第五讲金属及其性质
【知无巨细】
知识点一: 常见的金属
纯金属（90多种） 1、金属材料 合金 （几千种）
（1）常温下一般为固态（汞为液态），有金属光泽。
2、金属的物理性质： （2）大多数呈银白色（铜为紫红色，金为黄色）
（3）有良好的导热性、导电性、延展性，密度较大，熔点较高
二、金属之最
（1）铝：地壳中含量最多的金属元素 （2）钙：人体中含量最多的金属元素
（3）铁：目前世界年产量最多的金属（铁>铝>铜） （4）银：导电、导热性最好的金属（银>铜>金>铝） （5）铬：硬度最高的金属 （6）钨：熔点最高的金属 （7）汞：熔点最低的金属 （8）锇：密度最大的金属 （9）锂 ：密度最小的金属
现在世界上产量最大的金属依次为铁、铝和铜 三、金属分类：
黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。 重金属：如铜、锌、铅等 有色金属
轻金属：如钠、镁、铝等；
有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。 四、合金
1、定义：一种或几种金属（或金属与非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质。 ★：一般说来，合金的熔点比各成分低，硬度比各成分大，抗腐蚀性能更好 合金 成分 备注 铁的合金 生铁 含碳量 2%~4.3% 钢 含碳量 0.03%~2% 铜合金 黄铜 铜锌 合金 青铜: 铜锡 合金 焊锡 铅锡 合金 熔点低 钛和钛合金 形状记忆金属 钛镍合金 不锈钢：含铬、镍的钢 具有抗腐蚀性能 紫铜为纯铜 注：钛和钛合金：被认为是21世纪的重要金属材料，钛合金与人体有很好的“相容性”，因此可用来制造
人造骨等。
（1）熔点高、密度小
优点 （2）可塑性好、易于加工、机械性能好 （3）抗腐蚀性能好 拓展：常见的合金
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(1)钢铁
钢铁是铁与C、Si、Mn、P、S以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。 (2)铝合金
铝是分布较广的元素，在地壳中含量仅次于氧和硅，是金属中含量最高的。纯铝密度较低，为2.7 g/cm3，有良好的导热、导电性(仅次于Au、Ag、Cu)，延展性好、塑性高，可进行各种机械加工。铝的化学性质活泼，在空气中迅速氧化形成一层致密、牢固的氧化膜，因而具有良好的耐蚀性。但纯铝的强度低，只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。
例1： 铝、铜、铁、金四种金属都具有的相似性质是（ ）
A．都是银白色的固体 B．都有导电性
C．都能和稀硫酸反应 D．通常状况下都能与氧气反应
解析：A、铜、铁、金等物质不是银白色物质．故选项错误；
B、铝、铜、铁、金四种金属都能导电．故选项正确； C、铜、金不能和稀硫酸反应．故选项错误；
D、通常情况下铜、金的化学性质不活泼，不能和氧气反应．故选项错误． 故选B．
例2：铁及其合金在生产、生活中应用广泛。下列关于铁及其合金的说法中正确的是( )
A.铁是地壳中含量最丰富的金属元素 B.铁的抗腐蚀性好,可用于制造医疗器械
C.铁丝能在氧气中剧烈燃烧、火星四射,生成氧化铁
D.铁生锈是铁与空气中的氧气、二氧化碳、水发生缓慢氧化的过程
解析：A、地壳中含量最丰富的金属元素是铝，铁排第二位，故A错；
B、铁比较容易氧化，医疗器材课用不锈钢来制造，故B错；
C、铁丝在氧气中能燃烧，产物是黑色四氧化三铁，不是氧化铁，故C错； D、铁生锈是铁与水、氧气在空气中缓慢氧化的结果，故D正确． 故选D．
<举一反三>
1. 2010年上海世博会中国馆—“东方之冠”给人强烈的视觉冲击，它的主体结构为四根巨型钢筋混凝上制成的陔心筒。其中钢属于（ ）
A．金属材料 B．合成材料 C．天然材料 D．复合材料
2. 据《都市晨报》报道，2009年3月11日，沪宁铁路丹阳段施工工地由于残留的铝粉爆炸造成严重伤亡事故。下列关于铝粉的说法错误的是（ ） A．铝粉和铝块的组成元素和化学性质都不同 B．上述资料说明铝粉是一种具有可燃性的物质 C．铝粉在空气中爆炸的产物是氧化铝
D．生活中，常用铝粉漆对铁制品进行防护
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3.金属具有很多的共同的______________。例如，常温下它们都是____________(汞除外)，有金属光泽，大多数为电和热的______________，有延展性，密度____________，熔点____________。
4. 在实验室用一氧化碳还原2.0 g赤铁矿样品，反应后生成的二氧化碳跟足量的澄清石灰水反应，生成了3.0 g白色沉淀。求赤铁矿样品中Fe2O3的质量分数。
知识点二: 常见金属活动性顺序
常见金属活动性顺序：
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
在金属活动性顺序里：
（１）金属的位置越靠前，它的活动性就越强
（２）位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢（不可用浓硫酸、硝酸） （３）位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来。
（除K、Ca、Na、Ba）
例1：有X、Y、Z三种金属，只有Z在自然界主要以单质形式存在；如果把X、Y分别加入到稀盐酸中，Y表面产生气泡而X没有。则这三种金属的活动性顺序由强到弱的顺序为（ ） A．X＞Y＞Z B．Y＞X＞Z C．Z＞X＞Y D．Z＞Y＞X
解析：本题考查学生对金属活泼性的认识，属于简单题。只有Z在自然界以单质形式存在，说明Z的活动性是最弱的；X、Y同时和稀盐酸反应，Y表面产生气泡而X没有，说明Y的活动性比X强。答案选B。
例2：锌与金属M的硫酸盐溶液发生反应的化学方程式为Zn+MS04=ZnSO4+M，下列说法正确的是（ ）
A.金属M的活动性比Zn强 B.金属M一定是Cu
C.该反应属于置换反应 D.反应后溶液的质量一定减少
解析：此题考查学生对置换反应的定义与金属的活泼性比较。由于锌与金属M的硫酸盐溶液发生反应，所以活动性Zn＞M，A故错误；由于锌与金属M的硫酸盐溶液发生反应，所以活动性Zn＞M，M可能是Cu、Fe等，故B错误；该反应为金属单质与盐发生的置换反应，C正确；反应后溶液中增加的是锌元素的质量，减少的是M元素的质量，要看反应后溶液的质量变化，要比较Zn与M的相对原子质量，D错误。
例3：已知金属锰在金属活动性顺序中位于铝和锌之间。下列化学反应不能发生的是（ ） A．Mn+H2S04=MnSO4+H2↑ B．Mg+MnCl2=MgCl2+Mn C．Fe+MnCl2=MgCl2+Mn D．Mn+CuCl2=MnCl2+Cu
解析：此题考查金属活动性顺序的应用。锰在金属活动性顺序中位于铝和锌之间，故相关金属的活动性为Mg>Al> Mn>Zn>Fe>H>Cu。锰在氢前，故A能发生；Mg>Mn，故B能发生；Mn>Fe，故C不能发生；Mn>Cu，故D能发生。
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<举一反三>
1.属放入稀硫酸中，不产生气泡，该金属可能是（ ）
A.Mg B.Al C.Zn
D.Ag
2.有X、Y、Z三种金属，将X、Y、Z分别浸入稀硫酸中，Z溶解，X和Y不溶解；将X浸入Y的硫酸盐溶液中，在X的表面有Y析出。则X、Y、Z的金属活动性有强到弱的顺序为（ ）
A. Z、Y、X B. Y、Z、X C. Z、X、Y D. Y、X、Z
3.用置换反应验证铁的金属活动性比铜强，下列各组药品能达到目的的是（ ） A．Ag、FeSO4、CuSO4 B．Fe、Cu、H2SO4 C．Fe、Cu、ZnSO4 D．Fe、Cu、KOH
4. 下列化学方程式，正确的是（ ）
A．2Fe+6HCl=2FeCl3+3H2↑ B．Fe+H2SO4(稀)=FeSO4+H2 ↑ C．2Fe+O2
5.将等质量的镁和铁分别放入等质量、相同质量分数的稀盐酸中，产生氢气的质量与反应时间的关系如图所示，下列说法错误的是（ ） A.反应结束后镁一定有剩余
B.反应消耗盐酸的总质量一定相等
C.0——t1时段，产生氢气的质量镁比铁大
D.0——t2时段，参加反应的镁的质量与铁相等
知识点二: 金属的化学性质及反应类型 金属的化学性质
1、大多数金属可与氧气的反应 3Fe + 2O2 ==== Fe3O4 2、金属 + 酸 → 盐 + H2↑
Fe + 2HCl ==== FeCl2 + H2
3、金属 + 盐 → 另一金属 + 另一盐（条件：“前换后，盐可溶”） Fe + CuSO4 == Cu + FeSO4 (“湿法冶金”原理) 4、置换反应
定义：由一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质与另一种化合物的反应叫做置换反应。 表达式：置换反应 A +BC ==B +AC 反应类型的比较
化合反应 A+B+…… == AB…… 分解反应 AB…… == A+B+…… 置换反应 A+BC == AC+B
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2FeO D．2Fe+3CuSO4=3Cu+Fe2(SO4)3
金属的冶炼：
定义：金属从化合态转变成游离态的过程。 2）还原反应：氧化物里的氧被夺去的反应 3）常见的还原剂：H2，CO，C 4）金属冶炼实验 如图：铁的冶炼
3CO+Fe2O3高温==2Fe+3CO2
例1．以下化学反应都是高中将要学习的内容，其中属于置换反应的是（ ） A．Fe+S==FeS B．2Na+2H20═2NaOH+H2↑ C．Cl2+H20═HCl+HCl0 D．3N02+H20═2HN03+NO
解析：A、反应物是两种单质，生成物是一种，不属于置换反应，错误； B、反应物和生成物都是一种单质和一种化合物，属于置换反应，正确；
C、反应物是一种单质和一种化合物，生成物是两种化合物，不属于置换反应，错误； D、反应物和生成物都是两种化合物，不属于置换反应，错误； 故选：B．
例2. 为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外兴趣小组的同学设计了如下图所示的实验装置：根据下图装置回答问题：
（1）实验时，在点燃C处时，酒精灯前必须先通一会儿气体，其目的是__________。
（2）A装置的作用是_________________，以排除对下面实验的干扰。 （3）若实验时，需要对尾气进行处理，则处理的方法是__________。
（4）若实验时观察到________________现象，则证明原气体中一定含有一氧化碳。
解析：此题考查金属冶炼的原理、实验注意事项及其反应现象，并将实验用于物质的检验。先通气体是为了防止空气中的气体对实验产生的干扰；原气体中存在二氧化碳，所以必须用氢氧化钠将其除去；装置B是用来检验原有二氧化碳是否已经吸收干净；处理一氧化碳尾气可以用酒精灯在装置末进行点燃，生成二氧化碳排放；如果原气体中存在一氧化碳那么气体在C装置中将氧化铜还原，并且产生二氧化碳，所以现象有C装置中黑色固体变红，D装置中澄清石灰水变浑浊。
例3：已知镉(Cd)的金属活动性与铁、锌相近，镉元素在化合物中常显+2价。
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（1）细铁丝在氧气中点燃发生剧烈燃烧，化学方程式是 （2）将镉丝插入下列溶液有明显现象的是__________(填序号)。 ①NaCl溶液 ②HCl溶液 ③AgNO3溶液 ④NaOH溶液
（3）镍镉电池应用广泛，为了防止污染环境，将废旧镍镉电池中回收镉的一种方法如下： 步骤1：将废旧电池破碎成细颗粒后培烧，将镉转化为氧化镉（CdO）;
步骤2：将含氧化镉的细颗粒和炭粉混合后，隔绝空气加热至1200℃，可得镉蒸气和一氧化碳。 步骤2中氧化镉变成镉的化学方程式
解析： （1）细铁丝在氧气中点燃发生剧烈燃烧生成四氧化三铁，故化学方程式为3Fe+2O2点燃Fe3O4； （2）因为“镉(Cd)的金属活动性与铁、锌相近”，故在金属活动性顺序表中镉在氢元素的前面，能与酸和硝酸银反应，产生明显现象，故选②③；（3）炭粉的主要成分是碳，具有还原性，能使金属氧化物还原得到金属蒸气，化学方程式为CdO+C ====Cd+CO↑
<举一反三>
1.由金属与酸发生置换反应，下列物质不能得到的是（ ） A．ZnSO4 B．MgCl2 C．Fe2(SO4)3 D．CuCl2
2.将N2、CO和CO2混合气体先通过足量石灰水，接着再通过炽热的氧化铜充分反应后，剩余气体是（ ） A.CO2 B.CO和N2 C.N2 D.CO2和N2
3.我国古代湿法冶铜的化学反应方程式是：Fe + CuSO4 ＝ FeSO4 + Cu ，该反应属于（ ）
A．分解反应
B．置换反应
C．化合反应
D．复分解反应
4.某化学兴趣小组同学要探究镁、铁、铜三种金属的活动性顺序，设计了如图所示的实验方案
（1）试管乙中观察到的现象是 ，反应的化学方程式为
（2）同学们经讨论后认为该方案可以优化， 试管的实验是多余的。同学经讨论得出三种金属的活动性由强到弱的顺序为
（3）去掉多余的实验，同学们将另两只试管中反应后的物质倒入同一大烧杯中，一段时间后过滤，得到不溶物和滤液，并对不溶物的成分进行如下探究： 【提出问题】烧杯中不溶物的成分是什么？ 【实验探究】向过滤得到的不溶物中加稀硫酸
①若无气泡产生，则不溶物的成分是
②若有气泡产生，则不溶物中一定含有 ，可能含有
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5. 欲测定Cu-Zn合金及Cu-Ag合金中铜的质量分数，实验室只提供一瓶未标明质量分数的稀硫酸和必要的仪器。
（1）你认为能测出铜的质量分数的是 合金。
（2）取该合金的粉末26g加入该硫酸充分反应，所加稀硫酸与生成的质量关系如图所示。 ①生成气体的质量为 g。 ②请计算该合金中铜的质量分数。
6. 金属在生产、生活中有着广泛的用途。请回答下列有关问题： （1）黄铜是铜锌合金，其硬度比纯铜_________ (填“大”、“小”或“相同”)。
（2）长期露置于空气中的金属M表面会被锈蚀。经检测锈蚀物中除含有M外，还含有C、H、O三种元素。根据质量守恒定律，推测与金属M发生反应生成锈蚀物的物质。
推测Ⅰ：锈蚀物中的H来自空气中的___________(填化学式，下同)，C来自空气中的__________，因此
这两种物质肯定参加了反应。
推测Ⅱ：锈蚀物中的O有多种来源，因此不能确定空气中的O2是否参加了反应。
（3）某同学为了验证空气中的O2是否参加了反应，设计了如下系列实验，你认为其中必须要做的实验是_________ (填实验编号)。
课后练习
1. 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
2. 人类的生活和生产都离不开金属。下面对金属的利用不是由金属活动性决定的是（ ） A.用铁回收含银废液中的银 B．用锌与稀硫酸反应制取氢气 C.古代金银制品能保存至今 D．用铝合金制作门窗框架
3. 若金属锰（Mn）在金属活动性顺序中位于铝和锌之间，则下列反应不正确的是（ ） A．Mn + H2SO4 = MnSO4 + H2↑ B．Mg + MnSO4 = MgSO4 + Mn C．Fe + MnSO4 = FeSO4 + Mn D．Mn + CuSO4 = MnSO4 + Cu
4. 把A、B两块质量相等的铁片分别放进盛有等质量，等质量分数的盐酸和硫酸的两个烧杯中，两烧杯分别放在一天平的左右两个托盘上。充分反应后铁片都有剩余，则天平指针（ ） A.偏向盐酸一边 B.偏向硫酸一边 C.无法判断 D.天平平衡
5. X、Y、Z三种金属及其化合物间可发生如下化学反应：Y+ZCl2===Z+YCl2 X+ZCl2===Z+XCl2 Y+2HCl===YCl2+H2↑ X+HCl 不反应则X、Y、Z三种金属的活动性由强到弱的顺序是（ ） A.Z＞Y＞X B.X＞Y＞Z C.Y＞X＞Z D.Y＞Z＞X
6.仅用下列各组试剂无法完成验证Zn、Cu、Ag三种金属活动性顺序的是 （ ）
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A.Zn、Ag、CuSO4溶液 B.Cu、ZnSO4溶液、AgNO3溶液 C.Zn、Ag、稀硫酸、ZnSO4溶液 D.Zn、Cu、稀硫酸、AgNO3溶液
7. 钢铁是重要的金属材料。请回答下列有关问题：
（1）下列铁制品的用途中，利用金属导热性的是 （填字母，下同）。
A.铁锤 B.铁锅 C.铜丝 D.水龙头
（2）下列有关铁的叙述不正确的是 。
A.纯铁有银白色光泽，质地较软 B.生产和生活中的“钢铁”多为铁合金 C.铁在氧气中燃烧生成黑色的氧化铁 D.地壳中的铁均以化合物形式存在
（3）金属材料容易锈蚀。现在世界上每年因锈蚀而报废的金属材料，相当于年产量的20%到40%。为防止钢铁制品的锈蚀，常用方法有 。
（4）人类每年从自然界中提取量最大的金属是铁。炼铁高炉中发生的反应有： ① Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 ；② C+ O2 CO2 ；③ CO2 +C 2CO；
④ CaCO3 CaO + CO2↑； ⑤ CaO + SiO2 CaSiO3 。 根据以上反应推断：炼铁的原料主要有 。还原铁矿石的反应是 ；造渣的反应是 ；热量来源的反应是 。（填序号）
8. 金属在生产、生活中有着广泛的用途。请回答下列有关问题： （1）黄铜是铜锌合金，其硬度比纯铜_________ (填“大”、“小”或“相同”)。
（2）长期露置于空气中的金属M表面会被锈蚀。经检测锈蚀物中除含有M外，还含有C、H、O三种元素。根据质量守恒定律，推测与金属M发生反应生成锈蚀物的物质。
推测Ⅰ：锈蚀物中的H来自空气中的___________(填化学式，下同)，C来自空气中的__________，因此
这两种物质肯定参加了反应。
推测Ⅱ：锈蚀物中的O有多种来源，因此不能确定空气中的O2是否参加了反应。
（3）某同学为了验证空气中的O2是否参加了反应，设计了如下系列实验，你认为其中必须要做的实验是_________ (填实验编号)。
说明：①所用蒸馏水都是经煮沸迅速冷却的；②干燥剂N只吸收水分，不吸收CO2和O2。 O2 O2和CO2 O2 CO2 蒸馏水 CO2
金属M 金属M 金属M 金属M 金属M 金属M
蒸馏水 蒸馏水 蒸馏水 固体干燥剂N 固体干燥剂N
A B C D E F
（4）假如要进行实验D，检验CO2是否充满的操作方法是 。
高温
高温
高温
点燃
高温
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