常见的金属材料

常见的金属材料

【课标要求】

●了解金属的物理特性，认识金属材料的重要作用。

●认识合金的重要性，知道生铁和钢等重要合金。

●了解炼铁原理。

【核心内容】

金属的物理性质

金属材料   合金：混合物

炼铁原理：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；还原反应。

【要点精讲】

 1．金属的物理性质：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、导热性能。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。金属材料可分为黑色金属材料（铁、锰、铬及其合金）和有色金属材料（注：这只是金属的一种分类方法，不是指金属的颜色。）

2．合金：

合金是在一种金属中加热熔合某些金属或非金属而制得的混合物，其强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀等性能也更好。

生铁和钢都是铁的合金。生铁含碳2%—4.3%，硬而脆。钢含碳0.03%—2%,硬而韧。古代的青铜器（铜锡合金），黄铜（铜锌合金）制品、铝合金制品、18K金首饰等都是合金。

3．炼铁原理：

（1）炼铁原理的探究实验

现象：红色的氧化铁粉末逐渐变成黑色粉末，生成的气体能使澄清的石灰水变浑浊。

解释：氧化铁和一氧化碳在高温条件下发生反应，生成金属铁和二氧化碳。反应的化学方程式为：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，在这个反应中，氧化铁中的氧被一氧化碳夺去，铁被还原出来，一氧化碳是还原剂。化学上把氧化物中的氧被夺去的反应叫做还原反应。

实验注意事项：

a、加热前先通入CO；

b、加热； 

 ①实验步骤   c、撤灯；

d、继续通入CO至试管冷却。

②尾气处理：CO有毒，尾气必须处理（可烧掉或收集起来）。

工业炼铁：原理同上。原料为铁矿石（赤铁矿Fe2O3、磁铁矿Fe3O4、菱铁矿FeCO3、黄铁矿FeS2等）焦炭、石灰石、空气。设备为高炉。

（2）含杂质物质的化学方程式的计算：先把含杂质的物质的质量换算成纯净物的质量，再进行计算。

纯净物的质量=不纯物质的质量×纯度。

例题解析

【例1】从铁、铝、铜、锌、钛、汞、银七种金属中，选择填空：

①常用作电镀和作干电池电极的金属是      。

②常用于制作电线电缆的金属是    、   。

③常用于航空工业和制造飞机的金属是   、   。

④生铁和钢是哪种金属的合金      。

⑤包装糖果和香烟的银白色金属是      。

⑥金属表面为了防锈而刷的“银粉”是      。

⑦暖水瓶的瓶胆内镀的是      。

⑧玻璃镜子背面镀的金属是      。

⑨体温计内填充的金属是      。

⑩“白铁”表面镀的金属是      。

【解析】①锌②铝、铜③钛、铝。性质决定用途，但不是唯一的因素，还有成本、美观等因素。④铁，考查生铁和钢含碳量的区别。⑤铝⑥铝⑦银⑧银⑨汞⑩锌。强调了化学与身边物质的联系。

【例2】下列物质不属于合金的是（    ）

       A．氧化铁      B．锰钢         C．不锈钢         D．黄铜

【解析】氧化铁是氧化物，属于纯净物，不是合金。应选A

【例3】炼铁选用的铁矿石不仅要选含铁量高的，还要选“有害元素”少的。常见的铁矿有：磁铁矿（主要成分是Fe3O4），赤铁矿（主要成分是Fe2O3），褐铁矿（主要成分是2 Fe2O3·3H2O），菱铁矿（主要成分是FeCO3），黄铁矿（主要成分是FeS2）你认为最适宜炼铁的矿石是             ，理由是                                                       。

【解析】判断各种矿石的含铁量，不必计算出铁元素的质量分数，可以用铁元素与其他元素的原子个数比来判断。在磁铁矿（Fe3O4）中Fe、O原子个数比1∶1.3；在赤铁矿（Fe2O3）中Fe、O原子个数比1∶1.5；而黄铁矿（FeS2）中的1个硫原子的质量相当于2个氧原子，Fe、S原子个数比为1∶2，相当于Fe与O的原子个数比为1∶4；Fe与O的原子个数比值越大含铁量越高。最适宜炼铁的矿石是磁铁矿和赤铁矿；因为磁铁矿和赤铁矿这两种铁矿石含铁量高（铁元素的质量分数大），含有害元素少，便于冶炼、污染少。

【例4】A、B皆为无色气体，C、D皆为红色粉末。如图所示进行实验，一段时间后红色粉末都变为黑色，但甲图中澄清石灰水变浑浊，乙图中澄清石灰水不变浑浊。

试推断：

（1）A为                   ，

     B为                   ，

     C为                   ，

     D为                   。

（2）写出甲、乙两图中化学反应方程式。

【解析】学生知道的红色粉末，可能是氧化铁，也可能是铜粉，甲图所示实验中红色粉末变黑，同时有二氧化碳生成，可能是一氧化碳还原氧化铁。而乙图所示实验中红色粉末变黑，澄清石灰水不变浑浊，可能是氧气氧化了铜。答案(1)A为CO，B为O2，C为Fe2O3,D为Cu.(2) Fe2O3+3CO2Fe+3CO2,  2Cu+O22CuO

【技能训练】

一、选择题

1．下列关于生铁和钢的描述中，正确的是（    ）

   A．生铁和钢都是混合物，其主要成分都是碳

   B．生铁硬而有韧性，即可铸又可锻

   C．生铁和钢的性能有很大差别，主要是生铁和钢中的含碳量不同

   D．钢是用铁矿石和焦炭做原料炼制成的

2．下列金属材料中，在工业上属于黑色金属材料的是（    ）

   A．钛             B．铜             C．锌             D．铁

3．炼铁过程中，主要用于还原铁的氧化物的物质是（    ）

   A．氢气           B．一氧化碳       C．焦炭           D．氧气

4．下列化学反应不是在炼铁高炉中发生的是（    ）

   A．CO2+C2CO                   B．C+O2CO2

   C．Fe2O3+3CO2Fe+3CO2           D．3Fe+2O2Fe3O4

5．下列金属材料制成的炊具，对人体健康有益的是（     ）

   A．铝           B．铜                C．生铁             D．不锈钢

6．下表中列出几种物质的熔点（在标准大气压下），据此判断以下说法中正确的是（    ）

物质名称	固态水银	金	铜	铁	钨	固态氢
熔点（℃）	－38.8	1064	1083	1535	3410	－259

   A．铜球掉入铁水中不会熔化              B．在－255℃时，氢是固态

   C．水银温度计可测量－40℃的气温         D．用钨制成的灯丝不易熔化

7．用CO还原铁的氧化物1mg，得到铁粉0.75mg,则下列说法中正确的是(    )

   A．该氧化物是Fe2O3   

  B．该氧化物可能是由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的混合物

C．该氧化物是FeO

D．该氧化物中不含FeO

二、填空题

8．盛放在油罐车内的石油产品振荡时要产生静电，容易引起火灾，所以油罐车尾部有一拖地的铁链，这是利用了铁具有能             的性质。

9．某钢铁厂高炉的主要原料是焦炭、赤铁矿（主要成分为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中生成物的化学式。

（2）写出②③两步反应的化学方程式。

②                                 ③                                。

10．正确连接如图所示的装置进行实验，可以验证某混合物气体的成分是CO2和CO（每套装置限用一次）。

请回答下列问题：

（1）连接装置导管口的顺序：混合气体→             →尾气处理。（填导管接口代号）

（2）证明原混合气体中有CO2存在的实验现象是                                    ；证明CO存在的有关实验现象是                                     。

拓展提高

11．钠是一种非常活泼的金属，将其投入水中，它会浮在水面上与水发生剧烈反应，放出大量的热，使自身熔化成小球，甚至使生成的氢气燃烧。其反应的化学方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑。但它不与煤油反应，因而可将其保存在煤油里。

在一个烧杯中倒入一定量的水，向水中滴入2滴无色酚酞试液，再加入适量的煤油，然后将一块绿豆粒般大的钠放入烧杯中，钠会悬浮于水与煤油的界面处，并发生反应，直至消失。

（1）反应后水层呈        色；

（2）反应生成的H2在钠附近会不会燃烧，为什么？

（3）由以上事实可以得出钠具有哪些物理性质？

12．市场上有两种外观类似黄金的金属材料：Cu—Zn合金和Cu—Ag合金，若实验室只提供一瓶稀硫酸和必要仪器。

（1）你认为能测出                 合金中铜的质量分数；

（2）取上述（1）中的合金粉末20g放入烧杯中，加入50g的稀硫酸，恰好完全反应，测得烧杯内剩余物的质量为69.8g。

问：①产生氢气的质量为           g。

②求出该合金中铜的质量分数。