金属与金属矿物.docx
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金属与金属矿物
专题四 金属与金属矿物知识导图]
[解读考点]
知识点一:
了解金属的物理特征,能区分常见的金属和非金属;认识金属材料在生产、生活和社会发展中的重要作用。
金属材料包括传统金属材料如铁、铝、铜及合金和新型金属材料。
共有的物理性质:
有光泽,能导电、导热,有延展性。
应用最广,产量最高的前四种金属:
铁、铝、铜、钛。
大多数的金属资源一般以化合物的形式存在于地壳和海洋中,金、银等极少数不活泼金属在自然界中以单质形式存在。
知识点二:
知道常见的金属与氧气的反应;了解防止金属锈蚀的简单方法。
铁与氧气反应分为铁在氧气中剧烈氧化——燃烧及在空气中缓慢氧化——生锈两种情况,条件不同,反应的剧烈程度不同,产物也不同。
学习时应注意与氧气的化学性质相联系。
(1)金属锈蚀的条件铁生锈实际上是铁、氧气、水等物质相互作用,发生的一系列复杂的化学反应,铁锈的主要成分是Fe2O3,铁锈是红棕色,很疏松,易吸水。
(2)金属的防锈方法
①保持铁制品表面的洁净、干燥;②在铁制品表面覆盖保护层;
③改变金属的内部结构,如制成不锈钢等。
知识点三:
知道一些常见金属(铁、铝等)矿物;了解从铁矿石中将铁还原出来的方法。
常见的金属矿物有:
赤铁矿(主要成分是Fe2O3);磁铁矿(主要成分是Fe3O4);黄铁矿(主要成分是FeS2);菱铁矿(主要成分是FeCO3);铝土矿(主要成分是Al2O3)等。
炼铁就是把铁矿石、焦炭、石灰石一起放入高炉中,在高温条件下,利用还原剂CO把铁从他的化合物中还原出来。
知识点四:
了解常见金属的特性及其应用,认识加入其他元素可以改良金属特性的重要性;知道生铁和钢等重要的合金。
在金属中加热熔合某些金属或非金属,就可以制得具有金属特性的合金。
生铁和钢是含碳量不同的铁的两种合金。
生铁的含碳量为2%—4.3%,钢的含碳量为0.03—2%,除含碳外,生铁中还含有硅、锰等,不锈钢中还含有铬、镍等。
这种组成的改变,使得合金性能也随之发生改变。
合金的强度与硬度一般比组成它们的纯金属更高,抗腐蚀性能也更好,因此合金具有广泛的用途。
知识点五:
知道金属活动顺序,金属与酸、盐溶液的反应规律。
在金属活动顺序中,金属的位置越靠前,金属越活泼;在金属活动顺序中,H前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的H;在金属活动顺序中,前面的金属能把后面的金属从它的盐溶液中置换出来。
知识点六:
知道废弃金属对环境的污染,认识回收金属的重要性。
废弃金属中含有的一些重金属会对环境造成污染,如废旧电池中含有汞等,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。
回收废弃金属不仅可以节约金属资源,还可以减少对环境的污染。
[洞察考向]
1.铝、铁、铜等金属及其合金,都是生产、生活中应用广泛的金属材料。
这几种常用的重要金属除有共性之外,更值得注意的是它们有各自不同的特性。
考查的目的就是要求学生比较清楚地了解这几种重要金属的性质与性能差异,并能根据其性质选择确定用途,或由其用途推知该金属的主要特性。
因此,金属及其合金的性能与组成结构的关系;性能与用途的关系;还有在这些内容里反映出的量变引起质变的辩证关系是常见的命题形式。
预测以金属的性质为背景的新情境试题增加,选材主要集中在铜、钛等金属的性质方面,旨在考查学生获取信息和加工信息的能力。
2.以金属活动顺序表为内容的探究型试题、选择题,是命题的基本形式,这些知识所涉及到的内容都是考查的热点,具体有:
(1)通过一些反应事实、现象分析判断未知金属的活动性顺序,并做出相应的解释。
(2)根据金属与酸、盐溶液反应中的各种物质质量的变化趋势进行分析判断。
(3)不同金属与酸、盐溶液能否反应的判断以及反应先后(速率快慢)的分析。
(4)一定量的金属与酸、盐溶液反应后,对所得滤渣、滤液组成(构成)的分析判断。
(5)金属与酸、盐溶液反应中所涉及到的相关因素用函数图像表示或与物理学中力学、电学等知识结合。
3.铁生锈的命题,渗透学科间的知识,考查学生运用理化知识解决问题的能力。
通过对铁生锈实验的评价与设计,考查对铁生锈条件的掌握;考查一些常见金属的防锈措施;联系生活实际情境考查一些保护金属资源的途径和方法。
金属材料的防锈蚀保护及相关验证或探究实验等都是考查热点。
4.铁的冶炼。
多考查炼铁的原料、原理,以及炼铁过程中对废气的处理。
常以简答题形式命题。
[真题剖析]
考点一:
金属的共性
例题1、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
【解析】不同的金属有其个性,如纯铁较软,铜是紫红色的,A、C不符合题意;在金属活动顺序表中,H后的金属不合酸反应,D不符合题意;金属的导电性、传热性属于金属的共性。
【答案】B
举一反三
【变式1】金属材料被广泛应用于生活、生产中,下列列出的一些金属材料的数据:
纯金属
合金
铅
镉
铋
锡
武德合金
熔点/℃
327
321
271
232
70
已知武德合金是足铅、铋、锡、镉组成的合金,则下列说法错误的是
A.武德合金的熔点低于组成它的纯金属 B.铁锅破损,可用武德合金焊接修补
C.武德合金可做电路保险丝 D.武德合金属于混合物
【解析】由题目有关数据知合金的熔点低于组成它的纯金属,A对;武德合金熔点低,不能用于铁锅的焊接修补,可以做电路保险丝,B错误,C对;合金都是混合物,D对。
【答案】B
考点二:
金属活动性顺序
题2、如图4—1所示是X、Y、Z三种金属在容器中的反应现象,下列说法正确的是
A.X、Y、Z三种金属均发生了置换反应
B.三种金属的活动性顺序是X>Y>Z
C.若Z能从金属Y的盐溶液里置换出Y,则三种金属的活动性顺序是X>Z>Y
D.若X为金属镁,则Z可能是铁
【解析】从图中看出X能与酸剧烈反应,而Y、Z没有反应,因而只能判断X的活动性比Y、Z强弱,故A、B错,若Z能从金属Y的盐溶液里置换出Y,说明Z比Y活泼,故C对;铁能与酸反应缓慢放出氢气,而Z不能,故Z不可能是铁,故D错。
【答案】C
举一反三
【变式2】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+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↓
【解析】
(1)化学方程式的书写,注意配平和符号的规范;
(2)中根据题中所给信息,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,所以S、C12、I2、Br2活动性由强到弱顺序是C12>Br2>I2>S。
根据活动性顺序Br2比I2活泼,所以I2+2KBr=2KI+Br2反应是错误的。
【答案】
(1)Cu+2AgNO3==Cu(NO3)2+2Ag
(2)①C12>Br2>I2>S ②B
【变式3】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_________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。
【解析】
(1)金属和盐酸反应产生气泡,则金属在金属活动性顺序表中排在氢前;
(2)比较金属R与铁的活动性强弱,利用R与铁盐溶液的反应,铁被置换出来,说明金属R的活动性比铁强,反之,金属R的活动性比铁弱;
(3)根据
(2)中现象,金属活动顺序为R﹥Fe﹥Cu
【答案】
(1)前
(2)强(或弱); FeSO4(或FeCl2等); 正确(或错误)
(3)
考点三:
铁的性质
题3、图4—2为某化学兴趣小组同学设计的观察铁制品锈蚀的实验装置。
请你分析以下相关叙述中,正确的是 ( )
A.此实验设计必须在玻璃仪器中进行
B.一段时间后,塑料瓶会变瘪,说明铁生锈与空气有关
C.一段时间后,铁丝会由下到上出现锈蚀现象
D.一段时间后,水面处铁丝锈蚀严重,而水上、水下部分生锈不明显
【解析】本题通过实验考查铁生锈的条件。
铁在潮湿空气中与氧气、水共同作用而生锈。
做铁制品锈蚀条件实验可以用试管也可以用题给装置进行,只要能观察到明显的实验现象即可。
因铁生锈会消耗空气中的氧气,导致塑料瓶内压强减小,在大气压作用下,塑料瓶变瘪,铁生锈与空气有关。
铁制品与水面接触部位生锈最严重,这部分与空气和水都充分接触了。
【答案】BD
举一反三
【变式4】向一定量的铁粉中逐滴加入稀硫酸至过量,图4—3是反应过程中
某种物质的质量Y随加入稀硫酸的质量变化的关系,则Y不可能表示
A.消耗铁粉的质量 B.生成硫酸亚铁的质量
C.溶液的总质量 D.生成氢气的质量
【解析】由图表可以看出,Y物质的质量增加,一段时间后质量不再改变。
所以Y物质可以是生成物硫酸亚铁和氢气的质量。
作为反应物铁粉消耗逐渐增多,至反应完时不再改变,所以Y也可以反应物铁粉的质量。
对于溶液的质量,变化较复杂。
【答案】C
【变式5】某地根据当地特点,将石灰石的开采、加工和高炉
炼铁建在一起形成联产。
(1)炼铁的固体原料有铁矿石、焦炭和_______。
请写出炼铁
过程中CO和Fe2O3反应的化学方程式:
____________。
(2)高炉炼铁(见图4—4)排放的废气中含有大量的高温一氧化碳,可作为能源用来煅烧石灰石。
请写出煅烧石灰石的化学方程式:
__________。
(3)此联产方式的主要优点是:
______________(答出一条即可)
【解析】炼铁的原料和原理是要求掌握的内容,而联产的优点是废气的再利用,形成循环体系,减少了污染,节省了能源。
【答案】
(1)石灰石;3CO+Fe2O3
2Fe+3CO2
(2)CaCO3
CaO+CO2↑
(3)降低成本(或变废为宝、减少环境污染、节约能源、合理利用能源等,其他合理答案均可)
[备考技法]
1.铁与酸溶液及与盐溶液的置换反应,应结合金属活动性顺序及其意义,判断能否发生反应、书写有关化学方程式。
有关规律是:
铁无论是与酸溶液还是与盐溶液发生置换反应都生成亚铁盐(铁元素的化合价为+2价),生成物溶液均为浅绿色(Fe2+)。
2.要学会举一反三,同一知识点要多侧面、多角度地进行理解应用。
如归纳比较镁比铁活泼的方法:
①分别与氧气反应,通过两点进行对比:
a.反应条件——镁在空气中可以直接燃烧,铁丝在纯氧中必须通过火柴引燃才能燃烧。
b.反应的剧烈程度不同。
②两种金属分别投入相同质量分数的稀硫酸中——镁产生气泡的速率远远快于铁。
③经打磨的镁片放入硫酸亚铁溶液中——镁可以把铁从硫酸亚铁溶液中置换出来。
3.有关天平题的计算。
解有关天平题的基本思路是:
进入烧杯的物质的质量与离开烧杯(主要以气体形式离开)的物质的质量之差就是烧杯内反应前后增加的质量。
若左右烧杯中增加的质量相等,天平平衡;不等时,天平发生倾斜,向增加质量大的一边倾斜。
4.加强对金属锈蚀条件的实验原理、实验方法和实验步骤的学习,注意分析实验过程中的各个要素与反应原理的关系。
铁制品生锈的条件
设计证明铁制品在什么条件下容易锈蚀的实验,首先要根据生活经验对铁制品生锈的条件进行假设。
铁制品在干燥的空气中不容易生锈,而在潮湿的空气中容易生锈,说明铁制品生锈可能与空气(氧气)和水都有关。
再控制条件,设计以下三个对比实验进行证明:
①常温下,在干燥的空气中铁钉不易生锈;
②在隔绝空气的条件下,铁钉与水接触也不易生锈;
③铁钉只有在潮湿的空气中(即既有水,又有氧气存在的条件下)容易生锈。
通过以上的实验可以得出结论:
铁生锈的条件是必须要有水和氧气。
铁锈(主要成分是Fe2O3·xH2O)很疏松,不能阻止里层的铁继续与氧气、水等反应,因此铁制品可以全部被锈蚀。
依据铁制品生锈的条件,防止铁生锈的基本思路是破坏铁制品锈蚀的条件,使铁制品隔绝空气和水。
具体措施有:
在铁的表面涂油、刷漆、镀耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金等。
1.我省目前已有近百家企业参与奥运建设,产品涉及体育器材、建筑材料、书薄相册、食品等。
下列奥运产品使用的材料属于金属材料的是( )
A.部分书册使用了再生纸
B.场馆建设使用了大量的钢筋
C.部分相册使用了塑料粒子
D.部分印刷油墨使用了无毒、可食用级的大豆油墨
2.作为2008年北京奥运会足球比赛的分赛场,沈阳奥体中心体育场宛如水晶皇冠般璀璨地闪耀在浑河南岸。
场馆建设中使用了大量的钢筋,下列有关钢筋的说法中不正确的是( )
A.钢筋是混合物
B.钢筋属于金属材料
C.钢筋的韧性优于生铁
D.钢筋混凝土就是钢筋和混凝土的合成材料
3.下列说法正确的是 ( )
A.铁在潮湿的空气中容易生锈 B.金属的活动性:
Zn>Ag>Cu
C.合金属于纯净物 D.铝是地壳中含量最多的元素
4.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( )
A.Ag、Zn B.Ag C.Zn D.Ag、Fe
5.质量相同的下列金属,分别加入到足量的稀盐酸中充分反应,放出气最多的是 ( )
A.Mg B.Al C.Cu D.Zn
6.向一定量的稀盐酸中加入铁粉,图4—5示意图正确的是( )
7.市场上有人用铝代替纯银制作戒指,下列方法不能将其鉴别出来的是( )
A.利用水、天平和量筒测密度 A.浸入稀盐酸中观察有无气泡产生
C.浸入CuSO4溶液中观察是否变色 D.浸入CaCl2溶液中观察是否产生白色沉淀
8.某铜粉中混有少量铁粉,要将混合物中的铁粉除去,下列实验方案正确的是( )
9.对甲、乙、丙三种金属活动性的实验研究过程如下:
(1)取大小相等的三种金属片,分别放入CuSO4溶液中,一段时间后,甲、丙表面出现红色物质,乙没有现象。
(2)取大小相等的甲、丙两种金属片,分别放入相同的稀盐酸中,甲、丙表面都产生气泡,但甲产生气泡的速度明显比丙的快。
则甲、乙、丙三种金属的活动性顺序是( )
A.甲>丙>乙 B.丙>乙>甲 C.甲>乙>丙 D.丙>甲>乙
10.下列有关铁的描述不正确的是
A.人体的铁元素主要存在于血液中 B.铁具有良好的导电性和导热性
C.铁在潮湿的空气中形成致密的保护膜 D.铁质容器不能盛放硫酸铜溶液
11.某学生为了验证铁、锌、铜三种金属的活动性顺序,设计了四种方案:
①将Zn、Cu分别加入到FeSO4溶液中②将Zn、Cu分别加入到ZnSO4溶液中③将Zn分别加入到FeSO4、CuSO4溶液中④将Fe分别加入到ZnSO4、CuSO4溶液中。
你认为可行的方案是( )
A.①或④ B.①或② C.②或③ D.③或④
12.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
13.印刷铜制电路板的“腐蚀液”为FeCl3溶液。
已知铜、铁均能与FeCl3溶液反应,反应方程式分别为:
Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2,Fe+2FeCl3=3FeCl2。
现将一包铜、铁的混合粉末加入到盛有FeCl3溶液的烧杯中,充分反应后烧杯中仍有少量固体,关于烧杯中物质组成的说法正确的是
A.溶液中一定含FeCl3,固体一定是铁和铜
B.溶液中一定含FeCl2,固体一定含铜
C.溶液中一定含FeCl2、CuCl2,固体一定含铜
D.溶液中一定含FeCl2,固体一定是铁和铜
14.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实验)。
这四种金属的活动性顺序为 ( )
A.X>W>Y>Z B.X>Y>W>Z C.W>X>Y>Z D.Y>W>Z>X
X
Y
Z
W
盐酸
√
—
—
√
Z的硝酸盐
√
W的硝酸盐
√
—
15.人类每年从自然界中提取大量的金属铁,下列关于铁的说法中正确的是( )
A.铁是由钢冶炼成的 B.生铁是含有碳的铁合金
C.炼铁的过程是把铁矿石变成纯净的氧化铁 D.被腐蚀后的铁制品属于不可回收垃圾
16.对甲、乙、丙三种金属活动性的实验研究过程如下:
(1)取大小相等的三种金属片,分别放入CuSO4溶液中,一段时间后,甲、丙表面出现红色物质,乙没有现象。
(2)取大小相等的甲、丙两种金属片,分别放入相同的稀盐酸中,甲、丙表面都产生气泡,但甲产生气泡的速度明显比丙的快。
则甲、乙、丙三种金属的活动性顺序是 ( )
A.甲>丙>乙 B.丙>乙>甲 C.甲>乙>丙 D.丙>甲>乙
17.北京2008年奥运会火炬“祥云”(如图4—6),外体用轻薄高品质铝合金和优质有机材料加
工而成,内部使用的燃料是丙烷(C3H8)。
下列有关“祥云”中使用材料的说法错误的是( )
A.燃料丙烷完全燃烧生成二氧化碳和水,体现了“绿色奥运”的理念
B.铝合金比纯铝的硬度小
C.铝合金质轻且延展性好
D.火炬外体的制作材料均为可回收的环保材料
18.奥运会的奖牌分金牌、银牌和铜牌。
下列有关金、银、铜三种金属的说法错误的是( )
A.都能导电 B.都能传热 C.密度各不相同 D.都能与稀盐酸反应
19.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________。
20.颗粒达到纳米级的单质铁具有很强的反应活性,俗称“纳米铁”。
实验室制备的方法是:
以高纯氮气作保护气,在高温条件下用H2和FeCl2发生置换反应,生成“纳米铁”。
请回答以下问题:
(1)写出生成“纳米铁”的化学方程式___________。
(2)反应中需要保护气的原因是___________。
(3)某化学探究小组为了验证铁、铜、镁、汞的金属活动性顺序,设计了如下实验方案:
①将大小一样的铁片和镁片分别加入到溶质质量分数相同的稀盐酸中;
②将铜片加入到硝酸汞溶液中,铜片上出现银白色物质;
③将金属片A加入到溶液B中。
根据实验①判断出镁的金属活动性比铁强,依据的现象是______________;根据实验②的现象得出的结论是______________;要通过实验③得出铁和铜的金属活动性顺序,那么,如果B是硫酸铜溶液,则金属A是______________,如果A是铜,则溶液B是______________。
21.作为资源大省,山西蕴藏着丰富的铝土矿资源,每年为国家生产大量优质铝材。
(1)铝土矿主要成分是氧化铝。
工业生产中,通过电解氧化铝得到铝和氧气,该反应的化学方程式是
______________________________________。
(2)铝原子的结构示意图为
,其最外层电子数是________,易___________电子,所以铝是较活泼的金属,铝可以与盐酸反应,该反应的化学方程式是______________________________
22.铜在日常生活中应用非常广泛,常用作铜丝、铜勺、铜壶、铜导线等。
(1)由用途可知,铜的物理性质有___________
(2)铜及其合金属于___________(填“金属材料”、“无机非金属材料”和“有机合成材料”)。
(3)我国是世界上最早使用湿法炼铜的国家,其原理是:
利用铁比铜活泼的性质,把铁放入硫酸铜溶液中将铜置换出来。
下列现象也能说明铁比铜活拨的有___________(多选)
A.在潮湿的空气中,铁比铜更容易生锈
B.硫酸铁溶液呈黄色,硫酸铜溶液呈蓝色
C.铁能与稀硫酸反应产生氢气,而铜不能
D.把铜放入硫酸亚铁溶液中不能将铁置换出来
E.铜的价格比铁高
23.月球的沙土中含有丰富钛铁矿,主要成分为TiO2、Fe2O3等,若用CO还原这种矿石,其中生成铁的化学方程式为:
___________;用稀盐酸清洗铁钉表面的铁锈(主要成分是Fe2O3),其化学方程式为:
___________,该反应的反应类型是___________反应。
24.把相同体积、相同质量分数的稀盐酸,分别滴到等质量、颗粒大小相同的X、Y、Z三种较活泼金属中,生成H2的质量与反应时间的关系如图4—7所示。
这三种金属的活动性顺序为___________;假如X、Y、Z都是+2价金属,则相对原子质量由大到小的顺序为___________。
25.氯化铁能腐蚀铜,工业上常用此原理生产印刷线路板。
图4—8是印刷线路板的生 产及废液的处理过程:
请回答下列问题:
(1)步骤②中发生了两个反应:
2FeCl3+Fe=3FeCl2和___________
(2)滤渣的成份有___________,步骤③中发生反应的化学方程式是___________
(3)该流程中可以循环、回收利用的物质是:
___________。
26.某企业因经营不善而停工,一年多来,许多机械设备上已锈迹斑斑。
小强将设备上一枚生锈的铁螺丝放入足量的稀盐酸中,观察到铁锈逐渐消失,该反应的化学方程式
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