第6章 金属资源综合利用（知识清单）化学沪教版2024九年级上册

该初中化学知识清单系统梳理“金属资源综合利用”单元内容，涵盖金属矿物、铁的冶炼、金属性质与应用、防护回收四大知识范畴，搭建从“存在形式”到“冶炼原理”再到“性质应用与防护”的递进式学习支架。 清单采用“表格对比+易错点总结+解题方法”组织知识体系，如用表格区分生铁与钢的含碳量及性能，标注“合金含非金属”等易错点，培养科学思维与探究能力。设计“化学式变形法判断铁矿石铁含量”等方法指导，教师可精准教学，学生能自主攻克重难点，提升学习效率。

第6章 金属资源综合利用 第1节 金属矿物及铁的冶炼 （一）常见的金属矿物 1．金属在自然界中的存在 （1） 地壳中几种金属元素的含量有大到小的顺序为Al、Fe、Ca、Na、K…… （2） 金属元素在自然界中分布很广，除极少数不活泼的金属（如铂、金、银等） 以单质形式存在外，其余大多数以化合物形式存在。 2．几种常见的金属矿物 类型 名称 主要成分的化学式 类型 名称 主要成分的化学式 铁的矿物 赤铁矿 Fe2O3 铜的矿物 黄铜矿 CuFeS2 磁铁矿 Fe3O4 辉铜矿 Cu2S 菱铁矿 FeCO3 孔雀石 Cu2(OH)2CO3 黄铁矿 FeS2 铝的矿物 铝土矿 Al(OH)3 褐铁矿 Fe2O3·xH2O 明矾石 KAl3(SO4)2(OH)6 3．金属的冶炼 使金属矿物转化成金属的过程称为金属冶炼。 （二）铁冶炼的化学原理 1．我国古代炼铁 我国铁的冶炼最早可以追溯到殷商时期，到春秋战国时期已出现了较为成熟的炼铁技术。 2．一氧化碳还原氧化铁 （1） 实验装置： （2） 实验现象：红棕色粉末逐渐变成黑色，澄清石灰水变浑浊，点燃尾气，燃烧产生蓝色火焰。 （3） 有关化学方程式： ①酒精喷灯处：Fe2O3＋3CO 高温 2Fe＋3CO2 ②试管中：CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O ③点燃处理尾气：2CO＋O2 点燃 2CO2 （4） 注意事项： ①实验时先通入一氧化碳气体，目的是排出装置内的空气，防止一氧化碳中混有空气，加热时发生爆炸。 ②红棕色粉末完全变黑后，应先撤走酒精喷灯，继续通一氧化碳到装置冷却，目的是防止生成的热的铁被空气中的氧气氧化，也能防止试管中的澄清石灰水倒吸导致玻璃管炸裂。 3．工业炼铁 （1） 主要设备：高炉。 （2） 原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气。 （3） 主要原理： ①从高炉下方通入热空气，焦炭燃烧：C＋O2 高温 CO2 ②生成的二氧化碳与焦炭在高温下反应生成一氧化碳气体：C+CO2 高温 2CO ③一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成铁：Fe2O3＋3CO 高温 2Fe＋3CO2 （4） 产品：生铁。 4．金属的其他冶炼方法 （1） 湿法冶金：古代书籍记载的“曾青得铁则化为铜”，“曾青”是指可溶性的铜的化合物，例如 Fe＋CuSO4==FeSO4＋Cu。 （2）直接加热法：对于某些很不活泼的金属，可利用加热其氧化物分解制得，如HgO ∆ 2Hg+O2↑。 （3）电解法：有些金属（如钠、钾、镁和铝等）很难从其矿物中提取出来。为了制得这些金属，需要用电解的方法。如2Al2O3 通电 4Al＋3O2 ↑。 第2节 金属的性质和应用 （一）金属的物理性质 1．金属的物理性质 （1）物理共性 ①常温下大多数金属为固体。 ②有金属光泽，大多数金属呈银白色。 ③具有良好的导热性、导电性、延展性。 ④熔沸点一般较高。 （2） 物理特性 ①铜为紫红色，金为黄色。 ②铁、钴、镍三种金属可以被磁体吸引，而其他金属不具有这一特点。 ③不同金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等物理性质也存在一定的差异。 2．金属的性质和用途的关系 金属 物理性质 用途 铁 导热性 做炊具 铜、铝 导电性 作导线 金 有金属光泽 做饰品 铝 有延展性 包装香烟、糖果等的金属箔 （二）常见金属的化学性质 1．金属的化学性质 （1） 金属与氧气反应 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 2Mg＋O2 点燃 2MgO 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 4Al+3O2 ∆ 2Al2O3 铁片（或铁丝）在氧气中点燃 剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成黑色固体 3Fe＋2O2 点燃 Fe3O4 铜片（或铜丝）在空气中加热 表面由紫红色变为黑色 2Cu+O2 ∆ 2CuO （2） 金属与酸的反应 金属 实验现象 化学方程式 稀硫酸 稀盐酸 稀硫酸 稀盐酸 锌 金属表面产生气泡很快 Zn＋H2SO4==FeSO4＋H2↑ Zn＋2HCl==ZnCl2＋H2 ↑ 铁 产生气泡较慢，溶液由无色变为浅绿色 Fe＋H2SO4==FeSO4＋H2↑ Fe+2HCl==FeCl2+H2↑ 铜 无现象 — — （3） 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 铁丝浸入硫酸铜溶液中 铁丝表面覆盖一层紫红色物质，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色 Fe＋CuSO4==FeSO4＋Cu 2．置换反应 （1）定义：由一种单质和一种化合物作用生成另一种单质和另一种化合物，这样的反应叫做置换反应。 （2）通式：A+ BC = B+ AC。 （三）合金及其应用 1．合金的定义 在金属中加入其他元素可以改变金属的性能，形成合金。 2．合金的特性 （1） 合金的硬度一般比各成分金属大。 （2） 多数合金的熔点低于组成它的各成分金属的熔点。 （3） 合金一般具有更好的耐腐蚀性能。 3．生铁和钢 生铁 钢 含碳量 2% ~ 4.3% 0.03% ~ 2% 性能 坚硬、韧性差 较硬，有韧性、良好的延展性和弹性，机械性能好 机械加工 可铸造，不可锻、轧 可铸造，也可锻、轧 用途 炒菜用的铁锅、暖气片等 制造机械、交通工具和武器等 （四）我国钢铁工业的发展 1．钢铁的重要性 钢铁的生产和使用是人类文明和社会进步的一个重要标志。 2．我国钢铁工业的发展历程 （1）1949年，我国的钢年产量仅15.8万吨，位居世界第26位。 （2）经过40多年的努力，1996年，我国的钢年产量首次突破1亿吨，跃居世界第一。 （3）进入21世纪，我国的钢年产量继续迅猛增长，多年来连续保持世界第一。 （4）2022年我国粗钢产量达10.2亿吨，占世界钢产量的一半多。 第3节 金属防护和废金属回收 （一）钢铁的锈蚀及防护 1．探究钢铁锈蚀的条件 取5枚洁净无锈的铁钉，分别放入5支试管中，进行下面的实验： 试管 ① ② ③ ④ ⑤ 实验操作 在试管①中加入少量干燥剂，再放一团干棉球，把铁钉放在干棉球上，塞紧橡皮塞 在试管②中注满煮沸后迅速冷却的蒸馏水，使铁钉完全浸没，塞紧橡皮塞 在试管③中加入少量蒸馏水，使铁钉的一部分浸没在水中 在试管④中加入稀硫酸或醋酸溶液，浸没铁钉后，倒去溶液 在试管⑤中加入少量氯化钠溶液，使铁钉的一部分浸没在溶液中 实验现象 立即观察 无现象 无现象 无现象 有大量无色气泡产生 无现象 1天后 无现象 无现象 无现象 铁钉表面开始生锈 铁钉表面开始生锈 3天后 无现象 无现象 无现象 生锈 生锈 7天后 无现象 无现象 铁钉表面开始生锈 锈蚀严重 锈蚀严重 2．铁发生锈蚀的主要因素 （1） 铁跟水和氧气（或空气）接触。 （2） 在酸溶液或氯化钠溶液环境中，会加快铁锈蚀的速率。 3．钢铁的生锈 （1）铁在空气中的锈蚀，实际上是铁跟氧气、水等物质作用，发生一系列复杂的化学反应，转化为铁的化合物的过程。 （2）铁锈（主要成分为Fe2O3·xH2O）是一种疏松多孔的物质，成分复杂，空气中的氧气和水分能穿过铁锈的空隙，不断向内层渗透，持续与铁反应，直至铁被完全锈蚀。 4．金属的保护 （1） 钢铁防锈原理：破坏钢铁锈蚀的条件，使铁制品隔绝空气或隔绝水。 （2） 钢铁防锈的方法 ①保持铁制品表面洁净干燥。 ②在钢铁表面覆盖保护膜：喷漆、涂油、镀一层金属（镀锌、镀铬等）、在钢铁制品表面烧涂搪瓷等。 ③改变内部结构，制成合金。 （二）废金属的回收利用 1．废金属的危害 （1） 造成资源浪费。 （2） 污染环境。 2．回收利用废金属的意义 （1） 节约金属矿石等金属资源。 （2） 节约能源。 （3） 减少环境污染。 3．我国在废金属回收与利用方面的成就 （1） 2021年，我国废金属（废钢铁、废有色金属）回收的总价值达到10402.1亿元，相较2013年增长了 256%。 （2）以铜、铝、铅、锌为代表的有色金属回收利用水平已进入世界先进国家的行列。 易错点01：误认为氧化铁被还原后，生成的铁为银白色。 氧化铁是铁锈的主要成分，为红棕色。由氧化铁冶炼出来的铁是粉末状的，粉末状的铁是黑色的，块状铁才表现出银白色金属光泽。 易错点02：误认为合金是金属与金属组成的混合物。 合金是在金属中加入其他元素而改变金属的性能形成的。对于合金的理解，应注意以下三点：合金是金属与金属（或非金属）熔合形成的；合金中至少含有一种金属，同时也可能含有非金属；合金具有金属特性，且合金有许多优良的性能，在许多方面优于纯金属。 易错点03：误认为氧化铁是合金，在铁表面镀一层铜得到的物质也是合金。 合金是均匀的混合物，氧化铁中含有铁元素，但不是合金，是化合物；在铁表面镀一层铜得到的物质也不属于合金。 易错点04：误认为有单质和化合物参加的反应或有单质和化合物生成的反应一定是置换反应。 置换反应的特点是反应物和生成物都是两种，且均为一种单质和一种化合物。有单质和化合物参加的反应或有单质和化合物生成的反应不一定是置换反应，如4Al+3O2=2Al2O3、Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。 易错点05：误认为防止铁生锈的措施是隔绝空气和水。 铁生锈必须具备两个条件，即与空气（或氧气）和水同时接触；但防止铁生锈只要破坏铁生锈的两个条件之一即可。 方法01 判断铁矿石中铁含量的简便方法 【解题通法】对于铁矿石中铁元素含量的判断，可采用化学式变形法，即Fe3O4→Fe6O8，Fe2O3→Fe6O9，FeO→Fe6O6。当化学式中铁原子个数相同时，其中所含氧原子数越少（其他原子可看作质量相当的氧原子），铁元素含量越高。 【典型例题】下列化合物中，铁元素质量分数最小的是 A．Fe3O4 B．Fe2O3 C．FeO D．FeS 【答案】D 【解析】对化学式进行变形，即Fe3O4→Fe6O8，Fe2O3→Fe6O9，FeO→Fe6O6，FeS→Fe6O12。当化学式中铁原子个数相同时，其中所含氧原子数越多（其他原子可看作质量相当的氧原子），铁元素质量分数越小。 故选：D。 方法02 金属与酸反应的图像题（横轴为反应时间，纵轴为生成氢气的质量）分析方法 【解题通法】解答金属与酸反应的图像题，主要看以下三点：一看斜线的坡度：坡度越大，完全反应所需时间越短，金属活动性越强。二看斜线拐点的高度：拐点越高，生成氢气的质量越大。三根据等质量金属与足量酸反应时，生成氢气的质量m(H2)＝，判断金属相对原子质量的大小关系。 【典型例题】某校化学活动小组为探究X、Y、Z三种金属与酸的反应情况，进行了如下实验，取等质量的X、Y、Z分别与足量的溶质质量分数相同的稀H2SO4反应，都生成+2价金属的硫酸盐，反应情况如图所示，下列对该图像理解的叙述中，正确的是 A．金属活动性由强到弱为Z、X、Y B．金属活动性由强到弱为X、Y、Z C．X、Y、Z依次可能是Mg、Zn、Fe D．相对原子质量的大小为Z>Y>X 【答案】D 【解析】A、据图可以看出，X的斜线最陡，反应的速率最快，Y的斜线最平缓，故的速率最慢，故其活动性为X >Z > Y，故选项说法错误； B、由A可知，金属活动性为X＞Z＞Y，故选项说法错误； C、据图，再结合在金属活动性顺序中，Mg＞Zn＞Fe，不符合其活动性为X＞Z＞Y，故选项说法错误； D、等质量的X、Y、Z分别与足量的溶质质量分数相等的稀硫酸反应，都生成+2价金属的硫酸盐，则金属的相对原子质量越大，反应生成氢气的质量越少，所以相对原子质量由大到小的顺序是：Z＞Y＞X，故选项说法正确。 故选：D。 4 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $