【全程学习方略】高中化学第2节 铝与铝合金课件 鲁科版必修1

1、第2课时金属与金属材料1.了解金属的通性,了解金属材料的分类。2.了解不锈钢等合金的性质。3.掌握铜的性质。了解金、银的性质及其应用。一、金属材料1.金属材料的分类类型成分黑色金属材料_及其合金有色金属材料除黑色金属以外的其他金属材料及其合金铁、铬、锰2.重要的黑色金属材料钢铁(1)钢铁：钢铁是铁和碳等的合金的总称：生铁 钢(2)不锈钢：不锈钢是一种具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性的合金材料：铬、镍 二、金属的通性1.金属的物理通性汞 导电 导热 2.金属的化学通性(1)金属元素只有正化合价,在化合物中的主要化合价为:_、_、_价。(2)金属单质只有还原性,无氧化性。+1+2+3三、几种有色金属

2、材料金、银、铜1.金、银、铜的物理性质及主要用途金银铜颜色_硬度软软较小导电、导热和延展性金、银、铜均具有良好的导电性、导热性和延展性。导电、导热性最好的是_,延展性最好的是_用途电子元件,制造飞机和航天器部件制造化学电源,有机合成中的催化剂制造电线、电缆;制“铜芯片”,制造水管黄色银白色紫红色银金2.铜的化学性质2.铜的化学性质2Cu+O2 2CuO =2Cu+O2+H2O+CO2=Cu2(OH)2CO32Cu+S Cu2S=3.氧化铜与硫酸铜晶体氧化铜高温下分解:_蓝矾受热分解:_4.几种新型金属材料(1)铀(U)用做核电厂反应堆的核燃料。(2)镅(Am)在烟雾探测器中用做烟雾监测材料。(

3、3)钛(Ti)被誉为“21世纪的金属”,是一种“亲生物金属”。4CuO 2Cu2O+O2CuSO45H2O CuSO4+5H2O高温=【思考辨析】1.判断正误(1)常温下金属都是具有导电性、导热性和延展性的固体。 ( )分析:常温下,汞是液体,其余金属是固体。(2)铁及其化合物都属于黑色金属。( )分析:黑色金属包括铁、铬、锰及其合金,铁的化合物不是黑色金属。(3)日常生活生产中使用的钢铁制品的成分都是纯铁。( )分析:普通钢铁都是铁碳合金。(4)可用无水硫酸铜粉末检验水蒸气。( )分析:无水硫酸铜粉末遇水变蓝。(5)铜制品用久了会变绿是因为被氧化成了氧化铜( )分析:铜制品会变绿是因为生成了

4、碱式碳酸铜。2.问题思考(1)金属元素从游离态到化合态一定是被氧化吗?分析:因为金属元素只有正化合价,没有负化合价,从游离态到化合态一定是化合价升高,一定是被氧化。(2)实验室中制取硫化铜时为什么不用铜粉和硫粉直接混合加热?分析:硫与变价金属反应只能生成低价金属硫化物,铜粉和硫粉在加热条件下只能生成硫化亚铜,不能生成硫化铜。【知识链接】生铁工业生铁含碳量一般在2.5%4%,并含C、Si、Mn、S、P等元素,是用铁矿石经高炉冶炼的产品。根据生铁里碳存在形态的不同,又可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。延展性物体在外力作用下能延伸成细丝而不断裂的性质叫延性;在外力(锤击或滚轧)作用下能碾成薄

5、片而不破裂的性质叫展性。电子元件电子元件是组成电子产品的基础,常用的电子元件有:电阻、电容、电感、电位器、变压器、三极管、二极管、IC等。一、铜及其化合物的性质1.铜的化学性质与非金属反应O2O2+2Cu 2CuO(黑色)SS+2Cu Cu2S(黑色)Cl2Cl2+Cu CuCl2(棕色烟)与金属阳离子反应Ag+2Ag+Cu=Cu2+2AgFe3+2Fe3+Cu=Cu2+2Fe2+点燃=与强氧化性酸反应稀硝酸8HNO3(稀)+3Cu= 3Cu(NO3)2+2NO+4H2O浓硫酸2H2SO4(浓)+Cu CuSO4+SO2+2H2O在潮湿空气中生锈2Cu+CO2+H2O+O2= Cu2(OH)2

6、CO3(铜绿)=2.氧化铜的化学性质化学性质反应方程式高温分解4CuO 2Cu2O+O2 与酸反应CuO+2H+=Cu2+H2O氧化性CuO+CO Cu+CO2=(黑色)(红色)高温=3.硫酸铜的性质(1)物理性质:硫酸铜固体为白色粉末状,溶于水或形成胆矾晶体后呈蓝色。(2)化学性质:与碱反应硫酸铜溶液与碱反应生成蓝色氢氧化铜沉淀,可应用这一性质检验溶液中的铜离子。反应的离子方程式为Cu2+2OH-=Cu(OH)2与活泼金属(如Fe)发生置换反应反应的离子方程式为Cu2+Fe=Cu+Fe2+与硫化氢反应硫酸铜溶液与硫化氢反应生成黑色沉淀硫化铜,可应用这一性质检验硫化氢气体。反应的离子方程式为C

7、u2+H2S=2H+CuS【知识备选】氢气还原氧化铜实验注意事项(1)首先检验氢气的纯度。(2)加热之前要先通入一段时间氢气再用酒精灯加热试管,这是为了排干净试管内原有的空气。(3)实验完成后先熄灭酒精灯,等试管冷却后再停止通氢气,这是为了防止热铜被空气中的氧气氧化成氧化铜。【学而后思】(1)CuO与Cu2O相比哪个稳定性强?提示:Cu在空气中加热生成CuO,而CuO高温条件下分解生成Cu2O和氧气,说明在温度较低时CuO稳定性强,而在高温时Cu2O稳定性强。(2)某学生想测定Cu-Zn合金中铜的质量分数,实验室只提供了一瓶未标明浓度的稀盐酸和必要的仪器。你认为在现有条件下能否测出铜的质量分数

8、?提示:能。因为在Cu、Zn两种金属中,只有锌跟盐酸反应放出氢气。二、金属的化学通性金属单质在化学反应中容易失电子,作还原剂。1.与非金属单质反应(1)与氧气反应:金属+氧气金属氧化物:2Mg+O2 2MgO 2Cu+O2 2CuO3Fe+2O2 Fe3O4 2Na+O2 Na2O2(2)与硫反应:变价金属与硫反应生成低价金属硫化物:Fe+S FeS 2Cu+S Cu2S(3)与氯气反应:变价金属与氯气反应生成高价金属氯化物:2Fe+3Cl2 2FeCl3 Cu+Cl2 CuCl2点燃=点燃=点燃=点燃=点燃=点燃=. . .2.与水反应钠、钾等活泼金属能与水反应。2Na+2H2O=2NaOH

9、+H22K+2H2O=2KOH+H23.与酸的反应(1)非氧化性酸:金属活动顺序中排在氢前面的金属能与盐酸、稀硫酸等反应生成氢气:Mg+2H+=Mg2+H2Fe+2H+=Fe2+H2(2)氧化性酸:金属遇硝酸、浓硫酸反应不生成氢气,反应时一般把浓硝酸还原成二氧化氮,把稀硝酸还原成一氧化氮,把浓硫酸还原成二氧化硫:Fe(少量)+6HNO3(浓) Fe(NO3)3+3NO2+3H2O3Fe(过量)+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO+4H2OFe(少量)+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO+2H2OCu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2+2H2O. . . . .=4.与盐反

10、应2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3CuCu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag2FeCl3+Fe=3FeCl22FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2(用于雕刻铜线路板)5.与氧化物反应2Mg+CO2 2MgO+C铝热反应:2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe点燃=高温=【知识备选】金属单质还原性强弱比较(1)对于金属还原剂来说,金属单质的还原性强弱一般与金属活动性顺序相一致,即越位于后面的金属,越不容易失电子,还原性越弱。还原性:KCaNaMgAlMnZnCrFeNiSnPb(H)CuHgAgPtAu(2)依据金属阳离子氧化性的强弱,金属阳离子的氧化性越强,单质的还原性

11、越弱。K+Ca2+Na+Mg2+Al3+Zn2+Cr3+Fe2+Sn2+Pb2+(H+)Cu2+Hg2+Fe3+Ag+Pt2+Au2+(3)根据化学方程式判断:还原剂还原性强于还原产物的还原性。【学而后思】(1)金属阳离子是否只有氧化性?提示:最高价金属阳离子只有氧化性,中间价态金属阳离子既有氧化性又有还原性,如Fe2+。(2)通常用加热分解硝酸银的方法制单质银,硝酸银受热分解的产物中含有银、二氧化氮和另一物质,则该物质可能是什么?提示:氧气。根据氧化还原反应中元素化合价有降低必然有升高,银和二氧化氮都是化合价降低的产物,故氧化产物应该为氧气。类型一 铜的性质【典例】在某探究性学习中,老师要求

12、同学们在实验室中用氧化铜、稀硫酸和铁来制取纯净的铜,并探究铜的性质。(一)制取铜甲、乙两位同学分别设计了如下两个制取铜的实验方案。甲:CuO溶于适量稀硫酸中在的溶液中加入稍过量的铁粉,充分反应后,过滤、烘干,即得纯净的铜。乙:铁与稀硫酸反应得氢气将氢气通过氧化铜粉末立即加热,充分反应后停止加热,冷却即得纯净的铜。回答下列问题:(1)若两位同学消耗的稀硫酸和铁的量分别相同,请判断他们所制得铜的质量大小关系_。A.相同B.甲多C.乙多 D.以上三种情况均有可能(2)丙同学认为上述两种制铜方案均需要加以完善。甲同学的方案不完善的原因是_。乙同学的方案不完善的原因是_。完善甲同学的方案的一种方法是:将

13、所得的铜粉放入烧杯中,加入_,不断搅拌,然后_、_、_,即得到纯净的铜。(二)探究铜的性质(1)将所得铜粉放入氯化铁溶液中,有关反应的离子方程式为_,该实验说明铜具有_性。(2)将少量铜粉放入浓硝酸溶液中,实验现象为_。【解题指南】解答本题时要注意以下2点:(1)甲同学方案中加入的铁粉过量。(2)乙同学方案中氢气还原CuO的实验操作不规范。【解析】(一)甲同学将CuO溶于适量稀硫酸中得硫酸铜溶液,再加入稍过量的铁,充分反应后,过滤、烘干,所得固体为铁和铜的混合物,要得纯净的铜,需将固体放入过量稀硫酸,再过滤、洗涤、烘干。乙同学的方案中氢气还原氧化铜时需先通氢气驱赶装置中的空气,再加热使反应进行

14、,最后还需通一段时间氢气直至冷却,若两位同学消耗的稀硫酸和铁的量分别相同,则乙同学制得铜的质量少。(二)铜与氯化铁反应说明铜具有还原性;铜粉放入浓硝酸中,固体溶解,溶液呈蓝色,生成红棕色的气体二氧化氮。答案:(一)(1)B(2)甲方案中过量的铁混在制备的铜中,会使制得的铜中含有杂质铁,并且没有洗涤乙方案中通入氢气立即加热,可能会引起爆炸;反应结束后立即停止加热,热的铜会被氧气氧化,且氢气还原氧化铜时,氢气利用率太低过量稀硫酸过滤洗涤烘干(二)(1)Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2+还原(2)固体溶解,溶液呈蓝色,生成红棕色的气体【名师点评】讲解本题时应注意以下3点:(1)准确把握铜及其化合物

15、间的转化关系;(2)能够把题干中所提供的信息转化成化学语言,根据题目要求求解;(3)巩固对铜及其化合物的实质的理解。【变式训练】某工厂排放的酸性废水中含有较多的Cu2+,对农作物和人畜都有害,欲采用化学法除去有害成分,最好是加入下列物质中的( )A.食盐、硫酸B.胆矾、石灰水C.铁粉、生石灰D.苏打、盐酸【解析】选C。A无法除去铜离子;B加胆矾无意义,反而增加石灰水的用量;C铁粉可置换Cu2+,生成单质Cu,再加生石灰可除去生成的Fe2+,C项正确;D无法除去铜离子。【变式备选】向27.2 g Cu和Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5 L,固体物质完全反应,生成NO和Cu(NO3)2。

16、在所得溶液中加入1.0 molL-1的NaOH溶液1.0 L,此时溶液呈中性,金属离子已完全沉淀,沉淀质量为39.2 g。下列有关说法不正确的是()与Cu2O的物质的量之比为21B.硝酸的物质的量浓度为2.6 molL-1C.产生的NO在标准状况下的体积为4.48 L、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3为0.2 mol【解析】选B。根据题意可知,得到的金属离子的沉淀为氢氧化铜0.4 mol,根据元素守恒可以确定原混合物中有铜0.2 mol,有氧化亚铜0.1 mol,将溶液变成中性时消耗硝酸1 mol,沉淀铜离子只消耗了0.8 mol,因此反应过程中硝酸过量0.2 mol,由于固体混合物与硝酸的反

17、应为氧化还原反应,该反应过程中铜元素的化合价均升高为+2价,化合价升高了0.4 mol+0.2 mol=0.6 mol,硝酸中氮原子的化合价由+5价降低为+2价,因此生成的一氧化氮的物质的量为0.2 mol,根据氮元素守恒可以判断原溶液中硝酸的物质的量为1.2 mol,浓度为2.4 molL-1。类型二 金属性质【典例】在一定条件下可实现下图所示物质之间的转化:请填写下列空白:(1)孔雀石的主要成分是CuCO3Cu(OH)2(碱式碳酸铜),受热易分解。上图中的F是_。(2)明矾KAl(SO4)212H2O与过量NaOH溶液反应的离子方程式是_。(3)图中所得G和D都是固体,混合后在高温下可发生

18、反应,则该反应的化学方程式是_。(4)每生成1 mol D,同时生成_mol E。【解题指南】解答本题时要注意以下2点:(1)四羟基合铝酸钠能与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀。(2)高温条件下铝与金属氧化物的反应可考虑铝热反应。【解析】A是NaAl(OH)4,有关反应为Al3+4OH-=Al(OH)4-;孔雀石受热分解的化学方程式为CuCO3Cu(OH)2 2CuO+CO2+H2O,则F应是CO2,G是CuO;A与F反应的离子方程式为CO2+Al(OH)4-=Al(OH)3+ ,沉淀是Al(OH)3,受热分解生成H2O和Al2O3(即B);Al2O3电解生成Al和O2。因D为固体,则D是Al,E

19、是O2;Al和CuO的反应类似于铝热反应;最后一问可用化学反应方程式2Al2O3 4Al+3O2来计算。答案:(1)CO2(2)Al3+4OH-=Al(OH)4-(3)3CuO+2Al Al2O3+3Cu(4)3/4 电解=高温=【名师点评】建议通过讲解本题,指导学生总结解答无机框图推断题的解题思路。重点突出2点:(1)读懂框图中各物质间的转化关系,找到解题的突破口,突破口一般是一些特殊的现象或某物质的特殊性质。(2)需要熟练掌握常见物质的性质及某些反应现象,根据突破口结合框图转化关系,正推或逆推,找出相关物质。最后再按框图转化关系验证推断是否合理。【方法规律】无机化学推断题的解题技巧做推断题

20、的关键是找“突破口”。推断题目一般具有一个较明显的“突破口”,故解题时要有“全局观”,首先完整阅读题目,以寻求着手点,然后进行分析、推理。解答好此类题目的关键是对所学物质性质的转化关系熟练运用,并要有较强的发散思维能力。常见的突破口有:物质的颜色。如一些特殊单质或者化合物的颜色。物质的特殊结构。物质之间的一些特殊转化关系。另外一些特殊的反应现象、特殊物质的特殊颜色、存放的特殊方法、实验室制取的特殊方法等都可以成为做推断题的“突破口”。【变式训练】人类每年都要从大自然中提取大量的金属,用于满足日常生活和工农业生产的需要。(1)钢铁是我们日常生活中使用最多的金属材料。高炉炼铁常以焦炭、铁矿石、石灰

21、石、空气等为原料。炼铁过程中,一氧化碳和赤铁矿(主要成分为Fe2O3)反应的化学方程式为_。(2)我国钢铁年产量很高,但因锈蚀造成的损失也很惊人。人们常采取在铁制品表面涂刷油漆或镀上其他金属等方法,以防止其锈蚀。上述方法所依据的原理是_。(3)我国矿物储量很丰富,但人均占有量并不多,所以请保护金属资源!下面几种做法中,可有效保护金属资源的是_(填字母)。a.回收利用废旧金属制品b.任意开采铁矿石c.铁制品不加处理,存放在潮湿的环境中d.寻找、开发金属的替代品【解析】(1)一氧化碳在高温下将Fe2O3还原成Fe。(2)钢铁生锈主要是因为其与接触的潮湿空气反应。涂油漆或镀上其他金属是避免其与潮湿的

22、空气接触。(3)保护金属资源的措施从以下两点考虑:减少金属的开采,开发替代品。减少金属的损失,如防止腐蚀,回收废旧金属等。答案:(1)3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2(2)将铁制品与空气和水隔绝(或将铁制品与潮湿的空气隔绝)(3)a、d高温=【变式备选】甲、乙、丙、丁、戊分别是Cu、Ag、Fe、Al、Mg五种金属中的一种,(1)甲、丙均能与稀硫酸反应放出气体;(2)乙与丁的硝酸盐反应置换出单质丁;(3)丙与强碱反应放出气体;(4)丙、戊能被浓硫酸钝化,由此判断甲、乙、丙、丁、戊依次为()、Cu、Mg、Ag、Fe、Cu、Al、Ag、Fe、Ag、Al、Cu、Fe、Cu、Al、Ag、Mg【解析】

23、选B。(1)能与稀硫酸反应放出气体的为在金属活动性顺序表中排在氢前面的金属,甲、丙为Fe、Al、Mg三者之中的两种;(2)可得出乙比丁活泼的结论;(3)只有Al与强碱反应能放出气体,所以丙为Al;(4)能被浓硫酸钝化的为Fe、Al两种元素,由此可推断出戊为Fe;则由(3)(4)可知(1)中Fe、Al已排除,即甲为Mg,则(2)中乙为Cu,丁为Ag。1.人类最早使用的金属是()A.铜B.铁C.银D.铅【解析】选A。由于自然界中存在天然的青铜,所以铜是人类最早使用的金属,大约在公元前4000年。铁的使用大约在公元前2000年,其他金属的使用则更晚一些,所以正确答案为A。2.下列物质不属于合金的是(

24、)A.钢铁 B.水银 C.黄铜 D.硬铝【解析】选B。由两种或两种以上的金属或金属跟非金属熔合而成的具有金属特性的物质属于合金。水银是金属单质,不属于合金。3.(双选)下列说法正确的是()A.工业炼铁的原料是赤铁矿和一氧化碳B.钠投入氯化铁溶液中可置换出铁单质C.铝的冶炼技术基本成熟,可以大量生产D.电解法炼铝时每生成1 mol铝单质转移3 mol电子【解析】选C、D。工业炼铁的原料是赤铁矿和碳;钠与水反应,不能从氯化铁溶液中置换出铁单质;电解法制铝时每生成1 mol铝单质转移3 mol电子。4.(2013深圳高一检测)赤铜矿的成分是Cu2O,辉铜矿的成分是Cu2S,将赤铜矿与辉铜矿混合加热有

25、以下反应:Cu2S+2Cu2O 6Cu+SO2。对于该反应的下列说法正确的是()A.该反应中的氧化剂只有Cu2O2S在反应中既是氧化剂又是还原剂既是氧化产物又是还原产物D.生成1 mol Cu,转移2 mol电子【解析】选B。Cu2S和Cu2O都是该反应的氧化剂,同时Cu2S还作还原剂,Cu是还原产物,生成1 mol Cu,转移1 mol电子。=5.铜是生命必需的元素,也是人类最早使用的金属之一,铜的生产和使用对国计民生各个方面产生了深远的影响。(1)在西汉古籍中曾有记载:曾青得铁则化为铜即:曾青(CuSO4)跟铁反应就生成铜。试写出该反应的化学方程式:_。(2)不法分子有时用铜锌合金制成假金币行骗。下列方法中,能有效鉴别其真假的是_。A.观察颜色B.查看图案C.用手掂量轻重D.滴一滴硝酸在金币的表面,观察现象(3)若一同学取C