第6章 金属资源综合利用【知识清单】-2024-2025学年九年级化学上册单元速记·巧练（沪教版2024）

第6章 金属资源综合利用 01 思维导图 02 考点速记 第1节 金属矿物及铁的冶炼 （一）常见的金属矿物 1．金属资源的存在形式 金属资源广泛地存在于地壳和海洋中，除少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外，其余的都以化合物的形式存在。 2．常见的金属矿物 矿物 赤铁矿 褐铁矿 黄铁矿 孔雀石 铝土矿 主要 成分 Fe2O3 Fe2O3·xH2O FeS2 Cu2(OH)2CO3 Al(OH)3 （二）铁冶炼的化学原理 1．实验室炼铁—— 一氧化碳与氧化铁反应的实验 装置图 实验现象 红色粉末逐渐变为黑色，澄清的石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。 实验注意事项 (1)先通入一氧化碳，排尽装置内的空气，然后再点燃酒精喷灯，防止一氧化碳与空气混合加热时发生爆炸。 (2)实验完毕后要先撤酒精喷灯，继续通入一氧化碳，直到玻璃管冷却，防止高温的铁与空气接触，被再次氧化；同时可防止液体倒吸，炸裂试管。 (3)尾气中含有一氧化碳，一氧化碳有毒，可以用收集或点燃的方法处理，以防污染大气。 2．工业炼铁 原料 铁矿石、焦炭、石灰石、空气等 原理 将铁矿石、焦炭、石灰石按一定比例加入高炉中，从高炉下方通入热空气，焦炭燃烧，生成的CO2与焦炭在高温下反应生成CO，CO跟Fe2O3 在高温下反应生成Fe 设备 高炉 主要反应 产品 生铁： （1）含碳量2%~4.3%的铁合金 （2）特点：硬而脆，不利于加工 实验室模拟炼铁和工业炼铁比较 3．金属的冶炼【拓展视野】 （1）金属的氧化：把金属跟氧结合生成金属氧化物的过程。 （2）金属氧化物的还原：金属氧化物跟焦炭、氢气或一氧化碳等物质反应，失去氧转化为金属的过程。 （3）钠、镁、铝等金属很难从其矿物中提取出来，需要用电解的方法。如：。 第2节 金属的性质和应用 （一）金属的物理性质 金属具有的物理性质 金属的应用 共性 导电性 制作导线 导热性 制作炊具 延展性 冲压成各种形状 有金属光泽 制作各种装饰品 特性 颜色：大多数金属呈 银白 色，铜呈 紫红 色，金呈 黄 色，铁粉呈 黑 色。 状态：常温下，大多数金属为固体，而 汞 为液体 （二）常见金属的化学性质 1．金属与氧气的反应 （1）实验探究金属与氧气的反应 实验内容 实验现象 化学方程式 镁条在空气中点燃 剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出热量，生成白色固体，伴有白烟 铝片（或铝丝）在空气中加热 铝片受热后熔化但不滴落，表面变暗 铁片（铁丝）在氧气中点燃 剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体 铜片（或铜丝）在空气中加热 表面由紫红色变为黑色 （2）金属与氧气的反应 很多金属都能与氧气化合生成金属氧化物，但反应的难易和剧烈程度不同。 ①镁、铝等在常温下就能与氧气反应。 在常温下，铝与氧气反应，表面生成一层致密的氧化膜 ，从而阻止铝进一步氧化，因此，铝具有很好的抗腐蚀性能，反应的化学方程式为 。 ②铜在常温下几乎不与氧气反应，但在加热时能与氧气反应： 。 ③金、铂等即使在高温下也不与氧气反应。 2.金属与酸的反应 （1）实验内容 （2）实验记录 金属 实验现象 化学方程式 锌 反应较剧烈，产生大量气泡 铁 反应缓慢，有气泡产生，溶液由无色逐渐变为浅绿色 铜 无明显现象 （3）实验结论 锌和铁都能与稀硫酸（或稀盐酸）反应，生成氢气和相应的化合物；铜不与稀硫酸（或稀盐酸）反应。 3．置换反应 （1）概念：一种单质与一种化合物作用，生成另一种单质与另一种化合物的反应，称为置换反应。 （2）通式：A+BC →AC+B。 （3）实验室制取氢气 ①反应药品：锌粒与稀硫酸(或稀盐酸)。 ②反应原理：Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑(或 Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑)。 ③实验装置： 实验室制 H2 发生装置 收集装置 装置 选择理由 反应物为固体和液体，反应条件为常温 氢气密度比空气小，难溶于水 ④使用氢气前要验纯，防止发生爆炸。验纯的方法是收集一试管气体，用拇指堵住管口，移近火焰，松开拇指，如果听到尖锐的爆鸣声，表明氢气不纯，如果听到轻微的“噗”声，表明氢气已纯净。 （5）金属与金属化合物溶液的反应 实验内容 实验现象 化学方程式 铁丝表面覆盖一层红色物质，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色 我国是湿法冶金的先驱。早在西汉时期，古籍《淮南万毕术》中就有记载：“曾青得铁则化为铜。” （三）合金及其应用 1．合金 概念 合金是指一种金属跟其他金属(或非金属)熔合形成的有金属特性的物质。 金属材料 包括纯金属和合金。 合金的特点 合金有许多优良的物理、化学或机械性能。合金的硬度一般比各成分金属大；多数合金的熔点低于组成它的成分金属。 合金之最 人类历史上使用最早的合金是青铜(铜、锡合金)，目前最常见、使用最广泛的合金是铁合金。 合金的性能 2．铁的两种合金——生铁和钢 区别 含碳量 其他元素 机械性能 机械加工 本质差异 生铁 2%~4. 3% Si、Mn、S、P (少量) 硬而脆，无韧性 可铸造，不能锻轧 含碳量不同 钢 0. 03%~2% Si、Mn 等 硬度大、韧性好，有良好的延性和展性 可铸、可锻、可延压 含碳量不同 3．一些常见合金的特性和用途 名称 主要组成元素 特性 用途 黄铜 铜、锌 坚硬、耐腐蚀 制造机器零件、电器零件等 青铜 铜、锡 耐腐蚀、易铸造成型 制造形状复杂的铸件、精致的工艺品、塑像等 硬铝 铝、铜、镁、锰 质轻而坚硬 制造飞机、汽车，作建筑材料等 焊锡 锡、铅 熔点低、能粘接金属 焊接电子元件、金属片等 不锈钢（含铬10.5%上的铁合金） 铁、铬、镍 耐腐蚀 制造医疗器械、化工设备、日用品等 碳素钢 铁、碳 坚硬 作建筑材料，制造机器零件、铁轨、船舶、桥梁等 武德合金 铋、铅、锡、镉 熔点低 制造电路保险丝、自动灭火和防爆安全装置等 （四）我国钢铁工业的发展 时间 我国钢铁工业的状况或成就 1949年 钢年产量仅15.8万吨，位居世界第26位 1996年 钢年产量首次突破1亿吨，跃居世界第一 1997年 年 连续保持世界第一 2022年 粗钢产量达10.2亿吨，占世界钢产量的一半多 第3节 金属防护和废弃金属回收 （一）钢铁的锈蚀及防护 1．【观察思考】 实验装置 实验现象 铁丝网表面有少量的红棕色物质出现；烧杯中滴有红墨 水的水沿导管上升一段距离，形成一段红色水柱。 现象解释 红棕色物质是铁锈，铁生锈消耗了氧气，使锥形瓶内的 气压减小，烧杯内滴有红墨水的水被倒吸入导管中。 2．钢铁锈蚀条件的探究 实验装置 实验现象 立即观察 无明显现象 无明显现象 无明显现象 有无色气泡产生 无明显现象 实验 现象 1天后 无明显现象 无明显现象 无明显现象 铁钉表面开始生锈 铁钉表面开始生锈 3天后 无明显现象 无明显现象 无明显现象 铁钉表面的铁锈增多 铁钉表面的铁锈增多 7天后 无明显现象 无明显现象 铁钉表面开始 生锈 铁钉表面出现大量铁锈 铁钉表面出现大量铁锈 实验分析 ①③对比说明铁锈蚀需要水，②③对比说明铁锈蚀需要氧气，③④对比说明酸能加快铁的锈蚀，③⑤对比说明氯化钠溶液能加快铁的锈蚀 实验结论 铁锈蚀的条件是铁与水和氧气等同时接触，稀硫酸、醋酸溶液和氯化钠溶液等物质存在时会加速铁的锈蚀 3.钢铁的锈蚀过程 （1）铁在空气中锈蚀，实际上是铁跟氧气、水等物质作用（水和氧气必须同时存在，铁才会生锈），发生一系列复杂的化学反应，转化为铁的化合物的过程。稀硫酸、醋酸溶液和氯化钠溶液等物质存在时会加速铁的锈蚀。 （2）铁锈是一种混合物，成分复杂，主要成分是氧化铁 。铁锈是一种疏松多孔的物质，能让空气中的氧气和水分穿过它的空隙，不断向内层渗透（铁制品表面的铁锈若不及时除去,会加速其锈蚀），持续与铁反应，直至铁被完全锈蚀。 4．防止钢铁生锈的方法 (1)保持铁制品表面的清洁和干燥。如将用过的菜刀洗净、擦干后放在干燥的地方。 (2)在铁制品表面涂一层保护膜。如， 涂油——剪刀刀口涂油； 刷漆——汽车表面的喷漆处理； 搪瓷——铁盆表面的烧涂搪瓷； 表面镀其他的金属——铁表面镀锌制成白铁皮； 表面形成致密的氧化膜——锯条表面的烤蓝处理。 (3)改变金属内部的组成和结构。如在炼钢过程中加入一定量的铬和镍，制成不锈钢等。 5.铝的“自我保护” （1）铝的化学性质比较活泼，比铁更容易与氧气和其他物质发生化学反应。 （2）实际上铝制品一般不需要采取防锈措施，因为铝在空气中与氧气反应，生成一层致密而结实的氧化铝膜覆盖在铝的表面，防止内部的铝继续与氧气反应，从而起到“自我保护”的作用。 （二）废弃金属的回收利用 废金属的概述 主要指冶金工业、金属加工业产生的金属碎屑和碎块，以及日常生活中锈蚀和报废的金属器具等 废金属的危害 ①造成资源浪费；②污染环境 回收利用废金属的意义 ①节约铁矿石等资源；②节约能源；③减少环境污染 03 素养提升 易错点辨析 (一)关于工业炼铁 1．石灰石的主要作用：将矿石中的二氧化硅转化为炉渣而除去。 2．焦炭的作用：产生还原剂，产生热量，提高炉温 3．工业炼铁炼出的不是纯铁，而是生铁；实验室炼出的为纯铁。 4．书写工业炼铁中反应的化学方程式时注意： (1)还原剂是 CO； (2)反应条件是高温； (3) 配平，CO 前面的化学计量数等于“金属氧化物分子”中的氧原子个数； (4) 生成的 CO2 右边不能标“↑”。 5．使用一氧化碳作还原剂的优点有： 反应物为气体，能与铁矿石充分接触，可加快反应速率；另外生成的二氧化碳又能与碳反应生成一氧化碳，可循环使用，节约成本，还可防止二氧化碳造成温室效应。 (二)决定和影响金属用途的因素 （三）关于金属的颜色 金属的颜色除了与金属种类有关外，还与它的状态有关，如铁片、铁块为银白色，铁粉为黑色。 （四）关于金属与氧气的反应，要注意 1. 不是所有的金属都能与氧气反应，要分清一般规律与特殊情况。 2. 反应的条件与现象因金属种类而异。 3. 铝耐腐蚀，不是因为它不能与氧气反应，而是与氧气反应在表面形成一层致密的氧化膜。 （五）关于金属与酸反应 1. 有的金属不能与稀盐酸或稀硫酸反应，如 Cu。不同金属与相同浓度的同种酸反应时，反应的剧烈程度不同，如镁反应剧烈，铁反应缓慢，这与金属活动性强弱有关。 2. 在做金属与酸的反应前，要先用砂纸打磨金属，以除去表面的氧化膜和污物。 3. 实验室制氢气，最好选择锌和稀硫酸。因为锌粒与酸反应的速率适中，便于收集气体，而镁的反应速率过快，铁的反应速率较慢。 （六）对合金的理解 1.合金中至少含有一种金属元素，同时也可能含有非金属元素。有些物质虽然含有金属元素，但不具有金属的性质，不属于合金，如、 等。 2.合金具有金属的共性，如金属光泽，优良的导电性、导热性等。 3.形成合金的过程是物理变化，合金中各成分保持各自原有的化学性质。 4．物质的组成不同，导致物质的性质不同。如生铁和钢，因含碳量不同，导致它们的性能不同；纯金属与合金的组成不同，所以金属与合金的性质不同。物质的性质决定物质的用途，如熔点低的焊锡可用来焊接金属，抗腐蚀性强的不锈钢可用于制医疗器械等。 （七）关于钢铁生锈 1. 铁生锈是缓慢氧化，反应过程中会放出热量，人们利用这一点在生活中用来取暖等；另外，铁生锈时消耗氧气和水，人们常用铁粉作食品保鲜剂。 2. 铁制品表面的铁锈应及时清除，而铝“生锈”时表面形成的致密的氧化膜可以隔绝空气，可防止金属腐蚀，不能除去。 3. 铁在食盐水中生锈的速率会加快，因此切过咸菜的菜刀若没有及时清洗，过一晚上就会生锈。 4. 铁除了在潮湿的空气中生锈腐蚀，在酸溶液、食盐溶液中也会因发生化学反应而腐蚀。 5. 该实验中要用煮沸后迅速冷却的蒸馏水，目的是除去水中的氧气。 方法提炼 （一）冶炼金属时，选择矿物应遵循的原则 1. 所需提炼金属的含量高。 2. 冶炼过程中对环境污染小。 3. 冶炼途径尽可能简便。 （二）判断金属的活动性强弱的方法 ①通过金属与O2反应的难易程度进行判断：一般情况下，越容易与O2反应的金属，其金属活动性越强。 ②通过金属能否与稀硫酸或稀盐酸反应以及与酸反应的剧烈程度进行判断：越活泼的金属与酸反应越剧烈。 ③通过金属与另一种金属的化合物溶液的反应情况进行判断：若某种金属能把另一种金属从其化合物溶液中置换出来，则该金属的活动性比另一种金属强。 （三）常见金属特殊物理性质 黄金红铜纯铁白，铁粉铬锰颜色黑；熔点最低水银汞，唯此金属呈液态。 （四）金属在日常生活中的应用 包装香烟、巧克力等的金属箔——铝 干电池外皮的金属——锌 保温瓶内胆上镀的金属——银 体温计、血压计中的金属——汞 （五）化合反应、分解反应和置换反应的比较 反应类型 化合反应 分解反应 置换反应 表达式 特点 多变一 一变多 单换单 联系 都属于化学反应的基本类型 （六）气体的制取和收集 H2、O2、CO2 是实验室常制取的三大气体，它们都可以在常温下用固体与液体的混合物来制取，可采用相同的发生装置，H2、O2 都可用排水法收集，O2、CO2 都可用向上排空气法收集。 4 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$