【本讲教育信息】

一、教学内容

常见的金属材料

二、学习目标

1、了解常见金属的物理性质，知道金属材料在日常生活和工农业生产中的重要地位。

2、初步建立“混合”能改变物质性质的化学观念。知道在一种金属中熔合进一种或多种其他金属（或非金属），能得到适合人类不同需要的合金。

3、了解重要的铁矿石和炼铁的基本原理。

4、掌握含杂质的反应物或生成物的有关计算。

三、全面突破

知识点（一） 金属的物理性质

1、大多数金属都具有金属光泽，密度和硬度较大，熔、沸点较高，具有良好的延展性和导电、导热性能。在室温下除汞外，金属都是固体。

2、金属的物理性质差异

①金属的物理性质比较相似，但是金属的颜色及其硬度、密度、熔点、导电性和导热性的具体代数值有很大差异。

②几种重要金属的颜色

纯铜是紫红色固体；纯净的铁具有银白色金属光泽。（注意：铁粉由于物理上的光学原因而呈黑色）

③不同的金属还具有各自的特性，物质的性质决定其用途

如：铂的延性好，可以抽成直径仅有1/5000mm的细丝；

金的展性好，可以压成厚度只有1/10000mm的薄片；

钨的熔点高，可以做灯丝；

银的导电性好，广泛用于电子制造业（如电脑、电视机等的印刷电路）；

金特有的黄色象征富有和高贵，被大量用作饰品等。

④一些金属物理性质的比较：

物理性质

物理性质比较

导电性

（以银的导电性为100作标准）

银铜金铝锌铁铅

（优）：100 99 74 61 27 17 7.9（良）

密度（g/cm³）

金铅银铜铁锌铝

（大）19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.70（小）

熔点/℃

钨铁铜金银铝锡

（高）3410 1535 1082 1064 962 660 232（低）

硬度

（以金刚石的硬度为10作标准）

铬铁银铜金铝铅

（大）9 4～5 2.5～4 2.5～3 2.5～3 2～2.9 1.5（小）

⑤金属之最

地壳中含量最高的金属元素——铝

人体中含量最高的金属元素——钙

目前世界年产量最高的金属——铁

导电、导热性最好的金属——银

硬度最高的金属——铬

熔点最高的金属——钨

密度最大的金属——锇

密度最小的金属——锂

3、金属材料的分类

注意：黑色金属是工业上的一种划分方法，而不是从颜色上区分，纯净的铁是银白色，具有金属光泽的固体，铁粉才是黑色的。

【典型例题】

例1、下表列出了几种物质的熔点（在标准大气压下）：

物质名称	固态水银	金	铜	铁	钨	固态氢
熔点	－38.8	1064	1083	1535	3410	－259

据此判断以下说法中正确的是（）

A. 铜球掉入铁水中不会熔化 B. 在零下255℃时，氢是固态

C. 水银温度计可测量零下40℃的气温 D. 用钨制成的灯丝不易熔化

【解析】题目提供了几种物质的熔点数据，根据数据对选项的正误作出判断。铁的熔点比铜高，A错；－255℃还未达到氢的凝固点，B错；－40℃时水银变成固态，不能测量气温，C错；钨的熔点高，D正确。

【答案】D

例2、某种新型“防盗玻璃”为多层结构，每层中间嵌有极细的金属线，当玻璃被击碎时，产生电信号，与金属线相连的警报系统就会立刻报警，这利用了金属的（）

A. 延展性 B. 导电性 C. 弹性 D. 导热性

【解析】这是一个联系实际的问题。首先应明确，这里讲的金属丝应该是导电性、延展性等性能极好的金属，如金、银、铜、铝等。在平常状态下，那些金属线与报警系统之间是通着电的，而当玻璃碎掉后，金属线断开，电流消失，报警系统感受不到电流，便开始报警，因此是利用了金属的导电性。

【答案】B

知识点（二） 合金

1、定义：合金是一种金属中加热熔合其他金属或非金属，而形成的具有金属特性的物质。

注意：①合金是一种混合物，至少含有一种金属。

②主要保持原金属的特性。

2、合金与纯金属相比较，性质上存在着较大的差异，金属在熔合了其他金属或非金属后，不仅组成发生了变化，其内部组织结构也发生了变化，从而引起性质的变化。（因此，通过合金知识的学习，同学们应初步建立“混合”能改变物质性质的化学观念。）

①合金比其组成金属的颜色更鲜艳。

②合金的硬度大于组成它们的金属。

③合金的熔点低于组成它们的金属。

④合金的抗腐蚀能力一般强于组成它们的金属。

3、常见的合金：铁合金、铝合金、铜合金、钛合金等

4、古今常用的各种合金：

【典型例题】

例3、下列有关钢的说法错误的是（）

A. 是合金 B. 是金属材料

C. 钢的性能优于生铁 D. 是有机合成材料

【解析】生铁和钢是铁的两种合金，具有金属特性，主要保持原金属铁的性质。属于金属材料，但由于含碳量不同，导致性能也不同，生铁硬而脆，可铸不可锻；钢硬而韧，有弹性，机械性能好，可铸、可锻、可压延。

有机合成材料品种很多，塑料、合成纤维、合成橡胶就是我们通常所说的三大合成材料，主要是指通过化学合成将小分子有机物合成大分子聚合物。没有金属特性。

故D选项错误。

【答案】D

例4、某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：

	熔点	密度	硬度	导电性
某合金	3200℃	3.20g/㎝³	7. 5	3. 5
铁	1535℃	7.86g/㎝³	4. 5	17

（注：硬度以金刚石的硬度为10作标准，导电性以银的导电性为100作标准）

已知合金耐腐蚀、强度大，从性能上看，该合金不适合制（）

A. 门窗框 B. 炉具 C. 导线 D. 飞机外壳

【解析】A项主要从硬度方面考虑，该合金的硬度大于铁，适合制作门窗框；B项从熔点方面考虑，该合金熔点大于铁，适合于制炉具；C项从导电性方面考虑，该合金的导电性不如铁，不适合作导线；D项从密度方面考虑，该合金密度比铁小，适合制飞机外壳。

【答案】C

例5、下列各组物质中，属于纯净物的一组是（）

A. 24K金、铜导线 B. 不锈钢、黄铜

C. 生铁、钢 D. 钱币、铜钟

【解析】B，C，D都是不同金属的合金，都属于混合物。24K金一般指含金量在99.9％以上的黄金。绝对纯净的物质是没有的，通常所说的纯净物指的是含杂质很少的具有一定的纯度的物质。

【答案】A

例6、下列关于生铁和钢的描述中，正确的是（）

A. 生铁和钢都是混合物，其主要成分都是碳

B. 生铁硬且有韧性，既可铸又可锻

C. 生铁和钢的性能有很大的差别，主要是生铁和钢中含碳量不同

D. 钢是用铁矿石和焦炭做原料炼制成的

【解析】该题容易对生铁，钢的主要成分混淆。生铁（含碳量：2％～4. 3％）和钢（含碳量：0.03～2％）是铁的两种合金，主要成分是铁，A错；由于含碳量不同，性能差别很大，生铁硬而脆，可铸不可锻；钢硬而韧，有弹性，机械性能好；可铸、可锻、可压延，故B错C对；钢是以生铁等为原料进一步冶炼而得到的，故D错。

【答案】C

知识点（三） 炼铁的原理

1、常见铁矿石：磁铁矿（主要成分为Fe₃O₄）、赤铁矿（主要成分为Fe₂O₃）、菱铁矿（主要成分为FeCO₃）、黄铁矿（主要成分为FeS₂）

2、炼铁的原理：

在高温条件下，用还原剂一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来，其主要反应为：

Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂

说明：一氧化碳还原氧化铁的实验的要点：

（1）该反应的现象：玻璃管中的固体物质由红色变为灰黑色，试管中的石灰水变浑浊，导管口有蓝色火焰。

（2）实验步骤：①检查装置的气密性；②装入药品并固定；③向玻璃管内通入一氧化碳气体；④给氧化铁加热；⑤停止加热；⑥停止通入一氧化碳。

明确：实验开始时，要先通入一会一氧化碳，然后再给氧化铁加热，原因是：用一氧化碳赶净玻璃管内的空气，以免加热时玻璃管里的一氧化碳和空气的混合气体发生爆炸。

实验结束时，要先停止加热，还要继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却，原因是：防止空气进入，与高温的铁反应，以及防止石灰水倒流进玻璃管，使之爆炸。

（3）尾气的处理：点燃或用气球收集后再处理。

（4）石灰水的作用：检验并吸收二氧化碳气体。

3、工业炼铁的过程

①炼铁的主要设备：高炉。

②高炉炼铁的主要原料：铁矿石、焦炭、石灰石。

③主要反应：

提供热量，达到高温：C+O₂ CO₂

产生还原剂：2C + O₂ 2CO CO₂ + C 2CO

形成生铁：Fe₂O₃+3CO 2Fe+3CO₂

形成炉渣：CaCO₃ CaO + CO₂↑ CaO + SiO₂ CaSiO₃

4、还原反应：含氧化合物中的氧被夺去的反应，叫做还原反应。

5、含杂质的反应物或生成物的有关计算

（1）计算时先把含杂质的物质的质量换算成纯净物的质量，再代入化学方程式进行计算。

（2）混合物中某纯净物的质量分数（即纯度）＝（纯净物的质量∕混合物的质量）×100%

【典型例题】

例7、化学兴趣小组用以下装置探究炼铁的原理。

（1）加热Fe₂O₃之前要先通一会儿CO，目的是。

（2）方框中连接的是C和D，导管接口的连接顺序为a—（）—（）—（），如果导管连接错误，后果是。

（3）玻璃管A中发生反应的化学方程式为。用这种方法“炼”得的铁与工业上炼出的生铁在组成上的最大区别是。

【解析】CO是一种可燃性气体，与氧气混合后点燃可能会发生爆炸，因此在实验中要先排尽装置中的空气。对装置C、D分析，尾气进入C后，剩余的CO₂与氢氧化钠溶液反应，CO将要被收集在瓶中，瓶中的部分溶液将被“压”到D装置中，所以导管接口的顺序是d、b、e。

【答案】（1）排尽玻璃管中的空气，防止加热时发生爆炸。（2）d b e CO排入空气中污染空气

（3）Fe₂O₃+3CO 2Fe+3CO₂此种方法“炼”得的铁不含碳，工业上的生铁含有碳。

例8、某炼铁厂用含氧化铁80%的赤铁矿冶炼生铁。若要炼出1120t含铁95%的生铁，需要含氧化铁80%的赤铁矿多少吨？

【解析】化学方程式表示的是纯净物之间的质量关系，因此，计算时应将含杂质的质量换算成纯净物的质量。

【答案】解法一：设需要含氧化铁80%的赤铁矿的质量为x。

Fe₂O₃+ 3CO 2Fe + 3CO₂

160 112

x·80% 1120t·95%

x=1900 t

答：需要含氧化铁80%的赤铁矿1900t。

解法二：根据铁元素的质量守恒定律，即生铁中铁元素的质量等于赤铁矿中铁元素的质量。

设需要含氧化铁80%的赤铁矿的质量为x。

x·80%·[（2×56）/（2×56+3×16）]·100% =1120t·95%

x=1900 t

答：需要含氧化铁80%的赤铁矿1900t。

四、考场清单

本讲知识，在选择题、填空题、探究题及计算题中均有可能出题，通常结合生产、生活实际考查学生学以致用的情况。

考点1、金属的物理性质

考点2、合金材料

考点3、炼铁的原理

考点4、含杂质的反应物或生成物的有关计算

考点5、氧化反应、还原反应

五、本讲小结

知识结构：

规律方法：

1. 纯铁质软应用不广，平时常用的是铁的合金（生铁和钢）。

2. 生铁冶炼原理主要是应用还原反应。

疑难辨析：

1. 把纯铁的颜色与“黑色金属”这两个不同概念混淆，造成这一误区的原因主要是对这两种概念没有理解清楚。因此应该明确“黑色金属”是指工业上对金属的分类方法，铁、锰、铬虽属黑色金属，但它们本身的颜色并不一定是黑色，纯铁是银白色。

2. 合金是一种混合物，不能误认为是纯净物，生铁和钢都是铁的合金，其主要成分是铁，不能错认为是碳。

3. 对于生铁和钢各自的性能不能混淆。

4. 纯金属和合金都属于金属材料。

六、超前思维（金属的化学性质）

1、金属与氧气的反应：

	化学方程式
镁在空气中燃烧
铁在氧气中燃烧
铜在空气中加热
铝在氧气中燃烧

你认为下列哪些原因会导致金属与氧气反应的难易和剧烈程度不同（）

A. 金属本身的性质 B. 金属与氧气的接触面积

C. 氧气的浓度 D. 温度

2、金属与酸的反应

①默写常见金属活动性顺序表：。

②在金属活动性顺序中，金属的位置越靠前，它的活动性越，排在的金属能与酸反应放出，排在的金属不能与酸反应放出。

③写出铝、锌、铁与盐酸反应的化学方程式：。镁、铝、铁与稀硫酸反应的化学方程式：。

以上化学反应都属于反应，其定义是。

3、金属与盐溶液的反应

铁与硫酸铜反应的化学方程式是。

铜与硝酸银反应的化学方程式是。

【模拟试题】（答题时间：40分钟）

一、选择题

1、食品包装中经常用到铝箔。铝能制成铝箔是因为铝具有良好的（）

A. 导电性 B. 延展性 C. 导热性 D. 抗腐蚀性

2、金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的应用。下列性质属于金属共性的是（）

A. 硬度很大、熔点很高 B. 有良好的导电性、传热性

C. 是银白色的固体 D. 易与酸反应产生氢气

3、下列物质不属于合金的是（）

A. 氧化铁 B. 锰钢 C. 不锈钢 D. 黄铜

4、世界卫生组织把铝确定为食品污染源之一。铝的下列应用必须加以控制的是（）

A. 用铝合金制门窗 B. 用铝合金作飞机材料

C. 用金属铝制装碳酸饮料的易拉罐 D. 用金属铝制电线

﹡5、北京2008年奥运会火炬“祥云”，外体用轻薄高品质铝合金和优质有机材料加工而成，内部使用的燃料是丙烷。下列有关“祥云”中使用材料的说法错误的是（）

A. 燃料丙烷完全燃烧生成二氧化碳和水，体现了“绿色奥运”的理念。

B. 铝合金比纯铝的硬度小

C. 铝合金质轻且延展性好

D. 火炬外体的制作材料均为可回收的环保材料

6、2007年7月，美国“深度撞击”飞行器成功炮轰彗星，其撞击器采用的是一种含铍（一种金属）3％的铜合金。关于合金，下列说法错误的是（）

A. 合金属于金属材料 B. 只能是金属熔合而成

C. 合金比纯金属性能更优 D. 生铁和钢都属于铁合金

7、“垃圾是放错了位置的资源”应分类回收，生活中废弃的铁锅、铝制易拉罐、铜导线等，可以归为一类回收，它们属于（）

A. 氧化物 B. 金属或合金 C. 盐 D. 碱

﹡8、钛和钛合金是21世纪的重要金属材料，它们具有优良的性能如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、抗腐蚀能力强，钛合金与人体有很好的“相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是（）

A. 用于制造船舶 B. 用于制造航天设备

C. 用来做保险丝 D. 可用来制造人造骨

﹡9、下列化学反应不是在炼铁高炉中发生的是（）

A. CO₂+ C2CO B. C + O₂ CO₂

C. Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂ D. 4Fe+3O₂2Fe₂O₃

10、芯片是电脑、“智能”家电的核心部件，它是用高纯度硅制成的。下面是生产单质硅过程中的一个重要反应：SiO₂+ 2C === Si +2CO↑，该反应的基本类型是（）

A. 化合反应 B. 分解反应 C. 置换反应 D. 复分解反应

二、填空题与简答

11、金属在生活、生产中的许多应用都主要由金属的物理性质决定。请你根据金属的特性，将你知道的金属特性的应用实例填写在下表中。

金属的物理性质	体现金属特性的应用
1、具有美丽的金属光泽
2、硬度大
3、延展性好
4、导电性好
5、导热性好

﹡12、请把下列铁矿石和其对应的主要成分，用短线连接起来：

磁铁矿 Fe₂O₃

赤铁矿 FeCO₃

菱铁矿 FeS₂

黄铁矿 Fe₃O₄

如果你是炼铁厂的老板，你觉得以上哪种矿石不宜作为炼铁的原料（），为什么？

。

﹡13、在空白处填写所用原料的名称：

（1）我国北方取暖用的暖气片是用制作的，暖气管是用制作的。（填“生铁”或“钢”）

（2）日常生活中使用的刀、剪是用制作的（“生铁”或“钢”）

（3）一般干电池的负极是用制作的，正极是用制作的。

（4）糖果、烟盒中的包装纸是用制作的。

（5）保温瓶胆壁上的金属是。

（6）温度计中填充的金属是

14、某钢铁厂高炉炼铁的主要原料是焦炭、赤铁矿（主要成分为Fe₂O₃）、空气等，主要反应过程如下所示：

（1）在上面方框中写出相关反应中生成物的化学式。

（2）写出②③两步反应的化学方程式。

②

③

三、实验探究题

﹡﹡15、下图所示是高炉炼铁时高炉内的化学变化过程：

认真阅读有关信息，回答下列问题：

（1）将铁从铁矿石中还原出来的物质是（填化学式）；

（2）取少量高炉中炼出的生铁放入烧杯中，加入足量稀盐酸，可观察到的现象是，发生反应的化学方程式为，当反应停止后，还可观察到烧杯底部有黑色不溶物，该物质是（填化学式），请设计一个简单实验证明你的判断，简要写出主要操作和现象

四、计算

﹡16、用2000t含Fe₂0₃75%的赤铁矿石，可炼出多少吨含杂质3%的生铁？

【试题答案】

一、选择题：

题号	1	2	3	4	5
答案	B	B	A	C	B
题号	6	7	8	9	10
答案	B	B	C	D	C

二、填空题

11、金银饰品制造刀具、磨具制造铝箔导线铁锅、铝锅

12、磁铁矿（Fe₃O₄）赤铁矿（Fe₂O₃）菱铁矿（FeCO₃）黄铁矿（FeS₂）

不宜作为炼铁的原料的是黄铁矿，因为容易产生SO₂对空气造成污染

13、（1）生铁钢（2）钢（3）锌碳棒（4）铝（5）银（6）汞

14、【解析】此题考查的是高炉中用焦炭为原料制取还原剂CO，并用CO还原铁矿石的炼铁过程。

【答案】（1）A：CO₂B：CO （2） CO₂ + C 2CO Fe₂O₃+3CO 2Fe+3CO₂

15、（1）CO ；（2）有气泡产生、溶液逐渐变为浅绿色；

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂ ↑；C；将黑色固体放在坩埚内加热至其燃烧，并在火焰上方罩一个杯壁沾有澄清石灰水的烧杯，杯壁出现白色斑点。

四、计算

16、1082.5t