1、第3节 金属材料,考纲要求:1.了解常见金属的活动顺序。(变化观念与平衡思想) 2.了解铜及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及其应用。(证据推理与模型认知、科学探究与创新意识) 3.了解合金的概念及其重要应用。(宏观辨识与微观探析),-3-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,金属矿物的开发和利用 1.合金 (1)合金的定义及性能。,金属与非金属,金属特性,低,大,-4-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(2)常见金属材料。,铁,铬,-5-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,钢铁。,低碳钢,中碳钢,高碳钢,青铜,-6-,考点一,考点二
2、,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.金属材料的冶炼 (1)金属在自然界中的存在。(2)金属冶炼的实质。 金属的冶炼过程就是把金属从 态还原为 态的过程。即 (写反应通式,用M表示金属)。,正,化合,游离,Mn+ne-=M,-7-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(3)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)。,-8-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,自主练习 1.能否用电解熔融AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg?,提示 不能。因为AlCl3是共价化合物,熔融时无法电离出自由移动的离子,不导电;而MgO虽是离子化合物,但其熔点太高,使其熔融会消耗大量的
3、能量,成本较高。,2.铝是地壳中含量最高的金属元素,为什么人类对铝的使用比铁、铜晚得多?,提示 铝的金属活动性比铁、铜强,难于冶炼,古代人受技术条件限制,不能冶炼铝,故铝的发现和大量使用比铁、铜晚得多。,-9-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.下列关于金属的一些说法不正确的是( ) A.工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应 B.工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的 C.金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子 D.越活泼的金属越难冶炼,解析 冶炼铝的过程中铝由化合态变游离态,有化合价变化属于氧化还原反应,A项正确;Mg在工业上用电解法冶炼,C
4、u用热还原法冶炼,B项错误;金属冶炼的实质是Mn+ne-=M,C项正确;金属越活泼,则金属离子的氧化性越弱,越难被还原,D项正确。,B,-10-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考向1 合金的性质及应用 例1下列关于合金的说法不正确的是( ) A.合金的熔点一般比它的成分金属的熔点高 B.合金的硬度一般比它的成分金属大 C.合金与各成分金属相比,具有许多优良的物理、化学或机械性能 D.合金在工业上的用途比纯金属更广,解析 合金的熔点比它的成分金属要低,故A项错误,B项正确;合金具有许多良好的物理、化学、机械性能,故C项正确;合金比纯金属用途更广泛,故D项正确。,A,-11-
5、,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,归纳总结组成合金的元素不一定是两种或两种以上的金属,也可以是金属与非金属;合金中一定含金属元素。 并非所有的金属都能形成合金,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化,若一种金属的熔点高于另一种金属的沸点,则二者不能形成合金。,-12-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,对点演练 所谓合金,就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔融状态下形成的一种熔合物,根据下列四种金属的熔、沸点判断,其中不能形成合金的是( ),A.Cu和Al B.Fe和Cu C.Fe和Na D.Al和Na,答案,解析,-13-,考点一,
6、考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考向2 金属的冶炼方法 例2(2019甘肃武威模拟)分析推理是化学学习的方法之一。下列实验推理正确的是( ) A.钠的金属性强,一般还原剂很难将其还原出来,所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼 B.金属的冶炼方法与金属的活泼性有很大关系,银和汞可以用热分解的方法冶炼 C.工业上电解熔融氯化镁可制得金属镁,所以电解熔融氯化铝也可制得铝 D.将镁条和铝片用导线连接再插进稀NaOH溶液中,镁条上产生气泡,说明镁比铝活泼,答案,解析,-14-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,归纳总结1.选择金属冶炼的方法要依据金属在自然界中的存在形态和金
7、属的活动性。金属活动顺序中,金属的位置越靠后,越容易被还原;金属的位置越靠前,越难被还原。 2.化学性质很稳定的金属如Au、Pt等,在自然界中以游离态存在,用物理方法即可得到。 3.有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼,如Na+KCl K+NaCl,2RbCl+Mg MgCl2+2Rb等。在此过程主要运用了化学平衡移动原理,利用K、Rb的沸点低,变成气体离开反应体系,促使化学平衡向正反应方向移动。,-15-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,对点演练 用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。如:,常温下Al的金属性比Ba的金属性 (选填“强”或“弱”)。利用
8、上述方法可制取Ba的主要原因是 。 A.高温时Al的活泼性强于Ba B.高温有利于BaO分解 C.高温时BaOAl2O3比Al2O3稳定 D.Ba的沸点比Al的低,答案,解析,-16-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,铜及其重要化合物 1.单质铜 (1)铜的物理性质: 铜是一种有金属光泽的 色固体,有良好的导电、导热性(仅次于银,可用于制电缆),有良好的延展性。,紫红,-17-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(2)铜的化学性质:,黑,Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H
9、2O,Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag,Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2,-18-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.铜的重要化合物 (1)黑色氧化铜在高温下分解为砖红色的Cu2O,化学方程式为 ;砖红色的Cu2O与稀硫酸反应,溶液变蓝,同时生成红色的单质铜,离子方程式为 。 (2)氢氧化铜是 色 水的固体。其化学性质及应用如下: 反应的化学方程式: 反应的离子方程式:,Cu2O+2H+=Cu+Cu2+H2O,蓝,不溶于,Cu(OH)2+2H+=Cu2+2H2O,-19-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(3)Cu2(OH)2C
10、O3的名称为 ,是铜绿、孔雀石的主要成分,受热分解可生成黑色的氧化铜,化学方程式为Cu2(OH)2CO3 2CuO+CO2+H2O,可溶于稀硫酸,离子方程式为Cu2(OH)2CO3+4H+=2Cu2+CO2+3H2O。 (4)蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末,化学方程式为CuSO45H2O CuSO4+5H2O。,碱式碳酸铜,-20-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,自主练习 1.由铜屑制备硫酸铜时,一般不用铜与浓硫酸反应,而是将热空气通入铜和稀硫酸的混合物中,为什么?,提示 铜与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫和水,化学方程式为Cu+2H2SO4(浓) CuSO4
11、+SO2+2H2O;将热空气通入到铜和稀硫酸混合物中发生的反应为2Cu+O2 2CuO,CuO+H2SO4= CuSO4+H2O。两种方法相比较,前一种方法会产生有毒的SO2气体,且制取相同质量的硫酸铜,消耗的硫酸较多,故制备硫酸铜时,一般采用第二种方法。,-21-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.波尔多液是一种农业上应用广泛的杀菌剂,它是由硫酸铜、生石灰和水按一定比例配成的天蓝色胶状悬浊液,思考下列问题: 波尔多液能否用铁桶盛放?为什么? 波尔多液能杀菌的可能原因是什么?,提示 不能。原因是铁能置换波尔多液中的Cu2+,降低杀菌能力。CuSO4是重金属盐,能使蛋白质变
12、性,因此能用于杀菌。,-22-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质,操作正确且能达到实验目的的是( ) A.将铜丝插入浓硫酸中并加热,反应后再加入水,观察硫酸铜溶液的颜色 B.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,观察CuCl2的生成 C.将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水CuCl2固体 D.将表面有铜绿Cu2(OH)2CO3的铜器放入盐酸中浸泡,可除去铜绿,D,解析 铜与浓硫酸反应后,硫酸的浓度仍较高,不能把水加入反应容器中,A项错误;Cu与Cl2常温下不反应,需要加热才能发生反应,B项错误;CuCl2水解生成的HCl易
13、挥发,加热蒸干CuCl2溶液得不到CuCl2固体,C项错误;D项正确。,-23-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考向 铜及其化合物的性质和应用 例(2019云南大理模拟)已知酸性条件下有如下反应:2Cu+=Cu2+Cu。由于反应温度不同,用氢气还原氧化铜时,可能产生Cu或Cu2O,两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物进行验证,实验操作和实验现象记录如下:,由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物( ) A.是Cu B.是Cu2O C.一定有Cu,一定有Cu2O D.一定有Cu2O,可能有Cu,答案,解析,-24-,必备知识自主预诊,关键能力考向
14、突破,考点一,考点二,归纳总结1.铜的冶炼“两方法” (1)湿法炼铜:Fe+CuSO4=FeSO4+Cu。 (2)高温炼铜:工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜):,粗铜中铜的含量为99.5%99.7%,主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质,粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%99.98%的铜。 电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极,铜在阳极上失电子变为Cu2+,用纯铜棒作阴极,Cu2+在阴极上得电子生成铜。,2.铜在通入氧气并加热的情况下,可在稀硫酸中逐渐溶解: 2Cu+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O。,-25-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,对点演练 工
15、业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下:(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的 吸收。 a.浓硫酸 b.浓硝酸 c.NaOH溶液 d.氨水 (2)用稀硫酸浸泡熔渣B,取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中存在 (填离子符号),检验溶液中还存在Fe2+的方法是 (注明试剂、现象)。,-26-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,(3)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为 。 (4)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是 。 a.电能全部转化为化学能 b.粗铜接电源正极,发生氧化反应
16、 c.溶液中Cu2+向阳极移动 d.从阳极泥中可回收Ag、Pt、Au等金属 (2)利用反应2Cu+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O可以制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,正极电极反应式为 。,-27-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,答案 (1)cd (2)Fe3+ 取少量待测液置于试管中,加入酸性高锰酸钾溶液,溶液紫色褪去,说明含有Fe2+ (3)3Cu2O+2Al 6Cu+Al2O3 (4)bd (5)O2+4e-+4H+=2H2O,-28-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,解析 (1)气体A中的大气污染物为二氧化硫,能够被NaOH溶液
17、或氨水吸收。浓硫酸不能吸收二氧化硫。浓硝酸与SO2反应生成一氧化氮有毒气体。(2)熔渣B中含有铁元素的化合物。加稀硫酸溶解,取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中存在Fe3+。检验溶液中存在Fe2+可加入酸性KMnO4溶液。(3)泡铜在高温下被铝还原:3Cu2O+2Al 6Cu+Al2O3。(4)粗铜的电解精炼:粗铜作阳极,纯铜作阴极,硫酸铜溶液作电解质溶液。a.电能不会全部转化为化学能,还可转化为热能,错误;b.粗铜接电源正极,发生氧化反应,正确;c.溶液中Cu2+向阴极移动,错误;d.利用阳极没有参与反应的剩余金属即阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属,正确。(5)利用反应2C
18、u+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O可以制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,O2在正极被还原,电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O。,-29-,2,3,4,1,-30-,1,2,3,4,1.金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。下列关于金属的一些说法不正确的是( ) A.合金的性质与其组成金属的性质不完全相同 B.火烧孔雀石Cu2(OH)2CO3制得铜也属于还原法 C.金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子 D.工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的,答案,解析,-31-,1,2,3,4,2.(2019黑龙江哈尔滨月考)下列说法中正确的是( ) A.纯铁易被
19、腐蚀,可以在纯铁中混入碳元素制成“生铁”,以提高其抗腐蚀能力 B.我们使用合金是因为它比纯金属具有更优良的化学性质 C.我国首艘航母“辽宁舰”上用于舰载机降落的拦阻索是特种钢缆,属于金属材料 D.Na、Al、Cu可以分别用电解冶炼法、热还原法和热分解法得到,答案,解析,-32-,1,2,3,4,3.(2019广东中山一中模拟)某化学小组为测定一定质量的某铜铝混合物中铜的质量分数,设计了如下实验方案:,下列有关判断中不正确的是( ) A.溶液A和B均可以是盐酸或NaOH溶液 B.若溶液B选用浓硝酸,则测得铜的质量分数偏小 C.溶液A和B均可选用稀硝酸 D.实验室中方案更便于实施,答案,解析,-3
20、3-,1,2,3,4,4.(2019湖北八市联考)铜是一种重要的金属元素,其单质、合金和化合物具有广泛的用途。下面是涉及铜及其化合物的有关实验探究。回答下列问题: (1)黄铜色如黄金,成分为铜锌合金。某学校化学学习小组同学在实验室中对黄铜与浓硫酸的反应进行了下面的探究。 写出Cu与浓硫酸反应生成SO2的化学方程式: 。 黄铜与浓硫酸反应可选用下列装置中的 。,-34-,1,2,3,4,同学甲采用下列装置验证产生的混合气体中含有H2。,.黄铜与浓硫酸反应生成的混合气体中含有H2的原因是 。,-35-,1,2,3,4,(2)同学乙在做完Cu与浓硫酸反应的实验后,发现有Cu剩余,且铜片上附着黑色粉末
21、。同学乙查阅资料如下: CuS为黑色粉末;25 时,Ksp(CuS)=1.2710-36(molL-1)2;CuS对热不稳定,加热至220 时分解为黑色的Cu2S和硫单质;CuS在空气中加热时迅速被氧气氧化生成黑色的CuO和SO2。 该同学刮下铜片上的黑色粉末,加入试管中,然后加入蒸馏水,振荡,静置后发现上层清液为浅蓝色,下部为黑色物质,由此确定该黑色粉末中含有 。 该同学通过 (填操作名称),得到不溶于水的黑色物质。 请你帮助该同学设计实验验证该黑色物质为CuS: 。,-36-,1,2,3,4,答案 (1)Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2+2H2O 乙、丁 .除去SO2 .检验S
22、O2是否除尽 .浓硫酸 .黑色变为红色 .变为蓝色 .防止空气中的水蒸气对实验结果造成影响 .随着反应的进行,浓硫酸变为稀硫酸,黄铜中的Zn与稀硫酸反应生成H2 (2)CuSO4 过滤 在空气中加热该黑色物质,用湿润的品红试纸检验生成的气体,品红试纸褪色,-37-,1,2,3,4,解析 (1)在加热的条件下,Cu与浓硫酸发生氧化还原反应生成CuSO4、SO2、H2O。浓硫酸与黄铜的反应中,浓硫酸为液体,实验室中用试管作反应器,加热液体时,一般试管口略向上倾斜,故可采用装置乙;也可采用装置丁。因实验的目的是检验H2的存在,故需要除去混合气体中的SO2,故在装置A中盛NaOH浓溶液除去SO2,用品红溶液检验SO2是否除尽;装置C中盛浓硫酸,除去H2中的水蒸气;装置D中干燥的H2与CuO在加热条件下反应;用无水硫酸铜检验生成的水蒸气。(2)得到浅蓝色溶液说明黑色粉末中含有CuSO4。固液分离用过滤操作。加热该黑色物质,用湿润的品红试纸检验生成的SO2即可。,
