鲁科版必修1 第4章第2节 铝 金属材料（第3课时） 学案.doc

第2节铝金属材料第3课时金属与金属材料目标导航1.了解铜、银、金的主要性质及它们作为材料在工业生产和高科技领域的应用。2.学会运用实验、分类等研究物质性质的方法。一、重要的黑色金属材料钢铁1金属材料的分类(1)黑色金属材料：包括铁、铬、锰以及它们的合金。(2)有色金属材料：除黑色金属以外的其他金属材料及其合金。2重要的黑色金属材料钢铁(1)钢铁钢铁是铁的合金的总称，减少生铁里的碳元素并增加硅、锰等元素的含量，生铁则转化为钢。由于钢铁中含有其他杂质，所以易被锈蚀。(2)不锈钢在普通钢的基础上加入铬、镍等多种元素炼成不锈钢，具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。二、几种有色金属材料金、银、铜1金、银、铜的重要物理性质、性能及应用的比较金银铜物理性质颜色黄色银白色紫红色硬度auagcu延展性良好auagcu导电性良好agcuau导热性良好agcuau性能极高的抗腐蚀性催化、抗腐蚀性在潮湿空气中易锈蚀应用电子工业，航空、航天工业等有机合成、能源开发、医用材料制造电气和电子工业上主要用于制造电线、通迅电缆等，建筑工业上制造水管及其他排水设施2铜及其化合物的化学性质(1)铜反应物化学反应方程式与非金属反应氧气2cuo22cuo硫2cuscu2s氯气cucl2cucl2与氧化性酸反应浓h2so4cu2h2so4(浓)cuso4so22h2o浓hno3cu4hno3(浓)=cu(no3)22no22h2o稀hno33cu8hno3(稀)=3cu(no3)22no4h2o与盐溶液反应agno3溶液cu2agno3=cu(no3)22agfecl3溶液2fecl3cu=2fecl2cucl2 (2)氧化铜反应物化学反应方程式(或离子方程式)高温分解4cuoo22cu2o与酸反应cuo2h=cu2h2o与还原剂反应h2cuoh2cuh2ococuococuco2al2al3cuoal2o33cu(3)铜盐的性质物理性质：硫酸铜为白色粉末状，硫酸铜晶体俗名蓝矾或胆矾。化学性质：反应物化学反应方程式(或离子方程式)硫酸铜晶体分解cuso45h2ocuso45h2o与碱反应cu22oh=cu(oh)2三、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钛(ti)被誉为“21世纪的金属”，是一种“亲生物金属”。【练一练】1正误判断，正确的打“”，错误的打“”(1)黑色金属通常都为黑色()(2)生铁比钢的含碳量高()(3)因为cl2比s的氧化性强，所以cu与之反应，前者生成cucl2，后者生成cu2s()(4)可以用浓hno3除去铜表面的铜绿()答案(1)(2)(3)(4)2由于铝制品对大脑发育有不良影响，厨具中铝制品已逐步被不锈钢代替，不锈钢的组成是()a含铁、锌、铜的合金b含铁、镁、铝的合金c含铁、铬、镍的合金d普通钢表面镀镍答案c3铜锈是一种绿色化合物，它的成分为碱式碳酸铜，兼有氢氧化铜和碳酸铜的性质。试推测：铜锈在高温灼烧条件下充分反应后的固体物质是什么？答案氧化亚铜。碱式碳酸铜兼有氢氧化铜和碳酸铜的性质，加热时cu(oh)2、cuco3均分解：cu(oh)2cuoh2o、cuco3cuoco2，而高温下黑色的cuo不稳定，又会分解生成红色的cu2o：4cuo2cu2oo2。铜及其化合物的性质1铜及其化合物的转化关系2铜及其化合物的颜色物质cucu2ocu2scuocucl2颜色紫红色红色黑色黑色棕黄色物质cuso4cuso45h2ocu(oh)2cu2(oh)2co3颜色白色蓝色蓝色绿色【例】孔雀石主要含cu2(oh)2co3，还含少量fe、si的化合物，实验室以孔雀石为原料制备cuso45h2o及caco3，步骤如下：已知：向含有少量fe3杂质的铜盐溶液中加入cuo后，生成fe(oh)3，可除去fe3。请回答下列问题(1)溶液a中的金属离子有cu2、fe2、fe3。从下列所给试剂中选择：实验步骤中试剂为_(填字母，下同)，检验溶液a中fe3的最佳试剂为_。akmno4 b(nh4)2sch2o2 dkscn(2)由溶液c获得cuso45h2o，需要经过加热蒸发、_、过滤等操作。除烧杯、漏斗外，过滤操作还用到另一玻璃仪器，该仪器在此操作中的主要作用是_。(3)制备caco3时，应向cacl2溶液中先加入_(填化学式)。若实验过程中有氨气逸出，应选用下列_(填字母)装置回收。(4)欲测定溶液a中fe2的浓度，需要用容量瓶配制某标准溶液，定容时视线应_，直到_。解析(1)由题意分析可知试剂应为氧化剂，将fe2氧化为fe3且不能引入新的杂质，故h2o2最合适；kscn与fe3反应呈明显的血红色。(2)由溶液到晶体的操作是加热蒸发、冷却结晶、过滤等基本操作；在过滤操作中用到的玻璃仪器除烧杯、漏斗外，还用到玻璃棒，它的主要作用是引流。(3)应先使cacl2溶液呈碱性与co2反应才能生成caco3并且不引入难以除去的新杂质，故应先加nh3h2o，nh3在水中的溶解度很大，应选用一套防止倒吸的装置，故选用bd。(4)配制一定物质的量浓度溶液时，视线应与凹液面相切，且要平视。答案(1)cd(2)冷却结晶引流(3)nh3h2obd(4)平视凹液面(或平视刻度线)凹液面的最低点与刻度线相切解题反思(1)cu2(oh)2co3的性质：cu2(oh)2co34hcl=2cucl2co23h2o，cu2(oh)2co32cuoco2h2o。(2)因cuso4cuso45h2o时，白色粉末变为蓝色，故cuso4常用于实验中水的检验，但不做干燥剂。(3)铜盐溶液的蓝色常用于鉴别cu2的存在，根据cu22oh=cu(oh)2(蓝色)来检验cu2。变式训练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(在化学反应中，铜元素可表现为0、1、2价)，请完成(1)(2)题。(1)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜即：曾青(cuso4)与铁反应就生成铜。试写出该反应的化学方程式：_。(2)铜器表面有时会生成铜绿cu2(oh)2co3，这层铜绿可用化学方法除去。试写出除去铜绿而不损伤器物的反应的化学方程式：_。答案(1)cuso4fe=feso4cu(2)cu2(oh)2co34hcl=2cucl23h2oco2或cu2(oh)2co32h2so4(稀)=2cuso43h2oco2解析西汉古籍中记载的“曾青得铁则化为铜”，也是我们常说的湿法炼铜，使用活动性强的铁置换活动性弱的铜。从铜绿cu2(oh)2co3的化学式可以看出这是一种碱式盐，分子中含有oh、co，肯定能溶于酸，而铜本身不和非氧化性酸反应，因此可以选用稀硫酸、稀盐酸除去铜绿。1汞合金是目前使用较多的补牙材料。英国新科学家杂志发表了一篇文章，对汞合金补牙材料的安全性提出了质疑。汞合金补牙材料中除了水银外，还含有锌、锡、铜等金属。下列有关汞合金的说法不正确的是()a汞合金是一种具有金属特性的物质b汞合金的强度和硬度比锡的大c汞合金的熔点比汞的低d汞合金的毒性远低于汞的毒性答案c解析合金是指由两种以上的金属与金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，所以a正确；合金一般比各成分金属的强度和硬度都大，所以b正确；补牙的结果是得到强度较大的固体，所以汞合金应不是液态，即其熔点不会比汞的低，c不正确；长期使用中未见中毒现象，说明它比汞的毒性要低。2碲锌镉(tezncd)晶体是用于制造红外探测器的基础材料，下列有关它的叙述中不正确的是()a它是由te、zn、cd按一定比例混合而成的，无固定的熔沸点b它易导电、导热，具有延展性c它的熔、沸点比zn的低d它的硬度和强度比cd的大答案a解析碲锌镉晶体是由te、zn、cd按一定比例熔合而成的具有金属特性的合金，只要比例确定、其组成就固定，因而有固定的熔、沸点；合金具有比其成分金属低的熔、沸点，高的硬度和强度。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。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后，no在酸性条件下与cu反应。加入fe2(so4)3后，cu与fe3反应生成fe2和cu2而加入kcl和znso4不反应。5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的名称分别是_、_、_、_、_。(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示知，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)。分层训练基础过关题组一重要的金属材料1下列有关金属的说法正确的是()a生铁与钢的区别在于生铁含碳杂质，而钢不含b铜在自然界中的含量高，所以铜是人类最早使用的金属c黑色金属材料包括铁、铬、锰及其化合物d金属一般都具有导电性、导热性、延展性答案d2普通铜器时间较长容易出现铜绿，其主要成分是cu2(oh)2co3，而圆明园1760年铜铸的国宝牛首、猴首和虎首在现在看上去依然熠熠生辉，不生锈，下列对其原因的分析，最可能的是()a它们的表面电镀上了一层耐腐蚀的黄金b环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去c铜的金属活动性比氢弱，因此不易被氧化d它们是含一定比例金、银、锌的铜合金答案d解析因当时人类还没有掌握电镀技术，a不正确；国宝不会在室外放置，且铜绿被酸雨洗去后还会生成铜绿，b不正确；铜在潮湿的空气中容易生锈，c不正确；三件国宝为铜铸的合金制品，具有比铜更优良的性质，因而不会像普通铜那样出现铜绿等现象。3下列有关金属及其合金的说法不正确的是()a目前我国流通的硬币是由合金材料制造的b钢的硬度和熔沸点都高于纯铁c镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作照明弹d日用铝制品表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护作用答案b解析目前我国流通的硬币主要成分是钢或铜合金，a正确；b项中钢是铁碳合金，其硬度大于纯铁，但熔沸点低于纯铁，b错误。4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其成分金属低，硬度、强度比其成分金属大。题组二几种有色金属材料5下列对金、银、铜的描述错误的是()a金在电子工业中的用量占金及其合金在工业中用量的90%以上b金在自然界中主要以游离态存在，可用物理方法提取c银在有机合成、能源开发、材料制造等方面有广泛的应用前景d因为铜的导电性、导热性不如金和银，故制造电线、电缆的材料绝大部分换成了金或银答案d6cu及其化合物之间相互转化时常伴随着颜色的变化。下列符合黑色红色变化的是()acu(oh)2cuo bcucu2sccu2(oh)2co3cuo dcuocu2o答案d解析a项cu(oh)2是蓝色，cuo是黑色；b项cu是紫红色，cu2s是黑色；c项cu2(oh)2co3是绿色，cuo是黑色；d项cuo是黑色，cu2o是红色。7在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列物质：fecl2、fe2o3、zn、kno3、hcl、h2o2。可使铜粉溶解的是()a bc d答案b解析fe2o3与稀硫酸反应后，溶液中的fe3能与铜粉继续反应，fe2o36h=2fe33h2o，cu2fe3=cu22fe2；加入kno3后，溶液中的h和no能与铜粉反应：3cu8h2no=3cu22no4h2o；h2o2能将铜粉氧化，进而溶解在稀硫酸中：cuh2o2h2so4=cuso42h2o。8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”即是铜锈，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：，则b项正确。9用一定量的铁与足量的稀硫酸及足量的cuo制成单质铜，有人设计以下两种方案：feh2cu，cuocuso4cu，若按实验原则进行操作，则两者制得单质铜的量的比较中，正确的是 ()a多 b多c相等 d无法判断答案b解析从关系式上看，二者应该相等，但在实际操作中，中h2还原cuo时要先通入一段时间的h2，最后熄灭酒精灯还要通入一段时间的h2，那么制得的h2不能完全用来还原cuo，则制得的cu的量就比少。10在fecl3、cucl2混合溶液中，加入一定量的铁屑，反应完全后将固体滤出，下列说法中正确的是()a若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是fe2，一定不含cu2b若滤出的固体中含有铁和铜，则溶液中一定含有的阳离子是fe2，一定不含cu2和fe3c若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是fe2，可能含有cu2和fe3d若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是fe3和fe2，一定不含cu2答案b解析混合溶液中加入一定量的铁屑，发生的反应是先： fe2fecl3=3fecl2，后：fecucl2=cufecl2，若滤出固体中只有铜，可能式中fe不足，溶液中可能含cu2，a错误。若滤出固体中含铁和铜，说明、反应彻底，铁有剩余，溶液中一定不含cu2和fe3，b正确。滤出固体中有铜则一定无fe3，c、d错。能力提升11金币、银币、铜币等货币在我国历史上曾发挥过重要的作用。在一位收藏家的家中，陈列了很多金属货币。(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，黑色物质的名称是_，形成这种物质的化学方程式为_，绿色物质的化学式是_，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)另外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_。(3)若将金币、银币、铜币分别放到稀硝酸中浸泡，能溶解的是_，不溶解的是_，写出溶解时的化学方程式_。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(3)铜币、银币金币3cu8hno3(稀)=3cu(no3)22no4h2o、3ag4hno3(稀)=3agno3no2h2o解析金、银、铜都属于不活泼金属，易加工，因此，在历史上都曾经用做货币。其中，金的化学性质最不活泼，不与硝酸等强氧化性酸反应，在空气中更是稳定；银比金活泼一些，可与硝酸反应；相对来说，铜稳定性略微差一些，不仅能和硝酸反应，在空气中也容易与氧气等物质反应而“生锈”。12在某次探究性学习中，老师要求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，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，充分反应后立即停止加热，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中，实验现象为_。答案(一)(1)b(2)甲同学的方案中过量的铁混在制备的铜中使之含有杂质铁乙同学的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)cu2fe3=cu22fe2还原(2)固体溶解，溶液呈蓝色，生成红棕色的气体解析(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，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。13中学化学中有很多物质可以实现下图中物质之间的转化，其中反应条件和部分反应的产物已略去。液体b和c可能是单一溶质的溶液，也可能是纯净物。 (1)若a是一种紫红色金属，气体d能使品红溶液退色，加热时又恢复原色。写出反应的化学方程式_。该气体d与另一种气体h混合后生成一种淡黄色固体w，写出该反应的化学方程式_。(2)若a是一种金属单质，d是密度最小的气体，b能否是水_(填“能”或“否”)。(3)若a是金属单质，d是一种无色气体，遇到空气变为红棕色，液体c呈蓝色。写出反应的离子方程式_。写出反应的任意一个离子方程式_。答案(1)cu2h2so4(浓)cuso4so22h2oso22h2s=3s2h2o(2)否(3)3cu8h2no=3cu22no4h2ocu2fe=fe2cu(其他合理答案也可)解析(1)a为紫红色金属，是cu，d能使品红溶液退色