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第八单元 金属和金属材料
一、金属材料
1.几种重要的金属
金属材料包括纯金属和它们的 eq \a\vs4\al(合金) 。
(1)常温下,金属都是固体(汞除外),大多数呈银白色的金属光泽(铜呈紫红色,金呈黄色),大多数为电和热的优良导体,有延展性,密度较大,熔点较高。
(2)地壳中含量最高的金属元素是铝;人体中含量最高的金属元素是钙;目前世界年产量最高的金属是铁;常见的金属中导电、导热性最好的是银;密度最小的是锂;熔点最高的是钨;密度最大的是锇;硬度最高的是铬;熔点最低的是汞。
(3)物质的性质在很大程度上决定了物质的用途,同时还需要考虑价格、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。
2.合金
(1)概念:在金属中加热熔合某些金属或非金属,制得的具有 eq \a\vs4\al(金属特征) 的物质。
(2)性质特征:合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高,抗腐蚀性能更好,熔点更低。
(3)生铁和钢都是铁的合金,二者的主要区别是 eq \a\vs4\al(含碳量不同) 。生铁的含碳量为2%~4.3%,钢的含碳量为0.03%~2%。
(4)钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料,它们具有熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好等很多优良性能。
二、金属的化学性质
1.与氧气反应
钾、钙、钠、镁、铝在常温下能与空气中的氧气反应 eq \a\vs4\al((铝形成致密的氧化膜)) ,铁、铜在点燃或加热条件下能与氧气反应,金不能与氧气反应。
有关化学方程式:
4Al+3O2===2Al2O3;
3Fe+2O2 eq \o(=====,\s\up7(点燃)) Fe3O4;
2Cu+O2 eq \o(=====,\s\up7(△)) 2CuO。
2.金属+酸―→盐+氢气
(1)该反应发生的条件:
①金属必须排在金属活动性顺序表中 eq \a\vs4\al(H的前面) 。
②浓H2SO4和HNO3除外,因为它们有强氧化性,反应后不产生H2而生成水。
(2)化学方程式:
Fe+2HCl===FeCl2+H2↑(其反应现象为溶液由无色变为浅绿色,有气泡产生);
Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑(其反应现象为反应剧烈,有大量气泡产生);
Mg+2HCl===MgCl2+H2↑(其反应现象为反应很剧烈,有大量气泡产生)。
3.金属+可溶性盐 eq \o(――→,\s\up7( )) 另一种金属+另一种盐
(1)反应条件:① eq \a\vs4\al(金属活动性顺序中前换后) ;②盐必须溶于水;③ eq \a\vs4\al(K、Ca、Na除外) 。
(2)化学方程式:
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu(湿法炼铜的反应原理);
Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag。
三、置换反应
1.概念:由一种单质与一种化合物反应,生成另一种单质和另一种化合物的反应。
2.表达式:单质+化合物 eq \o(――→,\s\up7( )) 单质+化合物
A+BC eq \o(――→,\s\up7( )) AC+B(单换单)
3.特点
(1)反应物、生成物均为两种,且分别为单质和化合物。
(2)反应前后一定有元素的化合价改变。
四、金属活动性顺序
金属活动性是评价金属化学性质最重要的指标之一,金属的活动性顺序如下:
应用:
1.在金属活动性顺序里,金属的位置 eq \a\vs4\al(越靠)
eq \a\vs4\al(前) ,它的活动性就 eq \a\vs4\al(越强) 。
2.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 eq \a\vs4\al(氢) 。
3.在金属活动性顺序里,位于前面的金属能把位于后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来(K、Ca、Na除外)。
五、铁的冶炼
1.金属的存在
(1)地球上的金属除少数很不活泼的金属(如金、银等)以单质形式存在外,其余都以化合物的形式存在。常见的金属矿石: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)地壳中含量最高的金属元素是铝。
(3)我国矿物种类比较齐全,矿物储量也很丰富。
2.铁的冶炼
(1)原料:石灰石、铁矿石、焦炭、空气。
(2)常见的铁矿石:赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、菱铁