内容正文:
专题四:金属和金属材料
【复习目标】
宏观辨识:了解金属的物理共性及特性,认识合金与纯金属的区别,能区分常见的金属材料
变化观念;掌握金属与氧气、酸、盐溶液的化学反应规律,理解金属活动性顺序的本质
定量思维:能运用金属活动性顺序判断反应能否发生,能进行含杂质计算、图像数据分析
模型认知:建立“金属活动性顺序”模型,能运用模型解释金属冶炼、防锈原理
科学探究:能设计实验探究金属活动性顺序,能分析滤渣滤液成分,能评价防锈方案
社会责任:认识金属资源的重要性,树立回收利用金属、保护金属资源的意识
第一部分 知识梳理(思维导图式)
知识点一:金属材料——从宏观到应用
1. 金属的物理性质
性质
共性
特性
状态
常温下大多数为固态
______为液态
颜色
有金属光泽
铜呈______色,金呈______色
导电导热性
良好的导电性、导热性
银的导电性最好
延展性
良好的延展性
金延展性最好
密度硬度
一般较大
钨熔点最高,铬硬度最大
2. 合金
定义:在金属中加热熔合某些______或______,制得的具有______特征的物质。
合金与纯金属的性质对比:
性质
合金
纯金属
规律
硬度
更______
较小
合金硬度一般______纯金属
熔点
更______
较高
合金熔点一般______纯金属
抗腐蚀性
更______
较差
合金抗腐蚀性______
知识点二:金属的化学性质——变化观念与微观探析
1. 金属与氧气的反应
金属
反应条件
现象
化学方程式
结论
镁
常温/点燃
发出______光,生成______固体
______
活泼
铝
常温
表面生成______膜
______
抗腐蚀
铁
点燃
______四射,生成______固体
______
较活泼
铜
加热
表面变______
______
不活泼
金
高温也不反应
无明显现象
不反应
最稳定
【微观探析】 铝不易被腐蚀的原因:铝表面生成一层致密的______膜,阻止内部铝进一步反应。
2. 金属与酸的反应(以稀盐酸为例)
金属
现象
化学方程式
反应速率
镁
产生气泡______,镁条______
______
最快
锌
产生气泡______
______
较快
铁
产生气泡______,溶液变为______色
______
较慢
铜
无明显现象
不反应
不反应
【定量思维】 等质量的Mg、Zn、Fe与足量酸反应,产生氢气质量由大到小的顺序:______ > ______ > ______
3. 金属与盐溶液的反应
实验
现象
化学方程式
结论
铁钉+CuSO₄溶液
铁钉表面覆盖______色固体,溶液由______色变为______色
______
活动性:Fe______Cu
铝丝+CuSO₄溶液
铝丝表面覆盖______色固体,溶液颜色______
______
活动性:Al______Cu
铜丝+AgNO₃溶液
铜丝表面覆盖______色固体,溶液变为______色
______
活动性:Cu______Ag
【滤渣滤液分析模型】(难点突破)
金属M + 混合盐溶液 → 反应顺序:
① 活动性最弱的金属离子优先被置换
② M先与活动性最弱的金属盐反应
③ 反应完一种再反应下一种
知识点三:金属活动性顺序——模型认知
1. 金属活动性顺序表
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金 属 活 动 性 由 强 逐 渐 减 弱
2. 活动性顺序的应用
应用
规律
注意事项
判断金属与酸反应
排在______前面的金属能与酸反应生成氢气
硝酸、浓硫酸与金属反应不生成氢气
判断金属与盐反应
排在______的金属能把排在______的金属从它的盐溶液中置换出来
K、Ca、Na除外(会先与水反应)
判断反应先后顺序
金属优先置换活动性最______的金属离子
如向AgNO₃和Cu(NO₃)₂混合溶液中加Zn,先置换______,后置换______
判断滤渣滤液成分
根据加入金属的量分阶段分析
画“反应顺序图”辅助分析
【口诀记忆】
钾钙钠镁铝,锌铁锡铅氢;铜汞银铂金,越前越活泼。
知识点四:铁的冶炼——变化观念与定量思维
1. 实验室炼铁
【装置图】
项目
内容
原理
__________________________________________________(化学方程式)
现象
红棕色粉末逐渐变为______色,澄清石灰水______
操作顺序
先通______后加热——目的是______
先停止______后停止_________________目的是防止______
尾气处理
点燃或用气球收集,因为______
2. 高炉炼铁
项目
内容
原料
_________、____________、________、__________
原理
____________________________________________(以磁铁矿为例)
焦炭作用
①提供____________;②生成________________(还原剂)
产品
高炉炼出的铁是______(填“纯铁”“生铁”或“钢”)
知识点五:金属资源的保护——社会责任
1. 铁生锈的条件
条件:铁与______和______同时接触
【控制变量探究】
实验
条件
现象
结论
①
铁钉+干燥空气
不生锈
需要______
②
铁钉+蒸馏水(隔绝空气)
不生锈
需要______
③
铁钉+水+空气
生锈
两者缺一不可
2. 防锈措施
原理
具体措施
实例
隔绝______
涂油、刷漆、电镀
自行车链条涂油
隔绝______
保持干燥
用后擦干
改变______
制成合金
不锈钢
3. 金属资源保护
措施
意义
防止金属_______________________________
延长使用寿命
回收利用______________金属
节约资源,减少污染
有计划、合理地_________________矿物
可持续发展
寻找金属的___________________材料
保护有限资源
第二部分 考点突破(素养导向版)
考点一:金属与酸反应规律——定量思维与图像分析
典例1 (2024·济宁改编)下列图像不能正确反映对应变化关系的是( )
A. 足量镁粉和铝粉分别与等量等浓度稀盐酸反应
B. 分别向等质量的锌、铁中加入等质量分数的稀盐酸
C. 向等质量不同金属粉末中分别加入足量等浓度稀硫酸
D. 足量的铝和锌分别与等质量、等浓度稀盐酸反应
对点练习 (2024·德阳)室温时,利用压强传感器研究质量相同的一块镁片和一块锌片分别与等浓度、等质量的稀盐酸反应的实验如图甲,压强传感器测得装置内压强随时间的变化关系如图乙。下列说法正确的是( )
A. 根据压强变化推测两个反应都有热量放出
B. 曲线①的压强上升比曲线②高,说明①产生H₂总量更多
C. 曲线②是Mg与稀盐酸反应的压强变化曲线
D. 反应结束后Zn一定有剩余
考点二:金属与盐溶液反应——滤渣滤液分析
典例2 往硝酸铜、硝酸银和硝酸亚铁的混合溶液中缓慢连续加入质量为m的锌粉,溶液中析出固体的质量与参加反应的锌粉质量关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.ab段(不含两端点)析出的金属是Cu
B.bc段(不含两端点)对应溶液中含有的金属离子为Zn²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺和Ag⁺
C. c点对应溶液中含有的金属离子为Zn²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺
D. 若bc段和cd段中析出固体质量相等,参加反应的锌粉质量分别为m1和m2,m1<m2。
对点练习(2025·青岛一模)实验室中有一定质量的硝酸铜和硝酸银的混合溶液,现按图示流程进行实验,观察记录现象。结合图中信息判断,下列说法正确的是( )
A. 滤液中一定不含硝酸银
B. 现象X为无明显现象
C. 加入的金属M可能为单质铁
D. 滤渣的质量可能小于64g
考点三:探究金属活动性顺序——科学探究与实验设计
典例3 (2025·梁山县一模)为验证铜、银、铁的金属活动性顺序,同学们设计了如图所示的6个实验。图中“→”表示将金属加入到盐溶液。下列说法不正确的是( )
A.实验②的目的是验证铜、银的金属活动性顺序
B.仅由④和⑥就能得出铜、银、铁的金属活动性顺序
C.铁在⑤和⑥反应的产物中都显+2价
D.仅由①和②就能得出铜、银、铁的金属活动性顺序
对点练习 (2025·山东济宁一模)铝合金材料在生活中有着广泛的应用,铝合金主要含铝、铜、镁三种金属。为验证这三种金属的活动性顺序,某同学设计了以下3个实验:
写出实验甲反应的化学方程式_____________,实验乙能得出的金属活动性顺序是________,有同学认为实验乙、丙中均无明显现象,对完整的结论没有作用,都可以省去。你的看法是______(填序号)。
A. 乙、丙都可以省去
B. 乙、丙都不能省去
C. 丙可以省去,乙不能省
D. 乙可以省去,丙不能省
考点四:铁的冶炼——变化观念与定量思维
典例4 (2024·连云港)如图是模拟工业炼铁的实验,向装有20g Fe2O3的硬质玻璃管中通入CO,加热反应一段时间后测得玻璃管中剩余固体的质量为15.2g,则下列说法正确的是( )
A. 甲中硬质玻璃管内黑色固体逐渐变为红色
B. 装置甲中发生的反应属于置换反应类型
C. 该装置没有进行尾气处理,会污染空气
D. 参加反应的Fe2O3占原总质量的80%
对点练习 (2024·青岛改编)钢铁工业的发展状况是衡量一个国家工业化水平的重要标志。
(1) 早在春秋时期,我国就掌握了炼铁方法,以用一氧化碳还原赤铁矿炼铁为例,其原理是________________________(写化学方程式),反应过程中化合价降低的元素是______。
(2)如今铁制品应用于生活的方方面面,如用铁锅做饭,主要因为铁具有______性。
(3)生铁和钢都是铁的合金,它们性质不同的原因是______________。请列举一条生活中防止铁锅生锈的方法______________。铁制品生锈时应及时除锈,生产中可用盐酸除铁锈,反应的化学方程式为__________________________________________________。
(4)随着生产力的发展,我国炼铁技术又有新突破,是少数几个掌握基铁粉生产技术的国家之一。基铁粉在国防军工领域有重要应用,其制备的简易流程如图所示。
制备Fe(CO)₅时,先往设备中通入一段时间CO再加热的原因是_______________________,制备过程中可循环利用的物质是_______________________。
第三部分 跨学科实践活动
【项目学习】探秘“金属的防锈”——化学与生活的综合应用
情境:自行车、铁艺围栏、厨具等金属制品在日常生活中广泛应用,但生锈问题一直困扰着人们。
任务1:调查生锈现象——观察生活中不同金属制品的生锈情况,记录生锈部位、环境条件。
任务2:探究生锈条件——设计实验验证铁生锈需要水和氧气同时存在。
任务3:分析防锈措施——调查不同金属制品的防锈方法(涂漆、电镀、制成合金等),分析其原理。
任务4:方案设计——为学校铁艺围栏设计一套防锈方案,说明理由和预期效果。
任务5:拓展思考——查阅资料,了解牺牲阳极法、外加电流法等电化学保护原理。
答案
典例1 C 对点练习 A
典例2 D 对点练习 B
典例3 B
对点练习 化学方程式:2Al + 3CuSO₄ = Al2(SO₄)3 + 3Cu
实验乙结论:镁的活动性大于铝 C
典例4 D
对点练习
(1)3CO + Fe2O3 2Fe + 3CO₂;铁元素(或Fe)
(2)导热
(3)含碳量不同;用后擦干(或涂油等);Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H₂O
(4)排尽装置内空气,防止加热时爆炸;CO
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