FeS2 (填化学式)。
(2)常见的铝矿石有铝土矿、钾长石、
明矾石,它们的主要成分分别为Al2O3、KAlSi3O8、KAl3(SO4)2(OH)6。
2.实验室炼铁的原理:
(1)实验装置。
(2)实验步骤。
①实验开始时,先通 一氧化碳 ,排尽玻璃管内的空气,然后 点燃酒精喷灯加热 。防止发生爆炸。
②实验结束时,要先 停止加热 ,继续 通一氧化碳 ,直到 玻璃管冷却 。防止生成的铁在高温时被氧化,同时也能防止试管中的石灰水倒流进硬质玻璃管中,使玻璃管炸裂。
(3)实验现象:红色的氧化铁粉末变为 黑 色,澄清石灰水 变浑浊 。
(4)实验结论: 3CO+Fe2O32Fe+3CO2 (用化学方程式表示)。
【微点拨】 做涉及CO的实验时要注意两个方面的问题:一要考虑其毒性(要有尾气处理),二要考虑其可燃性(防止点燃或加热时发生爆炸)。
【导·思】
该实验中,如何证明产物有铁生成 (答两条)
提示:①加入盐酸或硫酸,有可燃性气体(氢气)放出;②用磁铁吸引,能被吸引(其他合理答案也可)。
3.还原反应:
含氧化合物中的氧 被夺去 的反应。
4.工业炼铝:
(1)方法:电解法。
(2)反应原理: 2Al2O34Al+3O2↑ 。
【易错辨析】 判断下列说法是否正确。
(1)纯金属的熔点一般比它们组成的合金的熔点低。 (×)
(2)用一氧化碳和氧化铁反应炼铁时体现了一氧化碳的还原性。 (√)
(3)Fe2O3属于合金。 (×)
(4)用一氧化碳和氧化铁反应炼铁时,硬质玻璃管中固体由黑色变成红色。 (×)
(5)合金中不能含有非金属。 (×)
(6)生铁和钢都是铁和碳的合金,不同点是含碳量不同,钢的含碳量高。 (×)
重点案例探析
考点铁的冶炼原理(一氧化碳还原氧化铁)
【典例】(2023秋·淄博周村区质检)如图所示是模拟工业炼铁的化学反应装置,以下说法错误的是 (C)
A.实验开始时应先通入一氧化碳,目的是排净硬质玻璃管内的空气,防止爆炸
B.硬质玻璃管内氧化铁发生还原反应
C.实验过程中硬质玻璃管内观察到的现象是黑色粉末逐渐变成红色
D.装置中导管末端加一个点燃的酒精灯,目的是燃烧未反应的一氧化碳,防止污染环境
【借题发挥】 判断下列说法是否正确
E.实验后应先熄灭酒精喷灯并继续通入一氧化碳 (√)
F.实验中澄清石灰水会变浑浊 (√)
G.实验中一氧化碳表现出了还原性和可燃性 (√)
易错提醒 一氧化碳气体有毒,不能直接排放,需要进行尾气处理,由于一氧化碳气体能燃烧产生无毒二氧化碳气体,故可以用点燃的方法处理一氧化碳尾气,或者用容器暂时储存一氧化碳。
注意:一氧化碳气体难溶于水,故不能用水吸收一氧化碳。
素养分层评价
【A层 基础练】
1.(2023·江西中考)大国工匠秦世俊展现数控技术所使用的0.01 mm铝箔,是由铝块加工而成,这体现了铝具有 (D)
A.密度小 B.导电性
C.导热性 D.延展性
2.(2023·山西中考)中国国家博物馆珍藏着一枚 “国玺”,即“中華人民共和國中央人民政府之印”,代表着熠熠生辉的共和国符号。她由铜胎铸字,不易变形。选用这种材料作为印章胎体最大的优点是 (A)
A.硬度较大 B.熔点较高
C.不溶于水 D.形状美观
3.(2023秋·淄博周村期末)下列物质不属于合金的是 (A)
A.氧化铁 B.锰钢 C.黄铜 D.焊锡
4.青铜是金属冶铸史上最早的合金,淄博历史博物馆就珍藏着一件鸭形青铜器。下面是某同学在参观后对合金的知识做出的归纳,其中不正确的是 (A)
A.青铜的熔点比纯铜的熔点高
B.钢铁是使用最多的金属材料
C.钢是含碳量在0.03%~2%的铁合金
D.青铜耐腐蚀
5.(2023·湘潭中考)2023年5月28日,国产大型客机C919首次商业载客飞行成功,C919在制造过程中使用了铝锂合金、钛合金、超高强度钢等大量金属材料。下列有关金属材料的说法错误的是 (A)
A.合金中一定只含金属元素
B.金属材料包括纯金属和合金
C.钛合金的硬度比纯钛更大
D.超高强度钢属于一种铁合金
6.大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源,在以下四种矿石中,可用于炼铁的是 (A)
A.赤铁矿(主要成分是Fe2O3)
B.炉甘石(主要成分是ZnCO3)
C.铝土矿(主要成分是Al2O3)
D.赤铜矿(主要成分是Cu2O)
7.下列变化过程不属于金属冶炼的是 (B)
A.电解氧化铝
B.铁在氧气中燃烧
C.金属氧化物与焦炭在高温下反应
D.高温下CO还原CuO
8.(2023·陕西中考)曾在央视新闻联播亮相的非物质文化遗产——打铁花,是一种传统的民间焰火表演艺术。其原理是将生铁烧至熔化成为铁水,再将铁水在空中用力击打而形成四处飞溅的耀眼“铁花”。
(1)生铁属于 合金 (填“单质”或“合金”)。
(2)烧铁水时,用鼓风机不断向燃着的焦炭中鼓入空气,其目的是 使焦炭燃烧更充分(合理即可) 。
(3)打铁花在冬季表演更安全,因打开的铁花会迅速降温。这说明金属材料传导热的性能 良好 (填“良好”或“不好”)。
9.(2023·安徽中考)已知草酸钙(CaC2O4)加热易分解:CaC2O4CaO+CO↑+CO2↑。为验证分解产物中既有CO又有CO2,小明设计如下实验装置。
回答下列问题。
(1)B中实验现象是 澄清石灰水变浑浊 ,写出D中发生反应的化学方程式: 3CO+Fe2O32Fe+3CO2 。
(2)Fe2O3中铁元素化合价为 +3 。
(3)小华认为,在D装置后再增加装置B才能验证CO的存在,小明认为不加装置B就可验证,小明的理由是能看到玻璃管中红色粉末变为黑色。
(4)从环保的角度考虑,该实验装置的不足之处是 没有尾气处理装置 。
【B层 能力练】
10.工业生产中常将两种金属在同一容器里加热使其熔合,冷凝后得到合金。试根据如表所列的有关数据(其他条件均已满足),判断不能制得的合金是 (D)
金属 Na K Al Cu Fe
熔点/℃ 97.8 63.6 660 1 083 1 535
沸点/℃ 883 774 2 467 2 567 2 750
A.Na—Al合金 B.Na—K合金
C.Fe—Cu合金 D.K—Fe合金
11.(2023·上海中考)CO还原CuO的实验如图所示,有关说法正确的是 (A)
A.玻璃管中粉末由黑变红
B.NaOH溶液的作用是检验CO2
C.可用生石灰吸收尾气
D.结束实验时,先熄灭酒精灯再同时夹紧弹簧夹K1、K2
12.(2023·金昌中考)金属在生产和生活中应用极为广泛。
(1)生铁和钢是两种含碳量 不同 的铁合金(填“相同”或“不同”)。
(2)下列生活用品利用金属良好导热性的是 b (填序号)。
a.镀铬水龙头 b.铸铁暖气片 c.包糖果的铝箔
(3)焊接钢轨的反应原理是铝与氧化铁在高温条件下反应生成铁和氧化铝,该反应的化学方程式为 2Al+Fe2O32Fe+Al2O3 。
(4)炼钢的基础是炼铁。工业上炼铁是把铁矿石(如赤铁矿Fe2O3、磁铁矿Fe3O4等)、焦炭和石灰石一起加入高炉,在高温下,利用炉内反应生成的CO把铁从铁矿石里还原出来。请写出在高温下CO还原FexOy的化学方程式: FexOy+yCOxFe+yCO2 。
13.我国有着悠久的钢铁冶炼史,《天工开物》中记载了“炒钢法”,该方法的生产过程可用如图表示。
资料:①潮泥灰主要成分是石灰石。②铁的熔点是1 538 ℃。
根据图文回答下列问题。
(1)常见的铁矿石有赤铁矿和 磁铁矿(合理即可) (写一种)。
(2)不断鼓入空气的目的是 使碳与氧气反应放热,提高炉温 。
(3)炼铁炉中生成铁的化学方程式为 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2(或Fe3O4+4CO3Fe+4CO2) 。
(4)不断翻炒液态生铁,是为了降低 碳(或C) 元素的含量。
(5)钢的性能优良,如钢的熔点比纯铁 低 ,易于加工。
【C层 拓展练】
14.(2023·济南中考节选)如图所示为实验室中常见气体制备、净化、干燥、收集和进行实验探究的部分仪器(组装实验装置时,可重复选择仪器),化学小组的同学利用其进行下列化学实验。
化学小组的同学用一氧化碳气体(含少量水蒸气),测定某氧化铁样品(杂质为铁粉)中Fe2O3的质量分数,设计了实验方案,所选仪器按“CO(含少量水蒸气)→C→A→D1→D2”的顺序连接(D1、D2为氢氧化钠洗气瓶),检查装置的气密性,然后进行实验(假设发生的化学反应都充分反应)。
(1)该装置中,洗气瓶C的作用为 除去CO气体中的水蒸气 。
(2)进行实验时,检查完装置的气密性,在仪器A硬质玻璃管中放入12 g该氧化铁样品后,进行以下操作,其中应该先进行的是 b (填字母)。
a.用酒精灯加热
b.通入一氧化碳气体(含少量水蒸气)
(3)反应充分进行后冷却,测得此时洗气瓶C增重1.8 g,洗气瓶D1增重6.6 g,则12 g该氧化铁样品中Fe2O3的质量分数为 66.7% (计算结果精确至0.1%),该氧化铁样品中铁元素与氧元素的质量比为 4∶1 (填最简整数比)。
(4)从环保角度考虑,该套实验装置还存在明显的不足之处,你的具体改进建议是 在装置的末端加一个燃着的酒精灯 。
训练升级,请使用“10分钟课时加分练”P146第四单元 金属
第一节 常见的金属材料
基础主干落实
一、金属的物理性质
共 性 大多数金属都具有金属光泽,密度和硬度 ,熔、沸点较 ,具有良好的 性和 、 性能
特 性 a.大多数金属都呈 色,铜呈 色,金呈 色 b.常温下,大多数金属呈固态,汞呈 态 c.铂的延性好 d.金的展性好
金 属 之 最 a.地壳中含量最高的金属元素是 b.人体中含量最高的金属元素是 c.目前世界年产量最高的金属是 d.熔点最高的金属是 (常用作灯丝) e.熔点最低的金属是 (俗称水银)
二、合金
1.定义:在某种金属中加热熔合其他 或 后形成的、具有 的物质,如铜合金、铁合金、铝合金、钛合金等。
2.特性:其性能与组成它们的纯金属不同,合金的强度和硬度一般比它们的纯金属 ,抗腐蚀性能 ,熔点一般 它们的纯金属的熔点。
三、金属矿物及其冶炼
1.常见的金属矿物:
(1)常见的铁矿石有赤铁矿、菱铁矿、磁铁矿、黄铁矿,它们的主要成分分别为
、 、 、 (填化学式)。
(2)常见的铝矿石有铝土矿、钾长石、
明矾石,它们的主要成分分别为Al2O3、KAlSi3O8、KAl3(SO4)2(OH)6。
2.实验室炼铁的原理:
(1)实验装置。
(2)实验步骤。
①实验开始时,先通 ,排尽玻璃管内的空气,然后 。防止发生爆炸。
②实验结束时,要先 ,继续 ,直到 。防止生成的铁在高温时被氧化,同时也能防止试管中的石灰水倒流进硬质玻璃管中,使玻璃管炸裂。
(3)实验现象:红色的氧化铁粉末变为 色,澄清石灰水 。
(4)实验结论: (用化学方程式表示)。
【微点拨】 做涉及CO的实验时要注意两个方面的问题:一要考虑其毒性(要有尾气处理),二要考虑其可燃性(防止点燃或加热时发生爆炸)。
【导·思】
该实验中,如何证明产物有铁生成 (答两条)
提示:①加入盐酸或硫酸,有可燃性气体(氢气)放出;②用磁铁吸引,能被吸引(其他合理答案也可)。
3.还原反应:
含氧化合物中的氧 的反应。
4.工业炼铝:
(1)方法:电解法。
(2)反应原理: 。
【易错辨析】 判断下列说法是否正确。
(1)纯金属的熔点一般比它们组成的合金的熔点低。 (×)
(2)用一氧化碳和氧化铁反应炼铁时体现了一氧化碳的还原性。 (√)
(3)Fe2O3属于合金。 (×)
(4)用一氧化碳和氧化铁反应炼铁时,硬质玻璃管中固体由黑色变成红色。 (×)
(5)合金中不能含有非金属。 (×)
(6)生铁和钢都是铁和碳的合金,不同点是含碳量不同,钢的含碳量高。 (×)
重点案例探析
考点铁的冶炼原理(一氧化碳还原氧化铁)
【典例】(2023秋·淄博周村区质检)如图所示是模拟工业炼铁的化学反应装置,以下说法错误的是 ( )
A.实验开始时应先通入一氧化碳,目的是排净硬质玻璃管内的空气,防止爆炸
B.硬质玻璃管内氧化铁发生还原反应
C.实验过程中硬质玻璃管内观察到的现象是黑色粉末逐渐变成红色
D.装置中导管末端加一个点燃的酒精灯,目的是燃烧未反应的一氧化碳,防止污染环境
【借题发挥】 判断下列说法是否正确
E.实验后应先熄灭酒精喷灯并继续通入一氧化碳 ( )
F.实验中澄清石灰水会变浑浊 ( )
G.实验中一氧化碳表现出了还原性和可燃性 ( )
易错提醒 一氧化碳气体有毒,不能直接排放,需要进行尾气处理,由于一氧化碳气体能燃烧产生无毒二氧化碳气体,故可以用点燃的方法处理一氧化碳尾气,或者用容器暂时储存一氧化碳。
注意:一氧化碳气体难溶于水,故不能用水吸收一氧化碳。
素养分层评价
【A层 基础练】
1.(2023·江西中考)大国工匠秦世俊展现数控技术所使用的0.01 mm铝箔,是由铝块加工而成,这体现了铝具有 ( )
A.密度小 B.导电性
C.导热性 D.延展性
2.(2023·山西中考)中国国家博物馆珍藏着一枚 “国玺”,即“中華人民共和國中央人民政府之印”,代表着熠熠生辉的共和国符号。她由铜胎铸字,不易变形。选用这种材料作为印章胎体最大的优点是 ( )
A.硬度较大 B.熔点较高
C.不溶于水 D.形状美观
3.(2023秋·淄博周村期末)下列物质不属于合金的是 ( )
A.氧化铁 B.锰钢 C.黄铜 D.焊锡
4.青铜是金属冶铸史上最早的合金,淄博历史博物馆就珍藏着一件鸭形青铜器。下面是某同学在参观后对合金的知识做出的归纳,其中不正确的是 ( )
A.青铜的熔点比纯铜的熔点高
B.钢铁是使用最多的金属材料
C.钢是含碳量在0.03%~2%的铁合金
D.青铜耐腐蚀
5.(2023·湘潭中考)2023年5月28日,国产大型客机C919首次商业载客飞行成功,C919在制造过程中使用了铝锂合金、钛合金、超高强度钢等大量金属材料。下列有关金属材料的说法错误的是 ( )
A.合金中一定只含金属元素
B.金属材料包括纯金属和合金
C.钛合金的硬度比纯钛更大
D.超高强度钢属于一种铁合金
6.大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源,在以下四种矿石中,可用于炼铁的是 ( )
A.赤铁矿(主要成分是Fe2O3)
B.炉甘石(主要成分是ZnCO3)
C.铝土矿(主要成分是Al2O3)
D.赤铜矿(主要成分是Cu2O)
7.下列变化过程不属于金属冶炼的是 ( )
A.电解氧化铝
B.铁在氧气中燃烧
C.金属氧化物与焦炭在高温下反应
D.高温下CO还原CuO
8.(2023·陕西中考)曾在央视新闻联播亮相的非物质文化遗产——打铁花,是一种传统的民间焰火表演艺术。其原理是将生铁烧至熔化成为铁水,再将铁水在空中用力击打而形成四处飞溅的耀眼“铁花”。
(1)生铁属于 (填“单质”或“合金”)。
(2)烧铁水时,用鼓风机不断向燃着的焦炭中鼓入空气,其目的是 。
(3)打铁花在冬季表演更安全,因打开的铁花会迅速降温。这说明金属材料传导热的性能 (填“良好”或“不好”)。
9.(2023·安徽中考)已知草酸钙(CaC2O4)加热易分解:CaC2O4CaO+CO↑+CO2↑。为验证分解产物中既有CO又有CO2,小明设计如下实验装置。
回答下列问题。
(1)B中实验现象是 ,写出D中发生反应的化学方程式: 。
(2)Fe2O3中铁元素化合价为 。
(3)小华认为,在D装置后再增加装置B才能验证CO的存在,小明认为不加装置B就可验证,小明的理由是 。
(4)从环保的角度考虑,该实验装置的不足之处是 。
【B层 能力练】
10.工业生产中常将两种金属在同一容器里加热使其熔合,冷凝后得到合金。试根据如表所列的有关数据(其他条件均已满足),判断不能制得的合金是 ( )
金属 Na K Al Cu Fe
熔点/℃ 97.8 63.6 660 1 083 1 535
沸点/℃ 883 774 2 467 2 567 2 750
A.Na—Al合金 B.Na—K合金
C.Fe—Cu合金 D.K—Fe合金
11.(2023·上海中考)CO还原CuO的实验如图所示,有关说法正确的是 ( )
A.玻璃管中粉末由黑变红
B.NaOH溶液的作用是检验CO2
C.可用生石灰吸收尾气
D.结束实验时,先熄灭酒精灯再同时夹紧弹簧夹K1、K2
12.(2023·金昌中考)金属在生产和生活中应用极为广泛。
(1)生铁和钢是两种含碳量 的铁合金(填“相同”或“不同”)。
(2)下列生活用品利用金属良好导热性的是 (填序号)。
a.镀铬水龙头 b.铸铁暖气片 c.包糖果的铝箔
(3)焊接钢轨的反应原理是铝与氧化铁在高温条件下反应生成铁和氧化铝,该反应的化学方程式为 。
(4)炼钢的基础是炼铁。工业上炼铁是把铁矿石(如赤铁矿Fe2O3、磁铁矿Fe3O4等)、焦炭和石灰石一起加入高炉,在高温下,利用炉内反应生成的CO把铁从铁矿石里还原出来。请写出在高温下CO还原FexOy的化学方程式: 。
13.我国有着悠久的钢铁冶炼史,《天工开物》中记载了“炒钢法”,该方法的生产过程可用如图表示。
资料:①潮泥灰主要成分是石灰石。②铁的熔点是1 538 ℃。
根据图文回答下列问题。
(1)常见的铁矿石有赤铁矿和 (写一种)。
(2)不断鼓入空气的目的是 。
(3)炼铁炉中生成铁的化学方程式为 。
(4)不断翻炒液态生铁,是为了降低 元素的含量。
(5)钢的性能优良,如钢的熔点比纯铁 ,易于加工。
【C层 拓展练】
14.(2023·济南中考节选)如图所示为实验室中常见气体制备、净化、干燥、收集和进行实验探究的部分仪器(组装实验装置时,可重复选择仪器),化学小组的同学利用其进行下列化学实验。
化学小组的同学用一氧化碳气体(含少量水蒸气),测定某氧化铁样品(杂质为铁粉)中Fe2O3的质量分数,设计了实验方案,所选仪器按“CO(含少量水蒸气)→C→A→D1→D2”的顺序连接(D1、D2为氢氧化钠洗气瓶),检查装置的气密性,然后进行实验(假设发生的化学反应都充分反应)。
(1)该装置中,洗气瓶C的作用为 。
(2)进行实验时,检查完装置的气密性,在仪器A硬质玻璃管中放入12 g该氧化铁样品后,进行以下操作,其中应该先进行的是 (填字母)。
a.用酒精灯加热
b.通入一氧化碳气体(含少量水蒸气)
(3)反应充分进行后冷却,测得此时洗气瓶C增重1.8 g,洗气瓶D1增重6.6 g,则12 g该氧化铁样品中Fe2O3的质量分数为 (计算结果精确至0.1%),该氧化铁样品中铁元素与氧元素的质量比为 (填最简整数比)。
(4)从环保角度考虑,该套实验装置还存在明显的不足之处,你的具体改进建议是 。
