2014届高考化学一轮复习 第三单元金属及其化合物第4节用途广泛的金属材料、金属矿物利用考纲点击教学案

第4节用途广泛的金属材料、金属矿物利用eq\a\vs4\al(考纲点击)1．了解常见金属的活动性顺序。2．了解合金的概念及其重要应用。3．了解铜及其化合物的主要性质。一、合金1．概念由____或____________________________熔合而成的具有______特性的物质。2．性质特点（1）多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点______。（2）合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度______。即时训练1化学与科学、技术、社会、环境密切相关。下列有关说法中正确的是（）。A．合金一定是金属和金属熔合而成的B．铝合金的熔点和硬度均高于纯铝C．合金的物理性质一般与其各成分金属的物理性质完全相同D．合金的物理性质一般与其各成分金属的物理性质不同二、常见的金属材料金属材料包括________和______，分为__________材料和__________材料。1．黑色金属材料——钢铁钢是用量最大、用途最广的合金。2．有色金属材料——铜和铝的合金（1）铜合金我国使用最早的合金是________，除此之外常见的铜合金还有________和________。（2）铝合金①性质特征：__________、__________、易于加工、成本低廉且表面易形成____________，从而具有一定的抗腐蚀能力。②主要用途：建筑业、容器和包装业、交通运输及电子行业。即时训练2下列有关说法中正确的是（）。A．钢、青铜、硬铝和金刚石都是合金材料B．在我国使用最早的合金是生铁C．普通钢铁比纯铁耐腐蚀D．不锈钢和目前流通的硬币都是合金三、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，所以金属的冶炼过程就是把金属________________的过程。3．金属冶炼的方法（1）热分解法如由HgO、Ag2O冶炼Hg、Ag：2HgOeq\o(=,\s\up7(△))2Hg＋O2↑2Ag2Oeq\o(=,\s\up7(△))4Ag＋O2↑（2）热还原法①CO还原Fe3O4：Fe3O4＋4COeq\o(=,\s\up7(高温))3Fe＋4CO2②H2还原WO3：WO3＋3H2eq\o(=,\s\up7(高温))W＋3H2O③C还原ZnO：ZnO＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))Zn＋CO↑（3）电解法工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为：______________________、______________________、______________________。即时训练3下列金属冶炼的反应原理，错误的是（）。A．2NaCl（熔融）eq\o(=,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑B．2AlCl3（熔融）eq\o(=,\s\up7(通电))2Al＋3Cl2↑C．Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2D．2HgOeq\o(=,\s\up7(△))2Hg＋O2↑特别提示：（1）选择金属的冶炼方法时，要依据金属活动性顺序：①热分解法，冶炼的是排在金属活动性顺序后面的一些不活泼金属；②热还原法，冶炼的是排在金属活动性顺序中处于中间位置的金属；③电解法，冶炼的是排在金属活动性顺序前面的一些比较活泼的金属。（2）电解法冶炼活泼金属时，除Al是电解熔融的Al2O3外，其他（如Na、K、Mg等）金属，一般是电解熔融的氯化物。一、金属活动性顺序及其应用金属活动性顺序KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu原子失电子能力由大到小，还原性由强到弱阳离子得电子能力由小到大，氧化性由弱到强与O2反应常温易被氧化常温能被氧化常温干燥空气中不易被氧化加热时能被氧化不能被氧化与H2O反应常温置换出氢加热或与水蒸气反应置换出氢不能置换出水中的氢与酸反应[剧烈反应并置换出酸中的氢能置换出酸中的氢，Fe、Al常温下在浓硝酸、浓硫酸中钝化不能置换稀酸中的氢与强氧化性酸反应只与王水反应与碱反应与碱液中的水反应仅Al、Zn能跟强碱水溶液反应与盐反应先与水反应排在前面的金属能从盐溶液中置换出后边的金属冶炼方法电解法热还原法加热分解法物理方法【例1－1】Al、Fe、Cu都是重要的金属元素。下列说法中正确的是（）。A．三者对应的金属阳离子的氧化性Cu2＋最强B．三者的单质放置在空气中均只生成氧化物C．制备AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用将溶液蒸干的方法D．电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时阴极依次析出Cu、Fe、Al【例1－2】铜、银、金是人类最早认识的三种金属，因为很早就被人们用作钱币，因而有“货币金属”之称。由于铁的金属性比铜、银、金强，相对而言，人类认识铁稍晚。某研究性学习小组为了证明铁的金属活动性比铜强，他们设计了如下方案：（1）铁片置于硫酸铜溶液中有铜析出；（2）铁、铜与氯气反应分别生成FeCl3和CuCl2；（3）足量的铁粉和铜粉与浓硫酸反应生成FeSO4和CuSO4；（4）铜片置于FeCl3溶液中铜片逐渐溶解；（5）把铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接，铁片上无气泡产生，而铜片上有气泡产生；（6）把铁片和铜片置于盛有浓硝酸的烧杯中，并用导线连接，铁片上有气泡产生，而铜片上无气泡产生。以上设计方案合理的有（）。A．两种B．三种C．四种D．五种二、铜及其化合物的性质1．铜（1）物理性质紫红色，不能被磁铁吸引。（2）化学性质反应物质化学方程式非金属O22Cu＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CuO（黑色固体）Cl2Cu＋Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))CuCl2（棕黄色烟）氧化性酸浓硫酸Cu＋2H2SO4（浓）eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O浓硝酸Cu＋4HNO3（浓）=Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O稀硝酸3Cu＋8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O盐AgNO3、FeCl3Cu＋2AgNO3=Cu（NO3）2＋2AgCu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl22.氧化铜和氢氧化铜物质氧化铜氢氧化铜化学式CuOCu（OH）2状态不溶于水的黑色固体（粉末）不溶于水的蓝色固体化学性质CuO＋2H＋=Cu2＋＋H2OCuO＋H2eq\o(=,\s\up7(△))Cu＋H2OCuO＋COeq\o(=,\s\up7(△))Cu＋CO2Cu（OH）2＋2H＋=Cu2＋＋2H2OCu（OH）2eq\o(=,\s\up7(△))CuO＋H2O3.铜盐（1）Cu2（OH）2CO3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，它受热易分解：Cu2（OH）2CO3eq\o(=,\s\up7(△))2CuO＋H2O＋CO2↑。（2）无水CuSO4遇水变蓝色（生成CuSO4·5H2O），可作为水的检验依据；CuSO4·5H2O受热易分解：CuSO4·5H2Oeq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋5H2O，蓝色晶体受热转化为白色粉末。（3）铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用了它的这一性质，用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。【例2】（改编组合）下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是（）。选项陈述Ⅰ陈述Ⅱ判断A铜绿的主要成分是碱式碳酸铜可用稀盐酸除铜器表面的铜绿Ⅰ对；Ⅱ对；无B铜表面易形成致密的氧化膜铜容器可以盛放浓硫酸Ⅰ对；Ⅱ对；有C向硫酸铜溶液通入氨气，有深蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑Ⅰ对；Ⅱ对；有D蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂Ⅰ错；Ⅱ对；无三、设计从海水中提取镁的主要工艺流程1．分析原理首先要分析Mg的冶炼原理：MgCl2（熔融）eq\o(=,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑，所以我们首先要获得纯净的MgCl2。2．分析初始原料（1）海水中含有MgCl2，但浓度极低，所以要富集。方法：蒸发浓缩海水。（2）海水中除含有MgCl2外，还含有Na＋、K＋、Ca2＋、SOeq\o\al(2－,4)、Br－、I－等其他可溶性离子，所以还要分离、提纯。分析离子只有Mg2＋与OH－反应生成Mg（OH）2沉淀。我们可以用价格便宜的碱Ca（OH）2使Mg2＋转化成Mg（OH）2沉淀，从而将Mg2＋分离出来。3．制得无水MgCl2得到的Mg（OH）2沉淀与盐酸反应生成MgCl2溶液，进一步处理即可得到无水MgCl2，电解即可得到镁单质。【例3】（改编自人教版必修2教材习题）镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁从海水中提取，海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：（1）若在空气中加热MgCl2·6H2O，生成的是Mg（OH）Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式：________________________________________________________。用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O，能得到无水MgCl2，其原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________。（2）Mg（OH）2沉淀中混有的Ca（OH）2应怎样除去？写出实验步骤：______________________________________________________________。（3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的。溶解时：______________________________________________________________。过滤时：______________________________________________________________。蒸发时：______________________________________________________________。（4）获得HCl的反应为2CH4＋O2＋4Cl2=2CO＋8HCl（不考虑其他反应）。事实上，生产中HCl一直在循环使用。试从理论上分析是否需要补充HCl，简要说明理由。探究铜的化合物的组成近几年高考经常对铜的化合物的组成进行实验探究，如铜绿、红色的含铜化合物Cu2O、黑色的氧化铜等。【实验典例】碱式碳酸铜可表示为xCuCO3·yCu（OH）2·zH2O，测定碱式碳酸铜组成的方法有多种[已知M（Cu）＝63.5g·mol－1]。（1）现采用氢气还原法，请回答如下问题：①写出xCuCO3·yCu（OH）2·zH2O与氢气反应的化学方程式：___________________；②实验装置用上面所有仪器连接而成，按氢气流方向的连接顺序是（填入仪器接口字母编号）：（a）→（）（）→（）（）→（）（）→（）（）→（）（）→（l）③称取23.9g某碱式碳酸铜样品，充分反应后得到12.7g残留物，生成4.4g二氧化碳和7.2g水。该样品的结晶水质量为______g，化学式为____________。（2）某同学以氮气代替氢气，并用上述全部或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成，你认为是否可行？请说明理由。1．（高考集萃）下列叙述中不正确的是（）。A．（2012天津理综）镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料B．（2012重庆理综）钢铁厂用热还原法冶炼铁的生产过程中不涉及化学变化C．（2012广东理综）新型复合材料使手机、电脑等电子产品更轻巧、实用和新潮D．（2012江苏化学）在给定条件下能实现MgCl2（aq）eq\o(→,\s\up7(石灰乳))Mg（OH）2eq\o(→,\s\up7(煅烧))MgO的转化2．（2012江苏调研）海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等（如下图所示）。下列有关说法中正确的是（）。A．在③和⑤中需要用到氯碱工业的产物B．②中MgCl2·6H2O可在空气中受热分解制无水MgCl2C．大量的含Fe3＋废水排入海洋，易引发赤潮D．①中除去粗盐中的SOeq\o\al(2－,4)、Ca2＋、Mg2＋等杂质，加入的药品顺序为：Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→过滤后加盐酸3．下表各选项中，不能利用置换反应通过Y得到W的一组化合物是（）。ABCDYCuOFe2O3C2H5OHFeCl3WCO2Al2O3C2H5ONaCuCl24.（2012山西晋中四校联考）工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法，不同的金属应选用不同的冶炼方法。选择的原则主要是依据（）。A．金属在地壳中的丰度B．金属在自然界中的存在形式C．金属的还原性强弱D．金属的利用价值5．硫酸铜、硝酸铁都是重要的化工原料。以下是某工厂用含铁的废铜为原料生产胆矾（CuSO4·5H2O）的生产流程示意图：胆矾和石膏在不同温度下的溶解度（g）见下表。温度/℃20406080100石膏0.320.260.150.110.07胆矾3244.661.883.8114请回答下列问题：（1）红褐色滤渣的主要成分是____________。（2）写出浸出过程中生成硫酸铜的化学方程式：___________________________________________________________________________________________________________。（3）操作Ⅰ的温度应该控制在__________左右。（4）从溶液中分离出硫酸铜晶体的操作Ⅱ应为：将热溶液________、________、洗涤、干燥。

参考答案基础梳理整合一、1.两种两种以上的金属(或金属与非金属)金属2．(1)低(2)大即时训练1D二、纯金属合金黑色金属有色金属1．碳素钢低碳钢中碳钢高碳钢2．(1)青铜黄铜白铜(2)①强度大密度小致密而坚固的氧化膜即时训练2D三、1.化合物2．从其化合物中还原出来3．2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑2Al2O3eq\o(=,\s\up7(通电),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑即时训练3B核心归纳突破【例1－1】C解析：Fe3＋的氧化性最强，A错误；由铜绿可知B错误；C项中三种盐均可水解，加热促进水解，且生成挥发性酸——盐酸，所以C正确；Al、Fe排在H的前面，电解时水溶液中的H＋先得电子，D错误。【例1－2】A解析：(1)方案合理，利用金属间的置换反应比较金属的活动性强弱；(5)方案利用原电池原理，铁片为负极，铜片为正极，负极金属活动性强。【例2】D解析：稀盐酸可以与Cu(OH)2、CuCO3反应，而且稀盐酸不能与Cu反应，所以稀盐酸可以除铜器表面的铜绿，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A错误；铜表面不能形成致密氧化膜，铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应，所以不能用铜制容器盛装浓硫酸，B错误；硫酸铜与氨水反应生成Cu(OH)2，Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO，Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果关系，C错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末有新物质生成，属于化学变化，CuSO4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D正确。【例3】答案：(1)MgCl2·6H2Oeq\o(=,\s\up7(△))Mg(OH)Cl＋HCl↑＋5H2O或MgCl2·6H2Oeq\o(=,\s\up7(△))MgO＋2HCl↑＋5H2O在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O，抑制了MgCl2的水解，并带走了MgCl2·6H2O受热时产生的水蒸气，故能得到无水MgCl2(2)加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤(3)搅拌，加速溶解引流，使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒搅拌，防止因局部过热引起液滴或晶体飞溅(4)不需要补充HCl，因为Cl2～2HCl～Mg(OH)2～MgCl2～Cl2；依氯元素守恒可以看出理论上不需要补充HCl。解析：(1)根据信息书写化学方程式，首先分析反应物、生成物的化合价可知，此反应不是氧化还原反应，反应物是MgCl2·6H2O，如果生成物为Mg(OH)Cl，根据质量守恒定律，生成物除Mg(OH)Cl外，还有HCl和H2O，即MgCl2·6H2Oeq\o(=,\s\up7(△))Mg(OH)Cl＋HCl↑＋5H2O；同理：我们也可以写出生成MgO的化学方程式。(2)因为Mg(OH)2的溶解度小于Ca(OH)2，可以加入氯化镁溶液发生反应Ca(OH)2＋MgCl2=Mg(OH)2＋CaCl2，CaCl2易溶于水而除去。(4)在工业生产中注重效益，HCl可以循环使用，根据氯元素守恒可知理论上不需要补充HCl。实验探究拓展答案：(1)①xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O＋(x＋y)H2eq\o(=,\s\up7(△))(x＋y)Cu＋xCO2＋(x＋2y＋z)H2O②(a)→kj→gf(或hi)→de(或ed)→hi(或gf)→bc(或cb)→(l)③1.8CuCO3·Cu(OH)2·H2O(2)可行。根据反应xCuCO3·yCu(OH)2·zH2Oeq\o(=,\s\up7(△))(x＋y)CuO＋xCO2↑＋(y＋z)H2O，依据碱式碳酸铜、CuO、CO2和H2O质量(或其中任意三个量)，即可计算出其组成。解析：(1)本题的碱式碳酸铜与氢气反应看似很难理解，其实只要把它理解为CuCO