4 第3节 金属材料 复合材料.docx

1、4 第3节 金属材料 复合材料第3节金属材料复合材料金属材料复合材料1金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中的存在形式绝大多数金属化合物中的金属元素都显正价|金、铂等极少数金属(2)金属冶炼的一般步骤(3)金属冶炼的实质金属冶炼的过程就是使金属化合物中的金属离子得到电子被还原为金属单质的过程，即Mnne=M。(4)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)Na：2NaCl(熔融)2NaCl2 Mg：MgCl2(熔融)MgCl2 Al：2Al2O3(熔融)4Al3O2 |高炉炼铁：Fe2O33CO2Fe3CO2 铝热反应制铬：2AlCr2O32CrAl2O3 焦炭还原铜：C2CuO2CuCO2 |Hg：

2、2HgO2HgO2 Ag：2Ag2O4AgO22合金(1)概念：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)性能熔点：多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点低。硬度：合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度大。3常见金属材料(1)常见黑色金属材料钢铁钢是用量最大、用途最广的合金。钢(2)常见有色金属材料铜、铝铝及铝合金铝铝合金铜及铜合金铜铜合金：包括青铜、黄铜、白铜，其中青铜是我国使用最早的合金。4复合材料(1)概念：将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的一种材料。(2)组成基体：在复合材料中起黏结作用。增强体：在复合材料中起骨架作用。(3)分类按基体按增强体

3、形状(4)性能：既保持或发展了原来材料的长处，又能弥补原材料的不足。(1)冶炼Mg时只能电解MgCl2不能电解MgO，原因是MgO的熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本。(2)冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3，原因是AlCl3是共价化合物，熔融态不导电。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。(3)用热还原法得到的铜还要经过电解精炼才能得到精铜。(4)金属制成合金后性能也随之改变，并且合金比纯金属用途更广泛，但合金的性质并不是其各成分金属的性质之和。(5)并非所有的金属都能形成合金，因为两种金属必须熔合在一起才能形成合金。如果一种金属还未熔化时，另一种金

4、属已经汽化，则一般不能熔合在一起，如Cu与Na、Fe与Na等不能形成合金。 1判断正误，正确的打“”，错误的打“”(1)金属矿物的开发利用金属氧化物与铝粉的混合物都是铝热剂。()用金属钠在高温下还原TiCl4可制取金属钛。()人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高。()工业上电解熔融的Al2O3制备Al，涉及氧化还原反应。()(2)金属与合金的性质和应用金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性。()金属元素的单质在常温下均为固体。()金属元素在不同化合物中化合价均相同。()大多数金属元素的单质为电的良导体。()铝合金的熔点比纯铝的高。()合金材料中不可能含有非金属元素。()港珠澳

5、大桥的建设使用了大量钢材，钢材是合金。()铁是人类在生产、生活中最早使用的金属。()合金中的金属元素都以化合态形式存在。()合金的硬度一般大于其成分金属，而熔点一般低于其成分金属。()答案：(1)(2)2下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是()选项金属存在形式冶炼方法A金游离态金子比沙子密度大，利用水洗法直接分离B银化合态银的金属性弱，用加热Ag2O的方法冶炼C铁化合态用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物D钠化合态钠的金属性强，一般还原剂很难将其还原出来，所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼解析：选D。钠一般由电解熔融NaCl的方法来制取，而电解饱和食盐水得到的是NaOH、

6、H2和Cl2。1由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是()Fe2O3NaClCu2SAl2O3A BC D解析：选D。非常活泼的金属如Na、K、Mg、Al等用电解法冶炼。2.(2021广东省选择考模考)“嫦娥五号”成功着陆月球，展示了以芳纶为主制成的五星红旗，用SiC增强铝基材料钻杆“挖土”，实现了中国首次月球无人采样返回。下列有关说法错误的是()A月壤中含有的3He，其质子数为3B制作五星红旗用的芳纶为合成纤维C制作钻杆用的SiC增强铝基材料属复合材料D运载火箭用的液O2液H2推进剂在工作时发生氧化还原反应解析：选A。A.3He的质子数为2，质量数为3，A说法错误；B.芳纶为芳香族聚酰胺纤维

7、，则制作五星红旗用的芳纶为合成纤维，B说法正确；C.SiC增强铝基材料由碳化硅和颗粒状的铝复合而成，C说法正确；D.运载火箭用的液O2液H2推进剂在工作时发生氧化还原反应，释放出大量的热量及气体，推动火箭运动，D说法正确。3(2021宁德高三模拟)五金铁中记载：“若造熟铁，则生铁流出时，相连数尺内，低下数寸，筑一方塘，短墙抵之。其铁流入塘内，数人执柳木排立墙上众人柳棍疾搅，即时炒成熟铁。”以下说法不正确的是()A金属冶炼方法由金属活动性决定B熟铁比生铁质地更硬，延展性稍差C炒铁是为了降低铁水中的碳含量D该法与近代往生铁水中吹空气炼钢异曲同工解析：选B。活动性不同的金属，其冶炼方法不同，即金属冶

8、炼方法由金属活动性决定，故A正确；熟铁比生铁质地更软，且延展性好，故B错误；炒铁过程中降低了铁水中的碳含量，从而将生铁转化成熟铁，故C正确；该冶炼方法和近代往生铁水中吹空气炼钢，都是利用空气中氧气氧化C元素，其原理基本相同，故D正确。4(2020豫南九校联考)球墨铸铁中含有一种铁碳化合物X。某实验小组为测定化合物X的组成设计实验如下：下列说法不正确的是()A固体2是氧化铁BX的化学式可以表示为Fe3C2C溶液甲加热、蒸发、灼烧也可得到24.0 g固体DX与足量的热浓硝酸反应有NO2和CO2生成解析：选B。X在空气中煅烧转化为CO2气体与铁的氧化物，再经盐酸、氯气处理后得到FeCl3溶液(溶液乙

9、)，加热、蒸发时，FeCl3水解得到Fe(OH)3，灼烧Fe(OH)3得到固体Fe2O3(固体2)，A项正确；n(Fe2O3)0.15 mol，故n(Fe)0.3 mol，m(Fe)16.8 g，则m(C)18.0 g16.8 g1.2 g，n(C)0.1 mol，n(Fe)n(C)31，故X的化学式可以表示为Fe3C，B项错误；溶液甲加热、蒸发、灼烧过程中，Fe2会被空气中的氧气氧化为Fe3，最后得到的固体也是Fe2O3，C项正确；热浓硝酸和铁碳化合物反应，碳元素被氧化成CO2，氮元素被还原为NO2，D项正确。5航母螺旋桨主要用铜合金制造。80.0 g CuAl合金用酸完全溶解后，加入过量氨

10、水，过滤得白色沉淀 39.0 g，则合金中Cu的质量分数为_。解析：因加入过量的氨水会发生反应Cu24NH3H2O=Cu(NH3)424H2O，故得到的白色沉淀为Al(OH)3，物质的量为0.5 mol，据Al原子守恒可知Al的质量为13.5 g，则Cu的质量为66.5 g，Cu的质量分数约为83.1%。答案：83.1%定量测定合金组成与含量的两种方法(1)定量集气法定量集气法指收集合金中某种物质溶于酸或碱溶液时所产生的气体的量，应用化学方程式或关系式来判断合金的组成。其原理的关键点是利用某组分的特殊性质(特别是与酸或碱反应能产生气体)进行实验；其操作要点和注意事项有保证装置的气密性良好，注意

11、收集气体的读数方法。(2)沉淀法沉淀法测定物质含量是常用的一种方法，采用沉淀法时涉及的基本实验操作和主要问题有称量、溶解(溶解试剂)、沉淀(重点是沉淀剂的选择)、过滤、沉淀的洗涤、沉淀的干燥、称量及数据的处理(包括测定结果的误差分析)。 铜及其重要化合物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)化学性质写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：化学方程式：2CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO3。化学方程式：2CuSCu2S。与氧化性酸反应a与浓硫酸共热的化学方程式：Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O；b与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu8H2

12、NO=3Cu22NO4H2O。与盐溶液反应(写离子方程式)a与硝酸银溶液：Cu2Ag=2AgCu2；b与FeCl3溶液：Cu2Fe3=2Fe2Cu2。2氧化铜和氧化亚铜名称氧化铜氧化亚铜颜色黑色砖红色与酸反应(H)CuO2H= Cu2H2OCu2O2H= Cu2CuH2O与H2反应CuOH2 CuH2OCu2OH22CuH2O转化关系4CuO2Cu2OO23.氢氧化铜(1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。(2)化学性质及应用写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：化学方程式：Cu(OH)2CuOH2O。离子方程式：Cu(OH)22H=Cu22H2O。4铜盐(1)碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3

13、的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，它是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，受热易分解：Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO2。(2)硫酸铜CuSO45H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO45H2O)，可作为水的检验依据。(3)铜盐的毒性铜盐溶液有毒，是因为铜离子能使蛋白质变性而失去生理活性，故可利用胆矾、熟石灰、水配成波尔多液，用来杀灭植物的病毒。(1)通常利用反应2CuO22CuO除去混合气体中的少量O2或测定混合气体中O2的含量。(2)无水CuSO4常用作水的检验试剂；由于其吸水效率低，一般不用作干燥剂。(3)铜可在O2和H共存环境中逐渐溶解，

14、如2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O。 1判断正误，正确的打“”，错误的打“”(1)(2020浙江7月选考)工业上可采用高温冶炼黄铜矿的方法获得粗铜。()(2)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成。()(3)检验CO2中是否含有H2O(g)可将气体通入装有无水CuSO4的干燥管中。()(4)浓H2SO4使CuSO45H2O失水是物理变化。()(5)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物。()(6)无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水。()(7)将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀。()(8)铜是导电性最好的金属材料。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2(

15、2020河南十校联考)据央视新闻报道，考古人员在江西发掘一座距今2 000多年、迄今保存最完好的西汉古墓。在古墓中有10余吨西汉铜钱。这些铜钱锈迹斑斑，铜锈的主要成分可表示为Cu2H2CO5。下列有关判断正确的是()A铜锈中Cu和C的化合价均为2B铜质文物表面的铜锈可用稀硝酸除去C铜锈易溶于水D32 g铜生成铜锈转移1 mol电子解析：选D。铜锈中Cu为2价，C为4价，A项错误；稀硝酸能够溶解铜锈，也能溶解铜，除去铜质文物表面的铜锈应用稀硫酸或稀盐酸，B项错误；铜锈难溶于水，C项错误；铜生成铜锈时，铜由0价变为2价，32 g(0.5 mol)铜生成铜锈时，转移1 mol电子，D项正确。演练一铜

16、及其重要化合物的性质1(2020安徽江淮十校第二次联考)实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是()A将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuSB向Cu与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察CuSO4溶液的颜色C向CuSO4溶液中加入适量的NaOH，过滤、洗涤并收集沉淀加热以制取CuOD在淀粉溶液中加入适量稀硫酸并微热使其水解，再加入少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热，产生砖红色沉淀解析：选C。硫的氧化性较弱，只能将铜氧化为1价生成Cu2S，A项错误；稀释铜与过量的浓硫酸反应后的溶液，应将反应后的溶液缓慢加入水中，并不断搅拌，B项错误；CuSO4与NaOH溶液反应生成Cu(OH)2沉淀

17、，过滤、洗涤、加热后可得CuO，C项正确；淀粉水解后应先加入NaOH溶液至溶液呈碱性，再加入新制Cu(OH)2悬浊液并加热，才会产生砖红色沉淀，D项错误。2为了比较铁和铜的金属活动性强弱，某化学研究小组的同学设计了如下方案，并将实验结果记录如下：方案现象或产物将铁片置于CuSO4溶液中铁片上有亮红色物质析出将铁丝和铜丝分别在氯气中燃烧产物分别为FeCl3和CuCl2将铁片和铜片分别放入热的浓硫酸中产物分别为Fe2(SO4)3和CuSO4将铁片和铜片分别放入稀硫酸中铁片上有气泡逸出，铜片上没有气泡逸出将铁片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接铁片逐渐溶解，铜片上有气泡逸出能根据上述现象

18、或产物证明铁的金属活动性比铜强的方案共有()A2种 B3种C4种 D5种解析：选B。铁能置换出铜，可证明铁比铜活泼；铁能置换出稀硫酸中的氢，而铜不能，可证明铁比铜活泼；铁、铜、稀硫酸形成原电池，铁做负极，铜做正极，可证明铁比铜活泼，共有3种方案符合题意，选项B正确。演练二铜及其重要化合物的综合利用与有关计算3(2020福州高三调研)某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物，工业上以该废渣为原料生产CuCl22H2O晶体的工艺流程如下：下列说法正确的是()A焙烧过程中每有1 mol CuS参加反应，则消耗3 mol O2B焙烧后的废气能使酸性高锰酸钾溶液退色C滤渣中主要含铁的氧化物D将获得的C

19、uCl22H2O晶体直接加热可制得CuCl2固体解析：选B。A项，2CuS3O22CuO2SO2，由化学方程式可知，1 mol CuS消耗1.5 mol O2，错误；B项，废气中含有SO2，能使酸性高锰酸钾溶液退色，正确；C项，调节pH时，Fe3水解转化为Fe(OH)3而除去，错误；D项，将CuCl22H2O直接加热脱水，Cu2水解，HCl挥发促进水解平衡正向移动，产生Cu(OH)2，无法得到CuCl2固体，错误。4向13.6 g Cu和Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.25 L，固体物质完全反应，生成NO和Cu(NO3)2。向所得溶液中加入1 L 0.5 molL1的NaOH溶液，反应

20、后溶液恰好呈中性，此时金属离子已完全转化为沉淀，所得沉淀的质量为19.6 g。下列说法不正确的是()ACu与Cu2O的物质的量之比为21B稀硝酸的物质的量浓度为2 molL1CCu、Cu2O与稀硝酸反应后剩余HNO3的物质的量为0.1 molD产生的NO在标准状况下的体积为2.24 L解析：选B。A项，nCu(OH)20.2 mol，设原混合物中Cu为x mol，则x mol64 gmol1(0.2x) mol144 gmol113.6 g，故x0.1，即n(Cu)0.1 mol，n(Cu2O)0.05 mol，A项正确。B项，设原稀硝酸的浓度为a molL1，由氧化还原反应中得失电子守恒及反

21、应前后N原子守恒可知，0.25a(0.120.0521)30.51，得a2.4，B项错误。D项，由得失电子守恒可知，n(NO)0.1 mol230.05 mol2130.1 mol，D项正确。C项，由N原子守恒可知，Cu、Cu2O与稀硝酸反应后剩余HNO3的物质的量为2.4 molL10.25 L0.1 mol2(0.1 mol0.05 mol2)0.1 mol，C项正确。1(2020高考全国卷，7，6分)宋代千里江山图描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石颜料主要成分为Cu(OH)2CuCO3，青色来自蓝铜矿颜料主要成分为Cu(OH)22CuCO3。下列说法错误的是(

22、)A保存千里江山图需控制温度和湿度B孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化C孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱DCu(OH)2CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)22CuCO3解析：选C。Cu(OH)2和CuCO3在高温时均易分解，在潮湿的空气中会有微量溶解，因此保存千里江山图需控制温度和湿度，A项正确；孔雀石和蓝铜矿颜料中的Cu元素均为2价，处于Cu元素的最高价态，因此孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化，B项正确；Cu(OH)2和CuCO3均能与强酸发生反应，C项错误；Cu(OH)2中Cu的质量分数为65.3%，CuCO3中Cu的质量分数为 51.6%，因此Cu(OH)2CuCO3中铜的质量分数高于Cu

23、(OH)22CuCO3中铜的质量分数，D项正确。2(2018高考海南卷)铜是人类发现最早并广泛使用的一种金属。回答下列问题：(1)实验室使用稀硫酸和H2O2溶解铜片，该反应的化学方程式为_。(2)电子工业使用FeCl3溶液刻蚀印刷电路板铜箔，写出该过程的离子方程式：_。配制的FeCl3溶液应保持_(填“酸性”“碱性”或“中性”)，原因是_。(3)溶液中Cu2的浓度可采用碘量法测得：2Cu25I=2CuIII2S2O=S4O3I反应中的氧化剂为_。现取20.00 mL含有Cu2的溶液，加入足量的KI充分反应后，用0.100 0 molL1 的Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶

24、液25.00 mL，此溶液中Cu2的浓度为_molL1。答案：(1)CuH2O2H2SO4=CuSO42H2O(2)Cu2Fe3=Cu22Fe2酸性防止Fe3水解生成Fe(OH)3(3)Cu20.125 03(2018高考全国卷，26，14分)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：相关金属离子c0(Mn)0.1 molL1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Fe3Fe2Zn2Cd2开始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4回答下列问题：(1)焙烧过程中主要

25、反应的化学方程式为_。(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有_；氧化除杂工序中ZnO的作用是_，若不通入氧气，其后果是_。(3)溶液中的Cd2可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为_；沉积锌后的电解液可返回_工序继续使用。解析：(1)在焙烧过程中ZnS和O2反应生成ZnO和SO2。(2)溶液中的Pb2与SO不能共存生成PbSO4沉淀，SiO2不溶于H2SO4，即滤渣1中含SiO2和PbSO4。氧化除杂过程中O2能将溶液中Fe2氧化生成Fe3，加入ZnO能调节溶液的pH，促进Fe3完全水解。由题表知Fe2、Zn2开始沉淀和沉淀完全时

26、的pH非常接近，若不通入O2将Fe2氧化为Fe3，加入ZnO后无法除去Fe2，会影响Zn的纯度。(3)根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应为Cd2Zn=CdZn2。(4)结合图示可知电解ZnSO4溶液时生成Zn，即电解时Zn2在阴极被还原，电极反应式为Zn22e=Zn。沉积Zn后的电解液中主要含有H2SO4，可返回溶浸工序中继续使用。答案：(1)2ZnS3O22ZnO2SO2(2)PbSO4调节溶液的pH无法除去杂质Fe2(3)Cd2Zn=CdZn2(4)Zn22e=Zn溶浸一、选择题1中华人民共和国勋章使用铜胎镀金材质，主要元素为国徽、五角星、中国结、如意、兰花等，主色调为红色和金色

27、。下列关于金属材料的说法正确的是()A铁是人类在生产、生活中最早使用的金属材料B金、银、铜是应用最广泛的金属材料C钛被誉为“21世纪的金属”，应用前景很广阔D铜是导电性、导热性最好的有色金属解析：选C。铜是人类最早使用的金属材料，A错；铁、铝及其合金是应用最广泛的金属材料，B错；银的导电性比铜好，D错。2下列有关金属的工业制法中正确的是 ()A制钛：用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛B炼铁：用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物C制铝：通电条件下，电解熔融AlCl3D炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜解析：选B。A中不能用TiCl4溶液，要用熔融状态的TiCl4；C中熔融AlCl3不导电，应电解熔融Al2O3制取单质Al；D中电解法精炼铜的原料是粗铜。3合金与纯金属制成的金属材料相比，优点是(