知识清单 第八单元 金属和金属材料

 第8单元 金属和金属材料知识清单
考点1 金属材料
1.金属材料：包括纯金属（纯净物）和合金（混合物）
2.金属物理性质：
(1)常温下为固体（特殊：汞为液体），有金属光泽，密度较大，熔点较高。
(2)大多数金属呈银白色，特殊：铜紫红色，金金黄色，铁粉黑色(铁片为银白色)。
(3)大多数金属具有优良的导电性、导热性，有延展性(延：拉成丝；展：压成片)。
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.金属的用途：（性质和用途要对应）
物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，另外还需要考虑价格、资源、是否美观、使用是否便利以及是否容易回收和对环境的影响等多种因素。
（1） 性质决定用途
铜、铝具有导电性→电线；钨熔点高→灯丝；铬硬度大→做镀层金属；铁硬度大→菜刀、镰刀、锤子等；
（2） 生活中应用的金属
干电池外皮→锌/锰；“银粉”→铝；水银温度计→汞；“锡箔”纸→铝或锡；保温瓶内胆→银
考点2 合金
1.概念：在金属中加热融合某些金属或非金属，制得具有金属特征的合金。
①合金是混合物 ②形成合金的过程是物理变化 ③合金各成分的化学性质不变
相互刻画，纯金属上有划痕
2. 合金的优点：
合金和组成其的纯金属相比较，硬度一般更大，熔点一般更低，抗腐蚀性更好。
合金
铁的合金
铜合金
焊锡
钛和钛合金
形状记忆合金

生铁
钢
黄铜
青铜
成分
含碳量
2%～4.3%
含碳量
0.03%～2%
铜锌
铜锡
铅锡合金

钛镍合金
备注
铁的合金主要含Fe、C，
区别主要是含碳量不同
紫铜是纯铜
熔点低
焊接金属
与人体有很好的
相容性，
可用于制造人造骨
具有形状记忆效应用于制成人造卫星天线
注意：①“百炼成钢”的原理是降低含碳量，通入纯氧的目的是使生铁中的碳充分反应。C+O2CO2
考点3 置换反应
1.定义：由一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质与另一种化合物的反应 A+BC→AC+B
2.置换反应类型：
①金属+酸→金属化合物+H2 ②金属+金属化合物→另一金属+另一金属化合物
③C+金属氧化物→金属单质+CO2 ④H2+金属氧化物→金属单质+H2O
（注意：CO+金属氧化物→金属单质+CO2 该反应不属于基本反应）
化合反应：多变一 CO2+H2O = H2CO3
3.化学反应基本类型 分解反应：一变多 H2CO3 = CO2↑+H2O
置换反应：单化生化单 C + 2CuO2Cu+CO2↑
复分解反应：
考点4 金属的化学性质
1. 金属与氧气的反应
金属＋氧气→金属氧化物 (化合反应)
镁
铝
铁
铜
2Mg+O2 = 2MgO
4Al+3O2 = 2Al2O3
3Fe+2O2Fe3O4
2Cu+O22CuO
常温下表面形成氧化膜
常温下表面形成氧化膜
铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体
紫红色的铜丝加热后变黑
＊通过金属与氧气能否反应及反应的难易程度判断金属的活动性。镁、铝>铁、铜>金。
铝具有很好的抗腐蚀性能原因：铝与空气中氧气反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化。
2. 金属与酸的反应
金属＋酸→盐＋H2↑ (置换反应) 反应条件：金属活动性排在H前
注意：实验前用砂纸打磨金属，除去镁、铁等金属表面的氧化膜，便于金属与酸接触反应。
+稀盐酸
+稀硫酸
镁
锌
铁
现象
固体逐渐溶解，产生大量气泡
固体逐渐溶解，产生较多气泡
固体逐渐溶解，无色溶液变为
浅绿色，产生少量气泡
方程式
Mg+2HCl = MgCl2+H2↑
Zn+2HCl = ZnCl2+H2↑
Fe+ 2HCl = FeCl2 + H2↑
Mg+H2SO4 = MgSO4+H2↑
Zn+H2SO4 = ZnSO4+H2↑
Fe+H2SO4 =FeSO4+H2↑
根据金属与酸混合时是否有氢气产生将金属分为两类：活泼金属和不活泼金属；
＊通过金属与酸能否反应或与酸反应的剧烈程度判断金属的活动性。镁>锌>铁>铜（不反应）
铁与稀盐酸和稀硫酸反应生成的铁的化合物中，铁化合价为＋2价。含有Fe2＋的溶液为浅绿色
3. 金属与金属化合物的反应
金属＋盐→新盐＋新金属 (置换反应)
反应条件：参加反应的金属活动性必须强于盐中金属的活动性(K、Ca、Na除外)，且盐必须可溶
现象的描述重点：金属表面生成固体的颜色，溶液颜色的变化。
实验
铁钉+硫酸铜溶液
铝丝+硫酸铜溶液
铜丝+硝酸银溶液
现象
铁表面有红色固体产生，
溶液由蓝色逐渐变为浅绿色。
铝表面有红色固体产生，
溶液由蓝色逐渐变为无色。
铜表面有银白色固体产生，
溶液由无色逐渐变为蓝色。
化学方程式
Fe+CuSO4 =Cu+FeSO4
2Al+3CuSO4 =Al2(SO4)3 +3Cu
Cu+2AgNO3 =2Ag+Cu(NO3)2
活动性比较
铁>铜
铝＞铜
铜＞银
＊通过金属与金属化合物溶液是否反应判断金属的活动性。
总结：比较金属活动性的方法：






考点5 金属活动性
1.常见金属在溶液中的活动性顺序：(巧记：捡个大美女；身体细纤轻；总共一百斤)
钾 钙 钠 镁 铝 锌 铁 锡 铅 (氢) 铜 汞 银 铂 金
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au
（1）判断不同金属的活动性强弱：金属的位置越靠前，活动性越强。
（2）判断金属能否与酸反应：位于氢之前的金属能置换出稀盐酸、稀硫酸中的氢元素。
（3）判断金属能否与金属化合物溶液反应：位于前面的金属能把位于后面的金属从其化合物的溶液里置换出来。*金属化合物必须溶于水；AgCl不溶于水，不能用于和金属发生置换反应；
*K、Ca、Na太活泼，常温下和水反应，不能置换出金属化合物中的金属。
考点6 金属活动性顺序的应用
类型1 金属活动性顺序的判断
分析：注意金属与酸反应时作对比实验要控制变量（如酸种类、浓度、体积；金属的形状、接触面积；温度等）
例1.有甲、乙、丙、丁四种颗粒大小相同的金属，分别投入等质量等浓度的稀硫酸中，乙、丙表面有气泡产生，且丙产生气泡较快；再将甲投入含丁化合物的溶液中，甲的表面有丁析出，则这四种金属活动性顺序为( )
A．甲>乙>丙>丁 B．丙>乙>甲>丁 C．丙>乙>丁>甲 D．丁>甲>乙>丙
例2.有X、Y、Z三种金属，把X、Z分别投入稀硫酸中，只有Z表面产生气泡，把X投入Y的盐溶液中， X表面有Y析出。下列判断错误的是（ ）
A. 金属活动性顺序是：Z﹥X﹥Y B. X、Y、Z可能依次是：Fe、Cu、Ag
C. Y投入Z的盐溶液中，无Z析出 D. X、Y、Z可能依次是：Cu、Hg、Zn
类型2 金属活动性的判断实验设计
（1） 两种金属活动性判断
待比较金属
Zn、Fe
Fe、Cu
Cu、Ag
活动性比较
Zn>Fe>H
Fe>H>Cu
H>Cu>Ag
金属+酸
稀盐酸或
稀硫酸
将打磨过的铁和锌分别放
入等质量等浓度的同种酸
比较反应的剧烈程度
将打磨过的铁和铜分别放
入等质量等浓度的同种酸
比较能否反应
均不与酸反应
不能证明
金属单质+
化合物溶液
方案：前金属+后溶液，能置换
Zn+FeCl2=ZnCl2+Fe
操作：将打磨过的锌条放入氯化亚铁溶液中，观察到有银白色金属析出
方案：前金属+后溶液，能置换
Fe+CuCl2=FeCl2+Cu
操作：将打磨过的铁丝放入氯化亚铜溶液中，观察到有紫红色金属析出
方案：前金属+后溶液，能置换
Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag
操作：将铜丝放入硝酸银溶液中，观察到有银白色金属析出
方案：后金属+前溶液，不置换
Fe+ZnSO4 X
操作：将打磨过的锌条放入氯化亚铁溶液中，无明显现象
方案：后金属+前溶液，不置换
Cu+FeSO4 X
操作：将铜片放入硫酸亚铁溶液中，无明显现象
方案：后金属+前溶液，不置换
Ag+Cu(NO3)2 X
操作：将银丝放入硝酸铜溶液中，无明显现象
（2）三种金属活动性判断
待比较金属
Fe、Cu、Ag
活动性：Fe>H>Cu>Ag
方案1:
前金属+后溶液
方案：①证明Fe>Cu: Fe+Cu(NO3)2能置换 ②证明Cu>Ag: Cu+AgNO3能置换
药品：打磨过的铁丝、铜丝，硝酸铜溶液、硝酸银溶液（4种）
操作：将打磨过的铁丝放入硝酸铜溶液中，铁丝上有红色固体析出；将铜丝放入硝酸银溶液中，铜丝表面出现银白色固体。
方案2:
后金属+前溶液
方案：①证明AgCu
①Zn和CuSO4先反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu ②Fe和CuSO4后反应：Fe+CuSO4 =Cu+FeSO4
充分反应后，过滤，滤渣和滤液的成分分析如下：
CuSO4的量
滤渣
滤液
①CuSO4少量，Zn有剩，Fe未反应
Cu、Zn、Fe
ZnSO4
②Zn和CuSO4恰好反应，Fe未反应
Cu、Fe
ZnSO4
③Zn反应完，Fe和CuSO4部分反应
Cu、Fe
ZnSO4、FeSO4
④Fe和CuSO4恰好反应
Cu
ZnSO4、FeSO4
⑤Zn、Fe均反应完，CuSO4有剩余
Cu
ZnSO4、FeSO4、CuSO4
3.一种金属和多种金属的盐溶液反应
＊一种金属（活动性强于金属化合物中金属）放入两种金属化合物混合溶液中，活动性弱的金属化合物先反应＊
例2:一定量的Fe粉投入Cu(NO3)2和AgNO3混合溶液中，
活动性：Fe>Cu>Ag
①Fe和AgNO3先反应，Fe+2AgNO3=Fe(NO3)2+2Ag
②Fe和Cu(NO3)2后反应，Fe+Cu(NO3)2=Fe(NO3)2+Cu
充分反应后，过滤，滤渣和滤液的成分分析如下：
加入铁的量
滤渣
滤液
①AgNO3部分反应，Cu(NO3)2未反应
Ag
Fe(NO3)2、AgNO3、Cu(NO3)2
②AgNO3恰好反应完，Cu(NO3)2未反应
Ag
Fe(NO3)2、Cu(NO3)2
③AgNO3反应完，Cu(NO3)2部分反应
Ag、Cu
Fe(NO3)2、Cu(NO3)2
④AgNO3反应完、Cu(NO3)2恰好反应完
Ag、Cu
Fe(NO3)2
⑤AgNO3、Cu(NO3)2都反应完，Fe有剩
Ag、Cu、Fe
Fe(NO3)2
例1.在CuCl2和ZnCl2的混合溶液中加入铁粉，充分反应后过滤，所得滤渣与盐酸反应放出气体。则所得滤液中
含有的物质是( )
A．CuCl2 ZnCl2 FeCl2 B．只有FeCl2 C．FeCl2 ZnCl2 D．CuCl2 ZnCl2
例2.某化学小组向一定量AgNO3和Cu(NO3)2混合溶液中加入一定量的Zn粉，充分反应后过滤得溶液A和固体
B，滤液A中所含的物质不可能的情况是( )
A．Zn(NO3)2、AgNO3 B．Zn(NO3)2、Cu(NO3)2、AgNO3
C．Zn(NO3)2、Cu(NO3)2 D．Zn(NO3)2
例3.往AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入一定量的铁粉，充分反应后，有金属析出，过滤、洗涤后往滤渣中加入稀盐酸，有无色气体放出，则滤液中一定存在的物质是(　 )
A． AgNO3、Cu(NO3)2、Fe(NO3)2 B． Cu(NO3)2、Fe(NO3)2
C． Fe(NO3)2 D． AgNO3、Fe(NO3)2
例4.某兴趣小组的同学从实验室收集到一桶含有FeSO4 、CuSO4 的废液，他们想从中回收金属铜和硫酸亚铁晶体，设计了如下实验方案。结合实验方案回答下列问题：





（1）步骤①中，金属X是_________，该反应的化学方程式为___________________________；
（2）步骤②中，加入过量稀硫酸的目的是________________ ；
例5.某工厂欲从只含有CuSO4的废液中回收金属铜，并得到工业原料硫酸亚铁，其工业流程如图：

(1)操作a的名称是________。
(2)加入过量A的目的是_________________。
(3)写出流程中有关反应的化学方程式：________________________；__________________________。
类型5 金属反应后溶液质量的变化
金属+酸
金属+金属化合物溶液




金属置换出酸中的氢元素生成氢气，
溶液的溶质由酸变为金属化合物，溶液质量一定增加
金属与化合物溶液反应后溶液溶质质量的增减
根据方程式计算
例1:将等质量的锌分别放入足量的下列溶液中，充分反应后溶液质量减少的是（　 ）
A.稀硫酸 B.硫酸亚铁溶液 C.硝酸银溶液 D.氯化镁溶液
类型6 金属与酸反应数据和图像分析
例1：等质量的金属Mg、Zn、Fe、Al分别与足量的同种酸反应。（Mg-24 Zn-65 Fe-56 Al-27）
解：设等质量的金属质量为m，则生成的氢气质量x通过方程式可求得：
Mg + 2HCl = MgCl2+ H2↑ Zn + 2HCl = ZnCl2+H2↑ 2Al + 6HCl = 2AlCl3+3H2↑ Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑
24 2 65 2 54 6 56 2
m x1 m x2 m x3 m x4
x1=2m24 x2=2m65 x3=2m18 x4=2m56
生成H2的速率：Mg > Al > Zn > Fe（由金属活动性决定，越活泼，产生氢气的速率越快）
生成H2的质量：Al > Mg > Fe > Zn（酸过量，按金属质量计算）
总结：(1)等质量金属与足量酸反应，同为+2价金属，相对原子质量越小，生成的H2质量越大。
(2)任意化合价的金属与足量酸反应产生氢气的质量计算公式：
【金属相对原子质量/金属化合价】值越小，产生的H2质量越多

例2:等质量等质量分数的同种酸分别与足量的金属Mg、Zn、Fe、Al反应。
解：设等质量的同种酸质量为m，则生成的氢气质量x通过方程式可求得：
Mg + 2HCl = MgCl2+ H2↑ Zn + 2HCl = ZnCl2+H2↑ 2Al + 6HCl = 2AlCl3+3H2↑ Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑
73 2 73 2 219 6 73 2
m x1 m x2 m x3 m x4
x1=2m73 x2=2m73 x3=2m73 x4=2m73
生成H2的速率：Mg>Al>Zn>Fe（由金属活动性决定，越活泼，产生氢气的速率越快）
生成H2的质量：相等（金属过量，按酸质量计算，酸是等量的，全部反应完，产生的氢气质量相等）
例3:图像分析
等质量的金属与足量酸反应
等质量、等质量分数的酸和足量金属反应


向等质量、等质量分数的稀酸中加入金属至过量
向等质量的金属中滴加等质量分数的稀酸至过量


①开始时，酸足量，产生氢气的质量由金属决定， 【金属相对原子质量/金属化合价】的值越小，
产生氢气的质量越多
【逆向思维】酸足量时，要得到相等质量的氢气，消耗金属的质量为Zn＞Fe＞Mg＞Al
②最终生成氢气的质量由酸决定，酸的质量相等，则最终产生氢气的质量相等
①a点前，酸不足，产生氢气的质量由酸的质量决定，产生氢气的质量为Al＝Mg＝Fe＝Zn
②b点后，酸足量，产生氢气的质量由金属决定，最终产生氢气的质量为Al＞Mg＞Fe＞Zn
③该曲线无法表示反应速率，因此无法判断金属的活动性强弱
练1．往一定量的稀硫酸中加入过量的锌粒，如图是反应过程中某种量Y随加入锌粒
的质量变化的关系，则Y不可能表示( )
A．生成氢气的质量 B．生成硫酸锌的质量
C．参加反应的硫酸质量 D．溶液中水的质量

练2．相同质量的M、N两种活泼金属，分别与足量的相同浓度的盐酸反应(M、N在生
成物中均为+2价)，生成H2的质量和反应时间的关系如图所示，下列叙述正确的是( )
A．相对原子质量N>M B．两个反应生成H2的质量相等
C．金属的活泼性N>M D．两个反应消耗盐酸的质量一定相等
练3．如图所示的四个图象与对应实验相符的是( )




A．等质量的Mg和Zn中加入等质量、等浓度且过量的稀硫酸
B．等质量且足量的Mg和Zn中加入等质量、等浓度的稀硫酸
C．等质量且足量的Mg和Zn中加入等质量、等浓度的稀硫酸
D．等质量的Mg和Zn中加入等质量、等浓度且过量的稀硫酸
考点7 铁的冶炼
1.常见的矿石：赤铁矿: 主要成分Fe2O3；磁铁矿: 主要成分Fe3O4 ；铝土矿: 主要成分Al2O3 ；
2. 实验室：一氧化碳还原氧化铁




实验现象：

A处
B处
C处
实验现象
红棕色粉末逐渐变成黑色
澄清石灰水变浑浊
产生蓝色火焰
化学方程式
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
Ca(OH)2 +CO2 = CaCO3↓ + H2O
2CO + O22CO2
实验注意事项：
（1）先通入CO一会儿，再给氧化铁加热；原因:排尽装置中的空气，防止加热CO与空气的混合气体发生爆炸。
（2）停止加热，继续通人CO至玻璃管冷却；原因:防止生成的热的铁被空气再次氧化。
（为减少CO的使用量，熄灭酒精喷灯后，可用弹簧夹将硬质玻璃管两侧的导管关闭，使铁在密闭装置中冷却）
（3）尾气处理:①点燃，使CO变成无毒的CO2；②在导管末端系一个气球或用排水法将尾气收集起来。
（4）酒精喷灯的作用是提供高温（如果用酒精灯，则加金属网罩，金属网罩可以集中火焰，提高温度）
（5）澄清石灰水的作用：检验生成的二氧化碳。
3. 装置改进



优点：节约药品
优点：双管集气瓶既可以检验并吸收二氧化碳，还能收集多余的一氧化碳
优点：节约能源，减少空气污染
4.工业上炼铁 设备：高炉
（1）炼铁的原料：铁矿石、 焦炭、石灰石、空气
（2）反应原理：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
（3）焦炭的作用：
①提供热量（ C+O2CO2）；②生成CO（C + CO22CO）
（焦炭虽具有还原性，但是CO气体具有流动性，与铁矿石接触更充分）
（4）石灰石的作用：将矿石中的二氧化硅变为炉渣。
（5）生产产物：生铁（具有较多杂质），密度大于炉渣，故出铁口在出渣口下方。
（6）高炉气体的主要成分：N2、CO、CO2等；
处理方法：收集后集中处理，或工业生产中常用于制煤气。
考点8 金属冶炼和金属资源的保护
1.实验：铁制品锈蚀的条件
实验方案
铁生锈条件的探究

A B C

现象
分析
结论
试管A
铁钉生锈
铁与水、氧气同时接触
铁生锈的条件：
铁与水、氧气
同时接触发生反应
试管B
铁钉无明显变化
铁只与水接触
试管C
铁钉无明显变化
铁只与氧气接触
（注：铁的纯度，环境的温度、湿度也是影响铁生锈的因素，酸、氯化钠溶液会加快铁锈蚀）
注意：
（1） 蒸馏水煮沸并迅速冷却的目的是除去水中溶解的氧气；
试管B中植物油的作用是隔绝氧气；试管C中氯化钙具有吸水性，作用是吸收水分。
（2）铁生锈是缓慢氧化，铁锈呈红棕色，其主要成分是Fe2O3·xH2O ，结构疏松，不能阻碍里面的铁继续氧化。
（3）铝比铁活泼，却比铁耐腐蚀的原因：铝常温下与空气中氧气反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜。
（4）其他探究金属生锈条件的实验设计
铜锈的主要成分【Cu2(OH)2CO3】：根据质量守恒定律，推测铜生锈可能跟O2、CO2、H2O有关系。


2.防止铁生锈的原理：隔绝空气（或氧气）和水
3.常见的防锈措施：①保持铁制品表面洁净、干燥；②表面覆盖一层保护膜：如刷油漆、涂油、烧制搪瓷、烤蓝、镀耐腐蚀的金属如铬等；③改变内部结构，制成耐腐蚀的合金，如不锈钢。
4.保护金属资源的原因：矿物的储量有限，且不能再生。
5.保护金属资源的途径：
①防止金属的腐蚀；②回收利用废旧金属；③有计划、合理的开采矿物，严禁乱采滥挖；④寻找金属的代用品；
（金属回收利用的意义：节约金属资源和能源，减少环境的污染）
考点9 不纯物质的计算
1.不纯物质的计算公式






2.涉及不纯物的化学方程式计算（代入计算的一定是纯净物质量，如不纯物需要转换成纯净物质量）
例1.用1000t含氧化铁80%的赤铁矿，理论上 例2:冶炼1000t含杂质3%的生铁，需要含
可以炼出含铁96%的生铁质量是多少？(Fe-56 O-16) Fe3O4 90%的磁铁矿石的质量是多少？