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初中化学人教版九年级下册第八单元 金属和金属材料综合与测试教案
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这是一份初中化学人教版九年级下册第八单元 金属和金属材料综合与测试教案，共19页。教案主要包含了专题分析，答案与解析等内容，欢迎下载使用。
1.了解金属的物理性质,知道金属的用途.
2.掌握金属的化学性质,能够运用金属活动性顺序判断反应能否发生.
3.了解炼铁的原理和金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法.
4.会根据化学方程式进行含杂质物质的有关计算.
通过比较学习,培养学生获取信息和处理信息的能力,并构建出与金属材料相关联的知识体系.
通过对我国古代炼铁的介绍,激发学生的爱国热情;通过对废弃金属对环境的污染介绍,让学生树立环保意识;通过对矿物可开采年限的介绍,教育学生要懂得保护金属资源.
【重点】
金属的化学性质,铁的冶炼.
【难点】
引导学生主动参与科学探究的过程和方法等方面的教学中.
金
专题一 金属材料
1.金属材料:纯金属(90多种);合金(几千种).
2.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.一般来说,合金的熔点比各成分金属低,硬度比各成分金属大,抗腐蚀性能更好.不过,实际应用中还应考虑金属材料的价格、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.常见合金如下表:
3.铁的冶炼
(1)工业炼铁的基本知识:炼铁的原料是铁矿石[常见的铁矿石有磁铁矿(主要成分是Fe3O4)和赤铁矿(主要成分是Fe2O3)]、焦炭、石灰石和空气,主要设备是高炉.炼铁的基本原理是:在高温条件下,利用反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来,3CO+Fe2O32Fe+3CO2.
(2)一氧化碳还原氧化铁的实验:
①装置图:见下图.
②实验主要现象:红色粉末变为黑色,澄清的石灰水变浑浊,尾气点燃产生蓝色火焰.
③实验注意事项:先通入一氧化碳气体,排尽装置内的空气,防止一氧化碳与空气混合加热后,发生爆炸;实验完毕后要继续通入一氧化碳气体,直到玻璃管冷却,防止高温下的铁与空气接触,被氧化为氧化铁,同时,实验过程中还可防止澄清石灰水倒吸;尾气中含有一氧化碳,一氧化碳有毒,所以尾气要处理,直接排放会污染空气;若实验中没有酒精喷灯,也可用酒精灯代替,不过要在火焰上加一个金属网罩,使火力更加集中,提高温度.
(3)铁的锈蚀
①铁生锈的条件是:铁与O2、水接触(铁锈的主要成分:Fe2O3·xH2O).
②防止铁制品生锈的措施:保持铁制品表面的清洁、干燥;表面涂保护膜,如涂油、刷漆、电镀、烤蓝等;制成不锈钢.
③铁锈很疏松,不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气反应,因此铁制品可以全部锈蚀,因而铁锈应及时除去.而铝与氧气反应生成致密的氧化铝薄膜,从而阻止铝进一步氧化,因此,铝具有很好的抗腐蚀性能.
4.金属资源的保护和利用
(1)防止金属腐蚀;
(2)回收利用废旧金属;
(3)合理开采矿物;
(4)寻找金属的代用品.
5.含有杂质的化学计算
据化学方程式计算时,不论是反应物还是生成物,代入化学方程式计算的都必须是纯净物的质量.但在金属冶炼等实际生产过程中,所用原料或产物一般都含有杂质,因此在实际生产中计算用料和产量时需要考虑杂质问题.
通常认为杂质不参加反应,可以利用下列公式将不纯物质的质量转化成纯净物的质量:
纯净物的质量分数(纯度)=纯净物的质量/混合物的质量×100%;纯净物的质量=混合物的质量×纯净物的质量分数;纯度=1-杂质的质量分数.
在冶铁的计算中,一般涉及四种物质:铁、生铁、氧化铁(或四氧化三铁)、铁矿石.铁与氧化铁(或四氧化三铁)是纯净物,能直接代入化学方程式计算,而生铁、铁矿石属于混合物,不能直接代入化学方程式计算.生铁中主要含铁,铁矿石是冶铁的原料,含铁的氧化物主要是氧化铁或四氧化三铁,计算的主线是:生铁——铁——氧化铁(或四氧化三铁)——铁矿石.
【专题分析】
金属与金属矿物是一级主题身边的化学物质中的一个二级主题,在每年的中考中都有它的身影,如选择、填空、探究、计算等.包含了金属材料的种类及对环境的影响、合金、金属的锈蚀、金属的性质及用途、金属的活动性及比较、金属在自然界的存在、金属的冶炼等多个重要知识点.
由于金属材料和日常生活、工业生产实际联系密切,命题方向集中在金属材料在生活中的应用、金属的化学性质、金属资源的利用与保护等几个方面.主要考查同学们运用所学知识解决实际问题的能力.随着时代的发展,各种新金属材料的不断问世,结合所学知识考查“新金属”的试题已成为中考的趋势.金属和金属材料属于一类常见的重要化学物质.作为初中化学新课程的核心内容之一,是中考命题所关注的重要素材之一,也是中考化学的必考点和热点.
考查形式:中考中的考查形式灵活多变,多以生活应用型、正误判断型、信息给予型、性质探究型、图像型、计算型等形式考查.通常以选择题、填空题的形式考查金属材料的分类和应用实例.以计算题的形式考查含有杂质的化学计算.以实验设计、实验探究题的形式考查金属锈蚀的条件等.
(中考)钛合金是生产链条钢、锚链钢等的重要原料.如果要比较钛(Ti)和铁的金属活动性顺序,以下方法不能达到目的的是( )
A.查阅初中化学课本上的金属活动性顺序
B.利用金属钛和FeCl2溶液进行实验
C.利用金属铁和TiSO4溶液进行实验
D.利用金属钛、金属铁与稀硫酸进行实验
〔解析〕 A.课本上的金属活动性顺序中,不包含钛,不能达到目的.B.利用金属钛和FeCl2溶液进行实验,根据反应是否能发生,能比较钛和铁的金属活动性顺序,能达到目的.C.利用金属铁和TiSO4溶液进行实验,根据反应是否能发生,能比较钛和铁的金属活动性顺序,故选项方法能达到目的.D.利用金属钛、金属铁与稀硫酸进行实验,根据反应是否能发生以及反应的剧烈程度,能比较钛和铁的金属活动性顺序,能达到目的.故选A.
某钢铁厂每天需消耗5000t含Fe2O376%的赤铁矿石,该厂理论上可日产含Fe98%的生铁的质量是多少?
〔解析〕 本题通过分步计算,思路清晰,步骤明确.涉及不纯物质的计算,应该将不纯物质的质量转化为纯净物的质量,利用纯净物间的质量关系列出比例式.
解法1:明确已知量和未知量,以及这两个量与相关量的关系.已知赤铁矿石的质量,赤铁矿石与Fe2O3的关系是:含Fe2O376%;要求生铁的质量,生铁与铁的关系是:含铁98%.
解题“三步”曲:第一步由赤铁矿石求Fe2O3的质量;第二步利用冶铁原理的化学方程式计算生成铁的质量;第三步计算生铁的质量.
(1)5000t含Fe2O376%的赤铁矿石中含Fe2O3的质量=5000t×76%=3800t.
(2)设3800tFe2O3理论上可炼成铁的质量为x.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
3800t x
160∶3800t=112∶x,x=2660t.
(3)折合为含铁98%的生铁的质量=2660t÷98%≈2714t.
答:理论上可日产含Fe98%的生铁的质量约是2714t.
[规律方法] 解题的关键是把不纯物质的质量转变成纯净物的质量,把不完全参加反应的物质质量换算成实际参加反应的物质质量,把不完全生成物质的质量换算成生成物的质量,然后代入化学方程式进行计算.化学方程式所表达的是纯净的物质发生化学变化时的相互关系,各化学式的化学计量数反映的是纯净物之间的数量关系.进行计算时所含杂质并不遵守该反应的化学方程式所遵循的规律,因此当参加反应的物质含杂质时,先要把含杂质的物质质量换算成纯净物的质量,再进行计算.
解法2:关系式法
(1)5000t含Fe2O376%的赤铁矿石中含Fe2O3的质量=5000t×76%=3800t.
(2)设3800tFe2O3理论上可炼成铁的质量为x.
Fe2O3~2Fe
160 112
3800t x
160∶3800t=112∶x,x=2660t.
(3)折合为含铁98%的生铁的质量=2660t÷98%≈2714t.
答:略.
[规律方法] 用关系式法进行计算,以防止写错化学方程式导致计算错误.解题的关键是找准Fe2O3和Fe的关系:Fe2O3~2Fe.
解法3:元素质量守恒法
铁矿石中铁元素的质量为5000t×76%×112160×100%=5000t×76%×70%,生铁中铁元素的质
量为x×98%.
所以有:5000t×76%×70%=x×98%,解得x≈2714t.
答:略.
[规律方法] 元素守恒法是根据反应前后某元素质量或质量和不变来简化计算的一种方法.因此,涉及多步复杂的化学过程的问题可以考虑元素守恒法.采用元素守恒法合并成一步计算,以节省时间.如先列出铁矿石中铁元素质量的表达式.用元素守恒法解题的优点是计算步骤少,计算量也少,过程简便.
专题二 金属的性质
1.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.
2.金属的化学性质
(1)金属和氧气的反应
(2)金属与酸的反应
说明:活泼金属会与酸发生置换反应生成盐和氢气,金属+酸盐+H2↑(置换反应).
(3)金属与盐的反应
将锌片、铁丝、铜丝三种金属分别放入硫酸铜溶液、硝酸银溶液、氯化钠溶液中,观察现象:
说明:排在前面的金属能把排在后面的金属从它的盐溶液中置换出来.反应规律:金属+盐→另一金属+另一盐(置换反应).如:Fe+CuSO4Cu+FeSO4(“湿法冶金”原理);单质铁与盐发生置换反应时生成亚铁盐.
3.常见金属活动性顺序
(1)常见金属活动性顺序:
(2)意义:
①H代表酸中的氢元素;
②金属的位置越靠前,它的活动性就越强;
③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(不可用浓硫酸、硝酸);
④位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来.(K、Ca、Na除外)
(3)应用:
①用于判断金属是否与酸发生置换反应;
②用于判断金属与酸发生化学反应的剧烈程度;
③用于判断金属与盐能否发生置换反应.
注意:
①金属与盐的反应必须在“盐溶液”中进行,否则不能反应,如:Cu可以与AgNO3溶液反应置换出Ag,但不能与AgCl反应.
②也可根据反应是否发生及反应剧烈程度来判断金属的活动性强弱.
③K、Ca、Na三种金属的活动性太强,除与酸反应外,还能与水在常温下发生置换反应(如2Na+2H2O2NaOH+H2↑),其余金属则不能.
4.金属与酸发生置换反应生成氢气,金属完全反应时,可以利用下面的通式计算氢气的质量:氢气的质量=金属的质量×金属在生成物中的化合价/金属的相对原子质量.
【专题分析】
从命题内容及考查角度上分析,联系实际,考查金属的性质及其用途的关系,金属活动性顺序的探究,主要包括:①金属与酸溶液、盐溶液能否反应及反应速度的分析.②一定量的金属与酸溶液或盐溶液反应后的质量分析.③以金属的活动性顺序为内容的实验探究题.
考查形式:多以选择、填空题的形式,考查金属的性质、用途、金属活动性顺序的判断等.以图像的形式,考查金属与酸、盐反应中所涉及的量的关系.以实验设计、实验探究的形式考查探究金属的活动性顺序等.
(中考)现有X、Y、Z三种金属,已知:①X+YCl2XCl2+Y,②把Y、Z两种金属分别放入稀硫酸中,只有Y和稀硫酸反应.这三种金属的活动性由强到弱的顺序是( )
A.X>Z>YB.Z>Y>X
C.Y>Z>XD.X>Y>Z
〔解析〕 由①确定活动性X>Y,由②确定活动性Y>Z.因此,三种金属的活动性由强到弱的顺序是X>Y>Z.故选D.
[解题策略] 本题属于对金属活动性顺序的考查,掌握金属的活动性顺序,记住排在前面的金属可以把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来,排在氢前面的金属可以和酸反应生成盐和氢气是解决问题的关键.
两种二价金属的混合物4.4g与足量稀硫酸反应产生0.16gH2,则这两种金属可能是( )
A.Fe和MgB.Cu和Mg
C.Zn和AlD.Fe和Zn
〔解析〕 设两种二价金属元素的符号通式为M,平均相对原子质量为x.
M+H2SO4MSO4+H2↑
x 2
4.4g 0.16g
x∶2=4.4g∶0.16g,解得:x=55.
平均值法是几种物质同时与某种物质反应时,把几种物质的混合物视作一种物质,即假设这种混合物为纯净物.根据题意求其平均组成的方法为:用选项中两种金属的相对原子质量和平均相对原子质量相比较,若两金属都反应则必须一种金属的相对原子质量大于55,另外一种小于55;若一种金属不反应,则另一种金属的相对原子质量应小于55,通过比较即可解之.故选AB.
等质量的两种金属A、B与足量稀硫酸反应时都生成了+2价的硫酸盐,其产生H2的质量与反应时间的函数关系如图所示.
(1)A、B两种金属的活动性强弱关系是 .
(2)A、B两种金属元素的相对原子质量的大小是 .
(3)在Mg和Fe、Zn和Fe、Zn和Cu中A、B两种金属可能分别是 .
〔解析〕 (1)等质量的两种金属完全反应时B用的时间较少,则反应速度较快,其活动性较强.(2)根据化学方程式可以判断金属的相对原子质量大小,足量稀硫酸说明等质量的两种金属完全反应,都生成+2价的硫酸盐,则产生的氢气越多,相对原子质量越小,B生成的氢气较多,则相对原子质量较小,相对原子质量是A>B;(3)利用氢前金属可以与酸反应生成氢气,可判断Zn和Cu组合不正确,因为铜不能与酸反应生成氢气,结合(1)(2)的结论可判断:A、B两种金属可能分别是Fe和Mg.
〔答案〕 (1)B>A (2)A>B (3)Fe和Mg
[解题策略] 根据通式:氢气的质量=金属的质量×金属在生成物中的化合价/金属的相对原子质量.氢气的质量和金属在生成物中的化合价成正比,和金属的相对原子质量成反比.
可能用到的相对原子质量:H—1 O—16 S—32 Zn—65
一、选择题(每小题3分,共45分)
1.下列物质属于合金的是( )
A.面粉B.不锈钢
C.活性炭D.大理石
2.某合金与铁的物理性质比较如下,熔点:某合金为2500℃,铁为1535℃;密度:某合金为3.00g/cm3,铁为7.86g/cm3;硬度(以金刚石的硬度为10作为标准):某合金为7.4,铁为4.5;导电性(以银的导电性为100作为标准):某合金为2.3,铁为17.还已知某合金耐腐蚀、强度大.根据以上信息,你认为该合金适合用作( )
A.导线B.保险丝
C.飞机外壳D.门窗框
3.下列事实中,能说明铁的金属活动性比铜强的是( )
A.铁的年产量比铜高
B.铁桶不能用来配制农药波尔多液
C.铁的硬度比铜大
D.铁的熔点比铜高
4.(中考)下列有关金属材料的说法正确的是( )
A.硬铝片比纯铝片硬度小
B.钢的性能优良,是很纯的铁
C.沙漠地区的铁制品锈蚀较快
D.为防止钢铁生锈,可在其表面涂油
5.下列四个化学反应中,符合此漫画情景的是( )
A.Fe+CuSO4FeSO4+Cu
B.CuO+COCu+CO2
C.H2+CuOCu+H2O
D.Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
6.把铁钉放入稀硫酸中,下列叙述正确的是( )
①在铁钉表面产生气泡
②溶液由无色逐渐变为浅绿色
③铁钉的质量增加
A.②③B.①②③
C.①③D.①②
7.被雨水淋湿的自行车,应( )
A.先用布擦干,再用带油的布擦拭车链等部位
B.在自行车表面刷一层油漆
C.用布擦干即可
D.晾干后,用盐酸除去锈层
8.下列有关金属的说法不正确的是( )
A.铝在空气中能生成一层致密的氧化物保护膜
B.铜的化学性质不活泼,在潮湿的空气中也不生锈
C.钛具有耐腐蚀性,可用来制造海轮的外壳
D.18K黄金的硬度比纯金大,耐磨易加工
9.(中考)现有甲、乙、丙三种金属,采用将其中的一种金属分别放入另外两种金属的硫酸盐溶液中的方法进行实验,得到三种金属间的转化关系(如图所示).则三种金属的活动性由强到弱的顺序是( )
A.乙、甲、丙B.乙、丙、甲
C.丙、甲、乙D.丙、乙、甲
10.你认为下列家庭所用的铁锅最容易生锈的是( )
A.用水洗干净后将铁锅烘干
B.煮过菜没洗的铁锅
C.注满水的铁锅
D.用水洗干净并擦干的铁锅
11.有关金属资源的叙述错误的是( )
A.地球上金属资源大多数以化合物形式存在
B.目前世界上年产量最高的金属是铁
C.保护金属资源的唯一途径是防止金属的腐蚀
D.地球的金属资源是有限的,而且不能再生
12.关于金属物品的使用正确的是( )
A.铝合金门窗变旧变暗后用砂纸或钢丝球打磨
B.铁桶中加入硫酸铜溶液和石灰乳配制杀菌剂波尔多液
C.铝壶内的水垢用质量分数为18%的热盐酸长时间浸泡
D.校内用钢架制作的自行车防雨棚应定期喷涂油漆防锈
13.埋在地下的铸铁管道在下列哪种情况下腐蚀最慢( )
A.在干燥、致密的土壤中
B.在高温、疏松的土壤中
C.在潮湿、致密的土壤中
D.在潮湿、疏松的土壤中
14.下列有关金属和金属材料的说法不正确的是( )
A.铁有良好的导热性,常用来制作炊具
B.铜的化学性质不活泼,在潮湿的空气中不会生锈
C.废旧电池中汞的回收可减少对环境的污染
D.铝表面易形成致密的氧化膜可阻止铝进一步被氧化
15.炼铁高炉中发生了下列反应:其中属于化合反应的是( )
①高温下一氧化碳将铁矿石还原为铁
②高温煅烧石灰石
③灼热的焦炭和二氧化碳反应
④焦炭充分燃烧
A.①和④B.②和③
C.③和④D.只有④
二、填空简答题(每空1.5分,共18分)
16.冶炼技术在中国有着悠久的历史,我国古代将炉甘石(ZnCO3)、赤铜矿(主要成分为Cu2O)和木炭粉混合加热至800℃左右,即可得到金光闪闪与黄金外观相似的“药金”.
(1)用上述方法不能制得黄金是因为 .
(2)药金的主要成分是 .
17.(中考)修建铁路所需大量钢铁是以铁矿石为主要原料冶炼而得.
(1)钢是含0.03%~2% 的铁合金;
(2)雨后的铁轨表面易产生少量的锈迹,这是因为 ;
(3)实验室可用盐酸除铁锈,其化学方程式为 ;
(4)铝热剂是修建铁路时常用的焊接材料,其反应原理是铝在一定条件下与氧化铁反应得到熔融的铁与另一种氧化物,该反应基本类型是 .
18.图甲是一氧化碳与氧化铁反应装置的示意图,图乙是高炉炼铁示意图.请回答下列问题.
(1)写出甲图硬质玻璃管内反应的化学方程式: .
(2)甲图中尾气处理的目的是 .
(3)乙图中高炉炼铁时焦炭的作用是①;② .
(4)为什么乙图中生铁出口低于炉渣出口? .
(5)请写出一种证明产物中含铁粉的方法: .
三、实验探究题(共26分)
19.(12分)铜和铁是生产、生活中广泛使用的金属.
(1)工业上用一氧化碳和赤铁矿(主要成分是氧化铁)反应的化学方程式为 .
(2)铁生锈的条件是 ;铜表面也容易生成绿色铜锈,铜锈的主要成分是碱式碳酸铜,化学式为Cu2(OH)2CO3,其组成元素有 种.
(3)老师用生锈的铜片、铁粉和稀硫酸进行实验,实验过程如图所示(部分生成物已略去).
①紫红色固体C的化学式为 ;
②写出Ⅱ中反应的化学方程式: .
20.(14分)联合钢铁工业的基本生产流程示意图如下:
请回答下列问题:
(1)写出设备A的名称: .
(2)写出以赤铁矿为原料在高温下与一氧化碳反应制取铁的化学方程式: .
(3)炼铁时焦炭的作用是 .
(4)铁粉与生石灰都是常用的干燥剂,现欲用化学方法检验某食品袋中的干燥剂究竟是其中的哪一种?请你简述方法和现象.
方法: .
现象: .
四、计算题(共11分)
21.请根据如图所示实验过程和数据计算:
(1)反应中生成氢气的质量.
(2)反应后溶液中H2SO4的质量为 g.
【答案与解析】
1.B(解析:面粉中无金属物质,不是合金;不锈钢是铁、铬、镍合金;活性炭不是合金;大理石的主要成分是碳酸钙,不是合金.)
2.CD(解析:该合金的导电性差,不适合做导线;该合金熔点高,不适合做保险丝;该合金熔点高、密度小、硬度大、强度大、导电性差、耐腐蚀性强,适合用作飞机外壳和门窗框.)
3.B(解析:铁的年产量比铜高不能说明铁比铜活泼;波尔多液中含有硫酸铜,铁能和硫酸铜溶液反应,能说明铁比铜活泼;铁的硬度比铜大,是铁的物理性质,活泼性是化学性质;铁的熔点比铜高,是铁的物理性质,活泼性是化学性质.)
4.D(解析:硬铝是合金,比纯铝片硬度大,A错误;钢是铁的合金,比纯铁性能优良,B错误;沙漠地区缺少水分,铁锈蚀较慢,C错误;在钢铁表面涂油能隔绝空气防止其生锈,这是防止钢铁生锈的主要方法之一,D正确.故选D.)
5.A(解析:漫画中反映的是金属与盐溶液的反应.从选项中可以看出A、C、D都属于置换反应,B不属于置换反应,其中C、D选项不是金属与盐溶液的反应.)
6.D(解析:①反应产生氢气,可观察到铁钉表面产生气泡;②反应后得到的硫酸亚铁溶液为浅绿色,所以可观察到溶液变为浅绿色;③反应不断消耗铁钉,会观察到铁钉逐渐变小,质量也随之减小.)
7.A(解析:用布擦干可以使水不能与铁充分接触,用带油的布擦拭车链等部位可以使铁与氧气和水隔绝.)
8.B(解析:铜在潮湿的空气中,与氧气、二氧化碳和水共同作用,能发生反应,生成绿色的铜锈——碱式碳酸铜.)
9.C(解析:甲能与盐溶液反应生成乙,说明甲的活动性比乙强;丙能与盐溶液反应生成甲,说明丙的活动性比甲强;丙能与盐溶液反应生成乙,说明丙的活动性比乙强.则三种金属的活动性由强到弱的顺序是丙、甲、乙.)
10.B(解析:用水洗干净后将铁锅烘干,铁不能与氧气、水分同时接触,不易生锈.煮过菜没洗的铁锅,铁能与氧气、水分同时接触,容易生锈.)
11.C(解析:金属中除金和铂等少数不活泼的金属以单质形式存在外,其他大多数以化合物形式存在.铁是世界上年产量最高的金属.保护金属资源的途径不止一种.金属资源不可再生.)
12.D(解析:铝表面的氧化铝保护膜能阻止内部的铝与氧气接触,从而起到保护作用,不能使用砂纸或钢丝球打磨;铁可以与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,从而使药效降低;除去水垢后,铝与盐酸接触,能发生化学反应;铁制品露置在空气中易生锈,可以采用覆盖保护层的方法防锈.)
13.A(解析:铁制品锈蚀的条件是铁同时与氧气和水接触.在干燥、致密的土壤中,水和氧气存在的量最少,所以铸铁管道腐蚀最慢.)
14.B(解析:铁不仅具有良好的导热性,而且铁元素也是人体必需的元素,用来制炊具是利用了铁的导热性;铜的化学性质不活泼,但铜在潮湿的空气中能与氧气、水蒸气、二氧化碳共同作用生成铜绿;废旧电池中汞属重金属,能破坏蛋白质,有毒;铝具有自我保护作用,铝表面易形成致密的氧化膜,可阻止铝进一步被氧化.)
15.C(解析:一氧化碳和铁矿石反应生成铁和二氧化碳,不属于化合反应.石灰石煅烧生成二氧化碳和氧化钙的反应属于分解反应.焦炭和二氧化碳反应生成一氧化碳的反应属于化合反应.焦炭充分燃烧生成二氧化碳的反应属于化合反应.)
16.(1)在化学反应中原子种类不变,Zn、Cu、C、O不可能变成Au (2)Zn、Cu(解析:(1)因为黄金是由金元素组成的,要制取黄金,根据质量守恒定律可知,反应物中一定要有金元素,但是上述材料不含有金元素,故不能制取黄金.(2)根据质量守恒定律,反应前后元素种类不变和“药金”的冶炼材料可知:与黄金外观相似的“药金”主要成分是Zn、Cu.)
17.(1)碳(或C) (2)铁在潮湿的空气中易生锈(或铁与空气、水接触易生锈) (3)Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O (4)置换反应
18.(1)3CO+Fe2O32Fe+3CO2 (2)防止一氧化碳污染空气 (3)产生热量(或提高炉温);产生还原剂一氧化碳 (4)因为液态生铁的密度大于炉渣的密度 (5)取少量产物加入装有稀盐酸或稀硫酸的试管中,有气泡产生则含铁粉(解析:(1)玻璃管内的氧化铁在高温条件下与一氧化碳反应生成铁和二氧化碳.(2)一氧化碳是有毒气体,尾气中的一氧化碳需要进行处理以防止直接排放污染空气,可利用其可燃性进行燃烧处理;(3)焦炭燃烧放出大量的热,可以提供炼铁所需要的温度;高温下焦炭可以与二氧化碳反应生成一氧化碳,为炼铁提供还原剂;(4)在高温条件下,生铁熔化成液体,由于生铁密度大于炉渣密度,液体生铁流至高炉底部,所以乙图中生铁出口低于炉渣出口;(5)据铁与稀酸(如稀盐酸、稀硫酸)反应产生氢气,而氧化铁与酸反应生成盐和水解答.)
19.(1)3CO+Fe2O32Fe+3CO2 (2)与氧气、水同时接触;4 (3)①Cu ②Fe+CuSO4FeSO4+Cu;Fe+H2SO4FeSO4+H2↑(解析:(3)①由于生锈的铜片中有碱式碳酸铜和铜,因此向铜片中加入过量的稀硫酸时,铜不和稀硫酸反应,而碱式碳酸铜和稀硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳气体,因此紫红色固体C是金属铜.②由于稀硫酸是过量的,因此得到的蓝色溶液是硫酸铜和硫酸的混合溶液,故反应的化学方程式为:Fe+CuSO4FeSO4+Cu;Fe+H2SO4FeSO4+H2↑.)
20.(1)高炉 (2)3CO+Fe2O32Fe+3CO2 (3)提供还原剂一氧化碳,提供热量 (4)加入稀盐酸;有气泡产生则为铁粉,否则为生石灰(解析:(1)工业上由赤铁矿炼铁的设备是高炉;(2)炼铁的原理是利用还原剂CO把金属氧化物还原为金属单质,自身生成CO2的过程.(3)焦炭与二氧化碳反应生成一氧化碳,焦炭与氧气反应放出热量.(4)根据活泼金属可与酸反应生成H2,而金属氧化物与酸反应生成盐和水,可加入稀盐酸,有气泡产生则为铁粉,否则为生石灰;另根据生石灰能与水反应,铁粉不溶于水,可加水,溶于水则是生石灰,不溶于水则为铁粉.)
21.(1)解:设生成氢气的质量为x,参加反应的H2SO4的质量为y.
Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
65 98 2
13g y x
6513g=98y,6513g=2x,解得y=19.6g,x=0.4g,则反应中生成氢气的质量为0.4g.答:略.
(2)10.4(解析:(2)设原硫酸溶液的质量为z.溶液质量的计算方法是z+13g-0.4g=162.6g,解得z=150g,剩余H2SO4的质量=150g×20%-19.6g=10.4g.)
合金
铁的合金
铜合金
焊锡
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
合金
铜锡
合金
锡铅
合金
——
钛镍合金
备注
不锈钢:含铬、镍的钢具有良好的抗腐蚀性能
紫铜为纯铜
熔点低
熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好
加热后形状复原
金属
在空气中
在氧气中
化学方程式
镁
常温下表面逐渐变暗.点燃时剧烈燃烧,发出耀眼的白光,生成白色固体
点燃时,剧烈燃烧,发出耀眼的白光,生成白色固体
2Mg+O22MgO
铝
常温下,铝表面变暗,生成一层致密氧化膜,保护铝不再被腐蚀
点燃时,生成白色固体
4Al+3O22Al2O3
铁
持续加热发红,离火变冷
点燃时,剧烈燃烧,火星四射,放出大量的热,生成黑色固体
3Fe+2O2Fe3O4
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,生成黑色固体
2Cu+O22CuO
金
即使在高温下也不和氧气反应
——
——
结论
大多数金属都能和氧气反应,但反应的难易程度和剧烈程度不同
盐酸
稀硫酸
反应现象(两种酸相同)
镁
Mg+2HClMgCl2+H2↑
Mg+H2SO4MgSO4+H2↑
反应比较剧烈,产生大量气泡,溶液仍为无色,生成的气体能够燃烧,并且产生淡蓝色火焰
铝
2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑
2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑
锌
Zn+2HClZnCl2+H2↑
Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
铁
Fe+2HClFeCl2+H2↑
Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
反应缓慢,有气泡产生,溶液由无色逐渐变为浅绿色,生成的气体能够燃烧,并且产生淡蓝色火焰
铜
不反应
不反应
无
CuSO4溶液
AgNO3溶液
NaCl溶液
锌
锌表面有一层红色金属析出,溶液由蓝色变为无色
Zn+CuSO4ZnSO4+Cu
锌表面有一层银白色金属析出
Zn+2AgNO3Zn(NO3)2+2Ag
无变化,不反应
铁
铁表面有一层红色金属析出,溶液由蓝色变为浅绿色
Fe+CuSO4FeSO4+Cu
铁表面有一层银白色金属析出,溶液由无色变为浅绿色
Fe+2AgNO3Fe(NO3)2+2Ag
无变化,不反应
铜
无变化,不反应
铜表面有一层银白色金属析出,溶液由无色变为蓝色
Cu+2AgNO3Cu(NO3)2+2Ag
无变化,不反应
单元质量评估
(时间:90分钟 满分:100分)
1.了解金属的物理性质,知道金属的用途.
2.掌握金属的化学性质,能够运用金属活动性顺序判断反应能否发生.
3.了解炼铁的原理和金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法.
4.会根据化学方程式进行含杂质物质的有关计算.
通过比较学习,培养学生获取信息和处理信息的能力,并构建出与金属材料相关联的知识体系.
通过对我国古代炼铁的介绍,激发学生的爱国热情;通过对废弃金属对环境的污染介绍,让学生树立环保意识;通过对矿物可开采年限的介绍,教育学生要懂得保护金属资源.
【重点】
金属的化学性质,铁的冶炼.
【难点】
引导学生主动参与科学探究的过程和方法等方面的教学中.
金
专题一 金属材料
1.金属材料:纯金属(90多种);合金(几千种).
2.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.一般来说,合金的熔点比各成分金属低,硬度比各成分金属大,抗腐蚀性能更好.不过,实际应用中还应考虑金属材料的价格、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.常见合金如下表:
3.铁的冶炼
(1)工业炼铁的基本知识:炼铁的原料是铁矿石[常见的铁矿石有磁铁矿(主要成分是Fe3O4)和赤铁矿(主要成分是Fe2O3)]、焦炭、石灰石和空气,主要设备是高炉.炼铁的基本原理是:在高温条件下,利用反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来,3CO+Fe2O32Fe+3CO2.
(2)一氧化碳还原氧化铁的实验:
①装置图:见下图.
②实验主要现象:红色粉末变为黑色,澄清的石灰水变浑浊,尾气点燃产生蓝色火焰.
③实验注意事项:先通入一氧化碳气体,排尽装置内的空气,防止一氧化碳与空气混合加热后,发生爆炸;实验完毕后要继续通入一氧化碳气体,直到玻璃管冷却,防止高温下的铁与空气接触,被氧化为氧化铁,同时,实验过程中还可防止澄清石灰水倒吸;尾气中含有一氧化碳,一氧化碳有毒,所以尾气要处理,直接排放会污染空气;若实验中没有酒精喷灯,也可用酒精灯代替,不过要在火焰上加一个金属网罩,使火力更加集中,提高温度.
(3)铁的锈蚀
①铁生锈的条件是:铁与O2、水接触(铁锈的主要成分:Fe2O3·xH2O).
②防止铁制品生锈的措施:保持铁制品表面的清洁、干燥;表面涂保护膜,如涂油、刷漆、电镀、烤蓝等;制成不锈钢.
③铁锈很疏松,不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气反应,因此铁制品可以全部锈蚀,因而铁锈应及时除去.而铝与氧气反应生成致密的氧化铝薄膜,从而阻止铝进一步氧化,因此,铝具有很好的抗腐蚀性能.
4.金属资源的保护和利用
(1)防止金属腐蚀;
(2)回收利用废旧金属;
(3)合理开采矿物;
(4)寻找金属的代用品.
5.含有杂质的化学计算
据化学方程式计算时,不论是反应物还是生成物,代入化学方程式计算的都必须是纯净物的质量.但在金属冶炼等实际生产过程中,所用原料或产物一般都含有杂质,因此在实际生产中计算用料和产量时需要考虑杂质问题.
通常认为杂质不参加反应,可以利用下列公式将不纯物质的质量转化成纯净物的质量:
纯净物的质量分数(纯度)=纯净物的质量/混合物的质量×100%;纯净物的质量=混合物的质量×纯净物的质量分数;纯度=1-杂质的质量分数.
在冶铁的计算中,一般涉及四种物质:铁、生铁、氧化铁(或四氧化三铁)、铁矿石.铁与氧化铁(或四氧化三铁)是纯净物,能直接代入化学方程式计算,而生铁、铁矿石属于混合物,不能直接代入化学方程式计算.生铁中主要含铁,铁矿石是冶铁的原料,含铁的氧化物主要是氧化铁或四氧化三铁,计算的主线是:生铁——铁——氧化铁(或四氧化三铁)——铁矿石.
【专题分析】
金属与金属矿物是一级主题身边的化学物质中的一个二级主题,在每年的中考中都有它的身影,如选择、填空、探究、计算等.包含了金属材料的种类及对环境的影响、合金、金属的锈蚀、金属的性质及用途、金属的活动性及比较、金属在自然界的存在、金属的冶炼等多个重要知识点.
由于金属材料和日常生活、工业生产实际联系密切,命题方向集中在金属材料在生活中的应用、金属的化学性质、金属资源的利用与保护等几个方面.主要考查同学们运用所学知识解决实际问题的能力.随着时代的发展,各种新金属材料的不断问世,结合所学知识考查“新金属”的试题已成为中考的趋势.金属和金属材料属于一类常见的重要化学物质.作为初中化学新课程的核心内容之一,是中考命题所关注的重要素材之一,也是中考化学的必考点和热点.
考查形式:中考中的考查形式灵活多变,多以生活应用型、正误判断型、信息给予型、性质探究型、图像型、计算型等形式考查.通常以选择题、填空题的形式考查金属材料的分类和应用实例.以计算题的形式考查含有杂质的化学计算.以实验设计、实验探究题的形式考查金属锈蚀的条件等.
(中考)钛合金是生产链条钢、锚链钢等的重要原料.如果要比较钛(Ti)和铁的金属活动性顺序,以下方法不能达到目的的是( )
A.查阅初中化学课本上的金属活动性顺序
B.利用金属钛和FeCl2溶液进行实验
C.利用金属铁和TiSO4溶液进行实验
D.利用金属钛、金属铁与稀硫酸进行实验
〔解析〕 A.课本上的金属活动性顺序中,不包含钛,不能达到目的.B.利用金属钛和FeCl2溶液进行实验,根据反应是否能发生,能比较钛和铁的金属活动性顺序,能达到目的.C.利用金属铁和TiSO4溶液进行实验,根据反应是否能发生,能比较钛和铁的金属活动性顺序,故选项方法能达到目的.D.利用金属钛、金属铁与稀硫酸进行实验,根据反应是否能发生以及反应的剧烈程度,能比较钛和铁的金属活动性顺序,能达到目的.故选A.
某钢铁厂每天需消耗5000t含Fe2O376%的赤铁矿石,该厂理论上可日产含Fe98%的生铁的质量是多少?
〔解析〕 本题通过分步计算,思路清晰,步骤明确.涉及不纯物质的计算,应该将不纯物质的质量转化为纯净物的质量,利用纯净物间的质量关系列出比例式.
解法1:明确已知量和未知量,以及这两个量与相关量的关系.已知赤铁矿石的质量,赤铁矿石与Fe2O3的关系是:含Fe2O376%;要求生铁的质量,生铁与铁的关系是:含铁98%.
解题“三步”曲:第一步由赤铁矿石求Fe2O3的质量;第二步利用冶铁原理的化学方程式计算生成铁的质量;第三步计算生铁的质量.
(1)5000t含Fe2O376%的赤铁矿石中含Fe2O3的质量=5000t×76%=3800t.
(2)设3800tFe2O3理论上可炼成铁的质量为x.
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160 112
3800t x
160∶3800t=112∶x,x=2660t.
(3)折合为含铁98%的生铁的质量=2660t÷98%≈2714t.
答:理论上可日产含Fe98%的生铁的质量约是2714t.
[规律方法] 解题的关键是把不纯物质的质量转变成纯净物的质量,把不完全参加反应的物质质量换算成实际参加反应的物质质量,把不完全生成物质的质量换算成生成物的质量,然后代入化学方程式进行计算.化学方程式所表达的是纯净的物质发生化学变化时的相互关系,各化学式的化学计量数反映的是纯净物之间的数量关系.进行计算时所含杂质并不遵守该反应的化学方程式所遵循的规律,因此当参加反应的物质含杂质时,先要把含杂质的物质质量换算成纯净物的质量,再进行计算.
解法2:关系式法
(1)5000t含Fe2O376%的赤铁矿石中含Fe2O3的质量=5000t×76%=3800t.
(2)设3800tFe2O3理论上可炼成铁的质量为x.
Fe2O3~2Fe
160 112
3800t x
160∶3800t=112∶x,x=2660t.
(3)折合为含铁98%的生铁的质量=2660t÷98%≈2714t.
答:略.
[规律方法] 用关系式法进行计算,以防止写错化学方程式导致计算错误.解题的关键是找准Fe2O3和Fe的关系:Fe2O3~2Fe.
解法3:元素质量守恒法
铁矿石中铁元素的质量为5000t×76%×112160×100%=5000t×76%×70%,生铁中铁元素的质
量为x×98%.
所以有:5000t×76%×70%=x×98%,解得x≈2714t.
答:略.
[规律方法] 元素守恒法是根据反应前后某元素质量或质量和不变来简化计算的一种方法.因此,涉及多步复杂的化学过程的问题可以考虑元素守恒法.采用元素守恒法合并成一步计算,以节省时间.如先列出铁矿石中铁元素质量的表达式.用元素守恒法解题的优点是计算步骤少,计算量也少,过程简便.
专题二 金属的性质
1.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.
2.金属的化学性质
(1)金属和氧气的反应
(2)金属与酸的反应
说明:活泼金属会与酸发生置换反应生成盐和氢气,金属+酸盐+H2↑(置换反应).
(3)金属与盐的反应
将锌片、铁丝、铜丝三种金属分别放入硫酸铜溶液、硝酸银溶液、氯化钠溶液中,观察现象:
说明:排在前面的金属能把排在后面的金属从它的盐溶液中置换出来.反应规律:金属+盐→另一金属+另一盐(置换反应).如:Fe+CuSO4Cu+FeSO4(“湿法冶金”原理);单质铁与盐发生置换反应时生成亚铁盐.
3.常见金属活动性顺序
(1)常见金属活动性顺序:
(2)意义:
①H代表酸中的氢元素;
②金属的位置越靠前,它的活动性就越强;
③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(不可用浓硫酸、硝酸);
④位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来.(K、Ca、Na除外)
(3)应用:
①用于判断金属是否与酸发生置换反应;
②用于判断金属与酸发生化学反应的剧烈程度;
③用于判断金属与盐能否发生置换反应.
注意:
①金属与盐的反应必须在“盐溶液”中进行,否则不能反应,如:Cu可以与AgNO3溶液反应置换出Ag,但不能与AgCl反应.
②也可根据反应是否发生及反应剧烈程度来判断金属的活动性强弱.
③K、Ca、Na三种金属的活动性太强,除与酸反应外,还能与水在常温下发生置换反应(如2Na+2H2O2NaOH+H2↑),其余金属则不能.
4.金属与酸发生置换反应生成氢气,金属完全反应时,可以利用下面的通式计算氢气的质量:氢气的质量=金属的质量×金属在生成物中的化合价/金属的相对原子质量.
【专题分析】
从命题内容及考查角度上分析,联系实际,考查金属的性质及其用途的关系,金属活动性顺序的探究,主要包括:①金属与酸溶液、盐溶液能否反应及反应速度的分析.②一定量的金属与酸溶液或盐溶液反应后的质量分析.③以金属的活动性顺序为内容的实验探究题.
考查形式:多以选择、填空题的形式,考查金属的性质、用途、金属活动性顺序的判断等.以图像的形式,考查金属与酸、盐反应中所涉及的量的关系.以实验设计、实验探究的形式考查探究金属的活动性顺序等.
(中考)现有X、Y、Z三种金属,已知:①X+YCl2XCl2+Y,②把Y、Z两种金属分别放入稀硫酸中,只有Y和稀硫酸反应.这三种金属的活动性由强到弱的顺序是( )
A.X>Z>YB.Z>Y>X
C.Y>Z>XD.X>Y>Z
〔解析〕 由①确定活动性X>Y,由②确定活动性Y>Z.因此,三种金属的活动性由强到弱的顺序是X>Y>Z.故选D.
[解题策略] 本题属于对金属活动性顺序的考查,掌握金属的活动性顺序,记住排在前面的金属可以把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来,排在氢前面的金属可以和酸反应生成盐和氢气是解决问题的关键.
两种二价金属的混合物4.4g与足量稀硫酸反应产生0.16gH2,则这两种金属可能是( )
A.Fe和MgB.Cu和Mg
C.Zn和AlD.Fe和Zn
〔解析〕 设两种二价金属元素的符号通式为M,平均相对原子质量为x.
M+H2SO4MSO4+H2↑
x 2
4.4g 0.16g
x∶2=4.4g∶0.16g,解得:x=55.
平均值法是几种物质同时与某种物质反应时,把几种物质的混合物视作一种物质,即假设这种混合物为纯净物.根据题意求其平均组成的方法为:用选项中两种金属的相对原子质量和平均相对原子质量相比较,若两金属都反应则必须一种金属的相对原子质量大于55,另外一种小于55;若一种金属不反应,则另一种金属的相对原子质量应小于55,通过比较即可解之.故选AB.
等质量的两种金属A、B与足量稀硫酸反应时都生成了+2价的硫酸盐,其产生H2的质量与反应时间的函数关系如图所示.
(1)A、B两种金属的活动性强弱关系是 .
(2)A、B两种金属元素的相对原子质量的大小是 .
(3)在Mg和Fe、Zn和Fe、Zn和Cu中A、B两种金属可能分别是 .
〔解析〕 (1)等质量的两种金属完全反应时B用的时间较少,则反应速度较快,其活动性较强.(2)根据化学方程式可以判断金属的相对原子质量大小,足量稀硫酸说明等质量的两种金属完全反应,都生成+2价的硫酸盐,则产生的氢气越多,相对原子质量越小,B生成的氢气较多,则相对原子质量较小,相对原子质量是A>B;(3)利用氢前金属可以与酸反应生成氢气,可判断Zn和Cu组合不正确,因为铜不能与酸反应生成氢气,结合(1)(2)的结论可判断:A、B两种金属可能分别是Fe和Mg.
〔答案〕 (1)B>A (2)A>B (3)Fe和Mg
[解题策略] 根据通式:氢气的质量=金属的质量×金属在生成物中的化合价/金属的相对原子质量.氢气的质量和金属在生成物中的化合价成正比,和金属的相对原子质量成反比.
可能用到的相对原子质量:H—1 O—16 S—32 Zn—65
一、选择题(每小题3分,共45分)
1.下列物质属于合金的是( )
A.面粉B.不锈钢
C.活性炭D.大理石
2.某合金与铁的物理性质比较如下,熔点:某合金为2500℃,铁为1535℃;密度:某合金为3.00g/cm3,铁为7.86g/cm3;硬度(以金刚石的硬度为10作为标准):某合金为7.4,铁为4.5;导电性(以银的导电性为100作为标准):某合金为2.3,铁为17.还已知某合金耐腐蚀、强度大.根据以上信息,你认为该合金适合用作( )
A.导线B.保险丝
C.飞机外壳D.门窗框
3.下列事实中,能说明铁的金属活动性比铜强的是( )
A.铁的年产量比铜高
B.铁桶不能用来配制农药波尔多液
C.铁的硬度比铜大
D.铁的熔点比铜高
4.(中考)下列有关金属材料的说法正确的是( )
A.硬铝片比纯铝片硬度小
B.钢的性能优良,是很纯的铁
C.沙漠地区的铁制品锈蚀较快
D.为防止钢铁生锈,可在其表面涂油
5.下列四个化学反应中,符合此漫画情景的是( )
A.Fe+CuSO4FeSO4+Cu
B.CuO+COCu+CO2
C.H2+CuOCu+H2O
D.Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
6.把铁钉放入稀硫酸中,下列叙述正确的是( )
①在铁钉表面产生气泡
②溶液由无色逐渐变为浅绿色
③铁钉的质量增加
A.②③B.①②③
C.①③D.①②
7.被雨水淋湿的自行车,应( )
A.先用布擦干,再用带油的布擦拭车链等部位
B.在自行车表面刷一层油漆
C.用布擦干即可
D.晾干后,用盐酸除去锈层
8.下列有关金属的说法不正确的是( )
A.铝在空气中能生成一层致密的氧化物保护膜
B.铜的化学性质不活泼,在潮湿的空气中也不生锈
C.钛具有耐腐蚀性,可用来制造海轮的外壳
D.18K黄金的硬度比纯金大,耐磨易加工
9.(中考)现有甲、乙、丙三种金属,采用将其中的一种金属分别放入另外两种金属的硫酸盐溶液中的方法进行实验,得到三种金属间的转化关系(如图所示).则三种金属的活动性由强到弱的顺序是( )
A.乙、甲、丙B.乙、丙、甲
C.丙、甲、乙D.丙、乙、甲
10.你认为下列家庭所用的铁锅最容易生锈的是( )
A.用水洗干净后将铁锅烘干
B.煮过菜没洗的铁锅
C.注满水的铁锅
D.用水洗干净并擦干的铁锅
11.有关金属资源的叙述错误的是( )
A.地球上金属资源大多数以化合物形式存在
B.目前世界上年产量最高的金属是铁
C.保护金属资源的唯一途径是防止金属的腐蚀
D.地球的金属资源是有限的,而且不能再生
12.关于金属物品的使用正确的是( )
A.铝合金门窗变旧变暗后用砂纸或钢丝球打磨
B.铁桶中加入硫酸铜溶液和石灰乳配制杀菌剂波尔多液
C.铝壶内的水垢用质量分数为18%的热盐酸长时间浸泡
D.校内用钢架制作的自行车防雨棚应定期喷涂油漆防锈
13.埋在地下的铸铁管道在下列哪种情况下腐蚀最慢( )
A.在干燥、致密的土壤中
B.在高温、疏松的土壤中
C.在潮湿、致密的土壤中
D.在潮湿、疏松的土壤中
14.下列有关金属和金属材料的说法不正确的是( )
A.铁有良好的导热性,常用来制作炊具
B.铜的化学性质不活泼,在潮湿的空气中不会生锈
C.废旧电池中汞的回收可减少对环境的污染
D.铝表面易形成致密的氧化膜可阻止铝进一步被氧化
15.炼铁高炉中发生了下列反应:其中属于化合反应的是( )
①高温下一氧化碳将铁矿石还原为铁
②高温煅烧石灰石
③灼热的焦炭和二氧化碳反应
④焦炭充分燃烧
A.①和④B.②和③
C.③和④D.只有④
二、填空简答题(每空1.5分,共18分)
16.冶炼技术在中国有着悠久的历史,我国古代将炉甘石(ZnCO3)、赤铜矿(主要成分为Cu2O)和木炭粉混合加热至800℃左右,即可得到金光闪闪与黄金外观相似的“药金”.
(1)用上述方法不能制得黄金是因为 .
(2)药金的主要成分是 .
17.(中考)修建铁路所需大量钢铁是以铁矿石为主要原料冶炼而得.
(1)钢是含0.03%~2% 的铁合金;
(2)雨后的铁轨表面易产生少量的锈迹,这是因为 ;
(3)实验室可用盐酸除铁锈,其化学方程式为 ;
(4)铝热剂是修建铁路时常用的焊接材料,其反应原理是铝在一定条件下与氧化铁反应得到熔融的铁与另一种氧化物,该反应基本类型是 .
18.图甲是一氧化碳与氧化铁反应装置的示意图,图乙是高炉炼铁示意图.请回答下列问题.
(1)写出甲图硬质玻璃管内反应的化学方程式: .
(2)甲图中尾气处理的目的是 .
(3)乙图中高炉炼铁时焦炭的作用是①;② .
(4)为什么乙图中生铁出口低于炉渣出口? .
(5)请写出一种证明产物中含铁粉的方法: .
三、实验探究题(共26分)
19.(12分)铜和铁是生产、生活中广泛使用的金属.
(1)工业上用一氧化碳和赤铁矿(主要成分是氧化铁)反应的化学方程式为 .
(2)铁生锈的条件是 ;铜表面也容易生成绿色铜锈,铜锈的主要成分是碱式碳酸铜,化学式为Cu2(OH)2CO3,其组成元素有 种.
(3)老师用生锈的铜片、铁粉和稀硫酸进行实验,实验过程如图所示(部分生成物已略去).
①紫红色固体C的化学式为 ;
②写出Ⅱ中反应的化学方程式: .
20.(14分)联合钢铁工业的基本生产流程示意图如下:
请回答下列问题:
(1)写出设备A的名称: .
(2)写出以赤铁矿为原料在高温下与一氧化碳反应制取铁的化学方程式: .
(3)炼铁时焦炭的作用是 .
(4)铁粉与生石灰都是常用的干燥剂,现欲用化学方法检验某食品袋中的干燥剂究竟是其中的哪一种?请你简述方法和现象.
方法: .
现象: .
四、计算题(共11分)
21.请根据如图所示实验过程和数据计算:
(1)反应中生成氢气的质量.
(2)反应后溶液中H2SO4的质量为 g.
【答案与解析】
1.B(解析:面粉中无金属物质,不是合金;不锈钢是铁、铬、镍合金;活性炭不是合金;大理石的主要成分是碳酸钙,不是合金.)
2.CD(解析:该合金的导电性差,不适合做导线;该合金熔点高,不适合做保险丝;该合金熔点高、密度小、硬度大、强度大、导电性差、耐腐蚀性强,适合用作飞机外壳和门窗框.)
3.B(解析:铁的年产量比铜高不能说明铁比铜活泼;波尔多液中含有硫酸铜,铁能和硫酸铜溶液反应,能说明铁比铜活泼;铁的硬度比铜大,是铁的物理性质,活泼性是化学性质;铁的熔点比铜高,是铁的物理性质,活泼性是化学性质.)
4.D(解析:硬铝是合金,比纯铝片硬度大,A错误;钢是铁的合金,比纯铁性能优良,B错误;沙漠地区缺少水分,铁锈蚀较慢,C错误;在钢铁表面涂油能隔绝空气防止其生锈,这是防止钢铁生锈的主要方法之一,D正确.故选D.)
5.A(解析:漫画中反映的是金属与盐溶液的反应.从选项中可以看出A、C、D都属于置换反应,B不属于置换反应,其中C、D选项不是金属与盐溶液的反应.)
6.D(解析:①反应产生氢气,可观察到铁钉表面产生气泡;②反应后得到的硫酸亚铁溶液为浅绿色,所以可观察到溶液变为浅绿色;③反应不断消耗铁钉,会观察到铁钉逐渐变小,质量也随之减小.)
7.A(解析:用布擦干可以使水不能与铁充分接触,用带油的布擦拭车链等部位可以使铁与氧气和水隔绝.)
8.B(解析:铜在潮湿的空气中,与氧气、二氧化碳和水共同作用,能发生反应,生成绿色的铜锈——碱式碳酸铜.)
9.C(解析:甲能与盐溶液反应生成乙,说明甲的活动性比乙强;丙能与盐溶液反应生成甲,说明丙的活动性比甲强;丙能与盐溶液反应生成乙,说明丙的活动性比乙强.则三种金属的活动性由强到弱的顺序是丙、甲、乙.)
10.B(解析:用水洗干净后将铁锅烘干,铁不能与氧气、水分同时接触,不易生锈.煮过菜没洗的铁锅,铁能与氧气、水分同时接触,容易生锈.)
11.C(解析:金属中除金和铂等少数不活泼的金属以单质形式存在外,其他大多数以化合物形式存在.铁是世界上年产量最高的金属.保护金属资源的途径不止一种.金属资源不可再生.)
12.D(解析:铝表面的氧化铝保护膜能阻止内部的铝与氧气接触,从而起到保护作用,不能使用砂纸或钢丝球打磨;铁可以与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,从而使药效降低;除去水垢后,铝与盐酸接触,能发生化学反应;铁制品露置在空气中易生锈,可以采用覆盖保护层的方法防锈.)
13.A(解析:铁制品锈蚀的条件是铁同时与氧气和水接触.在干燥、致密的土壤中,水和氧气存在的量最少,所以铸铁管道腐蚀最慢.)
14.B(解析:铁不仅具有良好的导热性,而且铁元素也是人体必需的元素,用来制炊具是利用了铁的导热性;铜的化学性质不活泼,但铜在潮湿的空气中能与氧气、水蒸气、二氧化碳共同作用生成铜绿;废旧电池中汞属重金属,能破坏蛋白质,有毒;铝具有自我保护作用,铝表面易形成致密的氧化膜,可阻止铝进一步被氧化.)
15.C(解析:一氧化碳和铁矿石反应生成铁和二氧化碳,不属于化合反应.石灰石煅烧生成二氧化碳和氧化钙的反应属于分解反应.焦炭和二氧化碳反应生成一氧化碳的反应属于化合反应.焦炭充分燃烧生成二氧化碳的反应属于化合反应.)
16.(1)在化学反应中原子种类不变,Zn、Cu、C、O不可能变成Au (2)Zn、Cu(解析:(1)因为黄金是由金元素组成的,要制取黄金,根据质量守恒定律可知,反应物中一定要有金元素,但是上述材料不含有金元素,故不能制取黄金.(2)根据质量守恒定律,反应前后元素种类不变和“药金”的冶炼材料可知:与黄金外观相似的“药金”主要成分是Zn、Cu.)
17.(1)碳(或C) (2)铁在潮湿的空气中易生锈(或铁与空气、水接触易生锈) (3)Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O (4)置换反应
18.(1)3CO+Fe2O32Fe+3CO2 (2)防止一氧化碳污染空气 (3)产生热量(或提高炉温);产生还原剂一氧化碳 (4)因为液态生铁的密度大于炉渣的密度 (5)取少量产物加入装有稀盐酸或稀硫酸的试管中,有气泡产生则含铁粉(解析:(1)玻璃管内的氧化铁在高温条件下与一氧化碳反应生成铁和二氧化碳.(2)一氧化碳是有毒气体,尾气中的一氧化碳需要进行处理以防止直接排放污染空气,可利用其可燃性进行燃烧处理;(3)焦炭燃烧放出大量的热,可以提供炼铁所需要的温度;高温下焦炭可以与二氧化碳反应生成一氧化碳,为炼铁提供还原剂;(4)在高温条件下,生铁熔化成液体,由于生铁密度大于炉渣密度,液体生铁流至高炉底部,所以乙图中生铁出口低于炉渣出口;(5)据铁与稀酸(如稀盐酸、稀硫酸)反应产生氢气,而氧化铁与酸反应生成盐和水解答.)
19.(1)3CO+Fe2O32Fe+3CO2 (2)与氧气、水同时接触;4 (3)①Cu ②Fe+CuSO4FeSO4+Cu;Fe+H2SO4FeSO4+H2↑(解析:(3)①由于生锈的铜片中有碱式碳酸铜和铜,因此向铜片中加入过量的稀硫酸时,铜不和稀硫酸反应,而碱式碳酸铜和稀硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳气体,因此紫红色固体C是金属铜.②由于稀硫酸是过量的,因此得到的蓝色溶液是硫酸铜和硫酸的混合溶液,故反应的化学方程式为:Fe+CuSO4FeSO4+Cu;Fe+H2SO4FeSO4+H2↑.)
20.(1)高炉 (2)3CO+Fe2O32Fe+3CO2 (3)提供还原剂一氧化碳,提供热量 (4)加入稀盐酸;有气泡产生则为铁粉,否则为生石灰(解析:(1)工业上由赤铁矿炼铁的设备是高炉;(2)炼铁的原理是利用还原剂CO把金属氧化物还原为金属单质,自身生成CO2的过程.(3)焦炭与二氧化碳反应生成一氧化碳,焦炭与氧气反应放出热量.(4)根据活泼金属可与酸反应生成H2,而金属氧化物与酸反应生成盐和水,可加入稀盐酸,有气泡产生则为铁粉,否则为生石灰;另根据生石灰能与水反应,铁粉不溶于水,可加水,溶于水则是生石灰,不溶于水则为铁粉.)
21.(1)解:设生成氢气的质量为x,参加反应的H2SO4的质量为y.
Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
65 98 2
13g y x
6513g=98y,6513g=2x,解得y=19.6g,x=0.4g,则反应中生成氢气的质量为0.4g.答:略.
(2)10.4(解析:(2)设原硫酸溶液的质量为z.溶液质量的计算方法是z+13g-0.4g=162.6g,解得z=150g,剩余H2SO4的质量=150g×20%-19.6g=10.4g.)
合金
铁的合金
铜合金
焊锡
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
合金
铜锡
合金
锡铅
合金
——
钛镍合金
备注
不锈钢:含铬、镍的钢具有良好的抗腐蚀性能
紫铜为纯铜
熔点低
熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好
加热后形状复原
金属
在空气中
在氧气中
化学方程式
镁
常温下表面逐渐变暗.点燃时剧烈燃烧,发出耀眼的白光,生成白色固体
点燃时,剧烈燃烧,发出耀眼的白光,生成白色固体
2Mg+O22MgO
铝
常温下,铝表面变暗,生成一层致密氧化膜,保护铝不再被腐蚀
点燃时,生成白色固体
4Al+3O22Al2O3
铁
持续加热发红,离火变冷
点燃时,剧烈燃烧,火星四射,放出大量的热,生成黑色固体
3Fe+2O2Fe3O4
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,生成黑色固体
2Cu+O22CuO
金
即使在高温下也不和氧气反应
——
——
结论
大多数金属都能和氧气反应,但反应的难易程度和剧烈程度不同
盐酸
稀硫酸
反应现象(两种酸相同)
镁
Mg+2HClMgCl2+H2↑
Mg+H2SO4MgSO4+H2↑
反应比较剧烈,产生大量气泡,溶液仍为无色,生成的气体能够燃烧,并且产生淡蓝色火焰
铝
2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑
2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑
锌
Zn+2HClZnCl2+H2↑
Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
铁
Fe+2HClFeCl2+H2↑
Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
反应缓慢,有气泡产生,溶液由无色逐渐变为浅绿色,生成的气体能够燃烧,并且产生淡蓝色火焰
铜
不反应
不反应
无
CuSO4溶液
AgNO3溶液
NaCl溶液
锌
锌表面有一层红色金属析出,溶液由蓝色变为无色
Zn+CuSO4ZnSO4+Cu
锌表面有一层银白色金属析出
Zn+2AgNO3Zn(NO3)2+2Ag
无变化,不反应
铁
铁表面有一层红色金属析出,溶液由蓝色变为浅绿色
Fe+CuSO4FeSO4+Cu
铁表面有一层银白色金属析出,溶液由无色变为浅绿色
Fe+2AgNO3Fe(NO3)2+2Ag
无变化,不反应
铜
无变化,不反应
铜表面有一层银白色金属析出,溶液由无色变为蓝色
Cu+2AgNO3Cu(NO3)2+2Ag
无变化,不反应
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