第五章金属的冶炼和利用

第五章金属的冶炼和利用
5.1金属的性质和利用
一.金属的性质：
1.物理性质： ①有金属光泽
②多数金属为银白色：Au —金黄色，Cu —紫红色 Zn —青白色
③多数金属为固体：除了Hg ——液
④所有的金属都有良好导电性、导热性和延展性。

⑤多数金属有较大的密度、硬度和熔点。

（锂钠钾密度比水小，并且与水反应）
2.金属某些物理性质及其应用
饰品：Au 、Ag 、Pt （铂）——金属光泽和延展性
炊具：Fe 、Al ——导热性
电丝、电缆：Cu 、Al ——导电性
灯丝：W ——熔点高
食品包装：Al ——延展性
3、金属之最：
（1）铝：地壳中含量最多的金属元素（2）钙：人体中含量最多的金属元素
（3）铁：目前世界年产量最多的金属（铁>铝>铜）
（4）银：导电、导热性最好的金属（银>铜>金>铝）
（5）铬：硬度最高的金属 （6）钨：熔点最高的金属
（7）汞：熔点最低的金属 （8）锇：密度最大的金属
（9）锂 ：密度最小的金属
4、金属分类：
黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。

重金属：如铜、锌、铅等
有色金属
轻金属：如钠、镁、铝等；
有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。

5金属的化学性质：
金属的化学性质(金属元素：具有金属通性的元素。

最外层电子数小于4，所以其原子容易失去电子而本身常以阳离子形态存在于化合物中。

它们的氧化物和氢氧化物一般呈碱性)
①与氧气反应
2Mg+O 2 ==== MgO 3Fe+2O 2 ==== Fe 3O 4 2Cu+O 2 ==== 2CuO （变黑色） 4Al+3O 2 ==== 2Al 2O 3
点燃 点燃 △
②与酸反应金属+ 酸→盐+ H2↑
Mg+2HCl ==== MgCl2+H2↑2Al+6HCl ==== 2AlCl3+3H2↑
Fe+HCl==== FeCl2+H2↑Zn+2HCl ==== ZnCl2+H2↑
锌和稀硫酸Zn + H2SO4 ==== ZnSO4 + H2↑
铁和稀硫酸Fe + H2SO4==== FeSO4 + H2↑
镁和稀硫酸Mg + H2SO4 ==== MgSO4 + H2↑
铝和稀硫酸2Al +3H2SO4 ====Al2(SO4)3 +3H2↑
③金属+ 盐→另一金属+ 另一盐（条件：“前换后，盐可溶”）
Fe + CuSO4====Cu+FeSO4
铁条表面覆盖一层红色的物质
现象：
溶液由蓝色变成浅绿色
(古代湿法制铜及“曾青得铁则化铜”指的是此反应)
铝片放入硫酸铜溶液中：3CuSO4+2Al==Al2(SO4)3+3Cu
现象：铝片表面覆盖一层红色的物质，溶液由蓝色变成无色。

铜片放入硝酸银溶液中：2AgNO3+Cu==Cu(NO3)2+2Ag
现象：铜片表面覆盖一层银白色的物质，溶液由无色变成蓝色。

铜和硝酸汞溶液反应：Cu + Hg(NO3)2 === Cu(NO3)2 + Hg
现象：铜片表面覆盖一层银白色的物质，溶液由无色变成蓝色。

6置换反应：一种单质和一种化合反应,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
7金属活动性顺序：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
钾钙钠镁铝锌铁锡铅（氢）铜汞银铂金
①金属活动性顺序表中，金属的位置越靠前，活动性越强。

②排在氢前面的金属，能与酸反生置换反应，生成氢气（除浓硫酸和硝酸）
③排在前面的金属能把后面的金属，从其化合物溶液中置换出来。

（K，Ca，Na）
8实验室制取氢气
①原理：Zn+H 2SO 4==== ZnSO 4+H 2↑
②选择药品：Mg 、Al ——太快 Fe ——太慢 HCl ——挥发 H 2不纯 ③装置步骤：同制取二氧化碳一样
④收集方法： 排水法 （难溶于水）
向下排空气法 （ρ＜ρ ）
氢气的性质：无色无气味的气体，ρ＜ρ ，是最轻的气体，难溶于水，有可燃性，还原性。

二.合金
1.定义：合金是由一种金属跟其他金属（或非金属）熔合形成的有金属特性的物质。

2.特性： 硬度比组成它的金属大
熔点比组成它的成分金属熔点低
耐腐蚀性增强
3.常见合金特性和用途：P120
4.铁的金属：铁和碳的合金
生铁：含碳量大，2％—4.3％，韧性差，硬
钢：含碳量0.03％—2％，韧性好，弹性好，比较硬
5.金属材料：纯金属和各种合金
几种合金：不锈钢，形状记忆合金，高温合金，储氢合金
空 空
5.2金属矿物 铁的冶炼
一.金属矿物：
1.金属元素的存在：①极少数以单质形式存在，如铂、金、银
②大多数以化合物存在
2.金属矿物：
①铁的矿物：⑴赤铁矿（Fe 2O 3） ⑵磁铁矿（Fe 3O 4） ⑶黄铁矿（FeS 2）
⑷菱铁矿（FeCO 3）
②铜的矿物：⑴赤铜矿（Cu 2O ） ⑵孔雀石［Cu 2(OH)2CO 3］ ⑶黄铜矿
⑷ 斑铜矿
③铝的矿物：⑴铝土矿 ⑵明矾石
3.金属的冶炼：把金属矿物变成金属的过程
二.铁的冶炼
1.实验室冶炼铁 ①原理：3CO+Fe 2O 3 ==== 2Fe+3CO 2
②步骤：⑴连装置，检查气密性 ⑵装药品，固定铁架台
⑶先通一会CO ，再加热， 目的：空气排净，防止加热时爆炸 ⑷先停止加热，冷却至室温，再停止通CO 目的：防止产生铁粉被重新氧化
③实验现象：玻璃管中红棕色粉末变黑色，石灰水变浑浊
④产物检验： 磁铁吸引
放入稀盐酸——产生气泡
⑤注意事项：⑴检查装置气密性 ⑵先通一氧化碳，后加热 ⑶先停加热，后停通CO ⑷做尾气处理：点燃，收集 ⑥石灰水的作用：检验并吸收CO 2
2.工业炼铁 ①原理：3CO+Fe 2O 3 ==== 2Fe+3CO 2
②设备：高炉
③原料：铁矿石、石灰石、焦炭、空气
④流程：焦炭 二氧化碳 一氧化碳 铁
⑴C+O 2 ==== CO 2 ⑵CO 2+C ==== 2CO
⑶3CO+Fe 2O 3====2Fe+3CO 2
⑤焦炭作用：⑴燃烧提高炉温 ⑵产生CO
三、化学反应类型
1、四种基本反应类型
①化合反应：由两种或两种以上物质生成另一种物质的反应
②分解反应：由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应
高温
高温 过量空气、高温焦炭、高温 赤铁矿石、高温 ⑴ ⑵ ⑶ 点燃 高温 高温
③置换反应：一种单质和一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应
形式：
A+BC B+AC
小结：化学反应的类型
化合反应：A + B + … → AB…
分解反应：AB… →A + B + …
置换反应：A +BC →AC + B
④复分解反应：两种化合物互相交换成分，生成另外两种化合物的反应。

2、氧化还原反应
氧化反应：物质得到氧的反应
还原反应：物质失去氧的反应
氧化剂：提供氧的物质
还原剂：夺取氧的物质（常见还原剂：H 2、C 、CO ）
氧化剂和还原剂只能出现在反应物中，能够夺得氧的物质是还原剂，能够提供氧的物质是氧化剂。

氧化剂具有氧化性，发生还原反应；还原剂具有还原性，发生氧化反应
3、中和反应：酸与碱作用生成盐和水的反应
四、金属的其他冶炼方法
1.热分解法
有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。

2HgO ==== 2Hg + O 2↑
2Ag 2O ==== 4Ag + O 2↑
2．电解法
在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。

2Al 2O 3====4Al+3O 2↑
2NaCl====2Na+Cl 2↑
3．热还原法
多数金属的冶炼过程属于热还原法。

常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气等。

Fe 2O 3+3CO ==== 2Fe+3CO 2
CuO+ H 2 ==== Cu+H 2O
△
△
高温
通电
通电 高温
4.湿法冶炼
Fe + CuSO4====Cu+FeSO4
五、含杂质物质的化学方程式计算
根据纯度计算出纯物质的质量，再进行其他计算
1、等质量的四种金属Al、Mg、Fe、Zn与足量的稀盐酸反应，生成氢气的多少？2Al+6HCl=2AlCl3+3H2
54 6
1 x x=6／54=2／18
Mg+2HCl=MgCl2+H2
24 2
1 x x=2／24
Fe+2HCl=FeCl2+H2
56 2
1 x x=2／56
Zn+2HCl=ZnCl2+H2
65 2
1 x x=2／65
生成氢气的质量为Al＞Mg＞Fe＞Zn。