第3章 第12讲 金属材料及金属矿物的开发利用最新修正版.docx

1、第3章 第12讲 金属材料及金属矿物的开发利用最新修正版第12讲金属材料及金属矿物的开发利用课程内容1.结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解金属材料及其重要化合物的主要性质，了解其在生产、生活中的应用。2.结合实例认识金属性质的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质的转化，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要作用。考点一镁、铝及其重要化合物镁、铝、铜是重要的金属材料，应了解它们及其重要化合物的性质。一、镁与海水提镁1.镁的性质与用途(1)物理性质：具有银白色金属光泽的固体。(2)化学性质(写化学方程式)与O2反应：2MgO22MgO(产生强烈白光)与N2反应

2、：3MgN2Mg3N2与CO2反应：2MgCO22MgOC与沸水反应：Mg2H2OMg(OH)2H2提醒：Mg3N2能与水剧烈反应生成Mg(OH)2沉淀并放出氨气，所以只能在干态下制取。(3)用途：生产合金，冶金工业上用作还原剂和脱氧剂。2.海水中提取镁(1)工艺流程(2)基本步骤及主要反应制熟石灰CaCO3CaOCO2，CaOH2O=Ca(OH)2沉淀Mg22OH=Mg(OH)2酸化Mg(OH)22HCl=MgCl22H2O蒸发结晶析出MgCl26H2O脱水在氯化氢气流中使MgCl26H2O脱水制得无水氯化镁电解电解熔融氯化镁制得镁：MgCl2(熔融)MgCl2二、铝及其重要化合物1.铝的结

3、构、存在与性质(1)铝的结构和存在铝位于元素周期表第三周期A族，原子结构示意图为。铝是地壳中含量最多的金属元素。自然界中的铝全部以化合态的形式存在。(2)金属铝的物理性质银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。(3)金属铝的化学性质写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：_。_。_。_。答案4Al3O22Al2O32AlFe2O32FeAl2O32Al6H=2Al33H22Al2OH2H2O=2AlO3H2(4)铝的用途纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。2.铝的重要化合物(1)氧化铝物理性质：白色固体，难溶于水，熔点很高。化学性质(用化

4、学方程式表示)(2)氢氧化铝物理性质：白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。化学性质Al(OH)3的电离方程式为写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：Al(OH)33H=Al33H2O；Al(OH)3OH=AlO2H2O；2Al(OH)3Al2O33H2O。制备向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al33NH3H2O =Al(OH)33NH。(3)常见的铝盐硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。明矾的化学式为KAl(SO4)212H2O，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH(填“”“”或“”)7。明矾可以净水，其净水的原理是Al33H2O Al(OH)3(胶体)3H，Al(OH

5、)3胶体吸附水中的杂质形成沉淀而净水。(1)铝在自然界中有游离态和化合态两种形式()(2)MgO与Al粉的混合物也可称为铝热剂()(3)冶炼铝时常用焦炭作还原剂()(4)铝与少量NaOH溶液反应得到铝盐，与足量NaOH溶液反应生成偏铝酸盐()(5)相同质量的镁条分别在足量的CO2和O2中完全燃烧，所得固体的质量相同()(6)工业上制造镁粉时，可将镁蒸气在N2中冷却()(7)Al2O3的熔点高，可作耐高温材料，实验室可用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3固体等()(8)明矾可作净水剂，起到杀菌消毒的作用()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)1.镁粉能溶于浓氯化铵溶液，且产生两

6、种气体，请结合镁单质的性质及平衡移动理论解释这事实。答案在氯化铵溶液中存在水解平衡：NHH2O NH3H2OH，溶液呈酸性，Mg是活泼的金属，能与H反应产生H2，使上述水解平衡向右移动，逸出氨气。2.酸溶法提纯Al2O3的过程如下讨论回答下列问题：(1)写出中可能发生反应的离子方程式。答案Al2O36H=2Al33H2O，Fe2O36H=2Fe33H2O。Al34OH=AlO2H2O，Fe33OH=Fe(OH)3。(2)步骤中不用氨水沉淀Fe3的原因：_。答案Al(OH)3只能溶于强碱，不能溶于氨水，用氨水不能将Fe(OH)3和Al(OH)3分离题组一镁、铝单质的性质及应用1.镁是一种活泼的金

7、属单质，下列关于金属镁的说法中正确的是()A.镁能与NaOH溶液反应生成Mg(OH)2沉淀B.大量镁条燃烧引起的火灾不能用干冰灭火器灭火C.镁在任何条件下都不能与水反应D.镁能在N2中燃烧，且生成MgN答案B解析镁不是两性金属，不能与NaOH溶液反应，故A错误；镁能在CO2中燃烧，故B正确；镁在加热条件下能与水反应生成氢氧化镁和氢气，故C错误；镁能在N2中燃烧，且生成Mg3N2，故D错误。2.下列关于铝单质的叙述中，正确的是()A.不能用铝制的器皿来盛放酸梅汤或碱水是因为铝会和酸或碱反应B.铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性是因为铝的化学性质很稳定C.铝和NaOH溶液反应：Al2OH=AlO2H2

8、D.用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热，熔化后的液态铝会滴落下来，是因为金属铝的熔点较低答案A解析A项，无论是铝还是其氧化物都能与酸或碱反应，正确；B项，铝表面形成致密的氧化膜，错误；C项，电荷、电子均不守恒，正确的离子方程式为2Al2OH2H2O=2AlO3H2，错误；D项，打磨后的铝箔在酒精灯上灼烧表面生成Al2O3，高熔点的Al2O3兜住了熔融的液态铝，不会滴落，错误。3.Mg、Al组成的混合物与足量盐酸反应，产生标准状况下的氢气4.48 L，下列推断中不正确的是()A.参加反应的Mg、Al共0.2 molB.参加反应的HCl为0.4 molC.Mg、Al在反应中共提

9、供0.4 mol电子D.若与足量的稀硫酸反应能产生0.2 mol H2答案A解析反应的实质为Mg2H=Mg2H2，2Al6H=2Al33H2，n(H2)0.2 mol，则参加反应的n(HCl)n(H)0.4 mol。因为盐酸足量，故产生H2的量取决于金属的量，所以若换成足量的稀H2SO4，同样产生0.2 mol H2。依据得失电子守恒，由2HH2得电子总数为0.4 mol。0.2 mol Mg在反应中提供0.4 mol电子，0.2 mol Al在反应中提供0.6 mol电子，0.2 mol Mg、Al混合物提供的电子应大于0.4 mol而小于0.6 mol，A项不正确。题组二Al2O3和Al(

10、OH)3的两性4.(2018闵行区二模)探究氢氧化铝的两性，最适宜的试剂是()A.Al、NaOH溶液、稀盐酸B.Al2O3、氨水、稀盐酸C.Al2(SO4)3溶液、NaOH溶液、稀盐酸D.AlCl3溶液、氨水、稀盐酸答案C解析可溶性的铝盐Al2(SO4)3溶液与少量NaOH溶液反应生成氢氧化铝沉淀，继续加过量的氢氧化钠，氢氧化铝沉淀会溶解，氢氧化铝沉淀中加盐酸也会溶解。5.下列除去杂质的方法不正确的是()A.镁粉中混有少量铝粉：加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥B.用过量氨水除去Fe3溶液中的少量Al3C.Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液

11、中通入过量CO2后过滤D.MgO中混有少量Al2O3：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤、洗涤、干燥得到MgO答案B解析Al(OH)3不溶于氨水，故向含少量Al3的Fe3溶液中加入过量氨水时，Fe3、Al3均转化为氢氧化物沉淀，达不到除杂的目的。6.用含少量镁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝，下列操作步骤中最恰当的组合是()加盐酸溶解加烧碱溶液溶解过滤通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀加入盐酸生成Al(OH)3沉淀加入过量烧碱溶液A. B. C. D.答案B解析若先加盐酸，Mg、Al均溶解，制取Al(OH)3的步骤较多；从NaAlO2制备Al(OH)3，加盐酸不容易控制量的多少，故B项操作步骤为最佳

12、顺序。含铝杂质的提纯方法归类利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于强碱的特性，可除去许多物质中的含铝杂质，如：(1)Mg(Al)：加足量NaOH溶液。(2)Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液。(3)Mg(OH)2Al(OH)3：加足量NaOH溶液。(4)Mg2(Al3)：加过量NaOH溶液，过滤，再加酸充分溶解。考点二铜及其化合物1.单质铜(1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。(2)化学性质常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里则会被锈蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的_。有关化学方程式_。写出下列化学方程式：铜在空气中加热：_；铜丝在硫蒸气中反应

13、：_。答案铜锈2CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO32CuO22CuO2CuSCu2S2.铜的重要化合物(1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，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：Cu2(OH)2CO32CuOCO2H2O，可溶于稀硫酸，离子方程式：Cu2(OH)2CO34H=2Cu2CO23H2O。(2)黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O，化学方程式为4CuO2Cu2OO2。(3)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CuSO45H2OCuSO45H2O。(4)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

14、方程式为Cu2O2H=CuCu2H2O。(1)CuO是黑色固体，与水反应生成Cu(OH)2()(2)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物()(3)无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水()(4)将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀()(5)CuSO45H2O失去结晶水属于物理变化()答案(1)(2)(3)(4)(5)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)CuCuSO4硫酸铜溶液CuSO45H2O(2)CuCuO硫酸铜溶液CuSO45H2O(3) 对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？为什么？答案方案(1)：产生污染性气体，且消耗硫酸较多。方案(2)：消耗能量较多，且

15、步骤复杂。方案(3)：不产生污染性气体，原料利用率高，节约能源。因此方案(3)更经济合理。1.某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，下列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，除去铜绿答案D解析铜丝与浓硫酸反应后，仍有大量浓硫酸存在，不能把水加入反应器中，否则会发生危险，A项错误；Cu与Cl2在常温下不反应，需要加热才能发生反应，B项错误；CuCl2水

16、解生成的HCl易挥发，加热蒸干能促进CuCl2的水解而得不到CuCl2固体，C项错误。2.已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H 发生反应：Cu2O2H=CuCu2H2O。将经高温灼烧后的CuO样品投入足量的热的稀硝酸溶液中，下列有关说法中正确的是()A.如果溶液变为蓝色，同时有紫红色固体出现，说明样品全部生成Cu2OB.溶液中最终可能有紫红色固体出现C.该实验的结果无法说明CuO分解的程度D.如果溶液中出现蓝色，最终没有紫红色固体出现，说明CuO没有分解答案C解析解答此题的关键是明确稀硝酸具有酸性和强氧化性，能溶解CuO、Cu2O和单质Cu，因而该实验结果无法说明CuO分解的程度。3

17、.(2018河北邯郸教学质量检测)某化合物M由两种常见的元素组成，为了测定其组成进行如下实验：M的化学式可能为()A.Cu2S B.CuS C.FeS2 D.Fe3S4答案A解析由题意并结合选项可知，1.60 g M在高温下反应生成的气体是二氧化硫，二氧化硫被双氧水氧化为硫酸，根据滴定过程消耗的氢氧化钠，可以求出n(S)n(SO2)n(H2SO4)n(NaOH)20.00103 L0.1 molL10.01 mol，所以m(S)0.32 g，则m(金属)1.60 g0.32 g1.28 g，假若是铜，则n(Cu)0.02 mol，M可能为Cu2S；假若是铁，则n(Fe)0.023 mol，没有

18、与之对应的选项。综上所述，A项正确。考点三金属材料与金属矿物的开发利用1.合金(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。(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。熔点：一般比它的各成分金属的低；硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。2.常见金属材料金属材料(1)重要的黑色金属材料钢钢是用量最大、用途最广的合金。钢(2)几种有色金属材料铝及铝合金铜及铜合金3.金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中的存在在地壳中除了金、铂等少数极不活泼的金属外，绝大多数金属元素以_形式存在。(2)金属冶炼的实质金属元素只有正价，没有负价，所以金属

19、的冶炼过程就是把金属从其化合物中_出来的过程。(3)金属冶炼的方法热分解法如由HgO、Ag2O冶炼Hg、Ag：_、_。热还原法a.CO还原Fe3O4：_；b.H2还原WO3：_；c.C还原ZnO：ZnOCZnCO。电解法工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为_、_、_。答案(1)化合物(2)还原(3)2HgO2HgO22Ag2O4AgO2Fe3O44CO3Fe4CO2WO33H2W3H2O2NaCl(熔融)2NaCl2MgCl2(熔融)MgCl22Al2O34Al3O24.铝热反应实验中的有关问题实验装置实验现象镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度

20、下发生剧烈的反应；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中实验结论高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热Fe2O32Al2FeAl2O3原理应用制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等；金属焊接，如野外焊接钢轨等(1)金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性()(2)金属元素的单质在常温下均为固体()(3)合金材料中不可能含有非金属元素()(4)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属()(5)合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属()(6)金属氧化物与铝粉的混合物都是铝热剂()(7)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高()(8)电解氯化镁溶液制取金属镁()

21、答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)题组一金属材料与合金1.(2019武汉调研)下列生活用品中主要由黑色金属材料制造的是()A.塑钢门窗 B.不锈钢刀C.纯铜导线 D.18K金首饰答案B解析冶金工业上习惯把铁、铬、锰以及它们的合金(主要指合金钢及钢铁)叫做黑色金属材料。塑钢门窗是以聚氯乙烯树脂为主要原料制造的，A项错误；不锈钢刀为铁的合金，主要由黑色金属材料制造而成，B项正确；纯铜导线为铜单质，铜属于有色金属，C项错误；18K金首饰为金的合金，属于有色金属材料，D项错误。2.C919大型飞机的制造采用了大量新材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是()A.铝锂合金是铝与锂

22、形成的混合物B.铝锂合金的硬度比锂大C.铝锂合金的熔、沸点比铝低D.铝锂合金耐酸碱腐蚀答案D解析铝锂合金中的铝既能与酸反应，又能与碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。3.(2018唐山调研)现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取硬铝样品进行如下实验(每一步试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成可能为(提示：Si2OHH2O=SiO2H2)()样品A.Al、Mg、Si、Zn B.Al、Fe、Zn、NaC.Al、Na、Cu、Fe D.Al、Cu、Mg、Si、Mn答案D解析通过反应知合金中必须含有排在金属活动性顺序中H之前的金属和H之后的金属或其他非金属；由反应知合金中必须含有

23、Si及排在金属活动性顺序中H之后的金属或其他非金属。题组二金属冶炼方法的选择4.(2018芜湖质检)下列说法正确的是()A.工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气B.钢铁厂用热还原法冶炼铁C.工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al不涉及氧化还原反应D.MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg答案B解析电解NaCl溶液生成NaOH、H2和Cl2，得不到单质钠，A错误；电解熔融Al2O3发生的是氧化还原反应，C错误；工业上冶炼镁是电解熔融MgCl2而不是MgO，D错误。5.金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有非常重要的应用。完成下列填空：(1)镓(Ga)与铝同主族。写出镓的氯化物与氨水

24、反应的化学方程式：_。(2)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：2Al4BaO3BaBaOAl2O3常温下Al的金属性比Ba的金属性_(填“强”或“弱”)。利用上述方法可制取Ba的主要原因是_。a.高温时Al的活泼性大于Bab.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(1)GaCl33NH3H2O=Ga(OH)33NH4Cl(2)弱d解析(1)由AlCl3与NH3H2O的反应可推出化学方程式。(2)依据元素周期律可知Al的金属性弱于Mg，Mg的金属性弱于Ba。应从化学平衡移动的观点分析此反应发生的原因。有些很活泼的金属也可以用还原法来冶炼，如NaKClKNaCl2RbClMgMgCl22Rb等，主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，汽化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。题组三铝热反应及应用6.铝热反应的本质是利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来，关于铝热反应解答下列问题：(1)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有_。A.KCl B.KClO3 C.MnO2 D.Mg