第五章 金属的冶炼与利用

第五章 金属的冶炼与利用

1.常见的金属有哪些性质；

2.合金有哪些特点和用途；

3.金属冶炼的化学原理是什么；

4.金属防护和废旧金属回收有何意义。

本章，你还要完成一项基础实验：常见金属的性质

第一节 金属的性质和利用

一、金属的性质

1．金属的物理性质

-----交流与讨论

① 为什么铁制锅铲要加上木柄或塑料柄？

② 银的导电性比铜好，一般情况下为什么不用银制造电线、电缆？ ③ 选择铸造硬币的金属材需要考虑哪些因素？

2. 常见金属的化学性质

-------观察与思考

① 回忆描述镁在空气中燃烧，铁丝在氧气中燃烧的现象。

② 分别把镁条、铁片（或铁丝）、铝片（或铝丝）和铜片（或铜丝）的表面用砂纸擦亮，然后按下表所列的项目进行实验，记录实验现象，

在加热的条件下，镁、铁、铜等很多金属都能化合生成金属氧化物。

4Al +3O2== 2Al2O3

点燃

3Fe + 2 O2 === Fe3O4

△

2Cu + O2 ===== 2CuO

-----活动与探究

1. 分别把镁条、铁片和铜片（或铜丝）的表面用砂纸擦亮，放入稀盐酸（或稀硫酸）中。观察实验现象。若能反应，写出反应的化学方程式。

2. 在试管中加入少量硫酸铜溶液，把2—3枚无锈的新钉浸入硫酸铜溶液

铜跟稀硫酸（或稀盐酸）不发生反应。

Mg + 2HCl === MgCl + H2 ↑

Fe + 2HCl === FeCl2 + H2 ↑

由一种单质跟一种化合物作用生成另一种单质和另一种化合物，这样的反应叫做置换反应。

镁、铁与盐酸反应的剧烈程度不同

说明两种金属的活动性有差异。

----我国西汉时期，在《淮南万毕术》一书中就写到“曾青得铁则化为铜”，意思是可溶性的铜的化合物与铁发生置换反应得到单质铜。

CuSO4 + Fe ==== Cu + FeSO4

-----联想与启示

在常温下，锌能与稀硫酸（或稀硫酸）发生置换反应生成氢气。氢气的密度

这一节主要涉及的金属有：镁、铁、铜、锌。它们都有哪些物理性质和化学性质。 它们能与两酸反应现象是怎样的，生成物是什么。属什么反应。

二、合金

金属材料具有各种特殊性能，因此用途广泛。如：

制造飞机机翼的金属材料-------需要坚硬而质轻的特点

用于制造切割工具的金属材料-------需要有很大的硬度

制造白炽灯灯丝的金属材料---------熔点要高

制造保险丝的金属材料-----------熔点要低

纯的金属很难满足各种特殊要求。因此，制造了具有特殊性能的

“新型金属”-----合金

如：最早的青铜是由铜、锡等元素形成的全金。

。 ---------拓宽视野

生铁与钢

铁矿石在高炉中冶炼后，得到含有一定量碳、硫、磷和硅等元素的生铁。 生铁的含碳量为。生铁坚硬，韧性差，一般用于铸造 。铁锅、暖气片、机床的底坐等，大多是用生铁制造的。

把生铁放在炼钢炉中进一步冶炼，生铁中部分碳、硅、硫和磷经反应后形成炉渣或气体而被除去，便可得到钢。

钢的含碳量为0.03%----2%。钢比较坚硬，有韧性、良好的延展性和弹性，机械性能好，可以锻、轧和铸造，性能比生铁优越。

通常我们所说的“金属材料”，既包括各种纯金属，也包括各种合金。 ----------活动与探究

1．取一段保险丝，试试能不能用手将它弯曲，是不是容易被折断。

2．某种保险丝是用武德合金制成的，熔点约为69℃。其组成金属的熔点分别为铋（271℃）、铅（327℃）、锡（232℃）和镉（321℃）。比较武德合金与其组成金属的熔点差异，对比你有什么想法？

（纯的金属很难满足各种特殊要求。因此，制造了具有特殊性能的

“新型金属”---合金）

-----合金具有许多良好的物理、化学和机械性能。合金的硬度一般比各成分金属大。多数合金的熔点低于组成它的成分金属。

------交流与讨论

合金材料的应用十分广泛。你知道哪些具体的合金材料及应用？

表5-3 一些常见合金的特性和用途

-----拓宽视野

1. 不锈钢-----是指含铬13%以上的铁合金。

最常见的是含18%的铬和8%的镍。这种合金在空气中较稳定，

不易生锈，能长久保持其银白色金属光泽。但在某些情况下（如在

海水中），不锈钢仍然会被腐蚀。所以。不锈钢并不是绝对不会生锈，

只不过是它的“自我保护能力”比较强而已。

2. 形状记忆合金------是指具有特殊的形状记忆功能的合金。

从组成上看有的是镍钛合金，有的是以铜为主或以其他金属为主

的合金。用形状记忆合金做成的金属丝，即使被揉成一团，但只要达到一定温度，就能在瞬间恢复原来形状。

这类合金被广泛运用于卫星、航空、生物工程、医疗、能源和自动

化等方面。

3. 高温合金-------在高温下，仍能保持其较高强度的合金。主要用于制造 飞机和航天飞行器的关键部件。

4. 储氢合金------是指能在室温下吸收氢气，稍稍加热即能很快放出氢气的

合金。它是以镁或稀土金属为主形面的合金。

储氢合金不但能解决氢气的储存和输送问题，而且可用于氢气的

回收、分离和净化等方面。

第二节 金属矿物 铁的冶炼

金属大多数是通过冶炼金属矿物得到的。

一、常见的金属矿物

金属元素在自然界中除极少数不活泼的金属（如铂、金、银）有单质

存在外，其余大多数以化合物存在。

金属化合物在自然界中以矿物的形式存在。含有矿物的岩石称为矿

石。

铁的矿物主要有赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿和黄铁矿等。

铜的矿物主要有黄铜矿、孔雀石、斑铜矿和赤铜矿等。

铝的矿物主要有铝土矿和明矾石等。

----用金属矿石可冶炼金属。使金属矿物变成金属的过程，叫金属的冶炼。

1. 铁的矿物---赤铁矿 （Fe2O3）、褐铁矿（Fe2O3·xH2O）、黄铁矿（FeS2） 磁铁矿(Fe3O4).

2. 铜的矿物----孔雀石[Cu2(OH)2CO3]、赤铜矿（CuO2）

二、铁的冶炼

铁在地壳中含量居所有金属元素的第二位，仅次于铝，约占地壳总质量的4.75%

-------观察与思考

怎样用铁矿石炼铁？我们通过实验来研究铁冶炼的化学原理。

① 图5-9所示的装置的硬质粗玻璃管中，放入少量氧化铁粉末，

② 先通入一氧化碳，排出装置内的空气后，

③ 再点燃酒精喷灯加热玻璃管中的氧化铁，当红棕色粉末完全变成黑色时停止加热。

④ .璃管内物质冷却后，停止通入一氧化碳，观察石灰水有什么变化。 ⑤ 把得到的黑色粉末倒在白纸上观察，试验它能不能被磁铁吸起，并将黑色粉末加入稀盐酸中，观察实验现象。

⑥ 判断反应中生成了什么物质。

上述反应是工业炼铁的主要原理，其化学方程式为：

高温

Fe2O3 +3CO ==== 2Fe +3CO2

----高炉是工业炼铁的主要设备。

1. 把铁矿石跟焦炭、石灰石一起加入高炉，

2. 从下方通入空气，焦炭燃烧，生成的二氧化碳与焦炭在高温下反应生成一氧化碳气体，一氧化碳跟氧化铁在高温下反应生成铁。

通过高炉得到生铁，仍含有少量杂质。

------交流与计论

1. 上述一氧化碳与氧化铁反应的实验中，对实验操作顺序有哪些具体要求？说明理由。

2. 某钢铁公司用490万吨含氧化铁60%的赤矿石炼铁，所得到的生铁中最多含铁多少万吨？

-------拓宽视野

金属的冶炼方法

许多金属（如锰、锌、铁、镍和铅等）的冶炼，是把它们的矿物跟焦炭或氢气、一氧化碳等物质一起加热反应。

有些金属（如钠、钾、镁、铝等）很难从其矿物中提取出来。为了制得这些金属，需要用电解的方法。如，在一定条件下，从氧化铝制金属铝就需要使用电解的方法。 通电

2Al2O3 === 4Al + 3O2 ↑

通常把金属(如铁)跟氧结合生成金属氧化物(如氧化铁)的过程称为金属的氧化.

金属氧化物跟焦炭、氢气和一氧化碳等物质反应，失去氧转化为金属的过程，称为金属氧化物的还原。

第三节 金属的防护和废金属的回收

金属锈蚀给人类带来巨大的损失。

一、钢铁的锈蚀及其防护

-----活动与探究

取5枚洁净的无锈的铁钉，分别放入5支试管中