1、 金屬和金屬材料第一節 金屬材料l 金屬材料：金屬材料包括純金屬以及它們的合金。l 金屬的物理性質n 在常溫下一般為固態（汞為液態），有金屬光澤（大多數金屬呈銀白色，銅呈紫紅色，金呈黃色）；n 導電性、導熱性、熔點較高、有延展性、能夠彎曲、硬度較大、密度較大。l 金屬之最n 地殼中含量最多的金屬元素鋁n 人體中含量最多的金屬元素鈣n 目前世界年產量最多的金屬鐵（鐵鋁銅）n 導電、導熱性最好的金屬銀（銀銅金鋁）n 熔點最高的金屬鎢n 熔點最低的金屬汞n 硬度最大的金屬鉻n 密度最大的金屬鋨n 密度最小的金屬鋰l 金屬的分類黑色金屬：通常指鐵、錳、鉻及它們的合金。有色金屬：通常是指除黑色金屬以外的

2、其他金屬。重金屬：如銅、鋅、鉛等輕金屬：如鈉、鎂、鋁等l 金屬的應用物質的性質在很大程度上決定了物質的用途，但這不是唯一的決定因素。在考慮物質的用途時，還需要考慮價格、資源、是否美觀、使用是否便利，以及廢料是否易于回收和對環境的影響等多種因素。n 銅、鋁電線導電性好、價格低廉n 鎢燈絲熔點高n 鉻電鍍硬度大 n 鐵菜刀、鐮刀、錘子等n 汞體溫計液柱n 銀保溫瓶內膽n 鋁“銀粉”、錫箔紙l 合金：由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經一定方法所合成的具有金屬特性的物質。合金是混合物。金屬氧化物不是合金。l 目前已制得的純金屬只有90多種，而合金已達幾千種。l 合金的硬度一般比組成它的純金屬的硬度

3、大，抗腐蝕性強。l 合金的熔點一般比組成它的純金屬的熔點低。l 常見的合金：合金鐵的合金銅合金焊錫鈦和鈦合金形狀記憶合金生鐵鋼黃銅青銅成分含碳量2%4.3%含碳量0.03%2%銅鋅合金銅錫合金鉛錫合金鈦鎳合金備注不銹鋼是含鉻、鎳的鋼，具有抗銹蝕性能。生鐵較脆，鋼鐵具有韌性。生鐵常制成暖氣片。紫銅是純銅熔點低見下具有形狀記憶效應l 鈦和鈦合金：被認為是21世紀的重要金屬材料，鈦合金與人體具有良好的“相容性”，可用來造人造骨。鈦和鈦合金的優點： 熔點高、密度小； 可塑性好、易于加工、機械性能好； 抗腐蝕性能好。l 生鐵和鋼性能不同的原因：含碳量不同。第二節 金屬的化學性質l 金屬與氧氣的反應n 鎂

4、、鋁：u 在常溫下能與空氣中的氧氣反應：2Mg+O22MgO 4Al+3O2=2Al2O3u 鋁的抗腐蝕性能好的原因：鋁在空氣中與氧氣反應，其表面生成一層致密的氧化鋁薄膜，從而阻止鋁進一步氧化。n 鐵、銅u 在常溫下、干燥的環境中，幾乎不與氧氣反應，但在潮濕的空氣中會生銹。u 鐵、銅在高溫時能與氧氣反應：3Fe+2O2Fe3O4 2Cu+O22CuOn 金即使在高溫時也不與氧氣反應。l 金屬與酸的反應：活潑金屬酸 鹽H2n 描述現象時，需要注意： 如果有鐵、銅元素參加反應，一定要注意溶液顏色的變化； 反應放熱，但是只有鎂和酸反應時放熱現象明顯。l 置換反應：由一種單質和一種化合物反應，生成另一

5、種單質和另一種化合物的反應是置換反應。當鐵單質參加置換反應時，生成物中的鐵元素呈+2價。l 常見金屬在溶液中的活動性順序： K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金屬活動性由強逐漸減弱n 在金屬活動性順序里，金屬的位置越靠前，它的活動性就越強。n 在金屬活動性順序里，位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、稀硫酸（不可以用濃硫酸和硝酸）中的氫。n 在金屬活動性順序里，位于前面的金屬能把位于后面的金屬從它們化合物的溶液里置換出來。u 鉀、鈣、鈉不符合這一條。它們會先和水反應生成堿和氫氣，然后堿和鹽反應。l 金屬與鹽溶液的反應：金屬鹽另一金屬另一鹽（條件：“

6、前換后，鹽可溶”）在活動性順序中，金屬的距離大的，反應先發生。一個置換反應結束后，另一個置換反應才會發生。如在硫酸亞鐵和硫酸銅的混合溶液中加入鋅粒，鋅會先和硫酸銅反應，反應完畢后鋅才和硫酸亞鐵反應。5l “濕法冶金”的反應原理：Fe+CuSO4=Cu+FeSO4l Fe2+的鹽溶液是淺綠色的，Fe3+的鹽溶液是黃色的，Cu2+的鹽溶液是藍色的。l 比較Cu、Fe、Ag三種金屬的活動性順序1. 使用鐵、銀和溶液，一次性得出結果：操作及現象：把鐵、銀分別放入硫酸銅溶液中，鐵表面沒有現象；而銀表面會附著一層紅色物質，并且溶液會由藍色逐漸變為無色。2. 使用銅、硫酸亞鐵溶液和硝酸銀溶液，一次性得出結果

7、：操作及現象：把銅分別放入硫酸亞鐵溶液和硝酸銀溶液中，硫酸亞鐵溶液沒有現象；而在硝酸銀溶液中，銅表面會附著一層白色物質，溶液由無色逐漸變為藍色。3. 選用試劑時，要根據金屬活動性順序表將三種金屬排序，然后將排在中間的金屬變成鹽溶液，或者將排在兩邊的金屬變成鹽溶液，這樣才能一次性得出結果。第三節 金屬資源的利用和保護l 礦石：工業上把能用來提煉金屬的礦物叫做礦石。常見的礦石及主要成分：赤鐵礦（Fe2O3）、磁鐵礦（Fe3O4）、黃鐵礦（FeS2）、菱鐵礦（FeCO3）、鋁土礦（Al2O3）、黃銅礦（CuFeS2）、輝銅礦（Cu2S）等。l 鐵的冶煉n 實驗室一氧化碳還原氧化鐵n 工業高爐煉鐵1.

8、 設備：高爐（圖見書17頁）。2. 原料：鐵礦石（赤鐵礦或磁鐵礦）、焦炭、石灰石、（空氣）。3. 反應原理：C+O2CO2、CO2+C2CO、3CO+Fe2O32Fe+3CO2。4. 石灰石的主要作用是將礦石中的二氧化硅（SiO2）轉變為爐渣（CaSiO3）。5. 產品：生鐵（實驗室中“煉”出的鐵不含碳，而工業生產中煉出的鐵含碳）。l 含雜質的反應物或生成物的有關計算當參加反應的物質含雜質時，先要把含雜質的物質的質量換算成純物質的質量，再進行計算。一般利用該公式及其變形：。【例題】1000t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵96%的生鐵的質量是多少？【解法1】1000t赤鐵礦石中含氧

9、化鐵的質量為：設生成的鐵的質量為x。折合為含鐵96%的生鐵的質量為答：800t氧化鐵理論上可以煉出生鐵的質量為583t。【解法2】設理論上可以煉出含鐵96%的生鐵的質量為x。（x不是純物質的質量，不能直接代入計算）1000t赤鐵礦石中含氧化鐵的質量為：答：800t氧化鐵理論上可以煉出生鐵的質量為583t。l 鐵生銹的實驗（見右圖）【實驗器材】大試管、試管夾（帶鐵夾的鐵架臺）、膠塞、經煮沸迅速冷卻的蒸餾水、植物油、潔凈無銹的鐵釘、棉花和干燥劑氯化鈣等。【實驗過程】取三根潔凈無銹的鐵釘，一根放在盛有蒸餾水的試管中，并使鐵釘外露一半；一根放在用植物油密封的蒸餾水中；一根放在干燥的空氣中，注意每天觀察鐵釘銹蝕的現象，連續觀察約一周。植物油干燥劑【實驗現象】第一個試管中的鐵釘生銹，而第二、三個試管中沒有明顯現象。【實驗結論】鐵生銹實際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣共同作用的結果。【注意事項】第二個試管內沒有現象，證明了鐵釘生銹需要氧氣；第三個試管內沒有現象，證明了鐵釘生銹需要水蒸氣。鐵銹很疏松，鐵制品可以全部被銹蝕。l 除去鐵銹的方法n 物理方法：刀刮、砂紙打磨。n 化學方法：少量、多次地滴加稀鹽酸或稀硫酸。l 防止鐵制品生銹的方法n 保持鐵制品的潔凈、干燥；n 擦干后涂一層保護膜（作用：隔絕空氣、防水）。具體方法如下：u 物理方