【步步高】（广西专用）2014届高考化学一轮复习 第三章 用途广泛的金属材料学案

1 学案学案 1616 用途广泛的金属材料用途广泛的金属材料 考纲要求 1 了解金属的通性及冶炼方法 2 了解合金的概念及重要应用 知识点一 金属的性质 1 金属的物理性质 金属具有共同的物理性质 金属光泽 导电性 传热性 延展性等 大多数金属单质 呈 色 但 等少数金属有特殊颜色 除 外 常温下金属都是固体 不同 的金属 密度相差较大 其中密度最小的金属是 0 534 g cm 3 常见金属中密度最 大的是 Pt 俗称白金 21 45 g cm 3 金属中硬度最大是 Cr 金属的熔 沸 点相差也很大 的熔点都低于水的沸点 100 而熔点最高的 达到 3 410 金属可分成重金属和轻金属 以单质密度 g cm 3为界 有色金属和黑色金属 冶金工业中常用 铁 铬 锰是黑色金属 常见金属和稀有金属 根据含量 等 2 金属的化学性质 金属原子的最外层电子数一般 个 在化学反应中易失电子 因而常做 表现出较强的还原性 其主要表现为 1 易与 O2 Cl2 Br2等非金属反应 2 大多数能与 H2O 反应 3 大多数能与酸反应 4 一般能与盐溶液发生反应 问题思考 1 怎样判断金属活动顺序 金属性与电子得失的多少有关吗 2 金属的冶炼与其单质的使用早晚与什么有关 知识点二 合金 1 合金的定义 合金是指两种或两种以上的金属 或金属与非金属 熔合而成的具有 特性的物质 2 合金的性能 合金具有许多优良的物理 化学和机械性能 在许多方面不同于它的各成分金属 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 问题思考 3 合金是混合物 还是化合物 能否用实验来验证 2 3 常见的合金 1 我国最早使用的合金是 铜合金的种类很多 除青铜外 常见的还有 含 Zn 及少量 Sn Pb Al 等 和 含 Ni Zn Mn 2 铁的合金有生铁和钢 其中 是用量最大 用途最广泛的合金 根据化学成分 可以把钢分为两大类 和 其中碳素钢又可分为低碳钢 含碳量低于 0 3 中碳钢 含碳量为 0 3 0 6 和高碳钢 含碳量高于 0 6 合金钢可用于制不锈钢及各种 特种钢 3 镁铝合金的强度大 硬度大 密度小 常用于飞机 火箭 轮船等制造业 4 正确选用金属材料 在进行金属材料的选择时 常常要考虑以下几个方面 1 主要用途 外观 即实用美观 2 价格 加工难度 日常维修 环境保护 物尽其用等 3 物理性质 如密度 硬度 强度 导热性等 化学性质 如对水的作用 耐腐蚀性 等 3 一 金属的活动顺序表的应用 常见金属的活动顺序为 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au 金属在 中失去电子生成阳离子的能力依次 对应阳离子得电子能力 依次增强 该规律有多种应用 归纳如下 1 判断金属与酸能否发生置换反应 排在 前边的金属可与非氧化性酸发生置换氢的反应 2 判断金属与盐溶液能否发生置换反应 排在前边的较活泼的金属能把排在后边的金属从其 溶液中置换出来 生成 和 3 判断金属与水能否发生置换反应 1 极活泼金属 K Ca Na 可与 水发生置换氢的反应 2 活泼金属 Mg Al 可与 水发生置换氢的反应 3 较活泼金属 Zn Fe 与水蒸气在高温下反应 可置换水中的氢生成氢气 但生成的 氢氧化物受热分解 最后得到金属氧化物 4 排在氢后边的金属与水不反应 4 判断原电池正 负极及电极反应 由两种金属构成的原电池电极 位于金属活动顺序表前面的金属为 极 1 负极反应 电极金属 电子被 形成金属阳离子进入溶液 2 正极反应 溶液中微粒 酸性条件下为 H 中性条件下为 H2O 和 O2 在 极上得到 电子被还原 5 判断金属在自然界的存在状态 6 判断金属氢氧化物的热稳定性强弱 金属活动顺序表中越位于前面的金属 其氢氧化物越 越 分解 越后 面的金属氢氧化物越易分解 极不活泼的金属 Pt Au 甚至无氢氧化物 7 判断金属的冶炼方法 金属冶炼是金属离子得到电子 被还原成金属原子的过程 金属活动顺序表中的不同金 属 因金属离子结合电子能力不等 所以冶炼方法不同 二 金属的冶炼 1 冶炼原理 金属的冶炼是利用 反应原理 在一定条件下 用 法把金属离子 成金属单质 2 金属冶炼的步骤 大多数金属矿石里含有杂质 其冶炼过程一般可分为三个步骤 第一步是 除去杂质 提高矿石中有用成分的含量 第二步是 利用 反应原理 在一定条件下 用还原剂把金属矿石中的金属离子还成金属单质 第三步是 采用 一定的方法 提炼纯金属 3 金属的冶炼方法 4 4 金属的回收和资源保护 一方面矿产资源日渐减少 另一方面废旧金属作为一种固体废弃物 会污染环境 应把 废旧金属回收利用 其中大部分可以重新制成金属或其化合物再用 典例导悟 1 冶炼金属一般有下列方法 焦炭法 水煤气 或氢气 或一氧化碳 法 活泼金属置换法 电解法 四种方法在工业上均有应用 1 请对下表中的金属冶炼方法进行分析 从上述四种方法中选择相应的序号填入下表 中空格 火烧孔雀 石炼铜 湿法炼铜铝热法炼铬 从光卤石 中炼镁 火烧孔雀石炼铜所发生反应的化学方程式 写主要的两个 2 请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个 用化学方程式表示 三 铝热反应 1 本质 利用铝的还原性 将难熔金属从其氧化物中置换出来 2 实验 以 Al 和 Fe2O3的反应为例 1 实验步骤 把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状 套在一起使四周都有四层 把内层滤纸取出 在 其底部剪一个孔 用水润湿 再套回架在铁圈上的玻璃漏斗上 如图所示 下面放置一盛沙 子的蒸发皿 把 5 g 干燥的氧化铁粉末和 2 g 铝粉混合均匀 放在纸漏斗上 上面加少量氯酸钾固 体并在混合物中间插一根镁条 用燃着的小木条点燃镁条 观察发生的现象 2 实验现象 当外露部分镁条刚刚燃毕时 纸漏斗内的混合物 发出 5 产生大量的烟 纸漏斗被烧破 有 落入蒸发皿内的细沙 上 液珠冷却后变为 3 实验结论 在高温下 铝与氧化铁反应 放出 化学方程式 3 反应特点 在高温下进行 反应迅速 放出大量的热 新生成的金属单质呈液态且易与 分 离 4 应用 1 在生产上 可用于 等 2 在冶金工业上用于 5 铝热剂 1 在铝热反应中 反应混合物 铝 金属氧化物 称为 2 能与 Al 组成铝热剂的金属氧化物常见的有 等 典例导悟 2 粉末状试样 A 是由等物质的量的 MgO 和 Fe2O3组成的混合物 进行如下实 验 取适量 A 进行铝热反应 产物中有单质 B 生成 另取 20 g A 全部溶于 0 15 L 6 0 mol L 1盐酸中 得溶液 C 将 中得到的单质 B 和溶液 C 反应 放出 1 12 L 标况 气体 同时生成溶液 D 还残 留有固体物质 B 用 KSCN 溶液检验时 溶液 D 不变色 请填空 1 中引发铝热反应的实验操作是 产物中的单质 B 是 2 中所发生的各反应的化学方程式是 3 中所发生的各反应的离子方程式是 4 若溶液 D 的体积仍视为 0 15 L 则该溶液中c Mg2 为 c Fe2 为 1 判断正误 1 电解熔融氯化镁制取金属镁 2010 上海 8A 2 电解饱和氯化镁溶液 可制得金属镁 2009 上海 5D 3 目前我国流通的硬币是由合金材料制造的 2009 广东理基 23A 4 生铁 普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加 2009 广东理基 23B 2 2008 重庆理综 27 6 某学习小组用如图所示装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量 1 A 中试剂为 2 实验前 先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻 其目的是 3 检查气密性 将药品和水装入各仪器中 连接好装置后 需进行的操作还有 记 录 C 的液面位置 将 B 中剩余固体过滤 洗涤 干燥 称重 待 B 中不再有气体产生并 恢复至室温后 记录 C 的液面位置 由 A 向 B 滴加足量试剂 检查气密性 上述操作的 顺序是 填序号 记录 C 的液面位置时 除视线平视外 还应 4 B 中发生反应的化学方程式为 5 若实验用铝镁合金的质量为a g 测得氢气体积为b mL 已换算为标准状况 B 中 剩余固体的质量为c g 则铝的相对原子质量为 6 实验过程中 若未洗涤过滤所得的不溶物 则测得铝的质量分数将 填 偏大 偏小 或 不受影响 题组一 金属与合金 1 2011 哈尔滨调研 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 2 合金比纯金属制成的金属材料的优点是 合金的硬度一般比它的各成分金属的大 一般地 合金的熔点比它的各成分金属的 更低 改变原料的配比 改变生成合金的条件 得到有不同性能的合金 合金比纯金属 的导电性更强 合金比纯金属的应用范围更广泛 A B C D 3 金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的运用 下列关于金属的一些说法不正确 的是 A 合金的性质与其成分金属的性质不完全相同 B 工业上金属 Mg Al 都是用电解熔融的氯化物制得的 C 金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子 D 越活泼的金属越难冶炼 4 2011 沈阳统考 隐形衣 被评为 2008 年十大科学发现 隐形衣的核心材料是 元材料 元材料 一般是将聚合材料和微小的锡卷或金属丝混合制成 从而使电磁辐射 的路径弯曲 下列说法不正确的是 A 聚合材料属于高分子材料 B 合金也是重要的材料 其组成中只有金属 两种或几种金属 C 金属能够拉成金属丝说明金属具有延展性 D 利用金属氧化物冶炼金属必须利用氧化还原反应 5 2010 邢台高三期末 近年来 科技人员又研究得到一种新型材料 泡沫铝 它 7 是由发泡剂加到熔融或固体粉末的铝合金 合金是指金属跟其他金属或非金属所组成的具有 金属特性的物质 中而制成的 其优点是硬度高 密度小 约为 0 16 0 5 g cm 3 比木 材还轻 可浮于水面 又有很大刚性 且隔音 保温 是一种良好的建筑材料和轻质材料 近几年就可大批量投放市场 下列关于泡沫铝的说法错误的是 A 泡沫铝是纯净物 B 泡沫铝是一种合金 C 泡沫铝是一种优质的建筑材料和轻质材料 D 泡沫铝可用于飞机制造 题组二 金属的冶炼 6 下列金属冶炼的反应原理 错误的是 A 2NaCl 熔融 2Na Cl2 电解 B MgO H2Mg H2O C Fe3O4 4CO3Fe 4CO2 高温 D 2HgO2Hg O2 7 2011 西安联考 下列说法中不正确的是 A 有些活泼金属如铝可作高温还原法的还原剂 B 用电解熔融 NaCl 的方法来冶炼金属钠 C 可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝 D 回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物 8 下列制备金属单质的方法或原理正确的是 A 在高温条件下 用 H2还原 MgO 制备单质 Mg B 在通电条件下 电解熔融 Al2O3制备单质 Al C 在通电条件下 电解饱和食盐水制备单质 Na D 加强热 使 CuO 在高温条件下分解制备单质 Cu 9 在一定条件下可实现如下图所示物质之间的变化 请填写下列空白 1 孔雀石的主要成分是 CuCO3 Cu OH 2 碱式碳酸铜 受热易分解 图中的 F 是 2 写出明矾与过量 NaOH 溶液反应的离子方程式 3 图中所得 G 和 D 都为固体 混合后 在高温下可发生反应 写出该反应的化学方程 式 4 每生成 1 mol D 同时生成 mol E 题组三 实验探究 10 某兴趣活动小组对金属及其化合物作如下研究 1 下表为 铝与氯化铜溶液反应 实验报告的一部分 实验步骤实验现象 将打磨过的铝片 过量 放入一定浓度的 CuCl2溶液中 产生气泡 析出疏松的红色固体 溶液逐渐 变为无色 反应结束后分离出溶液备用 红色固体用蒸馏水洗涤后 置于潮湿空气中一段时间后固体由红色变为绿色 视其主要 8 成分为 Cu2 OH 2CO3 按反应类型写出实验中发生反应的化学方程式各一个 是离子反应的只写离子方程式 置换反应 化合反应 2 用石墨作电极 电解上述实验分离出的溶液 两极产生气泡 持续电解 在阴极附 近的溶液中还可以观察到的现象是 解释此现象的离子方程式是 3 工业上可用铝与软锰矿 主要成分为 MnO2 反应来冶炼金属锰 用铝与软锰矿冶炼锰的原理是 用化学方程式表示 MnO2在 H2O2分解反应中作催化剂 若将适量 MnO2加入到酸化后的 H2O2溶液中 MnO2 溶解产生 Mn2 该反应的离子方程式是 学案 16 用途广泛的金属材料 课前准备区 知识点一 1 银白 金 铜 汞 锂 铂 铬 钠 钾 铷 铯 钨 4 5 2 小于 4 还原剂 知识点二 1 金属 2 1 低 2 大 3 1 青铜 黄铜 白铜 2 钢 碳素钢 合金钢 问题思考 1 1 金属与水或酸的反应越剧烈 该金属越活泼 2 金属对应的最高价氢氧化物的碱性越强 该金属越活泼 3 一种金属能从另一种金属的盐溶液中将其置换出来 则该金属活泼性比另一种金属 强 4 两金属能构成原电池时 一般作负极的金属比作正极的金属更活泼 5 在电解过程中 一般来说 先得电子的金属阳离子对应的金属单质的活泼性比后得 电子的金属阳离子对应的金属单质的活泼性弱 与得失电子多少无关 2 与金属活泼性有关 金属越活泼被发现的越晚 越难冶炼 3 合金属于混合物 金属与金属或金属与非金属形成合金时 一般认为没有发生化学 反应 各成分的化学性质没有发生改变 如钢的电化学腐蚀中 镁作负极被氧化 而其中的 碳作正极 课堂活动区 一 化学反应 减弱 1 H 2 盐 新盐 新金属 3 1 冷 2 热 4 负 1 失 氧化 2 正 5 化合态 游离态 化合态 6 稳定 不易 二 1 氧化还原 还原 还原 9 2 矿石的富集 冶炼 氧化还原 精炼 三 1 2mAl 3MnOmmAl2O3 3nM 高温 2 2 立即剧烈反应 耀眼的光芒 红热状态的液珠落 黑色固体 3 大量的热 Fe2O3 2Al2Fe Al2O3 高温 3 Al2O3 4 1 焊接钢轨 2 冶炼难熔金属 5 1 铝热剂 2 Fe2O3 Fe3O4 Cr2O3 MnO2 V2O5 典例导悟 1 1 Cu2 OH 2CO32CuO CO2 H2O C 2CuO2Cu CO2 2 Fe2O3 3CO2Fe 3CO2 高温 3H2 WO3W 3H2O 高温 3MnO2 4Al3Mn 2Al2O3 高温 2NaCl 熔融 2Na Cl2 电解 解析 选择金属的冶炼方法 要依据金属的活动性及金属在自然界中的存在状态 孔 雀石的主要成分是 Cu2 OH 2CO3 火烧时易分解 木柴或煤中有碳 能还原出 Cu 2 1 加少量 KClO3 插上镁条并将其点燃 Fe 2 Fe2O3 6HCl 2FeCl3 3H2O MgO 2HCl MgCl2 H2O 3 Fe 2H Fe2 H2 Fe 2Fe3 3Fe2 4 0 67 mol L 1 2 3 mol L 1 解析 此题将实验操作与元素化合物知识巧妙结合在一起考查 增大了试题的容量 增 强了试题的测试能力 1 铝热反应是指单质 Al 和某些金属氧化物发生的反应 反应过程中放出大量热 但该 反应需要较高的温度才能引发 在混合物上加少量 KClO3并插上 Mg 条 点燃 Mg 条后放出热 量 使 KClO3分解放出 O2 进一步加剧 Mg 的燃烧 可在短时间内使混合物温度迅速升高 引发反应 发生的反应为 Fe2O3 2AlAl2O3 2Fe 所以产物中单质 B 为 高温 Fe 2 Fe2O3和 MgO 都是碱性氧化物 能和酸反应生成盐和水 Fe2O3 6HCl 2FeCl3 3H2O MgO 2HCl MgCl2 H2O 3 混合物中只有 Fe2O3能和 Al 发生铝热反应 生成 Fe 单质 C 溶液中有反应的 FeCl3 还有未反应的 HCl 发生的离子反应为 Fe 2H Fe2 H2 Fe 2Fe3 3Fe2 4 假设步骤 用去的 20 g 固体中 MgO 的物质的量为x Fe2O3的物质的量为y 则 40 x 160y 20 发生的反应有 MgO 2HCl MgCl2 H2O Fe2O3 6HCl 2FeCl3 3H2O 因为步骤 中 Fe 有剩余 说明经此步骤 HCl 全部消耗了 步骤 剩余 HCl 的物质的量 可根据步骤 中产生的气体确定为 0 1 mol 所以又有 2x 6y 0 1 0 9 解得 x 0 1 mol y 0 1 mol 根据 MgO MgCl2的关系 溶液中 MgCl2的浓度为 0 1 mol 0 15 L 0 67 mol L 1 步骤 说明溶液中没有 Fe3 也就是溶质为 FeCl2和 MgCl2 根据 Cl 不变的关系 可 知 MgCl2和 FeCl2的总的物质的量等于 0 45 mol 所以 FeCl2 0 15 L 6 0 mol L 1 2 10 的浓度为 2 3 mol L 1 0 45 mol 0 1 mol 0 15 L 课后练习区 高考集训 1 1 2 3 4 2 1 NaOH 溶液 2 除去铝镁合金表面的氧化膜 3 使 D 和 C 的液面相平 4 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 5 6 偏小 33 600 a c b 解析 1 观察实验装置图可知是用量气法完成实验目的 故 A 中应盛 NaOH 溶液 在 B 中发生 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 的反应 2 目的是除去铝镁合金表面的氧化膜 3 正确顺序应为 为使 C 中气体的压强与外界大气压相等 还应使 D 与 C 的液面相平 5 据 2Al 3H2 2 mol 3 mol a c g M Al b mL 1 000 mL L 1 22 4 L mol 1 得M Al 33 600 a c b 6 据w Al 100 的计算公式可知未洗涤不溶物会造成铝的质量分数偏 a c g a g 小 考点集训 1 D 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 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 2 A 合金的机械性能比各成分金属的大 故 正确 根据教材知识 是正确的 合金的电阻率比纯金属要大 故 是错误的 合金由于性能好而应用更广泛 是正确的 3 B 4 B 合金是两种或两种以上的金属 或金属与非金属 熔合而成的材料 其中可能含 有非金属 如钢铁中含有碳 硅等非金属 5 A 由题意可知 泡沫铝是一种合金 属于混合物 故 A 错误 6 B 钠 镁等活泼金属不能用普通还原剂还原出来 只能用电解熔融物的方法制取 故 A 正确 B 错误 而铁为中等活泼的金属可以用常用还原剂还原 故 C 正确 不活泼的金 属可以用加热分解化合物的方法来制备 故 D 正确 7 C 8