金屬材料及金屬的冶煉與防護

第八單元金屬和金屬材料第12講金屬材料及金屬的冶煉與防護考點一金屬材料1．金屬材料包括純金屬和合金。2．金屬的物理性質(zhì)(1)大多數(shù)金屬為銀白色固體，但銅為紫紅色，金為黃色；(2)常溫下大多數(shù)金屬為固體，但汞為液體；(3)具有導電性、導熱性和延展性，但不同金屬差別較大。3．合金(1)定義：在一種金屬中加熱熔合其他金屬或非金屬而形成的具有金屬特性的物質(zhì)。屬于混合物(“混合物”或“化合物”)。(2)一般合金比它的組成金屬熔點低、硬度高、韌性強、光澤度好，即性能更優(yōu)良。(3)常見的合金有鐵合金、鋁合金、鈦合金、青銅、黃銅(Cu、Zn的合金)等。生鐵和鋼都是Fe和C的合金，區(qū)別是含碳量不同。考點三金屬資源的保護1．鋼鐵的銹蝕與防護(1)鐵生銹的條件：鐵同時與氧氣和水蒸氣共同作用(缺一不可)，生成鐵銹(主要成分Fe2O3·xH2O)。(2)鐵銹的特點：疏松多孔易吸水，生銹后會加快鐵生銹的速度。記憶技巧金屬鋁雖然比鐵活潑但不易銹蝕，可將鋁不生銹與鐵生銹結(jié)合記憶。Al右邊的l如同鋁制品表面與氧氣反應生成的致密氧化膜，阻止了反應的進一步進行；Fe右邊的e如同疏松多孔的鐵銹，能夠貯存空氣和水，會加快鐵的銹蝕。

(3)鐵制品的防護①保持鐵制品表面干燥和潔凈。②在鐵制品表面加一層保護層，如在鐵制品表面涂上機油、凡士林、油漆、橡膠、搪瓷、電鍍等。③改變鐵制品結(jié)構(gòu)，如加金屬鎳、鉻變成不銹鋼等。2．保護金屬資源(1)防止金屬腐蝕。(2)回收利用廢舊金屬。(3)合理有效地開采礦物，如稀土資源。(4)尋找金屬的代用品。例1(2012·成都)下列有關金屬的說法錯誤的是(

)A．常溫下金屬均為固態(tài)B．合金的很多性能與組成它們的純金屬不同C．鐵在潮濕的空氣中比在干燥的空氣中更易生銹D．鋁在空氣中表面會生成致密的氧化鋁薄膜，使鋁具有很好的抗腐蝕性能解析：金屬具有金屬光澤，常溫下大部分金屬都是固體，但常溫下汞是液體；合金是具有金屬特性的物質(zhì)；性能與組成它的金屬的性能有差別；鐵生銹的條件是鐵同時與水和空氣接觸，所以鐵在潮濕的空氣中比在干燥的空氣中更易生銹；鋁表面易形成致密的氧化膜可阻止鋁進一步被氧化。答案：A方法總結(jié)解答本題要掌握金屬的物理性質(zhì)、合金的特性、鐵生銹的條件以及鋁的化學性質(zhì)方面的知識，只有這樣才能對相關方面的問題作出正確的判斷。例2(2011·蘇州)下列關于合金的說法正確的是(

)A．合金不屬于金屬材料B．合金的硬度一般比各成分金屬的大C．合金屬于金屬單質(zhì)D．多數(shù)合金的熔點高于組成它的成分金屬解析：合金和純金屬都屬于金屬材料；合金的硬度一般比組成合金的各成分金屬的硬度大；合金是金屬與金屬或金屬與非金屬的混合物；合金的熔點比各成分金屬的熔點低。答案：B方法總結(jié)熟練掌握合金的概念及其特性是正確解答的關鍵。例3(2012·福州)豎爐冶鐵工藝流程如圖所示。(注：括號內(nèi)化學式表示相應物質(zhì)的主要成分)回答下列問題：(1)該工藝流程中，甲烷的作用是______________________________________________________________________，冶煉出的鐵水屬于________(填“純凈物”或“混合物”)。(2)用化學方程式表示還原反應室內(nèi)煉鐵的原理(寫一個)________________________________________________________________________。(3)該工藝流程中，可循環(huán)利用的物質(zhì)是________。例4(2012·青島)某化學興趣小組對金屬的性質(zhì)做了如下探究，請你填寫空格：(1)用下圖所示實驗探究鐵生銹的條件(每支試管中均放有完全相同的潔凈鐵片)：①甲同學認為，試管A中發(fā)生的現(xiàn)象就能夠說明鐵的銹蝕是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣共同作用的結(jié)果。乙同學不同意他的觀點，認為必須全面觀察試管________(選填試管編號)發(fā)生的現(xiàn)象，并經(jīng)過科學嚴謹?shù)耐评?，才能得出上述結(jié)論。②試管D和E實驗的目的是進一步探究鐵在____________的環(huán)境中是否更容易銹蝕。③為防止金屬銹蝕，除了采用覆蓋保護膜等措施以外，還可以制成合金。這是因為合金與純金屬相比，其組成和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而引起____________的變化。

(2)某同學向分別盛有等質(zhì)量的鐵粉和鋅粒的試管中，倒入等質(zhì)量、等溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的稀硫酸，以“金屬表面產(chǎn)生氣泡的快慢”為標準來判斷兩種金屬的活動性強弱。有的同學認為這種方案不夠合理，理由是________________________________________________________________________。(3)將一定質(zhì)量的鐵粉放入硝酸銅、硝酸鋅的混合溶液中，充分反應后過濾，所得固體中一定含有的物質(zhì)是________，且反應后溶液質(zhì)量比反應前________(選填“增大”、“減小”或“不變”

)。解析：(1)①要證明鐵的銹蝕是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣共同作用的結(jié)果，就要看鐵分別在隔絕空氣、隔絕水的條件下和暴露在有水和空氣的條件下的不同，從而得出結(jié)論。所以必須全面觀察試管A、B、C中發(fā)生的現(xiàn)象，并經(jīng)過科學嚴謹?shù)耐评?，才能得出上述結(jié)論。②試管D和E實驗的目的是進一步探究鐵在鹽、酸存在的環(huán)境中鐵的銹蝕情況。③金屬的組成和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其性質(zhì)等就會發(fā)生變化。(2)金屬的顆粒大小不同，與酸的反應速度也不同，所以若不控制相同的條件，金屬表面產(chǎn)生氣泡的快慢，也會受到影響。(3)三種金屬活動性由強到弱的順序：鋅、鐵、銅，因此鐵只能置換出銅，所得固體中一定含有的物質(zhì)是銅；根據(jù)鐵與硝酸銅反應的化學方程式：Fe＋Cu(NO3)2===Cu＋Fe(NO3)2可知置換出質(zhì)量大于鐵的銅，所以反應后溶液質(zhì)量比反應前減小。答案：(1)①ABC

②鹽、酸存在③性質(zhì)(2)沒控制相同的條件，顆粒大小不同(3)銅減小方法總結(jié)本題以實驗探究的形式考查鐵生銹的條件，解答時要結(jié)合所學知識明確試題中設計每一個實驗的目的和意圖便可迎刃而解。1．下列有關金屬和金屬材料的說法中不正確的是(

)A．鐵有良好的導熱性，常用來制作餐具B．銅的化學性質(zhì)不活潑，在潮濕的空氣中不會生銹C．廢舊電池中汞的回收可減少對環(huán)境的污染D．鋁表面易形成致密的氧化膜可阻止鋁進一步被氧化解析：鐵不僅具有良好的導熱性，而且鐵元素也是人體必需的元素，用來制餐具是利用了鐵的物理性質(zhì)；銅雖然不活潑，但在潮濕的空氣中可結(jié)合空氣中的CO2等物質(zhì)生成銅綠；汞是重金屬，任意丟棄會造成環(huán)境的污染；而鋁雖較活潑，但在空氣中抗腐蝕性較強，其原因就是形成了致密的氧化膜，阻止鋁進一步被氧化，故正確答案為B。答案：B2．下列關于“合金”的敘述：①合金中至少含有兩種金屬；②合金中元素以化合物的形式存在；③合金中一定含有金屬；④合金一定為混合物；⑤合金依然具有金屬特性。其中正確的是(

)A．④

B．①②③

C．③④

D．③④⑤解析：只要正確理解合金的概念，此題不難解答。合金不一定要含兩種金屬，含一種金屬或幾種金屬都可以；合金中元素不是以化合物的形式存在，而是以單質(zhì)形式存在。綜合分析③④⑤正確。答案：D3．在下面的物理性質(zhì)中：①銀白色金屬；②延展性；③導熱性；④導電性；⑤被磁鐵吸引。其中鐵、銅、鋁三種金屬都具有的性質(zhì)是(

)A．①②③

B．②③④

C．③④⑤

D．①⑤解析：鐵、銅、鋁都具有良好的延展性、導熱性和導電性；三種金屬中鐵、鋁為銀白色金屬，而銅為紫紅色金屬；在三種金屬中只有鐵具有磁性，可以被磁鐵吸引。故正確答案為B。答案：B4．下列防銹措施不合理的是(

)A．擦去鋁鍋表面的氧化膜B．在自行車鏈條上涂油C．在車船的表面噴涂油漆D．在鐵制水管表面鍍鋅

解析：鋁表面的氧化膜具有保護作用，可以防止內(nèi)部金屬被腐蝕，擦去鋁表面的氧化膜，會導致內(nèi)部金屬被腐蝕。答案：A5．“垃圾是放錯了地方的資源”，應該分類回收。生活中廢棄的鐵鍋、鋁制易拉罐、銅導線，可歸為同一類回收。下列說法錯誤的是(

)A．鐵鍋、鋁制易拉罐、銅導線放在一筐里稱為鐵、鋁、銅合金B(yǎng)．廢品回收節(jié)約了資源，保護了環(huán)境C．回收廢品人人有責，人人有利D．有毒垃圾要進行特殊處理答案：A考點訓練一、選擇題(每小題3分，共30分)1．(2012·江西)下列生活用品用金屬材料制作而成的是(

)答案：B答案：C3．(2012·佛山)鐵在潮濕的空氣里會發(fā)生銹蝕，證明氧氣一定參加了反應必須要做的實驗是(

)A．①②

B．①③

C．②③

D．①②③解析：鐵的銹蝕實際上是鐵與空氣中的水和氧氣共同作用的結(jié)果，要證明氧氣參加了反應只需保證另外一個條件不變，比較3個圖可知必須做實驗①②。答案：A4．(2012·江西)小明發(fā)現(xiàn)月餅盒里的脫氧劑部分呈紅褐色，查閱資料得知脫氧劑中含有鐵粉和活性炭。他猜想這包脫氧劑中可能含有：①Cu和C；②Fe2O3和C；③Fe3O4和C；④Fe3O4、C和Fe；⑤Fe2O3、C和Fe。其中猜想合理的是(

)A．①③⑤

B．②④⑤

C．②⑤

D．④⑤解析：在脫氧劑中，活性炭具有吸附性，化學性質(zhì)穩(wěn)定，鐵粉與氧氣、水反應生成鐵銹，呈紅褐色。如果鐵全部生成了鐵銹，這包脫氧劑中只有Fe2O3和C；如果鐵粉部分生成鐵銹，這包脫氧劑中有Fe2O3、C和Fe。答案：C5．(2012·蘭州)下列對實驗現(xiàn)象的觀察或記錄中正確的是(

)A．將黃銅與銅互相刻劃，銅表面出現(xiàn)劃痕B．室溫下，向飽和食鹽水中加入少量硝酸鉀固體，攪拌，固體不溶解C．向蒸餾水中滴入2～3滴植物油，攪拌，植物油完全溶解D．鎂在空氣中燃燒，發(fā)出白光，生成氧化鎂固體解析：在一定溫度下，飽和食鹽水不能再溶解食鹽，但仍可溶解硝酸鉀等其他物質(zhì)；向蒸餾水中滴入植物油，植物油不能溶解，充分攪拌后形成乳濁液；生成氧化鎂固體是實驗結(jié)論，不是現(xiàn)象。答案：A6．(2012·淮安)物質(zhì)的性質(zhì)決定其用途。下列因果關系不成立的是(

)A．洗潔精具有乳化功能，用于去除油污B．稀硫酸能與金屬反應，用于去除鐵銹C．鎢的熔點高且能導電，用于制作白熾燈絲D．鎂粉燃燒發(fā)出耀眼的白光，用于制作照明彈解析：洗潔精對油污具有乳化作用，所以可用于去除油污，故A正確；鐵銹的主要成分是氧化鐵，前后因果關系不對應，故B錯誤；鎢的熔點高且能導電，所以可用于制作白熾燈絲，故C正確；鎂粉燃燒時發(fā)出耀眼的白光，故可用于制作照明彈，故D正確。答案：B7．蕪湖鐵畫是中國工藝美術(shù)百花園中的一朵奇葩。它以鋼材為主料，經(jīng)鍛打、焊接、酸洗、上漆等多道工藝制成。下列關于鐵畫的敘述不正確的是(

)A．鐵畫應懸掛在干燥的環(huán)境中B．所用材料上的鐵銹可用稀鹽酸清洗掉C．給打制成型的鐵畫噴漆既美觀又可以防銹蝕D．所用的主要材料——低碳鋼，有較好的鍛軋性能，它不屬于鐵的合金解析：低碳鋼屬于鋼，鐵的合金包括生鐵和鋼。答案：D8．將潔凈光亮的鐵釘放在潮濕的棉花中比放在空氣中更易生銹，主要原因是(

)A．鐵釘附近濕度增大，溶氧量增多B．隔絕了氧氣C．溫度更低D．更易與二氧化碳反應解析：鐵釘生銹的條件是與水和氧氣同時接觸；濕棉花具有鐵釘生銹的條件，導致鐵釘易生銹。答案：A9．查閱以下有關焊錫(錫和鉛)和武德合金(鉛、鉍、錫、鎘)組成的合金熔點數(shù)據(jù)，能歸納得出合金熔點低于其組分金屬的熔點的結(jié)論。焊錫合金結(jié)論的得出應選用的數(shù)據(jù)是(

)A.焊錫的熔點比錫和鉛的熔點低B．焊錫的熔點比錫和鎘的熔點低C．焊錫的熔點比錫和鉍熔點低D．焊錫的熔點比鉛、鎘、鉍和錫的熔點都低解析：由表中數(shù)據(jù)可知，焊錫的熔點比組成它的錫、鉛的熔點都低；因焊錫合金是錫、鉛的合金，與武德合金的組成金屬鉛、鉍、錫和鎘的熔點無法比較。答案：A

10．金屬資源是不可再生的資源，保護金屬資源是我們刻不容緩的責任。下列有關敘述不正確的是(

)A．大力開采礦物以保障金屬材料的使用B．提高廢舊金屬的回收利用率C．在金屬制品上刷漆、涂油等防止金屬腐蝕D．用特種塑料代替金屬制造機器的零部件解析：礦物的含量有限，而且不能再生，應合理開發(fā)利用。答案：A二、填空題(共28分)11．(8分)(2012·鹽城)生活中處處有化學。鐵鍋是廚房中常用的炊具，請用所學的化學知識填空。(1)鐵鍋作炊具主要是利用鐵的導熱性。(2)鐵鍋手柄上使用的塑料應具有熱固性(填“熱塑”或“熱固”)。(3)使用鐵鍋有利于人體健康，主要是因為能增加人體(或食物)中的鐵元素。(4)請你說出一個廚房中防止鐵鍋生銹的方法保持鐵鍋的潔凈和干燥。解析：(1)根據(jù)金屬的物理性質(zhì)進行分析解答；(2)家庭炒菜用的鐵鍋手柄使用的塑料是用熱固性塑料制成的；(3)鐵是血紅蛋白的主要成分，使用鐵鍋能增加人體(或食物)中的鐵元素，滿足人體需要；(4)控制鐵生銹的條件可防止鐵鍋生銹，隔絕空氣或水分可防止鐵鍋生銹，如保持鐵鍋的潔凈和干燥。12．(5分)(2012·雞西)雞西市某課外活動小組利用雙休日到廢品回收站進行社會實踐活動。結(jié)合下列圖片，請你從金屬資源等方面提出至少三條合理化建議。要合理開發(fā)金屬資源；大力回收廢舊金屬制品；尋找金屬的代用品。13．(5分)(2012·株洲)鐵制品銹蝕的過程，實際上是鐵與空氣中的氧氣和水等發(fā)生化學反應的過程。據(jù)有關資料報道，世界上每年因腐蝕而報廢的金屬設備或材料相當于年產(chǎn)量的20%～40%。保護金屬資源，人人有責。請寫出一條防止鐵制品生銹的方法在鐵制品表面涂一層油漆(或在鐵制品表面鍍一層耐腐蝕的金屬或用油擦拭鐵制品表面等均可)。解析：鐵制品的銹蝕實際上是鐵與空氣中的水和氧氣共同作用的結(jié)果；要防止鐵生銹就要使鐵隔絕空氣，如在鐵制品表面涂一層油漆(或在鐵制品表面鍍一層耐腐蝕的金屬或用油擦拭鐵制品表面等)。三、實驗題(共32分)15．(12分)(2012·佛山)煉鐵的原理是利用一氧化碳與氧化鐵反應，某同學利用該原理設計了一個實驗，實驗裝置見下圖：對實驗進行分析并回答：(1)給玻璃管加熱的儀器叫酒精噴燈，要用其外焰(填“外焰”、“內(nèi)焰”或“焰心”)進行加熱。(2)實驗中玻璃管里氧化鐵粉末的顏色變化是紅色粉末變黑色，觀察到澄清石灰水中的現(xiàn)象是澄清石灰水變渾濁。

(3)實驗前“通入CO”與“開始加熱”的順序是先通入CO再開始加熱；實驗后“停止通入CO”與“停止加熱”的順序是先停止加熱再停止通入CO。(4)實驗要在裝置末端a處燃著一盞酒精燈，其作用是除去反應剩余的CO，防止污染空氣。解析：酒精噴燈外焰的溫度最高；實驗中氧化鐵被一氧化碳還原為黑色的單質(zhì)鐵，有二氧化碳生成，所以氧化鐵粉末由紅色變?yōu)楹谏?，澄清石灰水變渾濁；實驗開始時，玻璃管內(nèi)有空氣，直接加熱易爆炸，要先通CO排凈玻璃管中的空氣，如果先停止通CO，停止加熱后，容器內(nèi)溫度降低，壓力隨之降低，外界空氣進入，新生成的鐵被氧化，為防止生成的鐵重新被氧化要先停止加熱再停止通入CO。16．(10分)(2012·呼和浩特)某研究小組的同學為探究鋁、鐵、銅、鋅的金屬活動性順序，設計如圖所示的四個實驗(其中金屬均已用砂紙打磨，且形狀、大小相同；所用稀鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)、用量也相同)(1)通過觀察，甲同學很快判斷出鋅、鐵、鋁活動性強弱。據(jù)你分析，甲同學依據(jù)的實驗現(xiàn)象是A，B，C中產(chǎn)生氣泡的速率不同。過一會兒，他又發(fā)現(xiàn)D中鐵片表面有紅色固體附著，這說明Fe的金屬活動性強于Cu。

(2)實驗室選用Zn而不用A