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07第七单元金属7
第七单元金属
第一节常见的金属材料
目前已发现的100多种元素里,大约有五分之四是金属元素。
在通常情况下,金属除汞是液体外,其余是固体。
大多数金属都具有金属光泽,熔、沸点高,有良好的延展性、导电性、传热性。
合金是在一种金属中加热熔合其它金属或非金属,而形成的具有金属特性的物质。
由于合金的内部结构发生了变化,其性质也发生了变化,具有比单一金属性能更优越的物质。
炼铁就是在高温条件下,用还原剂一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。
知能梳理
1.从元素周期表上看,在存在的一百多种元素中,大约有五分之四是金属元素。
大多数金属都具有,、、、等性质。
2.金属在熔合了其它金属或非金属后,不仅发生了变化,其也发生了变化,从而引起的变化。
因此,在某些环境的应用中,合金比单一金属更具有优越的性能。
3.金属材料可分为黑色金属材料和有色金属材料。
生铁、铝合金、二氧化碳、黄铜、铬、二氧化锰、金、汞、氧化铁、碳、镁中属于黑色金属材料的是;属于有色金属材料的是。
4.铂的延展性好,可以抽成直径仅有1/5000mm的细丝。
仿照叙述再举几个类似的例子:
(1);
(2)。
5.人体摄入铝元素过量,易得痴呆症,1989年世界卫生组织把铝确定为食品污染源之一,而加以控制使用,铝在下列应用时应加以控制的是(填编号)。
①制铝合金门窗;②制电线;③制炊具;④银色漆颜料;⑤用明矾[KAl(SO4)2·12H2O]净水;⑥明矾与苏打制食品膨松剂;⑦易拉罐;⑧用氢氧化铝凝胶制胃舒平药品;⑨包装糖果等小食品。
6.金属铁的冶炼是指。
地壳中铁元素含量居金属元素的第位,仅次于。
常见铁矿石有:
赤铁矿(主要成分是),磁铁矿(主要成分是),菱铁矿(主要成分是),黄铁矿(主要成分是)。
化学上把氧化物中的氧被夺取的反应叫做。
在钢铁工业中,就是利用这一原理来炼铁的。
炼铁的主要设备是,原料是、、化学反应原理是(以赤铁矿为原料):
。
7.将A行词与B行词用线连接起来。
A行 B行
Fe2O3 低熔点的合金(伍德合金)
保险丝 赤铁矿的主要成分
青铜 铜锌合金
黄铜 铜锡合金
8.请简述下列问题.
(1)铜和铁都是金属,但两种金属在性质上存在着许多差异。
根据你的生活经验或学习到的知识,请你列举出它们性质上的三点差异。
(2)合金比单一金属有更好的性能和用途。
请根据你的生活经验或所学知识,试举二例说明合金在生活应用中的优点。
方法探究
9.孔雀石矿的主要成分是碱式碳酸铜,它受热易分解出水、二氧化碳和氧化铜。
根据下列仪器和药品,写出探究孔雀石分解产物的实验过程(写实验步骤,现象和结论):
仪器:
试管、铁架台、导气管、单孔橡皮塞、酒精灯、试管夹、烧杯等。
药品:
干燥的孔雀石样品、石灰水、稀硫酸、无水硫酸铜。
实验探究过程:
________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
10.生活中见到的火车钢轨、钢管、钢筋,实际上都是铁的合金——钢。
钢又分为合金钢和碳素钢,而碳素钢一般又分为低碳钢(含碳量低于0.3%)、中碳钢(含碳量0.3%~0.6%)、高碳钢(含碳量高于0.6%)。
现有10g某碳素钢的钢样,在富氧的条件下充分反应,生成0.44g二氧化碳,试通过计算判断它属于何种碳素钢。
11.实验室里用一氧化碳与氧化铜反应来制取铜。
如图所示的实验装置图,回答下列问题:
(1)实验时应先,直到试管中的排尽,以免发生;然后点燃酒精喷灯给氧化铜加热。
实验结束后应先把,当后,再停止,以防止。
(2)在A处观察到的现象是,该化学反应方程式是
(3)在B处观察到的现象是,该化学方程式是。
(4)为避免CO污染空气,需在C处采用必要的措施(或实验装置)以防止CO排入空气。
请说出你所采取的措施.。
(5)该装置还可以进行改装,请你谈一谈怎样改装,改装的理由时什么?
反思交流
12.铝是食品污染源之一,每人每日的摄入量应控制在0.004g以下。
如果在1kg米面中加入2g明矾[化学式为KAl(SO4)2·12H2O]用于制取食品。
那么某人一天吃了100g上述米面食品,通过计算说明其摄入的铝量是否超过安全摄入量?
13.某冶炼厂日产含杂质3%的生铁300t,该厂每天至少需要含氧化铁80%的赤铁矿石多少?
(计算结果精确到0.1)
解:
(方法一)利用化学方程式计算。
解:
(方法二)根据化学式计算。
视野拓展
铝合金的发现和应用
铝和铝的合金已是人们最熟悉的金属材料之一。
铝不仅质轻,密度才2.7g/cm3,而且加工性能良好,可以制作各种形状的餐具和日用品。
但铝的强度比较低,一碰就扁。
怎样才能使它变得更坚硬,适应更高的要求呢?
冶金学家发现,许多合金的强度往往比制造这些合金的纯金属要高的多。
因此他们决定寻找纯铝的“盟友”,以使铝变得更“坚强”。
20世纪初的一天,德国化学家威姆研制了一种含铜、镁和锰的铝基合金,这种合金果然比纯铝强度高。
但他仍不满足,他试图通过淬火工艺进一步提高它的强度,事实也的确如此,合金的强度果然提高了,但是他发现,不同的试样得到的实验结果又较大的差异。
威姆开始怀疑所用的仪器和测量精度有问题。
他化了几天时间检查仪器。
在这段时间,他把无暇过问的试样一直放在工作台上。
当仪器再次准备好,进行测量时,他意外发现,试样的硬度比以前高多了。
他非常奇怪,几乎不相信自己的眼睛,因为仪器上显示的强度竟比以前高了一倍。
于是,威姆决心搞清其中的奥秘。
他一次次重复实验,终于发现,合金的强度老是在淬火后的5~7天连续增加的。
这就是威姆偶然发现的铝合金淬火后的自然时效现象。
他当时并不知道金属内部发生了什么变化,但他通过实验发现了合金的最佳成分,并取得了专利权。
他把这种高强度铝合金称为“杜拉铝”,是用他从事这种合金生产“杜莱恩镇”命名的,后来这种合金被称为“硬铝”,因为它的硬度和强度比一般的铝合金高的多。
由于铝合金质轻而强度高,加上20世纪电力工业的迅速发展,大规模生产铝成为可能。
铝和铝合金的应用范围迅速扩大,从初期制作珠宝和珍贵餐具走向天空,并从1919年开始用作飞机蒙皮和其他零部件。
这些零件是以铝为基础并含有铜、镁、锰等元素的铝基合金。
因此铝称为带翼的金属。
铝在20世纪末新材料中也充当着重要的角色,它有良好的导电性和可塑性,已成为日益短缺的铜导线的最佳代用品,以及生活用品的重要材料,铝从此走出了珠宝商店,进入千家万户。
任何事情都是一分为二的,铝和铝合金确实给人们的生活带来了方便,但铝元素确实也给人们带来了害处,人体摄入铝元素过量,易得痴呆症,1989年世界卫生组织把铝确定为食品污染源之一,而应加以控制使用,每人每日的摄入量控制在0.004g以下。
因此生活中要尽量的避免使用铝或铝合金餐具。
请你调查生活中哪些物品是用铝合金做的,其优点是什么?
除铝合金外,还利用了哪些金属和合金,说说用这些金属或合金相对于铝合金来说有哪些优点和缺点?
第二节金属的化学性质
从金属与氧气、酸、盐溶液发生的化学反应,认识金属化学性质的特点。
由一种单质与一种化合物反应,生成另一种单质和另一种化合物,这样的反应叫做置换反应。
(一般可以用A+BC=B+AC或A+BC=C+BA来表示)。
在金属活动性顺序中,只有排在氢前面的金属才能与酸反应生成氢气。
在金属活动性顺序中,位置在前的金属可以把位于其后的金属从它们的盐溶液中置换出来。
知能梳理
1.解释下列问题(用化学方程式表示):
(1)为什么在一些烟花和照明弹中含有镁粉?
(2)为什么不用铝制容器盛放硫酸铜溶液?
(3)为什么铝粉涂在纸上点燃也能发出明亮的光?
2.请你完成金属活动顺序表。
在此表中,只有排在前面的金属才能从酸中置换出氢。
KPb(H)Au
()()
3.某同学通过实验探究Fe、Mg、Cu等三种金属活动性顺序时,有关反应记录如下:
Fe+2HCl==FeCl2+H2↑Mg+2HCl==MgCl2+H2↑
Fe+CuSO4==FeSO4+CuCu+2HCl—不反应
(1)从上述反应中,你获取的信息有;
(2)该同学说,她能从实验过程中发现镁比铁活泼,其依据是;
如果补充一个实验(用化学方程式表示),也能说明镁比铁活泼。
(3)请用金属活动性顺序解释生活中的一些现象,如。
4.如右图所示,将一个塑料小球放入盛有硫酸铜溶液的烧杯中,小球漂浮于液面,将足量的铁粉投入到烧杯中,充分反应后,观察到铁粉表面有____色物质析出,写出有关反应的化学方程式:
___________________________;若溶液体积变化忽略不计,则塑料小球浸入液体中的体积跟原来相比______(填“变大”或“变小”或“不变”);塑料小球是上浮一些还是下沉一些?
。
5.2Na+2H2O=2NaOH+H2↑和2
+Cl2=2KCl+I2属于置换反应吗?
(填“是”或“不是”);你的理由是。
6.判断下列反应能否发生,不能反应的说明理由,能反应的写出化学反应方程式。
①.Cu+H2SO4=②.Fe+HCl=
③.Al+HCl=④.Ag+HCl=
⑤.Cu+MgSO4=⑥.Al+CuCl2=
⑦.Cu+Hg(NO3)2=⑧.Fe+AgNO3=
⑨.Zn+AgCl=⑩.Fe+CuCO3=
7.有X、Y、Z三种金属,它们在溶液中能发生如下反应:
X+YCl2→XCl2+Y,
Z+XCl2→ZCl2+X,X+HCl→XCl2+H2↑。
已知Y与稀盐酸不能发生反应,则三种金属的活动性由强到弱的顺序应为。
8.向氧化铜和铁粉的混合物中,加入一定量的稀硫酸,反应停止后,过滤除去不溶物,向滤液中加入一铁片,未看到铁片有任何变化。
则滤出的不溶物中一定含有;可能含有;溶液中一定含有,不可能含有。
方法探究
9.翰林汇某化工厂排出的废液中含有AgNO3和Cu(NO3)2两种物质
(1)为了减少污染,并分离分离、回收金属银和铜,设计方案如下:
试写出
(1)、
(2)、(3)步的化学反应方程式:
①____________;②__________________;
③____________。
你还有其它的设计方案吗?
提出来和同学交流。
(2)某同学取了少量的废液,将其分为A、B两份,各加入一定量的铁粉,充分反应后,过滤洗涤,分别得到滤渣和滤液。
①将A得到的滤渣加入到稀盐酸中有气泡产生,则该滤渣中含有的物质的(填化学式,下同)
②向B得到的滤液中滴稀盐酸,有白色沉淀生成,则对应的滤渣中含有,滤液中含有的溶质的。
10.铜和锌按一定比例混合制得的合金呈金黄色,不法分子常以这种合金制成的纪念币冒充金币骗人。
请你用不同的化学方法揭穿不法分子的骗术(写出操作和相关现象即可)。
实验步骤
操作步骤
现象与结论
方法一
方法二
11.实验室中要除去细铜屑中的少量细铁屑。
某课外活动小组设计了两个方案:
①Cu、Fe过滤洗涤
②Cu、Fe过滤洗涤
在上述两个方案中,你认为较好的是(填序号),理由是
;你是否有更简便的方法,请简述
。
反思交流
12.在已调整好零点的拖盘天平两边的托盘里,各放一质量相同的烧杯,烧杯中分别盛有同浓度等质量的稀盐酸,向左边烧杯中加入mg铝,右边烧杯中加入mg镁(如右图所示),当反应停止后:
(1)若天平仍保持平衡,则:
①反应物中什么物质一定没有剩余;
②什么物质一定有剩余
③什么物质可能有剩余
(2)若天平两端失去平衡,则天平一定偏向盛放的一边。
13.在木杆的两端分别挂着质量和体积都相同的铁球和铝球(右图所示)。
此时,杠杆平衡。
将两球分别浸泡在质量相同、溶质的质量分数也相同的稀硫酸中,直至两个烧杯中均没有气泡产生为止。
两球的外形变化不大且无孔洞出现(金属球上附着的液体忽略不计)。
甲同学说:
铁球一定是空心的;
乙同学说:
拿掉烧杯后,杠杆仍然平衡
丙同学说:
拿掉烧杯后,要想使杠杆平衡,支点应向N移动
丁同学说:
拿掉烧杯后,要想使杠杆平衡,支点应向M移动
你认为推断正确的是
请谈一谈你推断的理由是:
14.(3分)把10g铁粉和铜粉的混合物放到盛有40g稀硫酸的烧杯中,恰好完全反应,反应后的烧杯中物质的总质量为59.9g,求:
①原金属混合物中铁的质量分数。
②稀硫酸溶液的溶质质量分数。
视野拓展
锰与人体健康
我们知道,碳素钢中加入适量的锰元素,则得到的是锰钢,其性能坚硬无比,可制造钢轨、轴承、坦克装甲等。
实际上锰也是植物、动物、家禽所必须的营养元素,也是人体健康必须的微量元素之一。
成人体内锰的总量虽很少,仅为10~20mg,但锰是人体多种酶的成分,如精氨酸酶、普安酸梅、丙酮酸羧化酶。
锰参与体内各种氧化还原过程,使肌肉有力量。
锰参与造血过程,动物实验表明,10~15天的动物胚胎中锰的含量很丰富,骨骼和肝脏含有较多的锰,很可能和它们的造血作用有关。
人体缺锰会使患者惊厥。
严重缺锰可导致不孕症或死胎。
缺锰还会影响体内几种维生素的合成及发挥作用,降低抗病能力。
近几年来国内一些科学工作者发现了一些补肾中药如补骨脂、肉苁蓉、枸杞子、何首乌、熟地等中的锰、锌含量都比较高,因而认为中医的肾虚与锰、锌缺乏在病理上有一致性。
各种食物中。
坚果和谷类含锰比较丰富,茶叶可为人提供丰富的锰,而海味和肉食中含锰则很低。
饮食中的锰只有约5%被人体吸收。
我国暂规定,成人锰摄入量为每日5mg~10mg。
和其它必需元素一样,锰摄入过多也能使人中毒。
接触锰化合物过多的生产工人,易患震颤麻痹症候群,症状为头昏、头痛、记忆力减退,易疲劳继而肌肉震颤,容易跌倒,口吃,丧失劳动能力等。
生产工人的中毒,锰化合物主要以灰尘形式进入人体,故预防办法是操作时戴口罩,注意环境除尘,生产过程尽可能密闭化,注意个人卫生。
高锰酸钾的中毒多是由于误服,致使口腔、咽部、食管灼伤。
急救时应用骨炭10~20g洗胃,并用石蜡油,蓖麻油缓泻,静脉注射50%葡萄糖。
我国锰资源很丰富,充分利用我国丰富的锰矿资源,改进锰产品的生产工艺,降低成本,扩大出口。
向农民普及有关知识、技术,合理使用锰肥和含锰饲料添加剂,发展我国的农业和畜牧业;合理摄取锰元素,促进人民健康等等各方面都很有重要的意义。
可以说,化学、化工和冶金工作者,教师和学生,以及广大农民和养殖业职工都能从中找到自己的用武之地。
请你通过调查、查询资料、走访等形式,了解人在发育过程中补“钙”的利与弊,并和同学进行交流。
第三节钢铁的锈蚀与防护
钢铁在空气中的锈蚀,实际上是铁跟氧气、水等物质相互作用,发生了一系列复杂的化学反应,使铁转化为铁的化合物的过程。
铁锈的主要成分是氧化铁。
钢铁的防护主要有三种方法:
一是保持铁制品表面的洁净与干燥;二是在钢铁表面覆盖保护层(如涂刷矿物油、涂防锈油漆,覆盖搪瓷、塑料,镀上一层不易锈蚀的金属);三是改变金属内部结构——制成特种合金。
回收利用废弃金属可以减少污染,节约金属资源。
知能梳理
1.下列情况下:
①在潮湿、疏松、透气的土壤中②在含铁元素较多的酸性土壤中③在潮湿、致密、不透气的土壤中④在干燥、致密、不透气的土壤中,你认为埋在地下的铸铁管道腐蚀速度最快的是。
2.全世界每年因生锈损失的钢铁,约占世界年产量的四分之一。
照此计算我国每年钢铁生锈损失(按年量1亿吨,每吨2000元)约为亿元。
根据实验或生活常识写出铁在什么条件下最易生锈?
。
为减少钢铁生锈损失,钢铁制品采取了很多防锈措施,请列举家庭中物品防锈的两个例子:
①;②。
3.一枚生锈的铁钉投入足量的稀硫酸中。
请分析发生的试验现象有哪些?
写出有关反应的化学方程式。
4.将一根干燥的铁丝弯成如右图所示的形状,并将其两端分别插入盛有水的烧杯甲中和盛有植物油的烧杯乙中,放置数天后,观察铁丝A、B、C三处表面发生的变化是否相同?
若有不同,则A、B、C三处各有什么现象?
5.市场上出售的“热敷袋”其主要成分是铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。
热敷袋启用之前用塑料袋使其与空气隔绝,启用时打开塑料带轻轻搓揉就会放出热量,同时混合物变为红色。
使用完后会发现有大量铁锈存在。
试用学习的知识解释颜色变化及放热的原因。
6.溶解在水中的氧气和二氧化碳气体都易使铁生锈。
因此锅炉用水最好把这些气体除掉,下面可采用的方法有:
(1)把锅炉用水放入密闭的贮水箱内,然后从箱里抽出气体。
(2)把热的水蒸气通入锅炉用水。
为什么这两种方法都能把水中的氧气和二氧化碳除掉?
方法探究
7.某同学利用日常生活中常见的用品制作了一套装置(如图所示),用该装置对钢钉(又称水泥钉,主要成分是铁,杂质不溶于水也不与盐酸反应)样品进行实验。
请帮助完成下列实验报告。
(一)实验目的:
测定__________________。
(二)实验用品:
托盘天平、药水瓶、铜网、铜丝、
饮料瓶。
钢钉、稀盐酸、碱石灰(CaO和NaOH混合物)。
(三)实验步骤
实验内容和步骤
实验现象
结论(或化学方程式)
①称量10.0g钢钉放在铜网中,按图示装置组装后,称得仪器和药品总质量为120.0g
②将铜网插入足量稀盐酸中,充分反应
发生的化学方程式:
③反应完全后,称得装置总质量为119.65g
产生H2的质量为______g。
含铁元素的质量分数为_________。
(四)问题探究:
说明:
不考虑空气中CO2和H2O对实验的影响。
(1)该实验中碱石灰的作用是_____________,若去掉碱石灰,则所测定的钢钉中含铁的纯度____________(填“偏大”、“偏小”、“无影响”)
(2)若只将钢钉换成石灰石,原实验方案能否用于石灰石样品纯度的测定__________(填“能”或“不能”),理由是____________。
(3)若将图中药水瓶改成直导管、钢钉换成纯铁,用原方案测定铁的相对原子质量,则结果____________。
(填“偏大”、“偏小”、“无影响”)
8.小强家的几个电灯忽亮忽灭,忽明忽暗,爸爸说一定是电路中有接触不良的地方,他用干燥的木棍轻轻拨动屋檐下的电线,几经周折才恢复了正常。
第二天,小强帮电工师傅一起查找线路故障,它们检查了电线的每一部位,直到检查一处铜线和铝线的接口处才发现了问题。
他们发现上面“长满了”灰色、绿色的粉末。
师傅说:
“铝、铜的接口处易生锈,问题往往出在这些地方。
”小强对师傅的话半信半疑,又检查一遍,确实是铝铜接口处生了锈,而铝铝接口处和铜铜接口处都没有生锈。
这是必然还是偶然原因造成的?
只有铝铜接口处易生锈吗?
不同金属的接口处都易生锈吗?
小强想通过实验弄明白这些问题。
他找到了铜丝、铝丝、铁丝和锌条,想模仿自然条件下、较长时间后导线接口处的生锈情况。
请你和小强一起完成下列问题:
(1)怎样设计这个实验?
请写出实验步骤和操作方法。
(2)通过几个月的观察,若得出“只要是不同种金属相连接,就比同种金属相连接容易生锈”的结论,那么上面所设计的实验在几个月后应该出现的现象是什么?
(3)为避免类似小强家电路现象的发生,请你给电工师傅提出建议。
(4)在你接触到的用品中,还有类似现象发生吗(举一例即可)?
对防止这类锈蚀你有何建议?
反思交流
9.利用下图所示的实验装置,可以测定某氧化铁试样中氧化铁的质量分数。
请仔细观察装置图回答下列问题:
(1)如果采用稀硫酸代替盐酸,你认为能否省去B装置?
理由是。
(2)假设试样中杂质不发生反应,且B、C、E装置吸收是完全的。
若试样为10g,完全反应后,E装置的质量增加了2.7g,则试样中氧化铁的质量分数为。
(3)若
(2)中所得实验数据是B、C装置颠倒后测出的,那么计算出的结果,比实际试样中氧化铁的质量分数(填“偏大”或“偏小”);如果通过称量反应后的质量进行计算,则可以避免偏差。
10.某校同学探究学校附近赤铁矿中Fe2O3的纯度。
他们采集了20.0g样品,加入稀盐酸,其反应为:
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,完全反应后,共用去稀盐酸184.0g,过滤得到滤渣4.0g。
(假设杂质既不溶于酸,也不溶于水;不考虑实验中的损耗)求:
(1)赤铁矿中Fe2O3的质量是多少?
(2)反应后所得溶液中溶质的质量分数是多少?
视野拓展
彩色不锈钢
我们知道钢是铁合金的一种,不锈钢是钢大家族中用途非常广泛的一种合金,是指含铬(Cr)在13%以上的铁合金系列,生活中最常用的18-8不锈钢(SUS304钢)含有18%的铬和8%的镍(Ni)。
这种合金在空气中非常稳定,能够长久保持其光泽和银白色。
但是它与金、铂不同,它的稳定性并不来自化学惰性,而是由于在大气中它的表面生成了一层极薄(0.005μm)的含Cr的复杂氧化物——氢氧化物膜(钝化膜),钝化膜非常致密,能将内部金属本体与周围气氛隔绝开来,保护它不再发生反应,从而也保护了它自身的银白色和光泽。
这就是人们常说的钝化。
但是在某些特定的场合下,如海水中,钝化膜被破坏,且不能自行修复时,不锈钢仍然会发生腐蚀,仍然会出现锈斑和蚀孔。
所以,不锈钢并不是绝对不锈,它只不过蚀被钝化膜保护起来而已。
直接使用其裸不锈钢,也会带来色彩单调的问题。
而彩色不锈钢正解决了这个问题,它不仅使不锈钢表面具有了美丽而多变的色彩,同时还提高了它的耐腐蚀性,因此彩色不锈钢则是近十年来发展比较快的一种合金。
彩色不锈钢有下列几种制取方法。
(1)用INCO法生产彩色不锈钢
INCO法是一种化学处理方法,它是将不锈钢放入70-90℃,以250g/L铬酸(CrO3)和460-500g/L硫酸为主要成分的着色浴中浸渍,不锈钢表面被氧化,生成由Cr和Fe的氧化物、氢氧化物共同构成的结构和组成都很复杂的膜。
随时间的延长,膜的厚度逐渐增加,就会显出不同的颜色。
一般地说,随着处理过程的进行,颜色将按金红紫绿黄绿的顺序变化。
这种色彩不锈钢随光的强弱不同,照射的角度不同,会显现出不同的色彩。
美国德克萨斯州休斯顿市有一幢21层大楼就是用这种彩色不锈钢来装饰外墙的,从早到晚,随着日照方向不同,大楼显现出不同的色彩,非常壮观。
(2)熔盐法
在熔融的重铬酸盐(K2Cr2O7或Na2Cr2O7·2H2O)浴中(400-500℃)氧化处理15-30分钟,可得到黑褐色的不
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