用途广泛的金属材料.docx

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用途广泛的金属材料

专题：

元素及其化合物

第五讲：

用途广泛的金属材料即开发利用金属矿物

[考纲解读]　1.知道镁、铜及其重要化合物的性质。

2.了解合金的概念及重要应用。

3.了解常见金属的活动顺序及金属冶炼的一般方法。

4.了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用。

【高考热点】热点一

1、镁的性质

化

学

性

质

物理性质

（）色金属，表面有致密的氧化膜

与氧气反应

方程式：

与氮气反应

与二氧化碳反应

与沸水反应

与非氧化性酸反应

（盐酸）

与某些盐溶液反应

（硫酸铜溶液）

与某些盐溶液反应

（氯化铵溶液）现象？

【深度思考】镁可以和空气中的哪些物质反应？

写出氮化镁和水反应的化学方程式

2、氧化镁和氢氧化镁

物质

MgO

Mg（OH）2

类别

与水反应

与盐酸反应

制备

【技能训练】（2011年广东广州五校联考）镁和铝分别与等浓度、等体积的过量稀硫酸反应，产生气体的体积（V）与时间（t）关系如图3－14－4。

反应中镁和铝的（）

A．转移电子数之比为2∶3

B．摩尔质量之比为2∶3

C．物质的量之比为3∶2

D．反应速率之比为2∶3

【规律方法】海水中镁的提取

1．流程

2．有关反应的化学方程式

MgCl2＋Ca（OH）2===Mg（OH）2↓＋CaCl2

Mg（OH）2＋2HCl===MgCl2＋2H2O

MgCl2·6H2O

MgCl2＋6H2O↑

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

【例3】　海水是镁的主要来源之一，从海水中提取金属镁的主要生产步骤有：

①浓缩结晶　②加熟石灰　③加盐酸　④过滤　⑤熔融电解

（1）正确的生产顺序是______________。

（2）以上提取镁的全过程中，没有涉及的化学反应类型是________（填序号）。

A．分解反应B．化合反应

C．置换反应D．复分解反应

（3）下列关于提取镁的说法中，不正确的是_____________________________________（填序号）。

A．此法的优点之一是原料来自大海

B．进行①②③步骤的目的是富集MgCl2

C．常用电解熔融氧化镁的方法制取镁

D．电解冶炼镁要消耗大量电能

【高考热点】二、铜及其主要化合物的性质

1、铜元素在周期表中的位置及结构：

铜元素在元素周期表中位于第周期第族，原子结构示意图为：

；

电子排布式为：

。

2、单质铜

（1）物理性质：

________色固体，具有良好的延展性、导____性和导____性。

（2）化学性质

反应物质

化学方程式

非金属

O2

①潮湿的空气_____________________               __

                                                               （______固体）

②在空气中加热____________________________

_______________________________     （____固体）

Cl2

S

氧化性酸

浓H2SO4

浓HNO3

稀HNO3

盐

AgNO3

FeCl3

2.氧化铜和氧化亚铜

名称

氧化铜

氧化亚铜

颜色

与酸反应（H＋）

Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O

与H2反应

转化关系

3．氢氧化铜

（1）物理性质：

____色____溶于水的固体。

（2）化学性质：

Cu（OH）2属于________，能与____反应生成盐和水。

4．CuSO4·5H2O

CuSO4·5H2O为色晶体，俗称。

无水CuSO4为色粉末，遇水变色（生成CuSO4·5H2O），可作为水的检验依据。

【深度思考】某研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案：

（1）Cu

CuSO4

硫酸铜溶液

CuSO4·5H2O。

（2）Cu

CuO

硫酸铜溶液

CuSO4·5H2O。

（3）

硫酸铜溶液

CuSO4·5H2O。

对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？

2.某课外研究小组，用含有较多杂质的铜粉，通过不同的化学反应精制CuO，其设计的实验过程为

（1）杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物，灼烧后含有少量铜的可能原因是　　　　。

a．灼烧过程中部分氧化铜被还原

b．灼烧不充分铜未被完全氧化

c．氧化铜在加热过程中分解生成铜

d．该条件下铜无法被氧气氧化

（2）由粗制氧化铜通过两种途径制取纯净CuO，与途径Ⅰ相比，途径Ⅱ有明显的两个优点是________________________________________________________________________。

（3）有同学指出，由CuSO4溶液到生成CuO少了一个环节，即应先生成Cu（OH）2沉淀，过滤洗涤后再加热分解Cu（OH）2得CuO。

以下说法不可能成为减少该环节的理由的是　　　　。

A．CuO比Cu（OH）2颗粒粗大，更易于过滤从溶液中分离

B．Cu（OH）2分解温度较低，加热其浊液即可使其分解

C．干态下分解Cu（OH）2，温度难以控制，可能因温度过高导致CuO进一步分解生成Cu2O

D．过滤分离出的CuO不需洗涤就已非常纯净

3、铜及其化合物的转化关系

【高考热点】三、金属的性质

1．金属的物理性质

金属具有共同的物理性质（金属光泽、导电性、传热性、延展性等）。

大多数金属单质呈________色，但________等少数金属有特殊颜色。

除____外，常温下金属都是固体。

不同的金属，密度相差较大，其中密度最小的金属是____（0.534g·cm－3），常见金属中密度最大的是____（Pt，俗称白金，21.45g·cm－3）。

金属中硬度最大是____（Cr）。

金属的熔、沸点相差也很大，__________的熔点都低于水的沸点（100℃），而熔点最高的____达到3410℃。

金属可分成重金属和轻金属（以单质密度________g·cm－3为界）、有色金属和黑色金属（冶金工业中常用，铁、铬、锰是黑色金属）、常见金属和稀有金属（根据含量）等。

2．金属的化学性质

金属原子的最外层电子数一般______个，在化学反应中易失电子，因而常做________，表现出较强的还原性，其主要表现为：

（1）易与O2、Cl2、Br2等非金属反应；

（2）大多数能与H2O反应；

（3）大多数能与酸反应；

（4）一般能与盐溶液发生反应。

问题思考

1．怎样判断金属活动顺序？

金属性与电子得失的多少有关吗？

2．金属的冶炼与其单质的使用早晚与什么有关？

【高考热点】四、合金的概念及其重要应用

1．合金

（1）概念：

合金是指________________________________熔合而成的具有____________的物质。

（2）性能：

合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。

①熔点：

一般比它的各成分金属的____；

②硬度和强度：

一般比它的各成分金属的__________。

2．常见的合金

（1）我国最早使用的合金是________，铜合金的种类很多，除青铜外，常见的还有________（含Zn及少量Sn、

Pb、Al等）和________（含Ni、Zn、Mn）。

（2）钢是用量最大、用途最广的合金。

性能：

良好的延展性和导电性,

用途：

制导线

钢

（3）几种有色金属材料

①有色金属材料：

除黑色金属以外的其他各种金属材料及其合金。

②几种有色金属材料

性能：

良好的导电性和导热性

用途：

制导线

铝

铝及

铝合金

性能：

密度小、强度高、塑性好、易于成型、

制造工艺简单、成本低廉

用途：

主要用于建筑业、容器和包装业、,

交通运输业、电子行业等

铝合金

性能：

良好的导电性和导热性

用途：

主要用于电器和电子工业、建筑业

铜

铜及

铜合金

铜合金：

青铜是我国使用最早的合金，常见的还

有黄铜和白铜

【深度思考】

3．铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。

下列与这些用途无关的性质是（　　）

A．不易生锈B．导电性好

C．密度小D．强度高

4．某化学兴趣小组对奥运会金牌成分提出猜想：

甲认为金牌是由纯金制成；乙认为金牌是由金银合金制成；丙认为金牌是由黄铜（铜锌合金）制成。

为了验证他们的猜想，请你选择一种试剂来证明甲、乙、丙猜想的正误（　　）

A．硫酸铜溶液B．稀硝酸C．盐酸D．硝酸银溶液

【高考热点】五、金属矿物的开发和利用

1．金属在自然界中存在的形态

除了____、____等极少数金属外，绝大多数金属以________的形式存在于自然界中。

在这些金属化合物中，金属元素都显____化合价。

2．金属冶炼的实质

使金属化合物中的金属离子____电子被________为金属单质的过程：

Mn＋＋ne－===M。

3．金属冶炼的一般步骤

4．金属冶炼方法

（1）热分解法

例如：

2HgO

2Hg＋O2↑，2Ag2O

4Ag＋O2↑。

用热分解冶炼法冶炼金属的特点是：

金属元素的金属性____，金属元素的原子________失去电子，其金属离子________得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性________。

（2）热还原法冶炼金属

①焦炭还原法。

例如：

C还原ZnO、CuO，其化学方程式依次为_______________________。

②一氧化碳还原法。

例如：

CO还原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为_________________。

③氢气还原法。

例如：

H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为_____________________。

④活泼金属还原法。

例如：

Al还原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为_________________。

（3）电解法冶炼金属

例如：

Al2O3、MgCl2、NaCl的电解反应，其化学方程式依次为________________________。

【深度思考】

5．能否用电解AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg?

6．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？

7．2005年诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。

工业上冶炼钼的化学原理为：

①2MoS2＋7O2

2MoO3＋4SO2；

②MoO3＋2NH3·H2O===（NH4）2MoO4＋H2O；

③（NH4）2MoO4＋2HCl===H2MoO4↓＋2NH4Cl；

④H2MoO4

MoO3＋H2O；

⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼。

则下列说法正确的是（　　）

A．MoS2煅烧产生的尾气可直接排入空气中

B．MoO3是金属氧化物，也是碱性氧化物

C．H2MoO4是一种强酸

D．利用H2、CO和铝分别还原等量的MoO3，所消耗还原剂的物质的量之比为3∶3∶2

【规律方法】一、金属的活动顺序表的应用

　常见金属的活动顺序为：

金属在__________中失去电子生成阳离子的能力依次________，对应阳离子得电子能力依次增强。

该规律有多种应用，归纳如下：

1．判断金属与酸能否发生置换反应

排在____前边的金属可与非氧化性酸发生置换氢的反应。

2．判断金属与盐溶液能否发生置换反应

排在前边的较活泼的金属能把排在后边的金属从其____溶液中置换出来，生成________和________。

3．判断金属与水能否发生置换反应

（1）极活泼金属（K、Ca、Na）可与____水发生置换氢的反应；

（2）活泼金属（Mg、Al）可与____水发生置换氢的反应；

（3）较活泼金属（Zn、Fe）与水蒸气在高温下反应，可置换水中的氢生成氢气，但生成的氢氧化物受热分解，最后得到金属氧化物；

（4）排在氢后边的金属与水不反应。

4．判断原电池正、负极及电极反应

由两种金属构成的原电池电极，位于金属活动顺序表前面的金属为____极。

（1）负极反应：

电极金属____电子被________，形成金属阳离子进入溶液。

（2）正极反应：

溶液中微粒（酸性条件下为H＋，中性条件下为H2O和O2）在____极上得到电子被还原。

5．判断金属在自然界的存在状态

6．判断金属氢氧化物的热稳定性强弱

金属活动顺序表中越位于前面的金属，其氢氧化物越________，越________分解，越后面的金属氢氧化物越易分解，极不活泼的金属Pt、Au甚至无氢氧化物。

7．判断金属的冶炼方法

金属冶炼是金属离子得到电子，被还原成金属原子的过程。

金属活动顺序表中的不同金属，因金属离子结合电子能力不等，所以冶炼方法不同。

【高考热点】五、铝热反应

1．本质

利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来：

________________________________________________________________________。

2．实验（以Al和Fe2O3的反应为例）

（1）实验步骤

①把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起使四周都有四层。

把内层滤纸取出，在其底部剪一个孔，用水润湿，再套回架在铁圈上的纸漏斗上（如图所示），下面放置一盛沙子的蒸发皿。

②把5g干燥的氧化铁粉末和2g铝粉混合均匀，放在纸漏斗上，上面加少量氯酸钾固体并在混合物中间插一根镁条。

③用燃着的小木条点燃镁条，观察发生的现象。

（2）实验现象：

当外露部分镁条刚刚燃毕时，纸漏斗内的混合物________________，发出__________，产生大量的烟。

纸漏斗被烧破，有______________落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为____________。

（3）实验结论：

在高温下，铝与氧化铁反应，放出__________________________________，

化学方程式：

_______________________________________________________________。

3．反应特点

在高温下进行，反应迅速，放出大量的热。

新生成的金属单质呈液态且易与__________分离。

4．应用

（1）在生产上，可用于________等。

（2）在冶金工业上用于______________。

5．铝热剂

（1）在铝热反应中，反应混合物（铝、金属氧化物）称为__________。

（2）能与Al组成铝热剂的金属氧化物常见的有________、__________、__________、________、________等。

【深度思考】

8．粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。

进行如下实验：

①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；

②另取20gA全部溶于0.15L6.0mol·L－1盐酸中，得溶液C；

③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12L（标况）气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；

④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。

请填空：

（1）①中引发铝热反应的实验操作是________，产物中的单质B是________。

（2）②中所发生的各反应的化学方程式是________________________________________。

（3）③中所发生的各反应的离子方程式是_______________________________________。

（4）若溶液D的体积仍视为0.15L，则该溶液中c（Mg2＋）为__________，c（Fe2＋）为_______。

9．某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：

“反应放出大量的热，并放出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。

查阅《化学手册》知：

Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如下：

物质

Al

Al2O3

Fe

Fe2O3

熔点/℃

660

2054

1535

1462

沸点/℃

2467

2980

2750

（1）该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。

理由是：

该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。

你认为他的解释是否合理：

________（填“合理”或“不合理”）。

（2）设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。

该实验所用试剂是__________，反应的离子方程式为_________________________________________。

（3）实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是________（填序号）。

A．浓硫酸B．稀硫酸

C．稀硝酸D．氢氧化钠溶液

10．用铝热反应还原下列物质，制得金属各1mol时，消耗铝最少的是（　　）

A．MnO2B．Cr2O3C．V2O5D．Fe3O4

【技能训练】见步步高习题集

【教学反思】