18 8 金属和金属材料金属和金属材料知识图谱知识图谱状态：常温下是固体（Hg 除外）色泽：有金属光泽导电性：良好导热性：良好延展性：良好 密度：较大 熔点：较高与 O2反应（如 Mg、Al、Fe 能在氧气中燃烧）与酸反应（条件：活泼金属）置换反应：A + BC = B + AC金属活动性顺序：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、 （H） 、Cu、Hg、Ag、Pt、Au与盐溶液反应（条件：强者才能置换弱者）如：Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4用途：（与性质联系）1、 定义：在金属中加热熔合某些金属或非金属，就可制得具有金属特征的合金。生铁：2%4.3%钢：0.03%2%3、其它合金：4、性能：比纯金属优越原料: 铁矿石CO化学方程式：3CO + Fe2O3 = 2Fe + 3CO2CO早出晚归；酒精灯迟到早退最后放一盏酒精灯的作用除尾气中的 CO，防 止使人中毒和污染大气有关不纯物质的计算生锈条件：同时与 O2和 H2O 接触铁锈化学式：Fe2O3xH2O铁的保护措施：金属资源保护 措施：（4 个）金属回收的好处（2 个）物性化性纯金属纯金属2、铁合金 （含 C 量不同）合金合金金属金属材料材料铁的腐蚀和防护高温金属的利用和保护金属的利用和保护赤铁矿(Fe2O3)磁铁矿(Fe3O4)注意事项铁的冶炼：（CO 还原） 21.常见矿石名称与其主要成分：常见的金属矿产有赤铁矿（主要成分是 Fe2O3） 、磁铁矿（主要成分是 Fe3O4） 、菱铁矿（主要成分是 FeCO3） 、铝土矿（主要成分是 Al2O3） 、黄铜矿（主要成分是 CuFeS2） 、辉铜矿（主要成分是 Cu2S） 。2.工业炼铁（1）原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气（2）原理：C+O2CO2、CO2+C2CO、3CO+Fe2O32Fe+3CO2。（3）设备高炉（4）产品生铁（铁合金、混合物）备注： 高炉中冶炼得到的物质不是纯铁，是铁的合金生铁。此炼铁反应不属于置换反应。 工业炼铁的原料中含有焦炭，但是从铁矿石中还原出铁的是 CO。3.实验室炼铁（1）原理：2323COFe O2Fe3CO高温（2）步骤：查气密性；装样品；通 CO；加热 Fe2O3；停止加热；停通 CO。（3）现象：红色粉末变黑；澄清石灰水变浑浊；点燃尾气时产生蓝色火焰。（4）注意：先通 CO 的目的：排出玻璃管内的空气，防止 CO 与空气混合发生爆炸；实验完后继续通CO 的目的：防止生成的铁在高温下又被氧化；尾气处理：多余 CO 燃烧掉，防止 CO 污染空气。3 稀盐酸 大理石 饱和的碳酸氢钠溶液 浓硫酸 木炭 氧化铁 澄清石灰水记忆技巧：一氧化碳早出晚归，酒精喷灯迟到早退。记忆技巧：一氧化碳早出晚归，酒精喷灯迟到早退。备注： 检验一氧化碳纯度的目的：防止加热空气和一氧化碳的混合气体引起爆炸。 一氧化碳“早出” ，酒精喷灯“迟到”的目的：排净装置内的空气，防止加热空气和一氧化碳的混合气体引起爆炸。 一氧化碳“晚归” ，酒精喷灯“早退”的目的：防止灼热的铁重新被空气中的氧气氧化。 因为一氧化碳有剧毒，随意排放会造成空气污染，所以必须进行尾气处理。 （处理方法：可以在导管末端加一个酒精灯将其点燃；也可用一个气球收集起来再处理） 澄清石灰水的作用：证明反应生成二氧化碳。4.金属除杂相关计算（1）混合物中某物质的质量分数（纯度） 1杂质的质量分数100% 该物质的质量 混合物的总质量（2）该物质的质量不纯物质的总质量该物质的质量分数（纯度）（3）不纯物质的总质量该物质的质量 该物质的质量分数（纯度）5.防锈的方法：（1）保持铁制品表面的洁净与干燥。（2）表面涂油、刷漆或表面镀上其他耐腐蚀的金属。（3）通过化学反应使表面形成致密的氧化膜。（4）制成合金如不锈钢。6.保护金属资源的途径有：（1）从资源的采掘和开发方面：有计划、合理地开采矿物； 回收利用废旧金属；4 寻找金属的代用品。（2）从保护金属材料和制品方面：防止金属的腐蚀。备注：铁燃烧与铁生锈的实质相同，发生的都是氧化反应。但也有区别：铁燃烧是剧烈的氧化反应，条件是铁丝在氧气（并非空气）中燃烧，其产物是 Fe3O4，呈黑色；而铁生锈则属于缓慢氧化，条件是铁与氧气、水同时接触，其产物是铁锈，主要成分是 Fe2O3xH2O，呈红褐色。许多金属都易生“锈” ，但“锈”的结构不同，成分不同。铜在潮湿的空气中也能生“锈” ， “铜锈”即铜绿，其主要成分为碱式碳酸铜Cu2（OH）2CO3 ，是铜与水、氧气、二氧化碳共同作用的结果。金属铝也易生锈， “铝锈”是一层致密的氧化铝薄膜，覆盖在金属铝的表面，能防止内部的铝继续与氧气反应。【例 1】从效益和环保的角度分析,下列铁矿石中最不适宜炼铁的是( )A.赤铁矿石(Fe2O3) B.磁铁矿石(Fe3O4)C.黄铁矿石(FeS2) D.褐铁矿石(Fe2O3xH2O)【答案】C【解析】从效益的角度看,黄铁矿中铁元素的含量较低;从环保的角度看,黄铁矿中含有硫元素,冶炼时会产生二氧化硫气体导致空气污染,故选项 C 符合题意.【总结】分析矿石是否有利于冶炼金属，可以从效益、环保两方面考虑。效益与矿石中金属的含量有关；环保与冶炼时是否产生害气体有关。【例 2】工业上将赤铁矿炼成铁是一个复杂的过程,炼铁高炉中发生的主要反应有( )C+O2CO2 Fe2O3+3H22Fe+3H2OFe2O3+3CO2Fe+3CO22Fe2O3+3C4Fe+3CO2CO2+C2CO5A. B. C. D.【答案】B【总结】把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉，在高温下焦炭与过量的空气生成CO2，CO2CO2。同时放出大量热供给炼铁使用，在高温条件下，二氧化碳与过量焦炭反应生成CO，CO2C2CO。一氧化碳与赤铁矿(主要成分是 Fe2O3)反应生成铁。 2Fe2O33CO2Fe3CO2。【例 3】某赤铁矿样品中含 Fe2O3的质量分数为 80%,则赤铁矿样品中铁的质量分数为( )A.80% B.56% C.20% D.无法确定【答案】B【总结】（1）纯净物的质量=混合物总质量纯净物的质量分数（纯度） 。（2）纯净物的质量分数（纯度）=（纯净物质量混合物总质量）100%=1杂质的质量分数。（3）反应物或生成物中有杂质的计算分两步进行：第一步：把不纯物质的质量换算成纯净物的质量；第二步：代入化学方程式进行计算。【例 4】下列家庭小实验中,铁钉被腐蚀速度最慢的是( )A. B. C. D. 【答案】B【解析】铁的锈蚀实际上是铁和氧气、水发生的一系列复杂的化学变化,当铁既不接触氧气又不接触水时锈蚀速度最慢.故正确答案选 B.6【总结】（1）铁的锈蚀实际上是铁和氧气、水发生的一系列复杂的化学变化，当铁既不接触氧气又不接触水时锈蚀速度最慢。（2）防止铁生锈的方法是避免铁与氧气、水同时接触。【例 5】在金属表面覆盖保护膜是普遍采用的金属防锈措施之一.下列自行车的防锈措施中,不属于覆盖保护膜的是( )A.擦拭保持洁净与干燥 B.链条上油C.轮圈镀铬 D.车架喷漆【答案】A【总结】防止铁生锈的措施大致分为三类：保持铁制品表面洁净干燥；加保护膜从而阻止铁与氧气和水的接触；改变金属结构如制成合金。一、选择题：1.一地质勘探队经过勘探发现某地有四处铁矿，贮量相当丰富，经分析发现它们分别是磁铁矿（主要成分是 Fe3O4） 、赤铁矿(主要成分是 Fe2O3)、菱铁矿(主要成分是 FeCO3)和黄铁矿（主要成分是 FeS2） 。测得四种铁矿中杂质含量相同。则四种铁矿中具有开采价值的最优选择是（ ）A.磁铁矿 B.赤铁矿 C.菱铁矿 D.硫铁矿2.下列有关高炉炼铁的说法正确的一组是（ ）高炉中焦炭的作用是产生一氧化碳高炉中焦炭的作用是供热高炉中把铁矿石冶炼成铁的主要反应原理是：高炉中把铁矿石冶炼成铁的主要反应原理是：A. B. C. D.73.下列措施中，不能防止铁制品锈蚀的是（ ）A喷漆 B镀一层耐腐蚀的金属C制成不锈钢 D存放在潮湿的空气中4.通常铝制品耐腐蚀的原因是（ ）A铝的化学性质不活泼 B铝是银白色固体C铝的表面有一层致密的氧化铝薄膜 D铝的密度较小5.向 a、b 两支具支试管中加入形状和大小完全相同的铁片，再向 a 中加入植物油，分别塞上橡皮塞，U 型玻璃管内为红墨水（开始时两端液面等高），如图所示放置一段时间后，下列叙述中，不正确的是（ ）A两支试管中铁片均被锈蚀B植物油的作用是隔绝氧气和水C铁生锈的条件是与氧气和水同时接触DU 型玻璃管两端的液面变为左低右高6.在铁矿石、焦炭、一氧化碳、石灰石等物质中，属于炼铁主要原料的是（ ）A B C D7.右图所示的还原氧化铁的过程中，可能生成四氧化三铁、氧化亚铁或铁等固体物质。下列说法不正确的是（ ）A应增加尾气处理装置B澄清石灰水变浑浊，证明该反应有二氧化碳生成C反应后，玻璃管中固体能被磁铁吸引，不能证明一定是铁D反应后，玻璃管中固体质量减少，证明一定有铁生成88.实验室里用如图所示装置还原氧化铁，关于该实验下列说法错误的是（ ）A玻璃管中发生的反应属于置换反应B该实验说明了一氧化碳既可以燃烧又有还原性C实验观察到的现象为红棕色固体变黑，澄清石灰水变浑浊D实验时，先通入纯净的一氧化碳，再点燃酒精喷灯给玻璃管加热9.下列关于工业炼铁的叙述中错误的是（ ）A主要原料为铁矿石、焦炭和石灰石等 B主要设备为电炉C主要原理为：3CO+Fe2O3=高温3CO2+2Fe D主要产物为生铁二、非选择题：1.用 2000t 含氧化铁 80%的赤铁矿矿石理论上可以炼出含铁 96%的生铁多少吨？2. 某炼铁厂每天生产 1000t 含 Fe 96%的生铁理论上需消耗含 Fe2O370%的赤铁矿石多少吨？3.人类对金属的开发和利用是循序渐进的。（1）青铜器是人类较早使用的金属制品，人们主要采用“湿法冶金” 。如将铁浸入硫酸铜溶液中，化学方程式为_。（2）随着技术的不断进步，人们能利用还原剂从金属的氧化物中将其还原出来。例如，高炉炼铁所涉及的物质转化过程如下：其中，物质 A 为_（填化学式） ，A 与赤铁矿中的氧化铁反应的化学方程式为_。（3）每年因为腐蚀（如铁生锈）而报废的金属相当于年产量的 20%40%，人们采用多种方法防止金属腐蚀。例如，将清洗后的铁锅擦干后存放可以防止铁锅生锈，其原因是_9（4）铝的金属活动性比铁_（填“强”或“弱” ） ，但铝制品却具有比较好的抗腐蚀性能，其原因是_（用必要的文字和化学方程式说明） 。一、选择题：1.2. 【答案】D【解析】焦炭在炼铁过程中的主要作用是转化为一氧化碳，然后再还原铁矿石。故焦