高中化学-金属与金属材料学案
[学习目标] 1.能从材料组成的角度对生活中常见材料进行分类，能根据使用需求选择适当的材料，能解释使用注意事项，并能科学合理使用.2.了解金、银、铜、不锈钢的主要性质及作为材料在工业生产和高科技领域中的应用.
1.重要的黑色金属材料——钢铁
(1)金属材料的分类
①黑色金属材料：包括□01铁、□02铬、□03锰以及它们的合金.
②有色金属材料：除□04黑色金属材料以外的其他金属材料及其合金.
(2)重要的黑色金属材料——钢铁
①钢铁
钢铁是铁的合金的总称，□05减少生铁里的□06碳元素并增加□07硅、□08锰等元素的含量，铁则转化为钢.由于钢铁中含有其他杂质，所以□09易被锈蚀.
②不锈钢
在普通钢的基础上加入□10铬、镍等多种元素炼成不锈钢，具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性.
2．几种有色金属材料——金、银、铜
(1)金、银、铜的重要物理性质、性能及应用的比较
(2)铜及其化合物的化学性质①铜
②氧化铜
一、重要的黑色金属材料——钢铁
[交流研讨]
1．人类使用钢铁的历史悠久，历经：生铁—钢—不锈钢的演变过程，生铁与钢在成分上有什么不同？
提示：生铁和钢都是铁的合金，其中含碳量高的叫生铁，含碳量低的叫钢.
2．黑色金属材料是黑色的吗？
提示：黑色金属材料不是黑色的，是银白色的.
[点拨提升]
1．冶金工业把金属材料分为黑色金属材料(Fe、Cr、Mn及其合金)和有色金属材料(除黑色金属之外的金属及其合金)，不是从外观上分的，其实黑色金属仍然是银白色，而有色金属除Au—黄色、Cu—紫红色外其他的仍为银白色.
2．生铁与钢的区别在于含碳的高低，不锈钢中的其他成分比生铁中的要多，但含碳量比生铁低，不锈钢有多种类型，其共同的特征是含Cr量不低于12%.
知识拓展
生铁是铁矿石(Fe 2O 3或Fe 3O 4)高温下被CO 还原而制备的；而钢是用氧化剂氧化减少生铁中的碳元素含量而制得的，因此中国有句古语叫“百炼成钢”.
[练习与活动]
1．下列金属不属于黑色金属的是( ) A ．Fe(铁) B ．Mn(锰) C ．Cr(铬) D ．Ti(钛) 答案 D
解析 黑色金属主要是指Fe 、Cr 、Mn 及其合金. 2．下列有关铁及铁合金的说法正确的是( ) A ．生铁是铁碳合金，而钢则为纯铁 B ．生铁的硬度比纯铁的硬度小
C ．减少生铁中的碳、硅、锰等元素可得到钢
D ．铁的应用，经历了“铁—普通钢—不锈钢”的演变过程 答案 D
解析 钢也是合金，A 错误.生铁的硬度比纯铁的硬度大，B 错误.炼钢是减少生铁中的碳元素，增加硅、锰等元素，C 错误.
二、几种重要的有色金属材料——金、银、铜
[交流研讨]
1．金、银、铜在历史上主要作为货币金属或装饰品被应用，你能解释一下原因吗？ 提示：稀有且色彩迷人，不易变质——化学性质稳定.
2．铜器在潮湿的空气中表面易形成一层绿色的铜锈，它是怎样形成的？ 提示：2Cu ＋H 2O ＋CO 2＋O 2===Cu 2(OH)2CO 3
[点拨提升]
1．常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里会被锈蚀，在其表面生成碱式碳酸铜(铜绿).反应的化学方程式为2Cu ＋O 2＋H 2O ＋CO 2===Cu 2(OH)2CO 3.
2．含铜化合物间的相互转化
氧化铜分解：4CuO=====高温
2Cu 2O ＋O 2↑，CuO 为黑色固体，Cu 2O 为红色固体.
蓝矾失水：CuSO
4·5H
2
O=====
△
CuSO
4
＋5H
2
O↑，
CuSO
4·5H
2
O为蓝色晶体，CuSO
4
为白色粉末.
知识拓展
1．Cu与稀H
2SO
4
不反应，但在H
2
SO
4
作用下，Cu常温下与O
2
反应，其方程式为2Cu＋O
2
＋
2H
2SO
4
===2CuSO
4
＋2H
2
O，这是工业上用废铜屑制蓝矾的反应原理；类似地Cu与O
2
在盐酸或硝酸
存在条件下也可制得CuCl
2和Cu(NO
3
)
2
.
2．Ag制器皿长时间放置易发黑，是因为Ag与空气中微量的硫化氢反应生成Ag
2
S：4Ag＋
O 2＋2H
2
S===2Ag
2
S＋2H
2
O.
3．Cu
2
O在酸性条件下不稳定，发生反应Cu
2
O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H
2
O，此反应常用于检验
Cu中是否含Cu
2O；与Cu
2
O反应的酸不能为硝酸，若为硝酸，则生成物全部为Cu2＋，无单质Cu.
[练习与活动]
3．人类的生活和生产都离不开金属.下列金属的用途或特点不是利用金属的化学性质的是( )
A．用铁回收含银废液中的银
B．用铜与稀硝酸反应制备NO
C．古代的金银制品能保存至今
D．电子工业中用金制作导线或电器元件
答案 D
解析利用铁的金属活动性比银强，A不符合题意.利用铜的还原性，B不符合题意.利用金、银的金属活动性比较弱，C不符合题意.利用了金的导电性，D符合题意.
4．铜、银、金是人类认识最早的三种金属，因为很早就被人们用于铸造钱币，因而有“货币金属”之称.由于铁的金属性比铜、银、金的强，相对而言，人类认识铁稍晚.某研究性学习小组为了证明铁的金属活动性比铜强，他们设计了如下方案，设计合理的是( ) A．铁片置于硫酸铜溶液中有铜析出
B．铁、铜和氯气反应分别生成FeCl
3和CuCl
2
C．足量的铁片和铜粉分别与浓硫酸反应生成FeSO
4和CuSO
4
D．铜片置于FeCl
3
溶液中铜片逐渐溶解
答案 A
解析活泼的金属能置换出不活泼的金属，铁片置于CuSO
4
溶液中置换出铜，说明铁的金
属活动性强于铜的金属活动性，A正确；Cl
2具有强氧化性，Fe、Cu与Cl
2
反应分别生成FeCl
3
、
CuCl
2
，二者分别是Fe、Cu的最高价氯化物，不能说明铁的金属活动性强于铜的金属活动性，
B错误；足量铁片和铜粉置于浓硫酸中反应，生成FeSO
4和CuSO
4
，不能说明铁的金属活动性强
于铜的金属活动性，C错误；铜置于FeCl
3溶液中，发生反应生成FeCl
2
和CuCl
2
，不能说明铁
的金属活动性强于铜的金属活动性，D错误.
本课小结。