














第八单元金属和金属材料
课题1 金属材料
一、金属材料
1.种类:包括纯金属以及它们的合金。
2.金属的物理性质
在常温下一般为固态(汞为液态),有金属光泽(大多数金属呈银白色,铜呈紫红色,金呈黄色);
导电性、导热性、熔点较高、有延展性、能够弯曲、硬度较大、密度较大。
3.金属之最
地壳中含量最多的金属元素——铝
人体中含量最多的金属元素——钙
目前世界年产量最多的金属——铁(铁>铝>铜)
导电、导热性最好的金属——银(银>铜>金>铝)
熔点最高的金属——钨
熔点最低的金属——汞
硬度最大的金属——铬
密度最大的金属——锇
密度最小的金属——锂
4.金属的分类
5.金属的应用
物质的性质在很大程度上决定了物质的用途,但这不是唯一的决定因素。在考虑物质的用途时,还需要考虑价格、资源、是否美观、使用是否便利,以及废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素。
铜、铝——电线——导电性好、价格低廉
钨——灯丝——熔点高
铬——电镀——硬度大
铁——菜刀、镰刀、锤子等
汞——体温计液柱
银——保温瓶内胆
铝——“银粉”、锡箔纸
二、合金
1.概念:
由两种或两种以上的金属或金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。合金是混合物。金属氧化物不是合金。
目前已制得的纯金属只有90多种,而合金已达几千种。
2.特性:
合金的硬度一般比组成它的纯金属的硬度大,抗腐蚀性强。
合金的熔点一般比组成它的纯金属的熔点低。
3.常见的合金:
合金 | 铁的合金 | 铜合金 | 焊锡 | 钛和钛合金 | 形状记忆合金 | ||
生铁 | 钢 | 黄铜 | 青铜 | ||||
成分 | 含碳量 2%~4.3% | 含碳量 0.03%~2% | 铜锌合金 | 铜锡合金 | 铅锡合金 | 钛镍合金 | |
备注 | 不锈钢是含铬、镍的钢,具有抗锈蚀性能。 生铁较脆,钢铁具有韧性。 生铁常制成暖气片。 生铁和钢性能不同的原因:含碳量不同。 | 紫铜是纯铜 | 熔点低 | 见下 | 具有形状记忆效应 | ||
钛和钛合金:被认为是21世纪的重要金属材料,钛合金与人体具有良好的“相容性”,可用来造人造骨。 钛和钛合金的优点:① 熔点高、密度小; ② 可塑性好、易于加工、机械性能好; ③ 抗腐蚀性能好。 |
课题2 金属的化学性质
一、金属与氧气的反应
1.镁、铝
在常温下能与空气中的氧气反应:2Mg+O22MgO 4Al+3O2=2Al2O3
铝的抗腐蚀性能好的原因:铝在空气中与氧气反应,其表面生成一层致密的氧化铝薄膜,从而阻止铝进一步氧化。
2.铁、铜
在常温下、干燥的环境中,几乎不与氧气反应,但在潮湿的空气中会生锈。
铁、铜在高温时能与氧气反应:3Fe+2O2Fe3O4 2Cu+O22CuO
3.金即使在高温时也不与氧气反应。
二、金属与酸的反应
1.表达式:活泼金属+酸 → 盐+H2↑
2.注意:
描述现象时,需要注意:
①如果有铁、铜元素参加反应,一定要注意溶液颜色的变化;
②反应放热,但是只有镁和酸反应时放热现象明显。
三、置换反应
由一种单质和一种化合物反应,生成另一种单质和另一种化合物的反应是置换反应。
当铁单质参加置换反应时,生成物中的铁元素呈+2价。
四、常见金属在溶液中的活动性顺序
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
1.应用
(1)在金属活动性顺序里,金属的位置越靠前,它的活动性就越强。
(2)在金属活动性顺序里,位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸(不可以用浓硫酸和硝酸)中的氢。
(3)在金属活动性顺序里,位于前面的金属能把位于后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来。钾、钙、钠不符合这一条。它们会先和水反应生成碱和氢气,然后碱和盐反应。
五、金属与盐溶液的反应
1.表达式:金属+盐→另一金属+另一盐(条件:“前换后,盐可溶”)
2.方法总结:在活动性顺序中,金属间的距离大的,反应先发生。一个置换反应结束后,另一个置换反应才会发生。
例如:在硫酸亚铁和硫酸铜的混合溶液中加入锌粒,锌会先和硫酸铜反应,反应完毕后锌才和硫酸亚铁反应。
3.“湿法冶金”
(1)反应原理:Fe+CuSO4=Cu+FeSO4【Fe2+的盐溶液是浅绿色的,Fe3+的盐溶液是黄色的,Cu2+的盐溶液是蓝色的】
4.比较Cu、Fe、Ag三种金属的活动性顺序
(1)使用铁、银和溶液,一次性得出结果【两金夹一盐】
操作及现象:把铁、银分别放入硫酸铜溶液中,铁表面没有现象;而银表面会附着一层红色物质,并且溶液会由蓝色逐渐变为无色。
(2)使用铜、硫酸亚铁溶液和硝酸银溶液,一次性得出结果【两盐夹一金】
操作及现象:把铜分别放入硫酸亚铁溶液和硝酸银溶液中,硫酸亚铁溶液没有现象;而在硝酸银溶液中,铜表面会附着一层白色物质,溶液由无色逐渐变为蓝色。
(3)注意:选用试剂时,要根据金属活动性顺序表将三种金属排序,然后将排在中间的金属变成盐溶液,或者将排在两边的金属变成盐溶液,这样才能一次性得出结果。
课题3 金属资源的利用和保护
一、金属资源在自然界的存在
1.矿石:工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
2.常见的矿石及主要成分:
赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、黄铁矿(FeS2)、菱铁矿(FeCO3)、铝土矿(Al2O3)、黄铜矿(CuFeS2)、辉铜矿(Cu2S)等。
二、铁的冶炼
1.实验室——一氧化碳还原氧化铁
(1)实验装置:
(2)反应的化学方程式(炼铁的原理):Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
(3)实验步骤:
1)检查装置的气密性。
2)将适量的氧化铁粉末放入玻璃管内,并固定装置。
3)向玻璃管内通入一氧化碳气体,并点燃酒精灯。
4)待装置内的空气完全排净后,点燃酒精喷灯给氧化铁加热。
5)当玻璃管内红色粉末变为黑色时,停止加热。
6)待玻璃管内的固体冷却至常温后,停止通入一氧化碳气体,并熄灭酒精灯。
(4)实验现象:红色粉末逐渐变为黑色,澄清的石灰水变浑浊,尾气燃烧产生蓝色火焰。
(5)实验注意事项:
1)先通入一氧化碳气体的目的:排净装置内的空气,防止一氧化碳与空气混合,加热时发生爆炸。
2)实验完毕后继续通入一氧化碳气体,直到玻璃管冷却的目的:防止高温下的铁与空气接触被氧化。同时,还可防止试管内的澄清石灰水被倒吸。
3)尾气的处理:尾气中的一氧化碳有毒,所以尾气要经过处理,可点燃使其生成无毒的二氧化碳气体。
4)若实验中没有酒精喷灯,也可用酒精灯代替,不过要在火焰上加一个金属网罩,使火力更加集中,提高温度。
2.工业——高炉炼铁
(1)设备:高炉
(2)原料:铁矿石(赤铁矿或磁铁矿)、焦炭、石灰石、(空气)
(3)反应原理:C+O2CO2、CO2+C2CO、3CO+Fe2O32Fe+3CO2。
石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅(SiO2)转变为炉渣(CaSiO3)。
产品:生铁(实验室中“炼”出的铁不含碳,而工业生产中炼出的铁含碳)。
三、含杂质的反应物或生成物的有关计算
当参加反应的物质含杂质时,先要把含杂质的物质的质量换算成纯物质的质量,再进行计算。
一般利用该公式及其变形:
1.化学方程式所表达的物质间的质量关系都是参加反应的纯净物间的关系。
2.做题时要重视审题,看清题目中所给的质量分数是纯度还是杂质的质量分数。如用200t含杂质20%的赤铁矿石用于炼铁,参加反应的纯净物不是200t×20%,而是200t×(1-20%)。
3.纯物质和不纯物质之间的关系:纯物质的质量=不纯物质的质量×纯度。
四、铁生锈的实验
【实验器材】大试管、试管夹(带铁夹的铁架台)、胶塞、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、洁净无锈的铁钉、棉花和干燥剂氯化钙等。
【实验过程】取三根洁净无锈的铁钉,一根放在盛有蒸馏水的试管中,并使铁钉外露一半;一根放在用植物油密封的蒸馏水中;一根放在干燥的空气中,注意每天观察铁钉锈蚀的现象,连续观察约一周。
【实验现象】第一个试管中的铁钉生锈,而第二、三个试管中没有明显现象。
【实验结论】铁生锈实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气共同作用的结果。
【注意事项】
第二个试管内没有现象,证明了铁钉生锈需要氧气;
第三个试管内没有现象,证明了铁钉生锈需要水蒸气。
铁锈很疏松,铁制品可以全部被锈蚀。
五、除去铁锈的方法
物理方法:刀刮、砂纸打磨。
化学方法:少量、多次地滴加稀盐酸或稀硫酸。
六、防止铁制品生锈的方法
保持铁制品的洁净、干燥;
擦干后涂一层保护膜(作用:隔绝空气、防水)。具体方法如下:
物理方法——刷漆(油漆或银粉)、涂油
化学方法——电镀其它金属(铬或锌)、烤蓝
制成不锈钢。
七、金属资源的保护措施
1.防止金属的腐蚀;
2.回收利用废旧金属;
3.有计划、合理地开采矿物;
4.寻找金属的代用品。(例如用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮和汽车外壳等)
八、意义:节约金属资源和能源,降低金属的生产成本,减少对环境的污染。
一、单选题
1.古典书籍中对镀金法有如下叙述:“以汞和金涂银器上,成白色,入火则汞去,而金存,数次即黄。”其中“入火则汞去”对应的操作是
A.蒸发B.升华C.过滤D.蒸馏
【答案】A
【详解】汞与金形成液态的合金,涂在银器的表面,汞受热易挥发,其中“入火则汞去”是将液态汞加热挥发,操作是蒸发;故选A。
2.节约资源,保护环境,有助于实现社会的可持续发展。下列物品放置对应垃圾箱错误的是
A.过期药品放入①中B.鱼刺、菜叶放入②中
C.废铜电线放入③中D.旧书、报纸放入④中
【答案】D
【详解】A、有害垃圾指对人体健康或者自然环境造成直接或者潜在危害的生活废弃物;常见的有害垃圾包括废灯管、废油漆、杀虫剂、废弃化妆品、过期药品、废电池、废灯泡、废水银温度计等,故A正确;
B、厨余垃圾指的是居民在日常生活,以及食品加工、饮食服务等活动中产生的垃圾,其主要来源是家庭厨房、餐厅饭店等等与食品加工相关的区域,包括菜叶、剩菜剩饭、果皮等,故B正确;
C、可回收垃圾有:本身或材质可再利用的纸类、硬纸板、玻璃、塑料、金属、塑料包装等,故C正确;
D、其他垃圾包括除上述几类垃圾之外的砖瓦陶瓷、渣土、卫生间废纸等难以回收的废弃物,旧书、报纸属于可回收垃圾,不属于其他垃圾,故D错误。
故选D。
3.化学反应不但提供新物质和能量,有时利用反应还会产生其他的作用。下图是学生自制的装置,向试管中加入试剂可以使小车向左移动。下列反应不能实现这一现象的是
A.碳酸钠和稀盐酸反应B.铁和硫酸铜反应
C.锌和稀硫酸反应D.过氧化氢在二氧化锰的催化下分解
【答案】B
【详解】A、碳酸钠和盐酸反应生成二氧化碳气体,根据作用力和反作用力的作用可知,反应有气体生成,可造成小车向左移动,不符合题意;
B、铁和硫酸铜反应没有气体生成,不可造成小车向左移动,符合题意;
C、锌与稀硫酸反应生成氢气,可造成小车向左移动,不符合题意;
D、过氧化氢在二氧化锰的催化下分解生成氧气,可造成小车向左移动,不符合题意。
故选B。
4.下列实验操作或分析正确的是
A.把铝块碾压成铝箔,是利用了铝的导热性
B.把镁粉加入食醋中,溶液中有气泡冒出
C.用量筒量取一定量水时,可按如图方法进行
D.如图,从蜡烛火焰中引出的“白烟”属于纯净物
【答案】B
【详解】A、铝块能碾压成铝箔,是利用了铝具有良好的延展性,而不是导热性,故A选项分析错误;
B、食醋中含有醋酸,也是一种酸,镁的活动性排在氢前,能和醋酸反应产生氢气,溶液中有气泡冒出,故B选项分析正确;
C、量筒读数时,应将量筒放平,视线与液体凹液面的最低处保持水平,而图中读数为仰视读数,故C选项操作错误;
D、可以从蜡烛火焰中引出一缕“白烟”,白烟是石蜡蒸气凝结成的石蜡固体小颗粒,该白烟的主要成分是石蜡,属于混合物,故D选项说法错误。
故选B。
【点睛】本题考查知识较为综合,根据所学知识进行分析解答。
5.《神农本草经》记载:“水银..............熔化还复为丹。”《皇帝九鼎神丹经》中的“饵丹”、“柔丹”和“伏丹”都是在土釜中加热Hg制得。这里的“丹”是指
A.汞B.合金C.HgSD.HgO
【答案】D
【详解】
A、“水银..............熔化还复为丹”说明“丹”是不同于Hg的物质,A错误;
B、合金是指金属和金属或非金属熔合而成的,题干中没有指出过程中其他金属或者像碳这样的非金属参与熔合,B错误;
C、题干中没有指出硫元素参与反应,不可能产生硫化汞,C错误;
D、加热汞,汞与空气中氧气反应生成氧化汞,D正确。
故选:D。
6.常温下,在盛有氩气的反应容器中加入金属钠、钾,逐渐摇晃至金属完全液化即得液态钠钾合金。即使1g 钠钾合金在氧气或二氧化碳中燃烧,也很容易造成火灾。下列有关钠钾合金的说法正确的是
A.钠钾合金属于化合物B.钠钾合金的熔点比金属钠、钾更低
C.钠钾合金着火可以用二氧化碳灭火D.钠钾合金常温下不能与氧气反应
【答案】B
【详解】A、钠钾合金属于混合物,不是化合物,选项错误;
B、合金的熔点低于其组成金属,所以钠钾合金的熔点比金属钠、钾更低,选项正确;
C、根据题干信息可知,钠钾合金可在二氧化碳中燃烧,所以钠钾合金着火不可以用二氧化碳灭火,选项错误;
D、常温下,钠钾合金在盛有氩气的容器中保存,氩气属于保护气隔绝空气,常温下在空气中可以与氧气反应生成其他物质,选项错误。
故选B。
7.氯离子效应是指氯离子能加快某些化学反应的速率。为定量探究氯离子浓度对氯离子效应的影响。选择锌片与稀硫酸反应作为研究对象,通过往稀硫酸中加入氯化钠改变氯离子浓度,测量单位时间内产生氢气的体积如下图所示。
下列说法不正确的是
A.氯离子可以明显加快锌与稀硫酸的反应速率
B.氯离子浓度越大锌与稀硫酸的反应速率越快
C.氯离子浓度达到饱和对于反应速率的影响并非最大
D.选择锌与不同浓度的稀盐酸反应无法达到实验目的
【答案】B
【详解】A、由图可知,当氯离子浓度为0时,氢气的生成速率较慢,加入氯离子后,生成氢气的速率明显加快,说明氯离子可以明显加快锌与稀硫酸的反应速率,不符合题意;
B、由图可知,随着氯离子浓度的增大,锌与稀硫酸的反应速率先加快后减慢,当氯离子的浓度约为3.0mol/L时,生成氢气的速率最大,即锌与稀硫酸的反应速率最快,符合题意;
C、由图可知,当氯离子的浓度约为3.0mol/L时,生成氢气的速率最大,即对反应速率的影响最大,氯离子浓度达到饱和对于反应速率的影响并非最大,不符合题意;
D、选择锌与不同浓度的稀盐酸,引入了氢离子,变量不唯一,会对实验造成干扰,故选择锌与不同浓度的稀盐酸反应无法达到实验目的,不符合题意。
故选B。
8.已知:(1)3Cu+8HNO3═3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,(2)2NO+O2═2NO2,NO是无色难溶于水的气体,NO2是红棕色气体,某小组用如图气密性良好的装置制备NO:将铜丝绕成螺旋状固定在U形管左侧,塞好胶塞,打开B,从U形管右侧加入硝酸充满左管,关闭B,发现铜丝和硝酸反应极慢,过了好久,溶液变浅蓝色,反应开始加快,左侧生成无色气体,溶液温度未变。下列分析或评价不正确的是
A.硝酸充满U形管左侧目的是加大和铜丝的接触面积
B.检验气体是NO:打开B使少量气体进入干燥管
C.Cu2+对铜和稀硝酸反应具有催化作用
D.该装置具有“随时开停”制备并储存NO的优点
【答案】A
【详解】A、如图所示,硝酸充满U形管左侧目的是排出装置中的空气,防止一氧化氮和空气中的氧气反应,该选项错误;
B、由于一氧化氮是无色难溶于水的气体,故检验气体是一氧化氮方法是打开B使少量气体进入干燥管,该选项正确;
C、根据题意,当溶液变蓝即生成铜离子后反应开始加快,说明铜离子对铜和稀硝酸反应具有催化作用,该选项正确;
D、如图所示,B关闭时生成的一氧化氮会使硝酸与铜丝分离则反应停止,而打开B一氧化氮逸出到干燥管内,则硝酸与铜丝接触继续反应,故该装置具有“随时开停”制备并储存NO的优点,该选项正确。
故选:A。
9.供暖锅炉、制冷空调及节能减排技术设备展览会中涉及到许多新设备、新材料,都与化学密切相关,下列有关说法不正确的是
A.制造空调时使用的合金属于金属材料
B.制造锅炉时使用的钢的含碳量比生铁低
C.锅炉表面喷漆主要为了美观
D.实行集中供暖可以节约化石能源,而且也能保护环境
【答案】C
【详解】A、金属材料包括纯金属以及它们的合金,制造空调时使用的合金属于金属材料,此选项正确;
B、生铁是含碳量为2%~4.3%的铁合金,钢是含碳量为0.03%~2%的铁合金,制造锅炉时使用的钢含碳量比生铁低,此选项正确;
C、锅炉表面喷漆主要不是为了美观,是为了防止生锈,此选项错误;
D、实行集中供暖可以节约化石能源,而且也能减少污染、保护环境,此选项正确。
故选C。
【点睛】本题难度不大,了解防止铁生锈的措施、金属材料、生铁和钢的组成成分等是正确解答本题的关键。
10.碳及其化合物、金属及其化合物等是我们初中化学所学的核心知识。下图是几种物质的转化关系(反应条件均省略),其中可以通过置换反应实现的转化有
A.一个B.二个C.三个D.四个
【答案】B
【详解】碳能与氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳,该反应符合“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”的反应,属于置换反应;
二氧化碳和碳在高温下反应生成一氧化碳,该反应符合“多变一”的特点,属于化合反应;
一氧化碳和四氧化三铁在高温下反应生成铁和二氧化碳,反应物均是化合物,不属于置换反应;
铁和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,该反应符合“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”的反应,属于置换反应。
故属于置换反应的是二个。
故选B。
11.在学习了金属的化学性质后,某化学兴趣小组的同学对镁和稀盐酸的反应进行了探究,通过观察气泡产生的快慢,画出如图所示的反应速率图。以下对图像分析错误的是
A.a时刻镁和稀盐酸开始反应
B.b→c过程中反应速率逐渐增大
C.c时刻后反应速率减小的原因是稀盐酸的浓度逐渐减小
D.c时刻溶液的温度最高
【答案】D
【详解】A、由图知,从a时刻起镁和稀盐酸开始反应,故A不符合题意;
B、由图知,b→c过程中反应速率逐渐增大,故B不符合题意;
C、由图知,c时刻后反应速率减小的原因是稀盐酸的浓度逐渐减小,故C不符合题意;
D、由图知,c时刻反应速率最高,故D符合题意。
故选D。
12.下列鉴别铁粉和木炭粉的方法,没有体现其化学性质的是
A.加稀盐酸B.与氧化铜混合后加热
C.用磁铁反复吸引D.加硫酸铜溶液
【答案】C
【详解】A、木炭粉不能和稀盐酸反应,铁粉和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,体现了铁的还原性,故选项A不符合题意;
B、铁粉和氧化铜不反应,木炭粉和氧化铜混合后加热生成铜和二氧化碳,体现了木炭的还原性,故选项B不符合题意;
C、用磁铁反复吸引来鉴别铁粉和木炭粉,是利用了铁能被磁铁吸引的物理性质,故选项C符合题意;
D、木炭粉不能和硫酸铜溶液反应,铁粉和硫酸铜溶液反应生成硫酸亚铁和铜,体现了铁的还原性,故选项D不符合题意;
故选:C。
13.卡塔尔世界杯“中国元素”无处不在。下列说法不正确的是
A.主场馆卢塞尔球场外幕墙为金色双曲面铝板幕墙,铝属于金属材料
B.华为5G实时助力“沉浸式”观赛,5G传输需要石墨,石墨不能导电
C.闭幕式上的焰火表演,令世人惊叹,焰火表演是可燃物燃烧形成的光电现象
D.承担主要运输任务的新能源电动客车,有效控制了二氧化碳气体的排放量
【答案】B
【详解】A、金属材料包括纯金属和合金,主场馆卢塞尔球场外幕墙为金色双曲面铝板幕墙,铝属于金属材料,故A正确;
B、华为5G实时助力“沉浸式”观赛,5G传输需要石墨,石墨能导电,故B不正确;
C、闭幕式上的焰火表演,令世人惊叹,焰火表演是可燃物燃烧形成的光电现象,故C正确;
D、承担主要运输任务的新能源电动客车,不会产生二氧化碳,有效控制了二氧化碳气体的排放量,故D正确。故选B。
14.《天工开物》记载“烧铁器浮于胆矾水中,即成铜色也”。下列说法正确的是
A.“铜色”指蓝色B.“铁器”适宜盛放“胆矾水”
C.“即成铜色也”发生了置换反应D.“成铜色”后“胆矾水”质量增加
【答案】C
【详解】A、“铜色”指红色,故A不正确;
B、胆矾水是硫酸铜溶液,铁和硫酸铜反应,“铁器”不宜盛放“胆矾水”,故B不正确;
C、“即成铜色也”发生反应为铁和硫酸铜生成硫酸亚铁和铜,反应符合一种单质和一种化合物生成另一种单质和另一种化合物,属于置换反应,故C正确;
D、铁和硫酸铜反应的关系式为,56份质量的铁生成64份质量的铜,“成铜色”后“胆根水”质量减少,故D不正确。故选C。
15. CO、H2还原Fe2O3的过程相似,大致分为三个阶段。向4.8gFe2O3中不断通入H2,不断加热,实验测得固体残留率(固体残留率=×100%)随温度的变化曲线如图所示。下列叙述错误的是
A.d点对应固体为Fe,其质量为3.36g
B.从a到d点,固体中的含氧量逐渐变小
C.从a到d点,固体减少的质量等于生成的水的质量
D.bc段发生反应的方程式为Fe3O4+H23FeO+H2O
【答案】C
【详解】A.4.8gFe2O3中铁元素质量为:4.8g××100%=3.36g,d点对应固体质量=反应前氧化铁的质量×固体残留率=4.8g×70%=3.36g,所以d点对应固体为Fe,其质量为3.36g,故A正确;
B.CO、H2还原Fe2O3的过程相似,铁的氧化物中的氧元素逐渐被氢气夺去,固体中的含氧量逐渐变小,故B正确;
C.从a到d点,固体减少的质量等于参加反应固体中所减少氧元素的质量,不等于生成的水的质量,故C错误;
D.铁的氧化物有Fe2O3、Fe3O4、FeO,氧元素质量分数分别为:30%、27.6%、22.2%,根据从a到d点,固体中的含氧量逐渐变小,第一阶段氢气与Fe2O3反应生成Fe3O4和水,第二阶段氢气与Fe3O4反应生成FeO和水,第三阶段氢气与FeO反应生成Fe和水,所以bc段发生反应的方程式为,故D正确。
故选C。
二、填空题
16.(2022 年冬天,卡塔尔世界杯再一次让全球见证了中国制造的力量。
(1)中国铁建承建的卢塞尔主体育场,场馆外墙由 420多块三角铝板组成。请用化学方程式解释铝板耐腐蚀的原因__________________。
(2)中国义乌的世界杯周边产品市场占有率超 70%。下列产品主要由金属材料制成的是(填序号)。
A.加油贴纸B.助威充气棒C.不锈钢钥匙扣D.“拉伊卜”布偶
(3)中国中南集团供货的集装箱被创造性地用于球迷村、974运动场的建设。集装箱外壳为钢结构,这利用了钢的______(填序号)等性质。
A.银白色B.导电性好C.抗腐蚀性强D.硬度大
(4)中国宇通集团搭建的世界杯服务用车专线让纯电动新能源客车开进油气大国。以下热点新闻标题与新能源无关的是(填序号)。
A.中国电建承建卡塔尔首座太阳能发电站
B.中国宁夏大学研发风能提水渗透灌溉草坪技术
C.中国石化与卡塔尔签署液化天然气长期购销协议
D.卡塔尔采用潮汐能漩涡系统建造生态悬浮酒店
【答案】(1)
(2)C
(3)CD
(4)C
【详解】(1)铝板耐腐蚀的原因是因为铝容易和空气中的氧气反应生成一层致密的氧化铝薄膜,反应方程式为;
(2)金属材料包括纯金属和合金,选项中由金属材料制成的是不锈钢钥匙扣,故应选C;
(3)集装箱外壳为钢结构,这利用了钢的抗腐蚀性好、硬度大,钢属于合金,相较于纯金属来说,具有硬度大、抗腐蚀性好的特点,故应选CD;
(4)A、太阳能发电利用了新能源,故A错误;
B、风能提水渗透灌溉草坪利用了新能源,故B错误;
C、天然气属于化石燃料,不属于新能源,故C正确;
D、潮汐能属于新能源,故D错误;
故应选C。
17.金属的发现与使用历史,体现人们对其性质的认识和科技发展水平。
(1)三星堆遗址新出土重要文物500多件,有青铜神树、金面具及玉石器等,多属前所未见的稀世之珍。
①青铜是金属冶铸史上最早出现的合金,制作材料是铜锡合金,锡元素符号为_____。
②黄金面具残片历经三千年依旧金光灿灿,从物质化学性质的角度解释原因_____。
(2)我国早在春秋战国时期就开始使用铁器。铁制品在生活中应用广泛。
①下列铁制品的用途中,利用金属导热性的是____(填字母序号)。
②铁制品长期暴露在空气中会发生锈蚀。请举出室外铁制品运动器材常采用的具体防锈措施____(写一条即可)。
(3)铝的利用距今100多年,现在铝的年产量得到大幅度的提高。
①铝制品在生活中不易锈蚀的原因是____(用化学方程式表示)。
②无人机的用途越来越广泛,可以用于航拍、喷洒农药等。制无人机框架宜选用铝合金材料。该材料的优点是_____(写一条即可)。
(4)下列说法中正确的是(填字母序号)。
A.人类大规模使用金属的先后顺序与金属活动性有关
B.金属资源是取之不尽的
C.将废旧金属回收利用可节约金属资源
【答案】(1) Sn 金的化学性质非常稳定
(2) BD##DB 在铁制品表面镀锌(或在铁上涂油、在铁的表面刷漆等)
(3) 4Al+3O2=2Al2O3密度小(或强度高、硬度较大等)
(4)AC
【详解】(1)①锡元素符号为Sn。
②黄金面具残片历经三千年依旧金光灿灿,这是因为金的化学性质非常稳定。
(2)①A、剪刀利用金属的硬度,选项错误;
B、铁锅利用金属的导热性,选项正确;
C、铁丝利用金属的延展性,选项错误;
D、暖气片利用金属的导热性,选项正确。
故选BD。
②使铁与水和氧气隔绝,可以防锈,故具体防锈措施:在铁制品表面镀锌;在铁上涂油;在铁的表面刷漆等。
(3)①铝制品在生活中不易锈蚀的原因是铝在空气中易与氧气反应生成致密的氧化铝膜,附着在铝的表面,阻止了反应的进一步进行,化学方程式表示为4Al+3O2=2Al2O3。
②制无人机框架宜选用铝合金材料,该材料的优点是密度小、强度高、硬度较大等。
(4)A、人类大规模使用金属的先后顺序与金属活动性有关,金属越活泼,冶炼条件要求越高,在人类历史上出现的晚一些,金属越不活泼,冶炼的方法越简单,人们使用的时间越早,选项正确;
B、金属资源有限,且不能再生,选项错误;
C、将废旧金属回收利用可节约金属资源,选项正确。
故选AC。
18.金属材料的使用作为一个时代的标志,见证了人类文明发展的过程。
(1)2022年11月20日,卡塔尔世界杯开幕,来自世界各国的足球劲旅在绿茵场上角逐今年的“大力神杯”(如图甲)。“大力神杯”由18K金铸造,基座镶有两圈墨绿色的孔雀石,金可制成金箔,拉成金丝,说明金具有良好______。孔雀石的主要成分是碱式碳酸铜【Cu2(OH)2CO3】,碱式碳酸铜加热后分解生成三种氧化物(反应前后各元素化合价不变),请写出该反应的化学方程式______。
(2)《吕氏春秋》记载“金柔锡柔,合两柔则刚”(注:金指铜单质,锡指锡单质)。这句话说明铜锡合金比组成它的纯金属______。
(3)如图乙是用三根洁净无锈的铁钉探究铁生锈条件的实验。
①由实验a、c可得出的结论是______。
②铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,其中铁元素的化合价是______。
③下列措施中,能防止钢铁生锈的是______。(选填字母)
A.在钢铁表面涂油B.在钢铁表面刷漆
C.镀耐磨和耐腐蚀的铬D.制成耐腐蚀的合金如不锈钢
(4)小王用图丙所示实验来验证铁和铜的金属活动性强弱,发生反应的化学方程式为______。
小李同学将试管①中的稀盐酸换成另一种溶液,仅一步操作即验证了铁和铜的金属活动性强弱,请你完成实验报告。
实验步骤 | 实验现象 | 实验结论 |
把一根用砂纸打磨过的铁丝______。 | ______。 | ______。 |
【答案】(1) 延展性
(2)硬度大
(3) 铁生锈的条件之一为铁与水接触 +3 ABCD
(4)
放入硫酸铜溶液中铁丝表面有红色固体析出,溶液由蓝色变为浅绿色
铁的活动性比铜强
【详解】(1)金可制成金箔,拉成金丝,说明金具有良好的延展性;
碱式碳酸铜加热后分解生成三种氧化物,根据质量守恒,则三种氧化物分别为氧化铜、二氧化碳和水,反应的化学方程式为。
(2)“金柔锡柔,合两柔则刚”,说明铜锡合金比组成它的纯金属的硬度大。
(3)①a中铁钉与水和氧气接触,生锈,而c中铁钉只与氧气接触,不会生锈,则对比可知铁钉生锈的条件之一的条件为与水接触。
②Fe2O3中,氧元素的化合价为-2价,设铁元素的化合价为x,根据”化合物中各元素化合价代数和为零“,可知:2x+(-2)×3=0,解得x=+3。
③在钢铁表面刷漆、涂油,或将其制成合金或镀耐磨和耐腐蚀的铬等,均能防止钢铁生锈,故选ABCD。
(4)铁能与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,铜不能与盐酸反应,反应的化学方程式为;
铁能与硫酸铜中的铜置换出来,则也能说明铁的活动性比铜强,则可将打磨后的铁丝放入硫酸铜溶液中,会观察到铁丝表面有红色固体析出,溶液由蓝色变为浅绿色,则说明铁的活动性比铜强。
三、实验题
19.金属材料融于生活中的方方面面。某种手机的外壳是由铝合金制成,这种铝合金的成分除铝外,还含有镁和铜。
(1)铝镁铜合金硬度____________(填“大于”或“小于”)纯铝。
(2)为探究镁、铝、铜三种金属的金属活动性顺序,进行了上图所示实验。(金属丝均打磨)请写出试管④中发生的化学反应方程式_____________。
(3)为了减少实验步骤,可将实验①去掉,将实验④中的溶液改为___________,便可达到实验目的。
【答案】(1)大于
(2)
(3)MgSO4或MgCl2或Mg(NO3)2
【解析】(1)
根据合金的硬度都大于其组成金属,故铝镁铜合金硬度大于纯铝,故填:大于;
(2)
铝和硫酸铜反应生成硫酸铝和铜,化学方程式为:;
(3)
去掉实验①后,则无法证明铝和镁的活动性强弱,故将实验④中的溶液改为镁的盐溶液,故填:
20.化学是以实验为基础的科学。完成以下实验中的问题:
(1)图A实验得出的结论:氧气约占空气体积的_______。红磷燃烧的化学方程式为________。
(2)图B实验可得出燃烧需要满足的条件是________。
(3)图C实验中,对比________(填序号),能证明铁生锈与水有关。
(4)图D实验的现象是________,说明CO2具有的化学性质为_________。
(5)化学实验可按其主要目的分为:物质发生化学反应条件的探究,物质性质探究,物质含量的探究等。据此,上述实验中的_______(填序号)可以归为一类。
【答案】(1) ##五分之一
(2)可燃物的温度达到着火点
(3)甲、丙
(4) 下层蜡烛先熄灭,上层蜡烛后熄灭不支持燃烧,不能燃烧
(5)BC
【解析】(1)
图A中的实验现象是水倒吸入集气瓶中约五分之一,说明氧气约占空气体积的五分之一;红磷燃烧生成五氧化二磷,化学方程式为。
(2)
图B中小木条先燃烧,是因为小木块的着火点低,说明燃烧需要满足的条件是温度达到可燃物的着火点。
(3)
图C中甲中铁钉与水、空气共同接触,铁钉生锈,而丙中铁钉只与空气接触,铁钉不生锈,对比说明铁钉生锈与水有关。
(4)
图D中由于二氧化碳密度比空气大,且二氧化碳不可燃也不助燃,则会观察到蜡烛自下而上熄灭,说明二氧化碳的化学性质为二氧化碳不可燃也不助燃。
(5)
图A探究的是空气中氧气的实验,图B探究的是燃烧的条件,图C探究的是铁钉生锈的条件,图D探究的是二氧化碳的性质,则BC探究的均是化学反应条件,可以归为一类。
21.为模拟工业炼铁的主要原理,并测定磁铁矿中主要成分Fe3O4的含量。小颖设计了如图实验。回答下问题:
(1)A 装置中玻璃管内发生反应的化学方程式为______。
(2)实验中,使用装置 C 的原因是______(填序号)。
①因尾气有毒②尾气可燃③尾气燃烧产物无毒
(3)实验中装置B中的溶液将变色,颜色变化的原因是______(结合化学方程式解释)。
(4)测定矿石中Fe3O4的含量实验时,将装置B中溶液换为足量的 Ba(OH)2溶液,推测实验中装置B中出现的现象为______。要计算出矿石中Fe3O4的含量,实验过程需要测定的量有:①反应前后装置A的质量、②______。
【答案】(1)
(2)①②③
(3)CO2+H2O=H2CO3
(4) 有白色沉淀生成反应前矿石的质量
【详解】(1)一氧化碳与四氧化三铁反应生成铁和二氧化碳,反应的化学方程式为:。
(2)尾气直接用酒精灯点燃,且无密闭接收装置,说明尾气可燃,且尾气有毒,燃烧产物无毒;故选①②③。
(3)二氧化碳和水反应生成碳酸,使溶液显酸性,因此溶液变红;反应化学方程式为:CO2+H2O=H2CO3
(4)二氧化碳和氢氧化钡反应生成碳酸钡沉淀和水,将装置B中溶液换为足量的 Ba(OH)2溶液,推测实验中装置B中出现的现象为有白色沉淀生成,反应前后硬质玻璃管的差量为氧元素的质量,根据氧元素的质量可求四氧化三铁的质量,矿石中的四氧化三铁的含量=,因此还要测定反应前矿石的质量
22.金属材料在生产、生活中有广泛的应用。请依据学知识完成下列问题!
(1)下列物质中属于金属材料的有______。
A.象牙B.黄金C.丝织品D.青铜E.人造骨
(2)“每金七厘造方寸金一千片”体现了黄金具有良好的______。
(3)防止自行车链条生锈的措施是______。
(4)奖牌材料选择合金,是利用了合金的______性质。
A.硬度大B.耐磨性好C.抗腐蚀性强D.色泽美观
(5)①小舟同学准备在实验室用如图所示装置模拟工业炼铁。
A 中反应的化学方程式为:______。
②某同学实验完成后,发现过量的澄渣石灰水增重 4.4g,则该同学通入装置的 CO 气体质量______2.8g(填“大于”“等于”“小于”)。
③某同学认为也可以将上图 B 中澄清石灰水及尾部酒精灯装置换成下图装置,下列装置中你认为最为合理的是______。
【答案】(1)BDE
(2)延展性
(3)擦防锈油
(4)BCD
(5) 大于丙
【详解】(1)A、象牙不属于金属材料,故A不正确;
B、黄金是金属,属于金属材料,故B正确;
C、丝织品不属于金属材料,故C不正确;
D、青铜是合金,属于金属材料,故D正确;
E、人造骨是钛合金,属于金属材料,故E正确。
故选BDE。
(2)“每金七厘造方寸金一千片”说明金可以被压成片,体现了黄金具有良好的延展性。
(3)铁生锈是铁和水和氧气共同作用的结果,擦防锈油可以隔绝氧气和水,则防止自行车链条生锈的措施是擦防锈油。
(4)奖牌材料选择合金,是利用了合金的耐磨性好、抗腐蚀性强、色泽美观,故选BCD。
(5)A 中反应为一氧化碳和氧化铁高温生成铁和二氧化碳,则反应的化学方程式为:。
②过量的澄渣石灰水,说明二氧化碳能被完全吸收,澄清石灰水增重全部来自二氧化碳。
设参加反应的一氧化碳的质量为x。
为防止发生爆炸,反应前需要通入一会一氧化碳,则发现过量的澄渣石灰水增重 4.4g,则该同学通入装置的 CO 气体质量大于2.8g。
③澄清石灰水吸收二氧化碳,还要将一氧化碳收集,甲装置可以吸收二氧化碳,但是不能收集一氧化碳,乙装置可以吸收少量的二氧化碳,不能收集一氧化碳,丙装置吸收二氧化碳,还可以将一氧化碳收集,故最为合理的是丙。
四、科学探究题
23.金属在科技、生产、生活中的应用极为广泛。
(1)在2022年北京冬奥会上,速度滑冰项目取得优异的成绩。速度滑冰运动员使用的冰刀鞋如图:
①冰刀鞋中含有的金属材料是______。
②铝虽然较活泼,但抗腐蚀性能好,原因是_____。
(2)铁在潮湿的空气中易生锈,请你写出一种防止铁制品生锈的具体方法____;除去铁制品表面的铁锈可用稀盐酸,反应的化学方程式为____。
(3)保护金属资源的途径有①防止金属腐蚀;②寻找金属代用品;③_____;④金属的回收利用。
(4)下图是甲、乙、丙、丁四种常见金属与盐酸反应的比较示意图。如果乙金属为Zn,则关于金属甲、丙、丁可能的推测正确的一组是______(填字母序号)。
选项 | 甲 | 丙 | 丁 |
A | Mg | Al | Fe |
B | Fe | Al | Cu |
C | Mg | Fe | Al |
D | Mg | Fe | Cu |
(5)若某不纯的镁样品2.4g与足量盐酸反应后产生氢气0.2g。若已知该样品中仅含两种杂质,则杂质的成分可能为_____(填字母序号)。A.铁和铝B.铝和铜C.铜和锌D.铝和锌
【答案】(1) 铝合金、不锈钢铝易于空气中的氧气结合形成致密的氧化铝薄膜,阻止反应进一步进行(合理即可)
(2) 涂油或刷漆(合理即可)
(3)有计划、合理地开采矿物
(4)D
(5)ABD
【详解】(1)金属材料包括纯金属和合金,冰刀鞋中的铝合金和不锈钢都是合金,都属于金属材料;
铝易与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化铝薄膜,包裹在铝制品表面,使铝制品不易被腐蚀;
(2)铁生锈的条件是与氧气和水同时接触,故防止铁生锈可以通过隔绝氧气的方法,例如刷漆或涂油等;
铁锈的主要成分是氧化铁,氧化铁与盐酸反应生成氯化铁和水,反应的方程式为;
(3)保护金属资源的途径有防止金属腐蚀;寻找金属代用品;合理地开采矿物;金属的回收利用;
(4)根据金属活动性顺序表可知,位于氢前面的金属能与酸反应,且活动性越强,反应越剧烈;
分析金属与盐酸反应的示意图可知,甲、乙、丙均能与酸反应,丁不与酸反应,且活动性甲>乙>丙>丁;
乙为金属锌,甲比乙活泼,则甲应为金属镁;乙比丙活泼且并能与酸反应,则丙是铁,丁不与酸反应,则丁是铜,故选D;
(5)镁与盐酸反应生成氯化镁和氢气,反应的方程式为;
参与反应的金属镁与反应生成的氢气的质量比为,假设金属全部是镁,即2.4g镁恰好产生0.2g氢气,则样品中所含的两种金属与酸完全反应所产生的氢气质量的平均值应与等质量镁产生氢气的质量相等;
A、若金属全部为铁,,每产生0.2g氢气需要金属铁5.6g,2.4g铁产生的氢气小于0.2g;
若金属全部为铝,,每产生0.2g氢气需要金属铝1.8g,2.4g铝产生的氢气大于0.2g;
则样品中含有铁和铝,可能使产生的气体为0.2g,选项正确;
B、铜与盐酸不反应,每产生0.2g氢气需要金属铝1.8g,2.4g铝产生的氢气大于0.2g,则样品中含有铜和铝,可能使产生的气体为0.2g,选项正确;
C、铜与盐酸不反应,,每产生0.2g氢气需要金属锌6.5g,2.4g锌产生的氢气小于0.2g,则样品中含有铜和锌,不可能使产生的气体为0.2g,选项错误;
D、每产生0.2g氢气需要金属铝1.8g,2.4g铝产生的氢气大于0.2g,每产生0.2g氢气需要金属锌6.5g,2.4g锌产生的氢气小于0.2g,则样品中含有铝和锌,可能使产生的气体为0.2g,选项正确;
故选ABD。
24.钢铁工业是国家的基础工业。
(一)如图是“炼铁高炉及炉内化学反应过程示意图”。
(1)以赤铁矿为例,写出A区、B区主要反应的化学方程式:
A区:______。
B区:______,______。
(2)生铁和钢是含碳量不同的两种铁合金,其中生铁的含碳量______(填“大于或小于”)钢的含碳量。
(二)化学小组同学查阅资料后获知甲烧也具有还原性,于是在实验室里尝试利用甲烷和氧化铁反应模拟炼铁。反应后,观察到固体由红棕色全部变成黑色,同学们对除固体以外的其它产物进行如下探究。
【提出假设】
假设①:CO、CO2假设②:CO、H2O
假设③:CO2、H2O假设④:CO、CO2、H2O
其中假设______不合理,理由是______。
【查阅资料】①浓硫酸具有吸水性,可用作干燥剂;
②氢氧化钠溶液可吸收二氧化碳。
【设计实验】为了判断其它几种假设的合理性,小王设计了如图装置进行实验。
【实验步骤】
①按上图连接装置,并检查装置气密性,称取80g氧化铁放入硬质玻璃管中;
②通入甲烷一段时间,分别称量A、B、C、D装置质量后,再点燃酒精喷灯;
③待反应结束,熄灭酒精喷灯,再缓缓通入一段时间甲烷;
④冷却至室温,再次称取A、B、C、D装置质量,记录数据如下表所示(假设药品均足量)。
装置编号 | A | B | C+D |
实验前装置的质量/g | 220 | 156.6 | 256.8 |
实验后装置的质量/g | 196 | 171 | 270 |
【分析与讨论】
(1)步骤③中缓缓通入一段时间甲烷的目的是______;______。
(2)由以上数据可推测,假设______合理,写出该反应的化学方程式______。
【答案】大于①反应物中有氢元素,则生成物一定有氢元素防止空气进入装置使生成的铁被氧化防止B中液体发生倒吸④
【详解】(一)
(1)A区是一氧化碳和氧化铁高温下生成铁单质和二氧化碳,化学方程式为:。
B区先是碳和氧气点燃生成二氧化碳,化学方程式为:。然后是二氧化碳和碳单质在高温的条件下生成一氧化碳,化学方程式为:。
(2)生铁的含碳量大于钢的含碳量。
(二)[提出假设]
甲烷和氧化铁反应生成铁单质和其他产物,反应物有碳元素、氢元素和氧元素,根据质量守恒定律,生成物一定有碳元素、氢元素和氧元素,所以假设①不合理,反应物中有氢元素,则生成物一定有氢元素。
[分析与讨论]
(1)步骤③中反应结束后,缓缓通入一段时间甲烷的目的是:防止空气进入装置使生成的铁被氧化、防止B中液体发生倒吸。
(2)B中浓硫酸增重为生成水的质量,D中是排除空气中少量水蒸气的干扰,可以忽略;C中氢氧化钠溶液质量的增加是生成二氧化碳的质量。
A减少的质量是氧元素的质量=220g-196g=24g;生成水的质量=171g-156.6g=14.4g;生成二氧化碳的质量=270g-256.8g=13.2g。
则生成的水和二氧化碳中氧元素质量=<24g,所以还生成了CO,猜想④正确。
该反应是甲烷和氧化铁加热的条件下生成一氧化碳、二氧化碳、水和铁单质,生成一氧化碳的质量为:;生成一氧化碳、二氧化碳、水的化学计量数为:,则化学方程式为:。
五、计算题
25.游览活动即将结束,化学精灵请同学们乘坐氢燃料汽车回家。氢气作为燃料具有热值高、无污染的优点,但是制备成本高,储存有难度。若用废旧黄铜(Cu﹣Zn合金)和稀硫酸为原料制备氢气,测得实验数据如图,请计算:
(1)该废旧黄铜中锌的质量为______g。
(2)实验中生成氢气的质量。
【答案】(1)6.5
(2)解:设实验中生成氢气的质量为x
x=0.2g
答:实验中生成氢气的质量为0.2g
【详解】(1)锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气,铜和稀硫酸不反应,故剩余固体的质量为铜的质量,故该废旧黄铜中锌的质量为:20g-13.5g=6.5g;
(2)见答案。
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