第十一节 金属的性质和利用.docx

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第十一节金属的性质和利用

金属的性质和利用

主讲：

黄冈中学化学高级教师　舒宝生

一、知识概述

1、金属的物理性质；

2、常见金属的化学性质；

3、金属的应用；

4、常见的合金及性质。

二、重难点知识剖析

（一）金属的物理性质与金属的应用

　　金属在生活、生产中的应用十分广泛，下表是部分金属的某些物理性质及其应用。

金属的应用

说明金属具有的物理性质

铁制成锅

铁具有较高的强度和较高的熔点，具有良好的导热性

铝制成电线

铝的延展性好，具有优良的导电性，密度较小

铜制成电器零件

铜具有良好的导电性，强度较大，易加工，熔点较高

白铜铸硬币

铜有较好的光泽度，耐磨，强度好，易加工

钢制作钢轨

钢的韧性好，不易断裂，硬度大，不易变形

钨制成灯丝

钨的熔点高，电阻大

　　金属具有一些共同的物理性质。

如常温下是固体（汞除外），有金属光泽，大多数导电、导热性能好，有延展性，密度较大，熔点较高等。

但各种金属还是具有各自的特性，因此，不同的金属在生活、生产中有着不同的用途。

　　注意：

金属的应用，除了要考虑金属的性质之外，还需要考虑金属的制取成本，金属的价格等其他方面的因素。

（二）常见金属的化学性质

1、铁、铝、铜与氧气的反应

　　将铁在纯氧气中点燃，将铝和铜在空气中加热，发生化学反应的方程式和现象见下表。

现象

反应方程式

铁

剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体

3Fe＋2O2

Fe3O4

铝

表面变暗，失去金属光泽

4Al＋3O2

2Al2O3

铜

表面由紫红色变为黑色

2Cu＋O2

2CuO

　　结论：

许多金属都能与氧气反应，但反应的难易和剧烈程度不同。

镁、铝等金属在常温下就能与氧气反应。

铁、铜等金属在高温时与氧气反应。

金即使是在高温下也不与氧气反应。

金属能否与氧气反应和反应的剧烈程度是由金属的化学活泼性决定的。

2、铁、铝、铜与稀盐酸和稀硫酸的反应

（1）铁、铝、铜与稀盐酸的反应

实验

现象

化学反应方程式

将铁丝浸入盐酸中

铁丝表面产生少量气泡，溶液由无色变为浅绿色

Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑

将铝丝浸入盐酸中

铝丝表面产生大量气泡，溶液颜色没有变化

2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑

将铜丝浸入盐酸中

无明显变化

（2）铁、铝、铜与稀硫酸的反应

实验

现象

化学反应方程式

将铁丝浸入稀硫酸中

铁丝表面产生少量气泡，溶液由无色变为浅绿色

Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑

将铝丝浸入稀硫酸中

铝丝表面产生大量气泡，溶液颜色没有变化

2Al＋3H2SO4=Al2（SO4）3＋3H2↑

将铜丝浸入稀硫酸中

无明显变化

　　结论：

与酸反应时，铁没有相同状态下的铝反应剧烈，铜与稀盐酸或稀硫酸不反应，说明铝的化学性质活泼，铁的化学性质比较活泼，铜的化学性质稳定。

3、铁与硫酸铜的反应

　　观察与思考：

　　实验操作：

取一支试管，把两根无锈的铁钉放入试管中，再向试管中加入适量的硫酸铜溶液，过一会儿取出铁钉观察。

　　实验现象：

蓝色溶液逐渐变为浅绿色溶液，铁钉上附着紫红色的物质。

　　实验结论：

铁与硫酸铜反应，生成铜和硫酸亚铁，反应方程式为Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu；铁的金属活动性比铜的金属活动性强。

　　其实，能与硫酸铜反应的不只是铁这一种金属，还有其他的金属也能发生反应，如锌也可以，生成物为ZnSO4和Cu。

这种类型的化学反应在其他金属与金属化合物中也能进行。

　　规律：

金属活动性强的金属，能把金属活动性弱的金属从它的盐溶液中置换出来。

（三）置换反应

　　由一种单质和一种化合物作用生成另一种单质和另一种化合物的反应叫置换反应。

　　置换反应的形式：

A＋BC=AC＋B。

如：

　　Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑；

　　Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu；

　　2Al＋Fe2O3

Al2O3＋2Fe；

　　C＋2CuO

2Cu＋CO2↑。

　　从上述置换反应中可以看出，置换反应中的“单质”不一定是金属单质，化合物也不一定是CuSO4这样的化合物，反应也不一定是在溶液中进行。

铁与酸或其他化合物发生置换反应生成的铁的化合物中铁元素的化合价一般为＋2价，如

。

　　注意：

置换反应中一定有单质参与和生成，一定有某种元素的化合价在反应前后发生了变化。

（四）生铁和钢

　　铁矿石在高炉中冶炼，得到的是含有较多碳、硫、磷、硅等元素的生铁，把生铁放在炼钢炉中进一步冶炼，用氧气或铁的氧化物把生铁中所含的过量的碳和其他杂质转变为气体和炉渣除去就得到钢。

生铁和钢的性质和用途有很大的差异，下表就是生铁和钢的比较。

生铁

钢

主要成分

铁

铁

含碳量

2%～4.3%

0.03%～2%

其他元素

硅、锰、硫、磷（少量）

硅、锰（少量）、硫、磷（几乎不含）

熔点/℃

1100～1200

1450～1500

特征

硬而脆，机械加工性能差，可铸不可锻

硬且韧，良好的延展性、弹性，可锻、轧、铸

用途

少部分制造铁锅、暖气片、机床底座，大部分用于炼钢

广泛用于制造机械、交通工具、武器

（五）合金

　　合金是由一种金属跟其他金属（或非金属）熔合而形成的具有金属特性的物质。

制造合金的过程是熔合而非化合，即发生的是物理变化，可改变其物理特性，不影响其化学性质。

合金都属于混合物。

一般来说，合金硬度比各成分金属硬度大，多数合金的熔点低于组成它的成分金属。

人类历史上使用得最早的合金是青铜，世界上最常见、应用得很广的钢是铁碳合金。

合金中各成分配比可变，形成条件也不固定。

我们所说的金属材料，既包括各种纯金属，也包括各种合金。

下表中是一些常见合金的组成、特性及用途。

合金

主要组成元素

特性

用途

碳素钢

铁、碳

坚硬

作建筑材料，制造机器零件、铁轨、船舶、桥梁等

不锈钢

铁、铬、镍

耐腐蚀

制医疗器械、日用品、化工设备等

黄铜

铜、锌

坚硬、耐腐蚀

制造机器零件、电器零件等

青铜

铜、锡

耐腐蚀、易铸造成形

制造形状复杂的铸件、精致的工艺品塑像等

焊锡

锡、铅

熔点低、能粘接金属

焊接金属，电子元件等

硬铝

铝、铜、镁、锰

质轻而坚硬

制造飞机、汽车，作建筑材料等

武德合金

铋、铅、锡、镉

熔点低

制电路保险丝、自动灭火和防爆安全装置等

-返回-

同步测试

一、选择题

1、钛和钛的合金被认为是21世纪的重要材料，它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、钛合金与人体有很好的“相容性”等。

根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是（A　）

A．用来做保险丝　　　　　　B．用于制造航天飞机

C．用来制造人造骨　　　　　D．用于制造船舶

2、2004年4月18日全国铁路进行了五次大提速。

为适应提速，需要将原有的短轨接为超长轨。

常用

这一反应原理来焊接钢轨。

有关该反应的下列说法中，正确的是（D　）

A．该反应属于化合反应　　　B．该反应属于复分解反应

C．该反应属于分解反应　　　D．该反应属于置换反应

3、金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的应用。

下列属于金属共性的是（B　）

A．很高的熔点　　　　　　　B．良好的导电性

C．很大的硬度　　　　　　　D．银白色的光泽

4、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溶液由无色逐渐变为浅绿色；③铁钉质量减轻；④溶液质量减轻。

其中正确的是（C　）

A．①③　　　　　　　　　　B．①②④

C．①②③　　　　　　　　　D．①②③④

5、下列反应不属于置换反应的是（B　）

A．Fe+CuSO4=Cu+FeSO4　　　B．3CO+Fe2O3

2Fe+3CO2

C．2F2+2H2O=O2+4HF　　　　D．2KClO3+I2=2KIO3+C12

6、取某铁样品6g与足量的稀盐酸反应，生成0.2g氢气，则该铁的样品中可能含有的杂质是（BC　）

A．镁　　　　　　　　　　B．铜

C．锌　　　　　　　　　　D．铝

7、在托盘天平两端的烧杯内，分别盛有等质量、等质量分数的足量稀硫酸，调节天平至平衡。

现向左边烧杯中加入6.5g表面锈蚀的铁钉，同时向右边烧杯中加入6.5g锌粒。

在实验过程中，观察到指针偏转的情况可能是（AD　）

A．始终向左偏转　　　　　B．始终不发生偏转

C．始终向右偏转　　　　　D．最初向左偏转，然后向右偏转

8、金属、金属材料的性质在很大程度上决定了它们的用途。

下列相关说法中不正确的是（D　）

A．钛合金与人体具有很好的“相容性”，可以用来制造人造骨

B．铁具有良好的导热性，可以用于制造炊具

C．不锈钢抗腐蚀性好，常用于制造医疗器械

D．铅锑合金的熔点较低、电阻率较大，常用于制造发热体

9、2005年7月，美国“深度撞击飞行器成功炮轰彗星，其撞击器采用的是一种含铍（一种金属）3％的铜合金。

关于合金，下列说法错误的是（B　）

A．合金属于金属材料

B．只能由金属熔合而成

C．合金比纯金属性能更优

D．生铁和钢都是铁的合金

10、将铁片放入下列溶液中，溶液的质量会减轻的是（D　）

A．HCl　　　　　　　　　　B．H2SO4

C．ZnSO4　　　　　　　　　D．CuSO4

显示提示

提示：

　　1、A　根据钛和钛合金的性能熔点高，可知不宜做保险丝，选A；根据密度小、易加工、与人体有很好的“相容性”可知能制造航天飞机、制造船舶、制造人造骨。

　　2、D　化合反应是两种或两种以上的物质反应生成一种物质的反应，特点是“多变一”；复分解反应是两种化合物互相交换成分生成另外两种化合物的反应；分解反应是一种物质反应生成两种或两种以上物质的反应，特点是“一变多”；转换反应是单质与化合物反应生成另一种单质与另一种化合物的反应。

题中Al、Fe是单质，Fe2O3、Al2O3是化合物，故属于置换反应。

　　4、C　铁可与稀硫酸反应产生氢气，故①正确；硫酸是无色的，铁与硫铁反应生成FeSO4，FeSO4为浅绿色，故反应过程中溶液由无色变为浅绿色；②正确；铁钉在不断反应进入溶液，故铁钉质量减轻；③正确；对于溶液，由硫酸变成FeSO4溶液，溶液质量增加，④错误。

　　6、BC　产生0.2g氢气需纯铁5.6g，但铁样品为6g，可能有两种情况：

（1）6g铁样品中纯铁为5.6g，另0.4g杂质不与HCl反应产生氢气，那么6g铁样品中只有5.6g纯铁可与HCl反应产生氢气刚好为0.2g，B符合；

（2）6g铁样品中没有5.6g纯铁，那么0.4g杂质应与HCl反应产生氢气，而且5.6g铁与0.4g杂质产生氢气总共为0.2g，下面用平均值法分析：

6g铁产生的氢气比0.2g多，A中镁产生0.2g氢气，需镁2.4g，那么6g镁产生的氢气也比0.2g多，平均起来6g镁、铁混合物产生的氢气比0.2g多，A不符合相同的分析方法可得出C符合，D不符合。

　　7、AD　两边都是等质量的硫酸和6.5g金属，如果不反应天平应平衡，但两边都会生成氢气使质量减少，由于锌比铁活泼，生成氢气快，故天平开始应向铁（即左边）偏转。

但后来6.5g锌总共生成氢气为0.2g，6.5g锈蚀的铁钉生成氢气应分两种情况：

（1）生锈程度较大，含铁少于5.6g，生成氢气少于0.2g，最终天平向铁（即左边）偏，结合前面应始终向左偏。

选A；

（2）生锈程度较小，含铁多于5.6g，生成氢气多于0.2g，最终天平向锌（即右边）偏，结合前面应先向左偏，后向右偏，选D。

　　10、D　铁与HCl或H2SO4反应时，溶液增加铁而减少的是氢气，增加的比减少的多，最终溶液的质量增加；铁与ZnSO4不反应，ZnSO4溶液的质量应不变；铁与CuSO4溶液反应时，溶液增加铁而减少的是铜，增加的比减少的少，最终溶液的质量减少。

二、综合题

11、

（1）铝常用于制作炊具，主要利用它的________性。

（2）常温下铝是一种活泼金属，但铝却有较强的抗腐蚀性，其原因是_______________。

　　（3）柠檬汁、食醋pH________7（选填“大于”“小于”或“等于”），它们不宜用铝锅、铝杯盛放的原因是__________________。

显示答案

　　11、答案：

（1）导热

（2）铝与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化铝，阻止铝进一步转化

　　（3）小于它呈酸性，要破坏氧化铝保护膜，进一步与铝反应

　　解析：

　　主要考查铝的性质和用途。

铝具有优良的导热性，常用来作炊具，但铝制炊具却不能用来盛装柠檬汁、食醋等物质，原因是这些物质中含有酸，能与铝和铝的氧化物反应，从而缩短铝制炊具的使用寿命。

12、铁、镁、铝等金属在日常生活中都有较广泛的用途。

请写出下列反应的化学方程式，并在后面的括号内注明反应类型。

（1）镁在空气中燃烧能发出耀眼的白光，可用来制造镁闪光灯。

　　____________________________________________________________（　）

（2）市售的补血麦片中常含有微量颗粒极细的铁粉，它与胃液中的盐酸作用转化为亚铁盐，从而起到补铁作用。

　　____________________________________________________________（　）

　　（3）铝制器皿在空气中表面易形成一层白色保护膜。

　　____________________________________________________________（　）

　　（4）曾青得铁则化为铜，这是湿法炼铜的原理。

　　____________________________________________________________（　）

显示答案

　　12、答案：

（1）2Mg+O2

2MgO（化合反应）

（2）Fe+2HCl=FeCl2+H2↑（置换反应）

　　（3）4Al+3O2=2Al2O3（化合反应）

　　（4）Fe+CuSO4=FeSO4+Cu（置换反应）

13、某化学兴趣小组用化学方法测定一种钢样品中铁的含量。

同学们称取了5.7g钢样品，投入装有10.0g稀盐酸（足量）的烧杯（烧杯质量也为l0.0g）中。

在化学反应过程中对烧杯（包括溶液和残余固体）进行了四次称量，记录如下表：

（1）反应中产生氢气克，这种钢样品中铁的含量是多少?

（精确到0.1％）

（2）钢的类型分为：

含碳质量（C％）0.03％～0.3％为低碳钢；0.3％～0.6％为中碳钢；0.6％～2％为高碳钢。

假设残留在烧杯中的黑色固体全部是炭，则这种钢属于_____________。

　　（3）有同学提出：

灼烧可使钢中的炭变为CO2挥发掉，灼烧后钢样品质量会减轻。

可是他们将一定量的钢样品灼烧后，发现质量反而增加了很多。

原因是______________________________________________。

显示答案

　　13、答案：

（1）0.2

　　设5.7g钢样品中含铁质量为X，则：

　　Fe+2HCl=　FeCl2+H2↑

　　56　　　　　　　　　　2

　　X　　　　　　　　　　0.2g

　　56∶2==X∶0.2g

　　X=5.6g

　　则这种钢样品含铁：

（5.6g÷5.7g）×100％=98.2％

（2）高碳钢

　　（3）钢中含碳量少，所以碳减少的质量，远小于铁转化为氧化物增加的质量。

14、如图所示：

弹簧秤下挂着一重物A，烧怀中盛有溶液B，试根据要求回答下列问题：

（忽略A、B体积的变化）

（1）若A为铁块，B为稀硫酸，则将A放入B中，过一会儿弹簧秤的读数将___________。

（填“变大”、“变小”或“不变”，下同）

（2）若A为铁块，B为硫酸铜溶液，则将A放入B中，过一会儿弹簧秤的读数将___________。

显示答案

　　14、

（1）变小；

（2）变大

-END-

课外拓展

金属之最

1、地壳中含量最高的金属元素：

Al

2、人体中含量最高的金属元素：

Ca

3、目前世界上年产量最高的金属：

Fe

4、熔点最低的金属：

Hg

5、密度最大的金属：

锇

6、密度最小的金属：

锂

-END-

中考解析

例1、（泰州）铜能够制成铜片或拉成铜丝，是因为铜具有良好的（　）

A．导热性　　　　　　　　B．导电性

C．延展性　　　　　　　　D．金属活动性

解析：

　　利用铜的导热性可以制铜散热器；根据铜有良好的导电性，可以制导线；根据铜有良好的延展性可以将铜制成铜片或拉成铜丝。

答案：

C

例2、（泰州）下列有关化学反应类型的判断错误的是（　）

A．SO3＋H2O=H2SO4化合反应

B．NH4HCO3

NH3↑＋H2O＋CO2↑　　分解反应

C．2Al＋WO3

Al2O3＋W置换反应

D．6CO2＋6H2O

C6H12O6＋6O2　　置换反应

解析：

　　化合反应、分解反应、置换反应的特征分别为A＋B＋…→C、A→B＋C＋…、A＋BC→B＋AC，由此可知选项A、B、C是正确的，D项不是置换反应。

答案：

D

-END-