一轮复习人教版第9讲金属材料与金属矿物的开发利用学案

第9讲金属材料与金属矿物的开发利用

内容要求

1.结合实例认识金属材料组成、性能与应用的联系。

2.了解镁、铝、铜及其重要化合物的主要性质。

3.以金属矿物的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利

用资源的方法。

知识点1合金及金属材料

网必备知识梳理

、合金

腐1一两种或两种以上.的金属（或金属与非金属）熔合而成

矗一具有金属特性，属于混合物

LI-I[-多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点低

1—,I-合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度大

二、常见金属材料

「高碳钢:硬而脆,热处理后弹性好

赞j*生铁化学L碳素钢阖-史幽:强度高，励性及加工性好

和一L钢成分1L低蝴：韧性、焊接性好,强度低

L合金钢，如不锈钢

L用It最大、用金最广

广青铜（主要含Cu、Sn、Pb）——我国最早使用

铜合金一卜黄铜（主要含Cu.Zn等）

L白铜（主要含Cu、Ni、Zn等）

性能：良好的延展性和导电性

Pl用途:制导线

铝及

（性能:密度小、强度高、塑性好

铝合金铝合金（用途:主要用于建筑业、容器和包装业、

I交通运输业、电子行业等

作用能够大量吸收H,并与凡结

芒多■合成金属氢化物2

I-------［储氢/金）

I~^储氢量大,金属氢化物既容

匡生易形成,稍稍加热又容易分

新

型解,室温下吸、放氢的速率快

Jj_I钛合金卜——

应用航空航天、

p——［耐超金I—生物工程、

电子工业等

------［形状记忆合金卜

@易错易;鼠

1.铁是我国在生产、生活中最早使用的金属材料。（）

2.合金是不同金属熔合而成的具有金属特性的化合物。（）

3.生铁的熔点比纯铁低,但机械强度和硬度比纯铁高。（）

4.不锈钢中的含碳量大于生铁。（）

2形成金属氢化物,可作储氢材料。（）

答案：1.×2.×3.√4.×5.√

网关键能力提升

1.新材料问世常常带动新科技、新技术的应用和发展。下列有关说法

不正确的是（A）

A.中国的航空铝材处于世界领先的行列，该铝材是纯度很高的铝,密

度小、强度高

B.稀土元素被称为“冶金工业的维生素”，加入钢中后可增加钢的韧

性、抗氧化性

C∙“神舟•”六号载人飞船表面覆盖某种特殊材料,这种材料强度高、

耐高温

D.2017年8月，我国宣布成功完成了某超级钢的研制,超级钢从组成

看上是混合物

解析:航空铝材是一种铝合金,铝合金的密度小、强度高,故A错误。

2.比较某合金与铁的相关物理性质，有关数据如表所示：

密度/

熔点/℃硬度(金刚石为10)导电性(银为IOO)

(g∕cm3)

某合金2500

铁153517

已知该合金耐腐蚀。由以上物理性质可以看出，该合金不适合作

(A)

解析:根据表中数据可知，该合金的熔点高、硬度大、导电性差，故不

适合作导线。

知识点2镁、铝、铜及其重要化合物

何必备知识梳理

一、镁的性质及制备

⑴镁:银白色、有金属光泽的固体,密度较小,硬度较低。

(2)镁合金:密度较小,硬度和强度都较大。

镁与非金属的化合物

与非金属

MgAHL与H‘用与CO'-Mg0、c

与热水

Mg(0H),、H2

写出下列反应的化学方程式

(1)与岫反应:3Mg+M型MgN。

⑵与CO2反应:2Mg+C(λ型2MgO+C°

⑶与H2O反应:Mg+2H2OAMg(OH)2+H2t。

阿福丝∙Γ53隹•)石咚乳I

二、铝及其化合物的性质及制备

(1)物理性质

导电、导热、

色、态密度质地存在形式

延展性

银白色,有金属光自然界中以化合

较小柔软良好

泽的固体态存在

(2)化学性质

IAlO;+乩I

常温，遇浓硫一钝化,形成致

密的辄化膜

④强碱酸或浓硝段

⅜⅛⅝Λ.酸者黯TAɪ"+还原产到

φ

FeA

(招热反应)

Ai^÷⅛η

IFe+AiQI

写出图中标号反应的化学方程式或离子方程式:

形成致密的氧化膜

^ʌɪ

①4用+3。2q243

②2A1+3CL⅛⅛2A1CL

7畸强―Al+NO；+4W=AF+NOf+2HO

(WiwBlR)2

ʌlɪ

③玲紫叫2Al+6H,=2Alj,+3⅛f

④2A1+20H+2H20—2A1O,+3H2t

⑤2Al+Fe2θ3∙≡2Fe+Abθ3(铝热反应)

(3)铝土矿提取铝的工艺流程

NaoH溶渣

溶解

I铝土"卢

熔融率「

[AI^P⅛∣Λ∣X~∣^AI(OH),^∣>-

2.铝的氧化物(AI2O3)两性氧化物

-

lɪAI1O,+6H=2A1*+3H10

,两性

Al2(>3--------------

-^S-Al2O3+2OH-=2A1O;+H2O

3.铝的氢氧化物［Al(OH)J两性氢氧化物

主要性质：白色胶状固体,难溶于水,有较强的吸附性。

①强酸回

IAlQJ-受雷IAI(OH)J的

②强破(Aiδ∏

写出上图标号中有关反应的离子方程式:

3+

φAl(0H)3+3H-A1+3H20O

②AI(OH)3+0H-Ag+ZHzO。

三、铜及其化合物性质

——紫红色金属

现化,.不反应

Cuj(OH)1COr

CuO*-^-氮化性酸一CUa非

非金属G金属氧化物

CuCl2

某些捷_CcuU

Cu2S.S-≡^

写出有关反应的化学方程式或离子方程式

(1)铜与硫单质的反应:S+2CU^CU2SO

(2)铜与浓硫酸共热的化学方程式：CU+2H2S0I(浓)2CUSoI+SO2t+2^0。

(3)铜与稀硝酸反应的离子方程式：3CU+8H++2NO?3CU2-+2NOt+4乩0。

(4)铜与浓硝酸反应的离子方程式：Cu+4H-+2NO、Cu2++2NC)2T+2氏0。

(5)铜与FeCh溶液反应的离子方程式:Cu+2Fe*2Fe2*+Cu。

Cu2(OH)2CO1→-CuO-►CuSO4CuSO4∙5H2O

Cutθ>cJθH),

(1)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CuO+2H-CU20+2H-

2+2t

应(H)Cu+H2OCu+Cu+H20

CU0+H2^CU2O+H29=

与乩反应

CU+H202CU+H20

转化关系4CUO≡2CU2O+O2t

（2）氢氧化铜一一蓝色难溶物,是一种弱碱。

I-JCu（OH）j=CuO+H2O

Cu（OH）2-一CU（OH%+21Γ^Cy+2H2O（填离子方程式）

I警誉∙CUQ（破红色沉淀）（检验一CHO或葡翎糖）

（3）铜盐

化学式俗名色态化学性质（用化学方程式表示）

碱式碳绿色CU2(OH)2CO3A

Cu2(OH)2CO3

酸铜固体2CUO+H2O+CO2t

CuSOi,蓝矶或蓝色

CuSOi∙5H2θACuSO4+5H2O

5H2O胆矶晶体

二

白色CuS01+5H20-CuSO1・5H20

CuSO4

粉末(检验水或水蒸气)

反：易错易混］

1.工业制镁粉时,可将镁蒸气在N中冷却。（）

2和。2中完全燃烧,所得固体的质量相同。（）

3.1molAl与足量的稀硫酸或足量的氢氧化钠溶液反应转移电子数

相同。（）

4.可用氢氧化钠溶液除去镁粉中的杂质铝。（）

5.Al（OH）3为两性氢氧化物,与强酸、强碱反应时均生成盐和水。

（）

2。均为红色,可用稀硝酸鉴别。（）

7.铜、铁、镁、铝在潮湿空气中均易形成氧化物保护膜。（）

8.无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水。（）

答案：1.X2.X3.4.J5.-J6.X7.X8.∙J

何关键能力提升

题点一镁的性质及制备

L下列有关金属镁的说法不正确的是（D）

2中燃烧生成MgO和C,是放热反应

B.Mg和稀硫酸反应时,滴加少量硫酸铜溶液,能加快反应速率

C.镁可以用来制造信号弹和焰火,MgO可以作耐高温材料

D.镁条与适量的稀盐酸完全反应,将所得溶液蒸干、灼烧,得到MgCl2

固体

解析:金属Mg可以在CO?中燃烧生成MgO和C,同时放出大量的热,A

项正确;Mg和稀硫酸反应时,滴加少量硫酸铜溶液,Mg置换出Cu,形成

原电池,化学反应速率加快,B项正确;Mg在空气中燃烧发出耀眼的白

光,常用来制造信号弹和焰火,MgO的熔点很高,常用作耐高温材料,C

项正确;氯化镁是强酸弱碱盐，易水解生成氢氧化镁和氯化氢,将所得

溶液蒸干、灼烧，因盐酸具有挥发性,可促进氯化镁水解,所以最后得

到的固体不是氯化镁,而是氢氧化镁受热分解生成的氧化镁,D项错误。

2.已知Mg0、MgCb的熔点分别为2800℃、714℃,将Mg0、MgCl2

加热熔融后通电电解,都可得到金属镁。海水中含有MgCl2,工业上从

海水中提取镁,正确的方法是（D）

-^⅛Mg（0H）2≡Mg

魁MgCl2溶液一MgCb（熔融）≡Mg

&⅛⅜(OH)2≡MgO≡Mg

-^>Mg(OH)2魁MgCl2溶液一MgCI2(熔融)≡Mg

解析:A.海水中镁离子浓度较低,所以要先富集镁,NaOH价格较高,不

符合经济理念,不符合题意;B.海水中镁离子和稀盐酸不反应,海水中

加入稀盐酸得不到浓度较高的MgCl22,如果采用电解熔融MgO的方法

冶炼Mg,会浪费大量能源,不符合题意;D.石灰乳价格较低,氯化镁熔

点较低,先用石灰乳从海水中获取Mg(OH)2,再用稀盐酸溶解Mg(OH)2

得到MgCl2溶液,蒸发浓缩溶液得到MgCI2・6氏0,将MgCl2♦6乩0在HCl

氛围中加热得到无水MgCl2,电解熔融MgCl2得到金属Mg,符合题意。

题点二铝及其化合物的性质及制备

3.下列说法正确的是(A)

2。3、盐酸、NaOH溶液三者之间两两均能发生反应

3溶液中逐滴加入氨水至过量,先产生白色沉淀,后沉淀消失

C.常温下,铝与浓硫酸不反应,故可用铝制容器盛放浓硫酸

D.铝和NaOH溶液反应的离子方程式为A1+2OH=A1O2+2H2t

解析:A项,AbG和盐酸,AI2O3和NaOH溶液,盐酸和NaOH溶液,三组均

能发生反应,正确;B项,氢氧化铝只溶于强碱,不溶于氨水,错误;C项,

常温下,Al与浓硫酸发生钝化,为氧化还原反应,错误;D项,正确的离

子方程式为2A1+20H+2乩0—2A10z+3H2t,错误。

4.某小组用打磨过的铝片进行如下实验,下列分析不合理的是

D)

水)NaoH溶液

浓硝酸

铝片-⅛鼠

①铝片未明②产生气泡③先产生沉淀，

显溶解随后溶解

A.①中铝片发生了钝化

B.②中产生的气泡是氮氧化合物,不是氢气

C.③中沉淀溶解的离子方程式是Al(OH)3+0H=A102+2H20

D.②中加水稀释过程中,仅发生了氧化还原反应

解析:①中铝片没明显溶解，因为浓硝酸具有强氧化性,常温下铝在浓

硝酸中发生钝化,A正确;②中加水,硝酸浓度下降,铝和变稀的硝酸发

生氧化还原反应,产生的气泡是氮氧化合物,不是氢气,B正确;③中沉

淀为AI(OH)3,是两性氢氧化物,其在NaOH溶液中溶解的离子方程式是

Al(OH)3+0H_ΛlO2+2H20,C正确;②中加水稀释过程中，铝表面形成

的氧化物薄膜溶于稀硝酸为复分解反应,过程中不只发生了氧化还原

反应,D错误。

5.室温下,在0.2mol/LAb(SO4)3溶液中,逐滴加入1.0mol/LNaOH

溶液,实验测得溶液PH随NaOH溶液体积变化曲线如图所示。下列有

关说法正确的是(C)

A.a点时,溶液呈酸性的原因是AF'水解,离子方程式为A13++3OH-

Al(OH)3

B.a〜b段,溶液PH增大,AF浓度不变

C.b〜C段,加入的OH主要用于生成AI(OH)3沉淀

D.d点时一,Al(OH)3沉淀开始溶解

解析:A项,Ak(SO)3为强酸弱碱盐,AV水解使溶液显酸性,离子方程

式应为AlFHzOiAl(OH)3+3H；错误;B项,a〜b段,加入NaOH消耗H：

使反应AK+310=Al(OH)3+3H*正向进行,AK的浓度减小,错误;C

项,b〜C段,PH变化不明显,说明OH主要用于生成Al(OH)3沉淀,正

确;D项,C〜d段,PH逐渐增大,沉淀逐渐溶解,到达d点,AI(OH)3已完

全溶解,错误。

©康厨蜡铝及其化合物性质中的“5点”注意

(1)铝的化学性质活泼,但在日常生活中广泛使用的铝制品由于形成

一层致密的氧化膜,保护铝不再被氧化,通常具有较好的抗腐蚀性能。

(2)常温下，能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是两者都能使铝

发生“钝化”，而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。

⑶铝热反应原理的应用：制取熔点较高、活泼性弱于铝的金属，如铭、

锦、鸨等;金属焊接,如野外焊接钢轨等。

(4)既能与盐酸反应,又能与NaOH溶液反应的物质有Al、AbO3、Al(OH)3,

多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3、NaHSO3、NaHzPOi等)，弱酸的钱盐(如

CH3C00NH4^)o

⑸明矶净水原理为明矶电离出的AU水解生成AI(C)H)3胶体,吸附水

中悬浮物而使水净化,其离子方程式为AK+3Hz0一AI(OH)3(胶体)+3HZ

题点三铜及其化合物的性质

I溶液的叙述正确的是(A)

NH£NO3、Mg"可以大量共存

2气体产生蓝色沉淀

2S反应的离子方程式:Cu2'+s2-_CuSI

D.与过量浓氨水反应的离子方程式(j+2NH3・H2O=Cu(OH)2I

+2NHi

解析:CuSO1溶液显酸性,Na∖NH^NO3、Mg?'可以大量共存,A项正

确;CO2与CUSeIl溶液不发生反应,B项错误;HzS属于弱电解质，书写离

子反应方程式时,要写化学式,C项错误;CUSoI溶液与过量浓氨水反应

生成四氨基合铜离子［Cu(NH3)J2：D项错误。

7.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)

A.将表面有铜绿［Cu2(OH)2COJ的铜器放入盐酸中浸泡,除去铜绿

B,将铜丝插入浓硫酸中并加热,观察到实验现象后,终止反应,再加入

水,观察硫酸铜溶液的颜色

2溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水CUCl2固体

D.常温下,将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CUCl2的生成

2(OH)2CO3能与盐酸反应,Cu不能,所以可以用盐酸除去铜绿,正确;B.

铜丝与浓硫酸反应后有浓硫酸剩余,浓硫酸稀释放热,将水加入浓硫

酸中会发生危险,错误;C.氯化铜溶液中存在铜离子的水解,加热促进

水解,也促进HCl的挥发,最终会彻底水解,无法得到CUCI2固体,错

误;D.常温下,铜丝与氯气不反应,错误。

©谶厨蜡铜及其化合物性质中的“4点”注意

(1)可利用反应:2CU+02-^-2CU0除去混合气体中的少量O2O

(2)Cu和Cu2O均为红色物质，要鉴别Cu与Cu2O,可各取一定量样品，

分别加入稀硫酸,若溶液由无色变为蓝色,则该红色物质为Cu2O,若溶

液不变蓝色,则为Cu。

(3)常用CUSOl转化为CUSo4-5H20时固体由白色粉末变蓝色晶体检验

少量水的存在,但注意不能用CUSOi作干燥剂。

(4)铜盐溶液有毒,主要是因为Cu"作为一种重金属离子能与蛋白质作

用，使蛋白质变性，失去生理活性，因此人们利用这一性质用胆矶、熟

石灰、水配成了波尔多液,用来杀灭植物的病毒。

知识点3金属矿物的开发和利用

㈣必备知识梳理

金属化合物中的金属元素都显正价

X金、钳等极少数金属

金属冶炼的过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程，

n

即：M-+ne——M0

3.金属冶炼方法(用化学方程式表示)

Na:2NaCl（熔融）望2Na+ClJ

Mg:MgCX熔融）雪Mg+CIJ

Al：2A1A（⅛⅛⅛）=4A1+30J

冰晶石

高炉炼铁:Fe2O3+3C0嬖=2Fe+3C0z

旦还原WO3：WO3+3H2≡¾=W+3H2θ

焦炭还原制铜：C+2CuO营里2Cu+CO2f

Hg=2HgO=^=2Hg÷O,t

Ag:2Ag≈O=ʌ=4Ag+OJ

KCaNaMgAIZnFeSnPbCUHgAgPlAU

h—电解法∙∣∙热还原法一十热分+其他J

解法方法

昔易混I

1.金属冶炼方法由金属活动性决定。（）

2.金属冶炼的过程,金属离子一定发生还原反应。（）

3.用热分解法可制取金属Hg。（）

4.电解氯化镁溶液制取金属镁。（）

5.冶炼AI时加入冰晶石（NasAlFJ可降低AlCk的熔化温度。（）

6.用热还原法得到的铜还要经过电解精炼才能得到精铜。（）

答案：1.√2.√3.√4.X5.×6.√

呵关键能力提升

L下列关于金属冶炼的说法正确的是（B）

2、AlCl3来制备Mg、Al

D.利用铝热反应8Al+3Fe3O∣≤≥4Al2O3+9Fe炼铁，1mol氧化剂参加反

应转移9N,∖个电子

解析:A.金属的冶炼是将化合物中的金属转化为金属单质，不是把金

属从其矿物中分离出来,错误;B.火法或湿法均可炼铜,其原理分别为

Cu2S+O2蚂2Cu+Sθ2和Fe+CuS（λ-Cu+FeSO42O3来制备Al,错误;D.利用铝

热反应8Al+3Fe301i±4Al203+9Fe炼铁，1mol氧化齐IJ（Fe3O。参力口反应转

移8义个电子,错误。

2.下列金属冶炼的原理不正确的是（B）

A.利用铝热反应制备金属镒:4Al+3MnO2超3Mn+2A12（λ

B.电解氯化钠的水溶液制备金属钠:2NaCl（熔融）处2Na+Ckf

C.利用焦炭还原氧化铜制备粗铜:C+2CuO邈2Cu+CO2t

D.高温分解氧化银制备银单质：2Ag2。酶4Ag+（λ↑

解析:A.可以用铝热反应冶炼熔点高、活泼性弱于铝的金属，利用铝热

反应原理冶炼Mn的反应方程式为4Al+3MnO2≡3Mn+2Al2O3,正确;B.制

备金属钠采用电解熔融的NaCl的方法,反应方程式为2NaCl（熔融）

2Na+Cl2t,若是电解氯化钠的水溶液,得到的是NaOH、H八Cl2,而不能

产生Na,错误;C.在高温下,C与CuO发生反应生成Cu、CO22O不稳定，

高温分解生成Ag和O2,反应方程式为2Ag2i≡4Ag+θ2t,正确。

当堂检测

1.（2021・河北卷）“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的

重大贡献,陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生臻作刀

镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁（含碳量约0∙1%）混合加热，

生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢。下列说法错误的是（C）

B.钢的含碳量越高,硬度和脆性越大

C.生铁由于含碳量高,熔点比熟铁高

2。3

解析:钢是以铁为主的含碳合金,A说法正确;钢的含碳量越高,硬度和

脆性越大,B说法正确;合金的熔点比其组分的熔点低,生铁含碳量

(2%〜4.3%)大于熟铁的含碳量(约0.1%),故生铁熔点比熟铁低,C说

法错误;赤铁矿的主要成分是Fe2O3,D说法正确。

2.(2020•浙江1月选考)下列关于铝及其化合物的说法,不正确的是

(A)

解析:A项，明矶为KAl(SO1)2∙12H20,溶于水可形成具有吸附性的

Al(OH)3胶体,可以作净水剂,但不能作消毒剂,不正确。

3.(2021•湖南卷)一种工业制备无水氯化镁的工艺流程如下：

物质X碳、氯气

海水…A苦卤水-♦沉镁燃烧f氯化一►无水MgClz

下列说法错误的是(D

制备金属镁

C.“氯化”过程中发生的反应为MgO+C+Cb邈MgCl2+C0

D∙“煨烧”后的产物中加稀盐酸,将所得溶液加热蒸发也可得到无水

MgCl2

解析:苦卤水中含有大量镁离子,加入生石灰,生石灰与水反应生成氢

氧化钙,氢氧化钙再与镁离子反应生成氢氧化镁,生石灰来源丰富、价

格便宜,常用来作沉镁的沉淀剂,A说法正确;镁为活泼金属，工业上常

用电解熔融氯化镁的方法来制备金属镁,B说法正确;根据题给流程图

可知，“煨烧”氢氧化镁得到氧化镁，“氯化”过程中，加入碳和氯气

与氧化镁反应,生成无水氯化镁和一种气体,根据原子守恒和化合价

升降守恒可得反应的化学方程式为Mg0+C+Cl2≡MgCl2+C0,C说法正确;

向“煨烧”后所得氧化镁中加稀盐酸,得到氯化镁溶液，由于镁离子会

2+

发生水解反应Mg+2⅛O→⅛（OH）2+2H1,直接蒸发Mgel2溶液,生成的

HCl挥发,最终得到的是氢氧化镁,而不是无水氯化镁,D说法错误。

4.（2021・杭州五校联考）为了探究金属单质M与盐溶液的反应,某同

学进行了下列实验,实验过程及现象如图所示,结合实验现象判断该

同学得出的下列结论中正确的是（C）

混合溶液

解析：向混合溶液中加入金属粉末,反应后溶液为无色,说明铜离子完

全反应,发生金属元素之间的置换反应,加入的金属M