第17天：金屬材料、金屬資源的利用與保護
一、幾種重要金屬
金屬材料：一般分為純金屬和合金兩類。
1、金屬的物理性質： （1）常溫下一般為固態（汞為液態），有金屬光澤；
（2）密度和硬度較大，熔沸點較高；
（3）大多數呈銀白色（銅為紫紅色，金為黃色）
（4）有良好的導熱性、導電性、延展性
2．金屬之最：
（1）鋁：地殼中含量最多的金屬元素；
（2）鈣：人體中含量最多的金屬元素；
（3）鐵：目前世界年產量最多的金屬（鐵>鋁>銅）；
（4）銀：導電、導熱性最好的金屬（銀>銅>金>鋁）；
（5）鉻：硬度最高的金屬；
（6）鎢：熔點最高的金屬；
（7）汞：熔點最低的金屬。
二、合金
1、定義：由一種金屬跟其他一種或幾種金屬（或金屬與非金屬）一起熔合而成的具有金屬特性的物質。
注意事項：（合金是金屬與金屬或金屬與非金屬的混合物；‚金屬在熔合了其它金屬和非金屬後，不僅組成上發生了變化，其內部組成結構也發生了改變，從而引起性質的變化）。
2、合金特點：一般說來，合金的熔點比各成分低，硬度比各成分大，抗腐蝕性能更好
3、舉例：
（1）鐵的合金：生鐵（含碳量2%～4.3%）和鋼（含碳量0.03%～2%）區別：含碳量不同
（2）銅合金：黃銅：銅、鋅的合金；青銅：銅、錫的合金，它人類使用最早的合金。
（3）鈦合金：被認為是21世紀的重要金屬材料，優點：I、熔點高、密度小；II、可塑性好、易於加工、機械性能好；III、抗腐蝕性能好；用途：廣泛用於噴氣式發動機、飛機機身、人造衛星外殼、火箭殼體、醫學補形、造紙、人造骨、海水淡化設備、海輪、艦艇的外殼等。
（4）鋁合金：鋁中加入鎂、銅、鋅等金屬形成合金。廣泛應用於製造飛機、艦艇和載重汽車等。
三、金屬資源
（一）金屬礦物
（1）、金屬在自然界在的存在形式：大部分都以化合物的形式存在，少數很不活潑的金屬以單質形式存在，人類使用最早的金屬是金。
（2）、鋁土礦（主要成分是Al2O3）；鉀長石（主要成分是KAlSi3O8）；明礬石（主要成分是kAl3(SO4)2(OH)6 ）；磁鐵礦（主要成分是Fe3O4 ）、赤鐵礦（主要成分是Fe2O3 ）；菱鐵礦（主要成分是FeCO3）；黃鐵礦（主要成分是FeS2）。
（二）鐵的冶煉
（1）關於氣體的實驗，實驗前必需對裝置進行檢查裝置氣密性。這樣操作的目的是防止漏氣。
（2）、實驗開始時，先通入一氧化碳，然後再點燃酒精噴燈的原因是排出空氣，防止加熱時爆炸。
（3）、實驗結束時的操作是「先停止加熱，繼續通一氧化碳，直到玻璃管冷卻」。這樣操作的目的是防止生成高溫的鐵又被氧化。
（4）該實驗的實驗現象是硬質玻璃管中紅色粉末逐漸變為黑色、試管中的澄清石灰水變渾濁、酒精燈上方導管口處的氣體燃燒，發出淡藍色火焰。
（5）相關反應的化學方程式：3CO+Fe2O32Fe+CO2、Ca(OH)2+CO2 =CaCO3↓+H2O 、2CO+O22CO2
（6）思考：、如何判斷反應中生成了什麼物質：取少量產物於試管中，滴加適量稀鹽酸，如有氣泡產生證明含鐵粉；或用磁鐵吸引。
‚、裝置中導管末端點燃酒精燈：點燃尾氣，防止汙染空氣。
（7）工業煉鋁的原理：2Al2O34Al+3O2↑
（三）金屬資源的保護和利用
1、鐵的鏽蝕
（1）鐵生鏽的條件是：鐵與O2、水接觸（鐵鏽的主要成分：Fe2O3·xH2O）
（2）防止鐵製品生鏽的措施：①保持鐵製品表面的清潔、乾燥；②表面塗保護膜（塗油、刷漆、電鍍、烤藍等）；③製成不鏽鋼；
（3）鐵鏽很疏鬆，不能阻礙裡層的鐵繼續與氧氣、水蒸氣反應，因此鐵製品可以全部被鏽蝕。因而鐵鏽應及時除去。
（4）而鋁與氧氣反應生成緻密的氧化鋁薄膜，從而阻止鋁進一步氧化，因此，鋁具有很好的抗腐蝕性能。
2、保護金屬資源途徑：
①防止金屬腐蝕；②回收利用廢舊金屬；③合理開採礦物；④尋找金屬的代用品
【例題1】【2016廣東廣州】下列有關金屬的說法正確的是（ ）
A．鋁元素在地殼中含量最多，使用也最早
B．不鏽鋼的抗腐蝕性強於純鐵，硬度小於純鐵
C．燈泡裡的燈絲常用鎢製成
D．地球上金屬礦物資源儲量有限，可再生
【答案】C
【解析】A、地殼中含量最多的元素是氧元素，地殼中含量最多的金屬元素是鋁，鋁的活動性比鐵還強，難以煉製鋁的單質，所以到近代才被大量應用，故A錯誤；
B、不鏽鋼屬於鐵的合金，不鏽鋼的抗腐蝕性強於純鐵，硬度大於純鐵，故B錯誤；
C、電燈泡裡的燈絲常用鎢製成，因為鎢的熔點高，故C正確；
D、金屬礦物儲量是有限的，並且不能再生，故D錯誤；
故選C。
【方法技巧】本題不難，本題主要考查了有關金屬的知識，完成此題，可以依據已有的基礎知識進行。
【例題2】【2017山東東營】如圖所示進行有關碳及其氧化物的性質實驗，不正確的說法是（ ）
A．甲、乙兩處的現象分別是：黑色粉末減少，黑色粉末逐漸變紅
B．甲處發生的反應是典型的吸熱反應
C．丙處試管可防止液體倒吸
D．該裝置的不足之處是未進行尾氣處理
【答案】D
【解析】A、在甲處，在高溫條件下碳能與二氧化碳反應生成了一氧化碳，在乙處在加熱的條件下一氧化碳與氧化銅反應生成了二氧化碳和銅，所以，甲、乙兩處的現象分別是：黑色粉末減少，黑色粉末逐漸變紅，故A正確；
B、在甲處，在高溫條件下碳能與二氧化碳反應生成了一氧化碳，是典型的吸熱反應，B正確；
C、由裝置的特點可知，丙處試管可防止液體倒吸，故C正確；
D、由裝置的特點可知，丁裝置可以收集未反應的一氧化碳，不需要尾氣處理．故D錯誤。
【方法技巧】本題通過一氧化碳還原氧化鐵考查常見物質的性質，增加了學生分析問題的思維跨度，強調了學生整合知識的能力。
【例題3】【2017廣西玉林】下列環境中，鐵釘表面最容易產生鐵鏽的是（ ）
A．在稀鹽酸中 B．在潮溼的空氣中
C．在乾燥的空氣中 D．浸沒在植物油中
【答案】B
【解析】A．稀鹽酸能與鐵鏽反應，所以在稀鹽酸中鐵釘表面不會生鏽，故錯誤；
B．在潮溼的空氣中，鐵與氧氣，水同時共存，最容易生鏽，故正確；
C．鐵釘置於乾燥的空氣中，在乾燥的空氣中缺乏水蒸氣，鐵釘不容易生鏽，故錯誤；
D．鐵釘浸泡在植物油中，鐵釘與氧氣和水隔絕，不容易生鏽，故錯誤。
【方法技巧】本題難度不大，掌握鐵鏽蝕的條件（鐵與氧氣、水同時接觸）是正確解答本題的關鍵。
1、【2018江西省】常溫下為液態的金屬是（ ）
A. 汞 B. 金 C. 銀 D. 鋁
【答案】A
【解析】常溫下，鋁、銀、金等大多數金屬都是固體，但金屬汞熔點最低，常溫下為液態。故選A。
2、【2018江蘇南京】通常狀況下，顏色呈紫紅色的金屬是（ ）
A．鐵 B．銀 C．銅 D．鋁
【答案】C
【解析】鐵為黑色金屬；銀、鋁為銀白色金屬；銅為紫紅色的金屬。
故選C。
3、【2018湖南邵陽】2018年3月9日，川普正式籤署關稅令「對進口鋼鐵和鋁分別徵收25%的關稅」，這一做法嚴重違反國際貿易規則，嚴重損害我國利益。下列選項中不屬於合金的是（ ）
A. 鋼 B. 金剛石 C. 焊錫 D. 黃銅
【答案】B
【解析】A、鋼是鐵合金，其中含有少量的碳等雜質，不符合題意；B、金剛石是碳單質，不屬於合金，符合題意；C、焊錫是錫和鉛的合金，不符合題意；D、黃銅是銅和鋅的合金，不符合題意。故選B。
4、【2016江蘇蘇州】下列說法正確的是（ ）
A．所有金屬都呈銀白色
B．鐵製品在潮溼的空氣中不易生鏽
C．鐵是地殼中含量最高的金屬元素
D．工業煉鐵的主要原理是用一氧化碳與鐵礦石在高溫下反應生成鐵
【答案】D
【解析】A、不是所有金屬都呈銀白色，如銅呈紫紅色，故選項說法錯誤；
B、鐵製品在潮溼的空氣中，跟空氣中的氧氣和水共同作用容易生成鐵鏽，故選項說法錯誤；
C、鋁是地殼中含量最高的金屬元素，故選項說法錯誤；
D、工業煉鐵的主要原理是一氧化碳具有還原性，與鐵礦石在高溫下反應生成鐵，故選項說法正確。
5、【2017江蘇徐州】國產大飛機C919機殼採用了先進的鋁鋰合金材料。已知金屬鋰（Li）的活動性比鋁強。 下列有關說法錯誤的是（ ）
A．鋁鋰合金硬度大、密度小
B．鋁在空氣中表面會形成緻密的氧化膜
C．鋰能與鹽酸反應，放出熱量、生成氫氣
D．鋰能與氧氣反應，生成的Li2O中Li顯+2價
【答案】D
【解析】A、由題意可知，國產大飛機C919機殼採用了先進的鋁鋰合金材料，說明了鋁鋰合金硬度大、密度小．故A正確；
B、鋁在空氣中表面會形成緻密的氧化膜，所以鋁的耐腐蝕性強，故B正確；
C、由題意可知，鋰（Li）的活動性比鋁強，所以鋰能與鹽酸反應，放出熱量、生成氫氣，故C正確；
D、在Li2O中，由於氧顯﹣2價，可推出Li顯+1價，故D錯誤。
故選D。
6、【2018天津市】人體內含量最高的金屬元素是（ ）
A. 鐵 B. 鋅 C. 鉀 D. 鈣
【答案】D
【解析】人體內金屬元素含量：鈣>鈉>鎂>鐵>鈷>銅>鋅等。故選D。
7、【2017廣西玉林】下列有關金屬的說法錯誤的是（ ）
A．銅能導電 B．銀能與稀鹽酸反應
C．鎂的活動性比鐵強 D．鋁具有良好的抗腐蝕性
【答案】B
【解析】A、銅具有優良的導電性，能導電，故選項說法正確；
B、銀的金屬活動性比氫弱，不能與稀鹽酸反應，故選項說法錯誤；
C、在金屬活動性順序中，鎂排在鐵的前面，鎂的活動性比鐵強，故選項說法正確；
D、鋁的表面有一層緻密的氧化鋁薄膜，鋁具有良好的抗腐蝕性，故選項說法正確。
故選B。
8、【2018四川成都】科學家發現一種新金屬。根據圖表信息推測其用途錯誤的是（ ）
熔點
2500℃
密度
3g/cm3
強度
與鋼相似
導電性
良好
導熱性
良好
抗腐蝕性
優異
A．用於焊接金屬 B．製造太空梭 C．制外科手術刀 D．用於通訊設備
【答案】A
【解析】A、該金屬的熔點很高，不能用於焊接金屬，故說法錯誤。
B、該金屬密度小、強度大，耐腐蝕，可用於製造太空梭，故說法正確。
C、該金屬強度大，耐腐蝕，可用於制外科手術刀，故說法正確。
D、該金屬導電性好、耐腐蝕，可用於通訊設備，故說法正確。
故選A。
9、【2016廣東深圳】根據下列實驗裝置圖，以下說法中錯誤的是（ ）
A．a處固體由黑色逐漸變為紅棕色
B．反應過程中可觀察到b處的澄清石灰水變渾濁
C．CO有毒，通常在c處將其點燃或用氣囊收集以防止汙染空氣
D．該實驗可驗證CO的還原性
【答案】A
【解析】A、一氧化碳與氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳，故看到的現象為玻璃管中紅色固體變為黑色，說法錯誤；
B、該反應有二氧化碳生成，則試管b處澄清的石灰水變渾濁，故B說法正確；
C、尾氣中可能有一氧化碳，一氧化碳有毒，所以一定要進行尾氣處理，故說法正確；
D、一氧化碳還原氧化鐵實驗可驗證CO的還原性，說法正確。
故選A。
10、【2018四川自貢】下列關於鐵、鋅、銅三種金屬及其合金的說法錯誤的是（ ）
A．鐵在潮溼的空氣中易生鏽 B．黃銅（銅與鋅的合金）的硬度大於純銅
C．可以用鐵桶盛放硫酸銅溶液D．可以用稀硫酸鑑別鋅與銅的金屬活動性強弱
【答案】C
【解析】鐵在潮溼的空氣中易生鏽；黃銅（銅與鋅的合金）的硬度大於純銅；鐵與硫酸銅反應，不可以用鐵桶盛放硫酸銅溶液；可以用稀硫酸鑑別鋅與銅的金屬活動性強弱。故選C。
11、【2018浙江杭州】右圖為氫氣還原氧化銅的實驗裝置圖，下列有關分析正確的是
A.裝置中試管口需略向下傾斜，主要是為了利於通入氫氣
B.在給試管內藥品加熱前,需先通氫氣排盡試管內的空氣
C.待藥品完全反應後,需同時撤去酒精燈和通氫氣的導管
D.該實驗裝置也可直接用於一氧化碳還原氧化銅的實驗
【答案】B
【解析】A、氫氣還原氧化銅，生成水和銅，反應中生成水，防止反應生成水的倒流，引起試管 炸裂，所以試管口應略向下傾斜，A錯誤；
B、氫氣不純時，非常容易發生爆炸，所以加熱前，要把試管內空氣除淨，B正確；
C、銅和氧氣加熱氧化銅，所以應先熄滅酒精燈，然後停止通入氫氣，防止熱銅再次被氧化，C錯誤；
D、一氧化碳容易引起中毒，應加強通風換氣，實驗結束時通入過多的氣體必須處理掉，D錯誤。
故選B。
12、【2018湖南長沙】2018年5月我國自主建造的第一艘航母下海，為保證航母的使用壽命，下列防鏽措施不可行的是( )
A.用抗鏽蝕性能優異的合金製造航母零部件 B.刷防鏽漆
C船體表面鍍一層黃金 D.給某些部位塗油
【答案】C
【解析】A、用抗鏽蝕性能優異的合金製造航母零部件，能延長航母的使用壽命，不符合題意；B、刷防鏽漆能隔絕氧氣和水，能延長航母的使用壽命，不符合題意；
C.黃金的價格昂貴，通過船體表面鍍一層黃金防鏽，方法不可行，符合題意；
D.給某些部位塗油能隔絕氧氣和水，能延長航母的使用壽命，不符合題意。故選C。
13、【2017雲南省】金屬在生產、生活中應用廣泛。
（1）我國是世界上已知礦物種類比較齊全的少數國家之一，以下是3種常見的金屬礦石，其中主要成分屬於氧化物的是 （填字母）。
（2）人類每年從自然界提取大量的金屬，其中提取量最大的是鐵，工業上用赤鐵礦和一氧化碳煉鐵的化學方程式為 。
（3）鋼窗表面噴漆不僅美觀，還可有效防止鋼窗與空氣中的 （填物質名稱）和水接觸而生鏽。
【答案】（1）A；
（2）3CO+Fe2O32Fe+3CO2；
（3）氧氣；
【解析】（1）氧化物是由兩種元素組成，並且含有氧元素的化合物，故填：A；
（2）一氧化碳能與氧化鐵高溫反應生成鐵和二氧化碳，故填：3CO+Fe2O32Fe+3CO2；
（3）鐵在與氧氣和水蒸氣同時接觸時會生鏽，在車體表面噴漆可以防止鐵與氧氣、水蒸氣接觸而生鏽；故填：氧氣；
14、【2018內蒙古呼和浩特】古往今來，金屬材料和製品在我們的社會生活中一直起者非常重要的作用。
（1）考古工作者發現鐵質的出土文物往往鏽蝕嚴重，鐵生鏽的條件是 。在實驗室常用稀鹽酸清除鐵鏽，化學方程式為 。
（2）近年來，我國高鐵建設促進了經濟、社會的快速發展。製造鐵軌的材料是合金鋼，主要原因是合金鋼具有 的優越性能（要求只答一條）。
【答案】（1）鐵與氧氣、水同時接觸；Fe2O3+6HCl═2FeCl3+3H2O；
（2）硬度大（或機械強度好、或韌性好等）；
【解析】（1）鐵在與氧氣、水共存時會發生鏽蝕；鐵鏽的主要成分是氧化鐵，與鹽酸反應生成氯化鐵和水，反應的化學方程式是：Fe2O3+6HCl═2FeCl3+3H2O；故填：鐵與氧氣、水同時接觸；Fe2O3+6HCl═2FeCl3+3H2O；
（2）合金鋼的主要成分是鐵、錳、碳，其韌性好，硬度大，純鐵硬度小且脆；所以鐵軌用合金鋼；故填：硬度大（或機械強度好、或韌性好等）；
15、【2018河南省】如圖裝置可以做CO還原Fe2O3的實驗並檢驗該反應的氣體生成物。已知由一氧化碳發生裝置得到的CO中混有雜質CO2和H2O
．
（1）寫出B裝置玻璃管內反應的化學方程式 。
（2）從環保角度考慮，請寫出一種尾氣處理方法 。
（3）若沒有A裝置，則該實驗不能達到檢驗氣體生成物的目的，請說明原因
。
【答案】（1）3CO+Fe2O32Fe+3CO2；
（2）在裝置C的短導管處放一盞點燃的酒精燈；
（3）無法證明使澄清的石灰水變渾濁的氣體是否來自於反應後新生成的。
【解析】（1）裝置B中發生的反應是一氧化碳與氧化鐵在高溫的條件下反應生成鐵和二氧化碳；故填：3CO+Fe2O32Fe+3CO2；
（2）尾氣中含有有毒的一氧化碳氣體，為了防止直接排放造成空氣汙染，所以要在裝置C的短導管處放一盞點燃的酒精燈；故填：在裝置C的短導管處放一盞點燃的酒精燈；
（3）裝置A可以除去原氣體中混有的少量的二氧化碳，若沒有A裝置，則無法證明使澄清的石灰水變渾濁的氣體是否來自於反應後新生成的；故填：無法證明使澄清的石灰水變渾濁的氣體是否來自於反應後新生成的。
1、銅能被加工成厚度僅為7微米的超薄銅箔，說明銅具有良好的（ ）
A．導電性 B．延展性 C．導熱性 D．抗腐蝕性
【答案】B
【解析】銅能被加工成厚度僅為7微米的超薄銅箔，說明銅具有良好的延展性。
故選B。
2、下列有關合金的說法錯誤的是（ ）
A．鋼是一種化合物 B．黃銅的硬度比純銅的硬度大
C．生鐵是一種鐵合金 D．焊錫的熔點比純錫的熔點低
【答案】A
【解析】A、鋼是鐵合金，屬於混合物，錯誤；
B、黃銅是銅合金，其硬度大於純銅，正確；
C、生鐵是鐵合金，正確；
D、焊錫是錫合金，其熔點比純錫的低，正確；
故選A。
3、下列防鏽措施不合理的是（ ）
A．鋼管存放在乾燥的地方
B．用鹽水清洗菜刀
C．及時清除鐵製品表面的鏽漬
D．在鐵管表面鍍上一層不易鏽蝕的金屬
【答案】B
【解析】A、鋼管存放在乾燥的地方，能防止鐵與水分接觸，能防止鐵鏽蝕，故選項防鏽措施正確；
B、用鹽水清洗菜刀，鹽水能加快鐵鏽蝕的速率，故選項防鏽措施錯誤；
C、鐵鏽很疏鬆，及時清除鐵製品表面的鏽漬，能防止鐵鏽蝕，故選項防鏽措施正確；
D、在鐵管表面鍍上一層不易鏽蝕的金屬，能防止鐵鏽蝕，故選項防鏽措施正確；
4、我國礦物種類齊全，儲量豐富。工業上從從含有金屬元素的礦石中提鍊金屬。其中赤鐵礦是煉鐵的主要原料。請回答下列問題：
鐵製品廣泛應用於生產、生活中。
1、下列不屬於鐵合金的是________(選填字母)。
A.Fe(OH)3 B.生鐵 C.不鏽鋼
2、鐵釘生鏽，屬於________變化(選填「物理」「化學」)：下圖是探究鐵釘在不同條件下發生生鏽的實驗，其中鐵鏽蝕最快的是________(選填字母)。