专题9 金属与人类文明（知识清单）化学苏教版必修第二册

专题9 金属与人类文明 第一单元 金属的冶炼方法 一、金属矿物的开发利用 1．金属元素在自然界中存在的形态 (1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以 的形式存在。 (2)绝大多数金属元素以 的形式存在于自然界。 (3)在地壳中，含量最高的金属元素是 ，其次是 。 2．金属冶炼原理与实质 (1)原理：将金属从化合物中 出来。 (2)实质：化合物中金属 电子被 生成 。 3.金属冶炼方法 (1)加热分解法(写出化学方程式) ①制Hg： 。 ②制Ag： 。 (2)电解法(写出化学方程式) ①制Mg： 。 ②制Al： 。 ③制Na： 。 (3)热还原法：高温加热条件下用还原剂把金属还原出来 ①常用还原剂有 、 、 、 等。 ②高炉炼铁：CO还原Fe2O3的化学方程式为 。 ③铝热反应：Al还原Fe2O3的化学方程式为 。 4．合理开发和利用金属资源的主要途径 (1) ； (2)开发环保高效的金属冶炼方法； (3) ； (4) ； (5)使用其他材料代替金属材料。 【归纳总结】 1．金属的冶炼 (1)原理：Mn＋＋ne－===M (2)金属冶炼方法与金属活动性的关系 金属活动性顺序 K、Ca、Na、 Mg、Al Zn、Fe、Sn、 Pb、(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au 金属原子 失电子能力 强―→弱 金属离子 得电子能力 弱―→强 主要冶 炼方法 法 法 法 法 【易错提示】 工业上冶炼镁是电解 而不是MgO的原因是MgO的熔点比MgCl2的 ，冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是 化合物，熔融状态下 导电。 2．铝热反应 (1)概念：铝与某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高温条件下发生的 反应称为铝热反应。 (2)反应原理(以铝和氧化铁反应为例)： ，实验如图。 (3)铝热剂： 和某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)的混合物。 (4)反应特点：在高温下进行，反应迅速并放出 ，新生成的 呈熔融态且易与Al2O3(固态)分离。 (5)应用：在冶金工业上常用这一原理制取 的金属，如Fe、Cr、Mn等；也可用于焊接钢轨等。 第二单元 探究铁及其化合物的转化 一、铁的单质 1．铁的存在与冶炼 (1)铁元素在自然界中主要是以 价和 价 的形态存在于矿石中，游离态的单质铁只存在于陨铁中。铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第 位。 (2)炼铁高炉中的反应原理： 。 2．铁的物理性质 物质 状态 密度 熔点 沸点 金属共性 特性 银白色，有 金属光泽 固体 7.86 g/cm3 1 535 ℃ 2 750 ℃ 导热、导电、延展性好 能被磁体 吸引 3．铁的化学性质 铁与氧化性较弱的氧化剂(如盐酸、硫酸铜等)反应，铁原子失去 个电子生成＋2价铁的化合物；而铁与氧化性较强的氧化剂(如氯气等)反应，铁原子则失去 个电子生成＋3价铁的化合物。 (1)在一定条件下，铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应 化学性质 化学方程式举例 ①Fe与非金属单质反应 ②Fe与非氧化性酸反应 ③Fe与盐溶液反应 (2)铁与水蒸气的反应 实验装置 装置1 装置2 操作及现象 用小试管收集一试管气体，点燃，听到轻微“噗”声，产生淡蓝色火焰，证明生成了H2 用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声，证明生成了 实验 结论 铁能与水蒸气反应，并有H2生成，反应的化学方程式为 实验 说明 ①湿棉花的作用是在受热时提供反应所需的 ； ②加热铁粉酒精灯的火焰用防风罩套住，可以使加热效果更好； ③肥皂液在该实验中可以起到“收集” 的作用 【易错提示】 (1)Fe与冷水、热水不反应，Fe与H2O(g)高温下反应的产物是 ，而不是Fe2O3。 (2)铁在潮湿的空气中生成铁锈的主要成分是 ，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。 (3)铁分别与氯气和盐酸反应所得产物中铁元素的价态不同，Fe与Cl2反应不论用量多少都生成 ，而Fe与盐酸反应生成 。 二、铁的氧化物和铁的氢氧化物 1．铁的氧化物 化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 — 氧化铁 色、态 粉末 粉末 晶体(有磁性) 溶解性 难溶于水 难溶于水 难溶于水 铁的化合价 稳定性 不稳定 稳定 稳定 与H＋反应的离子方程式 特殊转化 FeO在空气中受热，迅速被氧化为Fe3O4： 2.铁的氢氧化物 化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 色、态 固体 固体 与H＋反应的离子方程式 受热分解 — 制法 可溶性亚铁盐与强碱溶液反应： (离子方程式) 可溶性铁盐与强碱溶液 反应： (离子方程式) 二者的关系 在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色絮状沉淀迅速变成 色，最后变成 色，反应的化学方程式为 【易错提示】 (1)Fe3O4 碱性氧化物，FeO、Fe2O3属于碱性氧化物。 (2)Fe3O4的组成可用FeO·Fe2O3表示，但不表示Fe3O4是由FeO和Fe2O3组成的混合物，Fe3O4有固定的组成，是一种 。 【归纳总结】 氢氧化亚铁制取实验的四个关键点 (1)Fe2＋极易被空气中 氧化，所以FeSO4溶液要 。 (2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液所用的蒸馏水和制备Fe(OH)2所用的NaOH溶液都要 ，尽可能除去 。 (3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。 (4)为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的 或其他密度小于水而不溶于水的 (如苯)，以 。 三、铁盐、亚铁盐的性质与检验 常见的铁盐有 、 等，常见的亚铁盐有 、 等。 1．与KSCN溶液的反应——Fe3＋的检验 Fe2＋ Fe3＋ 溶液的颜色 色 色 滴加KSCN溶液 无明显现象 红色 反应原理 不反应 应用 在含有Fe3＋的盐溶液中滴加 ，检验Fe3＋的存在 2.实验探究Fe2＋、Fe3＋的性质 (1)从化合价角度预测Fe2＋和Fe3＋的性质 ①Fe3＋——能降低到 价或 价，具有 。 ② (2)实验探究 ①实验操作： ②实验现象：溶液显 色，试管中有黑色固体，再滴加KSCN溶液，溶液 ，向上层溶液中滴加新制氯水，溶液变 。 ③离子方程式： 、 、 。 ④实验结论：a.Fe3＋具有 ，能被还原剂(如Fe)还原为 ；b.Fe2＋具有 ，能被氧化剂(如氯气、过氧化氢等)氧化为 。 3．Fe2＋、Fe3＋的检验及性质总结 (1)Fe2＋、Fe3＋的检验 (2)亚铁盐和铁盐的性质 4．混合溶液中Fe2＋、Fe3＋的检验 (1)Fe2＋和Fe3＋的混合溶液中检验Fe2＋的方法 ①通常向溶液中滴加适量 溶液，溶液 褪去，说明含有 (注意：Cl－等还原性的离子对Fe2＋的检验有干扰)。 ②向溶液中加入 溶液，产生 ，说明含有Fe2＋。 (2)Fe2＋和Fe3＋的混合溶液中检验Fe3＋，可用 试剂，现象为溶液 。 四、Fe、Fe2＋、Fe3＋的转化关系及应用 1．Fe、Fe2＋、Fe3＋的转化关系 铁元素不同价态之间的转化需要通过氧化还原反应来实现，氧化剂、还原剂的强弱不同，转化产物也不同。 价态变化 转化关系 反应方程式 0→＋2 0→＋3 Fe→Fe2＋ Fe→Fe3＋ Fe＋2H＋=== 2Fe＋3Cl2 ＋2→＋3 ＋2→0 Fe2＋→Fe3＋ Fe(OH)2→ Fe(OH)3 FeO→Fe 2Fe2＋＋Cl2=== FeO＋CO ＋3→0 ＋3→＋2 Fe2O3→Fe Fe3＋→Fe2＋ 2Fe3＋＋Fe=== 2．补铁剂使用的注意事项 (1)补铁剂的有效成分是 (如FeSO4)，Fe2＋易被氧化为 而失去补铁作用，因此需密封、隔绝O2存放。服用补铁剂时搭配 可以增强补铁效果，这是因为维生素C可将Fe3＋还原为Fe2＋。 (2)服用补铁剂时不能和茶水同饮，因为茶水中含大量的 ，鞣酸与Fe2＋反应生成鞣酸亚铁，它的性质不稳定，很快被氧化成鞣酸铁而呈 。 第三单元 金属材料的性能及应用 一、合金及性质 1．合金的含义 合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属) 而成的，具有 的混合物。 2．合金的特性 (1)一般情况下，合金比各成分金属的硬度 。 (2)多数合金的熔点一般比各成分金属的 。 (3)一般来说，合金的性能并不是各成分金属性能的总和，合金的物理、化学及机械性能 各成分金属。 (4)合金的性能可以通过所添加的合金元素的 、 和生成合金的 等来加以调节。 例如：生铁的熔点比纯铁的 ；硬铝(Al、Cu、Mg、Mn、Si)的强度和硬度都比纯铝的 。 【归纳总结】 1．合金的性质 合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。 (1)硬度：合金的硬度一般 各成分金属。 (2)熔点：合金的熔点多数 各成分金属。 2．纯金属和合金的结构比较 合金的形成改变了金属的 ，使合金的性能和纯金属有很大的差异。 3．合金的“四大”关注点 (1)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。 (2)合金中各成分的含量影响合金的 。 (3)合金不同于一般混合物，它 固定的熔点，原因是合金有固定的组成。 (4)合金的种类远远多于纯金属的种类。 二、常见合金 1．生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金，由于 不同，钢(含碳量为0.03%～2%)和生铁(含碳量为2%～4.3%)在性能上有很大差异。钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分，可分为两大类： 和 。根据含碳量不同，碳素钢又可分为 、 和 。生铁和钢的主要组成元素、特性和用途如表所示： 铁合金 主要成分 主要特征 主要用途 生铁 Fe、C(含碳量为2%～4.3%)及Si、Mn、S、P 硬而脆，强度高，可铸不可锻 炼钢，制各种铸件 钢 碳 素 钢 钢 Fe、C(含碳量低于0.3%) 韧性、焊接性好，但强度低 制钢板、钢丝和钢管等 钢 Fe、C(含碳量为0.3%～0.6%) 强度高，韧性及加工性好 制钢轨、车轮和建材等 钢 Fe、C(含碳量高于0.6%) 硬而脆，热处理后弹性好 制器械、弹簧和刀具等 合 金 钢 锰钢 Fe、Mn 韧性好，强 度高 制钢轨、轴承、坦克装甲等 硅钢 Fe、Si 导磁性好 制变压器、发电机的铁芯等 不锈钢 Fe、Cr、Ni 抗腐蚀性好 制医疗器械、炊具、反应釜和容器等 2.钢是用量最大、用途最广的合金，含碳量越低，钢的韧性 ；含碳量越高，钢的硬度 。合金钢包括不锈钢及各种特种钢等。 3．铝合金 主要组成元素 主要特性 主要用途 铝 合 金 硬 铝 Al、Mg、Cu、Si、Mn等(Mg 0.5%、Cu 4%、Si 0.7%、Mn 0.5%) 密度小，强度和硬度都比纯铝的大，具有较强的抗腐蚀能力 用于汽车、飞机、火箭、船舶等制造业 镁铝 合金 Mg、Al 强度和硬度都比纯铝和纯镁的大 用于火箭、飞机、轮船等制造业 4.新型合金 (1) 合金 ①储氢方法储存液态氢 ②含义：一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。 ③要求：具有实用价值的储氢合金要求储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快。 ④实例： 、 。 (2)其他几种新型合金 合金名称 主要性质 主要用途 合金 熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、抗腐蚀性能好等 广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等 合金 高温下具有高的抗氧化性、抗蠕变性与持久强度 主要应用于航空、舰艇、火箭等领域 合金 在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前的原始形状 在航空航天领域、临床医疗领域等有着广泛的应用，如宇宙飞船的天线、人造骨骼、心脏修补器、手术缝合线等 【易错提示】 (1)合金中的“最”：使用最早的合金是 ；用量最大、用途最广的合金是 。 (2)NaAlO2为偏铝酸钠，其中铝的化合价为 价，NaAlO2在溶液中的存在形式是 (四羟基合铝酸钠)。 (3)既能与NaOH溶液反应又能与盐酸反应的物质主要有： 、 及多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3)。 (4)1 mol铝不论与盐酸还是NaOH溶液完全反应，均转移 电子，同时生成 H2。 易错点01：误认为所有金属都可以通过电解法在工业上大规模冶炼 金属的冶炼方法取决于其金属活动性顺序。①电解法：适用于极活泼金属，因为它们对氧的亲和力极强，一般还原剂难以将其还原。②热还原法：适用于中等活泼性金属，常用C、CO、H2或Al（铝热法）作还原剂。③热分解法或物理方法：适用于不活泼金属。 易错点02：混淆高炉炼铁中的主要反应物“还原剂”和最终主要产物 ①主要还原剂：高炉炼铁过程中，起主要还原作用的物质是CO。CO将铁的氧化物逐步还原为铁：Fe2O3 + 3CO == 2Fe + 3CO2。②主要产物：高炉炼出的不是纯铁，而是生铁（铁合金，含C等元素）。将生铁进一步处理才能得到钢。焦炭（C）除了作燃料提供热量，也参与生成CO的反应。 易错点03：误认为“铝热反应”只是用来冶炼金属铝 铝热反应是利用Al的强还原性，在高温下将一些金属性比铝弱的金属从其氧化物中还原出来。其主要用途是：①冶炼难熔金属。②焊接钢轨。铝本身是通过电解熔融的氧化铝制得的，并非通过铝热反应。 易错点04：混淆Fe2+与Fe3+的检验方法与现象 ①Fe3+检验：取待测液滴加KSCN溶液，若溶液立即变为血红色，则证明含有Fe3+。②Fe2+检验：取待测液，先滴加KSCN溶液无红色，再滴加氯水（或H2O2），若溶液变为血红色，则证明原溶液中含有Fe2+（因其被氧化为Fe3+）。顺序和现象是关键。 易错点05：认为“铁与水蒸气反应”的产物是氢氧化亚铁和氢气 铁与水蒸气在高温下反应，生成的是四氧化三铁（Fe3O4）和氢气，而不是氢氧化物。反应方程式为：3Fe + 4H2O(g) == Fe3O4 + 4H2。这是因为在高温条件下，生成的氢氧化物不稳定，会分解为氧化物。反应条件不同，产物不同。 易错点06：误将“合金”理解为简单的金属混合物 合金是两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。①形成过程：熔合时一般发生物理变化，也可能形成新的金属化合物。②性质特点：合金的性能（如硬度、强度、耐腐蚀性）通常优于其各组分金属，但熔点一般低于组分金属。 易错点07：认为“金属的腐蚀”只有电化学腐蚀一种形式 金属腐蚀主要分为两类。①化学腐蚀：金属与接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。如铁在高温下与氧气反应生成氧化皮。②电化学腐蚀：不纯的金属（或合金）与电解质溶液接触时，形成无数微小的原电池而发生氧化还原反应，这是更普遍、更严重的腐蚀形式，如钢铁在潮湿空气中的生锈。两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀速率更快。 易错点08：误以为“牺牲阳极的阴极保护法”中，被保护的设备作阴极 牺牲阳极的阴极保护法是电化学保护法的一种。其原理是：将更活泼的金属（如Zn、Mg）与被保护的金属设备连接起来，构成原电池。在这个原电池中，更活泼的金属作阳极（负极），被氧化而牺牲；被保护的金属设备作阴极（正极），电子流入从而得到保护，避免了被腐蚀。因此，被保护的设备是阴极。 易错点09：不理解“金属材料”的性能与其组成、结构的关系 金属材料的性能并非一成不变，而是可以通过改变组成和改变内部结构来设计和改进。例如，向钢中添加铬、镍等元素可获得不锈钢；通过淬火（快速冷却）可以提高钢的硬度，但脆性增加；通过回火（适当加热后冷却）可以降低脆性，保持一定硬度。 易错点10：认为“废旧金属回收”仅有经济效益，忽略其资源与环境意义 回收废旧金属的意义是多方面的：①节约资源：金属矿藏不可再生，回收利用可减少对原生矿石的开采。②节约能源：再生金属的冶炼能耗远低于从矿石冶炼。③减少污染：金属冶炼过程会产生大量废气、废渣，回收可显著降低环境污染。这是实现金属资源可持续利用的重要途径。 方法01 根据金属活动性顺序选择冶炼方法 【解题通法】金属的冶炼方法由其化学活泼性决定。①电解法：适用于极活泼金属，这些金属的阳离子难以被常见还原剂还原，需用电解其熔融态化合物的方法强制还原。②热还原法：适用于中等活泼金属，常用还原剂有C、CO、H2或Al。③热分解法或物理提取法：适用于不活泼金属，如HgO受热分解，Au、Pt可从矿石中直接淘洗。 【典型例题】钛在航空航天、舰船制造、冶金、医疗等领域有广泛的应用，可利用钛铁矿[主要成分为(可表示为)，还含有少量、等杂质]来冶炼金属钛(海绵钛)，其工艺流程如下： 下列说法不正确的是 A．“酸浸”，后滤渣中含有 B．由滤液①“水解”后得到的分离操作为过滤 C．用冶炼海绵钛的方法，与铁、铝的冶炼方法相似 D．流程中有生成，电解熔融的产物能在流程中再利用 方法02 分析高炉炼铁的原理与主要反应 【解题通法】高炉炼铁以赤铁矿和焦炭为主要原料，核心是还原剂CO将铁氧化物逐步还原。①造气（产生CO）。②主要还原反应：Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2。③炉渣形成（除脉石）：CaCO3 → CaO + CO2；CaO + SiO2 → CaSiO3（炉渣）。注意：产物是生铁，不是纯铁。 【典型例题】高炉炼铁的主要反应包含下面几个：下列说法中正确的是 ① ②C(焦炭) ③C(焦炭) A．上述三个反应都是放热反应 B．从高炉顶出来的尾气中经常含有CO，可以通过增加高炉高度即延长CO与的接触时间，将CO除尽 C．对于反应①而言，当时，标志着反应达到平衡 D．与CO反应结束后，最终仍会有剩余 方法03 掌握铝热反应及其应用 【解题通法】铝热反应利用Al的强还原性在高温下还原金属氧化物。①反应通式：金属氧化物 + Al → Al2O3 + 对应金属 + 大量热。②应用：a) 冶炼难熔金属。b) 焊接钢轨（利用其放出的巨大热量使金属熔化，实现焊接）。③注意：铝本身通过电解熔融Al2O3制得，而非铝热反应。 【典型例题】铅热反应常用于冶炼高熔点金属，某小组探究粉与发生反应所得黑色固体的成分，实验如下。下列说法中正确的是 A．铝热反应剧烈放热，反应后物质总能量远高于反应前物质总能量 B．综合①、②、③的现象可知，原粉与都恰好完全反应完 C．④中发生反应有： D．若向足量溶液d中加入少量的、与溶液b组成相同的溶液，将析出白色沉淀 方法04 探究铁及其化合物的相互转化 【解题通法】铁元素存在+2、+3价，其转化围绕“铁三角”关系。①Fe → Fe2+：与弱氧化剂反应。② Fe → Fe3+：与强氧化剂反应。③ Fe2+ → Fe3+：遇强氧化剂。④ Fe3+ → Fe2+：遇还原剂。核心：依据氧化剂/还原剂的相对强弱判断产物价态。 【典型例题】铁元素的常见价态有＋2、＋3价，实验室可用赤血盐溶液检验，黄血盐溶液检验。硫铁矿烧渣中含有大量，工业上常用于制取绿矾。下列表示铁及其化合物相互转化的离子方程式正确的是 A．将Fe屑溶于稀盐酸： B．将Cu丝插入溶液： C．向溶液中滴加氨水： D．溶液敞口放置在空气中： 方法05 检验亚铁离子与铁离子 【解题通法】利用特征颜色反应：①Fe3+检验：取待测液，滴加KSCN溶液，若溶液立即变为血红色，则证明存在Fe3+。② Fe2+检验：取待测液，先滴加KSCN溶液无红色，再滴加氯水（或H2O2），若溶液变为血红色，则证明原溶液中含有Fe2+。顺序不能颠倒。 【典型例题】下列有关铁离子及亚铁离子检验的说法正确的是 A．向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变色，滴加氯水后溶液显红色，该溶液中一定含Fe3＋ B．在溶液中加KSCN，溶液显红色，证明原溶液中有Fe3＋，无Fe2＋ C．证明某溶液只含有Fe2＋而不含有Fe3＋的实验方法是滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后变灰绿色，最后呈红褐色 D．向某溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明原溶液中有Fe2＋，无Fe3＋ 方法06 理解合金及其性能特点 【解题通法】合金是两种或两种以上金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。①形成：一般发生物理变化，也可能形成金属化合物。②性能特点：合金的强度、硬度一般高于其各组分金属，但熔点低于组分金属，耐腐蚀性常增强。 【典型例题】新型镁铝合金有储氢性能，下列说法正确的是 A．该合金是在氮气保护下，由单质按一定比例熔炼而成的 B．与足量盐酸完全反应放出的物质的量为35mol C．该合金具有较高熔点和较大密度 D．等质量的镁、铝和镁铝合金分别与足量的盐酸反应，生成的体积(同温同压)由大到小的顺序为(合金) 方法07 分析金属腐蚀的本质与防护方法 【解题通法】金属腐蚀的本质是金属失去电子被氧化的过程。①主要类型：a) 化学腐蚀：金属直接与接触物反应。b) 电化学腐蚀：不纯金属与电解质溶液构成原电池，活泼金属作负极被腐蚀。②防护方法：a) 改变内部结构。b)覆盖保护层。c) 电化学保护。 【典型例题】下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 A．图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图2中，反应一段时间后，用胶头滴管从铁电极区域取少量溶液于试管中，向试管中滴入2滴溶液，有蓝色沉淀生成 C．图3中，开关由M改置于N时，合金的腐蚀速率增大 D．图4中，采用外加电流法防止地下钢铁管道的腐蚀 方法08 设计实验探究铁与水蒸气的反应 【解题通法】①反应原理：3Fe + 4H2O(g) → Fe3O4 + 4H2（高温）。②装置设计关键：提供高温水蒸气、收集并检验氢气。③实验要点：a) 铁粉需加热至红热。b) 提供水蒸气。c) 用向下排空气法或排水法收集氢气，并点燃验证。注意：产物是Fe3O4，不是Fe(OH)2或Fe(OH)3。 【典型例题】铁与水蒸气反应的装置如图所示，下列有关该实验的说法不正确的是 A．湿棉花的作用是提供水蒸气 B．肥皂液的主要作用是便于检验生成的H2 C．生成4 mol H2时，至少消耗3 mol Fe D．铁与水蒸气在高温条件下反应生成和H2 方法09 分析金属材料的选择与可持续发展 【解题通法】选择和使用金属材料需综合考虑：①性能需求：根据用途选择满足强度、硬度、导电性、耐腐蚀性等要求的金属或合金。②成本与资源：考虑金属的丰度、冶炼成本。③环境影响：a) 冶炼过程能耗与污染；b) 金属废弃物的回收利用。体现了可持续发展理念。 【典型例题】金属材料的使用可以促进生产发展、改善人类生活。下列有关金属材料的相关说法错误的是 A．日常生活中的金属材料选择合金而非纯金属，一定可以减缓金属腐蚀的速度 B．用铬酸作氧化剂，采用化学氧化法可以使铝的氧化膜产生美丽的颜色 C．测试工程师可测出不锈钢中的某些组成元素及其含量，从而确定不锈钢的等级 D．在钢中加入稀土金属可增加钢的塑性、耐腐蚀性等，广泛应用于冶金、材料工业等领域 方法10 理解常见金属及其化合物在生活中的应用原理 【解题通法】①铁：制铁合金、补铁剂。②铝：制合金、铝制品、铝热剂。③ 铜：制合金、电线（导电性好）。④银：饰品、感光材料。⑤钛：“亲生物”金属，用于人造骨、航空航天。应用均基于其特定的物理或化学性质。 【典型例题】金属材料包括纯金属和它们的合金，合金在日常生活中有着广泛的应用。下列说法中不正确的是 A．合金是混合物 B．不锈钢是一种主要含Fe、Cr、Ni且不易生锈的合金钢 C．一般地说合金的熔点比它的各成分金属的熔点都高 D．铝制餐具不宜用来蒸煮或长期存放酸性或碱性食物 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 $ 专题9 金属与人类文明 第一单元 金属的冶炼方法 一、金属矿物的开发利用 1．金属元素在自然界中存在的形态 (1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以 游离态 的形式存在。 (2)绝大多数金属元素以 化合物 的形式存在于自然界。 (3)在地壳中，含量最高的金属元素是 铝 ，其次是 铁 。 2．金属冶炼原理与实质 (1)原理：将金属从化合物中 还原 出来。 (2)实质：化合物中金属 得到 电子被 还原 生成 金属单质 。 3.金属冶炼方法 (1)加热分解法(写出化学方程式) ①制Hg： 2HgO2Hg＋O2↑。 ②制Ag： 2Ag2O4Ag＋O2↑。 (2)电解法(写出化学方程式) ①制Mg： MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。 ②制Al： 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 ③制Na： 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 (3)热还原法：高温加热条件下用还原剂把金属还原出来 ①常用还原剂有 焦炭 、 一氧化碳 、 氢气 、 铝 等。 ②高炉炼铁：CO还原Fe2O3的化学方程式为 3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2 。 ③铝热反应：Al还原Fe2O3的化学方程式为 2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3 。 4．合理开发和利用金属资源的主要途径 (1) 提高金属矿物的利用率 ； (2)开发环保高效的金属冶炼方法； (3) 防止金属的腐蚀 ； (4) 加强废旧金属的回收和再利用 ； (5)使用其他材料代替金属材料。 【归纳总结】 1．金属的冶炼 (1)原理：Mn＋＋ne－===M (2)金属冶炼方法与金属活动性的关系 金属活动性顺序 K、Ca、Na、 Mg、Al Zn、Fe、Sn、 Pb、(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au 金属原子 失电子能力 强―→弱 金属离子 得电子能力 弱―→强 主要冶 炼方法 电解 法 热还原 法 热分解 法 富集 法 【易错提示】 工业上冶炼镁是电解 MgCl2 而不是MgO的原因是MgO的熔点比MgCl2的 高 ，冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是 共价 化合物，熔融状态下 不 导电。 2．铝热反应 (1)概念：铝与某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高温条件下发生的 置换 反应称为铝热反应。 (2)反应原理(以铝和氧化铁反应为例)： Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3 ，实验如图。 (3)铝热剂： 铝粉 和某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)的混合物。 (4)反应特点：在高温下进行，反应迅速并放出 大量的热 ，新生成的 金属单质 呈熔融态且易与Al2O3(固态)分离。 (5)应用：在冶金工业上常用这一原理制取 熔点较高 的金属，如Fe、Cr、Mn等；也可用于焊接钢轨等。 第二单元 探究铁及其化合物的转化 一、铁的单质 1．铁的存在与冶炼 (1)铁元素在自然界中主要是以 ＋2 价和 ＋3 价 化合物 的形态存在于矿石中，游离态的单质铁只存在于陨铁中。铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第 4 位。 (2)炼铁高炉中的反应原理： Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 。 2．铁的物理性质 物质 状态 密度 熔点 沸点 金属共性 特性 银白色，有 金属光泽 固体 7.86 g/cm3 1 535 ℃ 2 750 ℃ 导热、导电、延展性好 能被磁体 吸引 3．铁的化学性质 铁与氧化性较弱的氧化剂(如盐酸、硫酸铜等)反应，铁原子失去 2 个电子生成＋2价铁的化合物；而铁与氧化性较强的氧化剂(如氯气等)反应，铁原子则失去 3 个电子生成＋3价铁的化合物。 (1)在一定条件下，铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应 化学性质 化学方程式举例 ①Fe与非金属单质反应 ②Fe与非氧化性酸反应 Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑ ③Fe与盐溶液反应 (2)铁与水蒸气的反应 实验装置 装置1 装置2 操作及现象 用小试管收集一试管气体，点燃，听到轻微“噗”声，产生淡蓝色火焰，证明生成了H2 用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声，证明生成了 H2 实验 结论 铁能与水蒸气反应，并有H2生成，反应的化学方程式为 3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2 实验 说明 ①湿棉花的作用是在受热时提供反应所需的 水蒸气 ； ②加热铁粉酒精灯的火焰用防风罩套住，可以使加热效果更好； ③肥皂液在该实验中可以起到“收集” 氢气 的作用 【易错提示】 (1)Fe与冷水、热水不反应，Fe与H2O(g)高温下反应的产物是 Fe3O4 ，而不是Fe2O3。 (2)铁在潮湿的空气中生成铁锈的主要成分是 Fe2O3 ，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。 (3)铁分别与氯气和盐酸反应所得产物中铁元素的价态不同，Fe与Cl2反应不论用量多少都生成 FeCl3 ，而Fe与盐酸反应生成 FeCl2 。 二、铁的氧化物和铁的氢氧化物 1．铁的氧化物 化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 — 铁红 磁性 氧化铁 色、态 黑色 粉末 红棕色 粉末 黑色 晶体(有磁性) 溶解性 难溶于水 难溶于水 难溶于水 铁的化合价 ＋2价 ＋3价 ＋2价，＋3价 稳定性 不稳定 稳定 稳定 与H＋反应的离子方程式 FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O 特殊转化 FeO在空气中受热，迅速被氧化为Fe3O4： 6FeO＋O22Fe3O4 2.铁的氢氧化物 化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 色、态 白色 固体 红褐色 固体 与H＋反应的离子方程式 Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O 受热分解 — 2Fe(OH)3 Fe2O3＋3H2O 制法 可溶性亚铁盐与强碱溶液反应： Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ (离子方程式) 可溶性铁盐与强碱溶液反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(离子方程式) 二者的关系 在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3，现象是白色絮状沉淀迅速变成 灰绿 色，最后变成 红褐 色，反应的化学方程式为 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 【易错提示】 (1)Fe3O4 不属于 碱性氧化物，FeO、Fe2O3属于碱性氧化物。 (2)Fe3O4的组成可用FeO·Fe2O3表示，但不表示Fe3O4是由FeO和Fe2O3组成的混合物，Fe3O4有固定的组成，是一种 纯净物 。 【归纳总结】 氢氧化亚铁制取实验的四个关键点 (1)Fe2＋极易被空气中 氧气 氧化，所以FeSO4溶液要 现用现配 。 (2)为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液所用的蒸馏水和制备Fe(OH)2所用的NaOH溶液都要 煮沸 ，尽可能除去 O2 。 (3)为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。 (4)为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的 煤油 或其他密度小于水而不溶于水的 有机物 (如苯)，以 隔绝空气 。 三、铁盐、亚铁盐的性质与检验 常见的铁盐有 Fe2(SO4)3 、 FeCl3 等，常见的亚铁盐有 FeSO4 、 FeCl2 等。 1．与KSCN溶液的反应——Fe3＋的检验 Fe2＋ Fe3＋ 溶液的颜色 浅绿 色 棕黄 色 滴加KSCN溶液 无明显现象 溶液变 红色 反应原理 不反应 Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3 应用 在含有Fe3＋的盐溶液中滴加 KSCN溶液 ，检验Fe3＋的存在 2.实验探究Fe2＋、Fe3＋的性质 (1)从化合价角度预测Fe2＋和Fe3＋的性质 ①Fe3＋——能降低到 ＋2 价或 0 价，具有 氧化性 。 ② (2)实验探究 ①实验操作： ②实验现象：溶液显 浅绿 色，试管中有黑色固体，再滴加KSCN溶液，溶液 无明显变化 ，向上层溶液中滴加新制氯水，溶液变 红色 。 ③离子方程式： 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ 、 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ 、 Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3 。 ④实验结论：a.Fe3＋具有 氧化性 ，能被还原剂(如Fe)还原为 Fe2＋ ；b.Fe2＋具有 还原性 ，能被氧化剂(如氯气、过氧化氢等)氧化为 Fe3＋ 。 3．Fe2＋、Fe3＋的检验及性质总结 (1)Fe2＋、Fe3＋的检验 (2)亚铁盐和铁盐的性质 4．混合溶液中Fe2＋、Fe3＋的检验 (1)Fe2＋和Fe3＋的混合溶液中检验Fe2＋的方法 ①通常向溶液中滴加适量 酸性KMnO4 溶液，溶液 紫红色 褪去，说明含有 Fe2＋ (注意：Cl－等还原性的离子对Fe2＋的检验有干扰)。 ②向溶液中加入 K3[Fe(CN)6] 溶液，产生 蓝色沉淀 ，说明含有Fe2＋。 (2)Fe2＋和Fe3＋的混合溶液中检验Fe3＋，可用 KSCN 试剂，现象为溶液 变红 。 四、Fe、Fe2＋、Fe3＋的转化关系及应用 1．Fe、Fe2＋、Fe3＋的转化关系 铁元素不同价态之间的转化需要通过氧化还原反应来实现，氧化剂、还原剂的强弱不同，转化产物也不同。 价态变化 转化关系 反应方程式 0→＋2 0→＋3 Fe→Fe2＋ Fe→Fe3＋ Fe＋2H＋=== Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋3Cl2 2FeCl3 ＋2→＋3 ＋2→0 Fe2＋→Fe3＋ Fe(OH)2→ Fe(OH)3 FeO→Fe 2Fe2＋＋Cl2=== 2Fe3＋＋2Cl－ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 FeO＋CO Fe＋CO2 ＋3→0 ＋3→＋2 Fe2O3→Fe Fe3＋→Fe2＋ 3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2 2Fe3＋＋Fe=== 3Fe2＋ 2．补铁剂使用的注意事项 (1)补铁剂的有效成分是 亚铁盐 (如FeSO4)，Fe2＋易被氧化为 Fe3＋ 而失去补铁作用，因此需密封、隔绝O2存放。服用补铁剂时搭配 维生素C 可以增强补铁效果，这是因为维生素C可将Fe3＋还原为Fe2＋。 (2)服用补铁剂时不能和茶水同饮，因为茶水中含大量的 鞣酸 ，鞣酸与Fe2＋反应生成鞣酸亚铁，它的性质不稳定，很快被氧化成鞣酸铁而呈 蓝黑色 。 第三单元 金属材料的性能及应用 一、合金及性质 1．合金的含义 合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属) 熔合 而成的，具有 金属特性 的混合物。 2．合金的特性 (1)一般情况下，合金比各成分金属的硬度 大 。 (2)多数合金的熔点一般比各成分金属的 低 。 (3)一般来说，合金的性能并不是各成分金属性能的总和，合金的物理、化学及机械性能 优于 各成分金属。 (4)合金的性能可以通过所添加的合金元素的 种类 、 含量 和生成合金的 条件 等来加以调节。 例如：生铁的熔点比纯铁的 低 ；硬铝(Al、Cu、Mg、Mn、Si)的强度和硬度都比纯铝的 大 。 【归纳总结】 1．合金的性质 合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。 (1)硬度：合金的硬度一般 大于 各成分金属。 (2)熔点：合金的熔点多数 低于 各成分金属。 2．纯金属和合金的结构比较 合金的形成改变了金属的 内部结构 ，使合金的性能和纯金属有很大的差异。 3．合金的“四大”关注点 (1)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。 (2)合金中各成分的含量影响合金的 性能 。 (3)合金不同于一般混合物，它 有 固定的熔点，原因是合金有固定的组成。 (4)合金的种类远远多于纯金属的种类。 二、常见合金 1．生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金，由于 含碳量 不同，钢(含碳量为0.03%～2%)和生铁(含碳量为2%～4.3%)在性能上有很大差异。钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分，可分为两大类： 碳素钢 和 合金钢 。根据含碳量不同，碳素钢又可分为 高碳钢 、 中碳钢 和 低碳钢 。生铁和钢的主要组成元素、特性和用途如表所示： 铁合金 主要成分 主要特征 主要用途 生铁 Fe、C(含碳量为2%～4.3%)及Si、Mn、S、P 硬而脆，强度高，可铸不可锻 炼钢，制各种铸件 钢 碳 素 钢 低碳 钢 Fe、C(含碳量低于0.3%) 韧性、焊接性好，但强度低 制钢板、钢丝和钢管等 中碳 钢 Fe、C(含碳量为0.3%～0.6%) 强度高，韧性及加工性好 制钢轨、车轮和建材等 高碳 钢 Fe、C(含碳量高于0.6%) 硬而脆，热处理后弹性好 制器械、弹簧和刀具等 合 金 钢 锰钢 Fe、Mn 韧性好，强 度高 制钢轨、轴承、坦克装甲等 硅钢 Fe、Si 导磁性好 制变压器、发电机的铁芯等 不锈钢 Fe、Cr、Ni 抗腐蚀性好 制医疗器械、炊具、反应釜和容器等 2.钢是用量最大、用途最广的合金，含碳量越低，钢的韧性 越好 ；含碳量越高，钢的硬度 越大 。合金钢包括不锈钢及各种特种钢等。 3．铝合金 主要组成元素 主要特性 主要用途 铝 合 金 硬 铝 Al、Mg、Cu、Si、Mn等(Mg 0.5%、Cu 4%、Si 0.7%、Mn 0.5%) 密度小，强度和硬度都比纯铝的大，具有较强的抗腐蚀能力 用于汽车、飞机、火箭、船舶等制造业 镁铝 合金 Mg、Al 强度和硬度都比纯铝和纯镁的大 用于火箭、飞机、轮船等制造业 4.新型合金 (1) 储氢 合金 ①储氢方法储存液态氢 ②含义：一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。 ③要求：具有实用价值的储氢合金要求储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快。 ④实例： TiFe合金 、 LaNi合金 。 (2)其他几种新型合金 合金名称 主要性质 主要用途 钛 合金 熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、抗腐蚀性能好等 广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等 耐热 合金 高温下具有高的抗氧化性、抗蠕变性与持久强度 主要应用于航空、舰艇、火箭等领域 形状记 忆 合金 在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前的原始形状 在航空航天领域、临床医疗领域等有着广泛的应用，如宇宙飞船的天线、人造骨骼、心脏修补器、手术缝合线等 【易错提示】 (1)合金中的“最”：使用最早的合金是 青铜 ；用量最大、用途最广的合金是 钢 。 (2)NaAlO2为偏铝酸钠，其中铝的化合价为 ＋3 价，NaAlO2在溶液中的存在形式是 Na[Al(OH)4] (四羟基合铝酸钠)。 (3)既能与NaOH溶液反应又能与盐酸反应的物质主要有： Al 、 Al2O3 及多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3)。 (4)1 mol铝不论与盐酸还是NaOH溶液完全反应，均转移 3 mol 电子，同时生成 1.5 mol H2。 易错点01：误认为所有金属都可以通过电解法在工业上大规模冶炼 金属的冶炼方法取决于其金属活动性顺序。①电解法：适用于极活泼金属，因为它们对氧的亲和力极强，一般还原剂难以将其还原。②热还原法：适用于中等活泼性金属，常用C、CO、H2或Al（铝热法）作还原剂。③热分解法或物理方法：适用于不活泼金属。 易错点02：混淆高炉炼铁中的主要反应物“还原剂”和最终主要产物 ①主要还原剂：高炉炼铁过程中，起主要还原作用的物质是CO。CO将铁的氧化物逐步还原为铁：Fe2O3 + 3CO == 2Fe + 3CO2。②主要产物：高炉炼出的不是纯铁，而是生铁（铁合金，含C等元素）。将生铁进一步处理才能得到钢。焦炭（C）除了作燃料提供热量，也参与生成CO的反应。 易错点03：误认为“铝热反应”只是用来冶炼金属铝 铝热反应是利用Al的强还原性，在高温下将一些金属性比铝弱的金属从其氧化物中还原出来。其主要用途是：①冶炼难熔金属。②焊接钢轨。铝本身是通过电解熔融的氧化铝制得的，并非通过铝热反应。 易错点04：混淆Fe2+与Fe3+的检验方法与现象 ①Fe3+检验：取待测液滴加KSCN溶液，若溶液立即变为血红色，则证明含有Fe3+。②Fe2+检验：取待测液，先滴加KSCN溶液无红色，再滴加氯水（或H2O2），若溶液变为血红色，则证明原溶液中含有Fe2+（因其被氧化为Fe3+）。顺序和现象是关键。 易错点05：认为“铁与水蒸气反应”的产物是氢氧化亚铁和氢气 铁与水蒸气在高温下反应，生成的是四氧化三铁（Fe3O4）和氢气，而不是氢氧化物。反应方程式为：3Fe + 4H2O(g) == Fe3O4 + 4H2。这是因为在高温条件下，生成的氢氧化物不稳定，会分解为氧化物。反应条件不同，产物不同。 易错点06：误将“合金”理解为简单的金属混合物 合金是两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。①形成过程：熔合时一般发生物理变化，也可能形成新的金属化合物。②性质特点：合金的性能（如硬度、强度、耐腐蚀性）通常优于其各组分金属，但熔点一般低于组分金属。 易错点07：认为“金属的腐蚀”只有电化学腐蚀一种形式 金属腐蚀主要分为两类。①化学腐蚀：金属与接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。如铁在高温下与氧气反应生成氧化皮。②电化学腐蚀：不纯的金属（或合金）与电解质溶液接触时，形成无数微小的原电池而发生氧化还原反应，这是更普遍、更严重的腐蚀形式，如钢铁在潮湿空气中的生锈。两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀速率更快。 易错点08：误以为“牺牲阳极的阴极保护法”中，被保护的设备作阴极 牺牲阳极的阴极保护法是电化学保护法的一种。其原理是：将更活泼的金属（如Zn、Mg）与被保护的金属设备连接起来，构成原电池。在这个原电池中，更活泼的金属作阳极（负极），被氧化而牺牲；被保护的金属设备作阴极（正极），电子流入从而得到保护，避免了被腐蚀。因此，被保护的设备是阴极。 易错点09：不理解“金属材料”的性能与其组成、结构的关系 金属材料的性能并非一成不变，而是可以通过改变组成和改变内部结构来设计和改进。例如，向钢中添加铬、镍等元素可获得不锈钢；通过淬火（快速冷却）可以提高钢的硬度，但脆性增加；通过回火（适当加热后冷却）可以降低脆性，保持一定硬度。 易错点10：认为“废旧金属回收”仅有经济效益，忽略其资源与环境意义 回收废旧金属的意义是多方面的：①节约资源：金属矿藏不可再生，回收利用可减少对原生矿石的开采。②节约能源：再生金属的冶炼能耗远低于从矿石冶炼。③减少污染：金属冶炼过程会产生大量废气、废渣，回收可显著降低环境污染。这是实现金属资源可持续利用的重要途径。 方法01 根据金属活动性顺序选择冶炼方法 【解题通法】金属的冶炼方法由其化学活泼性决定。①电解法：适用于极活泼金属，这些金属的阳离子难以被常见还原剂还原，需用电解其熔融态化合物的方法强制还原。②热还原法：适用于中等活泼金属，常用还原剂有C、CO、H2或Al。③热分解法或物理提取法：适用于不活泼金属，如HgO受热分解，Au、Pt可从矿石中直接淘洗。 【典型例题】钛在航空航天、舰船制造、冶金、医疗等领域有广泛的应用，可利用钛铁矿[主要成分为(可表示为)，还含有少量、等杂质]来冶炼金属钛(海绵钛)，其工艺流程如下： 下列说法不正确的是 A．“酸浸”，后滤渣中含有 B．由滤液①“水解”后得到的分离操作为过滤 C．用冶炼海绵钛的方法，与铁、铝的冶炼方法相似 D．流程中有生成，电解熔融的产物能在流程中再利用 【答案】C 【详解】A．由题给流程可知，向钛铁矿中加入盐酸酸浸，二氧化硅与盐酸不反应，过滤后，滤渣中含有二氧化硅，A正确； B．滤液中的物质在一定条件下发生水解反应生成沉淀，分离操作为过滤，B正确； C．工业上用镁在高温下还原四氯化钛生产金属钛和高炉炼铁采用的冶炼方法都为热还原法，但的冶炼方法为电解熔融的氧化铝，C错误； D．由流程分析可知，流程中酸浸和镁在高温下还原四氯化钛都有氯化镁产生，电解熔融氯化镁生成镁和氯气，镁和氯气均能在流程中再利用，D正确； 故答案选C。 方法02 分析高炉炼铁的原理与主要反应 【解题通法】高炉炼铁以赤铁矿和焦炭为主要原料，核心是还原剂CO将铁氧化物逐步还原。①造气（产生CO）。②主要还原反应：Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2。③炉渣形成（除脉石）：CaCO3 → CaO + CO2；CaO + SiO2 → CaSiO3（炉渣）。注意：产物是生铁，不是纯铁。 【典型例题】高炉炼铁的主要反应包含下面几个：下列说法中正确的是 ① ②C(焦炭) ③C(焦炭) A．上述三个反应都是放热反应 B．从高炉顶出来的尾气中经常含有CO，可以通过增加高炉高度即延长CO与的接触时间，将CO除尽 C．对于反应①而言，当时，标志着反应达到平衡 D．与CO反应结束后，最终仍会有剩余 【答案】D 【详解】A．反应①()是放热反应，反应②（）是放热反应，但反应③()是吸热反应，A项错误； B．可逆反应达到平衡后，CO浓度不再变化，增加高炉高度无法改变平衡状态，B项错误； C．质量相等仅代表某一时刻的转化程度，当时，不代表其质量不在改变，不能判定为平衡状态，C项错误； D．可逆反应中反应物无法完全转化，必然有剩余，D项正确； 答案选D。 方法03 掌握铝热反应及其应用 【解题通法】铝热反应利用Al的强还原性在高温下还原金属氧化物。①反应通式：金属氧化物 + Al → Al2O3 + 对应金属 + 大量热。②应用：a) 冶炼难熔金属。b) 焊接钢轨（利用其放出的巨大热量使金属熔化，实现焊接）。③注意：铝本身通过电解熔融Al2O3制得，而非铝热反应。 【典型例题】铅热反应常用于冶炼高熔点金属，某小组探究粉与发生反应所得黑色固体的成分，实验如下。下列说法中正确的是 A．铝热反应剧烈放热，反应后物质总能量远高于反应前物质总能量 B．综合①、②、③的现象可知，原粉与都恰好完全反应完 C．④中发生反应有： D．若向足量溶液d中加入少量的、与溶液b组成相同的溶液，将析出白色沉淀 【答案】D 【详解】A．铝热反应剧烈放热，反应后物质总能量远低于反应前物质总能量，A错误； B．根据分析可知，黑色固体中一定含氧化铝、Fe，一定不含Al，若铝不足，则生成的单质铁可以和酸溶反应后生成的发生归中反应生成，也符合没有的情况，B错误； C．因为二氧化碳过量，产物应该是碳酸氢根，方程式为：，C错误； D．溶液d是碳酸氢钠，与四羟基合铝酸钠可以反应，方程式为：，D正确； 故选D。 方法04 探究铁及其化合物的相互转化 【解题通法】铁元素存在+2、+3价，其转化围绕“铁三角”关系。①Fe → Fe2+：与弱氧化剂反应。② Fe → Fe3+：与强氧化剂反应。③ Fe2+ → Fe3+：遇强氧化剂。④ Fe3+ → Fe2+：遇还原剂。核心：依据氧化剂/还原剂的相对强弱判断产物价态。 【典型例题】铁元素的常见价态有＋2、＋3价，实验室可用赤血盐溶液检验，黄血盐溶液检验。硫铁矿烧渣中含有大量，工业上常用于制取绿矾。下列表示铁及其化合物相互转化的离子方程式正确的是 A．将Fe屑溶于稀盐酸： B．将Cu丝插入溶液： C．向溶液中滴加氨水： D．溶液敞口放置在空气中： 【答案】D 【详解】A．Fe屑溶于稀盐酸生成氯化亚铁和氢气，离子方程式为，故A错误； B．Cu丝插入溶液反应的离子方程式为：，故B错误； C．向溶液中滴加氨水的离子方程式为：，故C错误； D．溶液敞口放置在空气中被氧气氧化为Fe3+，离子方程式为：，故D正确； 故选D。 方法05 检验亚铁离子与铁离子 【解题通法】利用特征颜色反应：①Fe3+检验：取待测液，滴加KSCN溶液，若溶液立即变为血红色，则证明存在Fe3+。② Fe2+检验：取待测液，先滴加KSCN溶液无红色，再滴加氯水（或H2O2），若溶液变为血红色，则证明原溶液中含有Fe2+。顺序不能颠倒。 【典型例题】下列有关铁离子及亚铁离子检验的说法正确的是 A．向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变色，滴加氯水后溶液显红色，该溶液中一定含Fe3＋ B．在溶液中加KSCN，溶液显红色，证明原溶液中有Fe3＋，无Fe2＋ C．证明某溶液只含有Fe2＋而不含有Fe3＋的实验方法是滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后变灰绿色，最后呈红褐色 D．向某溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明原溶液中有Fe2＋，无Fe3＋ 【答案】C 【详解】A．向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变色，滴加氯水后溶液显红色，说明溶液中一定含有Fe2＋，故A错误； B．在溶液中加KSCN，溶液显红色，证明原溶液中一定有Fe3＋，但不能确定是否含有Fe2＋，故B错误； C．若溶液中只含有Fe2＋，Fe2＋与OH－反应生成具有还原性的Fe(OH)2白色沉淀，被空气中的氧气氧化迅速变成灰绿色，最终变成红褐色，故C正确； D．向某溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明原溶液中含有Fe2＋，但不能说明无Fe3＋，故D错误； 故选C。 方法06 理解合金及其性能特点 【解题通法】合金是两种或两种以上金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。①形成：一般发生物理变化，也可能形成金属化合物。②性能特点：合金的强度、硬度一般高于其各组分金属，但熔点低于组分金属，耐腐蚀性常增强。 【典型例题】新型镁铝合金有储氢性能，下列说法正确的是 A．该合金是在氮气保护下，由单质按一定比例熔炼而成的 B．与足量盐酸完全反应放出的物质的量为35mol C．该合金具有较高熔点和较大密度 D．等质量的镁、铝和镁铝合金分别与足量的盐酸反应，生成的体积(同温同压)由大到小的顺序为(合金) 【答案】B 【详解】A．制备该合金如果在氮气保护下，Mg单质在一定温度下熔炼时，镁和氮气反应3Mg+N2Mg3N2，A错误； B．1molMg17Al12中含17molMg、12molAl，分别与HCl反应产生氢气的物质的量分别是17mol、12mol×=18mol，因此在与盐酸反应时生成氢气的总物质的量分别为35mol，B正确； C．合金的熔点比各成分的熔点低，该合金的熔点低于金属镁、金属铝的熔点，C错误； D．若金属质量为mg，若完全为Mg，放出氢气的物质的量为mol，若完全是Al，反应放出氢气的物质的量为=mol，若为镁铝合金，放出氢气的物质的量介于二者之间，即mol <n(H2)<mol，氢气的物质的量越大，在相同外界条件下其体积越大，所以等质量的镁、铝、和镁铝合金分别与足量的盐酸反应生成H2的体积(同温同压下)由大到小的顺序为：V(Mg)<V(合金)<V(Al)，D错误； 故选B。 方法07 分析金属腐蚀的本质与防护方法 【解题通法】金属腐蚀的本质是金属失去电子被氧化的过程。①主要类型：a) 化学腐蚀：金属直接与接触物反应。b) 电化学腐蚀：不纯金属与电解质溶液构成原电池，活泼金属作负极被腐蚀。②防护方法：a) 改变内部结构。b)覆盖保护层。c) 电化学保护。 【典型例题】下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 A．图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图2中，反应一段时间后，用胶头滴管从铁电极区域取少量溶液于试管中，向试管中滴入2滴溶液，有蓝色沉淀生成 C．图3中，开关由M改置于N时，合金的腐蚀速率增大 D．图4中，采用外加电流法防止地下钢铁管道的腐蚀 【答案】B 【详解】A．图1中，越靠近海洋底端氧气含量少，越靠近底端铁棒腐蚀速度越慢，A错误； B．图2中，金属铁是负极，发生析氢腐蚀，金属铁失电子得到亚铁离子，亚铁离子遇K3[Fe(CN)6]溶液，有蓝色沉淀生成，B正确； C．开关由M改置于N时，合金为正极，则Cu-Zn合金的腐蚀速率减慢，C错误； D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，即采用牺牲阳极的阴极保护法防止地下钢铁管道的腐蚀， D错误； 故答案为：B。 方法08 设计实验探究铁与水蒸气的反应 【解题通法】①反应原理：3Fe + 4H2O(g) → Fe3O4 + 4H2（高温）。②装置设计关键：提供高温水蒸气、收集并检验氢气。③实验要点：a) 铁粉需加热至红热。b) 提供水蒸气。c) 用向下排空气法或排水法收集氢气，并点燃验证。注意：产物是Fe3O4，不是Fe(OH)2或Fe(OH)3。 【典型例题】铁与水蒸气反应的装置如图所示，下列有关该实验的说法不正确的是 A．湿棉花的作用是提供水蒸气 B．肥皂液的主要作用是便于检验生成的H2 C．生成4 mol H2时，至少消耗3 mol Fe D．铁与水蒸气在高温条件下反应生成和H2 【答案】D 【详解】A．湿棉花受热产生水蒸气，作为反应物参与反应，A正确； B．氢气通入肥皂液中形成肥皂泡，点燃肥皂泡会产生爆鸣声，便于检验氢气，B正确； C．反应的化学方程式为，生成4 mol 时，消耗3 mol ，C正确； D．铁与水蒸气在高温下反应生成的是（四氧化三铁）和，不是，D错误； 故答案选D。 方法09 分析金属材料的选择与可持续发展 【解题通法】选择和使用金属材料需综合考虑：①性能需求：根据用途选择满足强度、硬度、导电性、耐腐蚀性等要求的金属或合金。②成本与资源：考虑金属的丰度、冶炼成本。③环境影响：a) 冶炼过程能耗与污染；b) 金属废弃物的回收利用。体现了可持续发展理念。 【典型例题】金属材料的使用可以促进生产发展、改善人类生活。下列有关金属材料的相关说法错误的是 A．日常生活中的金属材料选择合金而非纯金属，一定可以减缓金属腐蚀的速度 B．用铬酸作氧化剂，采用化学氧化法可以使铝的氧化膜产生美丽的颜色 C．测试工程师可测出不锈钢中的某些组成元素及其含量，从而确定不锈钢的等级 D．在钢中加入稀土金属可增加钢的塑性、耐腐蚀性等，广泛应用于冶金、材料工业等领域 【答案】A 【详解】A．合金的耐腐蚀性取决于成分和环境。例如普通钢（铁碳合金）中碳作为阴极会加速铁的腐蚀，因此并非所有合金都比纯金属更耐腐蚀，A错误； B．铝经铬酸氧化处理可形成致密氧化膜，并通过吸附染料产生颜色，B正确； C．不锈钢等级（如304、316）由铬、镍等元素含量决定，通过含量分析可确定等级，C正确； D．稀土金属能细化钢的晶粒，增加钢的塑性、耐腐蚀性等性能，D正确； 故选A。 方法10 理解常见金属及其化合物在生活中的应用原理 【解题通法】①铁：制铁合金、补铁剂。②铝：制合金、铝制品、铝热剂。③ 铜：制合金、电线（导电性好）。④银：饰品、感光材料。⑤钛：“亲生物”金属，用于人造骨、航空航天。应用均基于其特定的物理或化学性质。 【典型例题】金属材料包括纯金属和它们的合金，合金在日常生活中有着广泛的应用。下列说法中不正确的是 A．合金是混合物 B．不锈钢是一种主要含Fe、Cr、Ni且不易生锈的合金钢 C．一般地说合金的熔点比它的各成分金属的熔点都高 D．铝制餐具不宜用来蒸煮或长期存放酸性或碱性食物 【答案】C 【详解】A．合金是多种金属或金属与非金属熔合而成的，属于混合物，故A正确； B．不锈钢中主要含Fe、Cr、Ni等，是一种耐腐蚀的合金钢，故B正确； C．一般合金的熔点低于各组分的熔点，故C错误； D．铝既能与酸反应也能与碱反应，因此铝制品不能长期存放酸性或碱性食物，故D正确； 故选：C。 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 $