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金属及金属材料
一、金属的物理性质
1、常温下为固态(除汞外),有颜色和光泽,有良好的导电性、导热性和延展性,熔点较高,密度、硬度随金属的不同而不同
2、用途:主要由性质决定。
3、还需考虑的因素:价格、资源、是否美观、使用是否便利、废物是否易于回收利用和对环境的影响。
4、铁粉和银粉一般均为黑色
5、金属之最
地壳中含量最高的金属元素——铝 人体中含量最高的金属元素——钙
目前世界年产量最高的金属——铁 导电、导热性最好的金属——银
硬度最高的金属——铬熔点最高的金属——钨
密度最小的金属——锂熔点最低的金属——汞
密度最大的金属——锇
二、金属活动性顺序
KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu活动性强的金属能把活动性弱的金属从它们的化合物中反应出来。
三、置换反应
1、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。
2、金属活动性顺序在工农业生产和科学研究中有重要应用,它可以给你以下一些判断的依据:
(1).在金属活动性顺序里,金属的位置越靠前,它的活动性就越强。
(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。
(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。
3、农药波尔多液的成分为:硫酸铜和熟石灰
4、含铁的矿石主要有赤铁矿(主要成分是Fe2O3)、黄铁矿(主要成分是FeS2)、菱铁矿(主要成分是FeCO3);含铝的矿石主要是铝土矿(主要成分是Al2O3);含铜的矿石主要是黄铜矿(主要成分是CuFeS2)和辉铜矿(主要成分是Cu2S)。
5、冶炼原理:Fe2O3+3CO3CO2+2Fe
6、注意:(1)实验前应先通CO把装置内空气排干净,然后再加热;反应完成后,须待试管内物质冷却后再停止通CO。
(2)反应完毕后,把得到的黑色粉末倒在白纸上观察,并试验它能不能被磁铁吸起,以判断反应中是否生成了铁。
7、把铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程。工业上炼铁时,把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉,在高温下,利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。
四、铁制品
1、铁制品锈蚀的过程,实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程。酸和氯化钠能使铁在氧气、水存在的环境中加速锈蚀。
2、铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O。
3、铁锈是一种疏松多孔的物质。具有吸水性,它能让水分和空气中的氧气穿过它的空隙,不断向里层渗透,继续跟铁反应,直至铁被完全锈蚀。故铁锈反而能加速里层铁的生锈。
4、铁制品的防护措施
①把铁制品放在非酸性的干燥的环境中。
②为其穿一层耐腐蚀的外衣。
(1)防止金属腐蚀(2)回收和利用废旧金属
(3)合理开采矿物(4)寻找金属代用品(5)物尽其用
常见的酸和碱
一、酸碱指示剂
(简称:指示剂)能跟酸或碱的溶液起作用而显示不同的颜色。常见的有:石蕊溶液、酚酞溶液。
:
石蕊溶液遇酸溶液变成红色,遇碱溶液变成蓝色。酚酞溶液遇酸溶液不变色,遇碱溶液变成红色。
,(1).溶液由紫色变成红色。(2).二氧化碳溶于水生成了碳酸,是碳酸改变了溶液的颜色。
:(1)取少量该溶液,滴入几滴石蕊试液,若溶液呈现红色,则说明该溶液为酸性溶液。(2)取少量该溶液,滴入几滴石蕊试液,若溶液呈现蓝色;或者滴入几滴无色的酚酞试液,若溶液呈现红色,则说明该溶液为碱性溶液。
二、几种常见的酸
。纯净的浓盐酸是无色。盐酸具有挥发性,浓盐酸在空气里会形成白雾,这是因为从浓盐酸里挥发出来的氯化氢气体跟空气里的水蒸气接触,形成盐酸小液滴的缘故。(强调闻气味的方法。)
:盐酸(HCl)重要化工产品。用于金属表面除锈、制造药物(如盐酸麻黄素、氯化锌)等;人体胃液中含有盐酸,可帮助消化。硫酸(H2SO4)重要化工原料。用于生化肥、农药、火药、染料以及冶炼金属、精炼石油和金属除锈等浓硫酸有吸水性,在实验室中常用它作干燥剂
:无色液体无味;(1)有吸水性,在实验室中常用它作干燥剂。
(2)浓硫酸具有强腐蚀性,使用时必须十分小心。它能夺取纸张、木材、布料、皮肤(都由含碳、氢、氧等元素的化合物组成)里的水分,生成黑色的炭。
(3)稀释浓硫酸的正确操作:将浓硫酸沿着烧杯壁缓慢地注入盛有水的烧杯里,用玻璃棒不断搅动。
(4)如果不慎将浓硫酸沾到皮肤或衣服上,应立即用大量水冲洗,然后涂上3%~5%的碳酸氢钠溶液。
(1)能使酸碱指示剂显示不同的颜色
酸溶液使使紫色的石蕊试液变红色,可使无色的酚酞试液不变色;
(2)能与多种活泼金属反应,生成氢气。(注意:实验室制取氢气不使用硝酸)
Fe+2HCl=FeCl2+H2↑Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑
(3)能与某些金属氧化物反应,生成水。
铁锈+盐酸:Fe2O3+6HCl====2FeCl3+3H2O(黄色溶液);
铁锈+硫酸Fe2O3+3H2SO4====Fe2(SO4)3+3H2O
(4)酸与碱反应(写化学方程式)
⑴盐酸中和氢氧化钠:NaOH+HCl=NaCl+H2O(中和反应)
如图所示,在烧杯中加入10mL氢氧化钠溶液,滴入几滴酚酞溶液。再用滴管慢慢滴入稀盐酸,并不断搅拌溶液,至溶液颜色恰好变成无色为止。
①.中和反应:酸与碱作用生成盐和水的反应。
②.盐:在水溶液中能解离出金属离子和酸根离子的化合物。
③.改变土壤的酸碱性
根据土壤情况,可以利用中和反应,在土壤中加入酸性或碱性物质,以调节土壤的酸碱性,利于植物生长。于是人们将适量的熟石灰加入土壤,以中和酸性。
④.处理工厂的废水:工厂生产过程中的污水,需进行一系列的处理。例如,硫酸厂的污水中含有硫酸等杂质,可以用熟石灰进行中和处理。
⑤.用于医药:人的胃液里含有适量盐酸,可以帮助消化,但是如果饮食过量时,胃会分泌出大量胃酸,反而造成消化不良。在这情况下,可以遵医嘱服用某些含有碱性物质的药物,以中和过多的胃酸。
⑵氢氧化铜和硫酸:Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O
(5)酸与盐反应
HCl+AgNO3=AgCl↓+HNO3H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+HCl
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
如何区别物质里含碳酸根离子和碳酸氢根离子?
取少量未知物,加入少量稀盐酸,看能否生成使澄清石灰水变浑浊的气体。
加热或使用澄清石灰水。加热时,碳酸氢钠分解为碳酸钠、水和二氧化碳气体。
使用澄清石灰水时,碳酸钠与氢氧化钙发生化学反应,生成一种难溶物。Na2CO3+Ca(OH)2====CaCO3↓+2NaOH(此方程式为制备氢氧化钠反应原理)
三、几种常见的碱
:氢氧化钠暴露在空气中时容易吸收水分,表面潮湿并逐渐溶解,这种现象叫做潮解。溶解时放热。
:可用作气体的干燥剂。
(1).氢氧化钠有强烈的腐蚀性,俗名叫做苛性钠、火碱、烧碱。使用时要十分小心。
(2).若不慎将碱液沾到皮肤上,要用较多的水冲洗,再涂上硼酸溶液。
氢氧化钠的用途:是一种重要的化工原料,广泛用于肥皂、石油、造纸、纺织和印染等工业。氢氧化钠能与油脂反应,在生活中可用来去除油污,如炉具清洁剂中就含有氢氧化钠。
:
CaO+H2O====Ca(OH)2,反应放出大量的热,这些热量可以将鸡蛋煮熟
,对皮肤、衣服等也有腐蚀作用,使用时应注意安全。
[总结],使用时应十分小心。
:浓硫酸、氢氧化钠。
,写出化学方程式:Ca(OH)2+CO2====CaCO3↓+H2O,
氢氧化钙能与空气中的二氧化碳反应,生成坚硬的碳酸钙。将氢氧化钙、粘土和沙子混合,用来作建筑材料,就是利用氢氧化钙的这一性质。
②氢氧化钠在空气中不仅吸收水分潮解(物理变化),同时还会发生下列反应:2NaOH+CO2====Na2CO3+H2O(化学变化)。所以,氢氧化钠必须密封保存。
Ca(OH)2+CO2====CaCO3↓+H2O,2NaOH+CO2====Na2CO3+H2O,这两个反应都是非金属氧化物与碱的反应,:2NaOH+SO2==Na2SO3+H2O(Na2SO3化学名称:亚硫酸钠)
:
(1)碱能使酸碱指示剂显示不同的颜色。
(2)碱能与某些非金属氧化物反应,生成水
蒸馏水和乙醇溶液、蔗糖溶液不导电,而盐酸、硫酸、硝酸、氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液、氯化钠溶液均能导电。
:金属中存在着能自由移动的电子,电子带负电,在电场的作用下,电子定向运动产生电流。
、硫酸、硝酸在水溶液中都解离出H+和酸根离子,即在不同的酸溶液中都含有相同的H+,所以酸有一些相似的性质。我们把在水溶液中能解离出唯一的阳离子(H+)的化合物叫做酸。
、氢氧化钙这些碱,在水溶液中都能解离出金属离子和OH-,即在不同的碱溶液中都含有相同的OH-,所以碱具有一些相似的性质。我们把在水溶液中能电离出唯一的阴离子(OH-)的化合物叫做碱。
四、溶液的酸碱度表示法——pH
,pH范围通常在0~14之间。
pH<7溶液呈酸性;pH>7溶液呈碱性;pH=7溶液呈中性
:使用pH试纸。(我们测得值一般为整数)
测定方法:在白瓷板或玻璃片上放一小片pH试纸,将被测液滴到试纸上,把试纸显示的颜色与标准比色卡比较,即可得出被测液的pH。
(1).化工生产中许多反应必须在一定pH溶液里才能进行。
(2).在农业生产中,农作物一般适宜在pH为7或接近7的土壤中生长
(3).测定雨水的pH(因溶解有二氧化碳,,),可以了解空气的污染情况。
(4).测定人体内或排出的液体的pH,可以了解人体的健康状况
五、盐的性质及及用途
、NaCl、俗名为食盐。盐是一类物质的总称,食盐属于这类物质中的一种。
(1).食盐是一种重要的调味品。
(2).医疗上用氯化钠配制生理盐水。%
(3).农业上可以用氯化钠溶液来选种。
(4).食盐可以用来腌渍蔬菜、鱼、肉、蛋等,腌制成各种风味独特的食品。
(5).公路上的积雪也可以用氯化钠来消除。
(1).粗盐中含有较多的可溶性杂质(氯化镁、氯化钙)和不溶性杂质(泥沙等)。
(2).粗盐提纯:溶解、过滤、蒸发、计算产率。
(3).过滤应注意:(1)叠好的滤纸放入漏斗后,应紧贴漏斗壁,中间不要有气泡。否则过滤速度过慢。(2)滤纸的边缘要比漏斗口稍低;倾倒液体时,使液体沿着玻璃棒流下,液面要低于滤纸的边缘。(3)盛有待过滤液的烧杯口紧靠玻璃棒中部;玻璃棒下端紧靠三层滤纸一边,防止滤纸破损,滤液浑浊,漏斗下端紧靠烧杯内壁,防止液滴飞溅。(4)过滤时最好先让上层滤液滤过,然后再将混有大量沉淀的溶液倒入漏斗,以免沉淀先行进入漏斗后可能堵塞滤纸纤维的间隙,使过滤速度过慢。
(4).一种新的操作——蒸发,在蒸发时应注意什么问题呢?
蒸发一般是用加热的方法,使溶剂不断挥发的过程。蒸发时应注意:
(1)蒸发皿应放在铁圈上,用酒精灯加热。停止加热后,不要立即把蒸发皿直接放在实验台上,以免烫坏实验台。
(2)蒸发溶液时要注意倒入蒸发皿里的溶液以不超过蒸发皿容积的2/3为宜,防止加热至沸腾时易进溅。
(3)在加热过程中,用玻璃棒不断搅动,防止由于局部温度过高,造成液滴飞溅。
(4)当蒸发皿中出现较多量的固体时,即停止加热。
(5)在溶解、过滤、蒸发操作中都用到了玻璃棒,分别起什么作用?
溶解:玻璃棒起搅拌作用,目的是加速溶解。过滤:玻璃棒起引流作用。蒸发:玻璃棒起搅拌作用,防止局部受热时液滴飞溅。
(5).实验探究:粗盐的初步提纯
①.溶解
②.过滤
仔细观察滤纸上剩余物及滤液的颜色,如滤液仍浑浊,应再过滤一次。
如果两次过滤后滤液仍浑浊,应如何检查实验装置并找出原因?
过滤后滤液浑浊的原因:(1)过滤时滤纸破损。(2)倾倒液体时,液面超过滤纸边缘。
③.蒸发
把所得澄清滤液倒入蒸发皿。把蒸发皿放在铁架台的铁圈上,用酒精灯加热,同时用玻璃棒不断搅拌。待蒸发皿中出现较多固体时,停止加热。利用蒸发皿的余热使滤液蒸干。
④.计算产率
用玻璃棒把固体转移到纸上,称量后,回收到教师指定的容器中。将提纯后的氯化钠与粗盐作比较,并计算精盐的产率。
:(1)溶解搅拌时液滴溅出,产率降低。(2)溶解时加入的粗盐过多,未完全溶解,使精盐产率降低。(3)过滤时,液体洒出或未洗涤玻璃棒、烧杯而使NaCl损失,从而产率降低。(4)蒸发时没有及时搅拌或停止加热太晚造成液滴飞溅,从而使产率降低。
六、碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸钙
碳酸钠在工业上广泛用于玻璃、造纸、纺织和洗涤剂的生产等。碳酸钙大量用于建筑业,天然存在的石灰石、大理石的主要成分就是碳酸钙,它们都是重要的建筑材料。天安门前的华表、人民大会堂的许多柱子就是用大理石做的。碳酸钙还用作补钙剂。碳酸氢钠是焙制糕点所用的发酵粉的主要成分之一。在医疗上,它是治疗胃酸过多症的一种药剂。
碳酸钠:Na2CO3,俗称纯碱、苏打;碳酸氢钠:NaHCO3,俗称小苏打;碳酸钙:CaCO3。
我国制碱工业的先驱——侯德榜发明了将制碱与制氨结合起来的联合制碱法(又称侯氏制碱法)。
七、氮肥、磷肥、钾肥是重要的肥料。
:(茎和叶)氮肥对植物的生命活动以及作物的产量和品质都有极其重要的作用,作物缺氮会绿色褪淡,生长缓慢,瘦小,直立,成熟提早,产量品质下降,果小皮硬。常见的氮肥有尿素[CO(NH2)2〕、氨水(NH3·H2O)、铵盐(如:NH4HCO3、NH4Cl)、硝酸盐(如:NH4NO3、NaNO3)等含氮化合物。
:(根和果实)磷可以促进作物生长,还可增强作物的抗寒、抗旱能力。作物缺磷时会生长迟缓、产量降低、植株矮小、苍老、瘦弱,茎细直立、分枝少,叶片小、缺光泽,根系发育差,易老化,成熟迟缓。常见的磷肥有磷矿粉〔Ca3(PO4)2〕、钙镁磷肥(钙和镁的磷酸盐)、过磷酸钙(磷酸二氢钙和硫酸钙的混合物)等含磷物质。
:钾具有保证各种代谢过程的顺利进行、促进植物生长、增强抗病虫害和抗倒伏能力等功能。作物缺钾表现为最初老叶叶尖及叶缘发黄,以后黄化部逐步向内伸展同时叶缘变褐、焦枯,叶片出现褐斑,严重时叶肉坏死、脱落。常见的钾肥有硫酸钾、氯化钾等含钾化合物。
,为使作物均匀地吸收各营养成分,人工合成了一些含多种营养元素的复合肥料。例如:硝酸钾、磷酸铵。
化肥和农药对提高农产品的产量有重要作用,但也会带来环境问题。要合理施用化肥和农药,提高它们的利用率,并注意减少污染。
5、鉴别
氮肥
钾肥
磷肥
看外观
白色晶体
灰白色粉状
加水
溶于水
大多不溶于水或微溶于水
灼烧
可燃烧,熔化起泡或冒烟
不燃烧,跳动或有爆裂声
加熟石灰
放出具有刺激性气味的氨气
无刺激性气味