金屬第九單元第一節

常見的金屬材料目錄CONTENTS1了解金屬的物理性質，知道金屬材料在日常生產生活中的重要用途2知道合金的組成，了解生鐵和鋼等重要合金，會區別純金屬與合金感受化學魅力探尋化學之美重點:金屬的物理性質、合金的性質、煉鐵的原理難點:合金的性質、煉鐵的原理、還原反應3了解煉銅原理，掌握工業煉鐵的原理，知道還原反應及常用的還原劑人類文明的進步與金屬材料發展關系密切。當今，種類繁多的金屬材料更成為社會發展的重要物質基礎。你在日常生活中見到或使用過哪些金屬制品？這些金屬制品有什么特點？課堂導入金屬的物理性質一、金屬在生產、生活中有著非常廣泛的應用，這些應用有許多都是由金屬的物理性決定的。探究新知觀察生活中常見或常用的金屬制品，想一想：它們主要是用什么金屬制成的？分別應用了哪些性質？觀察思考9-1金屬的物理性質與應用延展性熔點和沸點較高熱和電的良導體強度大密度較大堅硬且有金屬光澤大多數金屬都具有金屬光澤，密度和硬度較大，熔點和沸點較高，具有良好的延展性和導電、導熱性能。除汞以外，金屬在常溫下都是固體。

不同的金屬具有各自的特性和特定的用途。光澤——金呈黃色，銅呈紫紅色，鐵粉呈黑色；延展性——金的展性最好，鉑的延性最好；硬度——鉻的硬度最高；熔點——鎢的熔點最高，汞的熔點最低；導電性——銀的導電性最好（銅導電性良好，常用于導線）。金屬物理性質的共性和特性在已發現的100多種元素里，大約有4/5是金屬元素。金屬的單質有很多種，在冶金工業上，人們常把金屬分為黑色金屬（包括鐵、鉻、錳）和有色金屬（鐵、鉻、錳以外的金屬）兩大類。人們也常按照密度大小將金屬分類，密度小于4.5g/cm3的叫作輕金屬（鈉、鈣、鎂、鋁等）；密度大于4.5g/cm3的叫作重金屬（汞、銅、鎘、鉛等）。此外，還可以將金屬分為常見金屬（鐵、鋁等）和稀有金屬（鋯、鈮、鉬等）。金屬的分類合金的特性二、常見的金屬材料大多數不是組成單一的純金屬，而是合金探究新知以某種金屬為基礎，添加其他金屬或非金屬通過高溫熔煉、燒結等方式形成的具有金屬特性的材料。合金1.合金是混合物；2.青銅是人類最早使用的合金；3.目前產量最高、應用最廣的合金是鋼(鐵合金)。生鐵和鋼都是鐵合金，兩者的區別是含碳量不同。現有鋁片、鋁合金、銅片、黃銅片、錫片、焊錫（錫鉛合金）等金屬材料，分別進行下列實驗，觀察、分析實驗現象，并與同學交流你得到的結論。1.觀察鋁片與鋁合金、銅片與黃銅片、錫片與焊錫的顏色與光澤。

2.將鋁片與鋁合金、銅片與黃銅片、錫片與焊錫兩兩互相刻劃，比較它們的硬度。活動探究9-1金屬與合金的性質比較金屬材料主要成分光澤和顏色硬度大小對比黃銅片(合金)銅、鋅銅片(純銅)銅焊錫(合金)鉛、錫錫(純錫)錫結論黃銅大焊錫大合金的光澤和顏色比組成它的純金屬更好合金的硬度比組成它的純金屬的硬度大黃色紫紅色銀白色灰色3.如右圖所示，將錫片和焊錫放在鐵片上，用酒精燈在鐵片的中心部位加熱，觀察比較兩者熔化的難易。活動探究9-1金屬與合金的性質比較金屬材料主要成分熔化速度對比錫片(純錫)錫焊錫(錫鉛合金)鉛、錫結論慢快合金的熔點比組成它們的純金屬的熔點低人們利用熔合的方法，控制合金的組成比例和形成條件，就可以制得具有特殊性能、符合特定需求的各種合金。如鈦鎳合金具有形狀記憶功能，用于制作人造衛星的天線；鈦鉬鎳合金抗腐蝕性強、在航海及海洋資源開發領域應用廣泛。特殊性能的合金常見合金的主要成分、性能與用途鈦合金新材料與“奮斗者”號潛水器

2020年11月10日，我國首臺擁有自主知識產權的全海深載人潛水器“奮斗者”號順利下潛至地球海洋最深處，在太平洋馬里亞納海溝成功坐底，深度達10909米，創造了中國載人深潛的新紀錄在10000米以下的深海，水壓是海洋表面的1100倍。為完成萬米探潛，“奮斗者”號潛水器的載人艙球殼采用了我國自主研發的Ti62A鈦合金新材料，其通過先進的焊接技術連接打造，抗壓能力卓越。中國制造，正在為“上九天攬月”“下五洋捉鱉”提供更多的可能。三、大自然為人類提供了豐富的金屬礦物資源，通過冶煉可制得純金屬金屬礦物及其冶煉地球上的金屬資源廣泛存在于地殼和海洋中，其中少數很不活潑的金屬（如金、鉑等）以單質形式存在，其中金屬都以化合物的形式存在于各種礦物中。銅是人類最早使用的金屬之一。主要是通過用焦炭焙燒含有銅元素的礦石獲得金屬銅。孔雀石的主要成分是堿式碳酸銅。堿式碳酸銅受熱分解生成氧化銅、水和二氧化碳。金屬礦物及金屬單質△Cu2(OH)2CO3===2CuO+H2O+CO2↑氧化銅能與木炭反應，生成銅和二氧化碳。化學方程式為：2CuO+C===2Cu+CO2↑還原反應高溫氧化劑,失去氧,被還原還原劑,得到氧,被氧化在這個反應中，氧化銅中的氧被碳奪去，銅被還原出來。像這樣，含氧化合物中的氧被奪去的反應屬于還原反應。常用的還原劑：C、CO、H2CuO+H2

===Cu+H2O加熱如圖9-10所示，在硬質玻璃管中放入少量紅色氧化鐵粉末，先通入一氧化碳，然后用酒精噴燈加熱，觀察現象。實驗步驟：①按上圖組裝儀器，并檢查氣密性；②把少量研細的紅色氧化鐵粉末裝進硬質玻璃管中；③把硬質玻璃管固定，先點燃出氣口處的酒精燈，再通入一氧化碳氣體排氣，待排盡硬質玻璃管中的空氣后，再點燃酒精噴燈加熱；④當紅色粉末全部轉變成黑色后，先停止加熱，繼續通入一氧化碳，直至玻璃管冷卻，最后熄滅酒精燈。活動探究9-2工業煉鐵的化學原理實驗步驟注意事項：（1）一氧化碳還原氧化鐵是在封閉的硬質玻璃管中進行的，先通一氧化碳，可以把管內的空氣排出，防止一氧化碳與空氣混合受熱爆炸。

（2）實驗完畢先停止加熱，還要繼續通入一氧化碳直到玻璃管冷卻。防止高溫的條件下，生成的鐵再被氧化。口訣速記一氧化碳早出晚歸；酒精噴燈遲到早退；前者顛倒會爆炸；后者顛倒會氧化。實驗現象：【問題討論】1.如何判斷反應中生成了什么物質？（1）紅色粉末變黑色，用磁鐵檢驗，證明黑色粉末為鐵；（2）將產生的氣體通入到澄清石灰水中，澄清石灰水變渾濁，則生成二氧化碳。紅色粉末逐漸變成黑色，同時澄清的石灰水逐漸變渾濁。【問題拓展】若用一氧化碳還原四氧化三鐵，應將生成的黑色粉末加入鹽酸中，若有氣體生成，則證明有鐵生成。由于四氧化三鐵也有磁性，不能用磁鐵吸引的方法檢驗。2.裝置導管末端為什么要放一個點燃的酒精燈？點燃一氧化碳，防止污染空氣3.石灰水的作用有哪些？（1）澄清石灰水可用來檢驗生成物二氧化碳；（2）吸收二氧化碳便于處理尾氣（一氧化碳在常規條件下可以燃燒生成二氧化碳，但在高濃度的二氧化碳環境中，由于缺乏足夠的氧氣，一氧化碳無法維持燃燒反應。）實驗證明，氧化鐵和一氧化碳在高溫條件下發生反應，生成鐵和二氧化碳。實驗涉及的化學方程式：3CO+Fe2O3==2Fe+3CO2Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O2CO+O2==2CO2高溫點燃【實驗裝置改進】可將上述裝置除尾氣的部分，改成用氣球收集，收集得到的未燃一氧化碳氣體可重復利用利用尾氣中的CO為反應提供熱量，提高了CO的利用率，又能防止污染空氣鋼鐵工業中就是利用這一原理來煉鐵的。將赤鐵礦（主要成分是Fe2O3）、焦炭和石灰石一起加入高爐，在高溫下，利用爐內反應生成的一氧化碳將鐵從氧化鐵中還原出來。工業煉鐵徐光憲與稀土分離新技術元素周期表中的鑭系元素和鈧、釔共計17種金屬元素，由于它們在自然界存量稀少且分散而被稱為稀土元素。這些稀土元素在信息、能源、航天、軍事中國科學化學等領域中有著重要的應用，被視為冶金工業“維生素”。我國是稀土資源大國，2022年已探明的儲量約占世界總儲量的33.8%。由于這些稀土元素的性質太相近了，如何分離和提取它們就成為世界難題。20世紀70年代我國科技發展需要高純度的稀土產品。國際上提煉稀土的技術都是保密的，而且產品極其昂貴。引進技術和購買產品，都是不現實的，必須自力更生。如何利用稀土元素之間微小的差異，尋找適合的分離技術，將它們從礦物中分別提取出來呢?我國化學家徐光憲(1920—2015)帶領團隊跨過國外已有的分離方法，直接從當時未曾觸碰過的萃取分離技術入手，經過反復實驗，創新出一套稀土分離的串級萃取理論，并在該理論指導下，獨創了稀土分離“三出口”工藝，使我國稀土分離技術達到國際先進水平，促進了我國從稀土資源大國向高純稀土生產強國的轉變，使我國成為全球唯一一個擁有完整稀土產業鏈技術的國家。徐光憲院士被譽為“中國稀土之父”，并榮獲2008年度“國家最高科學技術獎”。課堂達標1.金可制成金箔，拉成金絲，說明金具有良好的（）A．導電性 B．延展性 C．導熱性 D．抗腐蝕性B課堂達標2.北斗系統的全面建成彰顯了中國航天的力量。在航天科技中運用了大量金屬材料，下列有關金屬材料的說法正確的是（）A．純金屬的硬度一般比它們組成合金的硬度更高B．鈦和鈦合金被廣泛應用于火箭、導彈等C．金屬單質在常溫下都是固體D．合金中一定只含金屬元素B3.下列有關金屬及合金的說法錯誤的是（）A．金屬在常溫下大多數都是固體 B．鋁合金的硬度比鋁的硬度小C．鐵制品在潮濕的空氣中易生銹 D．鋼鐵是使用最多的金屬材料B課堂達標課堂達標4.

2021年5月15日“祝融號”火星車成功著陸。該車使用了新型鎂鋰合金，下列說法正確的是（）A．鎂鋰合金屬于金屬材料 B．鋰屬于非金屬元素C．鎂是地殼中含量最高的金屬元素 D．鎂鋰合金的硬度比鎂的小A課堂達標5.圖是“一氧化碳與氧化鐵反應”的部分實驗裝置，關于該實驗說法正確的是（）A.充分反應后，向固體中加稀鹽酸會產生氣泡B.在實驗過程中，黑色的粉末會逐漸變成紅色C.該實驗的反應原理為FeO+CO高溫

Fe+CO2D.在實驗過程中，產生的尾氣可以直接排放到空氣中A課堂達標6.春秋初期，紹興一帶是南方的一個冶鐵中心，其煉鐵方法是在1000℃左右的溫度下，使木炭和鐵礦石（主要成分為Fe2O3）發生一系列的反應生成含較多雜質的海綿鐵。其中主要化學反應為：3CO+Fe2O3

高溫2Fe+3CO2。下列說法正確的是（）A．海綿鐵是一種純凈物 B．Fe2O3中鐵元素的化合價為+3價 C．上述反應中涉及的氧化物只有2種 D．煉鐵過程中，木炭只是作為燃料使用B課堂達標7.“嫦娥攬月、北斗指路、祝融探火……”中國航天砥礪奮進，“神舟十四”再探天河！神舟十四號飛船很多部件都用到了哈爾濱制造的鋁合金，如軌道艙殼體結構、返回艙側壁金屬殼體等，這樣可以有效的減輕飛船的重量。請結合上述內容，回答下列問題：（1）鋁合金屬于

（填“混合物”或“純凈物”）。（2）鋁合金的優良性能有

（填字母）等。A.密度小、硬度大B.強度高抗腐蝕性差混合物A課堂達標8.冶煉金屬需要考慮多方面因素：（1）固體氧化鎂或氯化鎂加熱至熔化后電解都能制得金屬鎂。從節能方面考慮，工業上選擇了氯化鎂，是因為這兩種物質的

（填物理性質）不同。（2）①高爐煉鐵選用鐵礦石作為原料應考虎的因素有

（寫一點即可）。②冶煉時將鐵礦石粉碎的目的是

。③赤鐵礦石（主要成分是Fe2O3）煉鐵的化學方程式為

。熔點考慮礦石中鐵元素的含量或是否在冶煉過程中造成環境污染增大反應物之間的接觸面積，加快反應速率或使之充分反應3CO+Fe2O3高溫2Fe+3CO2課堂達標9.物質的性質決定著物質在生產和生活中的用途。木炭和一氧化碳都具有還原性，都可用于冶煉金屬。請根據下圖回答有關問題。(1)請寫出下列反應的化學方程式：①一氧化碳還原氧化鐵________________。②木炭還原氧化銅___________________；(2)A、B裝置中澄清石灰水的作用是________________________________。(3)B裝置最右端酒精燈的作用是________________________________。(4)在A裝置中，當觀察到________________________________________時，證明木炭粉末和氧化銅粉末已經完全反應C+2CuO高溫2Cu+CO2↑3CO+Fe2O3高溫2Fe+3CO2檢驗是否有二氧化碳生成除去未反應完的一氧化碳氣體，防止污染空氣A裝置豎直的試管內導管口不再有氣泡冒出課堂達標10.鋼鐵冶煉的部分