第二章 物质转化与材料利用 知识点梳理-2024-2025学年浙教版九年级上册科学

第二章 物质转化与材料利用 知识点 一、金属与非金属 1.金属与非金属的性质 金属 非金属 颜色 有特殊的金属光泽，一般为银白色但金（Au）呈 金黄色，铜（Cu）为紫红色 有多种颜色，无光泽，外表暗淡 状态 常温下一般是固体（汞为液态） 常温下一般为固态或气态,溴（Br2 ）是唯一的在常温下呈液体的 非金属单质 延展性 有良好的延展性 不具有延展性 可锻性 有良好的可锻性 不具有可锻性 导电性 有良好的导电性 除石墨外一般不导电 导热性 有良好的导热性 除石墨外一般不导热 硬度 一般比较硬 硬度不一致 密度 密度高 密度低 熔点 熔点高 熔点低 二、常见金属材料 1.日常生活中许多物品都是由金属材料制成的，而大多数金属材料是合金 2.合金：将一种金属跟其他一种或几种金属（非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质，即为合金 ——混合物 3.常见合金： 铁合金：1）生铁：铁和碳元素组合的合金，含C量较高 2）钢：铁和碳元素组合的合金，含C量较低，机械性能好、质地坚硬、有弹性和延展性 用途：制作坚硬的汽车车身及制造刀具、量具和模具等，是最常见、应用较广的一种合金材料 4.合金的机械性能： 合金与纯金属相比，一般具有较低的熔点，较大的硬度，较差的导电性 三、金属的污染和回收利用 1.污染来源：日常生活废弃的金属垃圾;大量工业废弃的金属垃圾;工厂排出的含重金属的污水 2.金属污染的危害 1）浪费大量的资源 2）铅、镉等有毒的金属被腐蚀后会溶于水形成金属离子，污染土壤或地下水源 3）铝等金属在自然界不会自行分解，积累在土壤中，破坏土壤结构 4）大量使用含铅汽油和废弃电池等都可引起土壤的重金属污染 3.防治金属污染的方法： 1）垃圾进行分类处理 2）分类回收各种废弃的金属材料，循环再生产 3）使用无铅汽油 4）各种废渣、废水、废旧电池等不能随意堆放、丢弃 4.金属回收 基本上所有金属都可循环再生，而普遍回收的金属包括：铝、铅、铁、铜、锡、锌、银和金等。 一、金属与氧气的反应 1.金属能跟氧气反应生成氧化物 金属 + 氧气 金属氧化物 2Mg + O2 =点燃= 2MgO 发出耀眼白光，生成一种白色固体物质 2Cu + O2 === 2CuO 有些金属能在空气中燃烧，有些金属能在氧气中燃烧，有些金属虽不能燃烧，但也会反应 说明：不同的金属跟氧气反应的剧烈程度不同 4Al + 3O2 === 2Al2O3 金属铝的表面易生成一层致密的氧化铝保护膜，它能阻止金属铝继续被空气氧化。 洗涤铝制容器时，不能用钢丝球擦洗，以免破坏氧化膜。 Al2O3 + 6HCl == 2AlCl3 + 3H2O 铝制品不能盛放酸、碱性物质 2.金属能与酸反应，生成盐和氢气 金属 + 酸 盐 + 氢气 Mg + 2HCl == MgCl2 + H2↑ Zn + 2HCl == ZnCl2 + H2↑ Fe + 2HCl == FeCl2 + H2↑ 2Al + 6HCl == 2AlCl3 + H2↑ Mg + H2SO4 == MgSO4 + H2↑ Zn + H2SO4 == ZnSO4 + H2↑—— 实验室制氢气原理 Fe + H2SO4 == FeSO4 + H2↑ 2Al + 3H2SO4 == Al2（SO4）3 + 3H2↑ 不同的金属与酸反应的剧烈程度不同，有的不会反应，如：Cu、Hg、Ag、Pt、Au 置换反应：一种单质跟一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应A + BC == AC + B 3.金属能跟某些盐反应，生成新盐和新金属 金属 + 盐 新盐 + 新金属 (置换反应) Fe + CuSO4 == FeSO4 + Cu 湿法炼铜 Cu + 2AgNO3 == Cu（NO3）2 + 2Ag 注：①金属与酸、金属与盐的反应都是置换反应 ②铁在发生置换反应时呈 +2价 置换反应:一种单质跟一种化合物起反应生成另一种单质和另一种化合物的反应 四种基本反应类型： 二、金属的活动性顺序 1. 2.金属活动性顺序的应用： 1）金属与盐反应：一种活动性较强的金属，能把另一种活动性较弱的金属从它的可溶性盐溶液中置换出来 2）金属与酸反应：排在氢前面的金属，可以把酸里的氢（元素）置换出来 3）K、Ca、Na三种金属先与水反应生成相应的碱和氢气 【注意】 1.该反应中金属(钾、钙、钠除外)的活动性必须要强于盐中金属阳离子对应的金属；盐必须可溶于水。 2.Fe若参与反应，一定生成二价铁离子（亚铁离子）； 3.在金属活动顺序中距离远的优先置换（例：将铁放在硝酸铜和硝酸银混合溶液中，铁先置换出银） 1、 混合金属溶液与金属-图像问题 先看：横纵坐标，起始点，趋势 1. 足量的金属（Mg、Al、Zn、Fe）+等量的酸（酸不足） ①产生的H2质量相同 ②生成H2质量-反应时间图像的斜率表示：反应速率的快慢（金属活动性） ③产生相同质量的氢气，消耗金属的质量关系：Al<Mg<Fe<Zn ④若加入相同质量的金属，则剩余金属的质量：Al>Mg>Fe>Zn（只有Zn是可能剩余，其他都是一定剩余） 2. 等量的金属（Mg、Al、Zn、Fe）+足量的酸（金属不足） ①根据斜率判断（谁更活泼，谁的斜率更大） ②根据相同质量的金属产生氢气的质量的多少判断（看等效相对原子质量） 3. 等质量金属与足量的酸反应（酸逐滴滴加） 二、混合金属和盐反应（顺序） 1. 滤渣滤液成分判断 例如：将一定质量的铁粉投入AgNO3、Cu(NO3)2的混合溶液，最后溶液和金属的成分分别有哪些可能性？ 【推断思路】： ①金属活动性顺序：Fe Cu(NO3)2 AgNO3，所以Fe可以置换Ag和Cu ②活动性相差越大的越容易反应——“距离产生美”Fe先置换Ag+，后置换Cu2+ ③按照加入Fe的多少(从少到多)列出可能性 情况分类 金属 溶液中的阳离子 Fe非常少量 Ag Fe2+，Cu2+，Ag+ Fe恰好置换全部Ag+ Ag Fe2+，Cu2+ Fe置换全部Ag+ 和部分的Cu2+ Ag，Cu Fe2+，Cu2+ Fe恰好置换全部Ag+和全部的Cu2+ Ag，Cu Fe2+ Fe过量 Ag，Cu，Fe Fe2+ 3.化学反应中的电子转移 1） 说明：金属Zn失电子的能力比强 2）氧化还原反应 a在反应物之间发生电子转移的反应都可称氧化还原反应 b元素化合价升高（降低），可看作失去电子（得到电子） c有单质参加或生成的反应一定是氧化还原反应 置换反应一定是氧化还原反应 只要化合价发生了变化的反应一定是氧化还原反应 三、防止金属腐蚀的常用方法 1.金属锈蚀的原因 1）周围环境中水、空气等物质的作用（水、O2、CO2等） 如钢铁生锈：需氧气和水共同作用 2）还与金属本身的内部结构有关 2.金属防锈的常用方法 1）保持金属制品洁净、干燥 2）加保护膜 表面渡油; 油漆;金属镀层 原理：使金属与周围介质隔绝 特点：成本低，操作简单，但防锈效果不很理想 3）改变金属内部结构：不锈钢 原理：组成合金，以改变金属内部的组成结构 特点：防锈效果好，但成本较高，工艺复杂，使用较少 一、简单的有机物 1.有机物：一类含碳化合物（碳的氧化物、碳酸、碳酸盐等除外） 1）碳的氧化物、碳酸、碳酸盐，虽然也是含碳的化合物，但由于它们在结构、组成、性质上都跟无机化合物相似，故归类到无机物中 2）有机化合物大多含C、H、O、N等元素 2.甲烷：CH4，最简单的一种有机物 1）天然气、沼气、石油气、可燃冰、瓦斯等的主要成分都是甲烷 2）甲烷具有可燃性 CH4 + 2O2 =点燃= CO2 + 2H2O 3）甲烷气体与空气混合点燃时，易发生爆炸，故点燃甲烷（可燃性气体）前要注意检验甲烷的纯度--验纯 ( 澄清石灰水变浑浊 ) 3.丁烷：C4H10 1）是打火机、家用液化气的主要成分 2）丁烷液化温度高，加压在常温下易液化，使用时减压 3）2C4H10 + 13O2 =点燃= 8CO2 + 10H2O 4.乙炔：C2H2 1）在氧气中燃烧产生高温，可用于焊接、切割金属 2）2C2H2 + 5O2 =点燃= 4CO2 + 2H2O 5.有机物的特性： 1）大部分有机物熔点低，不易导电，易燃烧 ——保存：密封保存，使用时远离明火，防止着火或爆炸 2）许多有机物是很好的溶剂，如汽油、酒精 二、生物体中的有机物 1.有机物是生物体各组织的主要成分 2.人体生长发育和体内各组织的新陈代谢，都需要各种有机物的参与 3.糖类、蛋白质、脂肪等都是人体内基本的有机物 1）糖类：葡萄粮是生命活动中不可缺少的重要物质，也是生命活动所需能量的主要来源——供能物质 2）蛋白质：构成生命体的基本物质，是细胞结构里最复杂多变的一类大分子物质，由C、H、O、N组成 3）脂肪：不溶于水，但可溶于有机溶剂 贮存能量，是生命体重要的营养物质——贮能物质 4.有机物的意义： 人体每天摄取的食物，大部分是有机物。这些有机物在生命活动中经过消化吸收、贮存、转化、消耗等过程不断地变化着，实现各种物质的转化和能量的转移 三、有机合成材料 1.有机合成材料的主要成分：用人工合成的方法制得的高分子化合物 2.常见的有机合成材料：合成塑料、合成纤维和合成橡胶 ①塑料：物理特性： a可塑性 b良好的绝缘性 c轻而结实，易加工 d绝热性佳 e不会与化学物品发生反应 f结构稳定，不易分解 ②合成纤维：以石油化工产品等为主要原料人工合成制得 1）聚酰胺纤维（锦纶）——耐磨 2）聚酯纤维（涤纶）——挺括耐摺 3）聚丙烯腈纤维（腈纶）——保暖、手感良好 ③合成橡胶：以煤、石油、天然气为主要原料人工合成的高弹性聚合物，具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或低温等性能 4.白色污染： 1）产生原因：废弃的塑料、合成纤维、橡胶等物质（特别是一次性发泡塑料制品）的性质稳定，在自然生态系统中不能被分解，残留在土壤中，会破坏土壤结构 2）污染源：生活垃圾是导致白色污染的主要原因 3）防治措施：生活垃圾分类放置，进行回收利用 禁止使用一次性杯、袋等塑料制品回收废弃的塑料等合成材料 一、物质分类的方法 有色物质： 红色：Cu、Fe2O3、红P、Fe（OH）3 黑色：C、CuO、Fe3O4、MnO2 白色：BaSO4、CaCO3、Al（OH）3、Mg（OH）2、BaCO3、AgCl、CuSO4、KClO3、NaCl 　蓝色：CuSO4·5H2O、CuCl2、Cu（OH）2 黄色：FeCl3 Fe3+ 绿色：Fe2+ 二、常见物质的分类 一、非金属及其化合物之间的转化 1.非金属单质 + O2 非金属氧化物 1）S + O2 =点燃= SO2 空气中：淡蓝色火焰 氧气中：明亮的蓝紫色火焰，生成一种有刺激性气味的气体——SO2有毒，是形成酸雨的重要原因 2）2H2 + O2 =点燃= 2H2O 3） C + O2 =点燃= CO2 （O充足） 2C + O2 =点燃= 2CO （O不充足） CO有毒，注意通风 4）4P + 5O2 =点燃= 2P2O5 用于除去空气中的O2,白炽灯泡内加入少量的红P，可以除去灯泡内空气中的O2,防止钨丝氧化熔断 常用于验证空气中氧气的体积分数 2.非金属氧化物 + 水 酸 CO2 + H2O == H2CO3 SiO2 + H2O 不反应 SO3 + H2O == HSO4 P2O5 + 3H2O == 2H3PO4 酸雨的形成：SO2 + H2O == H2SO3 2H2SO3 + O2 == 2H2SO4 合写：2SO2 + H2O + O2 == 2H2SO4 二、金属及其化合物之间的转化 1.金属单质 + O2 金属氧化物 2Mg + O2 =点燃= 2MgO 3Fe + 2O2 =点燃= Fe3O4 4Al + 3O2 =点燃= 2Al2O3 2Cu + O2 === 2CuO 2.金属氧化物 + 水 碱 3.金属 + 非金属 盐（无氧酸盐） Fe + S === FeS 2Fe + 3Cl2 =点燃= 2FeCl3 Cu + Cl2 =点燃= CuCl2 2Na + Cl2 =点燃= 2NaCl 三、金属的冶炼 1.金属元素的 存在于单质中——游离态 存在形式 存在于化合物中——化合态 2.金属的冶炼：把金属从化合态变成游离态 1）常用的冶炼方法 C + 2CuO =高温= 2Cu + CO2↑ 现象：黑色固体物质变成红色，生成使澄清石灰水变浑浊的气体 两种黑色粉末 C + CO2 =高温= 2CO CO + CuO =高温= Cu + CO 3CO + Fe2O3 =高温= 2Fe + 3CO2 3C + 2Fe2O3 =高温= 4Fe + 3CO2↑ H2 + CuO === H2O + Cu 现象：黑色固体物质变成红色，试管口有小水珠生成 ( 氢气还原氧化铜 一氧化 碳还原氧化铜 木 碳还原氧化铜 ) 实验注意点： 1. 试管口要略向下倾斜：防止生成的水倒流回试管底部，使试管破裂 2. 导管要通到试管底部：有利于排尽试管内空气 3．为什么在氢气还原氧化铜的实验开始时，要先通氢气，后给氧 化铜加热？ 防止氢气与氧气在试管中反应，引起试管爆裂 4. 铜在空气中加热很容易氧化变成氧化铜，在实验过程中要注意 什么？ 当黑色的氧化铜变成红色的铜后，停止加热，继续通入氢气，直到铜冷却至室温，防止红热的铜再次被空气中的氧气氧化。 5. d所需氢气的量比理论上的要多得多 2）氧化—还原反应 氧化反应：物质从含氧化合物中得到氧的反应 还原反应：含氧化合物里的氧被夺取的反应 C、H、CO等能夺取氧的物质叫还原剂，具有还原性，是得到氧的反应，发生氧化反应 能提供氧的物质叫氧化剂，具有氧化性，是失去氧的反应，发生了还原反应 常见气体的检验和吸收 气体 检验 吸收 气体分类 H2O 无水硫酸铜 浓硫酸、碱石灰、生石灰等 一步气体 CO2 澄清石灰水（氢氧化钡） 氢氧化钠溶液（氢氧化钡） HCl 硝酸银溶液 氢氧化钠溶液、硝酸银溶液、NaHCO3等 H2 灼热氧化铜+无水硫酸铜 灼热氧化铜 二步气体 CO 灼热氧化铜+澄清石灰水 灼热氧化铜 一、材料的发展史 1.1）原始人制作的石器、骨针等 2）随着火的使用，古代人自己开始创造和使用陶器 3）西汉时期：湿法炼铜技术 青铜器 4）春秋晚期：开始炼铁 犁的制成，使农业生产飞速发展 5）半导体材料、光纤材料、碳纤维复合材料等新型材料涌现并使用 二、新型材料 1.新型材料：指那些新出现的或正在发展中的、具有优异特性和功能，并能满足技术进步所需要的材料 2.当前最引人注目的新型材料有：光电子信息材料、先进复合材料、超级陶瓷材料、新型金属材料、新型高分子材料、超导材料等 3.纳米材料：新型微观材料,指其基本颗粒在1—100微米范围内的材料 三、材料制造与环境保护 1.怎样以CuO为主要原料制备CuSO4 1） Cu + 2H2SO4（浓） === CuSO4 + SO2↑ + H2O ——SO2有毒性，会污染空气 2）2Cu + O2 === 2CuO CuO + H2SO4 == CuSO4 + H2O 3）Cu + Cl2 === CuCl2 CuCl2 + 2NaOH == Cu（OH）2↓ + 2NaCl Cu（OH）2 + H2SO4 == CuSO4 + 2H2O ——反应复杂，Cl2有毒 4） Cu + 2AgNO3 == 2Ag + Cu（NO3）2 Cu（NO3）2 + 2NaOH == Cu（OH）2↓ + 2NaNO3 Cu（OH）2 + H2SO4 == CuSO4 + 2H2O ——反应复杂，原料价格贵 故第二种方法最佳，理由：节省原料，经济，操作简单，安全无污染 “绿色”新工艺：无污染或低排放的材料制造过程 ——化合反应 常见物质的特点 白色沉淀（不溶物五种）——AgCl、BaSO4、CaCO3、BaCO3、Mg(OH)2 蓝色沉淀（不溶物）——Cu(OH)2 红褐色沉淀（不溶物）——Fe(OH)3 红色固体——Cu 红棕色－－（铁锈的主要成分）Fe2O3 黑色固体——C、CuO、Fe3O4 蓝色溶液——含Cu2+ 的溶液，CuSO4溶液 黄色溶液：含Fe3+的溶液，如FeCl3溶液 浅绿色溶液：含Fe2+的溶液，如FeSO4溶液 1 学科网（北京）股份有限公司 $$