第八單元金屬和金屬材料第一節(jié)金屬材料金屬材料：金屬材料涉及純金屬以及它們的合金。金屬的物理性質(zhì)在常溫下普通為固態(tài)（汞為液態(tài)），有金屬光澤（大多數(shù)金屬呈銀白色，銅呈紫紅色，金呈黃色）；導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熔點(diǎn)較高、有延展性、能夠彎曲、硬度較大、密度較大。金屬之最地殼中含量最多的金屬元素——鋁人體中含量最多的金屬元素——鈣現(xiàn)在世界年產(chǎn)量最多的金屬——鐵（鐵＞鋁＞銅）導(dǎo)電、導(dǎo)熱性最佳的金屬——銀（銀＞銅＞金＞鋁）熔點(diǎn)最高的金屬——鎢熔點(diǎn)最低的金屬——汞硬度最大的金屬——鉻金屬的應(yīng)用

物質(zhì)的性質(zhì)在很大程度上決定了物質(zhì)的用途，但這不是唯一的決定因素。在考慮物質(zhì)的用途時，還需要考慮價(jià)格、資源、與否美觀、使用與否便利，以及廢料與否易于回收和對環(huán)境的影響等多個因素。銅、鋁——電線——導(dǎo)電性好、價(jià)格低廉鎢——燈絲——熔點(diǎn)高鉻——電鍍——硬度大鐵——菜刀、鐮刀、錘子等汞——體溫計(jì)液柱銀——保溫瓶內(nèi)膽鋁——“銀粉”、錫箔紙合金：由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)一定辦法所合成的含有金屬特性的物質(zhì)。

合金是混合物。金屬氧化物不是合金?，F(xiàn)在已制得的純金屬只有90多個，而合金已達(dá)幾千種。合金的硬度普通比構(gòu)成它的純金屬的硬度大，抗腐蝕性強(qiáng)。合金的熔點(diǎn)普通比構(gòu)成它的純金屬的熔點(diǎn)低。常見的合金：合金鐵的合金銅合金焊錫鈦和鈦合金形狀記憶合金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是含鉻、鎳的鋼，含有抗銹蝕性能。生鐵較脆，鋼鐵含有韌性。紫銅是純銅熔點(diǎn)低見下含有形狀記憶效應(yīng)鈦和鈦合金：被認(rèn)為是21世紀(jì)的重要金屬材料，鈦合金與人體含有良好的“相容性”，可用來造人造骨。

鈦和鈦合金的優(yōu)點(diǎn)：①熔點(diǎn)高、密度小；②可塑性好、易于加工、機(jī)械性能好；③抗腐蝕性能好。生鐵和鋼性能不同的因素：含碳量不同。第二節(jié)金屬的化學(xué)性質(zhì)金屬與氧氣的反映鎂、鋁：在常溫下能與空氣中的氧氣反映：2Mg+O2=2MgO4Al+3O2=2Al2O3鋁的抗腐蝕性能好的因素：鋁在空氣中與氧氣反映，其表面生成一層致密的氧化鋁薄膜，從而制止鋁進(jìn)一步氧化。鐵、銅在常溫下、干燥的環(huán)境中，幾乎不與氧氣反映，但在潮濕的空氣中會生銹。鐵、銅在高溫時能與氧氣反映：3Fe+2O2Fe3O42Cu+O22CuO金即使在高溫時也不與氧氣反映。金屬與酸的反映：活潑金屬＋酸→鹽＋H2↑描述現(xiàn)象時，需要注意：①如果有鐵、銅元素參加反映，一定要注意溶液顏色的變化；②反映放熱，但是只有鎂和酸反映時放熱現(xiàn)象明顯。置換反映：由一種單質(zhì)和一種化合物反映，生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反映是置換反映。

當(dāng)鐵單質(zhì)參加置換反映時，生成物中的鐵元素呈+2價(jià)。常見金屬在溶液中的活動性次序：

KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu

金屬活動性由強(qiáng)逐步削弱在金屬活動性次序里，金屬的位置越靠前，它的活動性就越強(qiáng)。在金屬活動性次序里，位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、稀硫酸（不能夠用濃硫酸和硝酸）中的氫。在金屬活動性次序里，位于前面的金屬能把位于背面的金屬從它們的鹽溶液里置換出來。鉀、鈣、鈉不符合這一條。它們會先和水反映生成堿和氫氣，然后堿和鹽反映。金屬與鹽溶液的反映：金屬＋鹽→另一金屬＋另一鹽（條件：“前換后，鹽可溶”）

在活動性次序中，金屬的距離大的，反映先發(fā)生。一種置換反映結(jié)束后，另一種置換反映才會發(fā)生。如在硫酸亞鐵和硫酸銅的混合溶液中加入鋅粒，鋅會先和硫酸銅反映，反映完畢后鋅才和硫酸亞鐵反映?！皾穹ㄒ苯稹钡姆从吃恚篎e+CuSO4=Cu+FeSO4Fe2+的鹽溶液是淺綠色的，F(xiàn)e3+的鹽溶液是黃色的，Cu2+的鹽溶液是藍(lán)色的。比較Cu、Fe、Ag三種金屬的活動性次序使用鐵、銀和溶液，一次性得出成果：

操作及現(xiàn)象：把鐵、銀分別放入硫酸銅溶液中，鐵表面沒有現(xiàn)象；而銀表面會附著一層紅色物質(zhì)，并且溶液會由藍(lán)色逐步變?yōu)闊o色。使用銅、硫酸亞鐵溶液和硝酸銀溶液，一次性得出成果：

操作及現(xiàn)象：把銅分別放入硫酸亞鐵溶液和硝酸銀溶液中，硫酸亞鐵溶液沒有現(xiàn)象；而在硝酸銀溶液中，銅表面會附著一層白色物質(zhì)，溶液由無色逐步變?yōu)樗{(lán)色。選用試劑時，要根據(jù)金屬活動性次序表將三種金屬排序，然后將排在中間的金屬變成鹽溶液，或者將排在兩邊的金屬變成鹽溶液，這樣才干一次性得出成果。第三節(jié)金屬資源的運(yùn)用和保護(hù)礦石：工業(yè)上把能用來提煉金屬的礦物叫做礦石。

常見的礦石及重要成分：赤鐵礦（Fe2O3）、磁鐵礦（Fe3O4）等。鐵的冶煉實(shí)驗(yàn)室——一氧化碳還原氧化鐵工業(yè)——高爐煉鐵設(shè)備：高爐（圖見書17頁）。原料：鐵礦石（赤鐵礦或磁鐵礦）、焦炭、石灰石、（空氣）。反映原理：C+O2CO2、CO2+C2CO、3CO+Fe2O32Fe+3CO2。石灰石的重要作用是將礦石中的二氧化硅（SiO2）轉(zhuǎn)變?yōu)闋t渣（CaSiO3）。產(chǎn)品：生鐵（實(shí)驗(yàn)室中“煉”出的鐵不含碳，而工業(yè)生產(chǎn)中煉出的鐵含碳）。植物油干燥劑當(dāng)參加反映的物質(zhì)含雜質(zhì)時，先要把含雜質(zhì)的物質(zhì)的質(zhì)量換算成純物質(zhì)的質(zhì)量，再進(jìn)行計(jì)算。

普通運(yùn)用該公式及其變形：。

【例題】1000t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上能夠煉出含鐵96%的生鐵的質(zhì)量是多少？

【解法1】 1000t赤鐵礦石中含氧化鐵的質(zhì)量為：

設(shè)生成的鐵的質(zhì)量為x。

折合為含鐵96%的生鐵的質(zhì)量為

答：800t氧化鐵理論上能夠煉出生鐵的質(zhì)量為583t。

【解法2】 設(shè)理論上能夠煉出含鐵96%的生鐵的質(zhì)量為x。（x不是純物質(zhì)的質(zhì)量，不能直接代入計(jì)算）

1000t赤鐵礦石中含氧化鐵的質(zhì)量為：

答：800t氧化鐵理論上能夠煉出生鐵的質(zhì)量為583t。植物油干燥劑鐵生銹的實(shí)驗(yàn)（見上圖）

【實(shí)驗(yàn)器材】大試管、試管夾（帶鐵夾的鐵架臺）、膠塞、經(jīng)煮沸快速冷卻的蒸餾水、植物油、干凈無銹的鐵釘、棉花和干燥劑氯化鈣等。

【實(shí)驗(yàn)過程】取三根干凈無銹的鐵釘，一根放在盛有蒸餾水的試管中，并使鐵釘外露二分之一；一根放在用植物油密封的蒸餾水中；一根放在干燥的空氣中，注意每天觀察鐵釘銹蝕的現(xiàn)象，持續(xù)觀察約一周。

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】第一種試管中的鐵釘生銹，而第二、三個試管中沒有明顯現(xiàn)象。

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】鐵生銹事實(shí)上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣共同作用的成果。

【注意事項(xiàng)】

第二個試管內(nèi)沒有現(xiàn)象，證明了鐵釘生銹需要氧氣；第三個試管內(nèi)沒有現(xiàn)象，證明了鐵釘生銹需要水蒸氣。鐵銹很疏松，鐵制品能夠全部被銹蝕。除去鐵銹的辦法物理辦法：刀刮、砂紙打磨。化學(xué)辦法：少量、多次地滴加稀鹽酸或稀硫酸。避免鐵制品生銹的辦法保持鐵制品的干凈、干燥；擦干后涂一層保護(hù)膜（作用：