李子贤化学第十二次课讲义.docx
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李子贤化学第十二次课讲义
一学教育辅导讲义
学员编号:
XGC064年级:
九年级第11课次
学员姓名:
李子贤辅导科目:
化学教师:
薛坎
课题
金属和金属材料
授课时间:
年月日:
-:
备课时间:
2012.11.19
教学目标
1.了解常见金属的物理性质,认识合金,知道生铁和钢等重要合金,以及合金比纯金属具有更广泛的用途。
2.初步认识常见金属的化学性质,能用置换反应解释一些与日常生活有关的化学问题。
3.能用金属活动性顺序对有关的置换反应进行简单的判断,并能利用金属活动性顺序解释一些与日常生活有关的化学问题。
4.了解从铁矿石中将铁还原出来的方法,了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。
重点、难点
1.了解金属的物理特征,能区分常见的金属和非金属。
2.金属与氧气的反应,以及金属活动性顺序。
3.铁的冶炼,铁生锈及金属铁锈蚀条件及其防护措施的初步探究
考点及考试要求
做题时需要认真审题
教学内容
学习过程:
第八单元金属和金属材料
考点1金属材料
1.金属材料包括纯金属和合金两类。
金属属于金属材料,但金属材料不一定是纯金属,也可能是合金。
2.金属制品是由金属材料制成的,铁、铜、铝及其合金是人类使用最多的金属材料。
考点2金属材料的发展史
根据历史的学习,我们可以知道金属材料的发展过程。
商朝,人们开始使用青铜器;春秋时期开始冶铁;战国时期开始炼钢;铜和铁一直是人类广泛应用的金属材料。
在100多年前,又开始了铝的使用,因铝具有密度小和抗腐蚀等许多优良性能,铝的产量已超过了铜,位于第二位。
考点3金属的物理性质
1.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,在室温下除汞为液体,其余金属均为固体。
2.一些金属的特性:
铁、铝等大多数金属都呈银白色,铜呈紫红色,金呈黄色;常温下大多数金属都是固体,汞却是液体;各种金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等差异较大;银的导电性和导热性最好,锇的密度最大,锂的密度最小,钨的熔点最高,汞的熔点最低,铬的硬度最大。
考点4物质的性质与物质的用途之间的关系
1.物质的性质决定物质的用途,而物质的用途又反映出物质的性质。
2.物质的性质很大程度上决定了物质的用途。
但这不是唯一的决定因素,
在考虑物质的用途时,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紧的影响等多种因素。
考点5合金
1.合金:
在金属中加热熔合某些金属和非金属,形成具有金属特性的物质。
注意:
(1)合金是金属与金属或金属与非金属的混合物。
(2)合金的很多性能与组成它们的纯金属不同,使合金更容易适于不同的用途。
(3)日常使用的金属材料,大多数为合金。
(4)金属在熔合了其它金属和非金属后,不仅组成上发生了变化,其内部组成结构也发生了改变,从而引起性质的变化。
2.合金的形成条件:
其中任一金属的熔点不能高于另一金属的沸点(当两种金属形成合金时)。
3.合金与组成它们的纯金属性质比较。
下面是黄铜和铜片,焊锡和锡,铝合金和铝线的有关性质比较:
性质比较
黄铜
铜
焊锡
锡
铝合金
铝
光泽与颜色
黄色
有光泽
紫红色
有光泽
深灰色
金属光泽
银白色
有光泽
银白色
有光泽
银白色
有光泽
硬度
比铜大
坚韧
硬度大
质软
坚硬
质软
熔点
比铜低
较高
比锡低
较低
比铝低
较高
4.几种常见合金
(1)铁合金:
主要包括生铁和钢,它们的区别是含碳量不同,生铁含碳量2%-4.3%,钢的含碳量为0.03%—2%。
钢比生铁具有更多的优良性能,易于加工,用途更为广泛。
(2)铝合金:
铝中加入镁、铜、锌等金属形成合金。
广泛应用于制造飞机、舰艇和载重汽车等,可增加它们的载重量以及提高运行速度,并具有抗海水腐蚀、避磁性等特点。
(3)铜合金:
黄铜:
铜、锌的合金;青铜:
铜、锡的合金;白铜:
铜、镍的合金。
(4)钛和钛合金:
被认为是21世纪的重要金属材料。
性质:
优异的耐腐蚀性,对海水、空气和若干腐蚀介质都稳定,可塑性好,强度大,有密度小,又称亲生物金属。
用途:
喷气式发动机、飞机机身、人造卫星外壳、火箭壳体、医学补形、造纸、人造骨、海水淡化设备、海轮、舰艇的外壳等。
考点6金属与氧气的反应
金属
条件
反应方程式
现象
Mg
常温下(在空气中
2Mg+O2=2MgO
银白色镁条在空气中表面逐渐变暗,生成白色固体。
点燃时(在空气中或在氧气中)
点燃
2Mg+O2======2MgO
剧烈燃烧,发出耀眼的白光,生成一种白色固体。
Al
常温下(在空气中)
4Al+3O2=2Al2O3
银白色的表面逐渐变暗,生成一层致密的薄膜。
点燃时(在氧气中)
点燃
4Al+3O2====2Al2O3
剧烈燃烧,放出大量的热和耀眼的白光,生成白色固体。
Fe
常温下,干燥的空气
常温下,在潮湿的空气中
铁与空气中的氧气和水共同作用下会生成暗红色疏松的物质——铁锈(Fe2O3·H2O)
在氧气中点燃
点燃
3Fe+2O2======Fe3O4
剧烈燃烧,火星四射,放出大量的热,生成一种黑色固体。
Cu
常温下,干燥的空气
加热时
△
2Cu+O2=====2CuO
铜丝表面逐渐变为黑色
在潮湿的空气中
2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3
铜表面生成一层绿色物质
Au、Ag
即使在高温下也不与氧气反应“真金不怕火炼”。
结论:
大多数金属都能与氧气反应,但反应的难易和剧烈程度不同。
Mg、Al等在常温下就能与氧气反应;Fe、Cu等在常温下几乎不能单独与氧气反应,但在点燃或加热的情况下可以发生反应;Au、Ag等在高温时也不与氧气反应。
考点7金属与酸的反应
金属
现象
反应的化学方程式
稀盐酸
稀硫酸
稀盐酸
稀硫酸
镁
剧烈反应,产生大量气泡,溶液仍为无色,试管壁发热,生成的气体能够燃烧并且产生淡蓝色火焰。
Mg+2HCl=MgCl2+H2
Mg+H2SO4=MgSO4+H2
锌
反应比较剧烈,产生大量气泡,溶液仍为无色,试管壁发热,生成的气体能够燃烧并且产生淡蓝色火焰。
Zn+2HCl=ZnCl2+H2
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
铁
反应缓慢,有气泡产生,溶液由无色逐渐变为浅绿色,生成气体能够燃烧并且产生淡蓝色火焰。
Fe+2HCl=FeCl2+H2
Fe+H2SO4=FeSO4+H2
铜
不反应
结论:
Mg、Zn、Fe的金属活动性比铜强,它们能置换出稀硫酸或稀盐酸中的氢。
考点8金属与化合物溶液的反应
实验操作
现象
反应的化学方程式
质量变化
应用
铁丝浸入硫酸铜溶液中
浸入溶液的铁钉表面覆盖一层紫红色的物质,溶液由蓝色逐渐变为浅绿色
Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
金属质量增加,溶液质量减少
不能用铁制品放硫酸铜溶液(或农药波尔多液)
铝丝浸入硫酸铜溶液中
浸入溶液的铝丝表面覆盖一层紫红色的物质,溶液由蓝色逐渐变为无色
2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu
金属质量增加,溶液质量减少
铜丝浸入硝酸银溶液中
浸入溶液的铜丝表面覆盖一层银白色的物质,溶液由无色逐渐变为蓝色
Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag
金属质量增加,溶液质量减少
铜丝浸入硫酸铝溶液中
结论:
1.以上四种金属的活动性由强到弱的顺序为:
Al>Fe>Cu>Ag
2.活泼性强的金属能把活泼性弱的金属从其化合物溶液中置换出来。
注意:
1.此类反应一定在溶液中进行,不溶于水的化合物一般不与金属反应。
2.K、Ca、Na活动性非常强,但不能用它们置换化合物中的金属,因为它们能同溶液中的水剧烈反应。
考点9置换反应
置换反应:
由一种单质与一种化合物反应,生成另一种单质与化合物的反应叫做置换反应。
考点10金属活动性顺序
人们通过大量的实验验证得到常见金属的活动性顺序:
KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu
金属活动性:
由强到弱
应用:
1.在金属活动性顺序里,金属的位置越靠前,它的活动性越强。
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后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来(K、Ca、Na除外)。
考点11矿石
1.金属资源的存在方式:
地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中,大多数金属化合物性质较活泼,所以它们以化合物的形式存在;只有少数金属化学性质很不活泼,如金等以单质形式存在。
2.矿石:
工业上把能提炼金属的矿物叫矿石。
3.常见矿石名称与其主要成分:
名称
主要成分
名称
主要成分
赤铁矿
Fe2O3
铝土矿
Al2O3
黄铁矿
FeS2
黄铜矿
CuFeS2
菱铁矿
FeCO3
辉铜矿
Cu2S
磁铁矿
Fe3O4
考点12钢铁生产的发展
钢铁的生产和使用是人类文明和社会进步的一个重要标志。
在古代和中世纪的一段很长的历史时期内,我国的钢铁生产技术一直处于世界领先地位。
早在春秋战国时期,我国劳动人们就开始了生产和使用铁器;从公元1世纪起,铁便成了我国最主要的金属;新中国成立后,我国的钢铁工业得到了飞速发展,1949年我国的钢铁产量只有15万吨,居世界第26位,1996年,我国的钢产量超过1亿吨,跃居世界首位。
考点13一氧化碳还原氧化铁
(1)仪器:
铁架台(2个)、硬质玻璃管、单孔橡皮赛(2个)、酒精灯、试管、酒精喷灯、双孔橡皮赛、导气管。
(2)药品:
氧化铁粉末、澄清石灰水、一氧化碳气体
(3)装置图:
(4)步骤:
检验装置的气密性;
装入药品并固定;
向玻璃管内通入一氧化碳气体;
给氧化铁加热;
停止加热;
停止通入一氧化碳。
(5)现象:
红色粉末逐渐变成黑色,澄清石灰水变浑浊,尾气燃烧产生蓝色火焰。
高温点燃
(6)化学方程式:
3CO+Fe2O3====2Fe+3CO22CO+O2=====2CO2
Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O
(7)注意事项:
与CO还原氧化铜的实验操作顺序一样,即先通入CO再加热,实验完毕,停止加热,继续通入CO至试管冷却。
(8)尾气处理:
因CO有毒,不能随意排放在空气中,处理的原则是将CO燃烧掉转化为无毒的CO2或收集备用。
考点14工业炼铁
(1)原理:
在高温下,利用焦炭与氧气反应生成的还原剂(CO)将铁从铁矿石里还原出来。
(2)原料:
铁矿石、焦炭、石灰石和空气
(3)主要设备:
高炉
(4)冶炼过程中发生的化学反应:
点燃点燃高温
C+O2====CO22CO+O2=====2CO23CO+Fe2O3====2Fe+3CO2
高温高温
CaCO3=====CaO+CO2↑CaO+SiO2=====CaSiO3
注意:
石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣。
考点15含杂质化学反应的计算
1.纯净物与含杂质物质的换算关系:
X纯物质质量分数
含杂质物质的质量纯净物质的质量
÷纯物质质量分数
纯净物质量
物质纯度=×100%=1-杂质的质量分数
混合物质量
2.含杂质物质的化学方程式的计算步骤:
(1)将含杂质的物质质量换算成纯净物的质量。
(2)将纯净物质质量代入化学方程式进行计算。
(3)将计算得到的纯净物质量换算成含杂质物质的质量。
考点16金属的锈蚀和保护
1.铁的锈蚀条件:
有水和氧气
2.防锈的方法:
保持干燥;隔绝氧气
考点17保护金属资源
保护金属资源的有效途径:
1.防止金属的腐蚀
2.金属的回收利用
3.有计划合理的开采矿物
4.寻找金属的代用品
2.互动课堂
知识点一金属材料
1、(2008年眉山市)金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的应用。
下列性质属于金属共性的是()
A.硬度很大、熔点很高B.有良好的导电性、传热性
C.是银白色的固体D.易与酸反应产生氢气
2、【08北京】钢铁是重要的金属材料。
(1)下列铁制品的用途中,利用金属导热性的是______________(填字母,下同)。
(2)目前世界上已有50%以上的废钢铁得到回收利用,其目的是___________。
A.节约金属资源 B.合理开采矿物 C.防止钢铁生锈
(3)为防止水龙头生锈,其表面镀有一层铬。
铁生锈的条件是______________。
3.工业生产中常将两种金属在同一容器中加热使其融合,冷凝后得到具有金属特性的融化物—合金.试根据下表所列金属的熔点和沸点的数据(其他条件已满足),判断不能制得的合金是()
金属
Na
K
Al
Cu
Fe
熔点(℃)
97.8
63.6
660
1083
1535
沸点(℃)
883
774
2200
2595
2750
A.K–Na合金B.K–Fe合金C.Na–Al合金D.Fe-Cu合金
4、(2009·陕西)整理和归纳是有效的学习方法。
下面是某学习小组的同学对Mg、Fe、Cu、Hg、Ag五种金属相关知识的归纳复习,请你参与并回答问题:
⑴从物理性质上看,每种金属都有自己的特性。
你认为与其它金属的不同之处是。
⑵从化学性质上看,与盐酸反应最剧烈的是,这五种金属中,有一种金属的盐溶液能与其他四种金属发生反应,该金属是。
⑶性质决定用途,用途反映性质是重要的化学学科思想。
用镁粉制作的烟花在夜空中发出耀眼的白光,这是利用了镁的性。
小结:
决定物质的用途的主要因素是,但是还要考虑其他因素:
考点二:
金属的防护
1.(2008年苏州市)关于金属物品的使用正确的是()
A.铝合金门窗变旧变暗后用砂纸或钢丝球打磨
B.铁桶中加入硫酸铜溶液和石灰乳配制杀菌剂波尔多液
C.铝壶内的水垢用质量分数为18%的热盐酸长时间浸泡
D.校内用钢架制作的自行车防雨棚应定期喷涂油漆防锈
2.(2008年黄石市)埋在地下的铸铁管道在下列哪种情况下腐蚀最慢()
A.在干燥、致密的土壤中B.在干燥、疏松的土壤中
C.在潮湿、致密的土壤中D.在潮湿、疏松的土壤中
3.(2008年河北省)金属材料在生产、生活中有着广泛的应用。
(1)人类每年从自然界提取大量的金属,其中提取量最大的是铁。
用赤铁矿(主要成分为Fe2O3)和一氧化碳炼铁的化学方为。
(2)北京奥运会用到多种材料。
下列应用中使用金属材料的有(填序号)。
①使用金、银和铜等制作奖牌②使用纯羊毛和聚酯纤维制作“福娃,,
③使用新型钢材建造“鸟巢”④使用聚氟乙烯制造“水立方”外层膜
(3)金属矿物的储量有限,而且不能再生,所以保护金属资源尤为重要。
保护金属资源有效途径是(答出两条即可)。
4.(2009·佛山)在研究“铁生锈的条件”的实验中,某兴趣小组对实验进行了创新设计,请把实验报告补充完整。
【实验目的】铁生锈条件的探究。
【实验内容】取3段光亮无锈的细铁丝,绕成螺旋状,放入3支干燥洁净的试管底部,进行下列实验,实验要保证有足够长的时间来观察现象。
实验①实验②实验③
【实验现象】实验①②无明显现象,实验③中铁丝生锈,且试管内空气体积减小。
【实验结论】铁生锈实际上是铁与空气中的(填名称)发生反应的结果。
【实验思考】
(1)当铁丝足量,时间足够长,实验③进入试管内的水的体积约占试管体积的。
(2)该实验创新之处在于:
可根据铁丝表面的铁锈和两种现象来判
断铁丝反应进行的情况。
(3)用完的菜刀要擦干存放,理由是。
(4)铝比铁活泼,但铝难腐蚀,原因是。
考点三:
金属活动性顺序的应用
1.(2008年三明市)将洁净的铁丝浸入含有Ag(NO3)2和Zn(NO3)2和电镀废水中,一段时间后取出,铁丝表面覆盖了一层物质,这层物质是()
2.(2008年海南省)在CuCl2和MgCl2的混合溶液中,加入过量的铁粉,充分反应后过滤,所得固体为。
3.(2008年苏州市)下列金属活动性由强至弱顺序及元素名称、符号均正确的一组是()
A.钾K>钙Ca>钠Na>镁MgB.铝Al>锌Zn>铁Fe>锡Xi
C.铅Pb>铜Cu>贡HgD.金Au>银Ag>铂pt
4.(2008年南通市)若金属锰(Mn)在金属活动性顺序中位于铝和锌之间,则下列反应不正确的是()
A.Mn+H2SO4=MnSO4+H2↑B.Mg+MnSO4=MgSO4+Mn
C.Fe+MnSO4=FeSO4+MnD.Mn+CuSO4=MnSO4+Cu
5.(2009·兰州)等质量的M、N两种金属,分别与相同质量分数的足量稀盐酸反应(已
知M、N在生成物中均为+2价),生成氢气质量和反应时间的关系如右图所示,下列叙述正
确的是()
A.M、N两种金属中较活泼的是N
B.生成H2的质量M<N
C.相对原子质量较大的是N
D.产生H2的速率N>M
考点四:
金属活动性顺序的验证
1.(2008年烟台市)置换反应是化学反应的基本类型之一。
(1)金属与盐溶液之间的置换反应,一般是活动性较强的金属可把活动性较弱的金属从其盐溶液中置换出来,如铜和硝酸银溶液反应,其化学方程式为。
(2)非金属单质也具有类似金属与盐溶液之间的置换反应规律,即活动性较强的非金属可把活动性较弱的非金属从其盐溶液中置换出来,如在溶液中可发生下列反应:
C12+2NaBr=2NaCl+Br2;I2+Na2S=2NaI+S↓+Br2;Br2+2KI=2KBr+I2由此可判断:
①S、C12、I2、Br2活动性由强到弱顺序是。
②下列化学方程式书写错误的是。
(A)C12+2NaI=2NaCl+I2(B)I2+2KBr=2KI+Br2
(C)Br2+Na2S=2NaBr+S↓(D)C12+K2S==2KCl+S↓
2.(2008年咸宁市)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;把Y和Z分别放入硝酸银溶液中,过一会儿,在Z表面有银析出,而Y没有变化。
根据以上实验事实,回答下列问题:
(1)X、Y和Z的金属活动性由强到弱的顺序为;
(2)举出符合上述金属活动性顺序的三种常见金属(写化学式);并写出在Z表面有银析出反应的化学方程式。
3.(2008年攀枝花市)x、Y、z、W是四种不同的金属,为比较金属活动性的强弱,某同学利用这四种金属单质、盐酸、Z的硝酸盐、W的硝酸盐,进行有关实验,结果如下表(能发生置换反应的记为“√”,不能反应的记为“一”,无标记的表示未做该这四种金属的活动性顺序为()
A.X>W>Y>ZB.X>Y>W>ZC.W>X>Y>ZD.Y>W>Z>X
X
Y
Z
W
盐酸
√
—
—
√
Z的硝酸盐
√
W的硝酸盐
√
—
6.(2008年青岛市)人类的生产生活离不开金属,下列三种金属被发现、使用的先后顺序依次为:
铜、铁、铝。
(1)金属大规模被使用的先后顺序跟_____________(填序号)选项关系最大。
①地壳中金属元素的含量;②金属的导电性;③金属的活动性。
(2)为探究锰与铁的金属活动性,在相同温度下,取大小相同、表面光亮的两种金属薄片,分别投入等体积、等溶质质量分数的足量稀盐酸中(反应中Mn显+2价),请回答:
金属
铁
锰
与盐酸反应现象
放出气泡速率缓慢
放出气泡速率较快
结论
活动性铁__________(填“>”“<”)锰
除了比较与酸反应产生气体速率的快慢,请你再举出一种可比较这二种金属活动性强弱的方法(写出所需药品即可):
_____________和___________。
7.(2008年河北省)为验证Fe、Cu、Ag三种金属的活动性是依次减弱的,某化学兴趣小组设计了图2所示的四个实验。
其中不必进行的是()
8.(2008年晋江市)兴趣小组的同学学习了金属的性质后,在实验室找到的一种银白色金属R做如下探究:
(1)将金属R投入稀盐酸中,金属表面有气泡冒出。
则该金属R在金属活动性顺序表中排在氢的(选填“前面”或“后面”)。
(2)为了比较金属R与铁的活动性强弱,兴趣小组设计下列方案进行实验,请完成下表:
你的一种猜想
验证方法
现象
结论
金属R的活动性比铁
将金属R投入
溶液中
金属R表面有黑色的物质析出
猜想(选填“正确”或“错误”)
(3)请根据上述的信息,标出金属Fe、R、Cu在下列金属活动性顺序表中的相应位置。
9、【08芜湖】请参与某化学学习小组进行研究性学习的过程,并协助完成相关任务:
【提出问题】在学习金属与酸反应生成氢气的过程中,同学们发现,不同情况下金属与酸反应的剧烈程度不同。
于是他们选择“金属与酸反应生成氢气的反应剧烈程度与什么因素有关”的课题进行探究,以下是他们探究的主要过程:
【假设一】相同条件下,不同金属与酸反应生成氢气的反应剧烈程度与金属活动性有关。
【实验方案】常温下,取相同大小的镁片和铁片,各加入足量相同浓度、相同体积的溶液。
【实验记录】镁片与盐酸反应更为剧烈。
【结论】相同条件下,不同金属与酸反应生成氢气的反应剧烈程度与金属活动性有关,通常金属活动性较强的金属与酸反应更剧烈。
【假设二】相同条件下,同种金属与酸反应生成氢气的反应剧烈程度与金属表面积大小有关。
【实验方案】常温下,取相同质量的锌粉和锌片,各加入足量相同浓度、相同体积的盐酸溶液。
【实验记录】锌粉与盐酸反应更为剧烈。
【结论】__________________________________________________________________。
金属与酸反应生成氢气的反应剧烈程度还与哪些因素有关?
请你帮助他们继续探究(只要提出假设和实验方案)
【假设三】________________________________________________________________。
【实验方案】______________________________________________________________。
10、【07德州】把一小包铁粉放入一定量的硝酸铜溶液中,使其充分反应后,过滤、洗涤、干燥,得到固体。
请你对固体的成分进行探究。
(1)猜想:
固体的成分可能是______________________________________。
(2)实验:
请设计实验验证你的猜想。
说明实验过程、现象和结论。
__________________________________________________________________________________________________________________
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