第五章 金属与矿物知识整理

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第五章 金属与矿物
第一节 金属与金属矿物
一、金属的物理性质
大多数金属为银白色（铜为紫红色、金为黄色、铁粉为黑色）、 有金属光泽、常温下为固体（汞为液体）、硬度大、熔沸点高、能导电导热、有延展性
问题：黄铜和黄金外观很相似，你们可用哪些方法将它们鉴别出来？
方法：测密度、硬度等（物理方法）
火烧，变黑的为黄铜，不变色的为黄金。（化学方法）
二、金属的化学性质
（1）金属与氧气的反应
常温下，铝和氧气也能反应，在表面形成一层致密的氧化铝膜。在加热条件下，铁、铜等很多金属都能跟氧气化合生成金属氧化物。
活动与探究：在酒精灯火焰上加热铜丝，观察现象
现象：铜丝表面变黑
2Cu+O2＝2CuO
总结：实验表明：绝大多数金属能与氧气反应，但反应的难易程度不同和剧烈程度不同。
表达式：金属+氧气→金属氧化物 （化合反应）
①铝在常温下能与氧气反应，那么我们用的铝制餐具不易生锈而铁制品却容易生锈呢？
②为何不宜用钢刷来擦洗铝制餐具呢？
（2）金属与酸（稀盐酸或稀硫酸）的反应
观察与思考：在试管中分别加入少量镁带、锌、铜片、铁，再分别加少量稀盐酸或稀硫酸，观察各组物质是否反应，有没有气泡，有没有放热现象，反应速度如何，完成反应方程式。
Mg+2HCl=MgCl2+H2 金属表面有气泡。
Fe+2HCl=FeCl2+H2 金属表面有气泡，溶液由无色变成浅绿色。
Zn+2HCl=ZnCl2+H2
铁、镁、锌能和稀盐酸或稀硫酸反应时剧烈程度不同。____反应最剧烈,其次是 _____，然后是_____
(3)由此推出 ，金属活动性顺序__________________
小结：绝大数金属能与稀盐酸或稀硫酸反应，但反应的剧烈程度不同。
哪个反应最适合实验室制取氢气？为什么？
金属＋酸→盐＋氢气 （置换反应）
（3）铁与硫酸铜的反应（金属与盐溶液的反应）
活动与探究：铁与硫酸铜的反应
现象：铁钉表面有红色物质生成，溶液由蓝色变成浅绿色
化学方程式：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
拓展：铜与硝酸银溶液的反应、铝丝与硫酸铜溶液的反应
金属＋盐溶液→新金属＋新盐 (置换反应)
小结：金属的化学性质
金属
金属与酸反应条件：1、金属为活泼金属 2、酸为稀盐酸和稀硫酸
金属与盐溶液的反应条件：1、（金属符合）前换后 2、反应物盐要可溶
三、金属活动性顺序
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
活泼金属 不活泼金属
强 金属活动性顺序 弱
1、在金属活动顺序表中，只有排在氢前面的金属才能置换出酸中的氢
2、在金属活动顺序表中，排在前面的金属能把排在后面的金属从溶液中置换出来
现学现用：工人在切割钢板时，常用硫酸铜溶液画线你知道为什么？
四、置换反应
Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
Mg+2HCl=MgCl2+H2
Mg+H2SO4=Mg SO4+H2
单质+化合物=单质+化合物
1、概念：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的反应叫做置换反应
2、形式：
A+BC B+AC
小结：化学反应的类型
化合反应：A + B + … → AB…
分解反应：AB… →A + B + …
置换反应：A +BC →AC + B
拓展：氢气的实验制法等（原料、原理、装置、收集方法、验满）
五、常见的金属矿物
拓展：金属与酸反应的计算
1、等质量的四种金属Al、Mg、Fe、Zn与足量的稀盐酸反应，生成氢气的多少？
2Al+6HCl=2AlCl3+3H2
54 6
1 x x=6／54=2／18
Mg+2HCl=MgCl2+H2
24 2
1 x x=2／24
Fe+2HCl=FeCl2+H2
56 2
1 x x=2／56
Zn+2HCl=ZnCl2+H2
65 2
1 x x=2／65
生成氢气的质量为Al＞Mg＞Fe＞Zn
1、 足量的四种金属Al、Mg、Fe、Zn与等质量的稀盐酸反应生成氢气的多少？
结论：生成氢气一样多
第二节 铁的冶炼 合金
1、 铁的冶炼
使金属矿物变成金属的过程，叫做金属的冶炼
1、 实验室铁的冶炼
(1)实验原理：3CO+2Fe2O3=4Fe+3CO2
（2）实验操作：
1、按上图组装仪器，并检查其密性
2、把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻管中，轻轻转动，使氧化铁粉末均匀地附在玻璃管内壁上
3、把硬质玻管接入装置系统中，先通入一氧化碳气体排气；待排尽后，点燃出气口处的酒精灯及酒精喷灯，并观察装置中所发生的变化
4、当红棕色粉末已转变成黑色后，先停止加热，再通一会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却
（3）实验现象：
红棕色的氧化铁粉末逐渐变成黑色，同时澄清的石灰水逐渐变浑浊
（4）注意问题：
1、一氧化碳还原氧化铁是在封闭的硬质玻管中进行的，先通一氧化碳，可以把管内的空气排出，防止一氧化碳与空气混合受热爆炸
2、实验完毕先停止加热，还要继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却为止。（防 止灼热的铁与氧气反应）
（5）实验改进：
可将上述装置除尾气的部分，改成用气球收集，这样收集得到的未燃一氧化碳气体可重复利用、或点燃、或能源的再利用
1、 工业炼铁的原理
设备：高炉
工业炼铁的主要原理：3CO+2Fe2O3=4Fe+3CO2
化学反应： C+O2=CO2 C+CO2=2CO
3CO+2Fe2O3=4Fe+3CO2
1、 生铁与钢
生铁 钢
含碳量 2% - 4.3% 0.03% - 2%
含其他元素 含较多的碳、硫、磷、硅等元素 含碳、硫、磷、硅等元素较少
性能 硬而脆、可铸不可煅 硬而韧良好的延展性和弹性。可铸又可煅
用途 烧菜用的铁锅、暖气片机床的底座等 制造机械、交通工具和武器
生铁和钢都是铁的合金
1、合金的概念：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。
2、合金的性能
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
小结：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。
第3节 金属的防护与回收
一、钢铁的锈蚀与防护
现象：略
1、钢铁锈蚀的原因
主要是铁与氧气、水等物质相互作用，发生一系列复杂的化学反应，使铁转化成铁的化合物的过程。铁锈成分复杂,主要是氧化铁(Fe2O3)。
2、防止金属被腐蚀的方法
（1）避免钢铁与水接触 ：保持钢铁制品表面洁净、干燥。
（2）避免钢铁与氧气接触 ：
在钢铁表面覆盖保护层:涂防锈油、喷涂油漆、烧涂搪瓷、镀一层起保护作用的其他金属
（3）改变钢铁的内部结构：在钢铁中加入铬、镍等（不锈钢）
二、废金属的回收和利用：
1、废弃金属的危害
（1）极大地资源浪费 （2）严重地环境污染
对策：回收利用废金属
2、回收金属的重要意义
节约矿产资源、节约能源等。有着巨大的社会效益和经济效益。
第4节 石灰石的利用
石灰石的用途
（1）制玻璃 (2)做建筑材料 (3)炼铁 （4）制水泥
（5）实验室制取二氧化碳
一、石灰石的主要成分
自然界中还有些主要成分是碳酸钙的物质，如：白垩、蛋壳、珍珠等
它们的主要成分都是碳酸钙
观察与思考：纯碱、草木灰、碳酸氢铵与稀盐酸的反应
物质的名称与化学式 加入盐酸后的现象 结论
常用的纯碱是碳酸钠Na2CO3 都有气泡产生，还可以使澄清石灰水变浑浊 都有二氧化碳生成
草木灰中含有碳酸钾K2CO3
农业上使用的化肥碳铵NH4HCO3
从化学式看它们的组成都有相同的什么？ 它们都含有碳酸根，我们称之为碳酸盐
2、碳酸盐的检验
试剂：稀盐酸和澄清的石灰水
方法：加入稀盐酸，并将生成的气体通入澄清的石灰水中
现象：有气体生成，且澄清的石灰水变浑浊
化学反应方程式：
MgCO3+2HCl=MgCl2+H2O+CO2↑
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
K2CO3+2HCl=2KCl+H2O+CO2↑
二、生石灰的烧制
现象：石灰石变得粉碎，且与水膨胀崩裂成粉末状，产物有少量溶解，能使酚酞变红；可以与二氧化碳反应，产生白色的沉淀。
反应：
CaCO3=CaO+CO2↑
CaO+H2O=Ca(OH)2——此反应放热
3、生石灰、熟石灰、碳酸钙的相互转化
碳酸钙
生石灰 熟石灰
学生写出①②③的化学方程式
于谦的《石灰吟》中蕴涵哪些化学反应？
想一想、试一试：取一块大理石放在酒精喷灯的火焰上灼烧几分钟，想一想，所得到得固体的成分可能是什么呢？你能设计一个方案证明你的猜测吗？试一试？
三、生石灰、熟石灰的性质和用途
1、氧化钙：俗称生石灰
（1）性质：白色固体，能与水反应
CaO+H2O=Ca(OH)2
（2）用途：
①做食品干燥剂：强烈的吸水性(但不可用于干燥酸性气体)
②加热食品(一拉热)：与水反应放热
③建筑材料
思考：某班学生在野炊时用石灰石堆成简易的灶台做饭。野炊后有同学从灶台内侧敲下几块石片，带回实验室分析其成分。
猜想一下，其中可能有什么？并说明判断依据。
2、氢氧化钙的性质和用途
（1）物理性质
俗称熟石灰、消石灰白色固体，微溶于水，形成的溶液即澄清石灰水，形成的悬浊液即石灰浆。
（2）化学性质
Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O
此反应用于检验二氧化碳
用于作建筑材料，其原理：
Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O
△
△
+氧气
盐+氢气
金属氧化物
+酸
+盐溶液
新金属+新盐
高温
高温
点燃
高温
高温
高温
③
①
②
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