1、第二章第二章 物质转化与材料利用知识点讲义物质转化与材料利用知识点讲义 第第 1 讲：金属材料讲：金属材料 一、金属与非金属 生活中的金属 铁制品，硬度大，导热性好 铜制品，导电，导热性良好（高压线裸露，一般不用铜制，因为会被腐蚀） 铝制品，硬度较大，密度小 银制品，金属光泽 金制品，金属光泽 金属物理性质与用途的关系金属物理性质与用途的关系 影响金属用途的其它因素还有价格价格，是否环保环保等 金属的分类 分类分类 1 1：有色金属和黑色金属：有色金属和黑色金属 有色金属：金，银，铜，铝 黑色金属：铁、铬、锰为黑色金属 分类分类 2 2：重金属和轻金属：重金属和轻金属 重金属：金，银，铜，铁
2、轻金属：钠，铝 分类分类 3 3：导电，导热性：导电，导热性 导电，导热佳：银，铜，铁 导电，导热不佳： 金属的共性 金属的物理性质 (1)颜色:大多数金属呈银白色 (特例:金呈黄色;铜呈紫红色 ); (2)状态:常温下，大 多数金属为固体 (特例:汞为液体); (3)具有金属光泽; (4)具有良好的延展性 (金的延展性最好); (5)具有导电性 (银的导电性最强); (6)具有导热性 (银的导热性最强)。 金属在自然界的存在 以单质形式（游离态）存在的金属以单质形式（游离态）存在的金属 金，银 以化合物（化合态）形式存在的金属以化合物（化合态）形式存在的金属 铁：赤铁矿，磁铁矿 铜：黄铜矿，
3、孔雀石 铝：铝土矿 二、金属材料 合金 金属材料包括：纯金属纯金属和合金合金 大部分金属材料都是合金 合金：合金：把一种金属一种金属跟其它一种金属或多种金属（或非金属非金属）熔合熔合而成的具有金属特性的混合物混合物。 合金的性能：合金的性能： 硬度会增大 熔点会降低 抗腐蚀性更好 常见的合金：常见的合金： （1）铁合金： 生铁（铁+碳） 钢（铁+碳） 不锈钢（铁+铬+镍） （2）铝合金：镁铝合金 （3）铜合金： 黄铜（铜锌合金） 青铜（铜锡合金） 三、金属资源的保护 铁生锈条件的探究 1.铁的锈蚀 实质:与 、 发生的 氧化作用。 条件:氧气、水共同存在,缺一不可。 2.金属的防锈方法 金属资
4、源保护 保护金属资源的有效途径 防止金属腐蚀 回收利用废旧金属 合理有效的开采矿物 寻找金属的代用品 第第 2 讲：金属的化学性质讲：金属的化学性质 一、金属与氧气的反应 金属与氧气反应 常温下可以和氧气反应：常温下可以和氧气反应： 镁和氧气反应 铝和氧气反应 （金属铝表面易生成一层致密的氧化铝保护膜致密的氧化铝保护膜，可以防止金属铝进一步与氧气反应，因此铝具有良好的抗腐蚀性能，常用来做铝锅） 高温下和氧气反应：高温下和氧气反应： 铁和氧气反应： （生成的产物是四氧化三铁，四氧化三铁，也是一种黑色固体黑色固体） 铜和氧气反应： （生成的氧化铜是一种黑色固体黑色固体） 不和氧气发生反应：不和氧气
5、发生反应： 金不和氧气发生反应 二、金属与酸反应 金属与酸反应 金属 现象 化学方程式 镁 剧烈反应，镁条逐渐溶解，产生大量气泡 锌 比较剧烈，锌逐渐溶解，产生大量气泡 铁 反应缓慢，铁组件溶解，溶液变黄色，产生气体 铜 无现象 无 在金属活动性顺序表中： 位于氢前的金属可以和酸反应生成氢气，氢后的金属不能和酸反应生成氢气。 越靠前的金属与酸反应，速率越快。 浓硫酸和硝酸有强氧化性，不与金属反应产生氢气。 铁和盐酸或硫酸反应，生成的是二价的硫酸亚铁硫酸亚铁或氯化亚铁氯化亚铁。 置换反应 置换反应：置换反应：种单质与种化合物反应,生成了另种单质和另一种化合物的反应叫做置换反应 置换反应的通式是单
6、质 1+化合物 1单质 2+化合物 2，可表示为 A+BC=B+AC。 可以看出，组成中有两种单质和两种化合物。 其它的置换反应： 注意：看是否是置换反应，要看反应和生成物中是否都有单质和化合物都有单质和化合物，化合物和化合物反应，肯定不是置换反应。 金属活动性顺序 记忆口诀：记忆口诀： 常考金属活动性排序：常考金属活动性排序： 镁铝锌铁（氢）铜银 口诀：美女心铁亲铜银 金属活动性与利用早晚：金属活动性与利用早晚： 金属活动性越强，越易与其它物质发生反应，发现和使用越困难，发现和使用的就越晚，金属的利用早晚和金属的活动性是相反的。 金属与酸反应的图像 等量金属与足量酸的反应图像：等量金属与足量
7、酸的反应图像： （1）判断反应速率关系判断反应速率关系：曲线越陡,反应速率越快。 (若金属未知,可根据曲线判断金属的活动性:曲线越陡,金属活动性越强 ) （2）判断产生氢气多少判断产生氢气多少：质质大价价低气气少。 足量金属与等量酸的反应图像：足量金属与等量酸的反应图像： （1）判断反应速率关系判断反应速率关系：曲线越陡,反应速率越快。 （2）判断产生氢气多少判断产生氢气多少：一样多。 （酸不足，氢气多少由酸决定） 等质量的金属中滴加足量稀酸等质量的金属中滴加足量稀酸 反应速率反应速率：该图中看不出速率关系 产生氢气多少产生氢气多少：质大价低气少 三、金属与盐反应 金属与盐反应 把铁钉放在硫酸
8、铜溶液中，铁钉表面上会有紫红色紫红色的铜生成，溶液由蓝色变为浅绿色。这说明铁比铜活泼，它可以把铜从硫酸铜溶液中置换出来： Fe + CuSO4 = FeSO4+Cu 【金属 + 盐 另一金属 + 另一盐（条件： “前换后，盐可溶” ） 】 （1）Zn + FeSO4 = ZnSO4+ Fe（锌表面有黑色固体（黑色固体（FeFe）产生，溶液由浅绿色变为无色） （2）2Al +3CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3Cu （铝表面有红色固体（红色固体（CuCu）产生，溶液由蓝色变为无色） （3）Cu+ 2AgNO3 =Cu(NO3)2 + Ag（铜表面附着银白色固体银白色固体(Ag)(Ag)，
9、溶液由蓝色变无色） （4）Fe+AgCl（难溶难溶于水）= 在金属活动性顺序表里， 位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的化合物溶液中置换出来。 （弱肉强食弱肉强食） 注意：注意：在金属与盐反应过程中，含铁元素的盐与金属反应时必须是亚铁亚铁盐，铁呈铁呈+2+2 价价。 金属活动性探究 比较两种金属两种金属的活动性强弱 验证项目 实验方案 判定理由 比较两种金属活动性强弱 （以 Zn,Cu为例） 方案一 :将金属锌放入铜的盐溶液中 置换反应能发生,则活动性顺序为锌铜 方案二:将金属铜放入锌的盐溶液中 置换反应不能发生,则活动性顺序为铜锌 方案三 :将金属锌、铜分别放入稀盐酸中 能否与酸反应 比
10、较三种三种金属的活动性强弱 验证项目 实验方案 判定理由 比较三种金属的活动性强弱（以Al,Fe,Cu 为例） “两盐夹金” (将两片形状大小相同的金属铁分别放入铝和铜的盐溶液中) 铝的盐溶液中铁片表面无明显现象,铜的盐溶液中,铁片表面有红色固体附着,溶液由蓝色变为浅绿色。则 金属活动性由弱到强顺序为铝铁铜铝铁铜 “两金夹一盐” (取等量FeSO4 溶液两份,向其中分别插入形状、大小相同的铝片、铜片) 加入铝片表面有固体析出,溶液由浅绿色变成无色,而加入铜片的溶液 无明显现象。则金属的活动性由弱到强的顺序为铝铝铁铜铁铜 金属反应的顺序 (1) 金属与混合盐溶液的反应举例金属与混合盐溶液的反应举
11、例 :将一定量的铁粉加入到硝酸铜和硝酸银的混合溶液中。 优先反应原则 (“远距离先发生”规律:金属先和最不活泼的金属盐溶液反应) 先: 后： （2）金属混合物与盐溶液的反应举例金属混合物与盐溶液的反应举例：将硝酸银溶液加人到铁粉和铜粉的混合物中。 优先反应原则 (金属活动性强的金属先和盐溶液反应) 先: 后： 滤液滤渣问题 （1 1）金属与混合盐溶液的反应：金属与混合盐溶液的反应：将一定量的锌粉加入到氯化铜和氯化亚铁的混合溶液中。 （2 2）金属混合物与盐溶液的反应举例）金属混合物与盐溶液的反应举例：将硝酸银溶液加人到铁粉和铜粉的混合物中。 注意： (1)向 滤渣中加入稀酸有气泡产生,说 明滤
12、渣中含 有位于 前的金属。 (2) 溶液的特殊颜色： 含有 Fe2+, 含有 Cu2+; (3)滤液中加入稀盐酸产生白色沉淀,说明溶液中含有 (4)试题中物质的含量 :“一定量”(包括少量、适 量 、过量)。 金属除杂问题 （1）物理性质除杂 Fe（Cu） ：用磁铁吸引 （2）金属单质除杂 Cu(Mg):加足量硫酸或盐酸溶解 Mg;加足量硫酸铜出去镁 （3）化合物除杂 Fe（NO3）2中含 Cu(NO3)2：加入足量铁粉置换出铜，过滤 金属与溶液反应后的质量变化问题 （1）金属与酸反应后金属质量减小金属与酸反应后金属质量减小, ,溶液质量增加溶液质量增加。 （2）对于在盐中呈相同对于在盐中呈相
13、同价态的两种金属价态的两种金属. .金属与另一种金属的盐溶液反应后的金属与另一种金属的盐溶液反应后的质量变化分两种情况质量变化分两种情况: 单质金属的相对原子质量(盐中金属的相对原子质量盐中金属的相对原子质量 单质金属的相对原子质量盐中金属的相对原子质量 第第 3 讲：有机物和有机合成材料讲：有机物和有机合成材料 一、简单的有机物 有机物 有机物有机物:含有碳元素的化台物(碳的氧化物、碳酸、碳酸盐碳的氧化物、碳酸、碳酸盐等除外)称为有机物 ,大多含有碳、氢、氧、氨等元素。 有机物分类有机物分类：有机小分子（简单有机物） ；有机高分子 有机物特性：有机物特性： （1）大部分有机物熔点较低 ,易挥
14、发，不易导电、易燃烧等。 （2）许多有机物 ,酒精、乙醚、苯等都是很好的有机溶剂。 甲烷 甲烷甲烷 :俗名沼气沼气 ,化学式为 CHCH4，是最简单最简单的一种有机物。稻草及动物粪便经过发酵会产生大量的沼气 ,常做燃料供热。沼气、天然气天然气主要成分都是甲烷。火星的大气层也发现有很多的甲烷 。 物理性质：无色，无味的气体，密度大于空气，难溶于水 化学性质：可燃，燃烧有蓝色火焰，有水和二氧化碳生成 丁烷 丁烷 :打火机打火机中液体的主要成分一丁烷丁烷(C(C4 4H H1010) )。 丁烷容易被液化、具有可燃性 。 乙炔 乙炔 :乙炔(C2H2)，具有可燃性 ,燃烧时能产生 30003000以
15、上的高温 ,可以用于焊接和切割金属。 乙醇 乙醇：乙醇（C2H5OH）,俗称酒精，是无色透明，带有特殊香味的液体，能与水以任意比例混溶，有可燃性性，可以作为燃料。 常见有机物的用途 二、生物体中的有机物 人类必需的营养物质 蛋白质 蛋白质蛋白质是构成生物体构成生物体的基本物质 ,蛋白质是细胞结构里最复杂多变的一类大分子。燃烧指甲、头发或羊毛 ,能闻到烧焦的羽毛烧焦的羽毛气味，可以作为鉴别蛋白质的方法。 糖类 糖类糖类是人体消耗能量的主要来源消耗能量的主要来源(供能物质),也是合成人体中许多重要化台物的原料。常见的糖类有葡萄糖(单糖)，果糖，蔗糖，麦芽糖、乳糖 ,最简单的糖类是葡萄糖最简单的糖类
16、是葡萄糖(C(C6 6H H12120 06 6) )。 植物纤维也属于糖类，植物纤维燃烧有烧焦纸片烧焦纸片的气味。 有机物的检验 三、有机合成材料 有机合成材料 新型材料 材料的发展史：材料的发展史：石器陶器青铜器铁器合成材料新型材料 新型材料：新型材料： 光电子材料 超级陶瓷材料 新型金属材料 高分子合成材料 超导材料 纳米材料 复合材料 合理使用有机合成材料 白色污染：白色污染：白色污染是指 塑料制品塑料制品 随意丢弃造成的环境问题。 防治措施防治措施 : : (1) 减少使用不必要的塑 料制品; (2) 重复使用某些塑料制品; (3) 使用些新型的、可降 解的塑料 ; (4)回收各种废
17、弃塑料。 第第 4 讲：物质的转化讲：物质的转化 一、非金属及其化合物之间的转化 非金属与其氧化物的转化 非金属氧化物与酸的转化 酸与盐的转化 非金属及其化合物转化关系 二、金属及其化合物之间的转化 金属与氧化物的转化 注意：铁与氧气反应只能生成四氧化三铁四氧化三铁，不能生成氧化铁氧化铁。 金属与盐的转化 金属氧化物与碱的转化 碱与盐的转化 金属及其化合物的转化 三、化合物与化合物的相互转化 八圈图 八圈图结构 两条纵线：两条纵线： a.金属金属氧化物碱盐 金属+氧气金属氧化物, 金属氧化物+水碱 , 碱+酸盐 +水 b.非金属非金属氧化物酸盐 非金属+氧气非金属氧化物, 非金属氧化物+水酸
18、, 酸+碱盐+水 两条折线（外围） ：两条折线（外围） ： a.金属+酸盐+氢气 b.金 1+盐 l金属 2+盐 2 四条横线：四条横线： a. 金属+非金属无氧酸盐 b,金属氧化物+非 金属氧化物含氧酸盐 b. 碱+酸盐+水 d,盐 1+盐 2盐 3+盐 4 四条交叉线：四条交叉线： a. 金属氧化物+酸盐+水 b. 非金属氧化物+碱盐+水 c. 碱 1+盐 1碱 2+盐 2 d.酸 1+盐 1酸 2+盐 2 常见的转化关系 酸五条 碱四条碱四条 碳酸钠碳酸钠 单质单质 氧化物氧化物 四、物质的鉴别 根据物理性质鉴别 根据颜色根据颜色 含 Cu2 十 的溶液锟蓝色 含 Fe3+ 的溶液显黄色
19、, 含 Fe2+ 的溶液显浅绿色 KMnO4溶液显紫红色 根据气味：根据气味： SO2、NH3均有刺激性气味 根据溶解性根据溶解性 CaCO3不溶于水、Na2CO3易溶于水 根据化学性质鉴别 加试剂鉴别加试剂鉴别: 选择一种或多种试剂,分别加人到待测物质中,根据不同的现象鉴别。如用紫色石蕊溶液鉴别 HCl、CaC12和 NaOH 溶液或醋酸和硝酸钾溶液。 无试剂鉴别：无试剂鉴别： a. 特征现象法:利用物质的物理性质(如颜色等) 不同,以此为突破口,用已鉴别出来的物质作为试剂将剩余物质依次鉴别出。 【举例】 鉴别 NaOH、 Na2S04、 CuS04、 NH4Cl 四 种溶液。 【分析】 观
20、察发现, 溶液为蓝色,其余均为无色,以 CuSO4 溶液为已知试剂鉴别其他三种物质 ,鉴别顺序为 。 b. 两两混合法 :当无法通过物理性质入手时.可采用两两混合的方法 ,若各自能产生不同现象，便可加以区别。 【举例】鉴别 Na2SO4、 Na2C03、 BaC12、 HCl 四种溶液,用 两两混合反应的方法分析,通常采用列表的方法统计现象,见下表: 常见气体的鉴别 气体 检测方法 现象 氧气 将带火星的本条伸入集气瓶中 木条复燃 水蒸气 通过无水硫酸铜粉末 白色粉末变蓝 浓硫酸 质量增加 二氧化碳 通入澄清石灰水 石灰水变浑浊 一氧化碳 通过灼热的氧化铜 ,再通入澄清石灰水 氧化铜变红 ,澄
21、清石灰水变浑浊 氢气 通过灼热的氧化铜 ,再通入无水硫酸铜 氧化铜变红 ,无水硫酸铜变蓝 甲烷 点燃 ,火焰上方放干燥的烧杯 ,倒置加入澄清石灰水 干燥的烧杯上方有小水珠生成 , 澄清石灰水变浑浊 氨气 湿润的红色石蕊试纸放在试管口 试纸变蓝 氯化氢 通入硝酸银溶液中,加入稀硝酸 有白色沉淀生成 注意： 多种气体的检测 ,若检测水蒸气,需要先检测 ,防止检测其他气体时引入水 五、物质的除杂 除杂原则 除杂要素: 不增：不增加新的杂质 不减：不减少所要物质 易分离：易于分离 常见气体除杂 气体杂质 吸收剂 HCl,NH3 水 H2O 无水硫酸铜，浓硫酸 O2 灼热的铜网 CO2、 H2O 、HC
22、l 碱石灰 CO2、 HCl 氢氧化钠溶液 H2、 CO 灼热的氧化铜 注意：多种气体除杂时 ，水蒸气最后除 .防止除其他气体时再引入水蒸气 粗盐提纯除杂 粗盐中含有大量的 CaC12、 MgC12、 Na2S04 杂质 选择试剂 化学方程式 CaC12 碳酸钠溶液 MgC12 氢氧化钠溶液 Na2S04 氯化钡溶液 BaCl2（引入） 碳酸钠溶液 Na2CO3(引入) 盐酸 固体除杂 主物质 杂质 方法 不活泼金属（Cu） 活泼金属（Fe） 加入足量的 活泼金属（Fe） 活泼金属（Zn） 加入足量的 溶液，过滤 金属氧化物金属单质（Cu） 在空气中(或氧气流中)灼烧混合物 （CuO） 金属氧
23、化物（CuO） 碳单质（C） 在氧气流中灼烧 碳单质 (C)或 氢后金属单质(Cu) 氢前金属单质 (Fe、 Zn) 加人过量 充分反应、过滤、干燥 ; 当杂质为铁时,也可以用磁铁吸引 不溶于水(MnO2) 能溶于水(KCl) 溶解 、过滤 、干燥 能溶于水(NaCl) 不溶于水 (泥沙) 溶解、过滤 、蒸发结晶 液体除杂 第一步:对比,找出杂质离子和非杂质离子 第二步:找出与杂质离子不共存且不引入新杂质的离子,确定除杂试剂 如:除去 NaC1 中的 Na2CO3，如图所示: 常用除杂化学方法 （1）置换法:把不需要的物质通过较活泼金属置换出来 (2)沉淀法:使杂质转化为沉淀过滤除去 (3)化
24、气法 :使杂质生成气体除去 (4)溶解法:混合物中加入某种溶液将杂质溶解 (5)加热法:通过加热使杂质变成气体除去 第第 6 讲：金属的冶炼讲：金属的冶炼 游离态与化合态 游离态：游离态：以单质形式存在的金属为游离态 化合态：化合态：以化合物形式存在的金属为化合态 金属的冶炼：金属的冶炼：将金属从它的化合态变成游离态的过程 氧化还原反应 氧化反应氧化反应:物质与氧发生的反应。 还原反应还原反应:含氧化合物里的氧被夺去氧被夺去的反应 氧化性氧化性:在反应中,物质供给氧的性质,如 CuO 具有氧性。 还原性还原性:物质夺取氧的性质,如木炭具有还原性 氧化剂氧化剂:在反应中提供氧的物质,如氧气在氧化
25、反应中提供氧,是一种常用的氧化剂。 还原剂还原剂:在反应中得到氧的物质 氢气还原氧化铜 实验装置 试管口略向下倾斜,通 H2的导管紧贴试管上壁至药品上方 实验步骤 通 H2 加热停止加热停止通 H2。 （酒精灯“迟到早退迟到早退” ，氢气“早出晚归早出晚归” ） 实验现象 黑色固体变红 ,管口有水珠 化学方程式 还原氧化铜或氧化铁产物的检验 还原氧化铜： 固体产物：CuOCu(有红色固体红色固体生成) 水：用无水硫酸铜检验：无色蓝色无色蓝色 还原氧化铁：还原氧化铁： 固体产物：Fe2O3Fe(红棕色红棕色粉末变黑色黑色) 二氧化碳：用澄清石灰水检验：澄清石灰水变浑浊 还原氧化铜图像 固体变化图
26、像：固体变化图像： 固体总质量 生成物 Cu 的质量 固体种类变化 气体变化图像：气体变化图像： 生成物 CO2的质量 生成物 H2O 的质量 多变量图像：多变量图像： 一氧化碳还原氧化铁 实验装置 实验步骤 通 CO 加热停止加热停止通 CO。 （酒精灯“迟到早退迟到早退” ，氢气“早出晚归早出晚归” ） 实验现象 硬质玻璃管里的红棕色粉末变为黑色 ; 试管内的澄清石灰水变浑浊: 黑色粉末被磁铁吸起 结论及化学方程式 氧化铁在高温下跟一氧化碳反应生成铁和二氧化碳 工业生产相关计算 1.不纯物质量=纯净物的质量+杂质的质量 1. 纯净物质量=不纯物质量纯净物质量分数 2. 不纯物质量=纯净物质量纯净物质量分数 例、用 2000 吨含氧化铁 75%的赤铁矿,可炼铁多少吨? 黑色粉末推断 常见的黑色粉末黑色粉末有：Fe 粉，CuO,Fe3O4,MnO2,C。 Fe 粉 用磁铁吸引（物理性质） MnO2 放入 H2O2中，能催化分解产生氧气 C 点燃，发出红光 Fe3O4 CO 还原，颜色不变，产生气体使澄清石灰水变浑浊。 CuO 用 H2还原，黑色固体变红色
