第八单元 金属和金属材料（课题1、2、3） 讲义-2026-2027学年九年级化学人教版下册

该资料系统梳理初中化学“金属和金属材料”知识体系。从金属物理性质（硬度、熔点等）切入，学习合金特性（硬度大于纯金属、熔点低于纯金属），再探究金属化学性质（与酸反应、活动性顺序、置换反应），最后掌握金属资源利用（炼铁）与保护（防锈、稀土资源）。 知识链路以“性质-用途-制备-保护”逻辑展开，通过实验（如合金硬度比较）、探究活动（金属活动性实验）培养科学探究与实践能力。结合生活实例（菜刀用铁、电线用铜）体现物质性质决定用途的化学观念，习题涵盖选择、计算、实验分析，助力科学思维养成。

第八单元 金属和金属材料 课题1 金属材料 思考与讨论……………………………………………………………… （1） 菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铝制，主要原因是铁的硬度大于铝，铁的硬度相对较高（4-5），铝的硬度相对较低（2-2.9），因此铁制品更耐磨，承受撞击的能力也更强。 （2） 银的导电性虽然比铜好，但银的资源比较短缺，而且价格比较昂贵，铜的导电性也比较好（仅次于银），资源更丰富易得，价格更低。所以电线一般用铜制而不用银制。 （3） 电灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制，是因为钨的熔点比较高（常见金属中钨的熔点最高），而锡的熔点较低（在常见金属中，锡的熔点是最低的）。灯泡在发光的同时会放出热量，用钨制作的灯丝，能承受更高的温度而不容易熔断，能延长灯泡的使用寿命。如果用锡制作灯丝，很容易熔断，灯泡的使用寿命会很短。 （4） 很多铁制品如水龙头等镀铬，是因为铬的硬度比铁大，镀铬能够使铁制品更加耐磨，延长使用寿命。金的硬度相对较低，如果镀金，更容易磨损，而且金的价格昂贵，成本太高。 【实验8-1】 性质比较 现象 结论 黄铜 铜 硬铝 铝 光泽和颜色 金黄色 紫红色 灰白色 银白色 合金的硬度比组成它的纯金属硬度大 硬度 黄铜表面无划痕，铜片表面有划痕 硬铝表面无划痕，铝片表面有划痕 思考与讨论……………………………………………………………… 焊锡主要用于电子行业、汽车制造、电器维修等各个领域的焊接工作；伍德合金主要用来制造保险丝。 纯金属或合金 纯金属 合金 铅 铋 锡 镉 焊锡 伍德合金 熔点 327 271 232 321 183 70 启示 合金比组成它的纯金属的熔点更低 【练习与应用答案】 1. B 2.B 3.A 4.C 5.B 6.D 7. （1）错。地壳中含量最高的金属元素是铝。 （2） 错。钢是铁的合金，含少量碳（含碳量在2%-0.03%之间）及其他金属或非金属，并非纯的铁。 （3） 正确。合金的抗腐蚀性取决于合金的具体成分，通过人们精心设计的合金抗腐蚀性一般会优于组成他的纯金属。 8. （1）外科手术刀可选用不锈钢来制造。不锈钢抗腐蚀性好，因而不易生锈、易于清洗等，而且成本不高，适合制作医疗器械。 （2） 防盗门可选用锰钢来制造。锰钢韧性好、硬度大，适合用来制造防盗门。 （3） 门锁可选用黄铜来制造。黄铜强度高、可塑性好、易于加工、耐腐蚀性好，适合用来制作门锁。 （4） 自行车支架可选用锰钢来制造。锰钢韧性好、硬度大、成本较低，适合制作自行车架。 9. 该金属材料熔点较高，密度较小，强度高抗腐蚀性优异，导电导热性良好，可在生活生产中广泛应用。生活中，可用来制作导线、制作炊具、制做装饰品、首饰、日常用品等；在工业生产中，可用来制作机械零部件、仪表等，也可广泛用于制造火箭、导弹、宇宙飞船、飞机、船舶、化工设备、通信设备、医疗设备等。 10.解：设此钢样中碳的质量为x C + O2点燃CO2 12 44 X 0.013g 钢样中碳的质量分数为： 答：此钢样中碳的质量分数为0.3%。 课题2 金属的化学性质 探究……………………………………………………………………… 金属 现象 化学方程式 稀盐酸 稀硫酸 稀盐酸 稀硫酸 镁 镁迅速减少，产生大量气泡 镁迅速减少，产生大量气泡 Mg+ 2HCl = MgCl2 + H2↑ Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2↑ 锌 锌逐渐减少，产生较多气泡 锌逐渐减少，产生较多气泡 Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑ Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑ 铁 有较少气泡产生，溶液逐渐变成浅绿色 有较少气泡产生，溶液逐渐变成浅绿色 Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑ Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑ 铜 无明显现象 无明显现象 — — 【分析与结论】 （1） 镁、锌、铁能与稀盐酸或稀硫酸反应，反应后生成的气体可燃，是氢气。铜不能与稀盐酸或稀硫酸反应。 （2） 根据镁、锌、铁的化学反应方程式，反应物是单质（镁、锌或铁）和化合物（稀盐酸或稀硫酸），生成物是另一种单质（氢气）和另一种化合物（氯化镁、硫酸镁等）。这一类反应的特点是：一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物。 探究……………………………………………………………………… 【实验】 实验内容 现象 化学方程式 将铝丝浸入硫酸铜溶液中 铝丝表面有红色固体生成，溶液由蓝色逐渐变为无色 2Al +3CuSO4 = Al2(SO4)3 +3Cu 将铜丝浸入硝酸银溶液中 铜丝表面有银白色固体生成，溶液由无色逐渐变为蓝色 Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag 将铜丝浸入硫酸铝溶液中 无明显现象 — 【分析与结论】 （1） 上述能发生反应的化学方程式中，反应物都是两种，一种单质和一种化合物；生成物也都是两种，一种单质和一种化合物。它们属于置换反应。 （2） 通过上述实验，可得出铝、铜、银的金属活动性顺序为铝>铜>银。金属活动性Al>Cu>Ag。 【练习与应用答案】 1. B 2.C 3.写出下列反应的化学方程式，并注明反应类型（CO和Fe3O4的反应除外）。 C + O2点燃CO2 （化合反应） C + CO2高温2CO（化合反应） 3Fe + 2O2点燃Fe3O4（化合反应） 4CO+ Fe3O4高温 3Fe + 4CO2 Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑（置换反应） Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑（置换反应） 4.写出镁、铜、氧气、稀盐酸两两间能发生反应的化学方程式，并注明反应类型。 2Mg + O2 点燃 2MgO （化合反应） Mg+ 2HCl = MgCl2 + H2↑（置换反应） 2Cu + O2 △ 2CuO（化合反应） 5. 下列物质间能否发生反应？若能反应，写出化学方程式。 （1）不能反应 （2）能反应，化学方程式：Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu （3）不能反应 （4）能反应，化学方程式：Al + 3AgNO3 = Al(NO3)3 + 3Ag 6.填写下列表格（括号内为杂质）。 混合物 除去杂质的化学方程式 主要操作步骤 铜粉（Fe） Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑ 滴加足量稀盐酸，充分反应后过滤 FeCl2溶液（CuCl2） Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu 加入足量铁粉，充分反应后过滤 7.X>Y>Z。将X和Y分别放入稀硫酸中X反应生成氢气而Y不反应，说明X>Y；将Y和Z分别放入硝酸银溶液中，Y能置换出银而Z不能，说明Y>银>Z，所以X、Y、Z的金属活动性顺序为X>Y>Z。 8.解：设镁、锌、铁各30g，分别与足量的稀盐酸反应，生成氢气的质量分别为x、y、z。 Mg+ 2HCl = MgCl2 + H2↑ 24 2 30g x Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑ 65 2 30g y Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑ 56 2 30g z 答：镁、锌、铁分别能生成氢气的质量为2.5g、0.92g、1.07g。 课题3 金属资源的利用和保护 探究……………………………………………………………………… （1）上述实验设计是如何控制变量的？ 在如图8-18中共设计了三个实验进行对比。三个实验中都用了同样的铁钉，实验①中的铁钉既能与水接触，又能与空气（氧气）接触；实验②中的铁钉只能与水接触，不能与空气（氧气）接触；实验③中的铁钉只能与空气（氧气）接触，不能与水接触。 （2）对比实验①和实验②可以得出铁生锈需要氧气；对比实验①和实验③可以得出铁生锈需要水。所以铁生锈的条件是铁与水和氧气同时接触。 思考与讨论1……………………………………………………………… （1） 日常生活生产中，可以采取适当的措施防止铁制品生锈，如在铁制品表面刷漆、涂油；隔绝氧气和水分；制成能够防腐蚀的合金（如不锈钢）、表面镀一层防腐蚀的金属如镀锌、镀铬、镀金等等。 （2） 自行车的支架是通过刷漆来防锈的，链条是用了涂油的方法来防锈，钢圈是通过制成合金来防锈。 思考与讨论2……………………………………………………………… 我国的稀土资源 中国作为全球稀土资源最为丰富的国家，其储量、产量及资源的合理利用与保护对国家战略安全和全球产业链都具有重大意义。以下是详细分析： 1、 中国稀土储量与生产量1. 稀土储量 全球占比：根据美国地质调查局（USGS）2023年数据，中国稀土储量约4400万吨（以稀土氧化物计），占全球总储量的33.8%，居世界第一。 1.资源分布： 轻稀土：主要分布在内蒙古包头（白云鄂博矿区，占全国83%）、四川凉山、山东微山。 重稀土：集中于江西赣州（"稀土王国"）、福建龙岩等南方地区，为全球稀缺的战略资源。 2. 稀土产量 全球主导地位：2023年中国稀土产量约21万吨，占全球总产量的70%以上，连续30年保持世界第一。 生产管控：自2010年起，中国实施稀土开采总量控制指标制度。2023年稀土矿开采指标为24万吨，冶炼分离指标为22万吨（工信部数据）。 2、 稀土资源的合理利用与保护措施 （1） 政策法规与战略管理开采总量控制：严格配额管理，遏制私挖滥采，避免资源浪费。 《稀土管理条例》（2021年草案）：明确稀土全产业链管理，建立追溯系统，规范进出口。 国家战略储备：对镝、铽等关键重稀土元素实施收储，保障供应链安全。 （2） 产业整合与技术升级组建稀土集团：2021年成立中国稀土集团（整合赣州、中铝等资源），形成"北方稀土+南方稀土"双巨头格局，提升国际定价权。 绿色冶炼技术： 包头稀土研究院开发"绿色无氨萃取工艺"，减少污染90%以上。 离子型稀土矿推广"原地浸矿"技术，降低生态破坏。 高端应用突破： 钕铁硼永磁材料（风电、新能源车电机）占全球产量90%； 发展稀土催化材料（汽车尾气净化）、抛光材料（半导体晶片）等高附加值产品。 （3） （3）环境保护与可持续发展生态修复： 内蒙古投入超100亿元治理白云鄂博尾矿库，减少放射性污染； 江西赣州完成10万亩废弃矿山复绿，推广"稀土矿山生态修复技术规范"。 资源回收利用： 从电子废弃物、磁材废料中回收稀土，2023年再生稀土产量达3.5万吨（占总量15%）。 （4） 国际合作与供应链安全多元化供应链： 中国向海外投资稀土项目（如缅甸、格陵兰岛），降低地缘风险； 推动与日本、欧盟合作开发替代材料（如无重稀土电机）。 出口管制： 2023年对镓、锗实施出口许可，传递资源安全信号； 稀土出口实行许可证管理，2023年出口量4.9万吨（同比降6%）。 3、 挑战与未来方向 1. 挑战： 环境成本：历史遗留污染治理仍需长期投入； 高端技术差距：部分高纯稀土材料（如光刻胶用铈化合物）仍依赖进口； 国际竞争：美澳推动稀土供应链"去中国化"（如MP Materials、Lynas项目）。 2. 战略方向： 强化全产业链控制：从采矿延伸至永磁电机、储氢合金等终端制造； 提升资源利用效率：目标到2030年稀土回收率超30%； 布局新兴领域： 发展稀土在氢能储存（LaNi₅合金）、核医学（钇-90）等前沿应用。 4、 数据概览表 指标 中国数据 全球占比 稀土储量 4400万吨（USGS 2023） 33.8% 稀土产量 21万吨（2023年） 70% 开采配额 24万吨（2023年） - 稀土出口量 4.9万吨（2023年） - 再生稀土产量 3.5万吨（2023年） 15%（国内） 中国通过"开采管控-技术升级-环境修复-高端应用"四维战略，正推动稀土资源从"量"的优势转向"质"的突破。未来需在资源主权、绿色转型与技术自主权之间持续平衡，确保这一"工业维生素"支撑中国高端制造业与全球能源转型的关键需求。 【练习与应用答案】 1. D 2.D 3.B 4.C 解析： 假设该赤铁矿样品的质量为1，则其中铁元素的质量为： ； 氧化铁中铁的质量分数为：；该赤铁矿样品中所含氧化铁的质量为：；该矿石样品中氧化铁的质量分数为：（0.91） 。 5.（1）Fe3O4 (2)Cu2O (3)Al2O3 6.（1）沙漠地区气候干燥，空气中几乎不含水蒸气。沙漠中的铁制品不能与水接触，所以锈蚀较慢。 （2）自然界中，金属大多以化合物的形式存在于矿物中，如赤铁矿（主要成分为氧化铁），铝土矿（主要成为氧化铝），赤铜矿（主要成分是氧化亚铜）等。有少数金属能以单质的形式存在，如金、银等。 7.ZnCO3高温 ZnO + CO2↑ C+ 2Cu2O 高温4Cu + CO2↑ C+ 2ZnO 高温2Zn + CO2↑ 8. 解：每天消耗氧化铁的质量为： 设每天可产铁的质量为x 3CO+ Fe2O3高温2Fe + 3CO2 160 112 3800t x 可日产生铁的质量为： 答：该厂理论上可日产含铁98%的生铁2714.3t。 9. 我国金属矿物的种类和储量。 我国金属矿物的种类和储量 中国金属矿产：种类丰富但禀赋不均，保障资源安全任重道远 我国幅员辽阔，地质构造复杂多样，孕育了种类繁多、储量可观的金属矿产资源，在全球资源格局中占据重要地位。然而，资源禀赋呈现显著的不均衡性，优势矿产与短缺矿产并存，对国家资源安全保障和产业可持续发展提出了挑战。 一、 金属矿产资源种类丰富，优势矿种全球领先 我国是世界上金属矿产资源种类较为齐全的国家之一： 黑色金属： 铁、锰、铬、钒、钛等均有分布。其中，钒、钛资源储量极为丰富，居世界首位（钒储量占全球超40%，钛铁矿储量巨大）。铁矿储量虽大（2023年基础储量约108亿吨），但以贫矿、伴生矿为主，富铁矿资源相对稀缺。 有色金属： 铜、铅、锌、铝（土矿）、镍、钴、锡、钨、钼、锑、汞等种类繁多。钨、锡、锑、稀土是我国最具全球优势的矿种： 钨矿： 储量长期稳居世界第一（约占全球50%以上），资源品质较好。 锡矿： 储量丰富，主要分布在云南、广西等地。 锑矿： 储量全球领先，湖南等地是重要产区。 稀土： 资源量绝对世界第一（2024年官方公布储量约192万吨REO，占全球约33.8%），种类齐全，特别是中重稀土具有不可替代的战略价值（主要分布在南方离子吸附型矿床）。钼矿储量也居世界前列。 贵金属： 金、银资源有一定储量，金矿勘查近年取得进展，但大型、超大型矿床相对较少。铂族金属（铂、钯等）资源则严重匮乏。 稀有、稀散金属： 锂、铍、铌、钽、锆、铟、锗、镓等战略性关键矿产在我国也有相当储量，尤其是锂资源潜力巨大（盐湖锂和硬岩锂均有），镓、铟等稀散金属常与铝土矿、铅锌矿伴生，产量较大。 表：中国主要优势金属矿产储量全球地位概览（截至2024年） 矿种 中国储量全球占比 主要特点与地位 稀土 (REO) 约 33.8% 绝对优势，种类全，中重稀土战略价值极高 钨 (WO3) > 50% 绝对优势，储量大，品质较好 锑 约 25% 全球领先 锡 约 23% 全球领先 钼 约 15% 世界前列 钒 > 40% 世界第一（主要伴生于钒钛磁铁矿） 钛 (钛铁矿) 约 30% 世界第一（资源总量巨大） 锂 约 7-8% 潜力巨大（盐湖+硬岩），快速增长中 镓/铟 产量主导 产量优势显著（主要作为伴生矿产） 二、 资源禀赋存在显著结构性矛盾 在种类丰富和部分矿产储量巨大的光环下，我国金属矿产资源禀赋存在不容忽视的结构性问题： 1. 人均储量不足： 尽管总量大，但除以庞大人口基数，大多数金属矿产的人均占有量远低于世界平均水平。 2. “大而不强”，禀赋欠佳： 贫矿多、富矿少： 如铁矿平均品位仅约30%，远低于世界平均水平（约50%）；铜矿平均品位也普遍较低。铝土矿以一水硬铝石型为主，加工难度和成本高于国外主力的三水铝石型。 共伴生矿多、单一矿少： 大量金属矿产以复杂共伴生形式存在（如攀枝花的钒钛磁铁矿、金川的铜镍矿、华南钨锡多金属矿等），增加了选冶难度和成本，但同时也综合回收了多种有价元素。 中小型矿床多、超大型少： 除少数如白云鄂博（铁、稀土、铌）、攀枝花（钒钛磁铁矿）等特大型矿床外，大型、超大型矿床相对不足。 3. 关键战略性矿产对外依存度高： 随着高端制造业和新能源产业的迅猛发展，我国对部分关键矿产的需求激增，但国内储量或产能严重不足，对外依存度极高： 铬、钴、铂族金属： 资源极度匮乏，对外依存度长期超过90%（铬矿对外依存度>99%）。 镍、高品质锂（部分阶段）、铌等： 对外依存度也较高。 铜、铝（矿石）、钾盐（虽非金属）： 虽然有一定储量，但消费量巨大，仍需大量进口满足需求。 三、 地理分布不均衡，开发利用受制约 我国金属矿产分布呈现明显的地域性： 铁矿： 集中于辽宁鞍山-本溪、河北冀东、四川攀西等地。 铜矿： 主要分布在江西德兴、西藏玉龙、云南东川/普朗、新疆阿舍勒等地。 铝土矿： 山西、河南、贵州、广西四省（区）占全国绝大部分。 铅锌矿： 云南、内蒙古、甘肃、湖南、广东等地较丰富。 钨锡稀土： 高度集中于南岭地区（赣、湘、粤、桂）以及内蒙古（白云鄂博稀土）。 钒钛磁铁矿： 四川攀西地区是核心。 锂矿： 硬岩锂（锂辉石）主要在四川、江西；盐湖锂主要在青海、西藏。 这种分布不均导致“北矿南运”、“西矿东运”的格局，增加了运输成本。部分重要成矿区带（如西南三江、青藏高原）地处生态脆弱区或基础设施薄弱区，开发面临环境和技术挑战。 四、 保障资源安全的路径思考 面对资源禀赋的结构性矛盾与日益增长的需求，保障国家金属矿产资源安全需多措并举： 1. 加强国内勘查开发： 加大地质勘探投入，尤其是深部找矿和重点成矿区带，努力实现找矿突破。推动矿产资源综合利用技术研发，提高共伴生资源、低品位矿、尾矿资源的回收利用效率。 2. 拓展多元化供应渠道： 积极、审慎、可持续地开发利用海外矿产资源，通过贸易、股权投资、联合开发等多种形式，构建稳定、多元、韧性的全球供应链。加强关键矿产储备体系建设。 3. 大力发展循环经济： 将“城市矿山”作为重要资源来源，完善废旧金属回收利用体系，显著提升再生金属在总供给中的比例（如再生铝、再生铜比例已达较高水平）。 4. 推动技术创新与替代： 加强材料科学研究，开发关键矿产的高效利用技术、减量使用技术以及替代材料（如减少电机中稀土用量、开发新型电池技术降低对钴镍的依赖）。 5. 强化战略规划与管理： 加强国家对战略性矿产资源勘查、开发、储备、进出口的统筹规划和管控，确保资源开发利用服务于国家长远发展和安全需求。 结论： 中国是金属矿产资源大国，种类丰富，钨、锡、锑、稀土、钒、钛等优势矿产在全球举足轻重。然而，资源禀赋存在人均不足、贫矿多、共伴生复杂、关键矿产短缺等结构性矛盾，且地理分布不均衡。在全球竞争加剧和产业升级背景下，保障金属矿产资源安全是国家核心利益所在。必须坚持立足国内与拓展海外并重、节约集约与循环利用并举、技术创新与战略管理协同，走出一条绿色、高效、可持续的资源安全保障之路，有力支撑制造强国建设和高质量发展。 （注：文中储量数据为综合公开信息的估算值，具体数据需参考最新官方矿产资源报告。） 参考文献： 1. 自然资源部. 《中国矿产资源报告》 (历年). 2. 美国地质调查局 (USGS). Mineral Commodity Summaries (历年). 3. 中国有色金属工业协会相关报告与数据. 4. 陈毓川, 等. 中国主要成矿区带矿产资源远景评价. 地质出版社. 5. 王安建, 王高尚, 等. 矿产资源需求理论与模型预测. 地质学报. 学科网（北京）股份有限公司 $