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第八单 元金属和金属材料课题一 金属材料
教学目标：
1、过日常生活中广泛使用金属材料等具体事例，认识金属材料与人类生活和社会发展的密
切联系。
2、了解常见金属的物理性质，知道物质的性质很大程度上决定物质的用途，但还需考虑价格
等因素。
3、认识合金，知道生铁和钢等重要合金，以及合金比纯金属具有更广泛的用途。
重点：1、知道物质的性质很大程度上决定物质的用途，但还需考虑价格等因素。
2、认识合金。
难点：采用活动与探究的方式来研究金属及合金的物理性质上的差异
教学过程：
教师先展示一些物品，然后设问：这些物品是由什么材料制成？教师引导学生，如何根
据金属的一些用途，推断金属的物理性质。使学生明白：物质的性质、资源、价格、美观等决定
其用途
引导学生查询资料解决实际问题。教会学生如何获取新的知识。
通过实物引入合金的概念。
举例说明合金与纯金属的区别。
动手实验：比较黄铜与铜、焊锡与锡在光泽、颜色、硬度等方面的区别。
实验操作：比较锡、铅、焊锡的熔点。
引导学生通过实验，探究一些合金与纯金属物理性质上的差异。
引导学生用自己的语言描述金属及合金的性质和用途。
在日常生活中，铝、钛、锌、铜等金属的应用非常广泛，如：铝合金的门窗、铜线、铜火锅、铜电
器，以及锌在常见干电池的应用等。
一些金属牛物理性质比较
物理性质 物理性质比较
导电性 Ag Cu Au Al Zn Fe Pb
导电性逐渐减弱
密度 Au Pb Ag Cu Fe Zn Al
密度逐渐减少
熔点 W Fe Cu Au Ag Al Sn
熔点由高到低
硬度 Cr Fe Ag Cu Au Al Pb
硬度由大到小
合金：合金是由一种金属跟其它一种或几种金属（或金属跟非金属）一起熔合而成的具有金
属特性的物质。
【讲述】合金的简单命名。
【引入】我们在日常生活中接触到的钢铁都是铁碳合金。根据含碳量的不同，铁碳合金又分
为生铁和钢。
一些合金和组成它们的纯金属性质比较
性质比较 现象
黄铜 铜 焊锡 锡
光泽和颜色硬度
结论
实验8-2比较焊锡、锡和铅的熔化温度
现象
结论
最近一些学者研究发现，古罗马人的遗骸中含有大量铅，古罗马帝国的灭亡竟与铅中
毒有关。原来古罗马贵族惯用铅制器皿（瓶、杯、壶等）和含铅化合物的化妆品，甚至输送饮水
的水管也是用铅做的，从而导致慢性铅中毒死亡。根据上述材料回答下列问题：
（1）人们日常接触的哪些物质中含铅？
（2）铅对人体有哪些危害？
（3）为防止铅中毒，请你提出几条合理建议。
（4）以小组的形式组织一项调查活动：到附近的加油站，调查汽油的种类，是否还在使用
含铅汽油？是什么时候停止使用含铅汽油的？并进行环保宣传。
铁片与铁粉颜色不同的原因
问题：铝粉具有银白色的光泽，常用来做涂料（俗称银粉、银漆），保护铁制品不被腐蚀，
而且美观、但一般金属的粉未的颜色多为黑色。为什么金属在粉未状时的颜色是黑色呢？
实验：
实验一：取一块铁片，用细砂纸打磨表面，用滤纸（或软布）擦拭后，观察铁片的颜色；观
察实验室里的铁屑样品颜色。
实验二：取一小块玻璃残片，观察其颜色。将玻璃小心敲碎（注意保护好眼睛），观察玻璃
屑的颜色。
根据以上实验探究，结合你学过的物理光学知识，解释玻璃屑颜色不同于玻璃片的原因。
推测铁粉颜色与铁片颜色不同的原因。
铁合金的抗锈蚀性能
问题：建筑物的防盗门及防盗网为什么常用不锈钢制造呢？
实验：班上的同学集体协作，选派代表到小五金商店购买少量普通铁钉和不锈钢钉，并
购买一张细砂纸。利用这些材料进行如下家庭小实验。
用细砂纸打磨普通铁钉和不锈钢钉表面。
将两枚铁钉分别浸在食盐水中，食盐水不要全部浸没铁钉。几天后观察两枚铁钉锈蚀的
情况，并与同学们进行交流。
（1）普通铁钉与不锈钢钉哪个更能抗锈蚀？
（2）查找课本，比较生铁、钢及不锈钢的成分有何不同。
铁的历史
人类使用铁的历史可以追溯到四千五百多年以前，不过那时的铁是从太空掉下的陨铁
（其中含铁90％以上）。我国在商代就开始用铁，在河北、北京、河南的某些地区出土过用陨
铁打制的铁刃铜钺。我国最早的人工冶铁制品是甘肃灵台出土的春秋初年秦国的铜柄铁剑，
这说明春秋初年我国已掌握了冶铁技术。
铁是人体健康、植物生长所必需的元素之一。一个成年人的身体里约含 3 g～5 g铁元
素，其中70％以上在血红蛋白里。人体必须保证足够的铁的摄入，如果每天膳食中含铁量太
低，长时间供铁不足，就会患缺铁性贫血。这类病人往往面色苍白，并有头昏、无力、心悸、气
急等症状。因此，应多吃一些含铁丰富的食物，含铁较多的食物有动物的肝脏、芹菜、番茄等。植物生长也离不开铁，铁是植物制造叶绿素时不可缺少的催化剂。如果植物叶子发黄枯
萎，就是土壤中缺铁的特征，就应施加如硫酸亚铁等予以补充。
铝从比黄金还贵的金属变为廉价金属
铝是一种“年轻的金属”，它的发现和工业生产的历史很短。1827年德国化学家维勒，
用他独创的一种复杂的方法制得了粉未状金属铝，并首次指出了铝的化学性质，他被科学界
公认为铝的发现者。30年后，法国化学家得维尔用金属钠还原氯化铝，得到了有金属光泽的
铝球，但用这种方法制得的铝比黄金还贵好几倍，使铝成为当时颇受羡慕的“贵金属”——
门捷列夫于1889年接受了英国皇家协会的最高奖赏——一架用金和铝制成的天平。至1886
年，英国奥柏林学院化学系的青年学生霍尔，在实验中偶然发现冰晶石可大大降低炼铝成本。
他将氧化铝与冰晶石混合熔化然后电解，结果在阴极得到了铝。几乎同时，法国青年大学生
埃罗也成功地用电解法制得了铝。从此，铝变成
金属分类
黑色金属 通常指铁，锰、铬及它们的合金（主要指钢铁）。
锰和铬主要应用于制合金钢，而钢铁表面常覆盖着一层黑色的四氧化三铁，所以把铁、
锰、铬及它们的合金叫做黑色金属。这样分类，主要是从钢铁在国民经济中占有极重要的地
位出发的。
有色金属 通常是指除黑色金属以外的其他金属。
有色金属可分为四类：（1）重金属，如铜、锌、铅、镍等；（2）轻金属，如钠、钙、镁、铝等；
（3）贵金属，如金、银、铂、铱等；（4）稀有金属，如锗、铍、镧、铀等。
轻金属 密度在4.5 g·cm-3以下的金属叫轻金属。例如钠、钾、镁、钙、铝等。周期系中
第ⅠA、ⅡA族均为轻金属。
重金属 一般是指密度在4.5 g·cm-3以上的金属叫重金属。例如铜、锌、钻、镍、钨、钼、
锑、铋、铅、锡、镉、汞等，过渡元素大都属于重金属。
贵金属 贵金属通常是指金、银和铂族元素。这些金属在地壳中含量较少，不易开采，价
格较贵，所以叫贵金属。这些金属对氧和其他试剂较稳定，金、银常用来制造装饰品和硬币。
稀有金属 稀有金属通常指在自然界中含量较少或分布稀散的金属。它们难于从原料
中提取，在工业上制备及应用较晚。
稀有金属跟普通金属没有严格的界限，如有的稀有金属在地壳中的含量比铜、汞、镉等
金属还要多。稀有金属在现代工业中具有重要的意义。
往往把黑色金属、有色金属和稀有金属并列为三大类。
有人将铜、铁、铝分别称为第一、二、三代金属，它们的接班人，即第四代金属，就是后起
之秀——钛了。钛的拉丁文名称“Tanium”是希腊神话中的大力神“泰但”之意。
钛具有不寻常的综合优点。在航空工业中称霸已久的铝，面对钛只能是自愧不如了。钛
比铝重一些，比钢轻一倍，而强度和硬度可与钢媲美，同时又具有良好的可塑性、超凡的韧性、
惊人的抗腐蚀性，并能在-253 ℃～500 ℃的温度范围内保持高强度，可以说是性能极其优
越。当飞机的速度超过音速的2.2倍时，飞机和空气的剧烈摩擦产生的温度会超过300 ℃，
铝合金的强度会急剧下降，而钛却泰然自若。难怪在美国的新式战斗机中钛用量达全机重量
的90%以上。从20世纪60年代起，钛就成了卫星、火箭、宇宙飞船的重要材料。目前每年用于
航天工业的钛已超过千吨。
钛除有“空间金属”的美称外，同时又兼有“深海金属”的美名。因为，一般舰船是用
钢铁制成的，会因海水腐蚀而锈损。虽然人们想了许多诸如涂上防腐漆之类的办法，还是不
能从根本上解决问题，使得舰船要定期大修，而钛有惊人的抗腐蚀性能。另一方面，海水中深
度每增加10 m，压力就会增加一个大气压，因此潜水艇的船体材料就要求高强度、耐腐蚀，钛
恰好可以从容胜任。钛不仅强度高，且表面有致密的氧化膜，长期在海水中也不会被腐蚀。1977年，前苏联用3 500多吨钛建造了当时世界上航行速度最快的核潜艇。美国海军也
制成了以钛合金为材料的深海潜艇，能在4 500 m的深海中航行。
钛还有一个奇特的性能，即是一种“亲生物金属”。植入人体后不会引起过敏反应，加
之它与骨骼密度相仿，因此可用来制造人造骨。
总之，在原来使用钢材、铝材的地方，几乎都能用钛取而代之。而一些钢材、铝材难以胜
任的地方，钛也能应付自如。故人们称钛为“未来的钢铁，21世纪的金属”。
钛，在地壳中的含量并不太少。钛矿分布很广，仅次于铝、铁、钙、钠钾、镁，而比铜、锡、
锰、锌多得多，约占地壳重的0.6%。
1910年人们首次得到纯钛。1947年才开始在工厂里炼钛，当年产量仅2吨。到1972年，
钛的年产量即达20万吨。直到目前，大规模生产高纯度的钛，仍是冶金工业追求的目标。相
信随着这一目标的实现，钛将很快脱颖而出，成为金属材料界居于统治地位的金属。
金属铝在现代工业中大显身手的同时，也渗入到了我们的家庭。为此有人开始研究铝对
人体健康的影响。
长期以来，人们一直认为铝是一种对人体无害的金属元素，治疗胃酸过多的药——胃舒
平的主要成分就是氢氧化铝。然而，近代科技的发展，对“铝无害论”提出了异议。l975年，
美国佛蒙特医院雷弗教授等用电子显微镜和X射线衍射光谱测定法分析了多名老年痴呆症
患者的神经元，结果发现这些人的神经元中，铝的含量比正常人多了2～4倍。
后来，美国科学家达伦用原子吸收光谱分析了老年痴呆症人的大脑，发现他们脑中铝的
含量竟是正常人的5倍。美国的一个医疗小组到世界上饮水含铝量最高的关岛调查，最后发
现那里患老年痴呆症的人数比正常地区多了3～5倍。这些都证实铝是老年痴呆症的罪魁祸
首。
物质的用途在很大程度上取决于物质的性质。由于铝有多种优良性能，因而铝有着极为
广泛的用途。
（1）铝的密度很小，仅为2.7 g/cm3，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超
硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外，宇
宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其合金。例如，一架超音速飞机约由70％的铝
及其合金构成。船舶建造中也大量使用铝，一艘大型客船的用铝量常达几千吨。
（2）铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的2／3，但密度只有铜的1／3，
所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半。铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而
且有一定的绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。
（3）铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，工业上可用铝制造各种热交换器、散热
材料和炊具等。
（4）铝有较好的延展性（它的延展性仅次于金和银），在100 ℃～150 ℃时可制成薄
于0.01 mm的铝箔。这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制各
种铝制品。
（5）铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器、医
疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等。
（6）铝粉具有银白色光泽（一般金属在粉未状时的颜色多为黑色），常用来做涂料，俗称
银粉、银漆，以保护铁制品不被腐蚀，而且美观。
（7）铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如铵铝炸药
（由硝酸铵、木炭粉、铝粉、烟黑及其他可燃性有机物混合而成）、燃烧混合物（如用铝热剂做
的炸弹和炮弹可用来攻击难以着火的目标或坦克、大炮等）和照明混合物（如含硝酸钡68％、
铝粉28％、虫胶4％）。
（8）铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等。铝还用做炼钢过程中的脱氧剂，铝粉和石墨、二氧化钛（或其他高熔点金属的氧化物）按一定比率均匀混合后，涂在金属上，经高温
炽烧而制成耐高温的金属陶瓷，它在火箭及导弹技术上有重要应用。
（9）铝板对光的反射性能也很好，反射紫外线比银强，铝越纯，其反射能力越好，因此常
用来制造高质量的反射镜，如太阳灶反射镜等。
（10）铝具有吸音性能，音响效果也较好，所以广播室、现代化大型建筑室内的天花板等
也采用铝。
那么，铝为什么会导致老年痴呆症呢？这个问题还在争论中。一般的观点认为由于三价
铝离子有空的电子轨道，易与碱基对中含未成对电子的原子结合，并进入神经元细胞中，使
神经细胞释放的传递物质如乙酚胆碱等不能顺利通过，从而导致神经传递系统受阻，引起铝
的过量摄入往往是由于不正确使用铝制品引起的。大家知道，铝在空气中会形成一层致密的
氧化铝，可保护它免受进一步的腐蚀，但这层保护膜并非坚不可摧，在酸性或碱性溶液中易
被破坏。因此我们平时应养成科学使用铝制品的习惯，如不用铝制品存放酸、碱食物，尽量缩
短食物在铝制品中的存放时间，尽量不用铝锅炒菜，让比铝硬的金属制品（如铁勺）与铝制品
接触，不用硬质抹布如百洁布擦洗铝制品，等等。当然，平时加强体育锻炼，增强身体活力，也
是防止铝元素在体内存积的好办法。
铜的再生性能极好，这一性质非常珍贵，废铜经过熔化回收能发挥很多的作用。而且铜
腐蚀的很慢，这些性质对环境非常有益。我们在长期的生活中会注意到这样一个事实：铜在
环境中的浓度一直处于安全界限之内。铜的使用从未造成严重的后果，铜以不同的浓度分布
在各处，顺应着大自然。人类已经知道，完全能够把铜应用到各个领域而不会危害大自然的
安全，长期以来，铜就向人类显示出了它的绿色面孔，它有利于生态平衡。
制首饰的黄金有哪几种
人类早在6 000年以前已经知道有黄金，并用黄金作装饰品。当今国际及国内市场上流
行的黄金首饰主要有纯金、K金、镀金、包金、仿金和变色金等制品。
纯金首饰是由纯金制成的。俗话说“金无足赤”，就是说纯金的含量也达不到100％，实
际上金含量达到99％、99.9％的都称为纯金制品。这种纯金首饰质地柔软，色泽赤黄，永不泛
色。但容易变形，容易磨损，不能镶嵌各种精美的宝石。
K金是在黄金中添加少量银、铜、锌等金属，以增强黄金的强度和韧性。为了表示K金中
的黄金含量，常用K值来表示。1K的含金量约为4.166％。24K的含金量约为99.99％所以就
是纯金。用作金首饰的材料一般为22K（含金量约为91.65％），20K（含金量约为83.32％）、
18K（含金量约为74.98％）和14K（含金量约为58.2％）等几种。K金首饰款式易翻新，能够镶
嵌各种钻、翠、珠、宝和雕锯凿搂出各种精美的图案。镶嵌钻石的钻戒，多用18K金的。金笔的
笔尖上写着“14K”或“14开”，是指这种金笔笔尖是14K金的。
镀金首饰是在铜、银或合金制成的首饰表面上镀一层24K金，其外表和纯金首饰一样。
但镀的金属不耐久，佩戴时间长了就会被磨损。
包金首饰是用金箔包在由铝、锌、铅的合金制成的首饰表面，然后加温，用工具把金箔牢
牢地压在产品上制得的。包金首饰的质地比纯金首饰要硬，不易变形，耐磨性强。从表面上看
能与24K金的首饰相媲美。
仿金首饰是选用特殊的镀层工艺，制成的近似K金的首饰。这种首饰是以铜，锌或铝等
金属为原料，制成半成品，然后放入一种特殊镀液中，经过处理，在表面镀上一层象黄金一样
赤黄光亮的镀层。虽然这种首饰不含一点黄金，但却酷似纯金制品。目前在国内外已有许多
精致的仿金首饰代替纯金首饰做装饰品。
变色金首饰是用一种新颖的、经过特殊加工后的K金材料制成的首饰。如在K金表面注
入钻原子，可呈现出一层美丽的蓝色；把一种很细的金属微粒电镀在K金表面，可显示出黑
色。日本还研制出含金量为78％、含铝量为22％的光采夺目的紫色合金首饰。现在，红、黄、白、紫等色彩都进入了K金家族。目前，这种神奇变幻的变色金首沛已经在国内外流行，并且
颇受青睐。
铝制品的表面虽然有致密的保护膜，不易被氧化，但是当有较活泼的元素（如卤素）的
离子存在时，氧化膜将这些离子吸附在表面，取代了膜中氧形成新的化合物。例如，有氯离子
存在时，就会使一部分保护膜变成氯化铝，氯化铝易溶于水，因而使保护膜的结构遭到破坏，
产生了孔隙，有害物质就可能渗入内部，加速铝制品的腐蚀。
食盐的成分是氯化钠，其中还含有少量氯化镁，在水中溶解后能电离生成氯离子，因此
会破坏保护膜。氯化镁在溶解时会发生水解，使溶液呈酸性，使铝制品腐蚀的更快。因此不能
用铝制品盛含盐的蔬菜及食品。
记忆合金
有记忆功能的合金材料是在一次试验中被偶然发现的。1963年，美国海军军械实验室奉命研
制一种新式装备。在一次试验中他们需要一些镍-钛合金丝，他们领回来的镍-钛合金丝是弯
曲的，使用不方便。于是他们就将这些细丝拉直。试验中，当温度升到一定值的时候，这些已
经被拉直的镍-钛合金丝，突然又全部恢复到原来弯曲的形状，而且和原来一模一样。他们反
复作了多次试验，结果都一样。
科学家们进行深入研究和试验后发现很多合金都有这种本领，他们把这种现象叫做"形状记
忆效应"。目前发现的有"记忆"能力的金属都是合金，在这种金属里，金属原子按一定的方式
排列起来，这些金属原子受到一定的外力时，可以离开自己原来的位置而到另一个地方去。
将这些金属加温后，由于获得了一定的能量，这种金属里的原子又会回到原来的地方。这就
是这种金属在加热到一定的温度后又恢复原状的原因。
形状记忆合金的最早应用是在管接头和紧固件上。用形状记忆合金加工成内径比欲连接管
的外径小4％的套管，然后在液氮温度下将套管扩径约8％，装配时将这种套管从液氮取出，
把欲连接的管子从两端插入。当温度升高至常温时，套管收缩即形成紧固密封。这种连接方
式接触紧密能防渗漏，远胜于焊接，特别适合用于航空、航天、核工业及海底输油管道等危险
场合。
记忆合金最令人鼓舞的应用是在航天技术中。1969年7月20日，“阿波罗”Ⅱ号登月舱在
月球着陆，实现了人类第一次登月旅行的梦想。宇航员登月后，在月球上放置了一个半球形
的直径数米大的天线，用以向地球发送和接受信息。数米大的天线装在小小的登月舱里送上
了太空。天线就是用当时刚刚发明不久的记忆合金制成的。用极薄的记忆合金材料先在正常
情况下按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。放到月面上以
后，在阳光照射下温度升高，当达到转变温度时，天线又“记”起了自己的本来面貌，变成一
个巨大的半球形。
目前，形状记忆效应和超弹性已广泛用于医学和生活各个领域。如制造血栓过滤器、脊柱矫
形棒、接骨板、人工关节、妇女胸罩、人造心脏等等。还可以广泛地应用于各种自动调节和控
制装置。形状记忆薄膜和细丝可能成为未来超微型机械手和机器人的理想材料。特别是它的
质轻、高强度和耐蚀性使它备受各个领域青睐。
Cu与Zu的合金称黄铜，其中Cu占60％～90％、Zn占40％～10％，有优良的导热性和耐腐蚀
性，可用作各种仪器零件。再如在黄铜中加入少量Sn，称为海军黄铜，具有很好的抗海水腐蚀
的能力。在黄铜中加入少量的有润滑作用的Pb，可用作滑动轴承材料。
青铜是人类使用历史最久的金属材料，它是Cu-Sn合金。锡的加入明显地提高了铜的强
度，并使其塑性得到改善，抗腐蚀性增强，因此锡青铜常用于制造齿轮等耐磨零部件和耐蚀
配件。Sn较贵，目前已大量用A1、Si、Mn来代替Sn而得到一系列青铜合金。铝青铜的耐蚀性
比锡青铜还好。铍青铜是强度最高的铜合金，它无磁性又有优异的抗腐蚀性能，是可与钢相
竞争的弹簧材料。白铜是Cu-Ni合金，有优异的耐蚀性和高的电阻，故可用作苛刻腐蚀条件下工作的零部
件和电阻器的材料。
钛是周期表中第ⅣB类元素，外观似钢，熔点达1 672 ℃，属难熔金属。钛在地壳中含量较丰
富，远高于Cu、Zn、Sn、Pb等常见金属。我国钛的资源极为丰富，仅四川攀枝花地区发现的特
大型钒钛磁铁矿中，伴生钛金属储量约达4.2亿吨，接近国外探明钛储量的总和。
纯钛机械性能强，可塑性好，易于加工，如有杂质，特别是0、N、C等元素存在，会提高钛
的强度和硬度，但会降低其塑性，增加脆性。
钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。因此，钛
对空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的。钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等
浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是钛对海水很稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍
光亮如初，远优于不锈钢。
钛的另一重要特性是密度小。其强度是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，是目前所有工
业金属材料中最高的。
液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如
A1、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。例如，Ti-A1-
Sn合金有很高的热稳定性，可在相当高的温度下长时间工作；以Ti-Al-V合金为代表的超塑
性合金，可以50％～150％地伸长加工成型，其最大伸长可达到2 000％。而一般合金的塑性
加工的伸长率最大不超过30％。
由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称，钛合金已广泛用于国民经济各部门，
它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻工
业部门中要大量应用钛合金，只是目前钛的价格较昂贵，限制了它的广泛使用。
铜是人类认识并应用最早的金属之一。我国是最早使用铜器的国家之一。到目前为止，发现
的中国最早的青铜器出自新石器时代后期，相当于中原夏代的一些文化遗址中。在商代早期
遗址中出土了较大型的青铜器。
中国商代早期的大型青铜器还很粗陋，器壁厚，外形多模仿陶器，花纹多为线条的兽面
纹。1939年在安阳市出土的礼器“司母戊鼎”是殷代前期青铜器的代表作，是商王为其母铸
造的，重达875 kg，高133 cm，横长110 cm，宽78 cm。经检测，铜占84.11％，锡占11.64％，
铅占2.79％，是世界上最大的出土青铜器。
又如湖南出土的盛酒器“四羊方尊”，造型逼真，结构复杂，分布在四角的四支羊头上
长着卷曲的羊角，还有突出的龙头，楼空的扉边。重34.5 kg，身高58.3 cm，口边长52.4
cm。它采用分铸和嵌铸等复杂的铸造工艺，充分反映出了殷代青铜器的高超熔铸技艺。
青铜器除了礼器等外，更多是用于制造兵器，此外也有一些青铜农具出土。
战国时期，齐国工匠已了解到随着用途不同，青铜器材料的性能也应有所变化，为此可
以改变青铜中各种金属成分的比例。
我国古代很早就认识到铜盐溶液里的铜能被铁取代，从而发明了“水法炼铜”的新途
径，这一方法以我国为最早，是湿法冶金技术的起源，在世界化学史上是一项重大贡献。
在现代，铜仍旧有着极其广泛的用途。铜的导电性仅次于银，居金属中的第二位，大量用
于电气工业。
铜易与其他金属形成合金，铜合金种类很多，例如，青铜质坚韧，硬度高，易铸造；黄铜广
泛用于制作仪器零件；白铜主要用作刀具。
铜和铁、锰、铝、硼、锌、钴等元素都可用作微量元素肥料。微量元素是植物正常生命活动
所不可缺少的，它可以提高酶的活性，促进糖、淀粉、蛋白质、核酸、维生素和酶的合成，有利
于植物的生长。
铜在生命系统中有重要作用，人体中有30多种蛋白质和酶含有铜元素，现已知铜的最重要生理功能是人血清中的铜蓝蛋白，它有催化铁的生理代谢过程功能。铜还可以提高白细
胞消灭细菌的能力，增强某些药物的治疗效果。铜虽然是生命攸关的元素，但如果摄入过多，
会引起多种疾病。
锡 瘟
1867年的冬天，俄国彼得堡十分寒冷，达零下38摄氏度。这一年冬天俄国彼得堡海军仓库里
发生了一件怪事：堆在仓库内的大批锡砖，一夜之间突然不翼而飞，留下来的却是一堆堆像
泥土一样的灰色粉末。同一年的冬天，从仓库里取出军大衣发给俄国士兵穿时，发现纽扣都
不见了，再仔细看看，原来纽扣处也有着一些灰色粉末。
无独有偶，几十年过去了，在1912年，英国探险家斯科特率领一支探险队带了大量给养，包
括液体燃料去南极探险，一去就杳无音信。后来发现他们都冻死在南极。带了那么多的燃料
为什么还无济于事呢？
原来，斯科特一行在返回的路上发现，他们的第一个储藏库里的煤油已经不翼而飞。说明一
点，盛煤油的铁筒是用锡焊的。没有煤油就无法取暖，也无法热点东西吃。好不容易克服千难
万险，又找到了另一个储藏库，可是那儿的煤油筒同样是空空的，铁筒同样有裂缝，显然煤油
都是由于铁筒漏了而流失掉的。
锡砖怎么会变成粉末？用锡焊的铁筒怎么又会有裂缝呢？经过分析，科学家们终于发现了
其中的奥妙。原来，锡有3种同素异形体，即白锡、脆锡和灰锡。白锡在气温下降到13.2 摄氏
度以下时，体积骤然膨胀，原子之间的空间加大，于是变成了另一种结晶形态的灰锡。如果温
度急剧下降到零下33摄氏度时，就会产生“锡瘟”，晶体锡会变成粉末锡。
现在科学家已经找到了一种预防“锡瘟”的“注射剂”，其中一种就是铋。铋原子中有多余
的电子可供锡的结晶重新排列，使锡的状态稳定，所以消除了“锡瘟”。锡不但怕冷，而且怕
热。将白锡加热到161摄氏度以上时，它会变成具有斜方晶系的斜方锡，斜方锡很脆，敲打时
也会变成粉末。
任何事情都是一分为二的，铁筒缝上的锡变成粉末这当然不是好事，但是如果将锡粉末加到
铁粉或铜粉中，然后混合，通过成型和烧结的方法就可直接制造出产品，这就是一门新兴的
粉末冶金技术，它是目前生产硬质合金和难熔金属的唯一方法。
课题2 金属的化学性质
课程目标：通过实验探究金属与氧气，金属与稀盐酸、稀硫酸以及与盐溶液的置换反应，认识
金属的化学性质和金属的活动性顺序，并且能用金属活动顺序解释一些与日常生活有关的
化学问题。
重点：通过实验探究认识金属活动性顺序
难点：运用金属活动性顺序对置换反应作出判断
教学过程：
1．对于金属与氧气反应的教学，可以再次做镁条、铝箔、铁丝、铜丝等与氧气反应的实
验，以加深学生的感性认识。要引导学生对观察到的实验现象进行认真的对比和分析，从中
得出金属与氧气反应的一些规律性知识
2．本课题的教学重点应放在对金属活动性顺序的探讨上，不仅仅是为了获得金属活动
性顺序的知识，更重要的是要引导学生主动参与知识的获取过程，学习科学探究的方法。在
这个活动与探究中，结论的可靠性是很重要的，因此，控制相似的实验条件，以及对实验现象
的正确对比和分析，是该探究活动获得可靠结论的重要保证。
3．置换反应的概念是在实验的基础上通过归纳得出的，即通过对镁、锌、铁与盐酸反应
的化学方程式的分析，从反应物和生成物类别的角度归纳得出的。这样的方法比较直观，学
生容易接受。置换反应在日常生活中的应用主要是通过练习来感受的。教师也可以补充一些有关这方面的联系实际的习题，以培养学生解决实际问题的能力。
4．金属活动性顺序是通过实验，并在置换反应概念和其他一些实验事实的基础上分析
得到的。探究分三步进行：（1）从金属与盐酸或硫酸反应是否有氢气生成，可以把金属分为两
类，能生成氢气的金属其活动性比较强，不能生成氢气的金属其活动性比较弱。
（2）从一种金属能否把另一种金属从它的化合物的溶液中置换出来，可以比较出这两种金属
的活动性强弱，能置换出来的，则这种金属比另一种金属活泼。
（3）经过了很多类似实验的探究过程，人们归纳和总结出了常见金属的活动性顺序。
钝化
金属表面形成氧化膜保护层而使金属不易腐蚀或与其他物质反应；或经化学、电化学方法处
理使金属由活泼变为不活泼状态的过程叫钝化。钝化的金属活动性大减，叫钝态或钝化态。
例如用冷浓硝酸处理铝而生成坚密的氧化膜保护层即铝钝化的一种方法。
铁与浓硫酸、浓硝酸接触，表面生成致密的氧化膜，阻止反应的进一步进行，称为铁的钝化。
在整个探究过程中，教师的组织和引导作用非常重要。尤其要注意在实验的基础上组织
好讨论，这是有关金属活动性顺序探究活动能否成功的重要保证。
由于学生还没有盐的概念，因此教材中只能说“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中置换出来”。教师要根据学生的实际情况利用具体例子来进行教学。
5．可以通过对一些实例和习题的讨论和分析，让学生感受金属活动性顺序在工农业生
产和科学研究中的重要应用，并认识金属活动性顺序可以作为有关金属能否在溶液中发生
置
换反应。
铝与铁常温下和氧气反应的难易
取一块铝片，用细砂纸打磨其部分位置，观察没有打磨及打磨部分的色泽。发现打磨后
铝的色泽比没有打磨的色泽更光亮。过一段时间，两者色泽又变得一样。
同样方法，用铁片重复上述实验，观察打磨前后的铁的不同及变化，则发现打磨后的铁
不会变得与打磨前的铁一样。
（1）从上述实验事实推测：铝和铁哪种物质更容易与氧气发生化学反应？
（2）铝的化学性质比铁活泼，为什么我们通常看见铁生锈而没有看到铝生锈？
（3）在清洗铝制品时应注意些什么？
（4）根据铝的这种抗锈蚀“特性”，试推测防止金属锈蚀可采用的一种方法。
铝的性质和用途
物质的用途在很大程度上取决于物质的性质。由于铝有多种优良性能，因而铝有着极为
广泛的用途。
（1）铝的密度很小，仅为2.7 g/cm3，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬
铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外，宇宙
火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其合金。例如，一架超音速飞机约由70％的铝及
其合金构成。船舶建造中也大量使用铝，一艘大型客船的用铝量常达几千吨。 （2）
铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的2／3，但密度只有铜的1／3，所以输送
同量的电，铝线的质量只有铜线的一半。铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而且有一定
的绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。
（3）铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料
和炊具等。
（4）铝有较好的延展性（它的延展性仅次于金和银），在100 ℃～150 ℃时可制成薄于
0.01 mm的铝箔。这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制各种
铝制品。（5）铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器、医疗
器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等。
（6）铝粉具有银白色光泽（一般金属在粉未状时的颜色多为黑色），常用来做涂料，俗称
银粉、银漆，以保护铁制品不被腐蚀，而且美观。
（7）铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如铵铝炸药
（由硝酸铵、木炭粉、铝粉、烟黑及其他可燃性有机物混合而成）、燃烧混合物（如用铝热剂做
的炸弹和炮弹可用来攻击难以着火的目标或坦克、大炮等）和照明混合物（如含硝酸钡68％、
铝粉28％、虫胶4％）。
（8）铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等。铝还用做炼钢过程中的脱氧剂，铝粉和
石墨、二氧化钛（或其他高熔点金属的氧化物）按一定比率均匀混合后，涂在金属上，经高温
炽烧而制成耐高温的金属陶瓷，它在火箭及导弹技术上有重要应用。
（9）铝板对光的反射性能也很好，反射紫外线比银强，铝越纯，其反射能力越好，因此常
用来制造高质量的反射镜，如太阳灶反射镜等。
（10）铝具有吸音性能，音响效果也较好，所以广播室、现代化大型建筑室内的天花板等
也采用铝。
“水”中长“铜树”
取一支大试管，内装硫酸铜溶液。 把一根用砂纸打磨过的铝丝稍加弯曲后，立即浸
入硫酸铜溶液中。 过一段时间后，剩余的铝丝上附着有大量的红色铜，就好像铜树，同时溶
液的颜色由蓝色变为无色。
（1）解释上述变化的原因：
（2）该实验说明铝和铜的化学性质哪种更活泼？
（3）若一根质量为m1的铝丝浸入硫酸铜溶液，过一段时间取出附有铜的铝丝，其质量为
m2，试比较m1与m2的大小（相对原子质量请查课本）。
（4）m1与m2的质量之差是不是生成的铜的质量，为什么？
（5）溶液的颜色由蓝色变为无色，溶液的质量会发生什么变化？
判断金属的活动性顺序方法之一
问题：如何判断金属的活动性顺序？
请你回忆：将铁丝浸入硫酸铜溶液中，产生的实验现象。
实验：在一支试管中加入少量浅绿色氯化亚铁溶液，把用砂纸打磨、擦亮的铝丝插入溶
液中，观察实验现象，发现溶液由浅绿色逐渐变为无色。
把一根光亮的铜丝插入硫酸亚铁溶液中，观察实验现象，没有发现任何变化。
（1）写出上述反应的化学方程式。
（2）根据实验事实推测：铝、铜和铁的化学活动性强弱顺序。
判断全属的活动性顺序方法之二
问题：把铝片、铁片、铜片分别跟稀硫酸反应，哪种金属反应最快？
实验：在三支试管中分别放入两小块打磨光洁的铝片、铁片、铜片，加入5 mL稀硫酸，观
察实验现象。发现铝跟酸反应剧烈，产生大量气泡。铁跟酸反应缓慢，铁片表面产生少量气泡。
而铜片表面无任何变化。
（1）写出本实验中反应的化学方程式。
（2）试推测铝、铁、铜的金属活动性强弱顺序。
在金属活动性顺序里为什么包括氢
1865年，贝开托夫在实验的基础上，根据金属和金属离子间互相置换能力的大小，以及
金属跟酸、跟水等反应的剧烈程度，首先确定了金属活动性顺序，在这个顺序里就已包括了
氢。因为氢可以被位于它前面的金属从稀酸里置换出来，而氢也可以把位于它后面的金属，从它们的盐溶液里置换出来，而氢后面的金属不能从酸中置换出氢。这就是说，贝开托夫当
时区分金属的活泼与不活泼，是以氢作为标准的。
当然，早期的化学家把金属跟酸、跟水等反应的剧烈程度作为衡量金属活动性大小的标
志是不严格的。准确的方法是以金属的标准电极电势来比较金属的活动性大小，而标准电极
电势也是以氢电极定为零作为标准来测定的。标准电极电势为负值的金属比氢活泼；标准电
极电势为正值的金属活动性小于氢。
另外，氢的原子结构决定它在化学反应中表现出与碱金属具有相似的化学性质。例如，
氢具有还原性，能和大多数非金属反应显示＋1价；等等。
由于以上几个方面的原因，因此把氢排进了金属活动性顺序里。
金属性和金属活动性的区别和联系
金属元素的原子在化学反应中，通常表现出失去电子成为阳离子的倾向。金属性的强弱
通常用金属元素原子的最外层电子的电离能（气态原子失去电子成为气态阳离子时所需要
的能量）大小来衡量。
金属的活动性是反映金属在水溶液里形成水合离子倾向的大小，也就是反映金属在水
溶液里起氧化反应的难易，它是以金属的标准电极电势为依据的，从能量角度来看，金属的
标准电极电势除了与金属元素原子的电离能有关外，同时还与金属的升华能（固态单质变为
气态原子时所需的能量）、水合能（金属阳离子与水化合时所放出的能量）等多种因素有关。
金属性强的元素，一般来说它的活动性也大，但也有不一致的情况。例如，钠的第一电离
能比钙的第一电离能要小，因此钠的金属性要比钙强。但是钙在水溶液中形成水合离子的倾
向比钠大，即钙的标准电极电势比钠要负，所以钙的金属活动性比钠大。铜和银也有类似上
述的情况。由此可见，金属性与金属活动性两者概念是有区别的。
铁生锈的条件
问题：铁在什么情况下容易生锈呢？ 实验：
（1）如右图所示，在试管①中把铁钉放在一团湿棉花球上，使铁钉与
空气和水接触；
（2）在试管②中放入铁钉，注入经煮沸迅速冷却的蒸馏水，蒸馏水要
浸没铁钉，然后在水面上注入一层植物油，使铁钉只与水接触；
（3）在试管③中加入少量干燥剂（袋装饼干等食品中放的小袋中有
氯化钙干燥剂），再放一团干棉球，把铁钉放在干棉球上，塞紧橡皮塞，使铁钉只与空气
接触。
注意每天观察铁钉锈蚀的现象，连续观察约一周。 （1）通过探究，你对铁制品
锈蚀的条件能得出哪些结论？ （2）通过上面对铁制品锈蚀条件的探究，你对防止铁
制品锈蚀有什么建议？与同学们交流你所知道的各种防锈方法。
课题 3 金属资源的利用和保护
教学目的要求：1．知道一些常见金属如铁、铝、铜等的矿物，了解从铁矿石中将铁还原出来的
方法。
2．会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关计算。
3．了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。
4．知道废旧金属对环境的污染，认识回收利用废旧金属等金属资源保护的重要性。
重点：铁的冶炼，根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关计算。
难点：铁的冶炼，根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关计算。
教学过程：
本课题涉及面很广，包括地球上及我国的金属资源情况、铁的冶炼、有关化学方程式计算中的杂质问题计算、金属的腐蚀和防护，以及金属资源的保护等，既有知识、技能方面的内
容，又有环境意识和资源意识等情感领域的内容。
本课题由常见金属矿物的照片以及资料“金属元素在地壳中的含量”表引入，简单介
绍了地球上及我国的金属资源情况。人类对地球上金属矿物资源的利用主要是用来冶炼金
属，而其中冶炼量最大的是铁。因此，教材很自然地转入到对铁的冶炼的讨论。
第一部分“铁的冶炼”是本课题教学的重点。教材除简要地介绍了我国冶炼铁的历史
外，主要是通过实验，说明从铁矿石中将铁还原出来的化学反应原理，并结合炼铁的实际情
况，以例题的方式介绍了化学方程式计算中有关杂质问题的计算。这样，把化学原理、计算和
生产实际紧密地结合在一起，使学习活动成为有机的整体，有利于学生主动参与学习。
第二部分“金属资源的保护”，重点是有关铁的锈蚀以及防护的“活动与探究”内容。
该活动与探究内容包括提出问题、设计实验并实施、讨论、得出结论、对结论进行应用等多个
步骤，对培养学生的创新精神和解决实际问题的能力具有较大的价值。关于金属资源的保护，
教材中首先以图示的方法给出了一些矿物可供开采的年限，形象他说明了金属矿物资源是
有限的，以及金属资源保护的重要性。教材中简要地介绍了废旧金属的回收利用、合理开采
矿物等保护金属资源的措施。
1．关于地球上及我国的金属资源情况的教学，可以结合地理课的有关内容，利用矿物标本或
实物照片、图表等进行教学，应鼓励学生主动查找有关资料，并在课内外进行交流。我国冶炼
铁的历史及解放前后我国钢铁工业的发展等内容的教学，也可以采用相似的教学方法。
2．做好【实验8-23】，并将它与炼铁生产的主要化学反应原理结合起来，使学生认识化
学原理对实际生产的指导作用。
生铁的冶炼
原料：铁矿石、焦炭、石灰石
设备：高炉
【提问】 炼铁的原料主要有哪些?这些原料属于哪类物质?写出炼铁的反应原理.
【讲解】 我们知识铁矿石是混石物，而其主要成分-铁的氧化物才是能炼出铁的物质，根据：
纯净物的质量分数=纯净物的质量/不纯净物的质量，可知纯净物的质量=不纯物的质量×纯
净物的质量分数合可以计算出一定质量的铁矿石中含铁的氧化物的质量.
3．化学方程式计算中的杂质问题计算是一类在实际生产中具有重要意义的计算，应使
学生了解它的价值，主动参与学习。讨论这一类计算题的解法时，关键是归纳出解题思路：即
有关化学方程式的计算都是纯物质的计算，要把含杂质物质的质量换算成纯物质的质量。可
以视情况进行课堂练习，当堂讨论和评析一些错误的解法以及出现错误的原因，以加深学生
的理解。
例1.现有含FeO35%的赤铁矿1000吨,其中含Fe2O多少吨?
2 3
【提问】根据一氧化碳还原氧化铁的化学方程式,说明化学方程式的意义?
强调化学方程式所表示的都是纯净物间发生化学变化时的相互关系,各化学式所规定的化学
量是反映纯物挂帅 间的数量关系.在现实生活中,物质里或多或少都含有杂质,像炼铁用的
铁矿石.那么当参加反应的物质含有杂质时,应如何进行计算呢?
例2. 含FeO85%的赤铁矿1000吨,可以炼出多少吨铁?
2 3
分析:根据前面分析,要根据化学议程式进行计算.要将赤铁矿石中FeO 的质量(即纯物质的
2 3
质量)计算出来,
【小结】通过学习，我们初步掌握了含杂质物质的计算。实际上，除了铁矿石以外，很多都
是不纯的物质参与反应，前面我们接触到的制二氧化碳的原料石灰石，以及后面要学习的溶
液在计算中都会遇到这个问题，请大家在学习中给予足够的注意。
课堂练习
（1）. 某赤铁矿含杂质25%，那么400吨赤铁矿中含三氧化二铁多少吨？
（2）.含碳酸钙75%的石灰石100吨，高温煅烧后，可得氧化钙多少吨。
（3）.实验室欲制6克氢气，需含锌97.5%的不纯锌多少克？
（4）.含三氧化二铁的质量分数为80%的铁矿石1000吨，可炼出含杂质5%的生铁多少吨？（5）：要生产5.6吨氧化钙，需含杂质20%的石灰石多少吨？
4．精心策划和组织好有关金属的腐蚀和防护的“活动与探究”内容。教材中的图8-23
提示了铁钉锈蚀条件探究实验的设计思路，在一个星期前就应引导学生结合生活经验来探
讨该实验的设计方案，并鼓励学生开动脑筋设计出多种方案，允许多种方案同时试验，以小
组或个人等多种方式活动，同时要认真做好观察记录。在实验的基础上，可以由各小组或个
人展示他们的实验情况，并汇报探究的结果。讨论是在各组或个人已有初步结论的基础上进
行的，因此对这些结论的辨析、归纳是很重要的。从反应物的角度分析，铁钉锈蚀的条件需有
水蒸气和氧气等，教材中给了思考金属腐蚀条件的思路：要有能够发生反应的物质，反应物
要能互相接触，生成物不会对反应起阻碍作用，等等。同时给出了防止金属腐蚀的思路：如果
破坏金属腐蚀的条件，使它们不再具备腐蚀的基础，就能防止金属腐蚀。利用这些思路组织
好讨论，由学生自己提出铁制品的防锈建议，并将它应用于自行车构件防锈措施等实例上。
常用的防止铁生锈的方法有：
A．组成合金，以改变铁内部的组织结构。例如，把铬、镍等金属加入普通钢里制成不锈钢，就
大大地增加了钢铁制品的抗生锈能力。
B．在铁制品表面覆盖保护层是防止铁制品生锈普遍而重要的方法。根据保护层的成分不同，
可分为如下几种：
(1)在铁制品表面涂矿物性油、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。例如，车厢、水桶等常涂油漆；
机器常涂矿物性油等。
(2)在钢铁制品表面用电镀、热镀等方法镀上一层不易生锈的金属。如锌、锡、铬、镍等。这些
金属表面都能形成一层致密的氧化物薄膜，从而防止铁制品和水、空气等物质接触而生锈。
(3)用化学方法使铁制品表面生成一层致密而稳定的氧化膜以防止铁制品生锈。
C．保持铁制品表面的洁净和干燥也是防止铁制品生锈的一种很好方法。
5．关于金属资源保护的教学，可以利用电化教学手段，将教材中的一些矿物可供开采的
年限图制成投影片或计算机软件等，并配合其他资料，使学生强烈感受矿物资源是有限的，
以及保护金属资源的重要性。废旧金属的回收利用是每个学生都随手可做的事情，可结合本
课题未的“调查与研究”，使学生了解废旧金属回收的意义，并积极主动地去做。
6．可以按照教材中所给的思路，采用讨论、填表和填空等方式进行本单元小结。也可以
结合实例分析，通过对知识的综合应用来进行本单元小结。
我国的矿产资源
矿产资源是自然资源的一部分，我国生产所需的80％左右的原材料来自矿产资源。
我国矿产资源总量多，但人均占有量少。我国矿产的总量居世界第6位。在我国已发现
的矿产有168种，其中已探明储量的有152种，己开发利用的有132种，在世界45种主要矿
产储藏量价值比较中，我国矿产总值约占世界总数的14.6％，居世界第3位。但由于人口众
多，人均拥有量约为世界人均水平的1／3，居世界第80位。
我国矿产资源种类较多，但生产所需的大宗矿产较少。如在金属矿产资源上，钨、锑、钛、
稀土、菱镁矿居世界第一位，钒居第二位，锌、铝居第三位。金属矿产储量相对不足的有银、铁、
铅、铜、金、镍等，储量相对短缺的有钾、铂、铬等。
我国矿产资源分布不平衡，布局不够理想。沿海发达地区生产力发展水平较高，但资源
紧缺。大西北、西南等地区原料、资源丰富但经济发达程度很低。这就形成了原料、半成品长
途调运的不良状况，增加了生产成本。另外，一些小矿乱采滥挖，对环境的保护意识较差，植
被破坏严重，固体废弃物处理不当，屡屡出现严重的环境问题。
我国矿产资源供需状况
当今世界上的国家很少有仅靠自身的矿产资源来发展本国经济的，但是拥有丰富的矿
产资源无疑是本国社会经济发展的优势。由于多种因素的影响，我国主要矿产品进口量逐年
上升。1987年我国矿产品及初级加工制品出口创汇62亿美元，而进口则达98亿美元；1988年出口850.75亿美元，进口116.8亿美元，逆差达31.1亿美元。可以说我国已逐渐成为矿产
资源进口大国。
随着我国经济高速发展，对矿产资源需求增长很快，主要矿产资源短缺的态势日益明显。
1989年我国铁矿石原矿的产量为1.714 5亿吨，进口铁矿砂1 259万吨。2000年现有铁矿的
生产能力将减少10％～20％，因而2000年我国铁矿石产量基本稳定在目前水平。资源缺口
增加，每年需进口铁矿砂2000万吨～3000万吨。预计2020年铁矿石产量可达2.8亿吨～
3.0亿吨，每年需进口4 500万吨～5 000万吨铁矿砂。
现有铜、铅、锌生产能力2000年减少30％～40％，三分之二有色金属统配矿山主要金属
生产也到了中晚期。如果地质勘探无重大突破，21世纪初，我国金属矿产资源将出现全面紧
缺的局面。
金属的存在和冶炼
地球上的金属资源十分丰富，除蕴藏在地壳中的外，还有数量很大的海滨沙矿和海底金
属矿藏（如锰结核和重金属矿床等），它们为人类的生活和生产提供了丰厚的物质基础。陆地
上可用来制取金属的矿石大约有以下八大类：
( 1)天然金属矿，如金、银、铂、汞等贵金属，常以单质形式存在；
（2）氧化物矿，如铝矾AlO·nHO、赤铁矿FeO 和锡石SnO 等；
2 3 2 2 3 2
（3）碳酸盐矿，如石灰石CaCO、孔雀石Cu(OH)CO 等；
3 2 2 3
(4）硅酸盐矿，如绿柱石BeA1SiO 、高岭石（A1SiO·2HO）等；
3 2 6 18 2 2 7 2
（5）硫酸盐矿，如重晶石BaSO、石膏CaSO·2H0等；
4 4 2
（6）磷酸盐矿，如磷酸钙Ca(PO)，和磷酸稀土矿等；
3 4 2
（7）卤化物矿，如岩盐NaC1、光卤石KCl·MgC1·6HO等；
2 2
（8）硫化物矿，如闪银矿AgS、硫铁矿FeS、辉钼矿MoS 等。
2 2 2
从矿石中制取金属单质的过程叫做冶金。金属作为材料，其价值不仅取决于它在地
壳中的含量和独特的性能，在很大程度上还取决于其冶炼的难易程度。例如，铝已是人
们熟悉的工业金属，其蕴藏量居金属的首位，应用也很广，但在1886年以前，它比黄金
还贵重。因为那时的铝是用金属钠还原氧化铝来制取的，成本极高。直到电解铝法实际
用于生产后，铝才得以广泛使用。
铁矿石的种类和特征
铁矿石的种类很多，最重要的铁矿石有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。铁矿石
常按其含铁量的高低分为富矿（含铁量高于50％以上）和贫矿（含铁量在45％～50％以
下），在评定铁矿石的品位和质量时，除看这种铁矿石里的含铁量以外，还要看它的脉石
的成分和有害杂质（硫、磷）的含量的多少。
我们可以根据铁矿石的颜色、光泽、密度、磁性、条痕等性质来识别它们。
金属的腐蚀与防护
金属和周围介质接触时，由于发生化学和电化学作用而引起的破坏叫做金属的腐蚀。从
热力学观点看，除少数贵金属（如Au、Pt）外，各种金属都有转变成离子的趋势，就是说
金属腐蚀是自发的普遍存在的现象。金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面都
将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源
和能源的严重浪费，使国民经济受到巨大的损失。据估计，世界各发达国家每年因金属
腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5％～4.2％，超过每年各项大灾（火灾、
风灾及地震等）损失的总和。有人甚至估计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为1亿
吨！因此，研究腐蚀机理，采取防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。
金属防腐蚀的方法很多，主要有改善金属的本质，把被保护金属与腐蚀介质隔
开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。（1）改善金属的本质
根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提
高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防
腐蚀能力。
（2）形成保护层
在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐
蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是
用化学方法，物理方法和电化学方法实现的。
①金属的磷化处理
钢铁制品去油、除锈后，放人特定组成的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面
形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜，这种过程叫做磷化处理。
磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般为5 μm～20 μm，在大气中有较好的耐
蚀性。膜是微孔结构，对油漆等的吸附能力强，如用作油漆底层，耐腐蚀性可进一步提高。
②金属的氧化处理
将钢铁制品加到NaOH和NaNO 的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成一层
2
厚度约为0.5 μm～1.5 μm的蓝色氧化膜（主要成分为FeO），以达到钢铁防腐蚀的目
3 4
的，此过程称为发蓝处理，简称发蓝。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性，不影响零件
的精度。故精密仪器和光学仪器的部件，弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。
③非金属涂层
用非金属物质如油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等涂覆在金属表面上形成保护
层，称为非金属涂层，也可达到防腐蚀的目的。例如，船身、车厢、水桶等常涂抽漆，汽车
外壳常喷漆，枪炮、机器常涂矿物性油脂等。用塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等）
喷涂金属表面，比喷漆效果更佳。塑料这种覆盖层致密光洁。色泽艳丽，兼具防蚀与装饰
的双重功能。
搪瓷是含SiO 量较高的玻璃瓷釉，有极好的耐腐蚀性能，因此作为耐腐蚀非金
2
属涂层，广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。
④金属保护层
它是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。前一
金属常称为镀层金属。金属镀层的形成，除电镀、化学镀外，还有热浸镀、热喷镀、渗镀、
真空镀等方法。
热浸镀是将金属制件浸入熔融的金属中以获得金属涂层的方法，作为浸涂层的金
属是低熔点金属，如Zn、Sn、Pb和A1等，热镀锌主要用于钢管、钢板、钢带和钢丝，应用
最广；热镀锡用于薄钢板和食品加工等的贮存容器；热镀铅主要用于化工防蚀和包覆电
缆；热镀铝则主要用于钢铁零件的抗高温氧化等。
3）改善腐蚀环境
改善环境对减少和防止腐蚀有重要意义。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介
质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质
中添加能降低腐蚀速率的物质（称缓蚀剂）来减少和防止金属腐蚀。
4）电化学保护法
电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池
中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。
①牺牲阳极保护法
牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定
在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。此法常用于保护海轮外壳，海水
中的各种金属设备、构件和防止巨型设备（如贮油罐）以及石油管路的腐蚀。
②外加电流法
将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴
极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金
属设备的腐蚀。
金属的腐蚀虽然对生产带来很大危害，但也可以利用腐蚀的原理为生产服务，发
展为腐蚀加工技术。例如，在电子工业上，广泛采用印刷电路。其制作方法及原理是用照
相复印的方法将线路印在铜箔上，然后将图形以外不受感光胶保护的铜用三氯化铁溶
液腐蚀，就可以得到线条清晰的印刷电路板。三氯化铁腐蚀铜的反应如下：
2FeCl + Cu==2FeC1 + CuCl
3 2 2
此外，还有电化学刻蚀、等离子体刻蚀新技术，比用三氯化铁腐蚀铜的湿化学刻蚀的
方法更好，分辨率更高。
氧化碳还原氧化铁的问题研究
根据右下图所示的实验，回答下列问题。
一氧化碳还原氧化铁的实验（1）请你
写出有关化学反应方程式：
（2）将产物通入澄清石灰水中，澄清石灰
水变浑浊。说明生成了什么气体？
（3）把得到的黑色粉未倒在白纸上观察，
用磁铁试验它，黑色粉未能被磁铁吸起。
判断固体是什么物质？
（4）一氧化碳与木炭有相似之处，都有还原性。能否用木炭还原氧化铁？请推测出反应的产
物？
(5）分别写出一氧化碳还原四氧化三铁、氧化铜的化学方程式，分析一氧化碳是怎样变成二
氧化碳的，并由此推测出一氧化碳还原金属氧化物的配平方法。
（6）一氧化碳还原氧化铁和木炭还原氧化铁，这两个化学反应的基本类型是否都是置换反应？
为什么？请举出几个置换反应的实例。
