专题09 金属的冶炼与利用（讲练） 【助考宝典】2023年中考化学一轮复习精讲精练精测（沪教版?全国）

专题09 金属的冶炼与利用（讲练）
1.了解：金属材料的物理特性；金属材料与人类文明的密切关系；了解废弃金属对环境的影响和回收金属的重要性。
2.理解：物质性质与用途的关系；金属活动性顺序。
3.掌握：金属的化学性质；置换反应；钢铁锈蚀的原因及防止金属腐蚀的简单方法。
4.能：利用金属活动性顺序解决相关实际问题。
知识点一：金属的物理性质和利用
1.金属材料
金属材料包括 和它们组成的 。
（1）金属
①金属具有很多共同的物理性质，如常温下它们都是 （汞除外），有 ，铁、镁等多数金属呈 （但铜呈 ）。具有良好的 、 、 。
要点诠释：
除了共同的性质之外，不同金属在密度、熔点、沸点、硬度等物理性质差异比较大。
②性质和用途的关系
物质的性质决定物质的用途，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、是否美观、加工是否便利、资源，以及废料是否易于回收、对环境的影响等多种因素。
（2）合金
①定义：是由一种金属与 熔合形成的具有 的物质。
注意：加热熔合时，各物质本身没有发生化学变化。
②特性：合金与组成它的金属相比，硬度 、熔点 。有的合金还有 、 等优点。
③常见合金：铁合金主要包括 和 ，它们的区别是 不同，生铁含碳量为2%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～2% ，钢与生铁相比具有更多的优良性能，易于加工，用途更为广泛。
铜合金主要包括 和 。
④新型合金材料：形状记忆合金，高温合金，储氢合金等。
知识点二：金属的化学性质 置换反应
1.金属的化学性质
（1）金属与氧气的反应
①铝等活泼金属在常温下就能和氧气发生反应，生成氧化物保护膜。
化学反应方程式： ；
②镁、铁、铜等金属在高温或点燃时能与氧气反应。
化学反应方程式： ； ； ；
③金即使在高温下也不与氧气反应，化学性质非常稳定。
（2）金属与酸反应
活泼金属可以与酸发生 ，生成 和 ，例如Zn+H2SO4＝ （该反应常被用来用来实验室制取 ）；Mg+H2SO4＝ ；Fe+H2SO4＝ 。镁、铁均能与稀盐酸（或稀硫酸）反应生成对应的盐和氢气，但是二者反应的剧烈程度不同，说明两种金属的活动性有差异。
铜不能与稀盐酸（或稀硫酸）反应。
要点诠释：不是所有的金属都能和酸发生置换反应，也不是所有的酸都能和金属发生置换反应，生成盐和氢气。酸一般指 和 ，而不是指浓硫酸和硝酸等酸；金属指的是活泼金属，金属活动性顺序表中排在氢前面的金属，但一般不考虑最活泼的K、Ca、Na。
（3）金属与某些化合物溶液反应
活泼金属可以与某些化合物溶液发生置换反应，将其从溶液中置换出来。例如，铁可以和硫酸铜溶液反应，生成铜和硫酸亚铁： 。
该反应的条件：①反应物中金属的（K、Ca、Na除外）活动性强于盐中金属；
②反应物中的盐必须可溶。
2.置换反应
（1） 含义
由一种 和一种 反应，生成另一种 和 的反应，叫做置换反应。
（2） 特征
置换反应是一种基本反应类型，它是以反应物和生成物的类别来分类的。
其特点为：反应物和生成物必须同时是一种单质和一种化合物。
例如CH4+2O2CO2+2H2O只是氧化反应，并不是置换反应，因为它的生成物是两种化合物。
（3）字母表达式：A+BC→B+AC，有时简称为“一换一”的反应。
要点诠释：①在置换反应中一定有元素化合价的变化。
②金属铁与酸发生置换反应时，生成亚铁离子而不是铁离子。例如：Fe+H2SO4＝ FeSO4+H2↑ 。
3.金属活动性顺序
金属活动性顺序：一般是指金属在溶液中失去电子变成离子的能力的强弱。失电子能力强的金属称之为活泼金属，失电子能力弱的金属称之为不活泼金属。
人们通过大量的实验验证得到常见金属的活动性顺序
K Ca Na Al Zn Sn Pb（H） Hg Ag Pt Au
金属活动性：由强到弱
应用：
①在金属活动性顺序里，金属的位置越靠 ，它的活动性越 。(比较不同金属的活动性强弱)
②在金属活动性顺序里，位于氢 的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢。（判断金属与酸能否发生置换反应）
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（K、Ca、Na除外）。（判断金属跟盐溶液能否发生置换反应）
知识点三：金属矿物 铁的冶炼
1.常见的金属矿物
（1）存在形式：地球上的金属资源广泛存在于 中，大多数金属化学性质活泼，所以它们以 形式存在，只有少数金属化学性质很不活泼，如金、银等有 形式存在。
（2）常见的矿石
①铁的矿物主要有：赤铁矿（主要成分 ）、磁铁矿（主要成分 ）、菱铁矿（主要成分FeCO3）、黄铁矿（主要成分FeS2）
②铜的矿物主要有：黄铜矿、赤铜矿（主要成分Cu2O）、孔雀石（主要成分Cu2(OH)2CO3）、斑铜矿等。
③铝的矿物主要有：铝土矿（主要成分为 ）和明矾石等。
（3）金属的冶炼
用金属矿石可以冶炼金属。 的过程，叫做金属的冶炼。
2.工业炼铁
（1）反应原理及现象
①原理：
②现象：红色粉末逐渐变成 ，澄清石灰水变 ，尾气燃烧产生 。
（2） 实验装置图
注意事项：
实验开始前应首先检验一氧化碳气体的纯度，以防止不纯的CO气体在加热过程中发生爆炸。
实验开始时要先通入一氧化碳气体后加热，目的是排尽装置内的空气。
实验结束后必须先停止加热，直至试管冷却后再停止通入一氧化碳气体，防止生成的铁单质再次被氧化。
一氧化碳有毒，必须有尾气处理装置。
（4）设备： ；
（5）原料： 、 、 、空气；
（6）产物：
要点诠释：（1）焦炭的作用：一是生成还原剂一氧化碳，二是提高高炉的温度；（2）石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去；（3）高炉炼铁得到的铁是生铁，其主要成分是铁，还含有C、P、S等元素。（4）利用氧化剂(纯氧)把生铁里碳的含量降至0.03%～2%，并除去磷、硫等杂质即可得到钢，其硬而韧、有弹性、可铸可锻，性能优越于生铁。钢也是铁的合金。
知识点四：金属防护和非金属回收
1.钢铁的锈蚀及其防护
（1）钢铁的锈蚀：铁与 等物质作用，发生一系列复杂的化学反应，转化成 的过程。
注意：铁锈的结构复杂，主要成分为 ，呈 色比较疏松，易吸水，且透气性好，所以铁制品表面一旦生锈，如果不能及时清除，会加速铁制品的锈蚀。
（2）防止金属锈蚀的方法
①保持铁制品表面的清洁、干燥；②表面涂保护膜：如 、刷漆、烤蓝或镀上一层 （如铬、锌、镍等）；③制成 。
2.废旧金属的回收利用
（1）废金属来源：冶金工业、金属加工业、日常生活中的金属器具。
（2）危害： ① ；② （造成镉、汞、铅、银等重金属对环境的污染）。
（3）解决废金属的方法是 。
（4）金属资源保护
①防止金属的 ；
② 的回收与利用；
③有计划、合理地 ，严禁不顾国家利益的乱采矿；
④其他途径：寻找金属的 。
知识点一：金属的物理性质和利用
【备考方略】
1.金属材料包括纯金属和它们组成的合金。金属材料中一定含有金属元素，可能含有非金属元素；但是含有金属元素的不一定是金属材料。
2.金属有共性，也有特性。金属都具有金属光泽，但是不是所有的金属都是银白色（金为金黄色，铜为紫红色）；金属均具有良好的导电性、导热性、延展性，但是不同的金属导电性、导热性、延展性也各不相同。如铜的导电性好，常被用作导线；铁的导热性好，常被用作炊具等。
3.常见的金属之最：熔点最高的金属是钨，熔点最低的金属是汞，密度最大的金属是锇，密度最小的金属是锂，硬度最大的金属是铬。
4.金属的性质在很大程度上决定了金属的用途，但在选择材料时除了考虑性能外，还须综合考虑金属的储量多少、价格高低、生产加工的难易等多种因素。
5.合金的在熔合过程中发生的是物理变化，没有生成新物质；合金属于混合物，合金中各成分均以单质形式存在，例如黄铜中的铜和锌就以单质形式存在。
6.合金的主要性质：强度和硬度一般比组成它的纯金属更高，抗腐蚀性能等也比组成它的纯金属更好；但是大多数合金的熔点比组成它的纯金属的低，导电、导热性能比组成它的纯金属差；总之，合金的性能主要决定于合金的成分。
7.在纯金属表面镀一层其他金属，这不属于合金。
【经典例题】
（2022 湘潭）青铜是人类最早使用的铜锡合金，下列说法中错误的是（　　）
A．青铜属于金属材料
B．青铜的硬度比纯铜更大
C．青铜的熔点比纯铜的熔点要低
D．铜是目前世界年产量最高的金属
【举一反三】
1．（2022 北京）下列生活用品，利用金属导电性的是（　　）
A．铁锅 B．铜导线 C．铝箔包装纸 D．金饰品
2.（2022 常州）景泰蓝制作工艺能将28克金拉成65公里长的金丝。该过程体现了金属的性质是（　　）
A．导热性 B．导电性 C．延展性 D．耐酸性
3．（2022 贵港）铁犁的使用体现了我国古代人民的劳动智慧。铁犁的犁头由生铁制成，生铁属于（　　）
A．盐 B．碱 C．合金 D．有机物
知识点二：金属的化学性质 置换反应
【备考方略】
1.大多数金属均能与氧气反应，且反应的剧烈程度不同。这在一定程度上能反映金属的活泼型顺序。如铝在空气中就能与氧气反应生成致密氧化膜（氧化铝），铁、铜在常温下不易与氧气反应，在点燃或者加热的条件下能与氧气反应生成对应的氧化物；金即便在高温下也不与氧气反应。
2.金属与酸的反应：较活泼的金属能跟稀酸反应生成氢气。
(1) 铝、铁等活泼金属能与稀盐酸或稀硫酸反应，反应后都生成了氢气；铝反应得快，铁比较慢。
(2) 铜与稀盐酸、稀硫酸不反应。
(3) 铝、铁、铜金属的金属活动性逐渐减弱。
3.判断某化学反应是不是置换反应，要观察反应物和生成物的种数以及物质的类别是否符合置换反应的特点：“单换单”，即A＋BC―→AC＋B。有单质和化合物生成的反应不一定是置换反应，如CO+CuOCu+CO2
4.置换反应中一定有元素的化合价变化。有铁参与的置换反应，铁都生成+2价的化合物，而不是生成+3价的化合物。
5.实验室常用金属锌和稀硫酸反应制取氢气。
6.在金属活动性顺序中，金属的位置越靠前，它的金属活动性越强；位于氢前面的金属能与酸反应生成氢气；位于前面的金属(钾、钙、钠除外)能将位于后面的金属从其化合物溶液中置换出来。
7.设计实验验证金属活动性顺序
（1）两种金属的活动性强弱比较(以Fe、Cu为例)
设计依据：若两种金属都能与酸反应，则比较产生气泡的快慢；若两种金属都不与酸反应，则无法用酸比较二者的活动性强弱。
实验方案 判断理由
金属 与酸 将Fe、Cu分别放入稀硫酸中 Fe与稀硫酸反应放出气体，Cu不与稀硫酸反应；金属活动性Fe＞Cu
金属与盐溶液 将Fe放入CuSO4溶液中 置换反应能发生，金属活动性Fe＞Cu
将Cu放入FeSO4溶液中 置换反应不能发生，金属活动性Cu＜Zn
（2）三种金属的活动性强弱比较(以Fe、Cu、Ag为例)
设计依据：较活泼的金属能把不活泼的金属从它的盐溶液中置换出来。
实验方案 判断理由
“两边金属中间盐” 将铁片、银片分别放入等量的CuSO4溶液中 加入铁片的CuSO4溶液由蓝色变为浅绿色，加入银片的CuSO4溶液无明显现象，则金属活动性顺序为Fe＞Cu＞Ag
“中间金属两边盐” 将铜片分别放入FeSO4和AgNO3溶液中 FeSO4溶液中铜片无明显现象，AgNO3溶液中铜片上有银白色固体附着，溶液由无色变为蓝色，则金属活动性顺序为Fe＞Cu＞Ag
8.处理有关金属与酸反应的图像题：
（1）首先要先看图像横坐标与纵坐标的意义，若是反应时间与氢气质量间的关系，二看斜线的坡度,坡度越大,完全反应所需时间越短，金属活动性越强，三看斜线拐点的高度，拐点越高，产生的氢气质量越大。
【经典例题】
（2022 内江）向AgNO3溶液中加入过量铜粉，充分反应后过滤，得滤渣和滤液。下列说法正确的是（　　）
A．滤液中一定含有Cu（NO3）2
B．滤液呈无色
C．滤渣只含有Ag
D．向滤渣中滴加稀硫酸有气泡产生
【举一反三】
1．（2022 绵阳）现有质量和形状均相同的X、Y、Z三种金属，将X、Y分别放入CuSO4溶液中，只有Y的表面产生红色固体；又将Y、Z分别放入等浓度的稀盐酸中，后者产生气泡比前者快。由此判断，几种金属的活动性顺序为（　　）
A．Z＞Y＞Cu＞X B．Z＞Cu＞Y＞X C．Y＞Z＞X＞Cu D．Y＞Z＞Cu＞X
2．（2022 呼伦贝尔）下列各组物质能验证Fe、Cu、Ag三种金属活动性强弱的是（　　）
A．Fe、Cu、Ag、稀盐酸
B．FeSO4溶液、Cu、Ag
C．Fe、CuSO4溶液、Ag
D．FeSO4溶液、CuSO4溶液、Ag
3．（2022 济宁）相同质量的镁、铁、锌三种金属，分别与足量的、相同质量分数的稀硫酸充分反应，生成氢气质量与反应时间关系见如图，分析图像判断，下面说法正确的是（　　）
A．金属锌反应速率最大
B．金属锌的活动性最强
C．金属镁生成氢气质量最多
D．金属铁消耗稀硫酸质量最多
知识点三：金属矿物 铁的冶炼
【备考方略】
1.金属来自地壳中天然存在的矿物，其中有少数很不活泼的金属，如金、银、铂能以单质形态存在，绝大多数金属都是以化合物形态存在于矿物之中。金属元素的存在形式与金属的活泼型有关。
2.铝是地壳中含量最高的金属元素，在自然界中以化合物的形式存在。
3.一氧化碳与氧化铁反应的实验需要注意“一通、二点、三灭、四停、五处理”：“一通”先通入CO；“二点”再点燃酒精喷灯进行加热；“三灭”实验结束后，先熄灭酒精喷灯；“四停”待玻璃管冷却至室温后再停止通入CO；“五处理”处理尾气，防止CO污染空气。即CO“早出晚归”，酒精喷灯“迟到早退”。
4.石灰石的主要作用：将矿石中的二氧化硅转化为炉渣而除去。工业炼铁炼出的不是纯铁，而是生铁。
5.生铁和钢的区别：
类别 含碳量/% 含杂质 （硫、磷等） 机械性能 机械加工
生铁 2~4.3 多 硬而脆 可铸不可锻
钢 0.03~2 少 硬而韧，有弹性 可铸可锻
【经典例题】
（2022 玉林）如图是模拟工业炼铁的实验，下列叙述正确的是（　　）
A．甲中的反应是置换反应
B．甲中硬质玻璃管内红色固体变为银白色
C．用乙装置可防止液体倒吸和防止CO污染空气
D．实验结束后先移去酒精喷灯，继续通CO直至硬质玻璃管冷却
【举一反三】
1．（2022 晋中）大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源，在以下四种矿石中，可用于炼铁的是（　　）
A．赤铁矿（主要成分是Fe2O3）
B．炉甘石（主要成分是ZnCO3）
C．铝土矿（主要成分是Al2O3）
D．赤铜矿（主要成分是Cu2O）
2．（2022 无锡）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
3．（2022 梧州）我国古代制取黄铜的原理是：C+ZnCO3+Cu2O2CO2↑+2Cu+Zn。下列说法正确的是（　　）
A．黄铜的硬度比纯铜小
B．反应中Cu2O发生氧化反应
C．气体产物中可能含有CO
D．黄铜是锌、铜组成的复合材料
知识点四：金属防护和非金属回收
【备考方略】
1.钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的氧气、水等物质发生反应的结果，钢铁的纯度、环境的温度、湿度、酸碱性都是影响钢铁锈蚀的因素。铁锈是一种疏松多孔的物质，不但不能阻止外界的水分与内部的铁接触，而且还容易吸收水分，加速铁的锈蚀。
2.铁生锈是缓慢氧化；铁生锈时消耗氧气和水，所以生活中人们常用铁粉作食品保鲜剂。
3.铁制品表面的铁锈疏松多孔，应及时清除；铝“生锈”时表面形成的致密的氧化膜可以隔绝空气，可防止金属腐蚀，不能除去。
4.铁在食盐水中生锈的速率会加快。
5.设计实验验证某个因素对钢铁修饰的影响时，要设计只缺少这一个因素的实验与各因素全具备的实验进行对比研究，才能得出准确可靠的结论。
6.金属资源是不可再生的，需要加以保护，应合理开采、节约使用。
【经典例题】
（2022 广东）对铁生锈与燃烧条件的实验探究如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．对比①②可探究：接触氧气是否为铁生锈的条件之一
B．对比②③可探究：接触水是否为铁生锈的条件之一
C．对比①④可探究：温度达到着火点是否为铁燃烧的条件之一
D．对比③④可探究：接触氧气是否为铁燃烧的条件之一
【举一反三】
1．（2022 沈阳）为了防止钢铁制品锈蚀，下列做法不正确的是（　　）
A．用洗涤剂除去铁制品表面的油膜
B．在车船的表面喷涂油漆
C．在铁制品表面镀上一层其他金属
D．将使用后的菜刀用布擦干
2．（2022 长沙）我国的矿物种类比较齐全，储量很丰富，但是矿物不能再生。下列能保护金属资源的是（　　）
A．废旧金属不需要回收利用
B．矿物资源无限，可以任意开采
C．寻找金属代用品
D．将铁钉放置于潮湿的空气中
3．（2022 陕西）如图所示，将两枚光亮的铁钉分别用细线吊置于甲、乙中，并使部分铁钉露出液面。放置一段时间，出现了锈蚀。下列说法不正确的是（　　）
A．甲、乙中，气体含氧气的体积分数不相等
B．甲中，铁钉在植物油内的部分没有锈蚀
C．乙中，铁钉在水面下的部分锈蚀最严重
D．丙中，导管内上升一段水柱
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专题09 金属的冶炼与利用（讲练）
1.了解：金属材料的物理特性；金属材料与人类文明的密切关系；了解废弃金属对环境的影响和回收金属的重要性。
2.理解：物质性质与用途的关系；金属活动性顺序。
3.掌握：金属的化学性质；置换反应；钢铁锈蚀的原因及防止金属腐蚀的简单方法。
4.能：利用金属活动性顺序解决相关实际问题。
知识点一：金属的物理性质和利用
1.金属材料
金属材料包括纯金属和它们组成的合金。
（1）金属
①金属具有很多共同的物理性质，如常温下它们都是固体（汞除外），有金属光泽，铁、镁等多数金属呈银白色（但铜呈紫红色）。具有良好的导电性、导热性、延展性。
要点诠释：
除了共同的性质之外，不同金属在密度、熔点、沸点、硬度等物理性质差异比较大。
②性质和用途的关系
物质的性质决定物质的用途，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、是否美观、加工是否便利、资源，以及废料是否易于回收、对环境的影响等多种因素。
（2）合金
①定义：是由一种金属与其他金属或非金属熔合形成的具有金属特性的物质。
注意：加热熔合时，各物质本身没有发生化学变化。
②特性：合金与组成它的金属相比，硬度增大、熔点降低。有的合金还有高强度、耐腐蚀等优点。
③常见合金：铁合金主要包括钢和生铁，它们的区别是含碳量不同，生铁含碳量为2%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～2% ，钢与生铁相比具有更多的优良性能，易于加工，用途更为广泛。
铜合金主要包括黄铜和青铜。
④新型合金材料：形状记忆合金，高温合金，储氢合金等。
知识点二：金属的化学性质 置换反应
1.金属的化学性质
（1）金属与氧气的反应
①铝等活泼金属在常温下就能和氧气发生反应，生成氧化物保护膜。
化学反应方程式：4Al+3O2 =2Al2O3；
②镁、铁、铜等金属在高温或点燃时能与氧气反应。
化学反应方程式：2Mg+O22MgO；3Fe + 2O2Fe3O4；2Cu + O2 2CuO；
③金即使在高温下也不与氧气反应，化学性质非常稳定。
（2）金属与酸反应
活泼金属可以与酸发生置换反应，生成盐和氢气，例如Zn+H2SO4＝ZnSO4+H2↑（该反应常被用来用来实验室制取氢气）；Mg+H2SO4＝MgSO4+H2↑；Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑。镁、铁均能与稀盐酸（或稀硫酸）反应生成对应的盐和氢气，但是二者反应的剧烈程度不同，说明两种金属的活动性有差异。
铜不能与稀盐酸（或稀硫酸）反应。
要点诠释：不是所有的金属都能和酸发生置换反应，也不是所有的酸都能和金属发生置换反应，生成盐和氢气。酸一般指稀硫酸和稀盐酸，而不是指浓硫酸和硝酸等酸；金属指的是活泼金属，金属活动性顺序表中排在氢前面的金属，但一般不考虑最活泼的K、Ca、Na。
（3）金属与某些化合物溶液反应
活泼金属可以与某些化合物溶液发生置换反应，将其从溶液中置换出来。例如，铁可以和硫酸铜溶液反应，生成铜和硫酸亚铁：Fe +CuSO4 == Cu+FeSO4。
该反应的条件：①反应物中金属的（K、Ca、Na除外）活动性强于盐中金属；
②反应物中的盐必须可溶。
2.置换反应
（1） 含义
由一种单质和一种化合物反应，生成另一种单质和化合物的反应，叫做置换反应。
（2） 特征
置换反应是一种基本反应类型，它是以反应物和生成物的类别来分类的。
其特点为：反应物和生成物必须同时是一种单质和一种化合物。
例如CH4+2O2CO2+2H2O只是氧化反应，并不是置换反应，因为它的生成物是两种化合物。
（3）字母表达式：A+BC→B+AC，有时简称为“一换一”的反应。
要点诠释：①在置换反应中一定有元素化合价的变化。
②金属铁与酸发生置换反应时，生成亚铁离子而不是铁离子。例如：Fe+H2SO4＝ FeSO4+H2↑ 。
3.金属活动性顺序
金属活动性顺序：一般是指金属在溶液中失去电子变成离子的能力的强弱。失电子能力强的金属称之为活泼金属，失电子能力弱的金属称之为不活泼金属。
人们通过大量的实验验证得到常见金属的活动性顺序
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性：由强到弱
应用：
①在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性越强。(比较不同金属的活动性强弱)
②在金属活动性顺序里，位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢。（判断金属与酸能否发生置换反应）
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（K、Ca、Na除外）。（判断金属跟盐溶液能否发生置换反应）
知识点三：金属矿物 铁的冶炼
1.常见的金属矿物
（1）存在形式：地球上的金属资源广泛存在于矿石中，大多数金属化学性质活泼，所以它们以化合物形式存在，只有少数金属化学性质很不活泼，如金、银等有单质形式存在。
（2）常见的矿石
①铁的矿物主要有：赤铁矿（主要成分Fe2O3）、磁铁矿（主要成分Fe3O4）、菱铁矿（主要成分FeCO3）、黄铁矿（主要成分FeS2）
②铜的矿物主要有：黄铜矿、赤铜矿（主要成分Cu2O）、孔雀石（主要成分Cu2(OH)2CO3）、斑铜矿等。
③铝的矿物主要有：铝土矿（主要成分为Al2O3）和明矾石等。
（3）金属的冶炼
用金属矿石可以冶炼金属。使金属矿物变成金属的过程，叫做金属的冶炼。
2.工业炼铁
（1）反应原理及现象
①原理：3CO+ Fe2O3 2Fe+3CO2
②现象：红色粉末逐渐变成黑色，澄清石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。
（2） 实验装置图
注意事项：
实验开始前应首先检验一氧化碳气体的纯度，以防止不纯的CO气体在加热过程中发生爆炸。
实验开始时要先通入一氧化碳气体后加热，目的是排尽装置内的空气。
实验结束后必须先停止加热，直至试管冷却后再停止通入一氧化碳气体，防止生成的铁单质再次被氧化。
一氧化碳有毒，必须有尾气处理装置。
（4）设备：高炉；
（5）原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气；
（6）产物：生铁
要点诠释：（1）焦炭的作用：一是生成还原剂一氧化碳，二是提高高炉的温度；（2）石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去；（3）高炉炼铁得到的铁是生铁，其主要成分是铁，还含有C、P、S等元素。（4）利用氧化剂(纯氧)把生铁里碳的含量降至0.03%～2%，并除去磷、硫等杂质即可得到钢，其硬而韧、有弹性、可铸可锻，性能优越于生铁。钢也是铁的合金。
知识点四：金属防护和非金属回收
1.钢铁的锈蚀及其防护
（1）钢铁的锈蚀：铁与水和氧气等物质作用，发生一系列复杂的化学反应，转化成铁的化合物的过程。
注意：铁锈的结构复杂，主要成分为Fe2O3，呈红褐色比较疏松，易吸水，且透气性好，所以铁制品表面一旦生锈，如果不能及时清除，会加速铁制品的锈蚀。
（2）防止金属锈蚀的方法
①保持铁制品表面的清洁、干燥；②表面涂保护膜：如涂油、刷漆、烤蓝或镀上一层耐腐蚀的金属（如铬、锌、镍等）；③制成不锈钢。
2.废旧金属的回收利用
（1）废金属来源：冶金工业、金属加工业、日常生活中的金属器具。
（2）危害： ①浪费资源；②污染环境（造成镉、汞、铅、银等重金属对环境的污染）。
（3）解决废金属的方法是回收利用。
（4）金属资源保护
①防止金属的腐蚀；
②废旧金属的回收与利用；
③有计划、合理地开采矿物，严禁不顾国家利益的乱采矿；
④其他途径：寻找金属的代用品。
知识点一：金属的物理性质和利用
【备考方略】
1.金属材料包括纯金属和它们组成的合金。金属材料中一定含有金属元素，可能含有非金属元素；但是含有金属元素的不一定是金属材料。
2.金属有共性，也有特性。金属都具有金属光泽，但是不是所有的金属都是银白色（金为金黄色，铜为紫红色）；金属均具有良好的导电性、导热性、延展性，但是不同的金属导电性、导热性、延展性也各不相同。如铜的导电性好，常被用作导线；铁的导热性好，常被用作炊具等。
3.常见的金属之最：熔点最高的金属是钨，熔点最低的金属是汞，密度最大的金属是锇，密度最小的金属是锂，硬度最大的金属是铬。
4.金属的性质在很大程度上决定了金属的用途，但在选择材料时除了考虑性能外，还须综合考虑金属的储量多少、价格高低、生产加工的难易等多种因素。
5.合金的在熔合过程中发生的是物理变化，没有生成新物质；合金属于混合物，合金中各成分均以单质形式存在，例如黄铜中的铜和锌就以单质形式存在。
6.合金的主要性质：强度和硬度一般比组成它的纯金属更高，抗腐蚀性能等也比组成它的纯金属更好；但是大多数合金的熔点比组成它的纯金属的低，导电、导热性能比组成它的纯金属差；总之，合金的性能主要决定于合金的成分。
7.在纯金属表面镀一层其他金属，这不属于合金。
【经典例题】
（2022 湘潭）青铜是人类最早使用的铜锡合金，下列说法中错误的是（　　）
A．青铜属于金属材料
B．青铜的硬度比纯铜更大
C．青铜的熔点比纯铜的熔点要低
D．铜是目前世界年产量最高的金属
【答案】D
【解答】解：A、青铜是一种铜合金，属于金属材料，故A正确；
B、青铜的硬度比纯铜更大，故B正确；
C、青铜的熔点比纯铜的熔点要低，故C正确；
D、铁是目前世界年产量最高的金属，而不是铜，故D错误。
故选：D。
【举一反三】
1．（2022 北京）下列生活用品，利用金属导电性的是（　　）
A．铁锅 B．铜导线 C．铝箔包装纸 D．金饰品
【答案】B
【解答】解：A、铁锅，利用了铁的导热性，故选项错误。
B、铜导线，利用了铜的导电性，故选项正确。
C、铝箔包装纸，利用了铝的延展性，故选项错误。
D、金饰品，没有利用金属的导电性，故选项错误。
故选：B。
2.（2022 常州）景泰蓝制作工艺能将28克金拉成65公里长的金丝。该过程体现了金属的性质是（　　）
A．导热性 B．导电性 C．延展性 D．耐酸性
【答案】C
【解答】解：将28克金拉成65公里长的金丝，是利用了金属的延展性。
故选：C。
3．（2022 贵港）铁犁的使用体现了我国古代人民的劳动智慧。铁犁的犁头由生铁制成，生铁属于（　　）
A．盐 B．碱 C．合金 D．有机物
【答案】C
【解答】解：生铁是铁碳合金，属于合金。
故选：C。
知识点二：金属的化学性质 置换反应
【备考方略】
1.大多数金属均能与氧气反应，且反应的剧烈程度不同。这在一定程度上能反映金属的活泼型顺序。如铝在空气中就能与氧气反应生成致密氧化膜（氧化铝），铁、铜在常温下不易与氧气反应，在点燃或者加热的条件下能与氧气反应生成对应的氧化物；金即便在高温下也不与氧气反应。
2.金属与酸的反应：较活泼的金属能跟稀酸反应生成氢气。
(1) 铝、铁等活泼金属能与稀盐酸或稀硫酸反应，反应后都生成了氢气；铝反应得快，铁比较慢。
(2) 铜与稀盐酸、稀硫酸不反应。
(3) 铝、铁、铜金属的金属活动性逐渐减弱。
3.判断某化学反应是不是置换反应，要观察反应物和生成物的种数以及物质的类别是否符合置换反应的特点：“单换单”，即A＋BC―→AC＋B。有单质和化合物生成的反应不一定是置换反应，如CO+CuOCu+CO2
4.置换反应中一定有元素的化合价变化。有铁参与的置换反应，铁都生成+2价的化合物，而不是生成+3价的化合物。
5.实验室常用金属锌和稀硫酸反应制取氢气。
6.在金属活动性顺序中，金属的位置越靠前，它的金属活动性越强；位于氢前面的金属能与酸反应生成氢气；位于前面的金属(钾、钙、钠除外)能将位于后面的金属从其化合物溶液中置换出来。
7.设计实验验证金属活动性顺序
（1）两种金属的活动性强弱比较(以Fe、Cu为例)
设计依据：若两种金属都能与酸反应，则比较产生气泡的快慢；若两种金属都不与酸反应，则无法用酸比较二者的活动性强弱。
实验方案 判断理由
金属 与酸 将Fe、Cu分别放入稀硫酸中 Fe与稀硫酸反应放出气体，Cu不与稀硫酸反应；金属活动性Fe＞Cu
金属与盐溶液 将Fe放入CuSO4溶液中 置换反应能发生，金属活动性Fe＞Cu
将Cu放入FeSO4溶液中 置换反应不能发生，金属活动性Cu＜Zn
（2）三种金属的活动性强弱比较(以Fe、Cu、Ag为例)
设计依据：较活泼的金属能把不活泼的金属从它的盐溶液中置换出来。
实验方案 判断理由
“两边金属中间盐” 将铁片、银片分别放入等量的CuSO4溶液中 加入铁片的CuSO4溶液由蓝色变为浅绿色，加入银片的CuSO4溶液无明显现象，则金属活动性顺序为Fe＞Cu＞Ag
“中间金属两边盐” 将铜片分别放入FeSO4和AgNO3溶液中 FeSO4溶液中铜片无明显现象，AgNO3溶液中铜片上有银白色固体附着，溶液由无色变为蓝色，则金属活动性顺序为Fe＞Cu＞Ag
8.处理有关金属与酸反应的图像题：
（1）首先要先看图像横坐标与纵坐标的意义，若是反应时间与氢气质量间的关系，二看斜线的坡度,坡度越大,完全反应所需时间越短，金属活动性越强，三看斜线拐点的高度，拐点越高，产生的氢气质量越大。
【经典例题】
（2022 内江）向AgNO3溶液中加入过量铜粉，充分反应后过滤，得滤渣和滤液。下列说法正确的是（　　）
A．滤液中一定含有Cu（NO3）2
B．滤液呈无色
C．滤渣只含有Ag
D．向滤渣中滴加稀硫酸有气泡产生
【答案】A
【解答】解：A、铜的金属活动性比银强，过量铜粉的能与硝酸银反应生成硝酸铜和银，则滤液中一定含有Cu（NO3）2，故选项说法正确。
B、铜的金属活动性比银强，过量铜粉能与硝酸银反应生成硝酸铜和银，滤液是Cu（NO3）2溶液，滤液呈蓝色，故选项说法错误。
C、铜的金属活动性比银强，过量铜粉能与硝酸银反应生成硝酸铜和银，滤渣是银、铜的混合物，故选项说法错误。
D、滤渣是银、铜的混合物，向滤渣中滴加稀硫酸，均不反应，无明显现象，故选项说法错误。
故选：A。
【举一反三】
1．（2022 绵阳）现有质量和形状均相同的X、Y、Z三种金属，将X、Y分别放入CuSO4溶液中，只有Y的表面产生红色固体；又将Y、Z分别放入等浓度的稀盐酸中，后者产生气泡比前者快。由此判断，几种金属的活动性顺序为（　　）
A．Z＞Y＞Cu＞X B．Z＞Cu＞Y＞X C．Y＞Z＞X＞Cu D．Y＞Z＞Cu＞X
【答案】A
【解答】解：将X、Y分别放入CuSO4溶液中，只有Y的表面产生红色固体，说明Y能与硫酸铜反应，Y比铜活泼，X与硫酸铜不反应，说明铜比X活泼；又将Y、Z分别放入等浓度的稀盐酸中，后者产生气泡比前者快，说明在金属活动性顺序里，Y、Z排在氢前，且Z比Y活泼，故几种金属的活动性顺序为：Z＞Y＞Cu＞X。
故选：A。
2．（2022 呼伦贝尔）下列各组物质能验证Fe、Cu、Ag三种金属活动性强弱的是（　　）
A．Fe、Cu、Ag、稀盐酸
B．FeSO4溶液、Cu、Ag
C．Fe、CuSO4溶液、Ag
D．FeSO4溶液、CuSO4溶液、Ag
【答案】C
【解答】解：A、Fe能与稀盐酸反应生成氢气，Cu、Ag不能与稀盐酸反应，无法确定银和铜的活动性强弱，该方案不合理，故选项错误。
B、Cu、Ag均不能与FeSO4溶液反应，说明了活动性铁＞铜，铁＞银，但无法确定银和铜的活动性强弱，该方案不合理，故选项错误。
C、铁能与硫酸铜溶液反应置换出铜，银不能与硫酸铜溶液反应，说明了活动性铁＞铜，铜＞银，由此可得出三种金属活动性铁＞铜＞银，该方案合理，故选项正确。
D、Ag与FeSO4溶液、CuSO4溶液均不反应，说明了活动性铁＞银，铜＞银，但无法确定铁和铜的活动性强弱，该方案不合理，故选项错误。
故选：C。
3．（2022 济宁）相同质量的镁、铁、锌三种金属，分别与足量的、相同质量分数的稀硫酸充分反应，生成氢气质量与反应时间关系见如图，分析图像判断，下面说法正确的是（　　）
A．金属锌反应速率最大
B．金属锌的活动性最强
C．金属镁生成氢气质量最多
D．金属铁消耗稀硫酸质量最多
【答案】C
【解答】解：A、由图象可知，至完全反应，镁用的时间最短，则金属镁反应速率最大，故选项说法错误。
B、由图象可知，至完全反应，镁用的时间最短，则金属镁的活动性最强，故选项说法错误。
C、纵坐标表示生成氢气的质量，则金属镁生成氢气质量最多，故选项说法正确。
D、由质量守恒定律，生成的氢气中氢元素的质量来自于硫酸中氢元素的质量，金属镁与稀硫酸反应生成氢气质量最多，则金属镁消耗稀硫酸质量最多，故选项说法错误。
故选：C。
知识点三：金属矿物 铁的冶炼
【备考方略】
1.金属来自地壳中天然存在的矿物，其中有少数很不活泼的金属，如金、银、铂能以单质形态存在，绝大多数金属都是以化合物形态存在于矿物之中。金属元素的存在形式与金属的活泼型有关。
2.铝是地壳中含量最高的金属元素，在自然界中以化合物的形式存在。
3.一氧化碳与氧化铁反应的实验需要注意“一通、二点、三灭、四停、五处理”：“一通”先通入CO；“二点”再点燃酒精喷灯进行加热；“三灭”实验结束后，先熄灭酒精喷灯；“四停”待玻璃管冷却至室温后再停止通入CO；“五处理”处理尾气，防止CO污染空气。即CO“早出晚归”，酒精喷灯“迟到早退”。
4.石灰石的主要作用：将矿石中的二氧化硅转化为炉渣而除去。工业炼铁炼出的不是纯铁，而是生铁。
5.生铁和钢的区别：
类别 含碳量/% 含杂质 （硫、磷等） 机械性能 机械加工
生铁 2~4.3 多 硬而脆 可铸不可锻
钢 0.03~2 少 硬而韧，有弹性 可铸可锻
【经典例题】
（2022 玉林）如图是模拟工业炼铁的实验，下列叙述正确的是（　　）
A．甲中的反应是置换反应
B．甲中硬质玻璃管内红色固体变为银白色
C．用乙装置可防止液体倒吸和防止CO污染空气
D．实验结束后先移去酒精喷灯，继续通CO直至硬质玻璃管冷却
【答案】D
【解答】解：A.一氧化碳与氧化铁高温下反应生成铁和二氧化碳，方程式为：3CO+Fe2O32Fe+3CO2；该反应中，反应物中没有单质参与反应，不属于置换反应，故错误；
B.一氧化碳与氧化铁高温下反应生成铁和二氧化碳，铁粉为黑色，因此甲中硬质玻璃管内红色固体变为黑色固体，故错误；
C.一氧化碳不与氢氧化钙反应，从溶液中逸出，留存在试剂瓶的上层空间，由于压强的作用，溶液被压入烧杯内，一氧化碳气体被收集，减少对空气的污染，但二氧化碳能够与氢氧化钙溶液反应，即可用来检验反应生成的气体，又可以用乙装置吸收反应生成的二氧化碳，不是为了防止产生倒吸，故错误；
D.实验结束后先移去酒精喷灯，继续通CO直至硬质玻璃管冷却，防止还原出的铁在高温下重新被氧气氧化，故正确；
故选：D。
【举一反三】
1．（2022 晋中）大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源，在以下四种矿石中，可用于炼铁的是（　　）
A．赤铁矿（主要成分是Fe2O3）
B．炉甘石（主要成分是ZnCO3）
C．铝土矿（主要成分是Al2O3）
D．赤铜矿（主要成分是Cu2O）
【答案】A
【解答】解：可用于炼铁的矿石中必须含有铁元素。四种矿石，只有赤铁矿中含有铁元素，可用于炼铁，其余四种矿石中不含铁元素，不能用于炼铁。
故选：A。
2．（2022 无锡）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
【解答】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Fe3O4+H23FeO+H2O，故D正确。
故选：C。
3．（2022 梧州）我国古代制取黄铜的原理是：C+ZnCO3+Cu2O2CO2↑+2Cu+Zn。下列说法正确的是（　　）
A．黄铜的硬度比纯铜小
B．反应中Cu2O发生氧化反应
C．气体产物中可能含有CO
D．黄铜是锌、铜组成的复合材料
【答案】C
【解答】解：A、合金的硬度比组成它的纯金属的硬度大，黄铜的硬度比纯铜大，故选项说法错误。
B、反应中Cu2O失去了氧，发生了还原反应，故选项说法错误。
C、碳与氧结合能生成一氧化碳，气体产物中可能含有CO，故选项说法正确。
D、合金是指在一种金属中加热熔合其它金属或非金属而形成的具有金属特性的物质，属于金属材料，黄铜不是锌、铜组成的复合材料，故选项说法错误。
故选：C。
知识点四：金属防护和非金属回收
【备考方略】
1.钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的氧气、水等物质发生反应的结果，钢铁的纯度、环境的温度、湿度、酸碱性都是影响钢铁锈蚀的因素。铁锈是一种疏松多孔的物质，不但不能阻止外界的水分与内部的铁接触，而且还容易吸收水分，加速铁的锈蚀。
2.铁生锈是缓慢氧化；铁生锈时消耗氧气和水，所以生活中人们常用铁粉作食品保鲜剂。
3.铁制品表面的铁锈疏松多孔，应及时清除；铝“生锈”时表面形成的致密的氧化膜可以隔绝空气，可防止金属腐蚀，不能除去。
4.铁在食盐水中生锈的速率会加快。
5.设计实验验证某个因素对钢铁修饰的影响时，要设计只缺少这一个因素的实验与各因素全具备的实验进行对比研究，才能得出准确可靠的结论。
6.金属资源是不可再生的，需要加以保护，应合理开采、节约使用。
【经典例题】
（2022 广东）对铁生锈与燃烧条件的实验探究如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．对比①②可探究：接触氧气是否为铁生锈的条件之一
B．对比②③可探究：接触水是否为铁生锈的条件之一
C．对比①④可探究：温度达到着火点是否为铁燃烧的条件之一
D．对比③④可探究：接触氧气是否为铁燃烧的条件之一
【答案】C
【解答】解：A、①②的变量为是否与水会接触，因此探究水是否铁生锈的条件之一，选项A错误；
B、②③变量为除了水之外，还有接触的气体组分不同，因此无法形成对比实验，选项B错误；
C、①④变量为温度，因此探究温度达到着火点是否为铁燃烧的条件之一，选项C正确；
D、③④变量为温度、气体组分等，变量不唯一，选项D错误；
故选：C。
【举一反三】
1．（2022 沈阳）为了防止钢铁制品锈蚀，下列做法不正确的是（　　）
A．用洗涤剂除去铁制品表面的油膜
B．在车船的表面喷涂油漆
C．在铁制品表面镀上一层其他金属
D．将使用后的菜刀用布擦干
【答案】A
【解答】解；A、用洗涤剂除去铁制品表面的油膜，铁能与氧气和水充分接触，容易生锈，故选项做法错误。
B、车船表面喷涂油漆，能够阻止铁与氧气、水接触，所以可防止铁生锈，故选项做法正确。
C、在铁制品表面镀上一层其它金属，能够防止生锈，故选项做法正确。
D、将使用后的菜刀用布擦干，能防止与水分接触，能防止钢铁制品锈蚀，故选项做法正确。
故选：A。
2．（2022 长沙）我国的矿物种类比较齐全，储量很丰富，但是矿物不能再生。下列能保护金属资源的是（　　）
A．废旧金属不需要回收利用
B．矿物资源无限，可以任意开采
C．寻找金属代用品
D．将铁钉放置于潮湿的空气中
【答案】C
【解答】解：A.回收利用废旧金属能保护金属资源，减少环境污染，故A错误；
B.矿物资源是有限的，要合理开采，故B错误；
C.寻找金属代用品，可以节约金属资源，保护金属资源，故C正确；
D.将铁钉放置于潮湿的空气中，铁钉易生锈，不能保护金属资源，故D错误。
故选：C。
3．（2022 陕西）如图所示，将两枚光亮的铁钉分别用细线吊置于甲、乙中，并使部分铁钉露出液面。放置一段时间，出现了锈蚀。下列说法不正确的是（　　）
A．甲、乙中，气体含氧气的体积分数不相等
B．甲中，铁钉在植物油内的部分没有锈蚀
C．乙中，铁钉在水面下的部分锈蚀最严重
D．丙中，导管内上升一段水柱
【答案】C
【解答】解：A、甲中的植物油中没有溶解氧气，且植物油把空气与下面的水隔离，乙中铁钉生锈消耗了一部分氧气，所以甲、乙中，气体含氧气的体积分数不相等，故A说法正确；
B、甲中，铁钉在植物油内的部分没有锈蚀，因为没有与水、氧气接触，故B说法正确；
C、乙中，铁钉在水面下的部分锈蚀不严重，在水面与空气接触的部位锈蚀最严重，故C说法错误；
D、铁钉生锈消耗了氧气，使乙瓶内气体压强减小，在外界大气压的作用下。右侧导管内液面上升，故D说法正确。
故选：C。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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