初中化学 第八章 金属和金属材料

1 知1 金属材料

（1）金属材料种类：金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的总称，包括纯金属和合金两大类。如生铁中主要是铁，炭的含量很少。

注：①金属属于金属材料，金属材料不一定是纯金属，也可能是合金。

②某些物质中虽含金属元素，但不是金属材料，如Fe2O3、MgO、MnO2等，因为它们不具有金属的物理性质，如导热、导电。

③金属材料中至少含一种金属单质。

（2）金属材料的发展史：人类最早使用的金属是铜，然后是铁，在然后是钢。目前使用最多的金属是铁，铝位居第二。

知2金属的物理性质

（1）金属的共性：有金属光泽、导电、导热、延展、密度大、熔点高、固体（汞除外）等。

（2）金属的特性：指不同的金属有各自的特征。如，金是黄色的，铜是红色的。

金属之最：导电导热性最好的金属是银Ag；硬度最大的金属是铬Cr；常温时是液态（熔点最低）的金属是汞Hg；地壳中含量最多的金属是铝Al；人体中含量最高的金属是钙Ca；熔点最高的金属是钨W；密度最大的金属是锇Os；密度最小的金属是锂Li；延展性最好的金属是金Au;最轻的合金是铝锂合金。

金属在日常生活中的应用：暖气片上刷的“银粉”是铝；包装香烟、巧克力等的金属箔是铝；保温瓶内胆上镀的金属是银；干电池外壳金属是锌；普通干电池负极材料的金属是锌；体温计、血压计中的金属是汞。

知3合金

（1）合金定义：在金属中加热熔合某些金属或非金属制得的具有金属特征的物质。

注：①合金中至少含有一种金属，可以由金属与金属熔合而成，也可以由金属与非金属熔合而成。

②合金具有金属特性，如导热、导电、延展、金属光泽等。

③合金一定是混合物。从这个角度也可以说明金属氧化物是纯净物，不是合金。

（2）不同物质熔合成合金的条件：任一物质的熔点低于另一物质的沸点。

①合金与组成它的纯金属性质比较：合金的硬度一般比组成它的纯金属硬度大，熔点比组成它的纯金属熔点低。

②生铁也叫铸铁，碳含量2%-4.3%；钢的碳含量0.03%-2%。生铁和钢都是铁合金，它们的性能不同主要是因为含碳量不同。

③24K金可看成纯黄金，即纯净物。钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料。

知4金属与氧气的反应

①镁和铝常温下就可以和空气中的氧气反应，其中镁还可以在空气中燃烧。

2Mg+O2点燃2MgO

现象：打磨过的镁条在空气中表面逐渐变暗（反应前是金属镁，有金属共性-银白色金属光泽，反应后生成的是氧化镁，是金属氧化物，所以只是白色，相对而言变暗）；在空气中点燃发出耀眼的白光，放热，生成白色固体。

4Al+3O2点燃2Al2O3

现象：打磨过的铝在空气中表面逐渐变暗，生成一层致密的氧化膜。

②常温下在干燥的空气中铁、铜很难跟氧气反应。铁在纯氧中可以燃烧，铜在空气中加热时与氧气反应。

3Fe+2O2点燃Fe3O4

现象：剧烈燃烧，火星四射，放热，生成黑色固体。

2

2Cu+O2 △

2CuO

现象：表面生成黑色固体。

③金在常温、高温下都不与氧气反应-真金不怕火炼形容金的性质不活波。

结论：大多数金属都能与氧气反应，但反应的剧烈和难易程度不同，由此可在一定意义上反映金属的活泼程度。

注：①由于镁燃烧时发出耀眼的白光，所以可以做照明弹和烟花。

②铝常温下在空气中表面生成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止铝进一步被氧化，所以铝具有很好的抗腐蚀性。（暖气片表面刷的是铝粉-抗腐蚀性）

③做金属在氧气中燃烧实验时，集气瓶底部留有少量水或铺一层细沙，防止高温生成物溅落炸裂集气瓶。

④可以用灼烧法鉴别黄铜和黄金。灼烧时没有变化的是黄金，变黑色的是黄铜。

知5金属与酸的反应（放热）

①镁与稀盐酸、稀硫酸反应

Mg+2HCl====MgCl2+ H2↑ Mg+ H2SO4====MgSO4+ H2↑

现象：剧烈反应，放热，产生大量气泡，生成的气体能燃烧，产生淡蓝色火焰。

②铝与稀盐酸、稀硫酸反应

2Al+6HCl====2AlCl3+3H2↑ 2Al+3 H2SO4====Al2(SO4)3+3 H2↑

现象：剧烈反应，产生大量气泡，生成的气体能燃烧，产生淡蓝色火焰。

③锌与稀盐酸、稀硫酸反应

Zn+2HCl====ZnCl2+ H2↑ Zn+H2SO4====ZnSO4+ H2↑

现象：反应比较剧烈，产生大量气泡，生成的气体能燃烧，产生淡蓝色火焰。

④铁与稀盐酸、稀硫酸反应

Fe+ 2HCl====FeCl2+ H2↑ Fe+ H2SO4====FeSO4+ H2↑

现象：反应缓慢，有气泡产生，溶液颜色由无色变为浅绿色，生成的气体能燃烧，产生淡蓝色火焰。

⑤铜与稀盐酸、稀硫酸不反应。

结论：根据金属与稀盐酸、稀硫酸能否反应，可以判断金属的活动性强弱；根据金属与相同的酸反应的剧烈程度或产生气泡的快慢，可以判断金属的活动性强弱。

注：①活泼金属与稀盐酸、稀硫酸反应后溶液的质量都增加。

②铁与稀盐酸、稀硫酸反应时生成的铁的化合物中铁的化合价为+2价。

知6置换反应

①概念：由一种单质与一种氧化物反应，生成另一种单质和另一种氧化物。

②特征：反应物和生成物都是一种单质和一种氧化物。

③通式：A+BC==B+AC

④常见类型：活泼金属与酸反应；金属与化合物溶液反应；非金属与金属氧化物反应。

注：①有单质和化合物参加的反应不一定是置换反应；有单质和化合物生成的反应也不一定是置换反应。

②置换反应中一定有元素的化合价发生改变。

知7金属与其他金属化合物溶液的反应

①铁钉与硫酸铜溶液反应 Fe+CuSO4====FeSO4+Cu

现象：铁钉表面覆盖一层紫红色固体，溶液颜色由蓝色变为浅绿色。

质量变化：金属质量增加，溶液质量减小。

②铝丝与硫酸铜溶液反应 2Al+3CuSO4====Al2(SO4)3+3Cu

现象：铝丝表面覆盖一层紫红色固体，溶液颜色由蓝色变为无色。 3

质量变化：金属质量增加，溶液质量减小。

③铜丝与硝酸银溶液反应 Cu+2AgNO3====Cu(NO3)2+2Ag

现象：铜丝表面覆盖一层黑色固体，溶液颜色由无色变为蓝色。

质量变化：金属质量增加，溶液质量减小。

结论：活动性强的金属能否把活动性弱的金属从其化合物的溶液里置换出来。

知8金属活动性顺序

㈠判断金属活动性的方法

①根据金属与氧气反应的剧烈和难易程度不同可以判断金属的活动性强弱。

②根据金属与稀盐酸、稀硫酸能否反应及反应的剧烈程度或产生气泡的快慢，可以判断金属的活动性强弱。

③金属能否置换出金属化合物溶液中的金属，可以判断金属的活动性强弱。

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

㈡金属活动性顺序的应用

①判断金属活动性强弱：在金属活动性顺序里，金属位置越靠前，它的活动性就越强。

②判断金属与酸的反应能否发生：在金属活动性顺序里，位于氢前面的金属能置换出稀盐酸稀硫酸中的氢。

③判断金属与金属化合物溶液的置换反应能否发生：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的化合物溶液中置换出来。

注：①金属活动性是指金属原子在溶液中失去电子的能力。越活泼越易失去电子变成离子。

②酸一般指盐酸或稀硫酸，当金属与浓硫酸或浓硝酸反应时，不产生H2而生成水。

③金属与金属化合物溶液发生置换反应时，一般不用K、Ca 、Na等，这些金属常温下与水反应，不能置换出金属化合物溶液中的金属。

2Na + H2O == 2NaOH + H2↑ 2NaOH + CuSO4====Na2SO4 + Cu(OH)2↓

易错点①误认为以下化学方程式正确

4Fe +3O22Fe2O3 （生成Fe3O4 而不是Fe2O3）

2Fe+ 6HCl====2FeCl3+ 3H2↑ （生成FeCl2 而不是FeCl3）

2Fe+3CuSO4====Fe2(SO4)3+3Cu （生成FeSO4 而不是Fe2(SO4)3）

Al+2HCl====AlCl2+H2↑ (生成AlCl3 而不是AlCl2)

易错点②误认为金属与酸反应一定产生氢气

活泼金属和稀酸反应时产生氢气，与浓硫酸或浓硝酸反应时不产生氢气。

易错点③误认为金属都会与空气中的氧气反应生成相应的氧化物

真金不怕火炼，金即使在高温时也不与氧气反应。

易错点④误认为金属和酸反应一定属于置换反应

金属与浓硫酸、浓硝酸的反应不属于置换反应。

知9金属资源的存在

①少数不活泼金属，如金、银等以单质形式存在；绝大多数金属以化合物形式存在。

②地壳中几种金属的含量：铝铁钙钠钾镁锌铜银金。

③常见几种金属矿石名称和主要成分：赤铁矿- Fe2O3 磁铁矿- Fe3O4 黄铁矿-FeS2

菱铁矿-FeCO3 铝土矿-Al2O3 黄铜矿-CuFeS2 辉铜矿-Cu2S

④冶炼金属时，选择矿石的原则：所提炼金属的含量高；对环境污染小；冶炼途径尽可能简单。

点燃

4 知10铁的冶炼

⑴一氧化碳还原氧化铁

实验药品：氧化铁粉末、澄清石灰水、一氧化碳气体

实验仪器：铁架台2个、硬质玻璃管、单孔橡皮塞2个、酒精灯、试管、双孔橡皮塞、导管若干

实验装置

实验步骤：①检查装置气密性；②装入药品并固定；③点燃酒精灯；④向玻璃管中通入CO；⑤点燃酒精喷灯；⑥反应完成后熄灭酒精喷灯；⑦试管冷却后停止通入CO；⑧熄灭酒精灯。

实验现象：①红色粉末逐渐变为黑色，黑色粉末能被磁铁吸引；②生成的气体能使澄清石灰水变浑浊；③尾气燃烧并产生蓝色火焰。

化学方程式：酒精喷灯处 2Fe2O3+3C0高温2Fe+3CO2

试管中 Ca(OH)2+CO2====CaCO3↓+H2O

酒精灯处 2CO + O2点燃 2CO2

实验结论：氧化铁被一氧化碳还原成单质铁。

注：①先通CO的目的：排尽装置内空气，防止CO和空气混合时加热可能发生爆炸。

②实验完后继续通CO到玻璃管冷却的目的：防止铁粉在较高的温度下重新被氧化；防止石灰水倒流使玻璃管炸裂。

③尾气处理：CO有毒，防止污染空气（处理方法：点燃或收集再利用）。

④CO与CuO反应条件是加热；CO与Fe2O3反应条件是高温。

⑵工业炼铁

设备：高炉

原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气

原理：在高温的条件下，利用炉内反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来

反应方程式：以赤铁矿为原料 2Fe2O3+3C0高温2Fe+3CO2

以磁铁矿为原料 Fe3O4+4C0高温3Fe+4CO2

焦炭的作用：①提供热量 C + O2高温 CO2 ②提供还原剂 CO2 +C高温 2CO

石灰石的作用：将矿石中的二氧化硅转变为炉渣除去

注意：①炼铁的原料是铁矿石，产品是生铁；炼钢的原料是生铁，产品是钢

② “百炼成钢”主要反应：C + O2高温 CO2

知11化学反应中杂质问题的计算

⑴混合物中某物质的质量分数（纯度）= * 100%