知识点金属

（1）金属材料的分类

纯金属：包括金、银、铁、铜、铝等，这些金属元素在自然界中以单质形式存在。

合金：由两种或更多金属元素与少量非金属元素经过高温熔炼而成，例如生铁、不锈钢和锰钢等。

（2）纯金属的物理性质及用途

特性

多数金属呈银白色，而铜呈紫红色，金呈黄色，铁粉呈黑色。

常温下，多数金属是固体，而汞是液体。

有些金属处于粉末状态时，会呈现不同的颜色；例如，粉末状的铁粉和银粉都是呈黑色的，这主要是由于颗粒太小，光不容易反射。

（3）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。

熔点最高的金属是钨，熔点最低的金属是汞。

导电导热性最好的金属是银。

硬度最高的金属是铬。

合金及其特性

（1）概念：通过在金属中加热熔合某些金属或非金属，可以制得具有金属特征的合金。

（2）合金的性质

合金的颜色通常比其组分金属更鲜艳。

合金的硬度通常大于其组成金属。

合金的熔点通常低于其组成金属。

合金的抗腐蚀性能通常优于其组成金属。

（3）常见的合金及其应用

铁合金：生铁（含碳量2%~3%）和钢（含碳量03%~2%），二者主要区别在于含碳量。

铜合金：黄铜，由铜和锌组成；青铜，由铜和锡组成，是人类历史上使用最早的合金。

铝合金：在铝中加入镁、铜、锌等元素形成，广泛应用于飞机外壳、舰艇和载重汽车的制造中，因其强度大、抗腐蚀、质量轻而受到青睐。

钛合金：被誉为21世纪的重要金属材料，具有高熔点、低密度、良好的可塑性和抗腐蚀性，广泛应用于喷气式发动机、飞机机身等高强度和高耐久性的领域。

其他合金：如锰钢、青铜、白铜、焊锡以及18K黄金等，也各有其独特的应用领域和性能优势。

合金是由金属或其他非金属元素熔合而成的，其中一定包含金属元素，但并非仅限于金属与金属的融合。

例如，生铁和钢就是铁的合金，它们含有碳元素。

合金的成分是均匀混合的，而非简单地覆盖在金属表面。

例如，在金属表面镀上一层其他金属并不构成合金。

合金中的各成分均以单质状态存在，即合金是由金属单质与其他元素或非金属元素共同熔合而成的。

合金属于混合物，其性质不同于其单一成分。

形成合金的过程属于物理变化，不涉及化学性质的变化。

合金各成分的化学性质保持不变，即合金不会改变其组分的化学性质。

接下来，我们探讨金属的化学性质。金属与氧气反应时，通常会生成金属氧化物。例如，铝在常温下与氧气反应生成致密的氧化铝薄膜，这层薄膜对铝起到了保护作用。此外，镁、铜和铁等金属也能与氧气反应，但反应条件不同。镁在空气中燃烧会发出耀眼的白光，铜在加热时与氧气反应生成黑色固体，而铁在高温下与氧气反应生成四氧化三铁。

另一方面，金属还能与稀盐酸或稀硫酸发生置换反应，生成盐和氢气。这种反应要求参加反应的金属必须具有较高的活动性顺序。例如，锌与稀硫酸反应可以生成硫酸锌和氢气，铁与稀盐酸反应则生成氯化亚铁和氢气。同样地，铝也能与稀盐酸发生反应生成氯化铝和氢气。这些反应都是置换反应的典型例子。

（4）当镁与盐酸反应时，其化学方程式为Mg+2HCl=MgCl2+H2↑。在此反应中，会观察到大量气泡的产生，同时金属逐渐溶解直至消失，并伴随着放热现象。这一反应的实质在于镁能置换出盐酸中的氢。

同样地，锌、铁和铝也能与酸发生反应，因为它们同样具有置换酸中氢的能力。

金属与盐溶液的反应

金属与盐溶液的反应遵循通式：金属+盐→新金属+新盐（置换反应）。这一反应的发生需要满足两个条件：首先，金属的活动性必须强于盐溶液中的金属；其次，参与反应的盐必须可溶，但钾、钙和钠的盐除外。

以铁与硫酸铜溶液的反应为例，其方程式为Fe+CuSO4=FeSO4+Cu。在此过程中，铁会从硫酸铜溶液中置换出铜，因此观察到铁表面有红色固体析出，同时溶液的颜色由蓝色变为浅绿色。

类似地，铜与硝酸银溶液的反应也会发生置换。其方程式为Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2。在此反应中，铜会从硝酸银溶液中置换出银，因此观察到铜表面有银白色固体析出，且溶液变为蓝色。

总结而言，金属与盐的反应实质上是一种置换反应，其中活动性更强的金属能够从活动性较弱的金属的盐溶液中将其置换出来。

金属与酸反应的曲线

在探讨金属与酸的反应时，我们可以绘制一个曲线图来描述反应过程。横坐标表示反应时间，而纵坐标则表示产生的氢气质量。通过观察曲线图，我们可以发现一些有趣的规律。例如，在酸不足（即浓度或质量相同）的情况下，产生的氢气质量主要取决于酸的质量。这意味着，当镁、铝、锌这三种金属与等质量、等浓度的稀盐酸充分反应后，如果金属均有剩余，那么它们所产生的氢气质量将是相等的。这一结论如图1所示。

在酸足量的情况下，产生氢气的质量主要由金属的质量决定。根据化学反应方程式，我们可以推导出金属与酸反应生成氢气的质量计算公式。当等质量的不同种金属与足量酸反应时，金属的某种性质（如a所示）越小，所产生的氢气质量也越小。这一规律如图2所示。

此外，若使用镁、铝、锌与足量的酸反应来产生等质量的氢气，我们发现消耗的金属质量为锌最多，其次是镁，而铝最少。

从图中我们可以观察到，斜线越陡峭，代表反应速率越快，因此金属的活动性也越强。同时，横线越高，则表示产生的氢气质量越多，而相对原子质量则越小。

（2）利用极值法来计算金属混合物与酸反应所生成的氢气质量。首先，我们假设金属的质量为某一固定值，进而推算出其与酸反应生成氢气的可能质量范围。随后，我们将这个范围与题目中给出的氢气质量进行对比，从而得出相应的结论。

（3）在坐标系中，横坐标代表酸的质量，而纵坐标则表示氢气的质量。通过这种表示方式，我们可以清晰地看到酸与氢气质量之间的关系。

向等质量的镁、铝、铁、锌中分别缓慢加入等浓度的稀盐酸，我们可以观察到以下现象：

在0-a段，由于稀盐酸的缓慢加入，其量不足以完全反应，因此产生的氢气质量主要取决于稀盐酸的质量。在这一阶段，四种金属产生的氢气质量是相等的。

当稀盐酸开始过量后，即a点之后，产生的氢气质量则受到金属性质的影响。根据公式“生成氢气质量 = 金属质量 × 金属化合价/相对原子质量”，我们可以发现，等质量的金属与足量酸反应时，化合价与相对原子质量的比值越小，产生的氢气质量也越小。

对于给定的四种金属，我们可以分析它们的化合价和相对原子质量：

锌：化合价为+2，相对原子质量为65；

铁：化合价为+2和+3，相对原子质量为56；

镁：化合价为+2，相对原子质量为23；

铝：化合价为+3，相对原子质量为27。

由此可见，锌的化合价与相对原子质量的比值最小，因此锌在反应中会最先消耗完，同时产生的氢气也最少。其次是铁，其反应结束后消耗的盐酸量和产生的氢气量会有所增加。接着是镁，最后是铝。

产生氢气的量可作如下表示（假设加入盐酸的量用m g表示）：

在0-a段，即稀盐酸刚开始加入时，由于酸量不足，四种金属产生的氢气质量相等，即Al=Mg=Fe=Zn。

当a-b段，稀盐酸开始过量，但还未完全消耗等质量的金属时，铝、镁和铁产生的氢气质量仍然相等，并大于锌，即Al=Mg=Fe＞Zn。

当b-c段，随着稀盐酸的进一步加入，铝和镁产生的氢气质量开始超过铁，但三者仍大于锌，即Al=Mg＞Fe＞Zn。

当m＞c时，即稀盐酸过量且金属已完全反应后，铝产生的氢气质量最多，其次是镁，再次是铁，最后是锌，即Al＞Mg＞Fe＞Zn。