2019_2020学年高中化学第4章材料家族中的元素第2节第2课时金属材料学案鲁科版必修.docx

金属材料核心素养发展目标1.了解常见金属的分类及金属性质与金属材料的关系。2.了解不锈钢等合金的性质，了解金、银、铜的主要性质及它们作为材料在工业生产和高科技领域中的应用。一、常见的金属材料1.人们的日常生活离不开金属，高科技新材料的开发和应用也需要金属。(1)金属在自然界中主要以游离态和化合态两种形式存在，其中不活泼金属如金、铂主要以游离态存在，而其他绝大多数金属元素都是主要以化合态存在。在地壳中含量最多的金属元素是铝，其次是铁。(2)除Cu、Au外、大多数金属呈银白色，不透明，有金属光泽。(3)根据金属的下列应用：用作电线，金属细丝，炊具，推断金属具有的物理性质是导电性、延展性、导热性。(4)人们每年要从金属矿物资源中提取大量的金属，根据所学化学知识，按要求写出两个生成金属的化学方程式：H2CuOCuH2O或FeCuSO4=FeSO4Cu(置换反应)；2HgO2HgO2(分解反应)。(5)在冶金工业上，金属可分为黑色金属：铁(Fe)、铬(Cr)、锰(Mn)及它们的合金。有色金属：除Fe、Cr、Mn以外的其他金属及其合金。2.重要的黑色金属材料钢铁(1)生铁：含碳量2%4.3%，硬度大，但较脆且不易机械加工。(2)普通钢：含碳量0.03%2%，增加了硅、锰等元素，改善了铁的性能，但易锈蚀。(3)不锈钢：在普通钢基础上，加入铬、镍等元素，在空气中能保持金属光泽，且有不生锈的特性。3.几种有色金属材料金、银、铜名称金银铜色泽黄色银白色紫红色硬度较小，且AuAgAgCu导电、导热性AgCuAu密度AuAgCu性能极高的抗腐蚀性作催化剂、抗腐蚀性在潮湿空气中易锈蚀应用电子工业，航空、航天工业有机合成、能源开发、医用材料制造电气和电子工业、建筑材料4.新型金属材料铀用作核电厂反应堆的核燃料，镅在烟雾探测器中用做烟雾监测材料；特别是钛被誉为“21世纪的金属”，应用前景更为广阔。例1下列有关金属的叙述中不正确的是()A.铝的密度小，是一种轻金属B.银、铜、金、铝的导电性依次增强C.铜、银、金的延展性依次增强D.金、铜、银的导热性依次增强答案B解析按铝、金、铜、银的顺序，其导电性依次增强。拓展延伸人类使用最早的金属是铜，生产和生活中应用最广泛的金属是铁，延展性最好的金属是金，导电性最好的金属是银，熔点最高的金属是钨。例2下列说法中，正确的是()A.铁是人类在生产、生活中最早使用的金属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答案C解析人类在生产、生活中最早使用的金属是铜而不是铁，A项错误；应用最广泛的金属材料是黑色金属材料，即铁、锰、铬以及它们的合金，而不是金、银、铜等有色金属材料，B项错误；金属钛因性能优良、蕴藏量大，被誉为“21世纪的金属”，应用前景广阔，C项正确；银的导电性、导热性是金属中最好的，铜的导电性、导热性仅次于银，D项错误。二、铜及其化合物的性质1.铜是一种不活泼的金属，但在一定条件下能与O2、Cl2、S、浓硫酸、硝酸、硝酸银、氯化铁等反应，写出下列反应(1)(5)的化学方程式，(6)(8)的离子方程式：(1)铜在潮湿的空气中形成铜锈：2CuO2H2OCO2=Cu2(OH)2CO3；(2)铜丝在空气中加热：2CuO22CuO；(3)铜丝在氯气中燃烧：CuCl2CuCl2；(4)铜粉与硫粉混合加热：2CuSCu2S；(5)铜与浓硫酸反应：2H2SO4(浓)CuCuSO4SO22H2O；(6)铜片与稀硝酸反应：3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O；(7)铜与氯化铁溶液反应：Cu2Fe3=Cu22Fe2；(8)铜与硝酸银溶液反应：Cu2Ag=Cu22Ag。2.铜的化合物之间的相互转化(1)氢氧化铜受热分解，氧化铜与氢气反应的化学方程式分别为Cu(OH)2CuOH2O，CuOH2CuH2O。(2)氢氧化铜和氧化铜中分别加入稀硫酸，溶液均变蓝色，则反应的离子方程式分别为Cu(OH)22H=Cu22H2O，CuO2H=Cu2H2O。(3)黑色氧化铜在高温下分解为红色的氧化亚铜。蓝色的硫酸铜晶体俗称蓝矾或胆矾，其受热分解为白色的硫酸铜粉末。请写出有关化学方程式：4CuO2Cu2OO2，CuSO45H2OCuSO45H2O。(4)硫酸铜溶液中加入氢氧化钠溶液生成蓝色沉淀，若通入硫化氢气体生成黑色沉淀，请写出有关离子方程式：Cu22OH=Cu(OH)2，Cu2H2S=CuS2H。硫酸铜可用于实验中检验水的存在，但不能作干燥剂，铜盐溶液和氢氧化铜的蓝色常用于Cu2的检验。氧化亚铜、氧化铜能被氢气、碳、一氧化碳和铝还原为铜。碱式碳酸铜能与酸反应生成铜盐、水和二氧化碳，其受热分解生成氧化铜、水和二氧化碳。例3用金属铜制取硝酸铜，从节约原料和防止环境污染方面考虑，最好的方法是()A.铜硝酸铜B.铜硝酸铜C.铜氯化铜硝酸铜D.铜氧化铜硝酸铜答案D解析A、B两项中都生成氮的氧化物；C项不能生成Cu(NO3)2；只有D项，不产生污染气体，又节约原料。方法规律物质制备实验方案设计时一般要考虑：反应原理可行、节约药品、没有污染、产品纯净、操作简单等。例4向稀H2SO4中加入铜粉不反应，若再加入某种盐，则铜粉可逐渐溶解，符合此条件的盐是()NaNO3KClZnSO4Fe2(SO4)3A.B.C.D.答案D解析加入NaNO3时，NO在酸性条件下具有强氧化性，能使铜溶解；加入Fe2(SO4)3时，发生反应2Fe3Cu=2Fe2Cu2使铜溶解，加入KCl、ZnSO4时，Cu不反应。易错警示在分析水溶液中离子能否大量共存或物质能否反应时，要考虑NO在酸性条件下具有强氧化性。1.下列金属属于黑色金属的是()A.AlB.FeC.PbD.Cu答案B解析黑色金属通常包括铁、锰、铬及它们的合金；其他金属及其合金称为有色金属。2.周杰伦在歌曲青花瓷中唱到“帘外芭蕉惹骤雨，门环惹铜绿”，其中的“铜绿”是铜锈，它的化学成分是Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜)。铜在潮湿的空气中生锈的化学反应为2CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO3。下列有关该反应的说法正确的是()A.该反应不是氧化还原反应B.该反应是氧化还原反应，变价的有两种元素C.该反应中氧元素和碳元素化合价发生变化，所以是氧化还原反应D.该反应中铜得电子，O2失电子，所以是氧化还原反应答案B解析分析该氧化还原反应：3.下列各组物质中，因反应条件、用量、浓度等不同而发生不同化学反应的是()Cu与硝酸SO2与NaOH溶液AlCl3溶液与KOH溶液CO2与Na2SiO3溶液Zn和硫酸SO2和H2SA.除外B.除外C.除外D.全部答案B解析中浓HNO3产物是NO2，稀硝酸产物是NO；中少量SO2反应产物是Na2SO3，足量SO2产物是NaHSO3；中少量KOH产物是Al(OH)3，足量KOH产物是KAl(OH)4；中少量CO2产物是Na2CO3，足量CO2产物是NaHCO3；中浓H2SO4产物是SO2，稀硫酸产物是H2；中无论量多量少均发生反应：2H2SSO2=3S2H2O。4.下列转化不能通过一步反应实现的是()A.CuCuOB.CuOCu(OH)2C.CuCu2(OH)2CO3D.CuOCu2O答案B解析氧化铜与水不反应，B项符合题意。5.将Cu片放入0.1molL1FeCl3溶液中，反应一定时间后取出Cu片，溶液中c(Fe3)c(Fe2)23，则Cu2与Fe3的物质的量之比为()A.32B.35C.34D.43答案C解析离子物质的量之比等于其物质的量浓度之比，将Cu加入FeCl3溶液后发生Cu2Fe3=2Fe2Cu2，据此可知溶液中：c(Fe2)c(Cu2)21，又知c(Fe3)c(Fe2)23，则c(Cu2)c(Fe3)34。6.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以下反应：Cu2S2Cu2O6CuSO2。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Cu2OB.Cu2S在反应中既是氧化剂又是还原剂C.Cu既是氧化产物又是还原产物D.生成1molCu，转移2mol电子答案B解析Cu2S和Cu2O都是该反应的氧化剂，同时Cu2S还做还原剂，Cu是还原产物，生成1molCu，转移1mol电子。题组1常见的金属材料1.以下四种金属中属于有色金属的是()A.铁B.铬C.锰D.铜答案D解析铁、铬、锰属于黑色金属，除铁、铬、锰以外的金属均属于有色金属。2.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是()A.使用电池外壳的金属材料B.防止电池中的汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C.不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品D.回收其中石墨电极和金属铜答案B解析回收废电池的首要原因是防止废电池中渗漏出的重金属离子对土壤和水源产生污染，而对废电池的综合利用是第二位。3.下列说法正确的是()A.所有不锈钢都只含有金属元素B.我国流通的硬币材质是金属单质C.广东打捞出的明代沉船上存在大量铝制餐具D.镁合金的硬度和强度均高于纯镁答案D解析A项，不锈钢都含有C等非金属元素；流通的硬币材质是合金，明代还没有铝制品，B、C项错；D项，一般来说合金熔点比成分金属低，硬度、强度比成分金属大。题组2铜及其化合物4.铜易生锈，铜合金更易生锈，铜器上往往覆盖着一层铜绿，铜绿的主要成分是()A.CuOB.Cu(OH)2C.Cu2OD.Cu2(OH)2CO3答案D解析铜绿的主要成分是Cu2(OH)2CO3。5.Cu及其化合物之间的相互转化常伴随着颜色的变化。下列符合黑色红色变化的是()A.Cu(OH)2CuOB.CuCu2SC.Cu2(OH)2CO3CuOD.CuOCu2O答案D解析A项，Cu(OH)2为蓝色；B项，Cu为紫红色，Cu2S为黑色；C项，Cu2(OH)2CO3为绿色，CuO为黑色。6.除去铜粉中混有的少量氧化铜，其主要操作过程是()A.在空气中燃烧B.加适量稀硫酸、微热、过滤C.加适量水、微热、过滤D.加适量稀硫酸、微热、蒸发答案B解析向混合物中加入适量稀H2SO4时，CuOH2SO4=CuSO4H2O，过滤所得滤渣为铜粉。7.下列反应的离子方程式中正确的是()A.CuO与稀硫酸反应：CuO2H=Cu2H2OB.Cu2O与稀硝酸反应：Cu2O2H=2CuH2OC.Cu(OH)2与盐酸反应：OHH=H2OD.CuSO4溶液与Ba(OH)2溶液混合：Cu22OH=Cu(OH)2答案A解析B项，应为3Cu2O14H2NO=6Cu22NO7H2O；C项，应为Cu(OH)22H=Cu22H2O；D项，应为Cu2SOBa22OH=BaSO4Cu(OH)2。8.CuCO3和Cu2(OH)2CO3的混合物34.6g，可恰好完全溶解于300mL2molL1的盐酸中，若加热分解等量的该混合物可得CuO固体的质量为()A.16.0gB.19.2gC.24.0gD.30.6g答案C解析由元素守恒可知：Cu2HClCuO，则m(CuO)n(HCl)M(CuO)(0.3L2molL1)80gmol124.0g。9.中国历史博物馆中珍藏着很多古代金属货币。(1)其中有些货币表面是黑色，且有少量的绿色锈状物，则这肯定是_币，黑色物质是_，形成这种物质的化学方程式为_；绿色物质是_，形成这种物质的化学方程式为_。要除去这些物质应选用_，发生反应的离子方程式为_，充分反应后，这枚金属币的真面目为_色。(2)其中一枚是闪闪发光的黄色金属币，它肯定是_币，表面一直未被氧化的原因是_。答案(1)铜氧化铜2CuO2=2CuOCu2(OH)2CO32CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO3稀盐酸CuO2H=Cu2H2O，Cu2(OH)2CO34H=2Cu2CO23H2O紫红(2)金金不活泼，不易被氧化解析金、银、铜是较稳定的金属，但时间长了铜表面会生锈，主要成分是Cu2(OH)2CO3，用稀盐酸或稀H2SO4可溶解。而金更稳定不会生锈，会保持原来的颜色。10.某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3、Cu2、Au3等离子。有人设计了图中的工艺流程，利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑，从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜。填写下面空白。(1)图中标号处需加入的相应物质分别是_、_、_、_、_。(2)写出处发生反应的离子方程式_；写出处发生反应的化学方程式_。(3)铁红的化学式为_；分别写出铁红和氧化铜在工业上的一种主要用途：铁红_；氧化铜_。答案(1)铁屑稀硫酸稀硝酸氢氧化钠氢氧化钠(2)Fe2H=Fe2H2，2Fe3Fe=3Fe2，Cu2Fe=CuFe2，2Au33Fe=2Au3Fe23Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O(3)Fe2O3用做红色涂料用做制造铜盐的原料解析由工艺流程图可知，E为含铁元素的溶液，而A为铁、铜、金的混合物，通过过滤将E、A分离开，因此处加入的物质为铁屑，发生的反应为Fe2H=Fe2H2，2Fe3Fe=3Fe2，Cu2Fe=CuFe2，2Au33Fe=2Au3Fe2；处加入稀硫酸以除去铜、金中过量的铁屑，并将过滤后的硫酸亚铁溶液与含Fe2的E溶液相混合；处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开；处将得到的铜离子用氢氧化钠转化为氢氧化铜沉淀，从而再受热分解为氧化铜；处加入氢氧化钠将亚铁离子转化为氢氧化亚铁沉淀，再利用空气将其转化为氢氧化铁沉淀，最终受热分解为铁红(氧化铁)。11.某铝合金(硬铝)中含有镁、铜、硅，为了测定该合金中铝的含量，有人设计如下实验：(1)称取样品ag。(2)将样品溶于足量稀盐酸中，过滤，滤液中主要含有_离子，滤渣中含有_；在溶解过滤时使用的仪器有_。(3)往滤液中加入过量NaOH溶液，过滤，写出该步操作中有关的离子方程式_。(4)在第(3)步的滤液中通入足量CO2过滤，将沉淀用蒸馏水洗涤数次后，烘干并灼烧至质量不再减少为止，冷却后称量，质量为bg。有关反应的化学方程式为_。(5)计算该