课题3 化学为人类提供丰富的材料 第1课时（导学案） 化学沪科版五四学制2024九年级全一册

课题3 化学为人类提供丰富的材料 第1课时 人类如何利用和研制金属材料 一、知识目标 1. 通过观察常见金属制品和进行金属性质实验，描述金属的物理通性（如导电性、导热性、延展性等）及其与用途之间的关系，建立“性质决定用途”的材料认知观念。 1. 对比纯金属与合金的组成、性能及实际应用案例，说出合金相较于纯金属的优越性能，理解合金在提升材料性能和扩展应用范围方面的作用，增强材料设计与改良意识。 1. 分析工业炼铁的工艺流程和化学反应原理，写出高炉炼铁的主要化学方程式，理解金属冶炼的基本方法及其在资源利用中的意义，形成金属资源有限、应注重回收与节约的资源观和环保意识。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识金属的物理性质、合金的特性及金属的冶炼过程；从微观角度理解金属导电、导热等性质的本质原因。 1. 证据推理与模型认知：通过实验探究和数据分析，推理出金属的性质与用途的关系、合金性能优越的原因；建立金属冶炼的化学模型，理解金属冶炼的原理。 1. 科学探究与创新意识：通过设计和完成金属性质实验、合金性能对比实验等，培养科学探究能力和创新思维，体会化学实验在研究物质性质和变化中的重要作用。 1. 科学态度与社会责任：了解我国金属资源的现状和钢铁工业的发展成就，增强民族自豪感；认识到金属资源的有限性和保护金属资源的重要性，培养节约资源、保护环境的社会责任感。 一、学习重点 1. 金属的物理通性及其与用途的关系。 1. 合金的性质与用途。 1. 高炉炼铁的原理和化学方程式。 二、学习难点 1. 理解物质的性质不是决定其用途的唯一因素。 1. 掌握合金性能优越的原因。 1. 处理炼铁过程中涉及杂质的计算问题。 一、金属的物理性质与用途 1.金属是生活中最常见的材料，它们具有特殊的物理性质，从而有别于木材、石材、玻璃等其他材料。 2.取数片铜片、铁片和铝片，用砂纸打磨后，可以观察到它们具有金属光泽。尝试弯曲它们，可以发现它们具有延展性。利用实验还可以探究它们的导热性和导电性。 3.金属光泽、延展性、导电性和导热性，是金属所共有并区别于非金属的物理性质，称为金属的通性。 4.金属除了通性外，还具有各自不同的特性，例如密度、熔点、硬度、强度等。 5.性质的差异决定了金属的不同用途。例如，铁受到磁场作用能产生磁性，被用于制作各种电磁装置；钨的熔点高，被用于制作白炽灯中的灯丝。 二、合金 1.纯金属受到资源和性质的限制，不能满足社会各方面的需要。在日常生活中，人们更多使用的是合金。 2.合金是指由一种金属与其他金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质。金属及其合金统称金属材料。 3.合金的种类很多。青铜（铜锡合金）、黄铜（铜锌合金）都属于铜合金；生铁和钢都是铁合金。 4.合金与纯金属相比，往往具有许多特殊的优良性能。 5.例如，镁和铝都是密度较小的金属，但硬度不高，将它们进行熔合可以得到低密度、高强度的镁铝合金。又如，铁暴露在潮湿空气中易生锈，掺入金属铬和镍后制成的合金具有很强的耐腐蚀性，称为不锈钢。 三、金属的冶炼 1.绝大部分金属元素在自然界中以化合态存在，通常是以金属氧化物、碳酸盐等形式，这些化合物称为金属矿石。 2.目前，大部分金属是由金属矿石经化学变化转化得到的，这个过程称为金属的冶炼。 3.工业炼铁的主要设备称为高炉。将铁矿石、焦炭和石灰石按一定的比例加入高炉。 4.在高温下，一氧化碳使铁矿石中的氧化铁转化为单质铁，这个过程称为还原。主要反应的化学方程式为： Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ 5.用这种方法得到的铁中含有 2% ~ 4.3% 碳，质地硬而脆，称为生铁。把生铁放在炼钢炉中，用氧气进一步冶炼，可以将含碳量降低至 0.03% ~ 2%，得到的是兼具硬度与韧性的钢。 四、保护金属资源 1.在地壳中，金属矿石资源是有限且不可再生的。因此，保护金属资源刻不容缓。 2.废弃金属物品可以回收熔化再生，这不仅可以节约金属资源、减少开采矿石引起的环境污染、降低金属冶炼消耗的能源，还能降低金属的价格。 一、金属的物理性质与用途 活动一：金属物理性质的实验探究 问题思考：结合常见金属制品（如铜导线、铁锅、铝箔等），说说金属在生活中有哪些常见用途，这些用途分别应用了金属的哪些性质？ 答案：铜导线用于导电，应用了金属的导电性；铁锅用于做饭，应用了金属的导热性；铝箔用于包装，应用了金属的延展性。 问题思考：通过实验探究，金属具有哪些物理通性？ 答案：金属具有金属光泽、良好的延展性、导热性、导电性，部分金属（如铁）受到磁场作用能产生磁性。 归纳总结：请总结金属物理性质实验探究的过程和结论。 实验探究1：用砂纸打磨铜片、铁片和铝片，用滤纸擦拭后观察。金属具有金属光泽。 结论：金属具有：金属光泽是金属的通性之一。 实验探究2：尝试弯曲、折断铜片、铁片和铝片。金属能被弯曲，不易折断。 结论：金属具有良好的延展性。 实验探究3：比较铜、铁、铝三种金属的导热能力。不同金属导热情况有差异，铜>铝>铁。 结论：金属具有良好的导热性。 实验探究4：利用电池、小灯泡、导线测试铜、铁的导电能力。灯泡发光。 结论：金属具有良好的导电性。 实验探究5：用磁铁分别吸引铜、铁、铝。铁被吸引。 结论：铁受到磁场作用产生磁性。 活动二：金属的特性 问题思考：根据表格数据和生活经验，分析为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铝制？ 答案：铁的硬度比铝大，菜刀、镰刀、锤子等工具需要一定的硬度来保证其使用性能，所以用铁制而不用铝制。同时，铁的成本相对较低，资源也比较丰富。 问题思考：银的导电性比铜的好，为什么电线一般用铜制而不用银制？ 答案：虽然银的导电性比铜好，但银的价格比铜高很多，且资源相对较少。在考虑电线的用途时，需要综合考虑价格、资源等因素，所以电线一般用铜制而不用银制。 问题思考：为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话，可能会出现什么情况？ 答案：钨的熔点高，在高温下不易熔化，适合作为灯泡的灯丝。而锡的熔点低，通电后产生的高温会使锡丝熔化，导致灯泡无法正常工作。 问题思考：为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金会怎样？ 答案：镀铬可以使铁制品表面更美观，同时铬的抗腐蚀性强，可以防止铁制品生锈。如果镀金，虽然金的抗腐蚀性也很强且美观，但金的价格昂贵，成本太高，不适合大量用于铁制品表面处理。 归纳总结：物质的用途是由多种因素决定的，除了性质外，还需要考虑哪些因素？ 答案：在考虑物质的用途时，除了性质外，还需要考虑价格、资源，废料是否易于回收和对环境的影响，以及是否美观、使用是否便利等多种因素。 活动三：金属的用途 问题思考：请根据表中五种金属的性质，选择一种适用于下列用途的金属，并说明理由。 ① 制造汽水罐 ② 制造窨井盖 ③ 制造远距架空电缆 答案：需要根据具体给出的五种金属的密度、强度、导电性、抗腐蚀性、相对价格等信息进行分析。 ① 制造汽水罐：一般选择铝或铝合金。因为铝的密度小，质地轻，便于运输和使用；具有良好的抗腐蚀性，能防止汽水腐蚀罐体；价格相对较低。 ② 制造窨井盖：通常选择铸铁等铁合金。因为铁合金强度高，能承受较大的压力和重量；成本相对较低，适合大规模使用。 ③ 制造远距架空电缆：多选用铜或铝。铜的导电性好，能有效减少电能损耗；铝的密度小，质量轻，便于架设，且价格相对较低，综合考虑成本和性能，两者都常用于制造电缆。 活动四：典例精讲 问题思考 典例1：下列物质用途错误的是（ ） A. 焊锡做钢轨 B. 钛合金做人造骨 C. 用钨做灯丝 D. 不锈钢可做医疗器械 答案：A。焊锡的熔点较低，而钢轨需要承受车辆的压力和摩擦，需要较高的熔点和硬度，所以焊锡不适合做钢轨。钛合金具有良好的生物相容性，可做人造骨；钨的熔点高，可做灯丝；不锈钢具有良好的抗腐蚀性，可做医疗器械。 典例2：下表为某种金属的一些性质，据此分析，该金属不适宜做（ ） 熔点 密度 强度 导电性 导热性 抗腐蚀性 与钢相似 良好 良好 优异 A. 保险丝 B. 手术刀 C. 航天材料 D. 船舶外壳材料 答案：A。保险丝需要熔点低的金属材料，当电流过大时能及时熔断，起到保护电路的作用。而该金属熔点为，不适宜做保险丝。该金属强度与钢相似，导电性、导热性良好，抗腐蚀性优异，适合做手术刀、航天材料、船舶外壳材料。 二、合金的性质与用途 活动一：合金 问题思考：什么是合金？请举例说明常见的合金。 答案：合金是以某种金属为基础，添加其他金属或非金属，通过高温熔炼、烧结等方式形成的具有金属特性的材料。常见的合金有青铜（铜锡合金）、黄铜（铜锌合金）、生铁和钢（铁合金）、铝合金、钛合金等。 问题思考：思考合金与纯金属的区别，以及合金的形成过程。 答案：合金与纯金属的区别在于组成和性能。合金是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的混合物，而纯金属是由一种金属元素组成的单质。合金的形成过程通常是将基础金属和其他添加物在高温下熔炼，使它们均匀混合，然后经过冷却、凝固等过程形成具有特定性能的合金材料。 活动二：合金的特性 问题思考：通过实验探究，合金与纯金属相比，具有哪些特性？ 答案：合金的硬度一般比组成它的纯金属大，熔点比组成其的纯金属的熔点低。例如，黄铜片（铜锌合金）的硬度比铜片大；伍德合金的熔点比金属锡低。 问题思考：目前已经制得的纯金属只有90多种，但由这些金属制得的各种合金却已达几千种，这说明了什么？ 答案：这说明合金在提升材料性能和扩展应用范围方面具有重要作用。通过改变合金的组成和配比，可以得到具有不同性能的合金材料，以满足各种不同的实际需求。 活动三：常见的合金 问题思考：介绍“奋斗者”号潜水器的载人舱球壳采用了我国自主研发的Ti62A钛合金新材料，其抗压能力卓越，这体现了合金在哪些领域有重要应用？ 答案：体现了合金在高科技领域，如深海探测等领域有重要应用。合金的特殊性能可以满足高科技领域对材料的严格要求，推动科技的发展和进步。 问题思考：请举例说明其他常见合金的用途，并说明这些用途与合金特性的关系。 答案：铝合金用于制造门窗框架，铝合金密度小，质量轻，便于安装和使用；同时具有良好的抗腐蚀性，能保证门窗在长期使用中不生锈。不锈钢用于制作炊具、餐具，不锈钢具有良好的抗腐蚀性，能防止炊具和餐具生锈，保证食品安全和使用寿命。 活动四：典例精讲 典例1：25年8月《镜鉴千年：宋金铜镜展》在黑龙江省博物馆开幕，展现了很多镇馆之宝——精美的铜镜。《天工开物》中记载了铜镜（如图）的制作过程：“凡铸镜，模用灰沙，铜用锡和……开面成光，则水银附体而成，非铜有光明如许也。” （1）“模用灰沙”，说明“灰沙”的熔点比制作铜镜的材料_______(填“高”或“低”)。 （2）“铜用锡和”是指在铜中加入锡，制成青铜。青铜属于_____________(填“纯净物”或“混合物”)，与用纯铜相比，青铜制得的铜镜的优点是____________________________________(写一条)。 答案：（1）高。因为“灰沙”作为模具，如果其熔点低于制作铜镜的材料，在铸造过程中“灰沙”就会被熔化，无法起到模具的作用。（2）混合物。合金是由两种或两种以上的物质混合而成的，青铜中含铜、锡等，属于混合物。合金比组成它的纯金属硬度大、耐腐蚀，所以青铜制得的铜镜优点是硬度大、耐腐蚀。 典例2：下列说法正确的是（ ） A. 熔点最高的金属钨，可以用作保险丝 B. 钢铁是使用最早的金属材料 C. 多数合金的抗腐蚀性比组成它的纯金属更好 D. 汽车的铝合金车体喷漆的主要目的就是美观 答案：C。A选项，钨是熔点最高的金属，而保险丝的作用是在电流过大时熔断以保护电路，需要低熔点的材料，钨不易熔断，不适合用作保险丝，该选项错误。B选项，人类最早广泛使用的金属材料是铜，因为铜的熔点较低，易于冶炼，铁的使用晚于铜，所以钢铁不是使用最早的金属材料，该选项错误。C选项，合金通常比纯金属具有更好的抗腐蚀性，例如纯铁容易生锈，而不锈钢（铁铬镍合金）抗腐蚀性更强，该选项正确。D选项，汽车铝合金车体喷漆的目的不仅包括美观，更重要的是防止腐蚀，喷漆可以形成物理屏障，隔绝空气和水分，防腐蚀是主要目的之一，美观是次要目的，该选项错误。 三、金属的冶炼 活动一：金属矿石 问题思考：绝大部分金属元素在自然界中以化合态存在，常见的金属矿石有哪些？ 答案：常见的金属矿石有铝土矿、闪锌矿、蓝铜矿、天然金块、硫铁矿、赤铁矿等。 问题思考：我国的金属矿产资源情况如何？ 答案：我国是世界上为数不多的已知金属矿物种类比较齐全的国家之一，矿物储量也很丰富，其中钨、钼、钛、锡、锑等储量居世界前列，铜、铝、锰等储量在世界上也占有重要地位。 活动二：金属的冶炼 问题思考：人类是如何从矿石中获得金属的？铁器的大量使用为何能极大地推动社会进步？ 答案：人类通过冶炼的方法从矿石中获得金属。铁器的大量使用极大地推动了社会进步，是因为铁制工具更坚硬耐用，提高了农业和手工业的生产效率，从而促进了社会生产力的发展。 问题思考：为什么人类早期使用铜器，后来才逐渐广泛使用铁器呢？这与金属的什么性质有关？ 答案：这与金属的活泼性、冶炼难度有关。金属越活泼，越难从其矿石中还原出来。铜的冶炼相对容易，因此人类较早掌握；而铁的冶炼需要更高的温度和技术，但随着鼓风炉等技术的发明，铁逐渐成为最主要的金属材料。 活动三：高炉炼铁 问题思考：高炉炼铁的原料有哪些？它们分别从哪里加入高炉？ 答案：高炉炼铁的原料有铁矿石、焦炭和石灰石。原料从炉顶加入，热空气从下方的进风口进入。 问题思考：写出高炉炼铁的核心反应的化学方程式。 答案：。 问题思考：从高炉中冶炼出来的就是我们在生活中使用的钢吗？生铁和钢有什么本质区别？ 答案：从高炉中直接冶炼出来的是生铁，而不是钢。生铁含碳量高（），硬而脆；钢的含碳量低（），既有硬度又有韧性。要获得性能更优越的钢，还需要将生铁放入炼钢炉中，通过吹入氧气进行“精炼”，精确地氧化除去过量的碳和其他杂质。 活动四：金属资源的保护 问题思考：生产1吨再生铝相比原铝，在能源消耗和碳排放方面有什么显著差异？ 答案：再生铝的能耗和排放要低得多。煤炭消耗从降到，电力从度降到度，二氧化碳排放从降到。再生铝的生产过程能够节约约的能源，减少约的碳排放。 问题思考：为什么要重视金属的回收利用？ 答案：金属矿石资源不可再生，而且日益枯竭，面对资源的有限性和需求的不断增长，必须采取行动。废弃金属的回收再生，不仅能节约资源、保护环境，还能节能降耗、带来经济效益，形成一个多方共赢的良性循环。 问题思考：为什么说回收废旧电池具有双重意义？ 答案：因为废旧电池中的铅、镍、镉、钴等重金属如果随意丢弃，会污染环境和危害健康；而回收利用既能减少污染，又能节约资源。 活动五：典例精讲 典例1：钢铁是使用最多的金属材料。某化学小组利用如图装置模拟工业炼铁的实验。 （1）写出玻璃长管中发生反应的化学方程式_______________________________。 （2）检验CO还原Fe2O3反应的气体生成的实验现象是__________________________，该反应的化学方程式为_________________________________。 （3）a处尾气被点燃作用是______________________，写出反应的化学方程式___________________。 答案：（1）Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；（2）澄清石灰水变浑浊；Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O。（3）防止一氧化碳污染空气2CO+O22CO2 （1）一氧化碳(CO)与氧化铁(Fe2O3)在高温条件下反应生成铁(Fe)和二氧化碳(CO2)，化学方程式为：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。（2）CO还原Fe2O3的气体生成物是CO2，CO2能使澄清石灰水变浑浊，所以实验现象是澄清石灰水变浑浊。二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，化学方程式为：Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O。（3）一氧化碳有毒，会污染空气，a处尾气点燃的作用是防止一氧化碳污染空气。一氧化碳燃烧生成二氧化碳，化学方程式为：2CO+O22CO2。 典例2：下列有关金属资源的利用和保护的说法不正确的是 A．徐光宪院士和他的团队研发了稀土分离技术，稀土元素是储量较少的一类金属元素的统称 B．金属矿物的储量有限，可以再生 C．大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在，我国矿物储量也很丰富 D．从废旧锂离子电池中回收锂、钴、镍等，对保护环境和实现金属资源循环利用有重要意义 答案：B。A.稀土元素是17种金属元素的统称，在地壳中储量较少且分布不均。徐光宪院士是中国著名化学家，他开发的稀土分离技术是真实历史事件，该选项说法正确。 B、金属矿物(如铁矿石、铜矿石)是有限的自然资源，形成需要数百万年，属于不可再生资源，选项中说“可以再生”是错误的。 C、大多数金属(如铁、铝、铜)在自然界中以化合物形式存在，即金属矿物(如赤铁矿、铝土矿)。中国是矿产资源大国，多种矿物(如稀土、钨)储量丰富，该选项说法正确。 D、回收废旧电池中的金属可减少环境污染(如重金属污染)，并减少对新矿的开采，实现资源循环利用，该选项说法正确。 1. 金属的物理性质与用途 金属通性：金属共同具有金属光泽、延展性、导电性和导热性等物理性质。 特性与用途：金属的不同特性决定了其特定用途。 金属 关键特性 主要用途 铁 能被磁化，具有磁性 制作电磁装置 钨 熔点高 制作白炽灯灯丝 汞 常温下为液态 制作温度计 2. 合金的性质与用途 合金定义：由一种金属与其他金属或非金属熔合而成的、具有金属特性的物质。 合金优势：与纯金属相比，合金通常具有更优良的性能，如强度更高、硬度更大、耐腐蚀性更好。 常见合金及其应用： 合金名称 主要组成元素 主要特性 典型用途 镁铝合金 镁、铝 低密度、高强度 航天器、航空器 不锈钢 铁、铬、镍 抗腐蚀（耐腐蚀） 医疗器械、炊具 黄铜 铜、锌 坚硬、耐腐蚀 机器零件、日用品 生铁 铁、碳 (2%~4.3%) 硬度高、脆 机床底座、齿轮 钢 铁、碳 (0.03%~2%) 硬度与韧性俱佳 广泛应用（建筑、机械等） 3. 金属的冶炼 存在形式：绝大多数金属在自然界中以化合态存在，形成金属矿石（如氧化物、碳酸盐）。 工业炼铁（高炉炼铁） 原料：铁矿石、焦炭、石灰石。 原理：利用还原反应，用一氧化碳在高温下还原氧化铁。 核心化学方程式： Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ 产品： 生铁：含碳量2%~4.3%，质硬而脆。 钢：将生铁进一步冶炼，降低含碳量至0.03%~2%，并去除杂质，性能更优。 资源保护：金属资源有限且不可再生，应通过回收利用来节约资源、减少污染和能耗。 1.“金缕玉衣”所用金丝的最细处仅有0.08 mm，体现了我国古代工匠精湛的技艺。金能制成金丝是利用了其 A．密度大 B．熔点高 C．延展性好 D．导热性好 【答案】C 【解析】金属的延展性是指金属能够被拉成细丝或压成薄片的性质。金能制成金丝，是因为金具有良好的延展性，能够被拉成很细的丝，C选项正确；密度大、熔点高、导热性好与金能制成金丝这一用途无关，A、B、D选项错误。 2.白炽灯的原理为通电后钨丝在高温下发光，灯泡结构如下图所示，在生产时灯泡内可能会混入少量氧气。下列说法正确的是 A．选择钨丝作为灯丝的原因是钨的熔点低 B．钨丝、红磷、氮气都是由分子构成的物质 C．灯泡内填充氮气或氩气是主要因为二者化学性质活泼 D．灯泡中添加少量红磷的目的是消耗灯泡中可能残留的氧气 【答案】D 【解析】A．选择钨丝作为灯丝是因为钨的熔点高，在高温下不易熔化，A选项错误；B．钨丝是由原子构成的，红磷是由分子构成的，氮气是由分子构成的，B选项错误；C．灯泡内填充氮气或氩气是因为二者化学性质不活泼，可防止灯丝被氧化，C选项错误；D．红磷能与氧气反应，灯泡中添加少量红磷的目的是消耗灯泡中可能残留的氧气，防止钨丝被氧化，D选项正确。 3.对物质的鉴别是化学学习的重要部分，下列实验设计不能达到实验目的的是 选项 需区分的物质 实验方案 A 生铁和钢 分别用磁铁吸引 B 黄金和黄铜 分别加稀硫酸，观察现象 C 焊锡和锡 加热，比较熔点 D 铁粉和锌粉 观察颜色 【答案】A 【解析】A．生铁和钢都是铁的合金，都能被磁铁吸引，用磁铁吸引不能区分生铁和钢，A选项不能达到实验目的；B．黄金不与稀硫酸反应，黄铜中的锌能与稀硫酸反应产生氢气，分别加稀硫酸，观察现象可以区分黄金和黄铜，B选项能达到实验目的；C．焊锡是合金，合金的熔点一般比组成它的纯金属低，加热比较熔点可以区分焊锡和锡，C选项能达到实验目的；D．铁粉是黑色的，锌粉是银白色的，观察颜色可以区分铁粉和锌粉，D选项能达到实验目的。 4.赤铁矿和磁铁矿的主要成分分别是Fe2O3和Fe3O4。下列说法不正确的是 A．Fe3O4中铁元素的化合价为 B．Fe2O3和Fe3O4都属于氧化物 C．利用Fe2O3和Fe3O4都能制得铁 D．Fe₃O₄中铁元素的质量分数比Fe2O3的低 【答案】AD 【解析】A．Fe3O4可以看成是FeO·Fe2O3，其中铁元素的化合价有+2价和+3价，A选项说法错误；B．氧化物是由两种元素组成，其中一种是氧元素的化合物，Fe2O3和Fe3O4都由铁和氧两种元素组成，都属于氧化物，B选项说法正确；C．Fe2O3和Fe3O4中的铁元素都可以通过还原反应被还原成铁单质，利用它们都能制得铁，C选项说法正确；D．Fe2O3中铁元素的质量分数为(% = 70%)，Fe3O4中铁元素的质量分数为(% %)，Fe3O4中铁元素的质量分数比Fe2O3的高，D选项说法错误。 5.如图为实验室模拟工业炼铁的装置图，相关说法正确的是 A．实验时先点燃酒精喷灯，再通CO B．实验中可观察到黑色固体逐渐变红，澄清石灰水变浑浊 C．该装置缺少尾气处理，会产生污染 D．该实验体现了CO的氧化性 【答案】C 【解析】A．实验时应先通CO排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸，再点燃酒精喷灯，A选项错误；B．一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳，实验中可观察到红色固体逐渐变黑，澄清石灰水变浑浊，B选项错误；C．一氧化碳有毒，直接排放到空气中会污染空气，该装置缺少尾气处理，会产生污染，C选项正确；D．该实验中一氧化碳夺取了氧化铁中的氧，体现了CO的还原性，D选项错误。 6.“双碳”背景下，“以氢减碳”的氢冶金成为优化能源结构、实现绿色低碳的有效途径之一。下图是我国某工厂设计的高炉低碳冶炼关键技术与工艺。 富氧空气喷吹”有利于高炉炼铁的主要原因是___________________________。 【答案】一方面增大了O2的浓度，使焦炭等充分燃烧释放更多热量；另一方面高炉内固体与气体能有足够大的接触面积，反应更充分。 【解析】“富氧空气喷吹”时，氧气的浓度增大。从热量角度看，增大氧气浓度能使焦炭等燃料充分燃烧，从而释放更多的热量，为炼铁反应提供充足的能量；从反应接触面积角度看，更多的氧气能使高炉内固体（如铁矿石、焦炭等）与气体（氧气、一氧化碳等）有足够大的接触面积，使反应进行得更充分，提高炼铁的效率。 考点1 金属的物理性质与用途 1.下列有关物质的用途说法不正确的是 A．钨作灯丝 B．钛镍合金制卫星天线 C．不锈钢做水壶 D．银丝做导线 【答案】D 【解析】A、钨的熔点高，通常用钨丝作灯丝，故A正确； B、钛镍合金属于记忆合金，在温度变化时会改变自身形状，可用于制造天线，故B正确； C、不锈钢具有良好的导热性，可用于制造水壶，故C正确； D、银的导电性很好，但价格高，不用银做导线，故D错误； 故选D。 2．为了减少汽车油耗，科学家通过研发新型泡沫金属材料，来减轻汽车的自重。要实现减轻汽车自重的目的，泡沫金属材料应具有的性质是 A．熔点低 B．密度小 C．硬度大 D．着火点高 【答案】B 【解析】A、熔点低与耐高温性相关，与减轻汽车自重并无直接关联，故选项不符合题意。 B、密度小的泡沫金属材料，在相同体积下质量较小，能够实现减轻汽车自重的目的，故选项符合题意。 C、硬度大主要体现材料抵抗外力作用的能力，和减轻汽车自重关系不大，故选项不符合题意。 D、着火点高与防火性相关，与减轻汽车自重并无直接关联，故选项不符合题意。 故选B。 3．“金缕玉衣”所用金丝的最细处仅有0.08 mm，体现了我国古代工匠精湛的技艺。金能制成金丝是利用了其 A．密度大 B．熔点高 C．延展性好 D．导热性好 【答案】C 【解析】A、密度指单位体积的质量，制成金丝是形状变化，不依赖密度。因此，该选项不符合题意。 B、熔点高表示熔化需要高温，但制成金丝是通过机械拉伸，而非熔化铸造。因此，该选项不符合题意。 C、延展性是金属在受力时变形而不破裂的性质，包括被拉伸成细丝（延性）或锤打成薄片（展性）。题目中“制成金丝”直接对应此性质。因此，该选项符合题意。 D、导热性指传递热量的能力，金是良好热导体，但这与制成细丝的加工过程无关。因此，该选项不符合题意。 故选C。 4．下列说法正确的是 A．熔点最高的金属钨，可以用作保险丝 B．钢铁是使用最早的金属材料 C．多数合金的抗腐蚀性比组成它的纯金属更好 D．汽车的铝合金车体喷漆的主要目的就是美观 【答案】C 【解析】A、钨是熔点最高的金属。但保险丝的作用是在电流过大时熔断以保护电路，因此需要低熔点的材料。钨的高熔点使其不适合用作保险丝，因为它不易熔断，故该选项不符合题意。 B、人类最早广泛使用的金属材料是铜，因为铜的熔点较低，易于冶炼，铁的使用晚于铜，因此钢铁不是使用最早的金属材料，该选项不符合题意。 C、合金通常比纯金属具有更好的抗腐蚀性。例如，纯铁容易生锈，而不锈钢（铁铬镍合金）抗腐蚀性更强，因此，多数合金的抗腐蚀性比组成它的纯金属好，该选项符合题意。 D、汽车铝合金车体喷漆的目的不仅包括美观，更重要的是防止腐蚀。喷漆可以形成物理屏障，隔绝空气和水分。因此，防腐蚀是主要目的之一，美观是次要目的，该选项不符合题意。 故选C。 5．化学不仅能使我们的生活更加美好，化学也与国家安全紧密相关。“东风-5C液体洲际战略核导弹，打击范围覆盖全球，全时戒备，有效威慑，以武止戈，砥定乾坤”，这铿锵有力的声音告诉世界，中国军队有底气有能力捍卫国家安全和世界和平，而“福建舰”解缆启航，标志着我国航空母舰建设已迈向新的征程。 I.航母建造 (1)航母建造需使用纯铜、钢铁、钛合金等。 ①航母电缆用纯铜制作，主要利用铜的延展性和 性。 ②钢的硬度比纯铁 (填“大”或“小”)。 ③钛可由二氧化钛(TiO2)制得，TiO2中Ti的化合价为 。 II.能源供给 (2)航母动力由重油(含C8H18等多种成分)燃烧提供。C8H18分子中碳、氢原子个数比为 (填最简整数比)。 (3)通讯工具使用的锂电池，工作时能量转化的主要方式为 。 III.生命保障 (4)食物和淡水是重要的生活保障。 部分淡水可通过减小压强使水的沸点 (填“升高”或“降低”)，进而使水汽化、冷凝而获得。 (5)过氧化钠(Na2O2)可用作舰载机飞行员供氧面罩的供氧剂。Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2的化学方程式为 。 【答案】(1) 导电 大 +4 (2)4∶9 (3)化学能转化为电能 (4)降低 (5)2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 【解析】（1）①铜可以导电，航母电缆用纯铜制作，主要利用铜的延展性和导电性； ②合金的硬度比纯金属的硬度大，钢铁的硬度比纯铁大； ③钛可由二氧化钛(TiO2)制得，TiO2中氧元素的化合价为-2价，设钛元素的化合价为x，化合物中各元素的正负化合价代数和为零，则x+（-2）×2=0，解得x=+4，故Ti的化合价为+4价。 （2） C8H18分子中碳、氢原子个数比为8：18=4：9。 （3）通讯工具使用的锂电池，工作时能量转化的主要方式为化学能转化为电能。 （4）水的沸点随压强的减小而降低，所以部分淡水可通过减小压强使水的沸点降低，进而使水汽化、冷凝而获得。 （5）Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2，化学方程式为：2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2。 考点2 合金的性质与用途 6．材料与人类生活密切相关。下列物品所用金属材料及性质不正确的是 A．制作轮毂的合金强度大、硬度大 B．钛做人造骨因为钛与人体有很好的相容性 C．自行车架利用锰钢的韧性好，硬度大 D．用钛镍形状记忆合金制成人造卫星天线 【答案】B 【解析】A、制轮毂的合金通常需要高强度、高硬度，A选项正确； B、钛合金与人体相容性好，常用于人造骨，B选项错误； C、自行车架利用锰钢的韧性好，硬度大，C选项正确； D、钛镍形状记忆合金常用于可折叠卫星天线，D选项正确。 故选：B。 7．对物质的鉴别是化学学习的重要部分，下列实验设计不能达到实验目的的是 选项 需区分的物质 实验方案 A 生铁和钢 分别用磁铁吸引 B 黄金和黄铜 分别加稀硫酸，观察现象 C 焊锡和锡 加热，比较熔点 D 铁粉和锌粉 观察颜色 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【解析】A：生铁和钢都含有铁，都能被磁铁吸引，因此“用磁铁吸引”的方法不能鉴别生铁和钢，该实验设计不能达到目的。 B：黄金（主要成分为Au）与稀硫酸不反应。黄铜是铜（Cu）锌（Zn）合金，其中的锌（Zn）能与稀硫酸反应产生气泡，因此加入稀硫酸可以鉴别，该实验设计能达到目的。 C：焊锡是锡的合金，合金的熔点比其组成金属（锡）低。加热时，焊锡先熔化，锡后熔化。因此“加热比较熔点”可鉴别，该实验设计能达到目的。 D：铁粉呈现黑色、锌粉呈现灰色，仅通过“观察颜色”可以鉴别，该实验设计能达到目的。 故选A 8．下列有关合金的叙述中，正确的是 ①合金中的金属元素都以化合物形式存在    ②合金中至少含有两种纯金属 ③相较于钢，生铁是含碳较多的铁合金     ④合金中一定含有金属 ⑤合金的强度和硬度一般比组成它的纯金属更高，抗腐蚀性能地更好 ⑥合金一定是混合物 A．①③④ B．①②④ C．②⑤⑥ D．③④⑤⑥ 【答案】D 【分析】合金是指由一种金属与其它金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质。 【解析】①合金中的元素以单质形式存在，故说法错误；    ②由合金的概念可知，合金中至少含有一种金属，故说法错误； ③生铁与钢都是铁的合金，其中生铁的含碳量较高，故说法正确；     ④合金中一定含有金属，故说法正确； ⑤合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能等也更好，故说法正确； ⑥合金一定是混合物，故说法正确。 故选D。 9．2020年11月，“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底，深度10909米，刷新了中国载人深潜纪录。“奋斗者”号由钛合金载人舱、深海锂(Li)电池、机械手臂等部件构成。 (1)深海锂电池在使用时，锂原子因 (填“得到”或“失去”)电子形成 (填微粒符号)。 (2)载人舱钛合金能在航海环境工作，说明钛合金具有很好的 的特点。 (3)工业上常用镁来制备钛(Ti)，在高温条件下，镁与四氯化钛发生了置换反应，该反应的化学方程式为 。 【答案】(1) 失去 Li+ (2)抗腐蚀性能强 (3)2Mg+TiCl4Ti+2MgCl2 【解析】（1）锂原子最外层电子为1，故容易失去电子形成锂离子，符号为Li+； （2）钛合金载人舱能在航海环境工作，而海洋环境中盐度高，腐蚀性强，说明钛合金抗腐蚀性能强； （3）镁和四氯化钛高温下发生置换反应生成钛和氯化镁，方程式为：2Mg+TiCl4Ti+2MgCl2。 10．“嫦娥”揽月、“祝融”探火、“羲和”逐日、“北斗”指路、“天和”遨游星辰……中国从航天大国迈向航天强国。2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。神舟十八号飞船很多部件都用到了哈尔滨制造的铝合金，如轨道舱壳体结构、返回舱侧壁金属壳体等，这样可以有效的减轻飞船的重量。请回答下列问题： (1)铝合金属于 (填“混合物”或“纯净物”)。 (2)铝合金的优良性能有______(填字母)等。 A．密度小、硬度大 B．强度高、抗腐蚀性差 (3)铝除了用于制造合金，还可以和四氧化三铁在高温时通过置换反应制取铁，同时生成氧化铝。此反应的化学方程式为 ，反应前后铝元素化合价变化为 。 【答案】(1)混合物 (2)A (3) 0变成+3价 【解析】（1）铝合金是由铝和其它物质混合而成，根据混合物的定义，由两种或多种物质混合而成的物质是混合物，所以铝合金属于混合物。 （2）铝合金具有密度小、强度大、硬度大，且具有良好的抗腐蚀性。 A、密度小、硬度大符合铝合金的优良性能，A正确； B、选项中抗腐蚀性差不符合铝合金的性质，B不正确。 （3）铝和四氧化三铁在高温时发生置换反应制取铁同时生成氧化铝，化学方程式为： 反应前后铝由单质变为了化合物，单质中元素化合价为0，化合物中各元素化合价代数和为0，反应前铝元素为0价，反应后在氧化铝中铝元素为 + 3价。 考点3 金属的冶炼 11．实验室利用如图装置模拟工业炼铁，有关说法错误的是 A．澄清石灰水可检验生成的 B．将尾气点燃，可防止污染空气 C．“炼铁”的化学方程式为 D．实验得到的固体产物能被磁铁吸引 【答案】C 【解析】A、CO2能使澄清的石灰水变浑浊，该实验中澄清石灰水的作用是检验生成的CO2。此选项正确。 B、该实验的尾气中含有没有参加反应的CO，CO有毒，是空气污染物。将尾气点燃，将有毒的CO转化成无毒的CO2，可防止污染空气。此选项正确。 C、化学方程式没有配平，正确的化学方程式为：。此选项错误。 D、实验得到的固体产物是铁，能被磁铁吸引。此选项正确。 故选C。 12．下列物质的应用不正确的是 A．用不锈钢做手术刀 B．赤铁矿用于炼钢 C．青铜制轴承 D．黄金饰品 【答案】B 【解析】A.不锈钢具有良好的抗腐蚀性，能防止手术刀被腐蚀，所以用不锈钢做手术刀是正确的，故不符合题意； B.赤铁矿（主要成分为Fe2O3）通常先用于冶炼生铁，然后再把生铁转化为钢，直接说“用于炼钢”不恰当，故符合题意； C.青铜（铜锡合金）硬度大、耐磨，常用来制作轴承，故不符合题意； D.黄金具有金属光泽，化学性质稳定，可用于制作饰品，该应用正确，故不符合题意，故选B。 13．工业炼铁所用高炉的结构如图1所示，高炉中发生的反应过程如图2中的过程Ⅰ到过程Ⅲ所示。 (1)石灰石在高炉炼铁中主要作用是将矿石中的 转变为炉渣。 (2)过程Ⅱ发生的反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。 (3)如果用的铁矿石为磁铁矿，则过程Ⅲ中发生反应的化学方程式为 (4)过程Ⅳ通入O2主要是为了降低生铁中 元素的含量。 (5)炼铁时，炉内的热量是来自于① 能转化而来，该反应中焦炭具有② 性。 (6)进风口通入的是 。 【答案】(1)二氧化硅 (2)吸热 (3) (4)碳 (5) 化学 可燃 (6)热空气(或热N2、O2) 【解析】（1）铁矿石中的杂质二氧化硅会与石灰石反应转变为炉渣除去； （2）过程Ⅱ发生的反应是焦炭与二氧化碳在高温的条件下反应生成一氧化碳，该反应是吸热反应； （3）如果用的铁矿石为磁铁矿，磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，则过程Ⅲ中四氧化三铁与一氧化碳在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：； （4）生铁和钢的区分是含碳量不同，生铁中的含碳量更高，所以生铁转变为钢，是为了降低生铁中碳元素的含量； （5）炼铁时，炉内的热量是来自于焦炭燃烧放出的热量，即化学能转化为热能；该反应中焦炭燃烧，具有可燃性； （6）进风口通入的是热空气，焦炭燃烧需要氧气。 14．我国有着悠久的炼铁史，古今方法对比，差异之间，更能体现民族的传承与进步。 I：古代：《天工开物》中记载：“凡铁一炉载土(指铁矿石，下同)二千余斤，或用硬木柴，或用煤炭或用木炭，南北各从利便。扇炉风箱必用四人、六人带拽。土化成铁之后，从炉腰孔流出。”根据文本和图一内容回答下列问题： (1)常见的“土”有赤铁矿和 (答1种即可)。 (2)从燃烧的角度分析，“扇炉风箱”的作用是 。 II：近代：近代炼铁方法采用高炉炼铁，如图二所示： (3)写出C区发生反应的化学方程式 。 (4)B区发生的反应在能量变化上属于 反应(填“吸热”或“放热”)。 III：现代：“双碳”背景下“以氢减碳”的氢冶金成为优化能源结构、实现绿色低碳的有效途径之一，竖炉炼铁如图三： (5)炼铁时，常会把铁矿石粉碎，粉碎的目的是： ，提高反应速率，使反应充分进行。 (6)炼制生铁经过处理可制成锰钢，常用于坦克装甲、挖掘机铲斗，应用中主要体现锰钢的物理性质有___________(填字母)。 A．硬度大、熔点低 B．韧性好、硬度大 C．抗腐蚀性好 【答案】(1)磁铁矿、菱铁矿 (2)提供充足的氧气 (3) (4)吸热 (5)增大反应物间接触面积 (6)B 【解析】（1）常见的铁矿石除赤铁矿外，还有磁铁矿、菱铁矿等 。 （2） 燃烧需要氧气，“扇炉风箱” 能鼓入空气，提供充足的氧气，促进燃料充分燃烧，提高炉温。 （3） 一氧化碳具有还原性，在高温条件下能还原氧化铁，生成铁和二氧化碳，化学方程式为。 （4）B区发生的反应是焦炭还原二氧化碳，属于吸热反应； （5）炼铁时，将铁矿石等粉碎的目的是增大反应物间接触面积，加快反应速率，使反应更充分； （6）坦克装甲应用的材料主要是锰钢，则该金属材料应具有的物理性质是韧性好、硬度大，故选：B。 15．我国有着悠久的钢铁冶炼史，《天工开物》对钢铁冶炼过程有如下记载。 现代工业炼铁所用高炉的结构如图所示， 高炉中发生的过程如下图中的过程Ⅰ到过程Ⅲ所示。 据此回答下列问题： (1)“淘洗铁砂”说明铁砂(主要成分为) (填“能”或“难”)溶于水。 (2)“生熟炼铁”及“高炉炼铁”得到的产品铁属于 (填“纯净物”或“混合物”)。 (3)进风口鼓入 (填“热空气”或“常温空气”)，目的是避免炉内温度下降，减少能耗。 (4)如果铁矿石是赤铁矿，请写出高炉炼铁过程A区发生的反应方程式 。 (5)“锤锻成钢”或过程Ⅳ通入主要是为了降低生铁中 元素(填元素符号)的含量。 【答案】(1)难 (2)混合物 (3)热空气 (4) (5)C 【解析】（1）“淘洗铁砂”说明铁砂难溶于水，故填：难； （2）“生熟炼铁”及“高炉炼铁”得到的产品铁，主要成分是铁，还含有碳及其他杂质（如硅、锰、磷、硫等），属于混合物，故填：混合物； （3）进风口鼓入热空气，因为热空气可以提高炉内的温度，减少能源消耗，故填：热空气； （4）赤铁矿的主要成分是氧化铁，高炉炼铁过程A区中一氧化碳与氧化铁在高温条件下生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为，故填：； （5）“锤锻成钢”或过程Ⅳ通入主要是为了降低生铁中碳的含量，从而将生铁变成钢，故填：C。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 课题3 化学为人类提供丰富的材料 第1课时 人类如何利用和研制金属材料 一、知识目标 1. 通过观察常见金属制品和进行金属性质实验，描述金属的物理通性（如导电性、导热性、延展性等）及其与用途之间的关系，建立“性质决定用途”的材料认知观念。 1. 对比纯金属与合金的组成、性能及实际应用案例，说出合金相较于纯金属的优越性能，理解合金在提升材料性能和扩展应用范围方面的作用，增强材料设计与改良意识。 1. 分析工业炼铁的工艺流程和化学反应原理，写出高炉炼铁的主要化学方程式，理解金属冶炼的基本方法及其在资源利用中的意义，形成金属资源有限、应注重回收与节约的资源观和环保意识。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识金属的物理性质、合金的特性及金属的冶炼过程；从微观角度理解金属导电、导热等性质的本质原因。 1. 证据推理与模型认知：通过实验探究和数据分析，推理出金属的性质与用途的关系、合金性能优越的原因；建立金属冶炼的化学模型，理解金属冶炼的原理。 1. 科学探究与创新意识：通过设计和完成金属性质实验、合金性能对比实验等，培养科学探究能力和创新思维，体会化学实验在研究物质性质和变化中的重要作用。 1. 科学态度与社会责任：了解我国金属资源的现状和钢铁工业的发展成就，增强民族自豪感；认识到金属资源的有限性和保护金属资源的重要性，培养节约资源、保护环境的社会责任感。 一、学习重点 1. 金属的物理通性及其与用途的关系。 1. 合金的性质与用途。 1. 高炉炼铁的原理和化学方程式。 二、学习难点 1. 理解物质的性质不是决定其用途的唯一因素。 1. 掌握合金性能优越的原因。 1. 处理炼铁过程中涉及杂质的计算问题。 一、金属的物理性质与用途 1.金属是生活中最常见的材料，它们具有特殊的__________，从而有别于木材、石材、玻璃等其他材料。 2.取数片铜片、铁片和铝片，用砂纸打磨后，可以观察到它们具有__________。尝试弯曲它们，可以发现它们具有__________。利用实验还可以探究它们的__________和__________。 3.金属光泽、延展性、导电性和导热性，是金属所共有并区别于非金属的物理性质，称为__________。 4.金属除了通性外，还具有各自不同的特性，例如__________、__________、__________、__________等。 5.性质的差异决定了金属的不同用途。例如，铁受到磁场作用能产生__________性，被用于制作各种电磁装置；__________的熔点高，被用于制作白炽灯中的灯丝。 二、合金 1.纯金属受到资源和性质的限制，不能满足社会各方面的需要。在日常生活中，人们更多使用的是__________。 2.合金是指由一种__________与其他__________或__________熔合而成的具有__________的物质。金属及其合金统称__________。 3.合金的种类很多。__________（铜锡合金）、__________（铜锌合金）都属于铜合金；__________和__________都是铁合金。 4.合金与纯金属相比，往往具有许多特殊的优良__________。 5.例如，镁和铝都是密度较小的金属，但硬度不高，将它们进行熔合可以得到低__________、高__________的镁铝合金。又如，铁暴露在潮湿空气中易生锈，掺入金属铬和镍后制成的合金具有很强的耐腐蚀性，称为__________。 三、金属的冶炼 1.绝大部分金属元素在自然界中以__________态存在，通常是以金属__________、__________盐等形式，这些化合物称为__________。 2.目前，大部分金属是由金属矿石经__________变化转化得到的，这个过程称为金属的__________。 3.工业炼铁的主要设备称为__________。将铁矿石、焦炭和石灰石按一定的比例加入高炉。 4.在高温下，__________使铁矿石中的__________转化为单质__________，这个过程称为__________。主要反应的化学方程式为：__________ 5.用这种方法得到的铁中含有 2% ~ 4.3% 碳，质地硬而脆，称为__________。把生铁放在炼钢炉中，用氧气进一步冶炼，可以将含碳量降低至 0.03% ~ 2%，得到的是兼具硬度与韧性的__________。 四、保护金属资源 1.在地壳中，金属矿石资源是有限且不可再生的。因此，保护金属资源刻不容缓。 2.废弃金属物品可以__________熔化再生，这不仅可以节约__________资源、减少开采__________引起的环境污染、降低金属__________消耗的能源，还能降低金属的__________。 一、金属的物理性质与用途 活动一：金属物理性质的实验探究 问题思考：结合常见金属制品（如铜导线、铁锅、铝箔等），说说金属在生活中有哪些常见用途，这些用途分别应用了金属的哪些性质？ 问题思考：通过实验探究，金属具有哪些物理通性？ 归纳总结：请总结金属物理性质实验探究的过程和结论。 实验探究1：用砂纸打磨铜片、铁片和铝片，用滤纸擦拭后观察。金属具有金属光泽。 实验探究2：尝试弯曲、折断铜片、铁片和铝片。金属能被弯曲，不易折断。 实验探究3：比较铜、铁、铝三种金属的导热能力。不同金属导热情况有差异，铜>铝>铁。 实验探究4：利用电池、小灯泡、导线测试铜、铁的导电能力。灯泡发光。 实验探究5：用磁铁分别吸引铜、铁、铝。铁被吸引。 活动二：金属的特性 问题思考：根据表格数据和生活经验，分析为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铝制？ 问题思考：银的导电性比铜的好，为什么电线一般用铜制而不用银制？ 问题思考：为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话，可能会出现什么情况？ 问题思考：为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金会怎样？ 归纳总结：物质的用途是由多种因素决定的，除了性质外，还需要考虑哪些因素？ 活动三：金属的用途 问题思考：请根据表中五种金属的性质，选择一种适用于下列用途的金属，并说明理由。 ① 制造汽水罐 ② 制造窨井盖 ③ 制造远距架空电缆 活动四：典例精讲 问题思考 典例1：下列物质用途错误的是（ ） A. 焊锡做钢轨 B. 钛合金做人造骨 C. 用钨做灯丝 D. 不锈钢可做医疗器械 典例2：下表为某种金属的一些性质，据此分析，该金属不适宜做（ ） 熔点 密度 强度 导电性 导热性 抗腐蚀性 与钢相似 良好 良好 优异 A. 保险丝 B. 手术刀 C. 航天材料 D. 船舶外壳材料 二、合金的性质与用途 活动一：合金 问题思考：什么是合金？请举例说明常见的合金。 问题思考：思考合金与纯金属的区别，以及合金的形成过程。 活动二：合金的特性 问题思考：通过实验探究，合金与纯金属相比，具有哪些特性？ 问题思考：目前已经制得的纯金属只有90多种，但由这些金属制得的各种合金却已达几千种，这说明了什么？ 活动三：常见的合金 问题思考：介绍“奋斗者”号潜水器的载人舱球壳采用了我国自主研发的Ti62A钛合金新材料，其抗压能力卓越，这体现了合金在哪些领域有重要应用？ 问题思考：请举例说明其他常见合金的用途，并说明这些用途与合金特性的关系。 活动四：典例精讲 典例1：25年8月《镜鉴千年：宋金铜镜展》在黑龙江省博物馆开幕，展现了很多镇馆之宝——精美的铜镜。《天工开物》中记载了铜镜（如图）的制作过程：“凡铸镜，模用灰沙，铜用锡和……开面成光，则水银附体而成，非铜有光明如许也。” （1）“模用灰沙”，说明“灰沙”的熔点比制作铜镜的材料_______(填“高”或“低”)。 （2）“铜用锡和”是指在铜中加入锡，制成青铜。青铜属于_____________(填“纯净物”或“混合物”)，与用纯铜相比，青铜制得的铜镜的优点是____________________________________(写一条)。 典例2：下列说法正确的是（ ） A. 熔点最高的金属钨，可以用作保险丝 B. 钢铁是使用最早的金属材料 C. 多数合金的抗腐蚀性比组成它的纯金属更好 D. 汽车的铝合金车体喷漆的主要目的就是美观 三、金属的冶炼 活动一：金属矿石 问题思考：绝大部分金属元素在自然界中以化合态存在，常见的金属矿石有哪些？ 问题思考：我国的金属矿产资源情况如何？ 活动二：金属的冶炼 问题思考：人类是如何从矿石中获得金属的？铁器的大量使用为何能极大地推动社会进步？ 问题思考：为什么人类早期使用铜器，后来才逐渐广泛使用铁器呢？这与金属的什么性质有关？ 活动三：高炉炼铁 问题思考：高炉炼铁的原料有哪些？它们分别从哪里加入高炉？ 问题思考：写出高炉炼铁的核心反应的化学方程式。 问题思考：从高炉中冶炼出来的就是我们在生活中使用的钢吗？生铁和钢有什么本质区别？ 活动四：金属资源的保护 问题思考：生产1吨再生铝相比原铝，在能源消耗和碳排放方面有什么显著差异？ 问题思考：为什么要重视金属的回收利用？ 问题思考：为什么说回收废旧电池具有双重意义？ 活动五：典例精讲 典例1：钢铁是使用最多的金属材料。某化学小组利用如图装置模拟工业炼铁的实验。 （1）写出玻璃长管中发生反应的化学方程式_______________________________。 （2）检验CO还原Fe2O3反应的气体生成的实验现象是__________________________，该反应的化学方程式为_________________________________。 （3）a处尾气被点燃作用是______________________，写出反应的化学方程式___________________。 典例2：下列有关金属资源的利用和保护的说法不正确的是 A．徐光宪院士和他的团队研发了稀土分离技术，稀土元素是储量较少的一类金属元素的统称 B．金属矿物的储量有限，可以再生 C．大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在，我国矿物储量也很丰富 D．从废旧锂离子电池中回收锂、钴、镍等，对保护环境和实现金属资源循环利用有重要意义 1. 金属的物理性质与用途 金属通性：金属共同具有__________、__________、__________和__________等物理性质。 特性与用途：金属的不同__________决定了其特定__________。 金属 关键特性 主要用途 铁 能被磁化，具有__________性 制作电磁装置 钨 __________高 制作白炽灯灯丝 汞 常温下为__________态 制作温度计 2. 合金的性质与用途 合金定义：由一种__________与其他__________或__________熔合而成的、具有__________的物质。 合金优势：与纯金属相比，合金通常具有更优良的性能，如强度更__________、硬度更__________、耐腐蚀性更__________。 常见合金及其应用： 合金名称 主要组成元素 主要特性 典型用途 镁铝合金 __________、__________ 低密度、高强度 航天器、航空器 不锈钢 __________、铬、镍 抗腐蚀（耐腐蚀） 医疗器械、炊具 黄铜 __________、锌 坚硬、耐腐蚀 机器零件、日用品 __________ 铁、碳 (2%~4.3%) 硬度高、脆 机床底座、齿轮 __________ 铁、碳 (0.03%~2%) 硬度与韧性俱佳 广泛应用（建筑、机械等） 3. 金属的冶炼 存在形式：绝大多数金属在自然界中以__________态存在，形成__________（如氧化物、碳酸盐）。 工业炼铁（高炉炼铁） 原料：铁矿石、焦炭、石灰石。 原理：利用__________反应，用__________在高温下还原氧化铁。 核心化学方程式：____________________ 产品： 生铁：含碳量__________，质硬而脆。 钢：将生铁进一步冶炼，降低含碳量至__________，并去除杂质，性能更优。 资源保护：金属资源__________且__________，应通过__________来节约资源、减少污染和能耗。 1.“金缕玉衣”所用金丝的最细处仅有0.08 mm，体现了我国古代工匠精湛的技艺。金能制成金丝是利用了其 A．密度大 B．熔点高 C．延展性好 D．导热性好 2.白炽灯的原理为通电后钨丝在高温下发光，灯泡结构如下图所示，在生产时灯泡内可能会混入少量氧气。下列说法正确的是 A．选择钨丝作为灯丝的原因是钨的熔点低 B．钨丝、红磷、氮气都是由分子构成的物质 C．灯泡内填充氮气或氩气是主要因为二者化学性质活泼 D．灯泡中添加少量红磷的目的是消耗灯泡中可能残留的氧气 3.对物质的鉴别是化学学习的重要部分，下列实验设计不能达到实验目的的是 选项 需区分的物质 实验方案 A 生铁和钢 分别用磁铁吸引 B 黄金和黄铜 分别加稀硫酸，观察现象 C 焊锡和锡 加热，比较熔点 D 铁粉和锌粉 观察颜色 4.赤铁矿和磁铁矿的主要成分分别是Fe2O3和Fe3O4。下列说法不正确的是 A．Fe3O4中铁元素的化合价为 B．Fe2O3和Fe3O4都属于氧化物 C．利用Fe2O3和Fe3O4都能制得铁 D．Fe₃O₄中铁元素的质量分数比Fe2O3的低 5.如图为实验室模拟工业炼铁的装置图，相关说法正确的是 A．实验时先点燃酒精喷灯，再通CO B．实验中可观察到黑色固体逐渐变红，澄清石灰水变浑浊 C．该装置缺少尾气处理，会产生污染 D．该实验体现了CO的氧化性 6.“双碳”背景下，“以氢减碳”的氢冶金成为优化能源结构、实现绿色低碳的有效途径之一。下图是我国某工厂设计的高炉低碳冶炼关键技术与工艺。 富氧空气喷吹”有利于高炉炼铁的主要原因是___________________________。 考点1 金属的物理性质与用途 1.下列有关物质的用途说法不正确的是 A．钨作灯丝 B．钛镍合金制卫星天线 C．不锈钢做水壶 D．银丝做导线 2．为了减少汽车油耗，科学家通过研发新型泡沫金属材料，来减轻汽车的自重。要实现减轻汽车自重的目的，泡沫金属材料应具有的性质是 A．熔点低 B．密度小 C．硬度大 D．着火点高 3．“金缕玉衣”所用金丝的最细处仅有0.08 mm，体现了我国古代工匠精湛的技艺。金能制成金丝是利用了其 A．密度大 B．熔点高 C．延展性好 D．导热性好 4．下列说法正确的是 A．熔点最高的金属钨，可以用作保险丝 B．钢铁是使用最早的金属材料 C．多数合金的抗腐蚀性比组成它的纯金属更好 D．汽车的铝合金车体喷漆的主要目的就是美观 5．化学不仅能使我们的生活更加美好，化学也与国家安全紧密相关。“东风-5C液体洲际战略核导弹，打击范围覆盖全球，全时戒备，有效威慑，以武止戈，砥定乾坤”，这铿锵有力的声音告诉世界，中国军队有底气有能力捍卫国家安全和世界和平，而“福建舰”解缆启航，标志着我国航空母舰建设已迈向新的征程。 I.航母建造 （1）航母建造需使用纯铜、钢铁、钛合金等。 ①航母电缆用纯铜制作，主要利用铜的延展性和 性。 ②钢的硬度比纯铁 (填“大”或“小”)。 ③钛可由二氧化钛(TiO2)制得，TiO2中Ti的化合价为 。 II.能源供给 （2）航母动力由重油(含C8H18等多种成分)燃烧提供。C8H18分子中碳、氢原子个数比为 (填最简整数比)。 （3）通讯工具使用的锂电池，工作时能量转化的主要方式为 。 III.生命保障 （4）食物和淡水是重要的生活保障。 部分淡水可通过减小压强使水的沸点 (填“升高”或“降低”)，进而使水汽化、冷凝而获得。 （5）过氧化钠(Na2O2)可用作舰载机飞行员供氧面罩的供氧剂。Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2的化学方程式为 。 考点2 合金的性质与用途 6．材料与人类生活密切相关。下列物品所用金属材料及性质不正确的是 A．制作轮毂的合金强度大、硬度大 B．钛做人造骨因为钛与人体有很好的相容性 C．自行车架利用锰钢的韧性好，硬度大 D．用钛镍形状记忆合金制成人造卫星天线 7．对物质的鉴别是化学学习的重要部分，下列实验设计不能达到实验目的的是 选项 需区分的物质 实验方案 A 生铁和钢 分别用磁铁吸引 B 黄金和黄铜 分别加稀硫酸，观察现象 C 焊锡和锡 加热，比较熔点 D 铁粉和锌粉 观察颜色 A．A B．B C．C D．D 8．下列有关合金的叙述中，正确的是 ①合金中的金属元素都以化合物形式存在    ②合金中至少含有两种纯金属 ③相较于钢，生铁是含碳较多的铁合金     ④合金中一定含有金属 ⑤合金的强度和硬度一般比组成它的纯金属更高，抗腐蚀性能地更好 ⑥合金一定是混合物 A．①③④ B．①②④ C．②⑤⑥ D．③④⑤⑥ 9．2020年11月，“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底，深度10909米，刷新了中国载人深潜纪录。“奋斗者”号由钛合金载人舱、深海锂(Li)电池、机械手臂等部件构成。 （1）深海锂电池在使用时，锂原子因 (填“得到”或“失去”)电子形成 (填微粒符号)。 （2）载人舱钛合金能在航海环境工作，说明钛合金具有很好的 的特点。 （3）工业上常用镁来制备钛(Ti)，在高温条件下，镁与四氯化钛发生了置换反应，该反应的化学方程式为 。 10．“嫦娥”揽月、“祝融”探火、“羲和”逐日、“北斗”指路、“天和”遨游星辰……中国从航天大国迈向航天强国。2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。神舟十八号飞船很多部件都用到了哈尔滨制造的铝合金，如轨道舱壳体结构、返回舱侧壁金属壳体等，这样可以有效的减轻飞船的重量。请回答下列问题： （1）铝合金属于 (填“混合物”或“纯净物”)。 （2）铝合金的优良性能有______(填字母)等。 A．密度小、硬度大 B．强度高、抗腐蚀性差 （3）铝除了用于制造合金，还可以和四氧化三铁在高温时通过置换反应制取铁，同时生成氧化铝。此反应的化学方程式为 ，反应前后铝元素化合价变化为 。 考点3 金属的冶炼 11．实验室利用如图装置模拟工业炼铁，有关说法错误的是 A．澄清石灰水可检验生成的 B．将尾气点燃，可防止污染空气 C．“炼铁”的化学方程式为 D．实验得到的固体产物能被磁铁吸引 12．下列物质的应用不正确的是 A．用不锈钢做手术刀 B．赤铁矿用于炼钢 C．青铜制轴承 D．黄金饰品 13．工业炼铁所用高炉的结构如图1所示，高炉中发生的反应过程如图2中的过程Ⅰ到过程Ⅲ所示。 （1）石灰石在高炉炼铁中主要作用是将矿石中的 转变为炉渣。 （2）过程Ⅱ发生的反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。 （3）如果用的铁矿石为磁铁矿，则过程Ⅲ中发生反应的化学方程式为 （4）过程Ⅳ通入O2主要是为了降低生铁中 元素的含量。 （5）炼铁时，炉内的热量是来自于① 能转化而来，该反应中焦炭具有② 性。 （6）进风口通入的是 。 14．我国有着悠久的炼铁史，古今方法对比，差异之间，更能体现民族的传承与进步。 I：古代：《天工开物》中记载：“凡铁一炉载土(指铁矿石，下同)二千余斤，或用硬木柴，或用煤炭或用木炭，南北各从利便。扇炉风箱必用四人、六人带拽。土化成铁之后，从炉腰孔流出。”根据文本和图一内容回答下列问题： （1）常见的“土”有赤铁矿和 (答1种即可)。 （2）从燃烧的角度分析，“扇炉风箱”的作用是 。 II：近代：近代炼铁方法采用高炉炼铁，如图二所示： （3）写出C区发生反应的化学方程式 。 （4）B区发生的反应在能量变化上属于 反应(填“吸热”或“放热”)。 III：现代：“双碳”背景下“以氢减碳”的氢冶金成为优化能源结构、实现绿色低碳的有效途径之一，竖炉炼铁如图三： （5）炼铁时，常会把铁矿石粉碎，粉碎的目的是： ，提高反应速率，使反应充分进行。 （6）炼制生铁经过处理可制成锰钢，常用于坦克装甲、挖掘机铲斗，应用中主要体现锰钢的物理性质有___________(填字母)。 A．硬度大、熔点低 B．韧性好、硬度大 C．抗腐蚀性好 15．我国有着悠久的钢铁冶炼史，《天工开物》对钢铁冶炼过程有如下记载。 现代工业炼铁所用高炉的结构如图所示， 高炉中发生的过程如下图中的过程Ⅰ到过程Ⅲ所示。 据此回答下列问题： （1）“淘洗铁砂”说明铁砂(主要成分为) (填“能”或“难”)溶于水。 （2）“生熟炼铁”及“高炉炼铁”得到的产品铁属于 (填“纯净物”或“混合物”)。 （3）进风口鼓入 (填“热空气”或“常温空气”)，目的是避免炉内温度下降，减少能耗。 （4）如果铁矿石是赤铁矿，请写出高炉炼铁过程A区发生的反应方程式 。 （5）“锤锻成钢”或过程Ⅳ通入主要是为了降低生铁中 元素(填元素符号)的含量。 / 学科网（北京）股份有限公司 $