初中化学学习笔记 第六章 金属

第六章金属
第一节金属材料的物理特性
1.金属材料：金属材料包括纯金属和合金。

2.金属的物理性质
在常温下一般为固态（汞为液态），有金属光泽（大多数金属呈银白色，铜呈紫红色，金呈黄色）；有良好的导电性、导热性、延展性；熔点较高、能够弯曲、硬度较大、密度较大。

3.金属之最
（1）地壳中含量最多的金属元素——铝
（2）人体中含量最多的金属元素——钙
（3）目前世界年产量最多的金属——铁（铁＞铝＞铜）
（4）导电、导热性最好的金属——银（银＞铜＞铝＞铁）
（5）熔点最高的金属——钨，熔点最低的金属——汞
（6）硬度最大的金属——铬，硬度最小的金属——铯
（7）密度最大的金属——锇，密度最小的金属——锂
（8）延展性最好的金属——金
4.金属的分类
黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。

有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。

5.金属的应用
物质的性质在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境的影响等多种因素。

6.合金
合金是由一种金属跟其他金属或非金属熔合而成的具有金属特性的材料。

注意：（1）合金是几种成分加热熔合而成的，既不是简单的混合，也不是相互化合；（2）合金中的元素以单
质的形式存在；（3）合金属于混合物；（4）合金具有金属特性，如导电性、导热性、延展性等。

7.合金的特性
合金和组成它们的纯金属相比，具有以下性能：（1）熔点更低；（2）强度和硬度更大；（3）抗腐蚀性能更好。

由于合金的种类远多于纯金属，性能也更优越，因此，合金的用途更广泛。

第二节金属的化学性质
1.金属与氧气的反应
（1）镁、铝
在常温下能与空气中的氧气反应：2Mg+O22MgO 4Al+3O2=2Al2O3
铝的抗腐蚀性能好的原因：铝虽然化学性质比较活泼，在常温下就能与氧气反应，但是其表面生成一层致密的氧化铝薄膜，从而阻止内部的铝进一步被氧化，因此铝具有很好的抗腐蚀性能。

（2）铁、铜
在常温下、干燥的环境中，几乎不与氧气反应，但在潮湿的空气中会生锈。

铁、铜在点燃或加热时能与氧气反应：3Fe+2O2Fe3O42Cu+O22CuO
金即使在高温时也不与氧气反应。

2.金属与酸的反应
活泼金属＋酸→ 盐＋H2↑
描述现象时，需要注意：①如果有铁、铜元素参加反应，一定要注意溶液颜色的变化；②反应放热，但是只有镁和酸反应时放热现象明显。

3.置换反应
由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叫做置换反应。

表达式：单质＋化合物→新单质＋新化合物通式：A＋BC→AC＋B 特点：一单换一单
注意：当铁单质参加置换反应时，生成物中的铁元素呈＋2价。

4.常见金属在溶液中的活动性顺序
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性由强逐渐减弱
记忆的时候分成三段：钾钙钠镁铝，锌铁锡铅氢，铜汞银铂金。

可以利用谐音来记忆：嫁给那美女，身体细纤轻，统共一百斤。

5.金属活动性顺序的应用
在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性就越强。

（1）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（不可以用浓硫酸和硝酸）中的氢得到氢气。

（口诀：氢前金属置换酸中氢，靠前金属反应速率快）
a 同价原则：相同质量的金属与足量的酸反应，在生成物中金属元素的化合价相同的条件下，金属的相对原子质量和产生氢气的质量成反比。

b 等质量的X、Y两种金属，分别放入相同浓度的足量的稀硫酸中，产生氢气的质量与反应时间的关系如右图，做此种类型题的判断依据如下：
①斜线越靠前，则在金属活动性顺序中越靠前。

则活动性：Y＞X
②横线越靠上，则产生的氢气越多。

产生氢气的质量：X＞Y
③横线越靠上，则金属的相对原子质量与其在盐中所显化合价的比值越小。

如果为同价，则横线靠上，相对原子质量小。

（2）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。

钾、钙、钠不符合这一条。

它们会先和水反应生成碱和氢气，然后碱和盐再反应。

a 金属与盐溶液的反应：金属＋盐→另一金属＋另一盐（条件：“前置后，盐可溶，钾钙钠不用”）
b 距离最远原则：活动性相差越大，越易反应。

在活动性顺序中，金属的距离远的，反应先发生。

一个置换反应结束后，另一个置换反应才会发生。

如在硫酸亚铁和硫酸铜的混合溶液中加入锌粒，锌会先和硫酸铜反应，反应完毕后剩余的锌才和硫酸亚铁反应。

细节决定成败
6.比较金属活动性顺序的方法
（1）利用金属与酸的反应
能与酸反应产生氢气的排在氢前，相同条件下反应速度越快越靠前；不能与酸反应的排在氢后。

（2）利用金属与盐的反应
A 金属能和
B 金属形成的盐溶液反应，则活动性顺序A ＞B ；如果不反应，则活动性顺序A ＜B 。

注意：利用金属和金属盐溶液反应来检验金属活动性顺序时（三种金属），最简单的方案是利用中间
原则设计，即利用中间金属单质和另外两种金属的盐溶液（两盐夹一金），或利用中间金属的盐溶液和另外两种金属单质（两金夹一盐）。

第三节 金属矿物与冶炼
1.矿石
工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。

常见的矿石及主要成分：赤铁矿（Fe 2O 3）、磁铁矿（Fe 3O 4）、黄铁矿（FeS 2）、菱铁矿（FeCO 3）、铝土矿（Al 2O 3）、黄铜矿（CuFeS 2）、辉铜矿（Cu 2S ）等。

2.一氧化碳还原氧化铁的实验
（1）实验装置：见下图（这是整套装置，但只需掌握虚线框中内容，并且下文的操作、现象、结论 仅针对虚线框内的实验装置）。

① 稀盐酸 ② 大理石 ③ 饱和的碳酸氢钠溶液 ④ 浓硫酸 ⑤ 木炭 ⑥ 氧化铁 ⑦ 澄清石灰水
（2）实验操作
① 先通入一氧化碳气体，排尽装置内的空气，在加热前必须先检验一氧化碳的纯度；
① 点燃酒精喷灯给玻璃管内的物质加热；
① 实验完毕，先熄灭酒精喷灯；
① 再通入一会儿一氧化碳直到玻璃管冷却。

记忆技巧：一氧化碳早出晚归，酒精喷灯迟到早退。

（3）实验现象：红色粉末逐渐变成黑色，澄清的石灰水变浑浊。

（4）实验结论：一氧化碳能将氧化铁还原成铁，同时生成二氧化碳。

（5）化学方程式：2323CO Fe O
2Fe 3CO 高温＋＋
（6）注意事项
① 检验一氧化碳纯度的目的：防止加热空气和一氧化碳的混合气体引起爆炸。

② 一氧化碳“早出”，酒精喷灯“迟到”的目的：排净装置内的空气，防止加热空气和一氧化碳的混合气体引起爆炸。

③ 一氧化碳“晚归”，酒精喷灯“早退”的目的：防止灼热的铁重新被空气中的氧气氧化。

② ① ③ ④ ⑤ ⑥
⑦
细节决定成败
④ 因为一氧化碳有剧毒，随意排放会造成空气污染，所以必须进行尾气处理。

（处理方法：可以在导管末端加一个酒精灯将其点燃；也可用一个气球收集起来再处理）
⑤ 澄清石灰水的作用：证明反应生成二氧化碳。

3.铁的冶炼
（1）设备：高炉。

（2）原料：铁矿石（赤铁矿或磁铁矿）、焦炭、石灰石、（空气）。

铁矿石的作用是提供铁元素；焦炭的作用一方面是转化为还原剂CO ，另一方面是提高炉温；石灰石的作用是使铁矿石中的脉石（如二氧化硅）转变成炉渣除去。

（3）反应原理：C+O 2
CO 2、CO 2+C 2CO 、3CO+Fe 2O 32Fe+3CO 2。

（4）注意：
① 高炉中冶炼得到的物质不是纯铁，是铁的合金——生铁。

此炼铁反应不属于置换反应。

② 工业炼铁的原料中含有焦炭，但是从铁矿石中还原出铁的是CO 。

4.生铁和钢
生铁和钢都是铁的合金，生铁中含碳量：2%～4.3%；钢中含碳量：0.03%～2%。

5.含杂质的反应物或生成物的有关计算
当参加反应的物质含杂质时，先要把含杂质的物质的质量换算成纯物质的质量，再进行计算。

一般利用该公式及其变形：%100⨯=不纯物质的总质量纯物质的质量纯度。

例题：1000t 含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少？
解法1 1000t 赤铁矿石中含氧化铁的质量为：800t 80%1000t =⨯
设生成的铁的质量为x 。

x
800t 112
160 3CO 2Fe 高温 O Fe 3CO 23
2++
t 560160t 800112t 800112160=⨯==x x
折合为含铁96%的生铁的质量为t 583%96560t =÷ 答：800t 氧化铁理论上可以炼出生铁的质量为583t 。

解法2 设理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量为x 。

（x 不是纯物质的质量，不能直接代入计算） 1000t 赤铁矿石中含氧化铁的质量为：800t 80%1000t =⨯
%
96 80%1000t 112
160 3CO 2Fe 3CO
O Fe 232⨯⨯++x 高温
t 583%
96160t 800112%96t 800112160=⨯⨯=⨯=x x
答：800t 氧化铁理论上可以炼出生铁的质量为583t 。

第四节 珍惜和保护金属资源
1.铁生锈的条件
铁在有氧气和水同时存在时容易生锈。

铁锈是混合物，主要成分是
，具有疏松多孔的结构，不及时除去会加速内部的铁生锈，直至全部被锈蚀。

影响铁生锈速率的因素：温度、湿度、酸和盐。

所以升高温度或在盐水环境下，铁的生锈速率会加快。

注意：铜在潮湿的空气中也易生锈，“铜锈”即铜绿，其主要成分为碱式碳酸铜[Cu 2(OH)2CO 3]，是铜与水、氧气、二氧化碳共同作用的结果。

金属铝也易生锈，但“铝绣”同铁锈、铜锈不同，它是一层致密的氧化铝薄膜，覆盖在金属铝的表面，能防止内部的铝继续与氧气反应，起到自我保护的作用。

2.除去铁锈的方法
物理方法：刀刮、砂纸打磨。

化学方法：少量、多次地滴加稀盐酸或稀硫酸。

有关反应如下：
Fe 2O 3 + 6HCl = 2FeCl 3 + 3H 2O Fe 2O 3 + 3H 2SO 4 = Fe 2(SO 4)3 + 3H 2O
3.防止铁制品生锈的方法
（1）保持铁制品的洁净、干燥。

（2）擦干后涂一层保护膜（作用：隔绝空气、防水）。

具体方法如下：
a. 物理方法——刷漆（油漆或银粉）、涂油
b. 化学方法——电镀其它金属（铬或锌）、烤蓝
（3）改变金属内部结构：制成合金，如不锈钢等。

4.金属资源的保护措施
（1）从资源的采掘和开发方面：① 有计划、合理地开采矿物；① 回收利用废旧金属；① 寻找金属的代用品。

（2）从保护金属材料和制品方面：防止金属的腐蚀。

意义：节约金属资源和能源，降低金属的生产成本，减少对环境的污染。

Fe 2O 3 xH 2O。