金属资源的利用和保护
一、选择题
1.如图:在一烧杯中放有一根铁钉,使其一半在液面以上,一半在液面以下,然后置于空气中,则铁钉最容易生锈的部位是( )
A.a点 B.b点
C.c点 D.无法判断
2.下列有关铁的叙述中,正确的是( )
A.铁在氧气中燃烧生成黑色的氧化铁
B.铁是地壳中含量最多的金属元素
C.铁在自然界中主要以化合物形式存在
D.常用水冲洗铁器表面,可以防止生锈
3.下列铁矿石的主要成分表达错误的是( )
A.赤铁矿(FeO) B.铝土矿(Al2O3)
C.菱铁矿(FeCO3) D.黄铁矿(FeS2)
4.高炉炼铁主要是经过下面反应进行的Fe2O3+3CO2Fe+3CO2,其中被还原的物质是( )
A.CO B.Fe2O3 C.Fe D.CO2
5.炼铁选用的铁矿石不仅要求含铁量高,而且要“有害元素”少.今有铁矿石:磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)、菱铁矿(FeCO3)、黄铁矿(FeS2)、褐铁矿(2Fe2O3·3H2O),你认为不适宜炼铁的矿应是( )
A.磁铁矿 B.赤铁矿 C.菱铁矿 D.黄铁矿
6.在下列各种环境中,埋在地下的铸铁输气(液)管道被腐蚀速率最慢的是( )
A.沼泽地中 B.含较多沙粒、潮湿透气的土中
C.河流附近的盐碱地中 D.干燥、有黏性、透气性差的土中
7.铁锈的主要成分是( )
A.氧化铁 B.四氧化三铁
C.硫酸亚铁 D.氧化亚铁
8.下列说法正确的是( )
A.目前世界年产量最高的金属是铝
B.把生铁炼成钢就是把生铁中的杂质全部除去,使其变为纯铁
C.世界上每年因腐蚀而报废的金属材料和设备相当于年产量的20%~40%
D.金属铁、铝、铜均具有银白色的金属光泽
二、填空题
1.铁生锈实际上是铁跟________和________等物质相互作用,发生的一系列复杂的化学反应.防止铁制品生锈最常用的方法是在铁制品表面______________________.
2.①汽车 ②机器上的齿轮 ③门把手 ④锯条 ⑤铁制盆具 ⑥铁柜等常见的铁制品,为防止它们生锈,通常适合采取下面哪一种方法?(填序号)
(1)在其表面刷一层油漆__________________
(2)在表面涂上机油______________________
(3)在表面镀上一层其他金属______________
(4)在表面烧制搪瓷______________________
(5)使其表面氧化成致密的氧化膜______________________
3.生铁含碳约2%~4.3%,在古代,人们把在高温下烧红的生铁反复锤打,最终使生铁转化为钢,这也是成语“百炼成钢”的来历.请写出上述转变中最关键的一步反应的化学方程式______________________.
4.保护金属资源的有效途径是______________________、______________________、______________________、______________________.
参考答案
一、1.B 2.C 3.A 4.B 5.D 6.D 7.A 8.C
二、1.氧气 水 涂上一层保护膜
2.(1)①⑥ (2)② (3)③ (4)⑤ (5)④
3.C+O2CO2
4.防止金属腐蚀 回收利用废旧金属 合理有效地开采矿物 寻找金属的代用品金属资源的利用和保护
一、选择题
1.如图:在一烧杯中放有一根铁钉,使其一半在液面以上,一半在液面以下,然后置于空气中,则铁钉最容易生锈的部位是( )
A.a点 B.b点
C.c点 D.无法判断
2.下列有关铁的叙述中,正确的是( )
A.铁在氧气中燃烧生成黑色的氧化铁
B.铁是地壳中含量最多的金属元素
C.铁在自然界中主要以化合物形式存在
D.常用水冲洗铁器表面,可以防止生锈
3.下列铁矿石的主要成分表达错误的是( )
A.赤铁矿(FeO) B.铝土矿(Al2O3)
C.菱铁矿(FeCO3) D.黄铁矿(FeS2)
4.高炉炼铁主要是经过下面反应进行的Fe2O3+3CO2Fe+3CO2,其中被还原的物质是( )
A.CO B.Fe2O3 C.Fe D.CO2
5.炼铁选用的铁矿石不仅要求含铁量高,而且要“有害元素”少.今有铁矿石:磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)、菱铁矿(FeCO3)、黄铁矿(FeS2)、褐铁矿(2Fe2O3·3H2O),你认为不适宜炼铁的矿应是( )
A.磁铁矿 B.赤铁矿 C.菱铁矿 D.黄铁矿
6.在下列各种环境中,埋在地下的铸铁输气(液)管道被腐蚀速率最慢的是( )
A.沼泽地中 B.含较多沙粒、潮湿透气的土中
C.河流附近的盐碱地中 D.干燥、有黏性、透气性差的土中
7.铁锈的主要成分是( )
A.氧化铁 B.四氧化三铁
C.硫酸亚铁 D.氧化亚铁
8.下列说法正确的是( )
A.目前世界年产量最高的金属是铝
B.把生铁炼成钢就是把生铁中的杂质全部除去,使其变为纯铁
C.世界上每年因腐蚀而报废的金属材料和设备相当于年产量的20%~40%
D.金属铁、铝、铜均具有银白色的金属光泽
二、填空题
1.铁生锈实际上是铁跟________和________等物质相互作用,发生的一系列复杂的化学反应.防止铁制品生锈最常用的方法是在铁制品表面______________________.
2.①汽车 ②机器上的齿轮 ③门把手 ④锯条 ⑤铁制盆具 ⑥铁柜等常见的铁制品,为防止它们生锈,通常适合采取下面哪一种方法?(填序号)
(1)在其表面刷一层油漆__________________
(2)在表面涂上机油______________________
(3)在表面镀上一层其他金属______________
(4)在表面烧制搪瓷______________________
(5)使其表面氧化成致密的氧化膜______________________
3.生铁含碳约2%~4.3%,在古代,人们把在高温下烧红的生铁反复锤打,最终使生铁转化为钢,这也是成语“百炼成钢”的来历.请写出上述转变中最关键的一步反应的化学方程式______________________.
4.保护金属资源的有效途径是______________________、______________________、______________________、______________________.
参考答案
一、1.B 2.C 3.A 4.B 5.D 6.D 7.A 8.C
二、1.氧气 水 涂上一层保护膜
2.(1)①⑥ (2)② (3)③ (4)⑤ (5)④
3.C+O2CO2
4.防止金属腐蚀 回收利用废旧金属 合理有效地开采矿物 寻找金属的代用品教学内容:金属材料
【课前复习】
※会做了,学习新课有保障
1.试从日常生活入手,举出铁、铜、金三种金属的用途.(各任举2例)
2.用元素符号表示下列所用的物质.
涂在保温瓶胆夹层内的银白色金属是__________;包装糖果、香烟的银白色材料是__________;白炽灯泡内的灯丝通常是由__________制成的;温度计中填充的金属是__________.
3.家里的不锈钢水果刀和菜刀最显著的区别是什么?在你看来,它们都是铁制品吗?
4.你能说出18 K黄金和24 K黄金的区别吗?
答案:
1.铁的用途:作刀具、铁锅、铁钉、钢尺、铁锚、自行车、汽车……
铜的用途:作钥匙、电线、铜币、水龙头……
金的用途:作项链等装饰品、金币……
2.依次为Ag、Al、W、Hg.
3.不锈钢水果刀和菜刀最显著的区别是前者不易生锈,后者容易生锈.它们确实都是铁制品.
4.18 K黄金不是纯黄金,只有75%的黄金,还含有其他一些金属;24 K黄金是指含金量在99.9%以上的黄金.
这些题目就在你的生活中,只要你多观察、勤思考,这些问题都会迎刃而解,你一定想深入地了解为什么会有这些现象,这些不同吧,那么
※先看书,再来做一做
1.参考表8—1,分析回答:
(1)为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制?
(2)银的导电性比铜好,为什么电线一般用铜制而不用银制?
(3)为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制?如果用锡制的话,可能会出现什么情况?
(4)为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬,而不镀金?
2.在考虑物质的用途时,还需要考虑哪些因素?
3.合金是纯净物还是混合物?它们在物理性质中与纯金属有何不同?
这些是课文中最基本的一些问题,对于几种常见的金属我们还需深入了解.
【学习目标】
1.了解金属具有很多共同的物理性质.
2.了解不同金属在物理性质上的差异,并会全面考虑确定金属最适宜的用途.
3.了解合金,以及合金在生产、生活中的应用.
【基础知识精讲】
※课文全解
一、几种重要的金属
在生活中,应用最广泛的金属莫过于铁、铜、铝,它们在性质上有很多共同的地方.例如都有导电性、可导热、有延展性、有金属光泽等.但在这些共性中也存在着许多差异,例如为什么用铁制菜刀、锄头而不用铝?为什么灯丝用钨制而不用铁丝或铜丝制?这都与它们性质上的差异有关.铁的硬度较大,用它制造刀具、锄头等使用时不易变形,而铝的硬度小、质地软、易变形,不宜用来制造工具.白炽灯内的灯丝通常用钨制,是因为它的熔点高达3410℃,高温下不易熔化,而铁、铜的熔点比钨低近2000℃,高温下易熔化形成断路.
关于金属的用途,不仅要考虑它们的性质,还要考虑价格、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.
例如,银的导电性比铜的好,可电线一般用铜制而不用银制,这是为什么呢?这是因为银在自然界中含量少、价格高,如果用银制电线,成本会太高,所以往往用铜来代替.再例如水龙头上往往镀一层铬而不镀金,原因有二:一是金价格昂贵;二是因为金的硬度低,易磨损,而铬的硬度大,耐磨,保存时间长久.铝粉有美丽的银白色光泽(一般金属的粉末多为黑色),常用来做涂料(俗称银粉、银漆),以保护铁制品不被腐蚀,而且美观.
在实际生活中,一些纯金属并不能满足生产生活的需要,所以科学家们经过研究探索,发现在纯金属中熔合其他一些金属或非金属,会改变金属的某些性能,这就是合金.
二、合金及其利用
所谓合金,是指一种金属跟另一种或几种金属(或非金属),在一定温度下熔合在一起形成的具有金属特性的固体混合物,它们的性能往往优于纯金属.所以,在日常生活、工农业生产和科学研究中,大量使用的常常不是纯金属,而是它们的合金.下面我们就来介绍几种金属的合金.
(一)铁的合金
生铁和钢是在生活中和生产上使用最为普遍的金属材料.生铁和钢都是铁的合金,生铁中含碳2%~4.3%,另外还含有少量的硅、锰、硫、磷等元素;钢中含碳在0.03%~2%之间,还含有极少量的硅、锰元素.这是生铁和钢最本质上的区别.正因为结构上的不同,决定了它们在物理性质上存在很大的差异.一般来说,生铁的熔点比钢略低,硬而脆,无韧性,而钢有良好的韧性和塑性.
由于性质上的不同,决定了生铁和钢有不同的用途.生铁由于含碳量较高,所以硬而脆,因此不适宜煅压,只适合浇铸制成铸件.如炉具、暖气片等.但是随着生产工艺的更新,现在能生产出一种在性能上与钢十分相似的生铁,即球墨铸铁.钢在生产、生活中的应用日益广泛,这跟它的优良性能是分不开的.钢因其成分不同可分为碳素钢、合金钢,它们的区别是碳素钢中主要合金元素是碳,合金钢中主要的合金元素是不同的金属元素.碳素钢主要用来制作机械零件、钢管、刀具、模具、量具等.合金钢则因主要合金元素的不同而具有不同的用途.例如钢中加入锰元素,韧性好、强度大,所以常用它来制钢轨、轴承、钢磨及用于军事机械;钢中加铬元素,增强了抗腐蚀性,就是大家非常熟悉的不锈钢;知道物理课上讲的变压器、发电机和电动机的铁芯是什么吗?它可不是普通的铁块,而是硅钢,是钢中加了硅元素,导磁性非常好.由此可见,合金的性能与组成它们的纯金属有很大的不同,合金更容易适合于不同的用途,日常使用的金属材料,大多数属于合金.
(二)铜的合金
铜易与其他金属形成合金,铜的合金种类很多,常用的有:
青铜:含Cu 80%,Sn 15%,Zn 5%.青铜的强度高,可塑性好,耐磨,耐腐蚀,常用来做机械零件,如轴承、齿轮等.
白铜:含铜50%~70%,镍(Ni)18%~20%,锌13%~15%.白铜的光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工,主要用来制刀具、钱币、代替银做饰品.
黄铜:含铜60%,锌40%.黄铜的强度高,可塑性好,易加工,常用作机器零件、仪表,由于它的外表金光灿灿,容易被不法分子用来冒充黄金行骗.
(三)钛和钛合金
钛是一种银白色金属,熔点较高,密度较小,机械强度高,且容易加工成形,并具有优异的抗腐蚀性能,在低温和超低温下,钛和钛合金仍能保持它们的良好的机械性能.
在金属加工工业中,钛钨硬质合金用以制造刀具、切削钢材.
在航空工业中,钛和钛合金用以制造喷气发动机和飞机的机身.在火箭、导弹和宇航工业上主要用作压力容器、燃料贮箱、火箭发动机壳体、人造卫星外壳、宇宙飞船船舱等.
在造船工业中,用以制造海轮和舰艇的外壳.
在医学上,由于钛的密度小、强度大,由它制成的医用补形材料装入人体后易于为人体所适应,所以常用来制造代替人体内被损坏的骨骼.
此外,钛在冶金工业、电子器件及通讯设备、造纸工业等方面,都有广泛应用.钛虽然有许多优良性能,但因冶炼困难,价格较贵,它的推广使用目前还存在着一定的限制.
合金之所以能得到广泛应用,是因为合金的性能比纯金属更理想;而且随元素的含量增减可制造出适用不同用途的合金.通常广泛应用的合金在性能上都是它们纯金属性能的理想综合.例如铝虽然具有耐腐蚀的优点,但质地较软、硬度小、易变形、不耐磨,在生活生产中无法得到广泛地应用.但是,如果将几种硬度较大的金属与铝熔合,如锰和非金属硅等,就会大大提高它的硬度,通常将这种铝合金叫做硬铝.你家的铝合金门窗就是由硬铝作为材料制成的,它的特点是轻而坚韧.硬铝还可用作汽车、船舶、飞机等材料.
※问题全解
1.在实际生活中,如何选择合适的金属制品进行应用?
答:物质的用途在很大程度上是由物质的性质决定的.但这并不是唯一的决定因素,还需要考虑价格、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.例如:金、银、铜都有优良的导电性,但金、银在自然界中的储量低,价格昂贵,而铜在自然界中广泛存在,易于冶炼,相对而言,价格要便宜的多,所以通常选铜做电线.再如铝有较好的延展性(它的延展性仅次于金和银),在100℃~150℃时可制成薄于0.01 mm的铝箔.这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等.
2.“不锈钢”为何不易生锈?
答:不锈钢是合金钢的一种,它的合金元素是铬和镍,含碳量较低.不锈钢不易生锈,主要是合金元素铬的功劳.铬一方面能形成一层致密的Cr2O3钝化膜,使钢与腐蚀介质隔离;另一方面,当铬含量超过12.5%时,会大大提高钢的防腐蚀能力.所以不锈钢中铬的含量都在12%~13%以上.不锈钢中另一种合金元素镍是铬的助手,它们能形成均匀的组织,进一步提高钢铁的抗腐蚀能力.
3.为什么宝石有不同的颜色?
答:宝石以绚丽的色彩博得人们的喜爱.宝石之所以有不同的颜色,首先宝石中所含金属的种类和数量不同.如红宝石和墨绿宝石中含有铬离子;翠绿的土耳其玉中含有铜离子;朱丹色的红玛瑙中含有铁离子,因此宝石的颜色就各有不同.另外,有些宝石的颜色是由自身结晶时原子排列造成的.再有,人工染色也会使宝石变色.
4.怎样区别“钢”和“铁”?
答:钢铁在人们生活中占有非常重要的位置.“钢铁”是人们常用的一个名词,但是从化学角度来看“钢”与“铁”并不相同.
铁是一种常见的金属元素,元素符号为Fe.铁在地壳中含量较丰富,仅次于氧、硅、铝等元素居第四位,在金属元素中居第二位.
一般的钢铁器具是铁碳合金,含碳量在0.03%以下的称为软铁;含碳量为0.03%~0.25%的称为低碳钢;含碳量在0.25%~0.6%的称为中碳钢;含碳量在0.6%以上的钢为高碳钢;含碳量在2%以上的为生铁.含碳量越高,硬度越大;含碳量越低,韧性越好.
不锈钢中除铁以外,常含有铬(Cr)、镍(Ni)等元素.如含铬16%~20%的不锈钢广泛用在抗腐蚀的化工设备上.
锰钢则是含锰元素的铁锰合金.含锰量在10%~15%的锰钢具有耐磨抗冲击的特性,用于制造车轴、履带等.
“白铁”是表面镀锌的低碳钢薄板.“马口铁”是表面镀锡的低碳钢薄板.
可见,化学中指的铁是纯净的铁单质.日常生活中的“铁”“钢”“钢铁”通常是指以铁为主的金属合金,或铁与非金属的合金,主要是铁碳合金.
在日常生活中“钢”“铁”常不加区别,而在化学学习中则应明确区别.
【学习方法指导】
本课题中除了要求大家识记几种常见金属以及它们的合金的性能、用途外,更重要的是要求大家能够学会参照物质的性质及其他一些因素探究物质的用途,这就需要做到以下几点.
1.熟记几种金属及合金的物理性质和性能.
[例1]下列金属中导电性最好的是( )
A.Cu B.Al C.Fe D.Ag
答案:选D
点拨:常见金属导电性为Ag>Cu>Al>Fe.
2.确定物质的用途不能完全只考虑性质,还要考虑到另外一些因素.
[例2]在铜、铝、铁、银四种金属中最适宜做电线电缆的是哪种?
答案:是铝.
点拨:这四种金属都有导电性,但相比较而言,Ag>Cu>Al>Fe,银的导电性虽然最强,但因为它的储量较小,价格较高,不适合用来制电线;铜虽然也有优良的导电性,但它的密度较大,只适宜制一些普通的电线,而不适合做电缆;铝的导电性仅次于银、铜,虽然它的导电率只有铜的2/3,但密度只有铜的1/3,所以输送同量的电,铝线的质量只有铜线的一半.铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力,而且有一定的绝缘性,另外铝在地壳中的含量是铁的1倍,铜的近千倍,所以铝在电器制造工业、电线电缆工业应用越来越广泛;而铁的导电性弱于Ag、Cu、Al,而且易被腐蚀,所以不适合做电线、电缆.
从上面的分析我们看出:在确定物质用途时,还要考虑价格、资源、是否便利、是否利于回收等因素.
【拓展训练】
形形色色的合金
※能“吃掉”噪声的无声合金
铸铁、锰铜合金、铁铬铝合金在机械加工时都能把大量的振动能转变成材料的热能散发出去,从而使振动和噪声都迅速衰减,所以称它们为无声合金.科学家预言,随着环保科学的发展,无声合金将大有发展前途.
※具有惊人“记忆力”的合金
20年前,美国海军兵器研究所的科研人员,将一曲折的镍钛合金拉直做实验,发现在一定温度下,它又恢复原来的形状.后来又反复实验,即使借助外力把这种合金揉得不成样子,一旦遇到特定温度条件都能立刻唤醒记忆,恢复自己的原形.人们把它称为形状记忆合金.
※能“吃气”的合金
1974年,刚上班的日本松下电器公司科研人员发现前天装入氢气的用钛锰合金制作的容器压力是10个大气压,现在竟然低于1个大气压,他们迷惑不解,仔细检查容器的封闭性,结果密封完好无损.最后,他们发现是容器中的钛锰合金在作怪,是它们把氢气“吃掉了”.这次偶然的机遇使他们发现了世界上第一例氢吸附合金.当这种合金经加热或减压后,它又会重新还原成金属和氢气.
※多彩的不锈钢合金
彩色不锈钢是采用特殊着色法,包括着色处理和硬膜处理两道工序,在不锈钢表面形成一层无色透明的氧化膜.当光线照射在氧化膜表面时,一部分光线被反射,形成光的干涉现象,从而显示蓝色、金色、红色、绿色.彩色不锈钢的耐腐蚀性、耐磨性、耐热性都优于不锈钢.目前,彩色不锈钢的应用日益广泛.
【问题点拨】
1.铝与铁相比,具有哪些优良的性质?
指导建议:可从导电性、密度、抗腐蚀性、导热性、延展性等方面考虑.
例如:铝的密度比铁小;导电性比铁强;导热性是铁的3倍;抗腐蚀性比铁好的多;铝有较好的延展性;可制成薄于0.01 mm的铝箔.另外,铝粉具有银白色光泽,而铁粉是黑色的,所以铝粉用来做涂料,就很美观,俗称银粉、银漆,铝还具有良好的光反射能力和吸音性能,可用铝制造高质量的反射镜、以及用于提高音响效果的设计.
2.分别举出铁、铜、金的几种用途,这些用途各利用了它们的什么性质?
指导建议:请参考课本表8-1和8-2解答.
3.用来铸造硬币的合金需要具有什么性质?
指导建议:做为货币的一种,不仅要求硬币在设计上美观大方,而且要求有一定的硬度、易加工、光泽好,另外硬币的流通量大,还必须选择耐磨、耐腐蚀的合金.
4.你将选用哪种合金来制造下列物品?说明理由.
指导建议:(1)外科手术刀:选用不锈钢,抗腐蚀性好.
(2)防盗门:选用硬铝,硬度大、耐腐蚀.
(3)门锁:选用青铜或铝合金,可塑性好、易加工、耐腐蚀、价格便宜.
(4)自行车支架:选用锰钢,韧性好、硬度大.
5.科学家发现了一种新金属,它的一些性质如下:见课文第9页第5题,这种金属的表面有一层氧化物保护层,试设想这种金属的可能用途.
指导建议:由性质中得出该金属的熔点高、密度小、强度好、有良好的导电、导热性和优异的抗腐蚀性,与钛的性质相似,所以在用途上也与钛的用途相似.
6.天安门城楼的红墙所用的红色颜料是铁红(主要成分为Fe2O3),试计算1000 kg铁红中最多含铁的质量.
指导建议:首先要理解题目所求的是1000 kg铁红中最多含铁元素的质量,显然可以根据化学式先求出氧化铁中铁元素的质量分数,再来求铁元素质量,可列式如下:
1000 kg×100%=1000 kg××100%=700 kg
所以1000 kg铁红中最多含铁的质量是700 kg.第八章复习 金属和金属材料单元练习
一、选择题
1.国际因特网上报道:“目前世界上有20万人患有缺铁性贫血.”我国政府将启动“酱油补铁工程”.这里的铁是指( )
A.铁元素 B.铁单质
C.四氧化三铁 D.三氧化二铁
2.铝的抗腐蚀能力强的原因是( )
A.铝在常温下不与氧气反应
B.铝的化学性质不活泼
C.铝的表面容易形成一层致密的氧化物薄膜
D.铝有较强的还原性
3.铜粉中含有少量的铁粉,最佳的除铁办法是( )
A.加入足量稀硫酸,过滤 B.在空气中灼烧
C.高温下加热并通入氢气 D.加入足量硫酸铜溶液,过滤
4.在茶缸和脸盆等铁制品表面烧制搪瓷的目的是( )
A.增大硬度防止撞坏 B.增大厚度防止磨损
C.防止铁生锈且美观 D.美观和杀菌消毒
5.如下图所示,在盛水的试管中放一根洁净的铁钉,用带U型管的胶塞塞紧,U型管内液面处于同一高度.数天后观察U型管内的水面( )
A.a比b高
B.b比a高
C.一样高
D.U型管中的水从b管中全部溢出
6.在天平的左右两个托盘上,各放一质量相等的烧杯,其中盛有等质量的稀硫酸,天平平衡,如果分别将下列四组中的两种物质放入左右两个烧杯内,充分反应后,天平仍保持平衡的是( )
A.等质量的锌和铜
B.等质量的铁和铜
C.等质量的锌和铁(反应后烧杯中两种金属均有剩余)
D.等质量的锌和铁(反应后烧杯内酸都有剩余)
7.我国是世界文明发达最早的国家之一,如冶铁、炼钢、湿法炼铜都是我国劳动人民发明的,它们最早发现的朝代依次是( )
A.春秋、战国、宋代 B.宋代、战国、春秋
C.宋代、春秋、战国 D.春秋、宋代、战国
8.生铁和稀盐酸反应后会留有残渣,残渣的主要成分是( )
A.氯化亚铁 B.三氧化二铁
C.碳 D.铁
9.将一枚洁净的铁钉浸入稀硫酸中,下列叙述:①铁钉表面产生气泡 ②液体由无色逐渐变为浅绿色 ③铁钉的质量减轻 ④液体的质量减轻.其中正确的是( )
A.②③ B.①②④
C.①②③ D.①②③④
10.利用下列各组物质之间的反应,能够验证Fe、Cu、Ag三种金属活动性顺序的是( )
A.Fe、CuCl2溶液、Ag B.FeCl2溶液、CuCl2溶液、Ag
C.FeCl2溶液、Cu、Ag D.Fe、CuCl2溶液、AgNO3溶液
二、填空题
1.用铁桶盛装硫酸铜溶液时,铁桶很快出现漏洞是因为______________________,反应方程式为______________________.
2.生铁和钢都是铁的合金,它们的性能不同,用途也不同.在你所知的物品中,______________________是由生铁制成的;______________________是由钢制成的.
3.迎香港回归,在《南京条约》议约地——南京下关区静海寺敲响了“警世钟”,铸造该钟采用的主要金属材料是___________________,此金属的优点是____________________________.
4.高层建筑都采用铝合金门窗而不采用钢门钢窗,铁制的舰船外面需涂油漆而铝合金制的飞机却不用,解释两个事例的原因:①_________________;②______________________.
5.如下图所示,在杠杆的两端分别挂着质量相同的铜球和锌球,这时杠杆平衡.然后将两球分别浸没在稀H2SO4和CuSO4溶液中一段时间.
(1)杠杆向________(左或右)倾斜.
(2)________(左或右)杯中溶液密度大.
6.盛放在油罐车内的石油产品,振荡可以产生静电容易引起火灾.所以在石油罐车尾部有一条拖地铁链,这是利用铁____________________的性质.
7.现有A、B、C三种金属,已知A能将C从它的溶液中置换出来,B能与盐酸或稀硫酸反应产生氢气,A不能与盐酸或稀硫酸反应.则这三种金属活动性由强到弱的顺序是________.
8.我国古代的“药金”外观和黄金相似,常被误认为是金子,冶炼方法如下:将炉甘石(ZnCO3)、赤铜(Cu2O)和木炭(C)混合加热到800℃左右,即可得到金光闪闪的“药金”,冶炼过程中除发生ZnCO3ZnO+CO2↑外,还有另外两个反应发生,这两个反应的化学方程式为______________________、______________________.从“合金”的观点看“药金”是由________组成的.
9.在硫酸铜、硫酸锌和稀硫酸的混合溶液中,加入一定量的铁粉,使之充分反应后铁有剩余,过滤,则滤液中有__________________,固体残渣中一定含有______________________.
10.镁、铁在日常生活中都有较广泛的用途.如:(1)镁在空气中燃烧时,能发出耀眼的白光,可用来制造镁闪光灯,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为氯化亚铁,起到补血的作用,试写出这个反应的化学方程式______________
______.
参考答案
一、1.A 2.C 3.D 4.C 5.A 6.C 7.A 8.C 9.C 10.A
二、1.铁和硫酸铜发生了化学反应
Fe+CuSO4FeSO4+Cu
2.暖气片、铁锅 菜刀、锯条
3.铜 铜在金属活动顺序表中排在H之后,化学性质稳定,可长期保存
4.①铝的密度小而轻,钢的密度大而重
②铁易生锈,需有一层保护膜,而铝表面有一层致密的氧化膜,可保护铝不再进一步氧化
5.(1)左 (2)右
6.容易导电
7.B>A>C
金属材料
一、选择题
1.科学家预言,到21世纪,其用途仅次于铁和铝的第三大金属是( )
A.铜 B.铬 C.钛 D.金
2.新型净水剂铁酸钠(Na2FeO4)中,铁元素的化合价是( )
A.+2 B.+3 C.+5 D.+6
3.联合国卫生组织经过严密的科学分析,认为我国的铁锅是最理想的炊具,并向全世界大力推广。其主要原因是( )
A.价格便宜
B.升热慢退热也慢,保温性较好
C.烹饪出的食品含有铁元素
D.铁中含有有机物必含的铁元素
4.下列金属材料中,不属于合金的是( )
A.坚铝 B.生铁 C.三氧化二铁 D.青铜
5.现代建筑的门窗框架常用硬铝制造,硬铝的成分是( )
A.Al—Mg合金 B.表面有Al2O3的铝板
C.Al—C合金 D.Al—Cu—Mg—Si合金
6.不锈钢餐具锃光发亮,长期使用不会生锈,原因是在炼钢过程中加入了下列物质中的( )
A.铬锰 B.铬硅
C.铬镍 D.铬碳
7.下列说法不正确的是( )
A.生铁和钢都是由铁元素组成的
B.人体中含量最多的金属元素是钙元素
C.球墨铸铁在某些场合可以代替钢
D.铝合金轻而坚韧,可用作制造火箭、飞机等的材料
8.下列物质中属纯净物的是( )
A.钢 B.白铜 C.焊锡 D.紫铜
9.下列化合物中,铁元素的质量分数最高的是( )
A.FeCl2 B.FeO C.Fe2O3 D.Fe3O4
10.1989年世界卫生组织正式将铝确定为“食品污染源之一”而加以控制。在下列使用场合必须加以控制的是( )
①制电缆 ②制易拉罐 ③制铝锭 ④制牙膏皮 ⑤用明矾〔KAl(SO4)2·12H2O〕净水 ⑥制炊具 ⑦用明矾及小苏打做食物的膨化剂 ⑧用Al(OH)3制胃药 ⑨制防锈漆 ⑩制桌椅
A.①②④⑤⑧⑩ B.②④⑤⑥⑦⑧
C.②⑤⑥⑦⑧⑩ D.③④⑤⑥⑦⑧⑨
二、填空题
1.我国最早人工冶炼铁的制品是在甘肃灵台出土的秦国铜柄钢剑,这说明在春秋战国时期我国已掌握了冶铁的技术。经分析测试该钢剑属于铁的合金。铁的合金有生铁和钢,生铁是含碳量在________之间的铁合金,钢的含碳量在________之间,钢的含碳量越高,钢的硬度越________(填“大”或“小”)
2.英国化学家戴维曾从苏打中制得一种新金属,他对新金属做了以下实验:“取一块金属,用小刀切下一小块,将这一小块金属投入水中,它浮在水面上,与水发生剧烈反应,急速转动并发出嘶嘶声,立即熔化成闪亮的银白色小球,并逐渐缩小,最后消失。”请根据以上信息,归纳总结该金属的物理性质:
(1)____________________________________________
(2)____________________________________________
(3)____________________________________________
(4)____________________________________________
参考答案
一、1.C 2.D 3.C 4.C 5.D 6.C 7.A 8.D 9.B 10.B
二、1.2%~4.3% 0.03%~2% 大
2.(1)质地软;(2)密度比水小;(3)熔点低;(4)银白色教学内容:金属材料
放学回家后,看看家里的日常生活用品,找一找哪些是由金属制成的,分别是哪些金属?金属材料自新石器时代后期开始,就一直被广泛应用着,直到21世纪的现在.金属材料包括纯金属以及它们的合金.如果你想了解它们,就请仔细阅读下面的内容吧!
【课前复习】
※会做了,学习新课有保障
1.试从日常生活入手,举出铁、铜、金三种金属的用途.(各任举2例)
2.用元素符号表示下列所用的物质.
涂在保温瓶胆夹层内的银白色金属是__________;包装糖果、香烟的银白色材料是__________;白炽灯泡内的灯丝通常是由__________制成的;温度计中填充的金属是__________.
3.家里的不锈钢水果刀和菜刀最显著的区别是什么?在你看来,它们都是铁制品吗?
4.你能说出18 K黄金和24 K黄金的区别吗?
答案:
1.铁的用途:作刀具、铁锅、铁钉、钢尺、铁锚、自行车、汽车……
铜的用途:作钥匙、电线、铜币、水龙头……
金的用途:作项链等装饰品、金币……
2.依次为Ag、Al、W、Hg.
3.不锈钢水果刀和菜刀最显著的区别是前者不易生锈,后者容易生锈.它们确实都是铁制品.
4.18 K黄金不是纯黄金,只有75%的黄金,还含有其他一些金属;24 K黄金是指含金量在99.9%以上的黄金.
这些题目就在你的生活中,只要你多观察、勤思考,这些问题都会迎刃而解,你一定想深入地了解为什么会有这些现象,这些不同吧,那么
※先看书,再来做一做
1.参考表8—1,分析回答:
(1)为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制?
(2)银的导电性比铜好,为什么电线一般用铜制而不用银制?
(3)为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制?如果用锡制的话,可能会出现什么情况?
(4)为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬,而不镀金?
2.在考虑物质的用途时,还需要考虑哪些因素?
3.合金是纯净物还是混合物?它们在物理性质中与纯金属有何不同?
这些是课文中最基本的一些问题,对于几种常见的金属我们还需深入了解.
【学习目标】
1.了解金属具有很多共同的物理性质.
2.了解不同金属在物理性质上的差异,并会全面考虑确定金属最适宜的用途.
3.了解合金,以及合金在生产、生活中的应用.
【基础知识精讲】
※课文全解
一、几种重要的金属
在生活中,应用最广泛的金属莫过于铁、铜、铝,它们在性质上有很多共同的地方.例如都有导电性、可导热、有延展性、有金属光泽等.但在这些共性中也存在着许多差异,例如为什么用铁制菜刀、锄头而不用铝?为什么灯丝用钨制而不用铁丝或铜丝制?这都与它们性质上的差异有关.铁的硬度较大,用它制造刀具、锄头等使用时不易变形,而铝的硬度小、质地软、易变形,不宜用来制造工具.白炽灯内的灯丝通常用钨制,是因为它的熔点高达3410℃,高温下不易熔化,而铁、铜的熔点比钨低近2000℃,高温下易熔化形成断路.
关于金属的用途,不仅要考虑它们的性质,还要考虑价格、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.
例如,银的导电性比铜的好,可电线一般用铜制而不用银制,这是为什么呢?这是因为银在自然界中含量少、价格高,如果用银制电线,成本会太高,所以往往用铜来代替.再例如水龙头上往往镀一层铬而不镀金,原因有二:一是金价格昂贵;二是因为金的硬度低,易磨损,而铬的硬度大,耐磨,保存时间长久.铝粉有美丽的银白色光泽(一般金属的粉末多为黑色),常用来做涂料(俗称银粉、银漆),以保护铁制品不被腐蚀,而且美观.
在实际生活中,一些纯金属并不能满足生产生活的需要,所以科学家们经过研究探索,发现在纯金属中熔合其他一些金属或非金属,会改变金属的某些性能,这就是合金.
二、合金及其利用
所谓合金,是指一种金属跟另一种或几种金属(或非金属),在一定温度下熔合在一起形成的具有金属特性的固体混合物,它们的性能往往优于纯金属.所以,在日常生活、工农业生产和科学研究中,大量使用的常常不是纯金属,而是它们的合金.下面我们就来介绍几种金属的合金.
(一)铁的合金
生铁和钢是在生活中和生产上使用最为普遍的金属材料.生铁和钢都是铁的合金,生铁中含碳2%~4.3%,另外还含有少量的硅、锰、硫、磷等元素;钢中含碳在0.03%~2%之间,还含有极少量的硅、锰元素.这是生铁和钢最本质上的区别.正因为结构上的不同,决定了它们在物理性质上存在很大的差异.一般来说,生铁的熔点比钢略低,硬而脆,无韧性,而钢有良好的韧性和塑性.
由于性质上的不同,决定了生铁和钢有不同的用途.生铁由于含碳量较高,所以硬而脆,因此不适宜煅压,只适合浇铸制成铸件.如炉具、暖气片等.但是随着生产工艺的更新,现在能生产出一种在性能上与钢十分相似的生铁,即球墨铸铁.钢在生产、生活中的应用日益广泛,这跟它的优良性能是分不开的.钢因其成分不同可分为碳素钢、合金钢,它们的区别是碳素钢中主要合金元素是碳,合金钢中主要的合金元素是不同的金属元素.碳素钢主要用来制作机械零件、钢管、刀具、模具、量具等.合金钢则因主要合金元素的不同而具有不同的用途.例如钢中加入锰元素,韧性好、强度大,所以常用它来制钢轨、轴承、钢磨及用于军事机械;钢中加铬元素,增强了抗腐蚀性,就是大家非常熟悉的不锈钢;知道物理课上讲的变压器、发电机和电动机的铁芯是什么吗?它可不是普通的铁块,而是硅钢,是钢中加了硅元素,导磁性非常好.由此可见,合金的性能与组成它们的纯金属有很大的不同,合金更容易适合于不同的用途,日常使用的金属材料,大多数属于合金.
(二)铜的合金
铜易与其他金属形成合金,铜的合金种类很多,常用的有:
青铜:含Cu 80%,Sn 15%,Zn 5%.青铜的强度高,可塑性好,耐磨,耐腐蚀,常用来做机械零件,如轴承、齿轮等.
白铜:含铜50%~70%,镍(Ni)18%~20%,锌13%~15%.白铜的光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工,主要用来制刀具、钱币、代替银做饰品.
黄铜:含铜60%,锌40%.黄铜的强度高,可塑性好,易加工,常用作机器零件、仪表,由于它的外表金光灿灿,容易被不法分子用来冒充黄金行骗.
(三)钛和钛合金
钛是一种银白色金属,熔点较高,密度较小,机械强度高,且容易加工成形,并具有优异的抗腐蚀性能,在低温和超低温下,钛和钛合金仍能保持它们的良好的机械性能.
在金属加工工业中,钛钨硬质合金用以制造刀具、切削钢材.
在航空工业中,钛和钛合金用以制造喷气发动机和飞机的机身.在火箭、导弹和宇航工业上主要用作压力容器、燃料贮箱、火箭发动机壳体、人造卫星外壳、宇宙飞船船舱等.
在造船工业中,用以制造海轮和舰艇的外壳.
在医学上,由于钛的密度小、强度大,由它制成的医用补形材料装入人体后易于为人体所适应,所以常用来制造代替人体内被损坏的骨骼.
此外,钛在冶金工业、电子器件及通讯设备、造纸工业等方面,都有广泛应用.钛虽然有许多优良性能,但因冶炼困难,价格较贵,它的推广使用目前还存在着一定的限制.
合金之所以能得到广泛应用,是因为合金的性能比纯金属更理想;而且随元素的含量增减可制造出适用不同用途的合金.通常广泛应用的合金在性能上都是它们纯金属性能的理想综合.例如铝虽然具有耐腐蚀的优点,但质地较软、硬度小、易变形、不耐磨,在生活生产中无法得到广泛地应用.但是,如果将几种硬度较大的金属与铝熔合,如锰和非金属硅等,就会大大提高它的硬度,通常将这种铝合金叫做硬铝.你家的铝合金门窗就是由硬铝作为材料制成的,它的特点是轻而坚韧.硬铝还可用作汽车、船舶、飞机等材料.
※问题全解
1.在实际生活中,如何选择合适的金属制品进行应用?
答:物质的用途在很大程度上是由物质的性质决定的.但这并不是唯一的决定因素,还需要考虑价格、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.例如:金、银、铜都有优良的导电性,但金、银在自然界中的储量低,价格昂贵,而铜在自然界中广泛存在,易于冶炼,相对而言,价格要便宜的多,所以通常选铜做电线.再如铝有较好的延展性(它的延展性仅次于金和银),在100℃~150℃时可制成薄于0.01 mm的铝箔.这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等.
2.“不锈钢”为何不易生锈?
答:不锈钢是合金钢的一种,它的合金元素是铬和镍,含碳量较低.不锈钢不易生锈,主要是合金元素铬的功劳.铬一方面能形成一层致密的Cr2O3钝化膜,使钢与腐蚀介质隔离;另一方面,当铬含量超过12.5%时,会大大提高钢的防腐蚀能力.所以不锈钢中铬的含量都在12%~13%以上.不锈钢中另一种合金元素镍是铬的助手,它们能形成均匀的组织,进一步提高钢铁的抗腐蚀能力.
3.为什么宝石有不同的颜色?
答:宝石以绚丽的色彩博得人们的喜爱.宝石之所以有不同的颜色,首先宝石中所含金属的种类和数量不同.如红宝石和墨绿宝石中含有铬离子;翠绿的土耳其玉中含有铜离子;朱丹色的红玛瑙中含有铁离子,因此宝石的颜色就各有不同.另外,有些宝石的颜色是由自身结晶时原子排列造成的.再有,人工染色也会使宝石变色.
4.怎样区别“钢”和“铁”?
答:钢铁在人们生活中占有非常重要的位置.“钢铁”是人们常用的一个名词,但是从化学角度来看“钢”与“铁”并不相同.
铁是一种常见的金属元素,元素符号为Fe.铁在地壳中含量较丰富,仅次于氧、硅、铝等元素居第四位,在金属元素中居第二位.
一般的钢铁器具是铁碳合金,含碳量在0.03%以下的称为软铁;含碳量为0.3%~0.25%的称为低碳钢;含碳量在0.25%~0.6%的称为中碳钢;含碳量在0.6%以上的钢为高碳钢;含碳量在2%以上的为生铁.含碳量越高,硬度越大;含碳量越低,韧性越好.
不锈钢中除铁以外,常含有铬(Cr)、镍(Ni)等元素.如含铬16%~20%的不锈钢广泛用在抗腐蚀的化工设备上.
锰钢则是含锰元素的铁锰合金.含锰量在10%~15%的锰钢具有耐磨抗冲击的特性,用于制造车轴、履带等.
“白铁”是表面镀锌的低碳钢薄板.“马口铁”是表面镀锡的低碳钢薄板.
可见,化学中指的铁是纯净的铁单质.日常生活中的“铁”“钢”“钢铁”通常是指以铁为主的金属合金,或铁与非金属的合金,主要是铁碳合金.
在日常生活中“钢”“铁”常不加区别,而在化学学习中则应明确区别.
【学习方法指导】
本课题中除了要求大家识记几种常见金属以及它们的合金的性能、用途外,更重要的是要求大家能够学会参照物质的性质及其他一些因素探究物质的用途,这就需要做到以下几点.
1.熟记几种金属及合金的物理性质和性能.
[例1]下列金属中导电性最好的是( )
A.Cu B.Al C.Fe D.Ag
答案:选D
点拨:常见金属导电性为Ag>Cu>Al>Fe.
2.确定物质的用途不能完全只考虑性质,还要考虑到另外一些因素.
[例2]在铜、铝、铁、银四种金属中最适宜做电线电缆的是哪种?
答案:是铝.
点拨:这四种金属都有导电性,但相比较而言,Ag>Cu>Al>Fe,银的导电性虽然最强,但因为它的储量较小,价格较高,不适合用来制电线;铜虽然也有优良的导电性,但它的密度较大,只适宜制一些普通的电线,而不适合做电缆;铝的导电性仅次于银、铜,虽然它的导电率只有铜的2/3,但密度只有铜的1/3,所以输送同量的电,铝线的质量只有铜线的一半.铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力,而且有一定的绝缘性,另外铝在地壳中的含量是铁的1倍,铜的近千倍,所以铝在电器制造工业、电线电缆工业应用越来越广泛;而铁的导电性弱于Ag、Cu、Al,而且易被腐蚀,所以不适合做电线、电缆.
从上面的分析我们看出:在确定物质用途时,还要考虑价格、资源、是否便利、是否利于回收等因素.
【知识拓展】
形形色色的合金
※能“吃掉”噪声的无声合金
铸铁、锰铜合金、铁铬铝合金在机械加工时都能把大量的振动能转变成材料的热能散发出去,从而使振动和噪声都迅速衰减,所以称它们为无声合金.科学家预言,随着环保科学的发展,无声合金将大有发展前途.
※具有惊人“记忆力”的合金
20年前,美国海军兵器研究所的科研人员,将一曲折的镍钛合金拉直做实验,发现在一定温度下,它又恢复原来的形状.后来又反复实验,即使借助外力把这种合金揉得不成样子,一旦遇到特定温度条件都能立刻唤醒记忆,恢复自己的原形.人们把它称为形状记忆合金.
※能“吃气”的合金
1974年,刚上班的日本松下电器公司科研人员发现前天装入氢气的用钛锰合金制作的容器压力是10个大气压,现在竟然低于1个大气压,他们迷惑不解,仔细检查容器的封闭性,结果密封完好无损.最后,他们发现是容器中的钛锰合金在作怪,是它们把氢气“吃掉了”.这次偶然的机遇使他们发现了世界上第一例氢吸附合金.当这种合金经加热或减压后,它又会重新还原成金属和氢气.
※多彩的不锈钢合金
彩色不锈钢是采用特殊着色法,包括着色处理和硬膜处理两道工序,在不锈钢表面形成一层无色透明的氧化膜.当光线照射在氧化膜表面时,一部分光线被反射,形成光的干涉现象,从而显示蓝色、金色、红色、绿色.彩色不锈钢的耐腐蚀性、耐磨性、耐热性都优于不锈钢.目前,彩色不锈钢的应用日益广泛.
【问题点拨】
1.铝与铁相比,具有哪些优良的性质?
指导建议:可从导电性、密度、抗腐蚀性、导热性、延展性等方面考虑.
例如:铝的密度比铁小;导电性比铁强;导热性是铁的3倍;抗腐蚀性比铁好的多;铝有较好的延展性;可制成薄于0.01 mm的铝箔.另外,铝粉具有银白色光泽,而铁粉是黑色的,所以铝粉用来做涂料,就很美观,俗称银粉、银漆,铝还具有良好的光反射能力和吸音性能,可用铝制造高质量的反射镜、以及用于提高音响效果的设计.
2.分别举出铁、铜、金的几种用途,这些用途各利用了它们的什么性质?
指导建议:请参考课本表8-1和8-2解答.
3.用来铸造硬币的合金需要具有什么性质?
指导建议:做为货币的一种,不仅要求硬币在设计上美观大方,而且要求有一定的硬度、易加工、光泽好,另外硬币的流通量大,还必须选择耐磨、耐腐蚀的合金.
4.你将选用哪种合金来制造下列物品?说明理由.
指导建议:(1)外科手术刀:选用不锈钢,抗腐蚀性好.
(2)防盗门:选用硬铝,硬度大、耐腐蚀.
(3)门锁:选用青铜或铝合金,可塑性好、易加工、耐腐蚀、价格便宜.
(4)自行车支架:选用锰钢,韧性好、硬度大.
5.科学家发现了一种新金属,它的一些性质如下:见课文第9页第5题,这种金属的表面有一层氧化物保护层,试设想这种金属的可能用途.
指导建议:由性质中得出该金属的熔点高、密度小、强度好、有良好的导电、导热性和优异的抗腐蚀性,与钛的性质相似,所以在用途上也与钛的用途相似.
6.天安门城楼的红墙所用的红色颜料是铁红(主要成分为Fe2O3),试计算1000 kg铁红中最多含铁的质量.
指导建议:首先要理解题目所求的是1000 kg铁红中最多含铁元素的质量,显然可以根据化学式先求出氧化铁中铁元素的质量分数,再来求铁元素质量,可列式如下:
1000 kg×100%=1000 kg××100%=700 kg
所以1000 kg铁红中最多含铁的质量是700 kg.教学内容:金属的化学性质
金属的用途不仅与它们的物理性质有密切关系,而且与它们的化学性质也有密切关系.本课题主要探究的就是金属的化学性质及性质中存在的规律.
【课前复习】
※会做了,学习新课有保障
1.回忆铝箔燃烧时的现象,并写出化学方程式.
2.从燃烧需要的条件,比较铝和铁这两种金属有何不同.
3.实验室制氢气时,最好选用哪种金属做反应物?写出有关化学方程式.为什么不用镁和铁?
4.从日常生活中能够看到铝锅相对于铁锅而言最大的优点是什么?
答案:
1.铝箔在空气中剧烈燃烧,发出耀眼白光,生成白色粉末状固体,化学方程式为:
4Al+3O22Al2O3
2.铁丝燃烧需要的条件是:①氧气浓度要足够大,一般在纯氧中才能发生;②温度要很高,一般需要别的物质(如小木条)来引燃.
铝丝燃烧的条件很简单,在空气中点燃,铝条就可以燃烧了.
3.实验室制氢气时,最好选用的是锌粒来制氢气,化学方程式为:Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑;不用镁和铁的原因是:镁与硫酸的反应速度太快,无法进行气体的收集,而铁与硫酸的反应速度又太慢,所以最好选用锌.
4.铝锅最大的优点是不易生锈.大家都有这样的经验:铁锅炒完菜后,如果不刷锅或刷完锅后没将水擦净,第二天锅内就会生成一层黄色的锈而铝锅一般不会出现这种情况.
※先看书,再来做一做
1.从哪些事实可以说明铁、铜、镁的金属活动性强弱?
2.什么是置换反应?
3.把铁钉放在硫酸铜溶液中,铁钉表面会______________,这说明铁比铜_______________.
4.在金属活动性顺序里,排在_____________的金属能置换出酸中的氢;位于_____________金属能把______________的金属从它们化合物的溶液里置换出来.由此可知,在金属活动性顺序里,金属的位置越_____________,它的活动性就_____________.
这些问题实际上就是本课题你需要掌握的主要内容.
【学习目标】
1.了解某些金属在化学性质中有相似的地方,但反应的难易和剧烈程度不同.
2.了解置换反应的特点,并能加以判断.
3.熟记常见金属的活动性顺序表.
4.会熟练运用金属活动性顺序表去判断金属能否在某些溶液中发生置换反应.
【基础知识精讲】
※课文全解
一、金属的化学性质
(一)金属与氧气的反应
大多数金属都能与氧气发生化学反应,但反应的难易程度和剧烈程度是不同的.以铝、铜、金为例:
4Al+2O2==2Al2O3 2Cu+O22CuO Au+O2不反应
从反应条件我们就能看出这三种金属与氧气反应难易的不同.从而体现出它们的活泼性铝比较活泼,铜次之,金最不活泼.
金属的活泼性还可以从它们与盐酸或稀硫酸的反应中体现出来.
(二)金属与盐酸或稀硫酸的反应
活动与探究解析
反应剧烈情况:镁迅速反应,放出大量的热;锌反应适中,放出热量;铁周围有数个小汽泡缓慢放出;铜周围无现象.
气体产生情况:镁、锌、铁都能与盐酸或稀硫酸反应放出氢气,铜不能.
化学方程式:
从上述分析可以比较出,镁最易发生反应,所以它的性质最活泼;锌比铁活泼;铜不能与酸反应,相对而言不活泼.由此我们可以得出这样的两个结论:
1.并不是所有的金属都能与盐酸或稀硫酸反应放出氢气;
2.能与盐酸或稀硫酸反应并放出氢气的金属比不能与盐酸或稀硫酸反应的金属要活泼.
(三)金属与某些盐溶液的反应
盐,是一类化合物,它是由金属元素和一些非金属元素或原子团构成的.某些盐的溶液能与金属发生置换反应.反应发生的基本依据就是活动性强的金属能把活动性弱的金属从其盐溶液中置换出来.
例如:把砂纸打磨过的铝丝浸入硫酸铜溶液中,因为铝比铜活泼,所以能把溶液中的铜离子置换出来,得到的就是铜单质,所以能在铝丝表面看到覆盖了一层红色的铜;同时溶液中的硫酸铜逐渐减少,硫酸铝逐渐增多,溶液颜色由原来的蓝色逐渐变浅.化学方程式为:
二、金属活动性顺序
(一)金属活动性顺序表
不同的金属活动性不同,为了方便研究金属的性质及用途,我们把常见的金属按活动性由强到弱的顺序排列起来,这就是金属活动性顺序表.
K__Ca__Na__Mg__Al__Zn__Fe__Sn__Pb__(H)__Cu__Hg__Ag__Pt__Au
强 弱
(这个顺序表很重要,一定要记住哦!)
(二)金属活动顺序表的应用
金属活动性顺序在工农业生产和科学研究中有重要应用,它可以给你以下一些判断的依据:
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.
3.在金属活动性顺序里,位于前面的金属能把位于它后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来.
例如:将银丝放入到硫酸铜溶液中,能否看到银丝变红呢?
我们先看金属活动顺序表,银排在铜的后面,不如铜活泼,所以不能将铜置换出来,这个反应是无法发生的.
所以金属活动性顺序表可以帮助大家更加准确、快捷的判断反应的发生,同时它所反映出的一些规律,也可以帮助我们准确地判断出金属的活动性顺序.
※问题全解
1.铝制品为什么不易锈蚀损坏?
答:铝不生锈吗?不,铝也生锈,而且由于铝比铁还活泼,所以铝比铁更容易生锈,不过铝不像铁那样容易烂掉,这是因为铝一旦生锈,便产生了“自身防护”本领,在自身表面形成一层致密的氧化膜,这层氧化膜紧紧贴在铝的表面,水、二氧化碳、氧气等钻不进去,从而使内部的铝免遭侵害.为了使铝制品更加经久耐用,人们用化学方法对铝制品作表面处理,使其表面覆盖一层较厚的氧化膜.经草酸处理的呈金黄色,经硫酸处理的呈灰白色.
2.怎样应用金属活动顺序表?
答:金属活动顺序表在初中化学中应用范围很广泛:
(1)金属与酸的置换反应
我们知道,只有在金属活动顺序表中排在氢前面的金属才能与酸发生置换反应,生成盐和氢气,如:Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑;Fe+2HCl==FeCl2+H2↑而在氢后的金属不能置换出酸中的氢,如Cu+H2SO4==CuSO4+H2,这个方程式是错误的,因为这个化学反应是无法实现的.另外还要注意两点:①在做实验时,通常不用很活泼的金属钠及其前面的金属与酸反应,因为反应太剧烈,甚至于起火、爆炸,又不易控制,容易发生事故.
②不能把位于氢前面的金属与浓硫酸或硝酸作用来制氢气,因为这些酸具有强氧化性,它们之间即使发生反应,也不是置换反应,不放出氢气.
(2)金属跟盐的置换反应
在金属活动顺序表中,排在前面的金属才能把排在后面的金属从盐溶液里置换出来.
但需要注意两点:
①在反应中盐必须是可溶性的,一定在盐溶液中反应,一些不溶性的盐跟金属不能在水中发生反应,如Fe+CuCO3≠Cu+FeCO3 (CuCO3是难溶物);
②很活泼的钾、钠等金属,与排在它们后面盐溶液反应,不能置换出盐中的金属元素,而是与溶液中水反应,放出氢气,如:钠放入到硝酸铜[Cu(NO3)2]溶液中发生的反应是2Na+2H2O==2NaOH+H2↑
(3)金属跟氧的反应
在金属活动顺序里,越活泼的金属越容易和氧化合.如钾、钠、钙等在常温下,放在空气中就容易被氧化,因此要隔绝空气保存,钠、钾等在实验室要保存在煤油中.有些金属在加热的条件下能跟氧气反应,如:
2Mg+O22MgO
银及其后面的金属,因为它们的活动性实在太弱,即使在加热条件下也不能和氧气化合.
3.如何确定一个化学反应是置换反应?
答:置换反应的特点是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物,反应物和生成物都各是两种,并且都是一种单质和一种化合物.
置换反应一般存在于两类反应中:一类是金属与盐酸(稀硫酸)或盐溶液的反应;另一类是还原性单质与金属氧化物的反应.如C+2CuO2Cu+CO2↑ 3H2+Fe2O3====2Fe+3H2O等.
【学习方法指导】
本课题的重点是对金属活动性顺序的探究.金属活动性顺序在日常生活中应用十分广泛,大家应多联系实际,熟练掌握.
1.熟记与酸的反应规律.
[例1]下列盐能由金属与酸发生置换反应制得的是( )
A.CuSO4 B.MgCl2 C.AlCl3 D.Zn(NO3)2
解:利用金属活动性顺序表,排在H前的金属可置换出酸中的氢,所以A不行,Zn可与HNO3生成Zn(NO3)2,但不是置换反应,所以D也不选.
答案:选B、C
点拨:金属与酸发生置换反应有两个条件,一是金属的活动性要比H强,还有酸必须是盐酸或稀硫酸,否则,不能发生置换反应.
[例2]酸雨对下列设施的腐蚀性较强的是( )
A.铝制窗框 B.铜制塑像 C.大理石围栏 D.柏油路面
解:根据金属活动性顺序,铝活泼,铜不活泼,所以铝制窗框较易腐蚀,铜制塑像则不易被酸雨腐蚀;大理石的主要成分是CaCO3,我们在实验室制CO2时已经知道,它能与酸生成CO2,所以大理石围栏易受酸雨腐蚀;柏油路面的成分实际上是沥青,不与酸反应.
答案:选A、C
点拨:此题是一道综合性较强的题目,除了考查金属与酸的反应,还考查了大理石等物质与酸的反应,这是两种反应类型,大家应加以区别它们的反应规律.
2.依据金属活动顺序的规律,能根据化学反应判断金属活动性顺序.
[例3]有A、B、C、D四种金属,已知C、D与稀硫酸能发生置换反应,而A、B不能;向B的盐溶液中投入A单质,有B析出;在C、D的盐溶液中分别放入锌粒时,前者能析出C,后者不能,则金属A、B、C、D的活动顺序为( )
A.C>D>B>A B.B>A>C>D C.D>C>A>B D.D>A>B>C
解:依题意,C、D能与稀H2SO4反应而A、B不能,说明在金属活动顺序中,C、D排在H前A、B排在H后,A投入到B盐溶液中能置换出B,说明A比B活泼;又知Zn粒放入C、D盐溶液中,锌粒能置换出C而不能置换出D,说明D的活泼性比锌强,C的活泼性比锌弱.所以A、B、C、D四种金属的活动顺序为:D>C>A>B
答案:选C
点拨:此题是根据金属与酸、金属与盐溶液反应的一般规律来判断活动性顺序,解题时,应注意因果关系.
【拓展训练】
铝制器皿也要正确使用
金属铝密度小,延展性好,用它制的器皿轻便光亮又不易生锈,深受人们的欢迎.
铝是一种活泼金属,极容易和空气中的氧气起化学反应生成氧化铝(Al2O3).氧化铝在铝制器皿表面结成一层灰色致密的极薄的(约十万分之一厘米)薄膜,这层薄膜十分坚固,它能使里边的金属和外界完全隔开,从而保护内部的铝不受空气中的氧气的侵蚀.
但是,铝和氧化铝薄膜都能和许多酸性或碱性物质起化学反应,一旦氧化铝薄膜被碱性溶液或酸性溶液溶解掉,则内部铝就要和碱性或酸性溶液起反应而渐渐被侵蚀掉.所以铝制器皿不能用碱性溶液或酸性溶液洗刷,也不能用铝锅等铝制器皿来盛放食用碱(Na2CO3)、洗衣粉或食醋等.
使用铝制器皿时尽量避免划伤,更不能将氧化膜刮掉.当铝制器皿上有了油污时,不可用砂子、煤灰、砂纸等擦刷,可使用中性洗衣粉将其洗净.如果被烟熏黑,要用抹布涂些去污粉或用棉团蘸一点醋擦过以后,用水冲洗干净就行了.
使用铝制器皿时,还有一点要注意,不能在铝制器皿中盛放食盐或食盐水.因为这样做能提供氯离子,有氯离子存在时能加快氧化膜的破坏而失去保护作用.
【问题点拨】
1.铝的化学性质很活泼,为什么通常铝制品却很耐腐蚀?为什么不宜用钢刷、沙等来擦洗铝制品?
指导建议:铝的化学性质很活泼,很容易与空气中的氧气反应,从而在表面形成一层致密的氧化膜,从而阻止铝进一步氧化,因此,铝具有很好的抗腐蚀性,如果用钢刷、沙等擦洗铝制品,会破坏表面的保护膜,降低铝的抗腐蚀性.
2.波尔多液是一种农业上常用的杀菌剂,它是由硫酸铜、石灰加水配制而成,为什么不能用铁制容器来配制波尔多液?
指导建议:波尔多液是一种浑浊的液体,它是由硫酸铜、氧化钙和水按一定比例混合而成,其间发生了较复杂的化学反应,有很强的杀菌效果,常用来去除葡萄生长时产生的一种病菌,它的成分中有硫酸铜溶液,若用铁制容器,会发生化学反应:Fe+CuSO4====Cu+FeSO4,破坏了波尔多液的成分,也腐蚀了容器.
3.写出下列变化的化学方程式,并注明反应类型(CO与Fe3O4的反应除外).
指导建议:C CO2:C+O2CO2 (化合)
或 C+2CuO2Cu+CO2↑ (置换)
CO2CO:CO2+C2CO (化合)
FeFe3O4:3Fe+2O2 Fe3O4 (化合)
4CO+Fe3O43Fe+4CO2
FeFeSO4:Fe+H2SO4====FeSO4+H2↑ (置换)
或Fe+CuSO4====Cu+FeSO4 (置换)
FeFeCl2:Fe+2HCl====FeCl2+H2↑ (置换)
或Fe+CuCl2====FeCl2+Cu (置换)
4.写出镁、铜、氧气、盐酸两两间能发生反应的化学方程式,并注明反应类型.
指导建议: 2Mg+O22MgO (化合)
Mg+2HCl==MgCl2+H2↑ (置换)
2Cu+O22CuO (化合)
5.下列物质能否发生反应?写出能发生反应的化学方程式.
(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
指导建议:(1)不能,因为在金属活动顺序表中银排在氢的后面,又因为铜也排在锌的后面,所以(3)也无法发生;(2)反应的化学方程式为:Zn+CuSO4==Cu+ZnSO4;(4)反应的化学方程式为:Al+3AgNO3==3Ag+Al(NO3)3
6.填写下列表格.(“混合物”栏中括号内为杂质,限用化学方法)
混合物 除去杂质的化学方程式 主要操作步骤
铜粉(Fe)
FeCl2溶液(CuCl2)
指导建议:铜粉中混有铁粉,若用化学方法除去,试剂最好选用硫酸铜溶液,因为Fe+CuSO4====Cu+FeSO4,主要操作步骤为:将混合物放入硫酸铜溶液中充分搅拌,然后过滤,洗涤滤渣,即得纯净的铜.(当然也可用盐酸或稀硫酸)
FeCl2溶液中混有CuCl2,可采用加铁的方法将CuCl2中铜元素置换出来,发生的反应为:
Fe+CuCl2====Cu+FeCl2,主要操作步骤为向混合液中加入足量的铁粉,充分搅拌至蓝色褪去,过滤,滤液即为FeCl2溶液.
7.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表面有银析出,而Z没有变化.根据以上实验事实,判断X、Y和Z的金属活动性顺序.
指导建议:X能溶于稀硫酸并放出氢气,说明在金属活动顺序表中,X在H前,Y不溶,说明Y在H后,所以X的活动性比Y强;Y能置换Ag而Z不能,说明Y比Ag活泼,Z不如Ag活泼,因此Y的活动性比Z强,所以三种金属的活动性由强到弱依次为X、Y、Z.
8.镁、锌、铁三种金属各30 g,分别与足量盐酸反应,各生成氢气多少克?如果反应后各生成氢气30 g,则需要这三种金属各多少克?
指导建议:
解:设:若镁、锌、铁各30 g,则生成氢气质量分别为x、y、z
另设若都生成30 g H2,则需镁质量为a,锌的质量为b,铁的质量为c.
根据化学方程式可知:教学内容:金属资源的利用和保护
地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中,除少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外,其余都以化合物形式存在.怎样将自然界中的这些化合物变成能为我们利用的金属单质呢?通过学习本课题,你一定会找到满意的答案.
【课前复习】
※会做了,学习新课有保障
1.我们已经接触过的具有还原性的物质有_______________、____________、_________(写化学式).
2.怎样将氧化铜变成单质铜,写出有关的化学反应方程式.
3.根据你的生活经验,铁制品在___________(填“干燥”或“潮湿”)的空气中容易生锈.
答案:
1.还原性的物质有C,H2,CO.
2.可以在加热或高温的条件下,用还原剂将氧化铜还原成铜.
例如:
C+2CuO2Cu+CO2↑ H2+CuOCu+H2O
CO+CuOCu+CO2
3.铁制品易在潮湿的空气中生锈.
※先看书,再来做一做
1.把铁矿石冶炼成铁的过程中,主要的反应原理是什么?(用化学方程式表示)
2.在实际生产时,使用的原料或产物一般都含有杂质,在计算时,应先把不纯物的质量转化成_____________.
3.铁生锈的条件是与_________和_________直接接触,用_____________、____________、_____________等方法可以防止钢铁生锈.
4.保护金属资源的有效途径是______________、______________、______________以及______________等.
【学习目标】
1.了解生铁和钢的冶炼方法及原理.
2.探究铁生锈的条件,并能寻找防止铁生锈的方法.
3.掌握含杂质计算的计算方法.
4.了解保护金属资源的有效途径.
【基础知识精讲】
※课文全解
一、铁的冶炼
在自然界中没有单质铁存在,要想得到单质铁只能通过铁矿石冶炼.自然界中常见的含铁矿石有磁铁矿(Fe3O4),赤铁矿(Fe2O3),黄铁矿(FeS2),菱铁矿(FeCO3)等,它们是炼铁的主要原料.在初中阶段,我们只研究磁铁矿和赤铁矿的冶炼.
磁铁矿和赤铁矿所含的主要成分都是铁的氧化物,可以利用还原剂将它们变成单质铁.反应原理为3CO+Fe2O32Fe+3CO2但在实际生产过程中,把铁矿石炼成铁是一个复杂的过程.工业上炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭、石灰石和空气;炼铁的主要设备是高炉,冶炼过程如下:
(1)在高温下,焦炭跟氧气反应生成二氧化碳;
C+O2CO2
(2)二氧化碳被焦炭还原成一氧化碳.
CO2+C2CO
(3)一氧化碳再跟铁矿石中的氧化物反应,生成铁.
3CO+Fe2O32Fe+3CO2
为了确保CO只与Fe2O3反应,还需将矿石中含的杂质SiO2除去.石灰石高温分解成氧化钙,CaCO3CaO+CO2↑,氧化钙再与二氧化硅反应,CaO+SiO2====CaSiO3(硅酸钙),硅酸钙作为炉渣会从铁水中分离出来,从而达到除去二氧化硅的目的.
由于铁矿石的成分复杂,所以在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,所以在计算成本或产量时应考虑到杂质问题.
二、含杂质物质的化学方程式计算
化学方程式所表达的都是纯净物质发生化学变化时的相互关系,各化学式所规定的化学量,反映的是纯净物之间的数量关系.
但在现实生活中绝对纯净或理想纯净的物质是不存在的,或多或少都含有杂质,当进行计算时所含杂质改变了各物质间的质量关系.因此当参与反应的物质含杂质时,应先要把含杂质物质的质量换算成纯净物质的质量,再进行计算.
纯物质质量=不纯物质总量×纯物质所占质量分数
如:有1000 g含Fe2O3 80%的赤铁矿,其中Fe2O3的质量=1000 g×80%=80 g,再如,有1000 kg 含杂质4%的生铁,则纯铁质量应是:1000 kg×(1-4%)=960 kg.
例:某赤铁矿含Fe2O3 80%,用3000 t这种矿石,可炼出含杂质4%的生铁多少吨?
分析:计算时应注意把反应物和生成物都换算成纯物质的量,再代入化学方程式计算.
解:设3000 t这种矿石,可炼出生铁质量为x,
根据题设:纯Fe2O3质量=3000 t×80%=2400 t
纯Fe质量=x·(1-4%)=x·96%
代入化学方程式中:
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
2400 t x·96%
x==1750 t
答:可炼出含杂质4%的生铁1750 t.
三、金属资源的保护
常用的金属普遍有比较活泼的化学性质,所以大多数金属易被腐蚀,给人类造成巨大损失.就拿钢铁来说,据有关资料报导,现在世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20%~40%,多么触目惊心!多么可惜呀!防止金属腐蚀已成为科学研究中的一个重大问题.
1.钢铁的生锈和防锈
钢铁的生锈,实际上是铁跟空气中的氧气、水等物质发生一系列的化学反应,生成铁锈.铁锈是一种复杂的铁的氧化物的水合物,可用Fe2O3·xH2O表示.
针对铁生锈的条件,人们想出了种种方法跟金属生锈作斗争.最常见的方法是给容易生锈的钢铁穿上“防护盔甲”.你看,大街上跑着的五颜六色小轿车,喷上了亮闪闪的油漆;自行车的钢圈、车把镀上了抗蚀能力强的铬或镍;金属制品、机器零件出厂前,在表面涂上一层油脂等等,都是用的这种方法.更彻底的方法是给钢铁“服用免疫药”,即在钢铁中加入适量的铬和镍,制成“不锈钢”.这种钢具有很强的抵御水和氧气侵蚀的能力;另外还有一种特殊的做法,是将钢铁制品表面做上另一种铁锈——四氧化三铁,它呈蓝黑色,它跟氧化铁的性质不同,它也像铝的氧化物那样致密,对钢铁也有保护作用,这种做法叫烤蓝.你看,战士用的枪支,建筑用的钢筋、铁板,都不是铁原来的银白色,而是黑黝黝的,闪烁着蓝光,这就是经过了烤蓝处理.
2.金属资源保护
矿物的储量有限,而且不能再生.总有一天,这些金属资源会消耗殆尽的.怎样保护金属资源呢?除了前面介绍的应防止金属的腐蚀外,另一条有效途径是金属的回收和利用.
在能源紧张的今天,铝作为贮存能源的“银行”备受青睐.富裕的电力无法贮存,可用来炼铝,炼1千克铝耗电十七八度,铝锭又不锈蚀能长期存放.回收铝所需的能量只有炼铝的1/20,是回收钢铁的1/8,而且回收起来极少损耗.所以国外大量采用铝质包装箱、周转箱.连汽水瓶、罐头盒都是铝膜制的软罐头,建筑行业的脚手架也用铝质的,这一切都为了便于回收,节约能源.
废旧金属的回收利用还可以减少对环境的污染.例如,废旧电池中含有汞等对环境有害的金属元素,如果将废旧电池随意丢弃,汞等渗出会造成地下水和土壤的污染,威胁人类健康.将汞等金属回收利用,不仅可以节约金属资源,还可以减少对环境的污染,所以金属的回收和利用具有重要意义.
保护金属资源的第三条有效途径是应有计划、合理地开采矿物,严禁不顾国家利益乱采矿.另外还可以开发新材料替代金属.例如:已经能用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮,还可以将玻璃经过特殊处理,制成玻璃钢,玻璃钢的硬度极高,与钢铁不相上下,但它十分轻盈,不生锈、不导电,用途十分广泛,可用来制作轿车车身、汽艇外壳、火车车厢、轻型坦克等.
※问题全解
1.怎样防止铁制品生锈?
答:常用的防止铁生锈的方法有:
(1)组成合金,以改变铁内部的组织结构.例如把铬、镍等金属加入普通钢里制成不锈钢,就大大地增加了钢铁制品的抗生锈能力.
(2)在铁制品表面覆盖保护层是防止铁制品生锈普遍而重要的方法.根据保护层的成分不同,可分为如下几种:
a.在铁制品表面涂矿物性油、油漆或烧制搪瓷、喷塑等.例如:车厢、水桶等常涂油漆;机器常涂矿物性油等.
b.在钢铁表面用电镀、热镀等方法镀上一层不易生锈的金属,如锌、锡、铬、镍等.这些金属表面都能形成一层致密的氧化物薄膜,从而防止铁制品和水、空气等物质接触而生锈.
c.用化学方法使铁制品表面生成一层致密而稳定的氧化膜以防止铁制品生锈.
(3)保持铁制品表面的洁净和干燥也是防止铁制品生锈的一种很好方法.
2.炼铁和炼钢有何不同?
答:炼铁是把铁从矿石中还原出来,而炼钢是把生铁中的碳含量降下来.
生铁冶炼 炼钢
原料 铁矿石、焦炭、石灰石、空气 生铁、废钢
原理 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 用氧气或铁的氧化物除去生铁中多余的碳元素
主要设备 高炉 转炉、平炉、电炉
产品 生铁 钢
需要注意的是,生铁和钢都是铁的合金,都是不纯的物质,尤其不能把钢看作纯净物.
【学习方法指导】
1.要密切联系生活,将学过的知识积极地运用,加以适当的分析,不需死记硬背.
[例1]某同学晚上帮妈妈做饭,切完青菜就将菜刀放在砧板上,第二天早晨发现菜刀生锈了.
试问:(1)菜刀上是否发生了化学反应?(2)菜刀为什么会生锈?(3)为了防止这把菜刀生锈,该同学应该怎么做?
答案:(1)菜刀生锈,生成了与铁不同的物质,即生成了新物质,发生了化学反应.(2)用菜刀切青菜,刀上必沾水,放在砧板上又与空气中的氧气接触,满足了铁锈蚀的条件,所以生锈.(3)为防止菜刀生锈,可将菜刀洗净擦干,放在干燥处即可,或再涂上一层食用油,起到隔绝空气的作用.
点拨:防锈的方法和措施有多种,但我们应考虑到该同学是在家里,因而要防止菜刀生锈,只需用日常常用且简便易行的防锈方法即可.
2.在研究铁的冶炼过程时,应区别焦炭和一氧化碳的作用,虽然焦炭也有还原性,但在炼铁时起还原剂作用的是CO,CO是由焦炭和二氧化碳反应得到的.
[例2]某钢铁厂高炉炼铁的主要原料是焦炭、赤铁矿(主要成分是Fe2O3)、空气等,主要反应过程如下所示:
(1)在上面方框中写出有关反应的生成物的化学式.
(2)写出②、③两步反应的化学方程式
②_____________________________ ③______________________________
答案:(1)CO2,CO;
(2)CO2+C2CO,3CO+Fe2O32Fe+3CO2
点拨:解本题的关键是弄清冶铁过程中还原剂是什么?它是怎样生成的?然后根据题目所给条件综合分析,便可迎刃而解.
3.在本课题涉及到的计算中,尤其要注意的是关于不纯物的计算,一定要先将不纯量转化成纯量后再根据方程式计算.
[例3]若赤铁矿石中Fe2O3的质量分数为80%,600 t 这样的赤铁矿可炼出含碳等其他杂质质量分数为7%的生铁多少吨?
解:设可炼出含杂质质量分数为7%的生铁的质量为x
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
600 t×80% x·(1-7%)
x==365 t
答案:可炼出含碳等杂质质量为7%的生铁365 t.
点拨:这类题很容易出错,错误原因主要在于没有理解哪些是不纯物的质量,哪些是纯净物的质量.赤铁矿和生铁都是混合物,而在化学方程式的计算中,所涉及到的都是纯净物的质量,只要牢牢把握住这一点,所有含杂质的计算都可迎刃而解.
【知识拓展】
铁生锈的用途
我们知道,钢铁生锈是铁的致命弱点,全世界每年有近四分之一的钢铁制品由于生锈而报废.在人们研究防止钢铁生锈的过程中,有人就注意到钢铁在生锈的过程中,伴随着一个极其普遍的化学反应现象——放热.利用这个化学反应放出的热量作为热源而发明了一种发热剂.这种发热剂的主要成分是铁粉、活性炭、食盐水、木屑等,发热剂和空气接触时,铁屑就要发生一系列复杂的化学反应而生锈,同时放出大量的热.为了加快铁生锈的速度,必须提高铁和空气的接触面,把铁粉的粒度做得很小,其直径一般在0.15毫米以下.发热剂中食盐和活性炭也能加快铁生锈的速度.把发热剂装入塑料袋中,然后再进一步包装,就可以制成各种各样的热散敷袋或化学暖炉,用于取暖或用于医疗保健.温度可维持在50℃~60℃,并能持续很长时间.
【问题点拨】
1.通过实验回答,铁钉在下列哪些情况下容易生锈?
(1)在干燥的空气中
(2)在潮湿的空气中
(3)部分浸在食盐水中
(4)浸没在植物油中
指导建议:本题可通过实验来寻找结果,按题目所给要求完成实验,进行探究.当然还可以利用本课题中所学铁生锈的条件分析完成.铁制品在与氧气、水同时接触的条件下易生锈.所以在干燥的空气中,没有水分铁不易生锈,而在潮湿的空气中,既有水,又有氧气,符合铁生锈的条件.当铁部分浸入食盐水中,随着水分的蒸发,液面上的铁实际上也是处在潮湿的空气中,所以也易生锈,但浸没在植物油中,不与氧气、水接触,也就不会生锈了.
2.回答下列问题
(1)为什么沙漠地区的铁制品锈蚀较慢?
指导建议:沙漠地区空气干燥.
(2)切过咸鱼的刀不经洗净抹干,为什么很快就生锈?
指导建议:咸鱼中有水分且含盐,刀切过咸鱼,盐水沾在刀上,刀又与氧气接触,所以很快就生锈了.
(3)被雨水淋湿的自行车,为什么须先用干布擦净后才能用带油的布擦.
指导建议:尽管用带油的布擦被水淋湿的自行车,但水分依然存在,并且水与油不相溶,铁依然能接触到空气和水,铁生锈的条件依然存在,所以必须先擦去水分再抹油.
3.我国古代将炉甘石(ZnCO3)、赤铜(Cu2O)和木炭粉混合后加热到约800℃,得到一种外观似金子的锌和铜的合金,试写出反应的化学方程式.(提示:ZnCO3加热可分解为ZnO).
指导建议:分析题目,原料是ZnCO3、Cu2O和C而产物是Zn和Cu,而且其中C是一种还原性物质,所以这是一道利用还原剂从氧化物中冶炼金属的题目.所以先找Zn和Cu的氧化物.根据提示:ZnCO3ZnO+CO2↑所以可以用C分别还原ZnO和Cu2O,反应的化学方程式如下:
2ZnO+C2Zn+CO2↑ 2Cu2O+C4Cu+CO2↑
4.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%的生铁多少吨?
指导建议:首先将不纯物的量转化成纯物质量
Fe2O3质量=5000 t×76%=3800 t
设生铁质量为x,则纯铁质量=98%·x
然后再根据方程式进行计算.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
3800 t 98%·x
160∶3800 t=112∶98%·x x=≈2714.3 t
5.冶炼2000 t含杂质3%的生铁,需要含Fe3O4 90%的磁铁矿石多少吨?
指导建议:纯铁质量=2000 t×(1-3%)=1940 t
设磁铁矿石质量为x,则Fe3O4质量为90%·x
反应原理: Fe3O4+4CO3Fe+4CO2
232 168
90%·x 1940 t
232∶90%·x=168∶1940 t
x==2976.7 t
所以磁铁矿质量为2976.7 t.
6.对如何防止你家的刀、剪等铁制品和铁制农具等生锈,想出两种以上的方案,比较方案的优缺点,并在家里实施你的方案.
指导建议:可针对铁制品生锈的条件提出方案.如用完后将这些铁制品擦干放在干燥地方或擦干后涂上一层油起保护作用等.教学内容:金属资源的利用和保护
地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中,除少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外,其余都以化合物形式存在.怎样将自然界中的这些化合物变成能为我们利用的金属单质呢?通过学习本课题,你一定会找到满意的答案.
【课前复习】
※会做了,学习新课有保障
1.我们已经接触过的具有还原性的物质有_______________、____________、_________(写化学式).
2.怎样将氧化铜变成单质铜,写出有关的化学反应方程式.
3.根据你的生活经验,铁制品在___________(填“干燥”或“潮湿”)的空气中容易生锈.
答案:
1.还原性的物质有C,H2,CO.
2.可以在加热或高温的条件下,用还原剂将氧化铜还原成铜.
例如:
3.铁制品易在潮湿的空气中生锈.
※先看书,再来做一做
1.把铁矿石冶炼成铁的过程中,主要的反应原理是什么?(用化学方程式表示)
2.在实际生产时,使用的原料或产物一般都含有杂质,在计算时,应先把不纯物的质量转化成_____________.
3.铁生锈的条件是与_________和_________直接接触,用_____________、____________、_____________等方法可以防止钢铁生锈.
4.保护金属资源的有效途径是______________、______________、______________以及______________等.
【学习目标】
1.了解生铁和钢的冶炼方法及原理.
2.探究铁生锈的条件,并能寻找防止铁生锈的方法.
3.掌握含杂质计算的计算方法.
4.了解保护金属资源的有效途径.
【基础知识精讲】
※课文全解
一、铁的冶炼
在自然界中没有单质铁存在,要想得到单质铁只能通过铁矿石冶炼.自然界中常见的含铁矿石有磁铁矿(Fe3O4),赤铁矿(Fe2O3),黄铁矿(FeS2),菱铁矿(FeCO3)等,它们是炼铁的主要原料.在初中阶段,我们只研究磁铁矿和赤铁矿的冶炼.
磁铁矿和赤铁矿所含的主要成分都是铁的氧化物,可以利用还原剂将它们变成单质铁.反应原理为3CO+Fe2O32Fe+3CO2但在实际生产过程中,把铁矿石炼成铁是一个复杂的过程.工业上炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭、石灰石和空气;炼铁的主要设备是高炉,冶炼过程如下:
为了确保CO只与Fe2O3反应,还需将矿石中含的杂质SiO2除去.石灰石高温分解成氧化
硅酸钙作为炉渣会从铁水中分离出来,从而达到除去二氧化硅的目的.
由于铁矿石的成分复杂,所以在实际生产时,所用的原料或产物一般都含有杂质,所以在计算成本或产量时应考虑到杂质问题.
二、含杂质物质的化学方程式计算
化学方程式所表达的都是纯净物质发生化学变化时的相互关系,各化学式所规定的化学量,反映的是纯净物之间的数量关系.
但在现实生活中绝对纯净或理想纯净的物质是不存在的,或多或少都含有杂质,当进行计算时所含杂质改变了各物质间的质量关系.因此当参与反应的物质含杂质时,应先要把含杂质物质的质量换算成纯净物质的质量,再进行计算.
纯物质质量=不纯物质总量×纯物质所占质量分数
如:有1000 g含Fe2O3 80%的赤铁矿,其中Fe2O3的质量=1000 g×80%=80 g,再如,有1000 kg 含杂质4%的生铁,则纯铁质量应是:1000 kg×(1-4%)=960 kg.
例:某赤铁矿含Fe2O3 80%,用3000 t这种矿石,可炼出含杂质4%的生铁多少吨?
分析:计算时应注意把反应物和生成物都换算成纯物质的量,再代入化学方程式计算.
解:设3000 t这种矿石,可炼出生铁质量为x,
根据题设:纯Fe2O3质量=3000 t×80%=2400 t
纯Fe质量=x·(1-4%)=x·96%
代入化学方程式中:
160 112
2400 t x·96%
x==1750 t
答:可炼出含杂质4%的生铁1750 t.
三、金属资源的保护
常用的金属普遍有比较活泼的化学性质,所以大多数金属易被腐蚀,给人类造成巨大损失.就拿钢铁来说,据有关资料报导,现在世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20%~40%,多么触目惊心!多么可惜呀!防止金属腐蚀已成为科学研究中的一个重大问题.
1.钢铁的生锈和防锈
钢铁的生锈,实际上是铁跟空气中的氧气、水等物质发生一系列的化学反应,生成铁锈.铁锈是一种复杂的铁的氧化物的水合物,可用Fe2O3·xH2O表示.
针对铁生锈的条件,人们想出了种种方法跟金属生锈作斗争.最常见的方法是给容易生锈的钢铁穿上“防护盔甲”.你看,大街上跑着的五颜六色小轿车,喷上了亮闪闪的油漆;自行车的钢圈、车把镀上了抗蚀能力强的铬或镍;金属制品、机器零件出厂前,在表面涂上一层油脂等等,都是用的这种方法.更彻底的方法是给钢铁“服用免疫药”,即在钢铁中加入适量的铬和镍,制成“不锈钢”.这种钢具有很强的抵御水和氧气侵蚀的能力;另外还有一种特殊的做法,是将钢铁制品表面做上另一种铁锈——四氧化三铁,它呈蓝黑色,它跟氧化铁的性质不同,它也像铝的氧化物那样致密,对钢铁也有保护作用,这种做法叫烤蓝.你看,战士用的枪支,建筑用的钢筋、铁板,都不是铁原来的银白色,而是黑黝黝的,闪烁着蓝光,这就是经过了烤蓝处理.
2.金属资源保护
矿物的储量有限,而且不能再生.总有一天,这些金属资源会消耗殆尽的.怎样保护金属资源呢?除了前面介绍的应防止金属的腐蚀外,另一条有效途径是金属的回收和利用.
在能源紧张的今天,铝作为贮存能源的“银行”备受青睐.富裕的电力无法贮存,可用来炼铝,炼1千克铝耗电十七八度,铝锭又不锈蚀能长期存放.回收铝所需的能量只有炼铝的1/20,是回收钢铁的1/8,而且回收起来极少损耗.所以国外大量采用铝质包装箱、周转箱.连汽水瓶、罐头盒都是铝膜制的软罐头,建筑行业的脚手架也用铝质的,这一切都为了便于回收,节约能源.
废旧金属的回收利用还可以减少对环境的污染.例如,废旧电池中含有汞等对环境有害的金属元素,如果将废旧电池随意丢弃,汞等渗出会造成地下水和土壤的污染,威胁人类健康.将汞等金属回收利用,不仅可以节约金属资源,还可以减少对环境的污染,所以金属的回收和利用具有重要意义.
保护金属资源的第三条有效途径是应有计划、合理地开采矿物,严禁不顾国家利益乱采矿.另外还可以开发新材料替代金属.例如:已经能用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮,还可以将玻璃经过特殊处理,制成玻璃钢,玻璃钢的硬度极高,与钢铁不相上下,但它十分轻盈,不生锈、不导电,用途十分广泛,可用来制作轿车车身、汽艇外壳、火车车厢、轻型坦克等.
※问题全解
1.怎样防止铁制品生锈?
答:常用的防止铁生锈的方法有:
(1)组成合金,以改变铁内部的组织结构.例如把铬、镍等金属加入普通钢里制成不锈钢,就大大地增加了钢铁制品的抗生锈能力.
(2)在铁制品表面覆盖保护层是防止铁制品生锈普遍而重要的方法.根据保护层的成分不同,可分为如下几种:
a.在铁制品表面涂矿物性油、油漆或烧制搪瓷、喷塑等.例如:车厢、水桶等常涂油漆;机器常涂矿物性油等.
b.在钢铁表面用电镀、热镀等方法镀上一层不易生锈的金属,如锌、锡、铬、镍等.这些金属表面都能形成一层致密的氧化物薄膜,从而防止铁制品和水、空气等物质接触而生锈.
c.用化学方法使铁制品表面生成一层致密而稳定的氧化膜以防止铁制品生锈.
(3)保持铁制品表面的洁净和干燥也是防止铁制品生锈的一种很好方法.
2.炼铁和炼钢有何不同?
答:炼铁是把铁从矿石中还原出来,而炼钢是把生铁中的碳含量降下来.
生铁冶炼 炼钢
原料 铁矿石、焦炭、石灰石、空气 生铁、废钢
原理 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 用氧气或铁的氧化物除去生铁中多余的碳元素
主要设备 高炉 转炉、平炉、电炉
产品 生铁 钢
需要注意的是,生铁和钢都是铁的合金,都是不纯的物质,尤其不能把钢看作纯净物.
【学习方法指导】
1.要密切联系生活,将学过的知识积极地运用,加以适当的分析,不需死记硬背.
[例1]某同学晚上帮妈妈做饭,切完青菜就将菜刀放在砧板上,第二天早晨发现菜刀生锈了.
试问:(1)菜刀上是否发生了化学反应?(2)菜刀为什么会生锈?(3)为了防止这把菜刀生锈,该同学应该怎么做?
答案:(1)菜刀生锈,生成了与铁不同的物质,即生成了新物质,发生了化学反应.(2)用菜刀切青菜,刀上必沾水,放在砧板上又与空气中的氧气接触,满足了铁锈蚀的条件,所以生锈.(3)为防止菜刀生锈,可将菜刀洗净擦干,放在干燥处即可,或再涂上一层食用油,起到隔绝空气的作用.
点拨:防锈的方法和措施有多种,但我们应考虑到该同学是在家里,因而要防止菜刀生锈,只需用日常常用且简便易行的防锈方法即可.
2.在研究铁的冶炼过程时,应区别焦炭和一氧化碳的作用,虽然焦炭也有还原性,但在炼铁时起还原剂作用的是CO,CO是由焦炭和二氧化碳反应得到的.
[例2]某钢铁厂高炉炼铁的主要原料是焦炭、赤铁矿(主要成分是Fe2O3)、空气等,主要反应过程如下所示:
(1)在上面方框中写出有关反应的生成物的化学式.
(2)写出②、③两步反应的化学方程式
②_____________________________ ③______________________________
答案:(1)CO2,CO;
(2)CO2+C2CO,3CO+Fe2O32Fe+3CO2
点拨:解本题的关键是弄清冶铁过程中还原剂是什么?它是怎样生成的?然后根据题目所给条件综合分析,便可迎刃而解.
3.在本课题涉及到的计算中,尤其要注意的是关于不纯物的计算,一定要先将不纯量转化成纯量后再根据方程式计算.
[例3]若赤铁矿石中Fe2O3的质量分数为80%,600 t 这样的赤铁矿可炼出含碳等其他杂质质量分数为7%的生铁多少吨?
解:设可炼出含杂质质量分数为7%的生铁的质量为x
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
600 t×80% x·(1-7%)
x==365 t
答案:可炼出含碳等杂质质量为7%的生铁365 t.
点拨:这类题很容易出错,错误原因主要在于没有理解哪些是不纯物的质量,哪些是纯净物的质量.赤铁矿和生铁都是混合物,而在化学方程式的计算中,所涉及到的都是纯净物的质量,只要牢牢把握住这一点,所有含杂质的计算都可迎刃而解.
【拓展训练】
铁生锈的用途
我们知道,钢铁生锈是铁的致命弱点,全世界每年有近四分之一的钢铁制品由于生锈而报废.在人们研究防止钢铁生锈的过程中,有人就注意到钢铁在生锈的过程中,伴随着一个极其普遍的化学反应现象——放热.利用这个化学反应放出的热量作为热源而发明了一种发热剂.这种发热剂的主要成分是铁粉、活性炭、食盐水、木屑等,发热剂和空气接触时,铁屑就要发生一系列复杂的化学反应而生锈,同时放出大量的热.为了加快铁生锈的速度,必须提高铁和空气的接触面,把铁粉的粒度做得很小,其直径一般在0.15毫米以下.发热剂中食盐和活性炭也能加快铁生锈的速度.把发热剂装入塑料袋中,然后再进一步包装,就可以制成各种各样的热散敷袋或化学暖炉,用于取暖或用于医疗保健.温度可维持在50℃~60℃,并能持续很长时间.
【问题点拨】
1.通过实验回答,铁钉在下列哪些情况下容易生锈?
(1)在干燥的空气中
(2)在潮湿的空气中
(3)部分浸在食盐水中
(4)浸没在植物油中
指导建议:本题可通过实验来寻找结果,按题目所给要求完成实验,进行探究.当然还可以利用本课题中所学铁生锈的条件分析完成.铁制品在与氧气、水同时接触的条件下易生锈.所以在干燥的空气中,没有水分铁不易生锈,而在潮湿的空气中,既有水,又有氧气,符合铁生锈的条件.当铁部分浸入食盐水中,随着水分的蒸发,液面上的铁实际上也是处在潮湿的空气中,所以也易生锈,但浸没在植物油中,不与氧气、水接触,也就不会生锈了.
2.回答下列问题
(1)为什么沙漠地区的铁制品锈蚀较慢?
指导建议:沙漠地区空气干燥.
(2)切过咸鱼的刀不经洗净抹干,为什么很快就生锈?
指导建议:咸鱼中有水分且含盐,刀切过咸鱼,盐水沾在刀上,刀又与氧气接触,所以很快就生锈了.
(3)被雨水淋湿的自行车,为什么须先用干布擦净后才能用带油的布擦.
指导建议:尽管用带油的布擦被水淋湿的自行车,但水分依然存在,并且水与油不相溶,铁依然能接触到空气和水,铁生锈的条件依然存在,所以必须先擦去水分再抹油.
3.我国古代将炉甘石(ZnCO3)、赤铜(Cu2O)和木炭粉混合后加热到约800℃,得到一种外观似金子的锌和铜的合金,试写出反应的化学方程式.(提示:ZnCO3加热可分解为ZnO).
指导建议:分析题目,原料是ZnCO3、Cu2O和C而产物是Zn和Cu,而且其中C是一种还原性物质,所以这是一道利用还原剂从氧化物中冶炼金属的题目.所以先找Zn和Cu的氧化物.根据提示:ZnCO3 ZnO+CO2↑所以可以用C分别还原ZnO和Cu2O,反应的化学方程式如下:
2ZnO+C2Zn+CO2↑ 2Cu2O+C4Cu+CO2↑
4.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%的生铁多少吨?
指导建议:首先将不纯物的量转化成纯物质量
Fe2O3质量=5000 t×76%=3800 t
设生铁质量为x,则纯铁质量=98%·x
然后再根据方程式进行计算.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
3800 t 98%·x
160∶3800 t=112∶98%·x x=≈2714.3 t
5.冶炼2000 t含杂质3%的生铁,需要含Fe3O4 90%的磁铁矿石多少吨?
指导建议:纯铁质量=2000 t×(1-3%)=1940 t
设磁铁矿石质量为x,则Fe3O4质量为90%·x
反应原理: Fe3O4+4CO3Fe+4CO2
232 168
90%·x 1940 t
232∶90%·x=168∶1940 t
x==2976.7 t
所以磁铁矿质量为2976.7 t.
6.对如何防止你家的刀、剪等铁制品和铁制农具等生锈,想出两种以上的方案,比较方案的优缺点,并在家里实施你的方案.
指导建议:可针对铁制品生锈的条件提出方案.如用完后将这些铁制品擦干放在干燥地方或擦干后涂上一层油起保护作用等.第八章复习 单元练习
一、选择题
1.国际因特网上报道:“目前世界上有20万人患有缺铁性贫血.”我国政府将启动“酱油补铁工程”.这里的铁是指( )
A.铁元素 B.铁单质
C.四氧化三铁 D.三氧化二铁
2.铝的抗腐蚀能力强的原因是( )
A.铝在常温下不与氧气反应
B.铝的化学性质不活泼
C.铝的表面容易形成一层致密的氧化物薄膜
D.铝有较强的还原性
3.铜粉中含有少量的铁粉,最佳的除铁办法是( )
A.加入足量稀硫酸,过滤 B.在空气中灼烧
C.高温下加热并通入氢气 D.加入足量硫酸铜溶液,过滤
4.在茶缸和脸盆等铁制品表面烧制搪瓷的目的是( )
A.增大硬度防止撞坏 B.增大厚度防止磨损
C.防止铁生锈且美观 D.美观和杀菌消毒
5.如下图所示,在盛水的试管中放一根洁净的铁钉,用带U型管的胶塞塞紧,U型管内液面处于同一高度.数天后观察U型管内的水面( )
A.a比b高
B.b比a高
C.一样高
D.U型管中的水从b管中全部溢出
6.在天平的左右两个托盘上,各放一质量相等的烧杯,其中盛有等质量的稀硫酸,天平平衡,如果分别将下列四组中的两种物质放入左右两个烧杯内,充分反应后,天平仍保持平衡的是( )
A.等质量的锌和铜
B.等质量的铁和铜
C.等质量的锌和铁(反应后烧杯中两种金属均有剩余)
D.等质量的锌和铁(反应后烧杯内酸都有剩余)
7.我国是世界文明发达最早的国家之一,如冶铁、炼钢、湿法炼铜都是我国劳动人民发明的,它们最早发现的朝代依次是( )
A.春秋、战国、宋代 B.宋代、战国、春秋
C.宋代、春秋、战国 D.春秋、宋代、战国
8.生铁和稀盐酸反应后会留有残渣,残渣的主要成分是( )
A.氯化亚铁 B.三氧化二铁
C.碳 D.铁
9.将一枚洁净的铁钉浸入稀硫酸中,下列叙述:①铁钉表面产生气泡 ②液体由无色逐渐变为浅绿色 ③铁钉的质量减轻 ④液体的质量减轻.其中正确的是( )
A.②③ B.①②④
C.①②③ D.①②③④
10.利用下列各组物质之间的反应,能够验证Fe、Cu、Ag三种金属活动性顺序的是( )
A.Fe、CuCl2溶液、Ag B.FeCl2溶液、CuCl2溶液、Ag
C.FeCl2溶液、Cu、Ag D.Fe、CuCl2溶液、AgNO3溶液
二、填空题
1.用铁桶盛装硫酸铜溶液时,铁桶很快出现漏洞是因为______________________,反应方程式为______________________.
2.生铁和钢都是铁的合金,它们的性能不同,用途也不同.在你所知的物品中,______________________是由生铁制成的;______________________是由钢制成的.
3.迎香港回归,在《南京条约》议约地——南京下关区静海寺敲响了“警世钟”,铸造该钟采用的主要金属材料是___________________,此金属的优点是_____________________
_______.
4.高层建筑都采用铝合金门窗而不采用钢门钢窗,铁制的舰船外面需涂油漆而铝合金制的飞机却不用,解释两个事例的原因:①_________________;②______________________.
5.如下图所示,在杠杆的两端分别挂着质量相同的铜球和锌球,这时杠杆平衡.然后将两球分别浸没在稀H2SO4和CuSO4溶液中一段时间.
(1)杠杆向________(左或右)倾斜.
(2)________(左或右)杯中溶液密度大.
6.盛放在油罐车内的石油产品,振荡可以产生静电容易引起火灾.所以在石油罐车尾部有一条拖地铁链,这是利用铁____________________的性质.
7.现有A、B、C三种金属,已知A能将C从它的溶液中置换出来,B能与盐酸或稀硫酸反应产生氢气,A不能与盐酸或稀硫酸反应.则这三种金属活动性由强到弱的顺序是________.
8.我国古代的“药金”外观和黄金相似,常被误认为是金子,冶炼方法如下:将炉甘石(ZnCO3)、赤铜(Cu2O)和木炭(C)混合加热到800℃左右,即可得到金光闪闪的“药金”,冶炼过程中除发生ZnCO3ZnO+CO2↑外,还有另外两个反应发生,这两个反应的化学方程式为______________________、______________________.从“合金”的观点看“药金”是由________组成的.
9.在硫酸铜、硫酸锌和稀硫酸的混合溶液中,加入一定量的铁粉,使之充分反应后铁有剩余,过滤,则滤液中有__________________,固体残渣中一定含有______________________.
10.镁、铁在日常生活中都有较广泛的用途.如:(1)镁在空气中燃烧时,能发出耀眼的白光,可用来制造镁闪光灯,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为氯化亚铁,起到补血的作用,试写出这个反应的化学方程式______________
______.
参考答案
一、1.A 2.C 3.D 4.C 5.A 6.C 7.A 8.C 9.C 10.A
二、1.铁和硫酸铜发生了化学反应
Fe+CuSO4FeSO4+Cu
2.暖气片、铁锅 菜刀、锯条
3.铜 铜在金属活动顺序表中排在H之后,化学性质稳定,可长期保存
4.①铝的密度小而轻,钢的密度大而重
②铁易生锈,需有一层保护膜,而铝表面有一层致密的氧化膜,可保护铝不再进一步氧化
5.(1)左 (2)右
6.容易导电
7.B>A>C
教学内容:金属的化学性质
金属的用途不仅与它们的物理性质有密切关系,而且与它们的化学性质也有密切关系.本课题主要探究的就是金属的化学性质及性质中存在的规律.
【课前复习】
※会做了,学习新课有保障
1.回忆铝箔燃烧时的现象,并写出化学方程式.
2.从燃烧需要的条件,比较铝和铁这两种金属有何不同.
3.实验室制氢气时,最好选用哪种金属做反应物?写出有关化学方程式.为什么不用镁和铁?
4.从日常生活中能够看到铝锅相对于铁锅而言最大的优点是什么?
答案:
1.铝箔在空气中剧烈燃烧,发出耀眼白光,生成白色粉末状固体,化学方程式为:
4Al+3O22Al2O3
2.铁丝燃烧需要的条件是:①氧气浓度要足够大,一般在纯氧中才能发生;②温度要很高,一般需要别的物质(如小木条)来引燃.
铝丝燃烧的条件很简单,在空气中点燃,铝条就可以燃烧了.
3.实验室制氢气时,最好选用的是锌粒来制氢气,化学方程式为:Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑;不用镁和铁的原因是:镁与硫酸的反应速度太快,无法进行气体的收集,而铁与硫酸的反应速度又太慢,所以最好选用锌.
4.铝锅最大的优点是不易生锈.大家都有这样的经验:铁锅炒完菜后,如果不刷锅或刷完锅后没将水擦净,第二天锅内就会生成一层黄色的锈而铝锅一般不会出现这种情况.
※先看书,再来做一做
1.从哪些事实可以说明铁、铜、镁的金属活动性强弱?
2.什么是置换反应?
3.把铁钉放在硫酸铜溶液中,铁钉表面会_____________________,这说明铁比铜________________________.
4.在金属活动性顺序里,排在_________________的金属能置换出酸中的氢;位于_________金属能把_________________的金属从它们化合物的溶液里置换出来.由此可知,在金属活动性顺序里,金属的位置越_________________,它的活动性就_________________.
这些问题实际上就是本课题你需要掌握的主要内容.
【学习目标】
1.了解某些金属在化学性质中有相似的地方,但反应的难易和剧烈程度不同.
2.了解置换反应的特点,并能加以判断.
3.熟记常见金属的活动性顺序表.
4.会熟练运用金属活动性顺序表去判断金属能否在某些溶液中发生置换反应.
【基础知识精讲】
※课文全解
一、金属的化学性质
(一)金属与氧气的反应
大多数金属都能与氧气发生化学反应,但反应的难易程度和剧烈程度是不同的.以铝、铜、金为例:
4Al+2O2==2Al2O3 2Cu+O2 2CuO Au+O2不反应
从反应条件我们就能看出这三种金属与氧气反应难易的不同.从而体现出它们的活泼性铝比较活泼,铜次之,金最不活泼.
金属的活泼性还可以从它们与盐酸或稀硫酸的反应中体现出来.
(二)金属与盐酸或稀硫酸的反应
活动与探究解析
反应剧烈情况:镁迅速反应,放出大量的热;锌反应适中,放出热量;铁周围有数个小汽泡缓慢放出;铜周围无现象.
气体产生情况:镁、锌、铁都能与盐酸或稀硫酸反应放出氢气,铜不能.
化学方程式:
Mg+2HCl====MgCl2+H2↑ Mg+H2SO4====MgSO4+H2↑
Zn+2HCl====ZnCl2+H2↑ Zn+H2SO4====ZnSO4+H2↑
Fe+2HCl====FeCl2+H2↑ Fe+H2SO4=====FeSO4+H2↑
从上述分析可以比较出,镁最易发生反应,所以它的性质最活泼;锌比铁活泼;铜不能与酸反应,相对而言不活泼.由此我们可以得出这样的两个结论:
1.并不是所有的金属都能与盐酸或稀硫酸反应放出氢气;
2.能与盐酸或稀硫酸反应并放出氢气的金属比不能与盐酸或稀硫酸反应的金属要活泼.
(三)金属与某些盐溶液的反应
盐,是一类化合物,它是由金属元素和一些非金属元素或原子团构成的.某些盐的溶液能与金属发生置换反应.反应发生的基本依据就是活动性强的金属能把活动性弱的金属从其盐溶液中置换出来.
例如:把砂纸打磨过的铝丝浸入硫酸铜溶液中,因为铝比铜活泼,所以能把溶液中的铜离子置换出来,得到的就是铜单质,所以能在铝丝表面看到覆盖了一层红色的铜;同时溶液中的硫酸铜逐渐减少,硫酸铝逐渐增多,溶液颜色由原来的蓝色逐渐变浅.化学方程式为:
2Al+3CuSO4====3Cu+Al2(SO4)3
二、金属活动性顺序
(一)金属活动性顺序表
不同的金属活动性不同,为了方便研究金属的性质及用途,我们把常见的金属按活动性由强到弱的顺序排列起来,这就是金属活动性顺序表.
K__Ca__Na__Mg__Al__Zn__Fe__Sn__Pb__(H)__Cu__Hg__Ag__Pt__Au
强 弱
(这个顺序表很重要,一定要记住哦!)
(二)金属活动顺序表的应用
金属活动性顺序在工农业生产和科学研究中有重要应用,它可以给你以下一些判断的依据:
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.
3.在金属活动性顺序里,位于前面的金属能把位于它后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来.
例如:将银丝放入到硫酸铜溶液中,能否看到银丝变红呢?
我们先看金属活动顺序表,银排在铜的后面,不如铜活泼,所以不能将铜置换出来,这个反应是无法发生的.
所以金属活动性顺序表可以帮助大家更加准确、快捷的判断反应的发生,同时它所反映出的一些规律,也可以帮助我们准确地判断出金属的活动性顺序.
※问题全解
1.铝制品为什么不易锈蚀损坏?
答:铝不生锈吗?不,铝也生锈,而且由于铝比铁还活泼,所以铝比铁更容易生锈,不过铝不像铁那样容易烂掉,这是因为铝一旦生锈,便产生了“自身防护”本领,在自身表面形成一层致密的氧化膜,这层氧化膜紧紧贴在铝的表面,水、二氧化碳、氧气等钻不进去,从而使内部的铝免遭侵害.为了使铝制品更加经久耐用,人们用化学方法对铝制品作表面处理,使其表面覆盖一层较厚的氧化膜.经草酸处理的呈金黄色,经硫酸处理的呈灰白色.
2.怎样应用金属活动顺序表?
答:金属活动顺序表在初中化学中应用范围很广泛:
(1)金属与酸的置换反应
我们知道,只有在金属活动顺序表中排在氢前面的金属才能与酸发生置换反应,生成盐和氢气,如:Zn+H2SO4====ZnSO4+H2↑;Fe+2HCl====FeCl2+H2↑而在氢后的金属不能置换出酸中的氢,如Cu+H2SO4====CuSO4+H2,这个方程式是错误的,因为这个化学反应是无法实现的.另外还要注意两点:①在做实验时,通常不用很活泼的金属钠及其前面的金属与酸反应,因为反应太剧烈,甚至于起火、爆炸,又不易控制,容易发生事故.
②不能把位于氢前面的金属与浓硫酸或硝酸作用来制氢气,因为这些酸具有强氧化性,它们之间即使发生反应,也不是置换反应,不放出氢气.
(2)金属跟盐的置换反应
在金属活动顺序表中,排在前面的金属才能把排在后面的金属从盐溶液里置换出来.
但需要注意两点:
①在反应中盐必须是可溶性的,一定在盐溶液中反应,一些不溶性的盐跟金属不能在水中发生反应,如Fe+CuCO3≠Cu+FeCO3 (CuCO3是难溶物);
②很活泼的钾、钠等金属,与排在它们后面盐溶液反应,不能置换出盐中的金属元素,而是与溶液中水反应,放出氢气,如:钠放入到硝酸铜[Cu(NO3)2]溶液中发生的反应是2Na+2H2O====2NaOH+H2↑
(3)金属跟氧的反应
在金属活动顺序里,越活泼的金属越容易和氧化合.如钾、钠、钙等在常温下,放在空气中就容易被氧化,因此要隔绝空气保存,钠、钾等在实验室要保存在煤油中.有些金属在加热的条件下能跟氧气反应,如:
2Mg+O22MgO
银及其后面的金属,因为它们的活动性实在太弱,即使在加热条件下也不能和氧气化合.
3.如何确定一个化学反应是置换反应?
答:置换反应的特点是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物,反应物和生成物都各是两种,并且都是一种单质和一种化合物.
置换反应一般存在于两类反应中:一类是金属与盐酸(稀硫酸)或盐溶液的反应;另一类是还原性单质与金属氧化物的反应.如C+2CuO2Cu+CO2↑ 3H2+Fe2O3====2Fe+3H2O等.
【学习方法指导】
本课题的重点是对金属活动性顺序的探究.金属活动性顺序在日常生活中应用十分广泛,大家应多联系实际,熟练掌握.
1.熟记与酸的反应规律.
[例1]下列盐能由金属与酸发生置换反应制得的是( )
A.CuSO4 B.MgCl2
C.AlCl3 D.Zn(NO3)2
解:利用金属活动性顺序表,排在H前的金属可置换出酸中的氢,所以A不行,Zn可与HNO3生成Zn(NO3)2,但不是置换反应,所以D也不选.
答案:选B、C
点拨:金属与酸发生置换反应有两个条件,一是金属的活动性要比H强,还有酸必须是盐酸或稀硫酸,否则,不能发生置换反应.
[例2]酸雨对下列设施的腐蚀性较强的是( )
A.铝制窗框 B.铜制塑像
C.大理石围栏 D.柏油路面
解:根据金属活动性顺序,铝活泼,铜不活泼,所以铝制窗框较易腐蚀,铜制塑像则不易被酸雨腐蚀;大理石的主要成分是CaCO3,我们在实验室制CO2时已经知道,它能与酸生成CO2,所以大理石围栏易受酸雨腐蚀;柏油路面的成分实际上是沥青,不与酸反应.
答案:选A、C
点拨:此题是一道综合性较强的题目,除了考查金属与酸的反应,还考查了大理石等物质与酸的反应,这是两种反应类型,大家应加以区别它们的反应规律.
2.依据金属活动顺序的规律,能根据化学反应判断金属活动性顺序.
[例3]有A、B、C、D四种金属,已知C、D与稀硫酸能发生置换反应,而A、B不能;向B的盐溶液中投入A单质,有B析出;在C、D的盐溶液中分别放入锌粒时,前者能析出C,后者不能,则金属A、B、C、D的活动顺序为( )
A.C>D>B>A B.B>A>C>D
C.D>C>A>B D.D>A>B>C
解:依题意,C、D能与稀H2SO4反应而A、B不能,说明在金属活动顺序中,C、D排在H前A、B排在H后,A投入到B盐溶液中能置换出B,说明A比B活泼;又知Zn粒放入C、D盐溶液中,锌粒能置换出C而不能置换出D,说明D的活泼性比锌强,C的活泼性比锌弱.所以A、B、C、D四种金属的活动顺序为:D>C>A>B
答案:选C
点拨:此题是根据金属与酸、金属与盐溶液反应的一般规律来判断活动性顺序,解题时,应注意因果关系.
【知识拓展】
铝制器皿也要正确使用
金属铝密度小,延展性好,用它制的器皿轻便光亮又不易生锈,深受人们的欢迎.
铝是一种活泼金属,极容易和空气中的氧气起化学反应生成氧化铝(Al2O3).氧化铝在铝制器皿表面结成一层灰色致密的极薄的(约十万分之一厘米)薄膜,这层薄膜十分坚固,它能使里边的金属和外界完全隔开,从而保护内部的铝不受空气中的氧气的侵蚀.
但是,铝和氧化铝薄膜都能和许多酸性或碱性物质起化学反应,一旦氧化铝薄膜被碱性溶液或酸性溶液溶解掉,则内部铝就要和碱性或酸性溶液起反应而渐渐被侵蚀掉.所以铝制器皿不能用碱性溶液或酸性溶液洗刷,也不能用铝锅等铝制器皿来盛放食用碱(Na2CO3)、洗衣粉或食醋等.
使用铝制器皿时尽量避免划伤,更不能将氧化膜刮掉.当铝制器皿上有了油污时,不可用砂子、煤灰、砂纸等擦刷,可使用中性洗衣粉将其洗净.如果被烟熏黑,要用抹布涂些去污粉或用棉团蘸一点醋擦过以后,用水冲洗干净就行了.
使用铝制器皿时,还有一点要注意,不能在铝制器皿中盛放食盐或食盐水.因为这样做能提供氯离子,有氯离子存在时能加快氧化膜的破坏而失去保护作用.
【问题点拨】
1.铝的化学性质很活泼,为什么通常铝制品却很耐腐蚀?为什么不宜用钢刷、沙等来擦洗铝制品?
指导建议:铝的化学性质很活泼,很容易与空气中的氧气反应,从而在表面形成一层致密的氧化膜,从而阻止铝进一步氧化,因此,铝具有很好的抗腐蚀性,如果用钢刷、沙等擦洗铝制品,会破坏表面的保护膜,降低铝的抗腐蚀性.
2.波尔多液是一种农业上常用的杀菌剂,它是由硫酸铜、石灰加水配制而成,为什么不能用铁制容器来配制波尔多液?
指导建议:波尔多液是一种浑浊的液体,它是由硫酸铜、氧化钙和水按一定比例混合而成,其间发生了较复杂的化学反应,有很强的杀菌效果,常用来去除葡萄生长时产生的一种病菌,它的成分中有硫酸铜溶液,若用铁制容器,会发生化学反应:Fe+CuSO4====Cu+FeSO4,破坏了波尔多液的成分,也腐蚀了容器.
3.写出下列变化的化学方程式,并注明反应类型(CO与Fe3O4的反应除外).
指导建议:C CO2:C+O2CO2 (化合)
或 C+2CuO2Cu+CO2↑ (置换)
CO2CO:CO2+C2CO (化合)
FeFe3O4:3Fe+2O2Fe3O4 (化合)
4CO+Fe3O43Fe+4CO2
FeFeSO4:Fe+H2SO4====FeSO4+H2↑ (置换)
或Fe+CuSO4====Cu+FeSO4 (置换)
FeFeCl2:Fe+2HCl====FeCl2+H2↑ (置换)
或Fe+CuCl2====FeCl2+Cu (置换)
4.写出镁、铜、氧气、盐酸两两间能发生反应的化学方程式,并注明反应类型.
指导建议: 2Mg+O22MgO (化合)
Mg+2HCl====MgCl2+H2↑ (置换)
2Cu+O22CuO (化合)
5.下列物质能否发生反应?写出能发生反应的化学方程式.
(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
指导建议:(1)不能,因为在金属活动顺序表中银排在氢的后面,又因为铜也排在锌的后面,所以(3)也无法发生;(2)反应的化学方程式为:Zn+CuSO4====Cu+ZnSO4;(4)反应的化学方程式为:Al+3AgNO3====3Ag+Al(NO3)3
6.填写下列表格.(“混合物”栏中括号内为杂质,限用化学方法)
混合物 除去杂质的化学方程式 主要操作步骤
铜粉(Fe)
FeCl2溶液(CuCl2)
指导建议:铜粉中混有铁粉,若用化学方法除去,试剂最好选用硫酸铜溶液,因为Fe+CuSO4====Cu+FeSO4,主要操作步骤为:将混合物放入硫酸铜溶液中充分搅拌,然后过滤,洗涤滤渣,即得纯净的铜.(当然也可用盐酸或稀硫酸)
FeCl2溶液中混有CuCl2,可采用加铁的方法将CuCl2中铜元素置换出来,发生的反应为:
Fe+CuCl2====Cu+FeCl2,主要操作步骤为向混合液中加入足量的铁粉,充分搅拌至蓝色褪去,过滤,滤液即为FeCl2溶液.
7.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表面有银析出,而Z没有变化.根据以上实验事实,判断X、Y和Z的金属活动性顺序.
指导建议:X能溶于稀硫酸并放出氢气,说明在金属活动顺序表中,X在H前,Y不溶,说明Y在H后,所以X的活动性比Y强;Y能置换Ag而Z不能,说明Y比Ag活泼,Z不如Ag活泼,因此Y的活动性比Z强,所以三种金属的活动性由强到弱依次为X、Y、Z.
8.镁、锌、铁三种金属各30 g,分别与足量盐酸反应,各生成氢气多少克?如果反应后各生成氢气30 g,则需要这三种金属各多少克?
指导建议:
解:设:若镁、锌、铁各30 g,则生成氢气质量分别为x、y、z
Mg+2HCl====MgCl2+H2↑
24 2 24∶2=30 g∶x
30 g x x==2.5 g
Zn+2HCl====ZnCl2+H2↑
65 2 65∶2=30 g∶y
30 g y y==0.92 g
Fe+2HCl====FeCl2+H2↑
56 2 56∶2=30 g∶z
30 g z z= =1.07 g
另设若都生成30 g H2,则需镁质量为a,锌的质量为b,铁的质量为c.
根据化学方程式可知:
Mg ~ H2
24 2 得: 24∶2=a∶30 g
a 30 g a==360 g
Zn ~ H2
65 2 得: 65∶2=b∶30 g
b 30 g b==975 g
Fe ~ H2
56 2 得: 56∶2=c∶30 g
c 30 g c==840 g金属的化学性质
一、选择题
1.下列各组金属中,按金属活动性由强到弱顺序排列的是( )
A.Na、Fe、Mg B.K、Cu、Fe
C.Ca、Ag、Zn D.Al、Zn、Hg
2.公元2世纪,我国古代炼丹家魏伯阳著有《周易参同契》,这是世界上现存最早的一部炼丹专著.书中描写道:“金入于猛火,色不夺精光.”这句话是指黄金的性质在强热的条件下( )
A.易氧化 B.易还原
C.很稳定 D.很活泼
3.能用铁制容器盛放的试剂是( )
A.盐酸 B.稀硫酸
C.硫酸铜溶液 D.酒精`
4.将一根螺旋状的细铁丝放入稀硫酸铜溶液中(见下图),经过较长一段时间后发现( )
A.铁丝表面覆盖了一层红色固体物质
B.溶液由蓝色变为无色
C.在试管底部沉积一层黑色固体物质
D.试管内溶液颜色上浅下深
5.下列金属中,常温下就易和氧气反应的是( )
A.铝 B.铂 C.铁 D.铜
6.医疗上颇为流行的“理疗特效热”,就是利用铁缓慢氧化放出的热均匀稳定,而使患病处保持较持久的温热状态.56 g铁粉完全氧化,需要消耗氧气的质量为( )
A.16 g B.21 g C.24 g D.32 g
7.将铁片分别放入下列溶液中充分反应后,溶液质量比反应前减少的是( )
A.CuSO4溶液 B.H2SO4溶液
C.FeSO4溶液 D.HCl溶液
二、填空题
1.在三支试管中,分别加入等质量的铁、锌、铜三种金属,再分别加入足量的稀硫酸,其中不反应的是 ① ,反应产生气体速度最快的是 ② ;产生气体最多的是 ③ ,铁溶于稀硫酸后,溶液呈 ④ 色.
2.宋朝初期,人们发现江西上饶有一苦泉,蒸发这种苦泉水会得到胆矾,熬苦泉水的铁锅用久了会变成铜锅,这也是湿法炼铜的起源.
写出这个反应的化学方程式______________________,该反应属于______________反应.
3.冷的浓硫酸能使铁表面钝化而不被腐蚀,所以可以将浓硫酸盛放在铁制容器中,但某同学错把稀硫酸装入了铁制容器中,此时如遇明火,就有可能发生爆炸.其原因是(用化学方程式表示):
(1)____________________________________________
(2)____________________________________________
参考答案
一、1.D 2.C 3.D 4.AD 5.A 6.C 7.A
二、1.①Cu ②Zn ③Fe ④浅绿色
2.Fe+CuSO4FeSO4+Cu 置换
3.(1)Fe+H2SO4FeSO4+H2↑