8.1 金属材料
生活中金属制品比比皆是:文具盒里的小剪刀、自来水的水龙头、房门的锁和把手、玻璃窗的窗框,还有各种车辆、轮船、飞机、桥梁、铁轨、起重机、空间站等。金属的用途为什么如此广泛 它们有哪些性质
基础堂清
1.下列物品的制作材料或物质的主要成分中,不属于金属材料的是 ( )
A.纳米铜 B.不锈钢热水壶
C.铁矿石 D.东汉时期的青铜奔马
2.我国航空航天技术的迅速发展离不开化学,在航天科技中运用了大量金属材料,下列有关金属材料的说法错误的是 ( )
A.纯金属和合金都是金属材料
B.生铁的主要成分是碳
C.金制成金箔是利用了其具有良好的延展性
D.一般来说,合金比组成它的纯金属硬度大
3.关于合金,下列说法错误的是 ( )
A.合金是混合物
B.合金的硬度一般比组成它的纯金属的硬度大
C.多数合金的熔点低于组成它的金属的熔点
D.合金只能由金属与金属熔合而成
4. 金属在生活中随处可见。请回答以下问题:
(1)用下列金属的特性填空(填字母):
A.导热性 B.导电性 C.延展性
①黄金经反复捶打可制成金箔,利用了金具有良好的 。
②铁锅常用于烹饪,利用了铁有良好的 。
③铜可以制作导线,利用了铜具有良好的 。
(2)百炼成钢(将反复烧红的生铁在空气中不断捶打,转化为钢)的化学原理是 (用化学方程式表示)。
素养日清
5. 为测定生铁中碳的质量分数,甲同学在老师的指导下取100 g生铁粉末用如下装置进行了以下探究。请回答:
(1)标号a仪器的名称是 。
(2)澄清石灰水变浑浊的原因是 (用化学方程式表示)。
(3)实验前老师让甲同学先通一段时间的氧气,目的是 。
(4)若实验中取用了100 g生铁粉末,充分反应后测得烧杯内物质的质量增加了11 g (石灰水足量,忽略其他因素),计算生铁中碳的质量分数(用化学方程式计算,碳的质量分数=碳的质量/样品的质量×100%)。
参考答案
基础堂清
1.C 2.B 3.D
4.(1)①C
②A B
(2)C+O2CO2
素养日清
5.(1)铁架台
(2)Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O
(3)排尽装置内的空气,以免影响对生成的二氧化碳质量的测定
(4)解:设生成11 g二氧化碳需要碳的质量为x。
C+O2CO2
12 44
x 11 g
=
x=3 g
生铁中碳的质量分数为×100%=3%
答:生铁中碳的质量分数为3%。
解析:要熟悉各种仪器的名称;二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊是因为二氧化碳能和澄清石灰水中的氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水;由于要测量生铁中碳的质量分数,而碳的质量是通过二氧化碳来测定的,所以实验中要排除空气中二氧化碳的干扰;根据二氧化碳的质量可以求出碳元素的质量,碳完全来自生铁,用碳的质量除以生铁质量,进而求出生铁中碳的质量分数。8.2 金属的化学性质(二)
(金属与盐酸、硫酸的反应)钢和足量的稀硫酸充分反应后,总会有一些残渣剩余,残渣的成分主要是 ( )
A.铁和碳 B.铁
C.碳 D.硫酸亚铁
基础堂清
1.下列金属不能与稀盐酸反应的是 ( )
A.Cu B.Zn C.Al D.Mg
2.碲化镉薄膜电池是一种重要的太阳能电池,其材料之一镉(Cd)的制备是在铜镉渣(主要含有Cd、Zn、Cu、Fe单质)中加入足量的稀硫酸充分反应,过滤出铜渣,然后对滤液进行除铁净化,再加入锌粉置换出镉。下列金属的活动性顺序正确的是 ( )
A.Zn>Cu>Cd B.Zn>Cd>Cu
C.Cu>Zn>Cd D.Cd>Zn>Cu
3.某金属混合物由Mg、Al、Zn、Fe四种金属中的两种组成。3 g该金属混合物与足量的盐酸充分反应,得到0.1 g氢气,则该金属混合物的组成可能是 ( )
A.Mg和Al B.Mg和Zn
C.Fe和Mg D.Fe和Al
4.向m g AgNO3、Cu(NO3)2和Fe(NO3)2的混合溶液中加入一定量的Zn,充分反应后过滤,所得滤液质量仍为m g。下列说法正确的是 ( )
A.滤渣中一定有Ag、Cu、Fe
B.滤液中一定没有AgNO3
C.滤液中一定含有Zn(NO3)2、Fe(NO3)2
D.该过程至少发生了三个化学反应
5.将金属锰(Mn)投入稀盐酸中,有气泡产生。将镁条插入硫酸锰溶液中,如果有锰析出,则Mn、 Mg、Cu的金属活动性由强到弱的顺序是( )
A.Mg、Mn、Cu B.Mn、Mg、Cu
C.Cu、Mg、Mn D.Cu、Mn、Mg
素养日清
6. 小聪同学家新换了水龙头,从说明书上了解到该水龙头是铜质镀铬。好奇的小聪想探究铬(Cr)与常见金属铁、铜的活动性强弱,邀请你一同参加。
【知识回放】金属活动性顺序:K 、Ca、 Na、 Mg、 Al、 Zn、 Sn、 Pb、(H)、 、Hg、 Ag、 Pt、 Au,请你在横线上填对应金属的元素符号。
【作出猜想】猜想1:Cr>Fe>Cu;猜想2:Fe>Cu>Cr;猜想3:你的猜想是 。
【查阅资料】①铬是银白色、有光泽的金属,在空气中其表面能生成抗腐蚀的致密的氧化膜。
②铬能与稀硫酸反应,生成蓝色的硫酸亚铬(CrSO4)溶液。
【设计实验】小聪同学取大小相同的三种金属片,用砂纸打磨光亮,再取三支试管,分别加入等量的同种稀硫酸。
试管序号 试管1 试管2 试管3
试管内物质 铁片、 稀硫酸 铬片、 稀硫酸 铜片、 稀硫酸
实验现象 铁片表面产生气泡较慢,溶液变为浅绿色 铬片表面产生气泡较快,溶液变为蓝色
【结论与解释】
(1)小聪得到的结论是猜想 正确。
(2)实验前用砂纸打磨金属片的目的是 。
【知识运用】
若将铬片投入FeSO4溶液中, (选填“能”或“不能”)发生反应。若能,请你写出反应的化学方程式: 。
参考答案
知识回顾
C
基础堂清
1.A 2.B 3.B 4.B 5.A
素养日清
6.【知识回放】Fe Cu
【作出猜想】Fe>Cr>Cu
【设计实验】②无明显现象
【结论与解释】(1)1
(2)除去金属表面的氧化膜和污物
【知识运用】能 Cr+FeSO4Fe+CrSO4
解析:【知识回放】金属活动性顺序:K、 Ca、 Na、 Mg、 Al、 Zn、 Fe、 Sn、 Pb、(H)、Cu、 Hg、 Ag、 Pt、 Au。
【作出猜想】猜想要全面,由猜想1和猜想2可知,猜想3的强弱顺序为铁、铬、铜,故猜想3为Fe>Cr>Cu。
【设计实验】在金属活动性顺序表中,铜在氢后,不能和稀硫酸反应,则试管3中无明显现象。
【结论与解释】(1)在金属活动性顺序表中,氢前面的金属能和稀硫酸反应,顺序越靠前,反应越剧烈,试管1中铁片表面产生气泡较慢,试管2中铬片表面产生气泡较快,则铬比铁活泼,则得到的结论是猜想1正确。
(2)铬是银白色、有光泽的金属,在空气中其表面能生成抗腐蚀的致密的氧化膜,则实验前用砂纸打磨金属片的目的是除去金属表面的氧化膜和污物。
【知识运用】在金属活动性顺序表中,前面的金属能和后面金属的盐溶液反应,将其从盐溶液中置换出来,金属活动性顺序为Cr>Fe>Cu,故将铬片投入FeSO4溶液中,能发生反应。铬和硫酸亚铁反应生成硫酸亚铬和铁,反应的化学方程式为Cr+FeSO4Fe+CrSO4。8.2 金属的化学性质(一)
“沉睡三千年,一醒惊天下。”三星堆遗址被誉为“20世纪人类最伟大的考古发现之一”。出土的黄金面具历经三千多年仍金光灿灿,而青铜面具却锈迹斑斑,从物质性质的角度应怎么样解释这个现象呢
基础堂清
1.化学知识在生产和生活中有着重要的应用,下列说法中正确的是 ( )
A.铝制品比铁耐腐蚀,是因为铝比铁更难与O2反应
B.配制农药波尔多液时用到了石灰乳,因此要用铁桶盛装
C.合金的硬度一般比组成它的纯金属的硬度更高,性能更优越
D.“真金不怕火炼”主要是说黄金即使在高温时也很难熔化
2.生产单质硅过程中的一个重要反应为SiO2+2CSi+2CO↑,该反应的基本反应类型是 ( )
A.化合反应 B.分解反应
C.置换反应 D.氧化反应
3. 下列指定反应的化学方程式书写正确的是 ( )
A.铁丝在氧气中燃烧:4Fe+3O22Fe2O3
B.古代湿法炼铜:2Fe+3CuSO4Fe2(SO4)3+3Cu
C.铝的自我保护:4Al+3O22Al2O3
D.CaO和水反应产生氢氧化钙:CaO+H2OCaOH
4. 根据要求填空。
(1)“真金不怕火炼”,是因为金的化学性质 。
(2)铝具有良好的抗腐蚀性能,原因是 (用化学方程式表示)。
(3)铜粉中混有少量的铁粉,除去铁粉的物理方法是 ,除去铁粉的化学方法是 。
5.右图是铁丝在氧气中燃烧的改进实验,用适量过氧化氢溶液和二氧化锰代替原实验中集气瓶里的水。
(1)用过氧化氢溶液和二氧化锰代替原集气瓶里的水,其优点除了使实验更简便外,还有 。
(2)实验中可观察到的现象是 ,并放出大量热,生成一种黑色固体,请写出该反应的化学方程式: 。
素养日清
6. 在人类历史发展过程中,金属元素的发现和使用极大地影响了我们的生活、生产等活动。
(1)黄铜(铜锌合金)貌似黄金,有人以此冒充黄金行骗,我们称它为“假黄金”。
①真假黄金可用稀盐酸鉴别,理由是 (用化学方程式表示),其基本反应类型是 。
②也可以采用“用火灼烧”的办法鉴别其真伪,如果是“假黄金”,观察到的现象是 。
(2)某研究小组取20 g “假黄金”进行探究,先将“假黄金”置于烧杯中,然后向烧杯中慢慢加入稀硫酸使其充分反应,直至固体质量不再减少为止,产生的气体和滴加稀硫酸的质量关系曲线如图所示,根据所给信息计算该“假黄金”中铜的质量。(写出计算过程)
参考答案
基础堂清
1.C 2.C
3.C 解析:A.铁丝在氧气中燃烧:3Fe+2O2Fe3O4,选项中产物错误,不符合题意;B.古代湿法炼铜:Fe+CuSO4FeSO4+Cu,选项不符合客观事实,不符合题意;C.铝的自我保护:4A+3O22Al2O3,氧化铝是致密的薄膜,阻止铝进一步与氧气反应,可以保护铝,选项正确,符合题意;D.CaO和水反应产生氢氧化钙:CaO+H2OCa(OH)2,选项中氢氧化钙的化学式错误,不符合题意。
4.(1)不活泼
(2)4Al+3O2 2Al2O3
(3)用磁铁吸引 加入过量的稀盐酸(或稀硫酸),过滤
5.(1)过氧化氢溶液分解可以提供充足的氧气,让铁丝燃烧更持久
(2)铁丝剧烈燃烧,火星四射 3Fe+2O2Fe3O4
素养日清
6.(1)①Zn+2HClZnCl2+H2↑ 置换反应
②“假黄金”表面变黑
(2)解:设生成0.4 g氢气,需要锌的质量是x。
Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
65 2
x 0.4 g
=
x=13 g
“假黄金”中铜的质量是20 g-13 g=7 g
答:该“假黄金”中铜的质量是7 g。
解析:(1)①在金属活动性顺序表中金排在氢的后面,不与酸反应,而铜锌合金中的锌排在了氢的前面,能够与酸反应,所以分别滴加稀盐酸,能产生气泡的是黄铜,不能产生气泡的是黄金;锌和盐酸反应生成氯化锌和氢气,其基本反应类型属于置换反应。②金的化学性质很稳定,加热时也不会与氧气反应,而黄铜中的铜加热后,会与氧气反应生成黑色的氧化铜,所以在火上烧,变黑的是黄铜,不变色的是黄金。
(2)由图示可知,生成氢气的质量为0.4 g,根据氢气算出锌的质量,再用样品的质量减去锌的质量算出铜的质量。8.3 金属资源的利用和保护(二)
世界上每年因锈蚀而报废的金属设备和材料,高达产量的20%~40%,其中最容易锈蚀的是产量最多的钢铁材料和设备。为什么钢铁容易锈蚀呢 我们又应该怎样保护金属资源呢
基础堂清
1.人类从石器时代进入青铜器时代,继而进入铁器时代,都是以金属材料的使用作为标志的。下列说法正确的是 ( )
A.铁是目前使用最广泛的金属
B.纯铜比铜合金更适合用于制作耐磨齿轮
C.铁锅清洗后未擦干的水可隔绝空气减缓锈蚀
D.含铅、汞等重金属的废旧电池不可回收利用
2.化学与资源、能源和环境都有紧密的关系。下列关于金属资源的叙述正确的是 ( )
A.废旧金属不能再回收利用
B.金属矿物的储量有限,而且不能再生
C.防止金属腐蚀是保护金属资源的唯一途径
D.我国的稀土储量居世界第一位,可以大力开发利用
3.铁制品通常比铝制品更容易锈蚀,下列说法正确的是 ( )
A.铁的金属活动性比铝的强
B.铝在自然界中以单质形式存在
C.锈蚀的铁制品无回收价值
D.自行车链条涂油有防锈作用
4.铁画是中国工艺美术百花园中的一朵奇葩,至今已有三百多年的历史。下列关于铁画生锈与防护的叙述错误的是 ( )
A.铁生锈时主要生成四氧化三铁
B.应悬挂于干燥的环境中
C.经常清扫表面的灰尘可以防止生锈
D.表面涂漆可以防止其生锈
5.下图是借助U形管探究铁制品锈蚀的条件,下列说法中错误的是 ( )
A.将蒸馏水煮沸的目的是除去溶解在水中的氧气
B.钢丝棉1锈蚀最严重说明盐溶液能加快铁的锈蚀
C.钢丝棉4与钢丝棉2对比可说明铁生锈需要氧气
D.钢丝棉4与钢丝棉3对比可说明铁生锈需要水
6.为了减缓铁制品的锈蚀,下列做法不合理的是 ( )
A.在车船的表面喷涂油漆
B.将使用后的菜刀洗净擦干
C.洗净铁制品表面的油膜
D.在铁制品表面镀上一层锌
7.下列物质的用途主要与其化学性质有关的是 ( )
A.铁粉用作食品脱氧剂
B.干冰用于制造舞台云雾
C.活性炭用作冰箱除味剂
D.用武德合金制作电路保险丝
8. 某同学根据铜绿的成分Cu2(OH)2CO3作出猜想:金属铜锈蚀的条件除有氧气和水外,还必须有二氧化碳。为证明“必须有二氧化碳”,需要进行下图所示实验中的 ( )
A.甲和乙 B.甲和丁
C.乙和丁 D.丙和丁
素养日清
9. 金属的用途很广,我们应该节约和保护金属资源,请用所学化学知识回答下列问题:
(1)铁制品长期裸露在室外易生锈,铁生锈实际上是铁与空气中的 等发生化学反应的过程。
(2)为了预防铁制品生锈,我们常在其表面镀一层抗腐蚀的金属,但在镀金属之前,先要除去铁制品表面的铁锈。用稀盐酸除去铁锈时发生反应的化学方程式是 。
(3)将X、Y、Z三种金属片分别放入稀硫酸中,Y、Z表面有气泡产生,X没有明显现象,再把Y、Z分别放入FeSO4溶液中,发现放入Y的FeSO4溶液逐渐变成无色,而放入Z的FeSO4溶液和Z表面都没有明显现象。根据上述实验判断,X、Y、Z三种金属的活动性由强到弱的顺序是 。
10. 金属防腐是科学研究中的重大课题。某校学习小组以铁的腐蚀为项目进行如下研究。
【认识铁的腐蚀】
(1)下列环境中的铁制品最容易生锈的是 (填字母)。
A.未擦干的铁锅
B.涂油漆的栏杆
C.盛水的不锈钢水杯
(2)铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,其中铁元素的化合价是 。
【探究铁的腐蚀】
(3)该小组用图甲装置进行实验,起始时量筒内水面处于50 mL刻度处,之后水面缓慢上升。几天后水面最终处于约 (选填“40”或“10”)mL刻度处,原因是 。
【拓展探究】
(4)元康同学进行如下实验:取铁钉用砂纸打磨,称其质量,按图乙安装装置,放置3天,再取出铁钉称量。在不同温度下重复上述实验,得到铁钉质量增加情况如下表。
温度/℃ 10 20 30 40 50 60 70
铁钉质 量增加 /g 0.02 0.04 0.08 0.16 0.18 0.18 0.18
元康同学的实验是探究 因素对铁钉腐蚀快慢的影响,结论是 。
(5)有同学认为元康的实验未能真实反映50 ℃以后铁钉腐蚀的快慢,理由是50 ℃以后铁钉质量没有变化。请分析铁钉质量没有变化的原因: ;改进实验方案证明你的分析: 。
参考答案
基础堂清
1.A 2.B 3.D 4.A 5.D 6.C 7.A 8.B
素养日清
9.(1)氧气和水蒸气
(2)Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O
(3)Y>Z>X
解析:(1)铁生锈实际上是铁与空气中的氧气和水蒸气等发生化学反应的过程。
(2)铁锈的主要成分是氧化铁,氧化铁与稀盐酸反应生成氯化铁和水,该反应的化学方程式为Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O。
(3)将X、Y、Z三种金属片分别放入稀硫酸中,Y、Z表面有气泡产生,X没有明显现象,说明Y、Z能与稀硫酸反应,X与稀硫酸不反应,在金属活动性顺序表里,Y、Z排在氢前,X排在氢后;再把Y、Z分别放入FeSO4溶液中,发现放入Y的FeSO4溶液逐渐变成无色,而放入Z的FeSO4溶液和Z表面都没有明显现象,说明Y能与硫酸亚铁反应,Z与硫酸亚铁不反应,在金属活动性顺序表里,Y排在铁前,Z排在铁后。故X、Y、Z三种金属的活动性由强到弱的顺序是Y>Z>X。
10.(1)A
(2)+3
(3)40 铁锈蚀消耗氧气,且氧气约占空气总体积的1/5
(4)温度 温度在10℃~50 ℃的范围内,温度越高,铁钉腐蚀的速率越快
(5)试管内的氧气已耗尽,剩余的铁不能继续锈蚀 向乙装置的试管中充入氧气,并在50 ℃的环境中放置3天;若铁钉增加的质量大于0.18 g,则分析成立8.3 金属资源的利用和保护(一)
家庭中使用的铁制品,如菜刀、铁锅等,隔一段时间不用就变得锈迹斑斑,而一些不锈钢制品却不易出现锈迹,这是为什么呢 世界各国每年因金属腐蚀所造成的损失超过700亿元,这多么令人震惊!那么怎样才能防止或减缓金属的腐蚀呢
基础堂清
1.下列说法正确的是 ( )
A.大多数金属元素在自然界中以单质形式存在
B.所有金属常温下都是固体
C.大多数金属具有优良的导电性、导热性、延展性
D.铁是地壳中含量最高的金属元素
2.同学们收集的下列矿石样品中,主要成分为Fe3O4的是 ( )
A.赤铁矿 B.磁铁矿
C.孔雀石 D.铝土矿
3.(铁的冶炼)“百炼成钢”体现了生铁转化成钢的过程,其中发生的主要反应是 ( )
A.3Fe+2O2Fe3O4
B.C+O2CO2
C.3CO+Fe2O32Fe+3CO2
D.CaCO3CaO+CO2↑
4.某钢铁厂高炉炼铁的主要原料是焦炭、磁铁矿石(主要含Fe3O4)、空气等,主要反应过程如下:
请回答:
(1)A的化学式为 。
(2)原料中焦炭的作用有 、 。
(3)反应②的化学方程式是 。反应③的化学方程式是 。
(4)向硝酸银和硝酸铜的混合溶液中加入一定量的铁粉,反应停止后过滤,得到滤渣和滤液。向滤渣中滴加稀盐酸,无气泡产生,则滤渣中一定含有 (填化学式)。
(5)该过程冶炼得到的铁中还含有杂质,现取10 g样品(杂质不溶于水,也不参加反应)于烧杯中,向其中加入100 g稀硫酸,恰好完全反应,测得生成了0.3 g氢气,计算样品中铁的质量分数。
素养日清
5. 实验室根据工业炼铁的原理设计了下图所示的装置进行实验。请回答:
(1)主要成分为氧化铁的矿石的名称为 ,图中还原氧化铁的化学方程式为 。
(2)“加热”和“通气”(通入CO)的先后操作顺序是 。
(3)在装置C处放一盏燃着的酒精灯的目的是 。
(4)装置A中的现象是 ,装置B可检验到装置A中生成的气体含有CO2,装置B中发生反应的化学方程式是 。
(5)在此实验中,我们还认识到CO和CO2有许多不同的化学性质,请写出其中的一点: 。从微观角度分析CO与CO2化学性质不同的原因: 。
参考答案
基础堂清
1.C 2.B 3.B
4.(1)CO2
(2)制造还原剂一氧化碳 提供热量维持炉温
(3)C+CO22CO 4CO+Fe3O43Fe+4CO2
(4)Ag
(5)解:设样品中铁的质量为x。
Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
56 2
x 0.3 g
=
x=8.4 g
样品中铁的质量分数为×100%=84%
答:样品中铁的质量分数为84%。
素养日清
5.(1)赤铁矿 3CO+Fe2O32Fe+3CO2
(2)先通气再加热
(3)防止反应剩余的一氧化碳逸散,污染空气
(4)红棕色粉末逐渐变为黑色 Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O
(5)一氧化碳可以燃烧,二氧化碳不可以燃烧(合理即可) CO和CO2的分子构成不同
解析:(1)赤铁矿的主要成分为氧化铁,一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳,化学方程式为3CO+Fe2O32Fe+3CO2。(2)应先通气,排尽玻璃管中的空气,再点燃酒精灯,防止可燃性气体和空气的混合物在加热过程中发生爆炸。(3)C处是尾气处理装置,防止反应剩余的一氧化碳排入空气中,污染空气。(4)氧化铁为红棕色,生成的铁粉为黑色,二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙和水。(5)二氧化碳不能燃烧,不支持燃烧,能与水反应,能和澄清石灰水反应等;一氧化碳和二氧化碳的分子构成不同,二者的性质不同:一氧化碳有毒,能燃烧,有还原性。
