第八单元 金属和金属材料【知识梳理】——2022-2023学年人教版化学九年级下册单元综合复习

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过知识
【知识点一】金属材料
1.金属材料
（1）金属材料：常见的金属材料有纯金属和合金。
（2）金属材料的发展史
①人类从石器时代进入青铜时代，继而进入铁器时代，就是以金属材料的使用作为标志的。
②铝的利用率要比铜和铁晚得多。铝具有密度小、坑腐蚀等性能。现在，世界上铝的产量仅次于铁，排在第二位。
③钛和钛的合金被认为是21世纪的重要金属材料。
2.金属的物理性质
（1）金属的共性
①常温下都是固体（汞除外）
②有金属光泽
③大多数为电和热的良导体
④有延展性
（2）金属的特性
①大多数金属都呈银白色，但铜呈紫红色、金呈黄色
②常温下，大多数金属都是固体，但汞是液体
③不同金属其导电性、导热性、密度、熔点、硬度等物理性质不同
3.金属的用途
（1）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。
（2）金属的一些实际应用：
①日常生活中菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制，因为铁的硬度大，且铅对人体有害。
②虽然银的导电性比铜、铝好，但银的价格昂贵，所以电线一般用铜和铝制造。
③白炽灯泡里的灯丝用钨丝而不用锡丝，是因为钨丝耐高温，锡丝不耐高温。
④铁制水龙头要镀铬，是因为镀铬既美观，又耐腐蚀，可延长水龙头的使用寿命。
⑤温度计中用的是液态金属汞，干电池外面用的是锌皮，热水瓶内胆上镀的是金属银。
4.金属之最：
①铝：地壳中含量最高的金属元素；
②钙：人体中含量最多的金属元素；
③铁：目前年产量最多的金属（铁>铝>铜）；
④银：导电、导热性最好的金属（银>铜>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。
5.淬火和回火
A、淬火：夹住金属物质铁丝放在火焰上烧至红热后，立即放入冷水中．冷却后取出。
淬火结果：淬火能使铁的硬度、耐磨性增大，塑性、韧性减弱；
B、回火：将已经淬火过的铁丝放在火焰上微热片刻（不烧红），然后放在空气中自然冷却。
淬火结果：回火能使铁的韧性增强。
【知识点二】合金
1.合金
把一种金属与另一种或几种金属或非金属经过混合熔化，得到的具有金属性质的固体物质就是合金。
规律小结：
（1）合金是金属与金属或非金属的混合物，至少含有一种金属，但不一定全部是金属组成的。
（2）合金形成过程中，几种成分是熔合在一起的，发生的是物理变化，不是化学变化。
（3）合金具有金属特征，如导电性、导热性、延展性等。
（4）合金中各成分保持其各自的性质。
2.合金与成分金属的比较
（1）合金的硬度一般大于其组分金属的硬度。
（2）合金的熔点一般低于其组分金属的熔点。
（3）合金的坑腐蚀能力一般强于其组分金属的坑腐蚀能力。
3.几种常见合金
（1）铁合金
铁的合金包括生铁和钢。生铁和钢的主要成分是铁，它们的性能不同主要是因为二者的含碳量不同。
（2）钛和钛合金
抗腐蚀性能强：广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等；
生物相容性好：制造人造骨头。
（3）其他合金
【知识点三】金属活动性顺序及意义
1. 金属活动性顺序表
2. 金属活动性顺序表的意义
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，位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢；
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。
3. 金属活动性顺序的应用
（1）判断金属与盐溶液能否反应
①在金属活动性顺序表中，排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来。
②盐是可溶性盐。
③除去排在最前面K、Ca、Na。
（2）判断金属与酸能否反应。
①在金属活动性顺序表中，该金属必须排在氢的前面。
②“酸”一般指的是稀盐酸、稀硫酸。
（3）根据金属活动性的相对强弱，可为除杂选择合适的试剂。
如Cu中混有少量的Fe，欲除去少量的Fe，可选择加入足量的硫酸铜溶液充分反应，Fe和硫酸铜溶液反应生成了Cu和硫酸亚铁，再过滤即可。
（4）根据金属活动性顺序判断金属与盐溶液反应后滤渣、滤液的成分。
一种金属和几种盐溶液混合时，最不活泼的金属最先被置换出来，然后再依次按照活动性由弱到强的先后顺序被置换出来
（5）根据金属活动性顺序判断金属与酸反应的快慢（反应速率）或根据反应速率判断金属的活动性顺序。一般金属越活泼，在同等条件下，与某一酸反应的速率越快。
【拓展延伸】
有关金属活动顺序表的说明
1. 金属活动顺序表是金属在酸或水溶液中反应的先后顺序。
2. 不能用金属活动顺序解释非水溶液条件下进行的反应。如在金属活动顺序表中Fe在H之前，但是在高温条件下，H2可以将Fe2O3中的Fe置换出来！反应方程式为： 3H2＋Fe2O3 eq \(\s\up8(点燃),eq \(\s\up2 (——),——,\s\d0()),\s\d4())2Fe＋3H2O
【知识点四】金属与盐溶液的反应
1. 反应规律：
金属 + 盐 == 另一金属 + 另一盐
2. 反应条件：
3. 活动性：参加反应的金属＞化合物中金属元素
4. 常见反应及现象
（1） 铁丝浸入硫酸铜溶液中
Fe +CuSO4 == Cu + FeSO4
应用及说明：
“湿法冶铜”的原理
不能用铁制品放硫酸铜溶液（或农药波尔多液）
现象：铁钉表面有红色物质出现，溶液由蓝色变为浅绿色。
（2）铝丝浸入硫酸铜溶液中
2Al + 3CuSO4 == Al2(SO4)3 + 3Cu
现象：铝丝表面有红色物质出现，溶液由蓝色变为无色。
（3）铜丝浸入硝酸银溶液中
Cu + 2AgNO3 == Cu(NO3)2 + 2Ag
现象：铜丝表面有银白色物质出现，溶液由无色变为蓝色。
【技巧方法】
（1）一般铁与盐溶液发生置换反应生成的铁盐为亚铁盐，Fe为+2价，即溶液中是Fe2+。
（2）能与金属反应的盐溶液一般是可溶的，不溶于水的盐一般不反应。
（3）依据一种金属能把另一种金属从其盐溶液中置换出来，可判断两种金属的活动性顺序。金属活动性强的能把金属活动性弱从其盐溶液中出来。
【拓展延伸】
金属与盐反应的一般规律
①此类反应一定在溶液中进行，不溶于水的化合物一般不与金属反应。
②K、Ca、Na活动性非常强，但不能用它们置换化合物中的金属，因为它们能同溶液中的水剧烈反应。钾、钙、钠它们会先和水反应生成碱和氢气，然后碱和盐反应。
【知识点五】金属与混合盐溶液的反应
方法一：定量分析法
如将铁粉加入到硝酸铜和硝酸银的混合溶液中。
第一步：将题目中涉及的金属，按照金属的活动性由强到弱的顺序排列：如Fe、Cu、Ag。
第二步：根据金属活动性由弱到强依次加入盐溶液中的金属，其顺序为Ag、Cu、Fe。
第三步：根据加入金属的量分析，如下表：
方法二：优先法
判断反应发生的先后顺序的依据：远距离先置换，即金属活动性相差越大(或位置距离越远)，反应优先发生。
1. 将铁粉加入到一定量的硝酸铜和硝酸银的混合溶液中
先：Fe＋2AgNO3＝Fe(NO3)2＋2Ag
后：Fe＋Cu(NO3)2＝Fe(NO3)2＋Cu
2. 将硝酸银溶液加入到一定量铁和铜的混合物中
先：Fe＋2AgNO3 === Fe(NO3)2＋2Ag
后：Cu＋2AgNO3 === Cu(NO3)2＋2Ag
【知识点六】金属与酸反应的坐标曲线
1．当等质量的金属与足量的酸反应时，
m氢气＝m金属×eq \f(化合价,金属的相对原子质量)，因为金属质量相等，所以“化合价/相对原子质量”的得数越大(注：Al为＋3价)，产生氢气越多：Al(eq \f(3,27))＞Mg( eq \f(2,24))＞Fe( eq \f(2,56))＞Zn( eq \f(2,65))。
当等质量的酸与足量的金属反应时，酸不足，以酸来算，与哪种金属及金属质量都无关。如果同种酸和酸的质量浓度都相等，则产生氢气的量一样。
3．当横坐标的意义不同时，图像也会不同。常见的类型有以下几种(以镁、锌、铁为例)：
A、类型一：等量的金属与足量的稀盐酸反应（m-t图）
1. 反应特点：
金属消耗完，酸过量。
2.图像
3.分析
横坐标是时间，金属活动性越强，金属与酸反应的越快，开始时曲线越陡。酸足量，金属完全反应，“化合价/相对原子质量”的得数越大，产生氢气越多。
B、类型二：等量的金属与足量的稀盐酸反应（m-m图）
1. 反应特点：
金属消耗完，酸过量。
2.图像
3.分析
横坐标是酸的质量，开始时，金属过量，酸完全反应，加入等质量的酸产生气体的质量相等，曲线重合。“化合价/相对原子质量”的得数越大，最终产生的气体越多。
C、类型一：等量的稀盐酸与足量的金属反应（m-t图）
1. 反应特点：
酸消耗完，金属过量。
2.图像
3.分析
横坐标是时间，金属活动性越强，金属与酸反应的越快，曲线越陡，越先将酸消耗完。由于金属足量，酸一定，最终生成氢气的质量相等。
D、类型一：等量的稀盐酸与足量的金属反应（m-m图）
1. 反应特点：
酸消耗完，金属过量。
2.图像
3.分析
横坐标是金属的质量，开始时，金属不足，酸过量，“化合价/相对原子质量”的得数越大，产生氢气越多，曲线越陡。由于金属足量，酸一定，最终生成氢气的质量相等
【知识点七】金属资源的利用——金属的冶炼
1.金属在自然界的存在
（1）金属在自然界的存在
地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中。除少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外，其余都以化合物的形式存在。
（2）金属在地壳中的含量
金属在地壳中含量的顺序是：铝、铁、钙、钠、钾、镁、锌、铜、银、金。
（3）常见的金属矿石
2.铁的冶炼
（1）一氧化碳还原氧化铁实验
①实验原理：Fe2O3+3COeq \\ac(\s\up7(高温),\(===,====))2Fe+3CO2
②实验装置
③实验步骤
a.检查装置气密性；
b.转入药品并固定装置；
c.通入CO并点燃酒精灯；
d.排尽装置内的空气后，点燃酒精喷灯给氧化铁加热；
e.当玻璃管内的红棕色粉末变为黑色时，停止加热；
f.等装置冷却后，停止通CO，熄灭酒精灯。
④实验现象
红棕色粉末逐渐变为黑色；澄清石灰水变浑浊；尾气燃烧时产生蓝色火焰。
⑤有关的化学方程式
硬质玻璃管中：Fe2O3+3COeq \\ac(\s\up7(高温),\(===,====))2Fe+3CO2。
试管中：Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O。
尾气处理：2CO+O2eq \\ac(\s\up7(高温),\(===,====))2CO2。
（2）工业炼铁
①炼铁的原理
在高温下，一氧化碳还原铁的氧化物（氧化铁、四氧化三铁）。
②原料及作用
a.铁矿石：提供原料。
b.焦炭：燃烧提供热量、产生还原剂一氧化碳。
c.石灰石：可将矿石中二氧化硅转变为炉渣。
③设备：高炉。
【技巧方法】
1、焦炭的作用：一是生成还原剂一氧化碳，二是提高高炉的温度；
2、石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去；
3、高炉炼铁得到的铁是生铁，其主要成分是铁，还含有C、P、S等元素。
4、一氧化碳还原红棕色的氧化铁，得到黑色粉末--还原性铁粉，铁的形状不同颜色有差异。在用一氧化碳还原铁矿石的实验过程中，要特别注意在加热前必须将管内空气排尽，尾气要进行处理才能排放。注意观察装置中的加热仪器不同，一个是酒精灯，一个是酒精喷灯，一氧化碳还原铁矿石的反应条件是高温。
【拓展延伸】
1、熟记和理解铁的冶炼的原理、原料、设备、涉及的反应、和产物及其相关知识等。
2、根据所给的实验、问题情景或图表信息等，结合所学的相关知识和技能，细致地阅读、分析题意等，联系着生活实际，细心地进行探究、推理。
【知识点八】金属资源的保护
1.铁制品锈蚀的条件
（1）铁制品生锈主要是铁与空气中的氧气、水蒸气等物质发生了化学反应。
（2）铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O，颜色为红色。铁锈的结构疏松，不能阻止里层的铁继续与氧气、水的反应，铁制品会完全被腐蚀。
规律小结：
（1）铁制品一般温度越高，锈蚀的速度越快。
（2）在酸、盐存在的环境中，铁制品的锈蚀会加快。
2.防止铁制品锈蚀的原理和方法
（1）防止铁制品锈蚀的原理
破坏铁锈蚀的条件即可防止铁制品锈蚀，即防止铁制品与氧气或水接触。
（2）防止铁制品锈蚀的方法
①保持铁制品表面干燥和洁净。
②在铁制品表面覆盖一层保护膜，如在铁制品表面刷漆、涂油等。
③在铁制品表面镀上其他金属，如镀锌、镀铬等。
④将铁制品制成合金，如不锈钢。
⑤通过化学方法使铁制品表面形成致密的氧化膜，如“烤蓝”等。
3.金属资源的保护
（1）必要性
①金属矿物的储量有限，且不可再生；
②废旧金属的随意丢弃不仅浪费资源还污染环境。
（2）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寻找金属的代用品等。合金
主要成分
主要性能
主要用途
黄铜
Cu、Zn
强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀
机器零件、仪表、日用品
青铜
Cu、Sn
强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀
轴承、齿轮等机械零件
白铜
Cu、Ni
光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工
钱币、代替银作饰品
焊锡
Sn、Pb
熔点低
焊接金属
硬铝
Al、Cu、Mg、Si
强度和硬度好
火箭、飞机、轮船等
18K黄金
Au、Ag、Cu
光泽好、耐磨、易加工
金饰品、钱币、电子元件
情况
反应情况
滤液
滤渣
①加入极少量的Fe
部分AgNO3反应
Fe2＋、Cu2＋、Ag＋
Ag
②加入少量的Fe
AgNO3恰好反应
Fe2＋、Cu2＋
Ag
③加入较少量的Fe
部分Cu(NO3)2反应
Fe2＋、Cu2＋
Cu、Ag
④加入适量的Fe
Cu(NO3)2恰好反应
Fe2＋
Cu、Ag
⑤加入过量的Fe
无反应
Fe2＋
Fe、Cu、Ag
反应情况
滤液成分
滤渣成分
①
Fe(NO3)2、Cu(NO3)2、AgNO3
Ag
②
Fe(NO3)2、Cu(NO3)2
Ag
③
Fe(NO3)2、Cu(NO3)2
Ag、Cu
④
Fe(NO3)2
Ag、Cu
⑤
Fe(NO3)2
Ag、Cu、Fe
反应情况
滤液成分
滤渣成分
①
Fe(NO3)2
Fe、Cu、Ag
②
Fe(NO3)2
Cu、Ag
③
Fe(NO3)2、Cu(NO3)2
Cu、Ag
④
Fe(NO3)2、Cu(NO3)2
Ag
⑤
Fe(NO3)2、Cu(NO3)2、AgNO3
Ag
金属矿石名称
赤铁矿
磁铁矿
菱铁矿
铝土矿
黄铜矿
辉铜矿
主要成分
Fe2O3
Fe3O4
FeCO3
Al2O3
CuFeS2
Cu2S
实验装置
现象
铁钉生锈
铁钉不生锈
铁钉不生锈
现象分析
铁钉同时和氧气（或空气）、水接触
铁钉只和水接触
铁钉只和氧气（或空气）接触
结论
铁钉生锈的条件：同时和氧气（或空气）、水接触