DOI: 10.1126/science.1233638
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340 Science et al.Rodney D. L. Smith Materials for Water Oxidation Catalysis Photochemical Route for Accessing Amorphous Metal Oxide
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is a Science 2013 by the American Association for the Advancement of Science; all rights reserved. The title Copyright American Association for the Advancement of Science, 1200 New York Avenue NW, Washington, DC 20005. (print ISSN 0036-8075; online ISSN 1095-9203) is published weekly, except the last week in December, by the Science o n O c t o b e r 17, 2013
w w w .s c i e n c e m a g .o r g D o w n l o a d e d f r o m
Such an entity may trap water from the inner position,resulting in alcohol 10,or in a rearranged product,namely cyclobutane 11.Neither 10nor 11(nor derived labeled isomers)are observed in the reaction (Fig.3C).
What is the nature of the three-center bond in putative fluoronium ion 1?According to cal-culations,much of the positive charge is sus-tained by adjacent carbons and hydrogen atoms (although fluorine itself is considerably more positively charged than in a typical C-F bond).For example,the two C-F bond distances in 1are equivalent (B3LYP/6-311++G**,1.60?;MP2/6-311++G**,1.57?;PBEPBE/6-311++G**,1.61?)and allow hypervalent fluorine to posi-tion itself snugly within a C 2v symmetric poly-cyclic cage composed of interlocking five-and six-membered carbocyclic rings.The C-F-C bond angle is 115°in the former calculations (114°at PBEPBE),permitting F to fit optimally within the lattice of the cage,and associated electron pairs to maximize repulsion.Figure 4depicts the filled,very low-lying (–1.31eV),delocalized s orbital that is primarily respon-sible for three-center C-F-C bonding.Why would ion 1trap solvent in such a clean fashion rather than decompose?A calculated barrier to uni-molecular decomposition may provide a clue.Electron impact mass spectrometry of 1shows a fragment corresponding to the cyclopent-2-en-1-yl cation,a resonance-stabilized allylic system.The loss of this species through a calculated bar-rier of 24.5kcal/mol (B3L YP/6-311++G**)defines a potential low-energy pathway to unimolecular decomposition.It is thus justifiable to conclude that nucleophilic trapping of 1would be much faster.
Our study points to fluorine ’s potential role as an anchimeric assistor to open up possibili-ties for new reactions that can capitalize on a fluoronium intermediate to control regioselec-tivity,diastereoselectivity,and overall reactivity in organofluorinated molecules.Fundamental in-sights into the mechanisms by which fluorine re-acts in organic molecules are of great importance to several fields,especially synthetic and medi-cinal chemistry.
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31.T.Svensson,S.Winstein,J.Am.Chem.Soc.94,
2336(1972).Acknowledgments:Supported by a John Simon Guggenheim Memorial Foundation fellowship (T.L.)and Johns Hopkins University Ernest M.Marks and Gary H.Posner fellowships (M.T.S.).We thank C.Moore for her input and assistance.Calculations and spectra reported in this paper are available in the supplementary materials.Metric parameters for the
structure of 7are available free of charge from the Cambridge Crystallographic Data Center under CCDC 915139.
Supplementary Materials
https://www.doczj.com/doc/7814614967.html,/cgi/content/full/340/6128/57/DC1Materials and Methods Figs.S1to S31Tables S1to S9Data Files S1to S29References (32–35)
9October 2012;accepted 5February 201310.1126/science.1231247
Photochemical Route for Accessing Amorphous Metal Oxide Materials for Water Oxidation Catalysis
Rodney D.L.Smith,Mathieu S.Prévot,Randal D.Fagan,Zhipan Zhang,Pavel A.Sedach,Man Kit Jack Siu,Simon Trudel,*Curtis P.Berlinguette *
Large-scale electrolysis of water for hydrogen generation requires better catalysts to lower the kinetic barriers associated with the oxygen evolution reaction (OER).Although most OER catalysts are based on crystalline mixed-metal oxides,high activities can also be achieved with amorphous phases.Methods for producing amorphous materials,however,are not typically amenable to mixed-metal compositions.We demonstrate that a low-temperature process,photochemical metal-organic deposition,can produce amorphous (mixed)metal oxide films for OER catalysis.The films contain a homogeneous distribution of metals with compositions that can be accurately controlled.The catalytic properties of amorphous iron oxide prepared with this technique are superior to those of hematite,whereas the catalytic properties of a -Fe 100-y -z Co y Ni z O x are
comparable to those of noble metal oxide catalysts currently used in commercial electrolyzers.T
he scalable storage of renewable energy by means of converting water to hydro-gen fuels (H 2)electrochemically hinges on fundamental improvements in catalytic ma-terials.A large overpotential (h )is usually re-
quired to produce H 2at a practical rate,which is primarily the result of slow oxygen (O 2)evolu-tion kinetics.Despite recent advances in the devel-opment of heterogeneous catalysts to negotiate the OER (Eq.1;E°is the standard potential and
NHE is the normal hydrogen electrode)(1–4),sub-stantial market penetration by commercial elec-trolyzers has been hindered by the absence of inexpensive catalytic materials that exhibit high current densities (j )(>0.5A cm ?2)at low h (<0.3V)over prolonged time periods.
2H 2O(l)→O 2(g)+4H +(aq)+4e –E°(O 2/H 2O)=1.23V versus NHE
(1)
Metal oxides are the most durable and active water oxidation catalysts (1,2).Although IrO 2and RuO 2are among the best OER catalysts (5,6),a myriad of perovskite (3,7)and spinel (8)solids have proven to be competent catalysts.In recent years,amorphous metal oxides have also been demonstrated to be excellent OER catalysts (4,9),including when integrated with photoac-tive electrodes (10–12).Although an increasing number of amorphous metal oxide catalysts have been reported (4,9,13–17),most have been
Department of Chemistry and Centre for Advanced Solar Materials,University of Calgary,2500University Drive NW,Calgary,Canada T2N1N4.
*Corresponding author.E-mail:trudels@ucalgary.ca (S.T.);cberling@ucalgary.ca (C.P.B.)
5APRIL 2013VOL 340
SCIENCE
https://www.doczj.com/doc/7814614967.html,
60REPORTS
produced by electrodeposition techniques—a meth-odology that does not necessarily translate to every metal.Moreover,amorphous film deposi-tion can be sensitive to the voltage protocol, thereby rendering few examples of amorphous OER catalysts composed of multiple metal iden-tities.Considering that the vast majority of crystalline catalysts consist of more than a single metallic element,there are anticipated benefits to developing amorphous metal oxide catalysts of more complex metal compositions.Following this line of inquiry,we show herein that pho-tochemical metal-organic deposition(PMOD) (18)is a facile technique for preparing amorphous phases of(mixed)metal oxides that generate high OER electrocatalytic activity.This proof-of-principle investigation of amorphous iron oxide (a-Fe2O3)films and mixed-metal compositions (a-Fe100-y-z Co y Ni z O x)demonstrates the broad ap-
plicability of this methodology for accessing new
OER catalysts.
Iron(III)2-ethylhexanoate was used as a PMOD
precursor for making a-Fe2O3thin films(19).
Thin films of optical quality were prepared by
spin coating a hexane solution of the precursor
onto fluorine-doped tin oxide(FTO)(for elec-
trochemical and spectroscopic characterization)
or silicon(for electron microscopy and elemental
analyses).These films were then irradiated with
185-and254-nm light until the vibrational stretch-
ing frequencies of the2-ethylhexanoate ligands
could no longer be detected by infrared spectros-
copy(fig.S1)(20).The resultant a-Fe2O3films
were annealed at temperatures(T anneal)up to
600°C.The thicknesses of the a-Fe2O3films were
measured by means of cross-sectional scanning
electron microsocopy(SEM)imaging(Fig.1).
For T anneal≤200°C,films had a thickness of150 to200nm;the thickness gradually decreased at
progressively higher T anneal values,reaching100
to150nm at500°to600°C.Smooth,homoge-
neous films with only minor microscale defects
were observed for T anneal≤200°C;higher T anneal led to a greater degree of film cracking and an increase in apparent porosity(fig.S2)(20).The
greater degree of defects presumably arises upon
contraction of the film when transitioning from
an amorphous to a crystalline structure.
X-ray diffraction(XRD)(Fig.2and fig.S3)
(20)revealed no evidence for a crystalline phase
at T anneal<500°C.Films heated to higher tem-
peratures produced diffraction peaks congruent
with those of hematite(a-Fe2O3).These results
are consistent with an extended x-ray absorption
fine structure analysis of as-prepared a-Fe2O3films
(19).Ultraviolet-visible(UV-vis)diffuse reflec-
tance spectra recorded on films subjected to
T anneal≥500°C revealed optical profiles resem-
bling that of hematite(fig.S4)(20,21).Films
treated at T anneal≤200°C rendered spectral fea-
tures distinctive from that of hematite.Optical
data for films annealed at300°and400°C con-
tained features that appear to be a hybrid of the
two phases.These collective data show that al-
though the structure of the amorphous material
is not sufficiently coherent to produce observ-
able Bragg reflections until T anneal≥500°C,the
UV-vis data indicate that hematite may begin to
form at lower temperatures.Hence,the electro-
chemical data presented below are on films an-
nealed at100°C to ensure that the catalytic activity
originates exclusively from a-Fe2O3.
The electrochemical behavior of a-Fe2O3and
hematite is shown in Fig.3,A and B.An oxi-
dative sweep of the crystalline film revealed a
small rise in current at1.50V versus RHE(re-
versible hydrogen electrode)that was maintained
until a sharp increase in current at~1.62V,cor-
responding to catalytic water oxidation.The cyclic
voltammogram for a-Fe2O3was also feature-
less until the onset of catalytic water oxidation
at~1.50V.The catalytic wave was independently
confirmed to be associated with water oxidation
on the basis of O2evolution experiments(fig.
S5)(20).Steady-state current densities(j)as a
function of h were recorded to probe the kinetics
of the reactions.Once a threshold potential was
reached,log(j)exhibited a sharp increase and a
linear dependence on h where the current den-
sity became limited by electron-transfer kinetics
at the electrode surface.This experiment reveals
useful electrode kinetic metrics,including the
onset of linearity(E cat)and the Tafel slope(Fig.
3B and fig.S6)(20).E cat was observed at1.55T
Fig.1.SEM cross-section and top-down surface im-ages of a-Fe2O3films pre-pared by PMOD,followed by a1-hour annealing step in air at T anneal=100°,400°, or
600°C.
Fig.2.XRD powder patterns
acquired on as-prepared
(i.e.,no annealing step)and
annealed(T anneal indicated)
Fe2O3films.Bragg reflec-
tions for hematite are ob-
served for films annealed
at T anneal>500°C).Patterns
for hematite[Joint Com-
mittee on Powder Diffrac-
tion Standards(JCPDS)card
33-664]and SnO2(JCPDS
card41-1445)are also
shown.
https://www.doczj.com/doc/7814614967.html, SCIENCE VOL3405APRIL201361
REPORTS
0.02V(h=0.32V)for a-Fe2O3,corresponding
to a60-mV improvement in h relative to that of
hematite.Tafel slopes of~40mV dec?1were ob-
served for both materials,and a current density
of0.5mA cm?2was reached at1.63T0.02V
for a-Fe2O3(compared with1.70T0.06V for
hematite),thus demonstrating the superior elec-
trocatalytic activity of the amorphous phase rel-
ative to the crystalline phase.
We next used PMOD to fabricate amorphous
mixed-metal oxides of iron,nickel,and cobalt
(19,22)in pursuit of improved catalysts.Pre-
cursor solutions were prepared with the appro-
priate stoichiometries to produce a-Fe50Co50O x, a-Fe50Ni50O x,and a-Fe33Co33Ni33O x upon pho-tolysis(table S1)(20);a-CoO x and a-NiO x films
were also prepared by PMOD to serve as bench-
mark materials.The UV-vis diffuse reflection
spectra of the mixed-metal films(fig.S7)(20)
reveal poorly resolved absorption features that do
not match those of the known crystalline phases
of the Ni or Co oxides(23–25).The SEM im-ages of the mixed-metal oxide films(fig.S8)(20) revealed a smooth surface akin to that observed for a-Fe2O3annealed at low temperatures;the
a-CoO x and a-NiO x films revealed less uniform
film morphologies.Energy dispersive x-ray spec-
troscopy verified the elemental composition of
the films at six distinct points of each sample
to be within2atomic%(table S2)(20).
The
C
B D
E
F
Fig.3.Electrochemical behavior for oxide thin films prepared from15%
w/w precursor solutions by the PMOD technique,followed by annealing at
100°C.(A)Cyclic voltammograms for films of a-Fe2O3(blue)and hematite
(gray),and a blank fluorine-doped tin oxide(FTO)substrate.(B)Tafel plot
showing the higher catalytic activity of a-Fe2O3relative to https://www.doczj.com/doc/7814614967.html,-
parison of electrochemical behavior for thin films of a-Fe2O3,a-Fe50Ni50O x,
a-Fe50Co50O x,and a-Fe33Co33Ni33O x films:(C)cyclic voltammograms;(D)
Tafel plots;(E)onset potentials(E cat)and potentials required to reach j=
0.5mA cm?2;and(F)Tafel slopes for the various catalyst films.Electrochemistry
conditions:counterelectrode=Pt mesh;reference electrode=Ag/AgCl,KCl(sat’d);
scan rate=10mV s?1;electrolyte=0.1M KOH(aq);current densities were
corrected for uncompensated resistance.Dashed red lines correspond to the
thermodynamic potential for water oxidation(26).Error bars indicate the SD
between multiple electrodes(three minimum).
https://www.doczj.com/doc/7814614967.html,parison of catalytic parameters of amorphous and crystalline metal oxide
OER catalysts.
E cat
(V vs.RHE)
Tafel slope
(mV dec?1)
Reference
a-FeO x 1.55T0.0240T4(27)
a-CoO x 1.44T0.0242T2(27)
a-NiO x 1.42T0.0173T6(27)
a-FeCoO x 1.41T0.0133T5(27)
a-FeNiO x 1.44T0.0124T4(27)
a-FeCoNiO x 1.42T0.0131T3(27)
a-CoP i* 1.5160(28)
a-NiB i? 1.5358(14)
a-MnO x 1.5976(16)
LaNiO3? 1.3843(7)
Co3O4? 1.4045(29)
RuO2? 1.3640(9)
IrO2? 1.4440(30)
*P i=phosphate.?B i=borate.?Crystalline phases.
5APRIL2013VOL340SCIENCE https://www.doczj.com/doc/7814614967.html,
62
REPORTS
experimentally determined compositions of each of the three mixed-metal oxide films were in excellent agreement with the corresponding so-lution stoichiometries.These collective features indicate that the films consist of a homogeneous distribution of metal ions throughout the solid. Unlike what may arise with conventional metal oxide formation schemes(e.g.,thermal decom-position,coprecipitation),the low-temperature PMOD process does not appear to lead to phase segregation.
Both a-CoO x and a-NiO x were,as expected, better OER catalysts than a-Fe2O3(Fig.3,C to F). Cyclic voltammetry(Fig.3C)revealed addi-tional electron-transfer processes that occur be-fore water oxidation for all three mixed-metal oxide films.The current spike indicating cata-lytic water oxidation began between1.41and 1.44V(h=0.18to0.21V)for the three mate-rials.Moreover,Tafel slopes between24and 33mV dec?1enabled these materials to reach 0.5mA cm?2at potentials as low as1.48V(h= 0.25V).Steady-state electrochemistry measure-ments on the mixed-metal films highlight an im-provement in kinetics of water oxidation compared to those displayed by each of the monometallic amorphous phases(Fig.3D).Although the on-sets of linearity were similar for a-NiO x,a-CoO x, and each of the mixed-metal oxides,the mixed-metal compositions containing Fe were charac-terized by a lower Tafel slope and are therefore more efficient electrocatalysts at higher current densities(table1)(26).The stabilities of the films, which are inherently sensitive to film composi-tion,are also reasonably high at a current density of1mA cm?2(e.g.,a mere6-and30-mV increase in electrode potential was required to maintain a constant current density for a-NiO x and a-Fe2O3,respectively;fig.S9)(20).Each mixed-metal
composition in this first generation of OER cata-
lysts produced by PMOD exhibits catalytic pa-
rameters that approach those of the most active
catalysts in the literature(Table1).Given the broad
applicability of this approach and the acute stoi-
chiometric control of the metal compositions,we
contend that the PMOD technique opens an en-
tirely new parameter space for discovery and op-
timization of heterogeneous electrocatalysts.
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relative to the mixed-metal oxides are ascribed to
disparate geometric surface areas;SEM images indicate
a higher relative surface roughness for a-CoO x.
27.Fabricated by PMOD and reported in this Report.
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Acknowledgments:We thank Natural Sciences and
Engineering Research Council of Canada,Mitacs,and
FireWater Fuel Corp.for financial support.C.P.B.also thanks
Canada Research Chairs and the Alfred P.Sloan Foundation for
support.This research used facilities funded by the University
of Calgary and the Canadian Foundation for Innovation.
We thank R.Marr for running XRD experiments.S.T.and
C.P.B.proposed the concept,designed the experiments,
and supervised the project.R.D.L.S.and M.S.P.carried out
electrochemical,structural,and optical characterization.
Z.Z.,P.A.S.,and M.K.J.S.conducted preliminary experiments.
R.D.F.carried out microscopy experiments.The authors
declare competing financial interests:intellectual property
pertaining to the technology described in this Report is
protected by patent application PCT/CA2012/050609.
Supplementary Materials
https://www.doczj.com/doc/7814614967.html,/cgi/content/full/science.1233638/DC1
Materials and Methods
Figs.S1to S9
Tables S1and S2
4December2012;accepted16January2013
Published online28March2013;
10.1126/science.1233638
Europe-Wide Dampening of Population Cycles in Keystone Herbivores
Thomas Cornulier,1Nigel G.Yoccoz,2Vincent Bretagnolle,3Jon E.Brommer,4*
Alain Butet,5Frauke Ecke,6,7David A.Elston,8Erik Framstad,9Heikki Henttonen,10
Birger H?rnfeldt,6Otso Huitu,11Christian Imholt,12Rolf A.Ims,2Jens Jacob,12
Bogumi?a Je?drzejewska,13Alexandre Millon,1?Steve J.Petty,1,14Hannu Pieti?inen,4
Emil Tkadlec,15,16Karol Zub,13Xavier Lambin1?
Suggestions of collapse in small herbivore cycles since the1980s have raised concerns about the loss of essential ecosystem functions.Whether such phenomena are general and result from extrinsic environmental changes or from intrinsic process stochasticity is currently https://www.doczj.com/doc/7814614967.html,ing a large compilation of time series of vole abundances,we demonstrate consistent cycle amplitude dampening associated with a reduction in winter population growth,although regulatory processes responsible for cyclicity have not been lost.The underlying syndrome of change throughout Europe and grass-eating vole species suggests a common climatic driver.Increasing intervals of low-amplitude small herbivore population fluctuations are expected in the future,and these may have cascading impacts on trophic webs across ecosystems.
S mall cyclic herbivores such as voles,lem-mings,moths,and grouse are keystone
prey for predators in many temperate and arctic ecosystems(1,2).There are concerns that
multiple instances of population cycle collapses
documented in rodents could have profound
effects on predators,alternative prey,and forage
plants(3–6).Current evidence on the extent of
the phenomenon mostly relies on a reasonably
large but qualitative collection of anecdotes(4).
The lack of a systematic and quantitative char-
acterization of the patterns,however,makes
generalization and prediction difficult.Quan-
titative analyses of changes in vole dynamics
have invoked local explanations,such as changes
in land use(7)or climate(8,9).However,with-
out adequate temporal and spatial coverage,
correlational studies have little power to distin-
guish between deterministic processes caused
by large-scale environmental change and tran-
sient patterns caused by random environmental
perturbations.A major challenge is to understand
whether the patterns of cycle collapse and their
underlying processes are local or more general
phenomena(10).
Prevailing models for rodent population dy-
namics assume that cycles are mostly determined
by delayed density dependence(a reduction of
population growth rate by,for example,specialist
predators,plant anti-herbivore defenses,or path-
ogens responding to past vole density),whereas
https://www.doczj.com/doc/7814614967.html, SCIENCE VOL3405APRIL201363
REPORTS
金属和金属材料复习教案 [考点梳理] 考点1 金属材料 1.金属材料包括纯金属（90多种）和合金（几千种）两类。 金属属于金属材料，但金属材料不一定是纯金属，也可能是合金。 2.金属制品是由金属材料制成的，铁、铜、铝及其合金是人类使用最多的金属材料。 考点2 金属材料的发展史 根据历史的学习，我们可以知道金属材料的发展过程。商朝，人们开始使用青铜器；春秋时期开始冶铁；战国时期开始炼钢；铜和铁一直是人类广泛应用的金属材料。在100多年前，又开始了铝的使用，因铝具有密度小和抗腐蚀等许多优良性能，铝的产量已超过了铜，位于第二位。 金属分类：重金属：如铜、锌、铅等 轻金属：如钠、镁、铝等； 黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。Fe、Mn、Cr（铬） 有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。 考点3 金属的物理性质 1.共性：大多数金属都具有金属光泽，密度和硬度较大，熔沸点较高，具有良好的延展性和导电、导热性，在室温下除汞为液体，其余金属均为固体。 （1）常温下一般为固态（汞为液态），有金属光泽。 （2）大多数呈银白色（铜为紫红色，金为黄色） （3）有良好的导热性、导电性、延展性 2.一些金属的特性：铁、铝等大多数金属都呈银白色，铜呈紫红色，金呈黄色；常温下大多数金属都是固体，汞却是液体；各种金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等差异较大；银的导电性和导热性最好，锇的密度最大，锂的密度最小，钨的熔点最高，汞的熔点最低，铬的硬度最大。 （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 检测一：金属材料(包括和 ) 1、金属的物理性质
第八单元金属和金属材料 考点1 金属材料 1.金属材料包括纯金属和合金两类。金属属于金属材料，但金属材料不一定是纯金属，也可能是合金。 2.金属制品是由金属材料制成的，铁、铜、铝及其合金是人类使用最多的金属材料。 考点2 金属材料的发展史 根据历史的学习，我们可以知道金属材料的发展过程。商朝，人们开始使用青铜器；春秋时期开始冶铁；战国时期开始炼钢；铜和铁一直是人类广泛应用的金属材料。在100多年前，又开始了铝的使用，因铝具有密度小和抗腐蚀等许多优良性能，铝的产量已超过了铜，位于第二位。 考点3 金属的物理性质 1.共性：大多数金属都具有金属光泽，密度和硬度较大，熔沸点较高，具有良好的延展性和导电、导热 性，在室温下除汞为液体，其余金属均为固体。 2.一些金属的特性：铁、铝等大多数金属都呈银白色，铜呈紫红色，金呈黄色；常温下大多数金属都是 固体，汞却是液体；各种金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等差异较大；银的导电性和导热性最好，锇的密度最大，锂的密度最小，钨的熔点最高，汞的熔点最低，铬的硬度最大。铁是目前世界年产量最高的金属，钙是人体含量最高的金属元素，铝是地壳中含量最高的金属元素。 考点4 物质的性质与物质的用途之间的关系 1.物质的性质决定物质的用途，而物质的用途又反映出物质的性质。 2.物质的性质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紧的影响等多种因素。 考点5 合金 1.合金：在金属中加热熔合某些金属和非金属，形成具有金属特性的物质。 注意：（1）合金是金属与金属或金属与非金属的混合物。 （2）合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，使合金更容易适于不同的用途。 （3）日常使用的金属材料，大多数为合金。 （4）金属在熔合了其它金属和非金属后，不仅组成上发生了变化，其内部组成结构也发生了改变，从而引起性质的变化。即：合金的强度、硬度、和抗腐蚀 性能一般比组成它们的纯金属更高，但是熔点会比组成它们的纯金属要低。 2.合金的形成条件：其中任一金属的熔点不能高于另一金属的沸点（当两种金属形成合金时）。 3.合金与组成它们的纯金属性质比较。 4.几种常见合金 （1）铁合金：主要包括生铁和钢，它们的区别是含碳量不同，生铁含碳量2%-4.3%，钢的含碳量为0.03%
金属和金属材料 金属材料 一、金属材料的发展与利用 1、从化学成分上划分，材料可以分为金属材料、非金属材料、有机材料及复合材料等四大类。 2、金属材料包括纯金属和合金。 金属材料：纯金属（90多种）；合金（几千种） 黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。 纯金属重金属：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。 （1）金属材料的发展 石器时代→青铜器时代→铁器时代→铝的应用→高分子时代 （2）金属材料的应用 ①最早应用的金属是铜，应用最广泛的金属是铁，公元一世纪最主要的金属是铁 ②现在世界上产量最大的金属依次为铁、铝和铜 ③钛被称为21世纪重要的金属 二、金属的物理性质 1、金属共同的物理性质：常温下金属都是固体(汞除外)，有金属光泽，
大多数金属是电和热的良导体，有延展性（又称可塑性→金属所具有的展性和延性：在外力的作用下能够变形，而且在外力停止作用以后仍能保持已经变成的形状和性质。各种金属的可塑性有差别；金属的可塑性一般是随着温度的升高而增大。），密度较大，熔沸点较高等。 2、金属的特性： ①纯铁、铝等大多数金属都呈银白色，而铜呈紫红色，金呈黄色； ②常温下，大多数金属都是固体，汞却是液体； ③各种金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等差异较大。 3、金属之最 地壳中含量最多的金属元素—铝（Al）人体中含量最多的金属元素—钙（Ca） 导电、导热性最好的金属——银（Ag）目前世界年产量最高的金属—铁（Fe） 延展性最好的金属———金（Au）熔点最高的金属————钨（W） 熔点最低的金属————汞（Hg）硬度最大的金属————铬（Cr） 密度最小的金属————锂（Li）密度最大的金属————锇（Os） 最贵的金属————锎kāi（Cf） 4、金属的用途：金属在生活、生产中有着非常广泛的应用，不同的用途需要选择不同的金属。 【练习】 （1）为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制
初三化学知识点汇总：金属【一】金属材料 1、金属材料 纯金属〔90多种〕，合金〔几千种〕 2、金属的物理性质： 〔1〕常温下一般为固态〔汞为液态〕，有金属光泽。〔2〕大多数呈银白色〔铜为紫红色，金为黄色〕〔3〕有良好的导热性、导电性、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〔铁铜〕〔4〕银：导电、导热性最好的金属〔银金铝〕〔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、合金：由一种金属跟其他一种或几种金属〔或金属与非金属〕一起熔合而成的具有金属特性的物质。 ★：一般说来，合金的熔点比各成分低，硬度比各成分大，抗腐蚀性能更好 注：钛和钛合金：被认为是21世纪的重要金属材料，钛合金与人体有很好的相容性，因此可用来制造人造骨等。 优点 〔1〕熔点高、密度小 〔2〕可塑性好、易于加工、机械性能好 〔3〕抗腐蚀性能好 【二】金属的化学性质 1、大多数金属可与氧气的反应 2、金属 + 酸盐 + H2 3、金属 + 盐另一金属 + 另一盐〔条件：前换后，盐可溶〕 Fe + CuSO4 == Cu + FeSO4 〔湿法冶金原理〕 【三】常见金属活动性顺序 KNa Al Fe Pb〔H〕Hg Pt Au 金属活动性由强逐渐减弱 在金属活动性顺序里： 〔1〕金属的位置越靠前，它的活动性就越强
?氨吸附／脱附法研究发现随着在MoO3 – P2O5体系中加入少量的Bi2O3后催化剂的酸性迅速增加，并达到极大值，然后随Bi2O3的量增加而下降 ?亲核氧化反应的第一步是有机分子的活化，然后进行氧离子的亲核加成作用 ?催化剂要活化烃类并使其进一步进行氧化反应，必须具备酸性和氧化还原两种催化功能，并且这两种功能又必须相互协同进行 ? ?不同氧化物上的实验结果表明：第V、Ⅵ、Ⅶ族过渡金属氧化与配位多面体形成不同类型的键合方式，并且在确定有机分子亲核插入机理中起着重要的作用
? 强亲电性的O 2-和O -物种进攻有机分子中电子密度最高的部分进行亲电加成形成过氧或环氧化合物，并且进一步发生断裂而使烃分子降解起始，烯烃形成饱和醛，而芳烃形成相应的酸酐 ? 在高温时，高反应性的饱和醛迅速发生全氧化 催化剂要活化烃类并使其进一步进行氧化反应，必须具备酸性和氧化还原两种催化功能，并且这两种功能又必须相互协同进行 ? 催化剂的酸碱性质变化对催化反应选择性的影响不是由于分子中官能团反应能力 改变而引起的，而仅是改变了吸附性质，即改变反应物或产物分子在催化剂表面上的停留时间 （1）丁烯氧化脱氢的工业催化剂 ① Bi – Mo 氧化物体系。在这类催化剂中，Mo 或Bi – Mo 氧化物是主要活性组分，碱金属、铁系元素、ⅤB 元素的氧化物主要起到提高活性、选择性和结构稳定性的作用，SiO2或 A12O3作为载体 ② 以Sb 或Sn 的氧化物为基础的二组分或多组分氧化物催化剂 ③ 以Ti 氧化物为基础的多组分混合氧化物是近年来开发的一类催化剂 ④ 铁酸盐催化剂体系 ⑤ H – 198型铁系催化剂 如何确定半导体氧化物为n 型或p 型 ① n 型氧化物的金属离子应该有容易达到的较低的氧化态；如：ZnO 和Fe3O4。 ② p 型氧化物的金属离子应有容易达到的高的氧化态；如：Cu2O 和CoO 。 p 型半导体活性最高，其次是绝缘体，n 型半导体活性最低。 ? 晶格氧离子O 2- 是亲核试剂，它没有氧化性质,它们可以通过亲 核加成插入到烃类分子缺电子的位置上，导致选择性氧化，这种方式生成的含氧化合物的类型取决于反应物分子与催化剂 表面活性中心之间形成的中间态结构
金属氧化物催化剂及其催化作用金属氧化物催化剂通常为复合氧化物（complex oxides),即多组分的氧化物。如V O -MoO , TiO -V 2O 5-P 2O 5,V 2O 5-MoO 3-Al 2O 3。组分中至少有一个组分是过渡金属氧化物。组分与组分之间可能相互作用，作用的情况因条件而异。复合氧化物系通常是多相共存，如MoO 3-Al 2O 3，就有α-、β-、复杂，有固溶体、有杂多酸、有混晶等。 就催化作用与功能来说，有的组分是主催化剂，有的组分为助催化剂或者是载体。
金属氧化物催化作用机制-1 z半导体的能带结构 z催化中重要的是非化学计量的半导体，有n型和p型两大类。非计量的化合物ZnO是典型的n型半导体（存在自由电子而产生导电行为）。NiO是典型的p型半导体，由于缺正离子造成非计量性，形成氧离子空穴，温度升高时，此空穴变成自由空穴，可在固体表面迁移，成为NiO导电的来源。 z Fermi能级E f是表征半导体性质的一个重要物理量，可以衡量固体中电子逸出的难易，它与电子的逸出功?直接相关。?是将一个电子从固体内部拉到外部变成自由电子所需的能量，此能量用以克服电子的平均位能，Fermi能级E 就是这种平均位能。 f z对于给定的晶格结构，Fermi能级E f的位置对于其催化活性具有重 O分解催化反应。 要意义。如N x z XPS研究固体催化剂中元素能级变化
金属氧化物催化作用机制-2 z氧化物表面的M=O键性质与催化活性的关联 z晶格氧（O=）的催化作用：对于金属氧化物催化剂表面发生氧化反应时，作为氧化剂的氧存在吸附氧与晶格氧两种形态。晶格氧由于氧化物结构产生。选择性氧化（Selective Oxidation)是固体氧化物催化剂应用主要方向之一。在选择性氧化中，存在典型的还原-氧化催化循环（Redox mechanism)）。这里晶格氧直接参与了选择性氧化反应。 z根据众多的复合氧化物催化氧化可以概括出：1 选择性氧化涉及有效的晶格氧；2 无选择性完全氧化反应，吸附氧和晶格氧都参加了反应；3 对于有两种不同阳离子参与的复合氧化物催化剂，一种阳离子M+承担对烃分子的活化与氧化功能，它们再氧化靠晶格氧O=；另一种金属氧化物阳离子处于还原态，承担接受气相氧。（双还原-氧化催化循环机理） （dual-redox) z举例：甲烷选择性氧化制备合成气、甲醇或甲醛 z CH4+O2→CO+2H2-136 kcal/mol z CH4+O2→CH3OH -22 kcal/mol z CH4+O2→HCHO+H2O -70 kcal/mol z CH4+O2→CO2+2H2O -189 kcal/mol
2019中考化学知识点：金属的化学性质2019中考化学知识点：金属的化学性质 金属与氧气的反应 镁、铝： 在常温下能与空气中的氧气反应： 铝的抗腐蚀性能好的原因：铝在空气中与氧气反应，其表面生成一层致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化。 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、铜在高温时能与氧气反应：
金即使在高温时也不与氧气反应。 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。 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是置换反应。 当铁单质参加置换反应时，生成物中的铁元素呈+2价。 常见金属在溶液中的活动性顺序： 金属活动性由强逐渐减弱
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。 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。 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，然后碱和盐反应。 金属与盐溶液的反应：金属＋盐另一金属＋另一盐（条件：前换后，盐可溶） 在活动性顺序中，金属的距离大的，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，反应完毕后锌才和硫酸亚铁反应。 湿法冶金的反应原理：
Fe2+的盐溶液是浅绿色的，Fe3+的盐溶液是黄色的，Cu2+的盐溶液是蓝色的。 比较Cu、Fe、Ag三种金属的活动性顺序 使用铁、银和溶液，一次性得出结果： 操作及现象：把铁、银分别放入硫酸铜溶液中，铁表面没有现象；而银表面会附着一层红色物质，并且溶液会由蓝色逐渐变为无色。 使用铜、硫酸亚铁溶液和硝酸银溶液，一次性得出结果： 操作及现象：把铜分别放入硫酸亚铁溶液和硝酸银溶液中，硫酸亚铁溶液没有现象；而在硝酸银溶液中，铜表面会附着一层白色物质，溶液由无色逐渐变为蓝色。 选用试剂时，要根据金属活动性顺序表将三种金属排序，然后将排在中间的金属变成盐溶液，或者将排在两边的金属变成盐溶
第八单元金属和金属材料课题1 金属材料 【知识点精讲】 知识点1:金属材料及其发展史 1.金属材料 金属材料 2.金属材料的发展史 青铜器时代铁器时代使用铝制品使用合金 【例1】下列生活用品用金属材料制作而成的是() A.陶瓷杯 B.不锈钢碗 C.塑料盆 D.玻璃茶壶 知识点2:金属的物理性质及其用途 1.金属的物理性质 (1)几种常见金属的物理性质见表1: 铁铝铜(又称紫铜) 物理性质 纯铁具有银白色金属光 泽,质软,有良好的延展性, 密度为7.86g/cm3,熔点为 1535 ℃,沸点为2750℃, 是电和热的良导体 铝具有银白色金属光泽,密度为2.7g/ cm3,熔点为660℃,沸点为2467℃,具 有良好的延展性、导电性和导热性 铜具有紫红色金属光泽,密度 为8.92g/cm3,熔点为1083℃,沸 点为2567℃,具有良好的延展 性、导电性和导热性 分析表1可知,金属有一些共同的物理性质，如图3所示。 有金属光泽能够导电有延展性,能拉成丝,能展成薄片能够导热 (2)金属的特性 金属除具有一些共同的物理性质外,不同的金属又有各自的特性。 ①颜色:大多数金属为银白色,而铜却呈紫红色,金呈黄色。 ②状态:常温下,大多数金属为固体,而汞却为液体。 ③导电性:银、铜、铝(由强到弱)是导电性很强的金属。 ④熔点:钨的熔点最高,汞的熔点最低。 ⑤硬度:铬的硬度最大,而钠、钾等较软,可以用小刀切割。 ⑥密度:锂、钠、钾等的密度比水的小,其他大多数金属的密度比水的大,其中密度最大 的金属是锇。 2.金属的用途 金属在生活、生产中有着非常广泛的用途,根据不同的用途选用不同性能的金属,如表2所示: 金属的物理性质应用 有金属光泽可做装饰品(如金、银首饰等) 导电性好电极、电线、电缆等 导热性好做炊具,如铁锅、铝壶等 延展性好制成车辆外壳、钢丝绳、铝箔 硬度大加工成多种工具,如铁锤、剪刀、机床底座等 由表2中的内容可知,物质的性质决定物质的用途,而物质的用途又反映了物质的性质。金属的性质在很大程度上决定了它们的用途,但这不是唯一的决定因素。在考虑物质的用途时,还要考虑价格、资源、制品是否美观、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,例如,银的导电性强,但它在自然界中的含量少,价格昂贵,故不宜做导线。 巧记速记1.金属特性:黄金白银紫红铜,多数固体液体汞。2.金属共性:导电导热延展性,金属光泽在表面。
初中化学金属知识点总结The final revision was on November 23, 2020
金属和金属材料复习教案 [考点梳理] 考点1 金属材料 1.金属材料包括纯金属（90多种）和合金（几千种）两类。 金属属于金属材料，但金属材料不一定是纯金属，也可能是合金。 2.金属制品是由金属材料制成的，铁、铜、铝及其合金是人类使用最多的金属材料。 考点2 金属材料的发展史 根据历史的学习，我们可以知道金属材料的发展过程。商朝，人们开始使用青铜器；春秋时期开始冶铁；战国时期开始炼钢；铜和铁一直是人类广泛应用的金属材料。在100多年前，又开始了铝的使用，因铝具有密度小和抗腐蚀等许多优良性能，铝的产量已超过了铜，位于第二位。 金属分类：重金属：如铜、锌、铅等 轻金属：如钠、镁、铝等； 黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。Fe、Mn、Cr（铬） 有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。 考点3 金属的物理性质 1.共性：大多数金属都具有金属光泽，密度和硬度较大，熔沸点较高，具有良好的延展性和导电、导热性，在室温下除汞为液体，其余金属均为固体。 （1）常温下一般为固态（汞为液态），有金属光泽。 （2）大多数呈银白色（铜为紫红色，金为黄色）（3）有良好的导热性、导电性、延展性 2.一些金属的特性：铁、铝等大多数金属都呈银白色，铜呈紫红色，金呈黄色；常温下大多数金属都是固体，汞却是液体；各种金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等差异较大；银的导电性和导热性最好，锇的密度最大，锂的密度最小，钨的熔点最高，汞的熔点最低，铬的硬度最大。 （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 检测一：金属材料(包括和 ) 1、金属的物理性质
金属和金属材料 【单元分析】 本单元知识中金属活动性顺序表的应用，以及金属的保护和利用是中考的热点，其中金属活动性顺序也是本单元复习的难点 【复习目标】 1．了解一些常见的金属的性质和用途 2．理解，并会应用金属活动性顺序表 3．了解和掌握金属的保护和利用 4.知道金属材料及合金的特性 5.知道金属锈蚀的条件及防护方法。 【重点】：金属活动性顺序表；知道金属锈蚀的条件及防护方法。 【难点】：金属活动性顺序表的应用。 【考点透视】 命题落点 根据金属的性质推断其应用， 根据金属活动性顺序判断金属的化学性质。 由金属锈蚀的条件对金属进行保护和利用。 【考点清单】 一、基本考点 考点1．几种重要的金属及合金 （1）金属的物理特性：常温下除汞（液体）外都是固体，有金属光泽，大多数为电和热的优良导体，有延展性、密度较大、熔点较高。 （2）合金：①概念：在一种金属中加热熔合其他金属或非金属，而形成的具有金属特性的物质称为合金。②合金的性质能：合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，使合金更易适合不同的用途，日常生活中使用的金属材料，大多数为合金。③重要的铁合金：生铁和钢都是铁的合金，其区别是含碳量不同。④生铁的含铁量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%。考点2．金属与氧气的反应 大多数金属都能与氧气反应，但反应的难易和剧烈程度不同，越活泼的金属，越容易与氧气发生化学反应，反应越剧烈。
考点3．金属活动性顺序及置换反应 （1）金属活动性顺序：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au （2）金属活动性顺序的作用：①判断金属与酸的反应：a. 一般说来，排在氢前面的金属能 置换出酸中的氢，排在氢后面的金属不能置换出酸中的氢；b. 酸不包括浓硫酸和硝酸，因 为它们有很强的氧化性，与金属反应不能生成氢气，而生成水。②判断金属与盐溶液反应。 在金属活动性顺序里，只有排在前面的金属，才能把排在后面的金属从它们的盐溶液中置换 出来。③判断金属活动性强弱：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。 考点4．金属矿物及铁的冶炼 （1）金属矿物（矿石）：①概念：工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。②常见的矿 石：赤铁矿（Fe 2O 3）、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 ）。 （2）铁的冶炼：①原理：利用高温条件下，焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来。如用赤铁矿石炼铁的化学方程式为： 。②原料：铁矿 石、焦炭、石灰石及空气。③设备：高炉。④炼铁时选择铁矿石的标准：a.铁矿石中铁元素 的质量分数大（即含铁量高）；b.炼铁过程中产物对空气不能造成污染；满足以上两个条件 的矿石是理想的绿色矿石。 考点5．金属的腐蚀和防护 （1）铁生锈的条件：铁生锈的主要条件是与空气和水蒸气直接接触。铁制品锈蚀的过程， 实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生复杂的化学反应，铁锈的主要成分是 Fe2O3·xH2O 。 （2）铁的防锈：原理是隔绝空气或水，使铁失去生锈的条件。防锈措施：防止铁制品生锈， 一是保持铁制品表面的洁净和干燥，二是在铁制品表面涂上一层保护膜，防止铁与氧气和水 的反应，例如：①刷一层油漆；②涂上一层机油；③电镀一层不易生锈的金属，如镀锌等； ④经加工使金属表面生成一层致密的氧化膜，如烤蓝；⑤在金属表面覆盖搪瓷、塑料等。 考点6．金属资源的保护 （1）矿物的储量有限，而且不能再生。（2）废旧金属的回收和利用可以减少对环境的污染， 还可以节约金属资源。（3）保护金属资源的有效途径：①防止金属腐蚀；②回收利用废旧 金属；③合理有效地开采矿物；④寻找金属的替代品。 二、能力与综合考点 Fe 2O 3+CO====2Fe+3CO 2 高温
?氨吸附/脱附法研究发现随着在MoO3 –P２O5体系中加入少量得Bi2Ｏ3后催化剂得酸性迅速增加,并达到极大值,然后随Ｂi2O3得量增加而下降 ?亲核氧化反应得第一步就是有机分子得活化，然后进行氧离子得亲核加成作用 ?催化剂要活化烃类并使其进一步进行氧化反应,必须具备酸性与氧化还原两种催化功能,并且这两种功能又必须相互协同进行 ?不同氧化物上得实验结果表明:第V、Ⅵ、Ⅶ族过渡金属氧化与配位多面体形成不同类型得键合方式,并且在确定有机分子亲核插入机理中起着重要得作用
? 强亲电性得O ２－与O -物种进攻有机分子中电子密度最高得部分 进行亲电加成形成过氧或环氧化合物,并且进一步发生断裂而使 烃分子降解起始,烯烃形成饱与醛，而芳烃形成相应得酸酐 ? 在高温时，高反应性得饱与醛迅速发生全氧化 催化剂要活化烃类并使其进一步进行氧化反应，必须具备酸性与氧化还原两种催化功能， 并且这两种功能又必须相互协同进行 ? 催化剂得酸碱性质变化对催化反应选择性得影响不就是由于分子中官能团反应能 力改变而引起得,而仅就是改变了吸附性质,即改变反应物或产物分子在催化剂表面 上得停留时间 (1）丁烯氧化脱氢得工业催化剂 ① Bi – M ｏ氧化物体系。在这类催化剂中，M ｏ或Bi – Mo 氧化物就是主要活性 组分，碱金属、铁系元素、ⅤB 元素得氧化物主要起到提高活性、选择性与结构稳定性得 作用,ＳｉO2或 A12O ３作为载体 ② 以S ｂ或Ｓn 得氧化物为基础得二组分或多组分氧化物催化剂 ③ 以Ti 氧化物为基础得多组分混合氧化物就是近年来开发得一类催化剂 ④ 铁酸盐催化剂体系 ⑤ Ｈ – １98型铁系催化剂 如何确定半导体氧化物为n 型或p 型 ① n 型氧化物得金属离子应该有容易达到得较低得氧化态；如：ＺnO 与Fe3O4。 ② p 型氧化物得金属离子应有容易达到得高得氧化态;如:Cu2O 与Co Ｏ。 p 型半导体活性最高,其次就是绝缘体,ｎ型半导体活性最低。 1. 两种以上得吸附部位 阴离子，金属阳离子得不同变价。 如:Cr2O3/载体，Cr ３+就是加氢与脱氢反应活性中心,Cr ５+就是化学吸附中心与 催化聚合反应活性中心。 ? 晶格氧离子O 2-就是亲核试剂,它没有氧化性质,它们可以通过 亲核加成插入到烃类分子缺电子得位置上,导致选择性氧化,这 种方式生成得含氧化合物得类型取决于反应物分子与催化剂 表面活性中心之间形成得中间态结构
新人教版九年级下册初中化学 重难点突破 知识点梳理及重点题型巩固练习 金属及金属的化学性质（提高） 【学习目标】 1.知道常见金属的物理性质、特性及其应用；知道生铁和钢等重要合金。 2.掌握铁、铝等常见金属与氧气的反应；掌握常见金属与盐酸、稀硫酸的置换反应，以及与化合物的溶液的反应。 3.掌握金属的活动性顺序；能用金属的活动性顺序对有关的置换反应进行简单的判断。 【要点梳理】 要点一、金属材料 金属材料包括纯金属和它们的合金。 1.几种常见的金属 （1）常见的重要金属：铁铝铜锌钛锡金银等。 （2）金属有许多共同的性质，如：①金属光泽；②良好导电性、导热性；③良好的延性、展性；④韧性好、能弯曲。 2.常见金属的特性 （1）颜色：大多为银白色，铜呈紫红色、金呈黄色； （2）状态：常温下大多为固体，汞为液体； （3）密度差别很大：金为19.3g/cm3，铝为2.7 g/cm3； （4）导电性差异很大：银为100，铅仅为7.9； （5）熔点差别大：钨为3410℃，锡仅为232℃； （6）硬度差别大：铬为9，铅仅为1.5。 3.一些金属物理性质的比较
4.合金知识 （1）合金：是由两种或两种以上的金属（或金属和非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。合金是混合物，合金中至少含有一种金属。 （2）生铁（含碳量为2%～4.3%）和钢（含碳量为0.03%～2%）都是铁合金。因含碳量不同合金的性能不同，含碳量越大，硬度越大；含碳量越低，韧性越好。 （3）黄铜、青铜、焊锡、硬铝、18K黄金、18K白金、钛合金等也是常见的合金。 （4）合金的性能与组成合金的各成分的性能不同。合金的硬度比组成它们的纯金属的硬度大，合金的熔点比组成它们的纯金属的熔点低。 【要点诠释】 1.金属的用途要从不同金属的各自不同的性质以及价格、资源、美观、便利、回收等各方面考虑。如银的导电性比铜好，但电线一般用铜制而不用银制。因为铜的密度比银的密度小，价格比银低很多，资源比银丰富得多。 2.合金的硬度、强度、抗腐蚀性等一般都好于组成它们的纯金属。 要点二、金属活动性顺序（《金属的化学性质》三） 常见金属的活动性顺序如下： 【要点诠释】 1.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。 2.在金属活动性顺序里，位于氢前面金属可以置换出盐酸、稀硫酸中的氢。且金属的位置越靠前，它与酸反应的速率就越大。 3.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（K、Ca、Na除外）。 要点三、置换反应 置换反应是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的反应。如：Mg+2HCl=MgCl2+H2↑ Fe+H2SO4=FeSO4+ H2↑ Fe+CuSO4=FeSO4+Cu Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2 【要点诠释】 1.置换反应可以表示为：A+BC=AC+B
专题五金属和金属矿物 主备人：冯小艳 【复习目标】 1、了解金属的物理特征，认识常见金属的主要化学性质，了解防止金属锈蚀的简单方法。 2、知道在金属中加入其他元素可以改变金属材料的性能，知道生铁和钢等重要的合金。 3、能用金属活动性顺序对有关的置换反应进行判断，并能解释日常生活中的一些化学现 象。 4、知道一些常见金属（铁、铝等）矿物；知道可用铁矿石炼铁。 5、认识金属材料在生产、生活和社会发展中的重要作用；认识废弃金属对环境的影响和 回收金属的重要性。 考点1 金属材料 1.金属材料包括纯金属（90多种）和合金（几千种）两类。 金属属于金属材料，但金属材料不一定是纯金属，也可能是合金。 2.金属制品是由金属材料制成的，铁、铜、铝及其合金是人类使用最多的金属材料。 考点2 金属材料的发展史 根据历史的学习，我们可以知道金属材料的发展过程。商朝，人们开始使用青铜器；春秋时期开始冶铁；战国时期开始炼钢；铜和铁一直是人类广泛应用的金属材料。在100多年前，又开始了铝的使用，因铝具有密度小和抗腐蚀等许多优良性能，铝的产量已超过了铜，位于第二位。 金属分类：重金属：如铜、锌、铅等 轻金属：如钠、镁、铝等； 黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。Fe、Mn、Cr（铬） 有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。 考点3 金属的物理性质 1.共性：大多数金属都具有金属光泽，密度和硬度较大，熔沸点较高，具有良好的延展性和导电、导热性，在室温下除汞为液体，其余金属均为固体。 （1）常温下一般为固态（汞为液态），有金属光泽。 （2）大多数呈银白色（铜为紫红色，金为黄色） （3）有良好的导热性、导电性、延展性 2.一些金属的特性：铁、铝等大多数金属都呈银白色，铜呈紫红色，金呈黄色；常温下大多数金属都是固体，汞却是液体；各种金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等差异较大；银的导电性和导热性最好，锇的密度最大，锂的密度最小，钨的熔点最高，汞的熔点最低，铬的硬度最大。 （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
中考化学专题三金属和金属材料 [考点梳理] 考点一、金属材料 （一）、纯金属材料：纯金属（90 多种） 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。 重金属：如铜、锌、铅等 有色金属 轻金属：如钠、镁、铝等 （二）、合金（几千种）：由一种金属跟其他一种或几种金属（或金属与非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质。 1.金属材料包括纯金属和合金两类。金属属于金属材料，但金属材料不一定是纯金属， 也可能是合金。 2.合金可能是金属与金属组成，也可能是金属与非金属组成。金属材料中使用比较广 泛的是合金。 合金的优点：（1）熔点高、密度小；（2）可塑性好、易于加工、机械性能好； （3）抗腐蚀性能好； 下面是黄铜和铜片，焊锡和锡，铝合金和铝线的有关性质比较：
钛和钛合金：被认为是21世纪的重要金属材料，钛合金与人体有很好的“相容性”，因此可用来制造人造骨等。钛合金的优点：① 熔点高、密度小；② 可塑性好、易于加工、机械性能好；③ 抗腐蚀性能好 钛镍合金具有“记忆”能力，可记住某个特定温度下的形状，只要复回这个温度，就会恢复到这个温度下的形状，又被称为“记忆金属”。此外，钛还可制取超导 材料，美国生产的超导材料中的 90%是用钛铌合金制造的。 3.注意：（1）合金是金属与金属或金属与非金属的混合物。 （2）合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，使合金更容易适于不同的用途。 （3）日常使用的金属材料，大多数为合金。 （4）金属在熔合了其它金属和非金属后，不仅组成上发生了变化，其内部组成结构也发生了改变，从而引起性质的变化。 4.2.合金的形成条件：其中任一金属的熔点不能高于另一金属的沸点（当两种金属形 成合金时）。 5.青铜是人类历史上使用最早的合金；生铁和钢是人类利用最广泛的合金． 6.合金都属于混合物。 考点 2 金属的物理性质 （1）常温下一般为固态（汞为液态），有金属光泽。 （2）大多数呈银白色（铜为紫红色，金为黄色） （3）有良好的导热性、导电性、延展性 （4）密度和硬度较大，熔沸点较高。 注：金属的物理性质是只所有金属都有的共同性质，而不是指某一金属的特有性质。
初中化学知识点总结归纳 初中化学知识点总结归纳 化学的学习需要大家每天的积累，这样才能提高化学成绩，下面是初中化学知识点总结归纳的内容，欢迎阅读！ 1、金属活动性顺序： 金属活动性顺序由强至弱： K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au （按顺序背诵）钾钙钠镁铝锌铁锡铅（氢）铜汞银铂金 ①金属位置越靠前的活动性越强，越易失去电子变为离子，反应速率越快 ②排在氢前面的金属能置换酸里的氢，排在氢后的金属不能置换酸里的氢，跟酸不反应; ③排在前面的金属，能把排在后面的金属从它们的盐溶液里置换出来。排在后面的金属跟排在前面的金属的盐溶液不反应。 ④混合盐溶液与一种金属发生置换反应的顺序是先远后近 注意：*单质铁在置换反应中总是变为+2价的亚铁 2、金属+酸盐+H2中：
①等质量金属跟足量酸反应，放出氢气由多至少的顺序：AlFeZn②等质量的不同酸跟足量的金属反应，酸的相对分子质量越小放出氢气越多。 ③等质量的同种酸跟足量的不同金属反应，放出的氢气一样多。 3、干冰不是冰是固态二氧化碳;水银不是银是汞;铅笔不是铅是石墨 纯碱不是碱是盐（碳酸钠）;塑钢不是钢是塑料。 4、物质的检验 （1）酸（H+）检验。 方法1将紫色石蕊试液滴入盛有少量待测液的试管中，振荡，如果石蕊试液变红，则证明H+存在。 方法2用干燥清洁的玻璃棒蘸取未知液滴在蓝色石蕊试纸上，如果蓝色试纸变红，则证明H+的存在。 方法3用干燥清洁的玻璃棒蘸取未知液滴在pH试纸上，然后把试纸显示的颜色跟标准比色卡对照，便可知道溶液的pH，如果pH小于7，则证明H+的存在。 （2）碱（OH—）的检验。 方法1将紫色石蕊试液滴入盛有少量待测液的试管中，振荡，如果石蕊试液变蓝，则证明OH—的存在。
初中化学知识点总结：金属 金属分为纯金属和合金两类，金属材料分为黑色和有色两类。需要强调的是并不是所有的金属都是银白色的，如铜呈紫红色，金呈黄色，铁粉呈黑色等；并不是所有的金属都是固体，如汞在常温下呈液态；并不是所有的合金都是金属的组合，也有金属与非金属的组合，如工业上常用的生铁和钢就是铁碳合金。 1金属活动顺序表 金属活动顺序表： K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性依次减弱 2合金的类型及通性 合金类型主要是： (1)共熔混合物，如焊锡、铋镉合金等； (2)固熔体，如金银合金等； (3)金属互化物，如铜锌组成的黄铜等。合金的许多性能优于纯金属，故在应用材料中大多使用合金(参看铁合金、不锈钢)。 各类型合金都有以下通性： (1)熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点； (2)硬度比其组分中任一金属的硬度大； (3)合金的导电性和导热性低于任一组分金属。利用合金的这一特性，可以制造高电阻和高热阻材料。还可制造有特殊性能的材料，如在铁中掺入15％铬和9％镍得到一种耐腐蚀的不锈钢，适用于化学工业。 3一氧化碳还原氧化铁规律 一氧化碳还原氧化铁 1、仪器：铁架台硬质玻璃管弹孔橡皮塞酒精灯试管酒精喷灯双孔橡 2、皮塞导气管 2、药品：氧化铁粉末澄清石灰水一氧化碳气体 3、装置图：见书图 4、步骤：检验装置的气密性；装入药品并固定向玻璃管；通入一氧化碳气体；给氧化铁加热；停止加热；停止通一氧化碳。【一氧化碳早出晚归，酒精灯迟到早退】 5、现象：红色粉末逐渐变为黑色【这种黑色粉末是还原出来的铁】，澄清石灰水变浑浊【证明有二氧化碳生成】，尾气燃烧生成蓝色火焰【说明为一氧化碳气体】。 6、反应的化学方程式： Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2；CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O；2CO+O2点燃2CO2 【规律】 1、先通一氧化碳的目的：排除装置内的空气，以免加热时一氧化碳与空气混合，可能会发生爆炸。 2、尾气的处理：因为一氧化碳有毒，所以尾气一氧化碳
金属的化学性质 一、本节学习指导 本节知识比较复杂，学习时一定要多思考，另外多做些练习题。金属的化学性质在生活中应用也很广泛，比如防止护栏被腐蚀、存放物品容器的选择等等，还可以帮助我们识别生活的骗局哦，比如识破“钛圈”广告宣传说可以治疗颈椎病。本节有配套免费学习视频。 二、知识要点 1、大多数金属可与氧气的反应 金属在空气中在氧气中 镁常温下逐渐变暗。点燃，剧烈燃烧，发出耀眼的白光， 生成白色的固体点燃，剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色的固体2Mg + O2点燃 2MgO 铝常温下表面变暗，生成一种致密的氧化膜点燃，剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色的固体4Al + 3O2点燃2Al2O3 铁持续加热变红点燃，剧烈燃烧，火星四射，生成黑色的固体 3Fe + 2O2点燃Fe3O4 铜加热，生成黑色物质；在潮 湿的空气中，生成铜绿而被 腐蚀 加热生成黑色物质2Cu + O2加热 2CuO 银金即使在高温时也不与氧气发生反应 注：①由于镁燃烧时发出耀眼的白光，所以可用镁做照明弹和烟花。 ②常温下在空气中铝表面生成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止铝的进一步被氧化， 因此，铝具有较好的抗腐蚀能力。 ③大多数金属都能与氧气反应，但是反应难易和剧烈程度不同。Mg，Al常温下就能反应，而Fe、Cu在常温下却不和氧气反应。金在高温下也不会和氧气反应。 ④可以利用煅烧法来鉴定黄铜和黄金，过程中如果变黑则是黄铜，黑色物质是氧化铜。
2、金属 + 酸→盐 + H2↑【重点】 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↑ 锌和稀盐酸Zn + 2HCl=== ZnCl2 + H2↑ 铁和稀盐酸Fe + 2HCl=== FeCl2 + H2↑ 镁和稀盐酸Mg+ 2HCl=== MgCl2 + H2↑ 铝和稀盐酸2Al + 6HCl == 2AlCl3 + 3H2↑ 注：根据不同金属和同一种酸的反应剧烈程度可以判断金属的活动顺序，越剧烈说明此金属越活跃。 规律：等质量金属与相同足量酸完全反应所用时间越少，金属反应速度越快，金属越活泼。 3、金属 + 盐→另一金属 + 另一盐（条件：“前换后，盐可溶”）【重点】 （1）铁与硫酸铜反应：Fe+CuSO4==Cu+FeSO4 现象：铁条表面覆盖一层红色的物质，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) （2）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。 （3）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。 （4）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。 注意：CuSO4溶液时蓝色，FeSO4是浅绿色。 4、置换反应【重点】 （1）有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的反应叫置换反应。 （2）特征：反应物和生成物都是：单质＋化合物====单质＋化合物 （3）常见类型：
文章编号：1007 ? 6735(2018)05 ? 0058 ? 05DOI: 10.13258/https://www.doczj.com/doc/7814614967.html,ki.nmme.2018.05.011光电催化还原CO2金属氧化物催化材料研究进展 张瑞新， 蔡 晴， 王燕刚， 康诗飞， 左元慧， 崔立峰 （上海理工大学 环境与建筑学院，上海 200093） 摘要：光电催化还原CO2在众多减排技术中因其洁净环境友好成为研究热点。通过对比光催化，电催化和光电催化的原理，论证光电催化还原CO2在节能减排领域的应用价值。以Ti，Zr，Fe，Cu为基本元素的4个催化材料体系为研究对象，对同一体系不同催化材料从材料合成方法，合成难易程度，催化效率，选择性和催化能耗等不同方面做出综合比较和评价，并对光电催化还原CO2的研究方向和应用前景作出了展望。 关键词：CO2；光电催化；金属氧化物；催化材料 中图分类号：TM 911.4 文献标志码：A Progress of Metal Oxide Catalytic Materials for the Photoelectric Catalytic Reduction of CO2 ZHANG Ruixin， CAI Qing， WANG Yangang， KANG Shifei， ZUO Yuanhui， CUI Lifeng (School of Environment and Architecture, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China) Abstract: Photoelectric catalytic reduction CO2 has become a hot topic in many emission reduction technologies due to its friendly, clean, environmental. By comparing the principles of photo catalysis, electric catalysis and photoelectric catalytic, the article demonstrates application value of photoelectric catalytic reduction CO2 in the field of energy conservation and emission reduction. 4 catalytic materials systems with Ti, Zr, Fe and Cu as basic elements are studied, the comprehensive comparison and evaluation of different catalytic materials in the same system are made from the aspects of material synthesis methods, synthesis difficulty, catalytic efficiency, selectivity and catalytic energy consumption. The expectation are also made about the research direction and application prospect of photoelectric catalytic reduction CO2. Keywords: CO2; photoelectric catalysis; metallic oxide; catalytic material 从环境角度来讲，全球变暖是温室效应对人类最严重也是最直接的危害，但是由此引发的打破全球碳平衡是更值得被关注的问题[1]。 在众多CO2减排技术中，将CO2变废为宝引起了人们的广泛重视，而光电催化还原CO2技术用水作为氢源，将太阳光和电能作为动力，整个技术应用过程中相当洁净，对环境友好，因此成为CO2还原领域的研究热点。光电催化剂的制备是光电催化 有 色 金 属 材 料 与 工 程 第 39 卷 第 5 期NONFERROUS METAL MATERIALS AND ENGINEERING Vol. 39 No. 5 2018 收稿日期：2017?07?19 作者简介：张瑞新（1993—），女，硕士研究生。研究方向：环境化学。E-mail: 504003711@https://www.doczj.com/doc/7814614967.html, 通信作者：王燕刚（1981—），男，副教授。研究方向：CO2捕获与催化资源化的利用。 E-mail: wangyangang@https://www.doczj.com/doc/7814614967.html,