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1、第5章 金屬的冶煉與利用第1節(jié)金屬的性質(zhì)和利用一、金屬材料1、金屬材料 純金屬(90多種)合金 (幾千種)2、金屬的物理性質(zhì): (1)常溫下一般為固態(tài)(汞為液態(tài)),有金屬光澤。(2)大多數(shù)呈銀白色(銅為紫紅色,金為黃色)(3)有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、延展性3、金屬之最:(1)鋁:地殼中含量最多的金屬元素(2)鈣:人體中含量最多的金屬元素(3)鐵:目前世界年產(chǎn)量最多的金屬(鐵>鋁>銅)(4)銀:導(dǎo)電、導(dǎo)熱性最好的金屬(銀>銅>金>鋁)(5)鉻:硬度最高的金屬 (6)鎢:熔點(diǎn)最高的金屬(7)汞:熔點(diǎn)最低的金屬 (8)鋨:密度最大的金屬(9)鋰 :密度最小的金屬4、合金
2、:由一種金屬跟其他一種或幾種金屬(或金屬與非金屬)一起熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。 :一般說來,合金的熔點(diǎn)比各成分低,硬度比各成分大,抗腐蝕性能更好合金鐵的合金銅合金焊錫鈦和鈦合金形狀記憶金屬生鐵鋼黃銅青銅:成分含碳量2%4.3%含碳量0.03%2%銅鋅合金銅錫合金鉛錫合金鈦鎳合金備注不銹鋼:含鉻、鎳的鋼具有抗腐蝕性能紫銅為純銅熔點(diǎn)低注:鈦和鈦合金:被認(rèn)為是21世紀(jì)的重要金屬材料,鈦合金與人體有很好的“相容性”,因此可用來制造人造骨等。 (1)熔點(diǎn)高、密度小 優(yōu)點(diǎn) (2)可塑性好、易于加工、機(jī)械性能好(3) 抗腐蝕性能好5. 生鐵和鋼(1) 鋼和生鐵都是由鐵、碳等元素形成的合金(2) 生鐵特
3、點(diǎn):硬而脆,無韌性,只能鑄造 鋼特點(diǎn):硬度大、韌性好,有良好的延展性和彈性??设T、可鍛、可軋 鋼和生鐵的本質(zhì)差異:含碳量不同二、金屬的化學(xué)性質(zhì)1、大多數(shù)金屬可與氧氣的反應(yīng)金屬在空氣中在氧氣中鎂常溫下逐漸變暗。點(diǎn)燃,劇烈燃燒,發(fā)出耀眼的白光,生成白色的固體點(diǎn)燃,劇烈燃燒,發(fā)出耀眼的白光,生成白色的固體2Mg + O2 點(diǎn)燃 2MgO鋁常溫下表面變暗,生成一種致密的氧化膜點(diǎn)燃,劇烈燃燒,發(fā)出耀眼的白光,生成白色的固體4Al + 3O2 點(diǎn)燃 2Al2O3鐵持續(xù)加熱變紅點(diǎn)燃,劇烈燃燒,火星四射,生成黑色的固體3Fe + 2O2 點(diǎn)燃 Fe3O4銅加熱,生成黑色物質(zhì);在潮濕的空氣中,生成銅綠而被腐蝕加
4、熱生成黑色物質(zhì)2Cu + O2 加熱 2CuO銀金即使在高溫時(shí)也不與氧氣發(fā)生反應(yīng)2、金屬 + 酸 鹽 + H2 鋅和稀硫酸Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2鐵和稀硫酸Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 鎂和稀硫酸Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2鋁和稀硫酸2Al +3H2SO4 = Al2(SO4)3 +3H2 鋅和稀鹽酸Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2鐵和稀鹽酸Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 鎂和稀鹽酸Mg+ 2HCl = MgCl2 + H2 鋁和稀鹽酸2Al + 6HCl = 2
5、AlCl3 + 3H23、金屬 + 鹽 另一金屬 + 另一鹽(條件:“前換后,鹽可溶”)鐵與硫酸銅反應(yīng):Fe+CuSO4=Cu+FeSO4現(xiàn)象:鐵條表面覆蓋一層紅色的物質(zhì),溶液由藍(lán)色變成淺綠色。(古代濕法制銅及“曾青得鐵則化銅”指的是此反應(yīng))鋁片放入硫酸銅溶液中:3CuSO4+2Al=Al2(SO4)3+3Cu現(xiàn)象:鋁片表面覆蓋一層紅色的物質(zhì),溶液由藍(lán)色變成無色。銅片放入硝酸銀溶液中:2AgNO3+Cu=Cu(NO3)2+2Ag現(xiàn)象:銅片表面覆蓋一層銀白色的物質(zhì),溶液由無色變成藍(lán)色。銅和硝酸汞溶液反應(yīng):Cu + Hg(NO3)2 = Cu(NO3)2 + Hg現(xiàn)象:銅片表面覆蓋一層銀白色的物質(zhì)
6、,溶液由無色變成藍(lán)色。三、常見金屬活動(dòng)性順序:K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au金屬活動(dòng)性由強(qiáng)逐漸減弱在金屬活動(dòng)性順序里:()金屬的位置越靠前,它的活動(dòng)性就越強(qiáng)()位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、稀硫酸中的氫(不可用濃硫酸、硝酸)()位于前面的金屬能把位于后面的金屬?gòu)乃鼈兊柠}溶液中置換出來。(除K、Ca、Na)第二節(jié) 金屬礦物 鐵的冶煉1.常見的金屬礦物鐵的礦物:赤鐵礦Fe2O3 、 磁鐵礦Fe3O4、 菱鐵礦FeCO3、 黃鐵礦FeS2銅的礦物:黃銅礦CuFeS2、 孔雀石Cu2(OH)2CO3、 斑銅礦Cu5FeS4、 赤銅礦Cu2O鋁的礦物
7、:鋁土礦KAl(SO4)2·12H2O、 明礬石Al2O3·nH2O2、 鐵的冶煉(1)實(shí)驗(yàn)室用一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)藥品:氧化鐵粉末、澄清石灰水、一氧化碳?xì)怏w實(shí)驗(yàn)器材:鐵架臺(tái)(2個(gè))、硬質(zhì)玻璃管、單孔橡皮塞(2個(gè))、酒精燈、試管、酒精噴燈、雙孔橡膠塞、導(dǎo)管若干等實(shí)驗(yàn)步驟:檢查裝置的氣密性-防止CO泄露污染空氣裝入藥品并固定實(shí)驗(yàn)裝置點(diǎn)燃酒精燈-防止未反應(yīng)的CO污染空氣,除尾氣向玻璃管中通入CO-排空裝置內(nèi)的空氣,以免加熱CO與空氣的混合物發(fā)生爆炸(CO需驗(yàn)純后才能通入裝置)點(diǎn)燃酒精噴燈反應(yīng)結(jié)束后熄滅酒精噴燈試管冷卻后停止通入CO-防止氧化鐵被還原成鐵后,在較高的溫度下
8、重新被氧化熄滅酒精燈注意:CO早出晚歸,酒精噴燈遲到早退,酒精燈在CO來前點(diǎn)燃,走后熄滅。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:紅棕色粉末(Fe2O3 )變成黑色(鐵粉);生成的氣體使澄清的石灰水變渾濁;尾氣燃燒并產(chǎn)生藍(lán)色火焰。實(shí)驗(yàn)結(jié)論:紅棕色的氧化鐵被一氧化碳還原成單質(zhì)鐵,同時(shí)生成二氧化碳?xì)怏w?;瘜W(xué)反應(yīng)方程式:3CO+ Fe2O3 高溫 2Fe + 3CO2 Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O 2CO + O2 點(diǎn)燃 2CO2(2) 工業(yè)煉鐵原料:鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣常見的鐵礦石有磁鐵礦(主要成分是Fe3O4 )、赤鐵礦(主要成分是Fe2O3 )設(shè)備:高爐原理:在高溫下,利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成
9、的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來。 3CO + Fe2O3高溫2Fe + 3CO2原料中的石灰石的作用制造爐渣。煉鐵時(shí)焦炭的作用:一是燃燒放熱,提高爐溫 二是制取還原劑CO高爐煉鐵得到的產(chǎn)品是生鐵。(3)含雜質(zhì)的化學(xué)方程式計(jì)算第3節(jié) 金屬防護(hù)和廢金屬回收(1)鐵生銹的條件是:鐵同時(shí)與O2、水接觸。鐵銹的主要成分是氧化鐵Fe2O3(紅棕色) (銅生銅綠的條件:銅與O2、水、CO2接觸。銅綠的化學(xué)式:Cu2(OH)2CO3)(鋁銹是氧化鋁)(2) 防止鐵制品生銹的措施:保持鐵制品表面的清潔、干燥表面涂保護(hù)膜:如涂油、刷漆、電鍍、烤藍(lán)等制成不銹鋼(3)鐵銹很疏松,不能阻礙里層的鐵繼續(xù)與氧氣、水蒸氣反應(yīng),
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