2023版高三一轮总复习化学鲁科版教案：第3章 第13讲 金属材料与金属矿物的开发利用(基础课)

1、PAGE PAGE 16第13讲金属材料与金属矿物的开发利用(基础课)1.了解合金的概念及其重要应用。2.了解铝、铜及其化合物的主要性质和应用。3.了解常见金属的冶炼方法。金属材料与金属矿物的开发利用1合金(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。(2)性能：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。熔点：一般比它的各成分金属的低；硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。(1)合金是混合物，合金的物理性质相比于成分金属有所改变，但合金中各成分金属的化学性质不变。(2)并非所有的金属都能相互形成合金，若一种金属的熔点高于另一种金属的沸点，则二者不能形成合

2、金。2常见的金属材料(1)金属材料的工业分类黑色金属材料有色金属材料铁、铬、锰以及它们的合金除黑色金属以外的其他金属及其合金(2)常见合金材料铝合金：密度小、强度高，塑性好，易于加工，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。新型合金a储氢合金eq blcrc (avs4alco1(概念：吸收大量H2，并与H2结合成金属氢化, 物的材料,特点：储氢量大，金属氢化物既易形成，稍稍, 加热又易分解，室温下吸、放氢的速率快,示例：TiFe合金和LaNi合金)b其他：钛合金、耐热合金、形状记忆合金等。合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，钢的组织结构发生变化，从而使钢

3、具有各种特殊性能。如超级钢就是含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%的合金钢，强度很大。3金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中的存在形态在自然界中绝大多数金属元素以化合物的形式存在。少数化学性质不活泼的金属存在游离态。(2)金属冶炼的实质使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：Mnne=M。(3)金属的常见冶炼方法电解法Na：2NaCl(熔融)eq o(=,sup9(通电)2NaCl2；Mg：MgCl2(熔融)eq o(=,sup9(通电)MgCl2；Al：2Al2O3(熔融)eq o(=,sup9(通电),sdo9(冰晶石)4Al3O2。热还原法：常用还原剂

4、有焦炭、CO、H2、Al等高炉炼铁：3COFe2O3eq o(=,sup9()2Fe3CO2；铝热反应制铬：2AlCr2O3eq o(=,sup9(高温)2CrAl2O3；焦炭还原铜：C2CuOeq o(=,sup9(高温)2CuCO2。热分解法Hg：2HgOeq o(=,sup9()2HgO2；Ag：2Ag2Oeq o(=,sup9()4AgO2。铝热反应实验中的有关问题实验装置实验现象镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中实验结论高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热：2AlFe2O3eq o(=,sup

5、9(高温)2FeAl2O3原理应用制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等；金属焊接，如野外焊接钢轨等(4)合理开发利用金属矿物的主要途径提高金属矿物的利用率，开发环保高效的金属冶炼方法，防止金属的腐蚀，加强废旧金属的回收和再利用，使用其他材料代替金属材料，等等。(1)金属冶炼与金属活动性的关系：(2)冶炼Mg时电解熔融MgCl2而不电解熔融MgO，原因是MgO的熔点高，熔融时会耗费更多能源，增加生产成本。(3)冶炼Al时只能电解熔融Al2O3而不能电解熔融AlCl3，原因是AlCl3是共价化合物，熔融态不导电；加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。合金与

6、金属材料1我国古代的青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。下列说法不正确的是()A我国使用青铜器的时间比使用铁器、铝器的时间均要早B将青铜器放在银质托盘上，青铜器容易生成铜绿C本草纲目中载有一药物，名“铜青”，铜青是铜器上的绿色物质，则铜青就是青铜D用蜂蜡做出铜器的蜡模，是古代青铜器的铸造方法之一，蜂蜡的主要成分是有机化合物C铜青是铜器上的绿色物质，为铜锈蚀生成的碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3，C错误。2C919大型客机是我国自主研发的，C919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识不正确的是()A铝锂合金密度较小，强度较大，硬度大于纯铝，熔点低于锂单质B改变原料的

7、配比，可以制得性能不同的铝锂合金C铝锂合金具有金属光泽，可导电导热D铝锂合金的性质与各成分金属的性质完全相同D合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度大于其成分金属，A正确；合金的性质与成分的含量有关，所以改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金，B正确；铝锂合金具有金属材料的一些通性，有金属光泽，可导电导热，C正确；合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度大于其成分金属，所以铝锂合金的性质与各成分金属的性质不完全相同，D错误。金属矿物的开发利用3不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是()A钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热反应法炼制B铝及其合金是生产、生活中广泛使用的材料，是

8、因为铝的冶炼方法比较简单C由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质D炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制造还原剂一氧化碳 DA项，铁通常用CO还原法炼制，错误；B项，是因为Al有良好的性能，才被广泛使用，错误；C项，氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，工业上用电解氧化铝方法制取铝，错误；D项，高炉炼铁中焦炭的作用为与氧气反应产生热量和制造还原剂一氧化碳，正确。4工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下：(1)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为_。(2)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质

9、)的电解精炼。下列说法正确的是_(填字母)。a电能全部转化为化学能b粗铜接电源正极，发生氧化反应c溶液中Cu2向阳极移动d利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属解析(1)图示中可利用铝热反应由泡铜冶炼粗铜。(2)电解精炼铜的过程中电能转化为化学能的同时，部分电能转化为热能，a错；电解精炼铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连，发生氧化反应，b对；电解过程中Cu2向阴极移动，c错；粗铜中Ag、Pt、Au放电能力比铜弱，形成阳极泥，可以回收，d对。答案(1)3Cu2O2Aleq o(=,sup9(高温)Al2O36Cu(2)bd(1)成分金属与合金的物理性质相比有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然

10、不变。(2)金属越活泼，一般发现或使用的越晚。(3)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如NaKCleq o(=,sup9(850 )KNaCl、2RbClMgeq o(=,sup9(700800 )MgCl22Rb等，在此主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，汽化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。(4)活泼金属用电解法冶炼时，不能用其化合物的水溶液进行电解。铝及其重要化合物1铝的存在与主要性质(1)铝的结构和存在铝位于元素周期表第3周期A族，原子结构示意图为。铝元素在地壳中含量丰富，仅次于氧、硅。自然界中的铝全部以化合态存在。(2)铝的主要化学性质Al与碱液(Na

11、OH)：2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2。Al与CuSO4溶液：2Al3CuSO4=3CuAl2(SO4)3。铝热反应a原理：利用Al的还原性较强，高温下把金属氧化物中的金属置换出来。b应用：冶炼难熔金属，如Cr、Mn、V、W、Cu、Fe等；金属焊接，如野外焊接钢轨等。2铝的重要化合物(1)铝的氧化物(Al2O3)两性氧化物两性氧化物：既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。Al2O3的两性表现(2)铝的氢氧化物Al(OH)3两性氢氧化物两性氢氧化物：与酸或强碱均能反应生成盐和水的氢氧化物。Al(OH)3的两性表现Al(OH)3受热分解：2Al(OH)3eq

12、 o(=,sup9()Al2O33H2O。(3)铝盐明矾化学式为KAl(SO4)212H2O，为复盐。电离方程式为KAl(SO4)2=KAl32SOeq oal(2,4)。应用：净水，净水原理为明矾电离出的Al3在水中水解生成Al(OH)3胶体，吸附水中悬浮物而沉淀，使水净化，其离子方程式为Al33H2OAl(OH)3(胶体)3H。(4)四羟基合铝酸盐四羟基合铝酸钠向NaAl(OH)4溶液中滴加盐酸至过量，反应现象为先生成白色沉淀，然后沉淀又逐渐溶解至消失，反应的有关离子方程式为Al(OH)4H=Al(OH)3H2O，Al(OH)33H=Al33H2O。向NaAl(OH)4溶液中通入少量CO2

13、，反应的离子方程式为2Al(OH)4CO2=2Al(OH)3COeq oal(2,3)H2O。铝的三角转化关系铝及其化合物的性质及应用1下列除去杂质的方法不正确的是 ()A镁粉中混有少量铝粉：加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥B用过量氨水除去Fe3溶液中的少量Al3CAl(OH)3中混有少量Mg(OH)2：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤DMgO中混有少量Al2O3：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤、洗涤、干燥得到MgOBAl(OH)3不溶于氨水，故向含少量Al3的Fe3溶液中加过量氨水，Fe3、Al3均转化为氢氧化物沉淀达不到除杂的目的，B项不正确。2K

14、Al(SO4)212H2O(明矾)是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废易拉罐(主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如图所示。回答下列问题：(1)为尽量少引入杂质，试剂应选用_(填标号)。aHCl溶液bH2SO4溶液c氨水 dNaOH溶液(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为_。(3)沉淀B的化学式为_；将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是_。解析(1)易拉罐的主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质，试剂的作用是将Al溶解并除去Fe、Mg杂质，HCl溶液和H2SO4溶液可溶解Al及Fe、Mg杂质，会引入Fe2、Mg2，氨水不溶解Al；NaOH溶液可溶

15、解Al，但不溶解Fe、Mg杂质，故d项符合。(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2。(3)滤液A的主要成分是NaAl(OH)4，向其水溶液中加入NH4HCO3溶液，发生反应：HCOeq oal(,3) Al(OH)4=Al(OH)3COeq oal(2,3)H2O，所以沉淀B的化学式为Al(OH)3；将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是Al3为弱碱阳离子，发生水解反应，消耗水电离产生的OH，当最终达到平衡时溶液中c(H)c(OH)，所以溶液呈弱酸性。答案(1)d(2)2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2(3)Al(O

16、H)3Al3水解，使溶液中H浓度增大铝土矿中提铝3工业上用铝土矿(主要成分是Al2O3，还含有Fe2O3、SiO2)提取氧化铝作冶炼铝的原料。其中一种提取方法的操作过程如下：请回答下列问题：(1)铝土矿中加NaOH溶液，反应的离子方程式有_。(2)沉淀乙是_。(3)甲溶液中通入CO2得到的沉淀是否只有Al(OH)3？_(填“是”或“否”)，若否，从甲溶液中如何得到纯净Al(OH)3？写出流程图：_。(4)请写出甲溶液中通入过量CO2的离子方程式：_。答案(1)Al2O32OH3H2O=2Al(OH)4、SiO22OH=SiOeq oal(2,3)H2O(2)Fe2O3(3)否(4)Al(OH)

17、4CO2=Al(OH)3HCOeq oal(,3)、SiOeq oal(2,3)2CO22H2O=H2SiO32HCOeq oal(,3)铜及其化合物1铜的主要性质写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：化学方程式：2CuO2H2OCO2=Cu2(OH)2CO3。化学方程式：2CuSeq o(=,sup9()Cu2S。与氧化性酸反应a与浓硫酸共热的化学方程式：Cu2H2SO4(浓)eq o(=,sup9()CuSO4SO22H2O；b与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu8H2NOeq oal(,3)=3Cu22NO4H2O；c与浓硝酸反应的离子方程式：Cu4H2NOeq oal(,3)=Cu22

18、NO22H2O。与某些盐溶液反应a与硝酸银溶液反应的离子方程式：Cu2Ag=2AgCu2；b与FeCl3溶液反应的离子方程式：Cu2Fe3=2Fe2Cu2。2铜的重要化合物的性质及应用(1)氧化物CuO：黑色难溶于水的固体，可以与酸反应，可以用H2、CO、Al还原出Cu。Cu2O：砖红色难溶于水的固体，与一般酸反应为Cu2O2H=CuCu2H2O，遇到HNO3发生氧化反应生成Cu2。转化：4CuOeq o(=,sup9(高温)2Cu2OO2，高温条件下Cu2O稳定。(2)氢氧化铜蓝色难溶物，是一种弱碱。(3)铜盐Cu2(OH)2CO3Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，呈绿色，是铜锈的主

19、要成分，受热易分解的方程式为Cu2(OH)2CO3eq o(=,sup9()2CuOH2OCO2。CuSO4aCuSO45H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾。受热或遇浓硫酸，蓝色晶体变为白色粉末。b无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO45H2O)，可作为水或水蒸气的检验试剂。铜盐的毒性铜盐溶液有毒，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，用来杀灭植物的病菌。铜及其化合物的性质与应用1判一判(正确的打“”，错误的打“”)。(1)铁、铜在潮湿的空气中均易形成金属氧化物。()(2)无水CuSO4既可检验水蒸气的存在又可作干燥剂。

20、()(3)Cu2O和CuO在稀硫酸中反应原理相同。()(4)铜盐和84消毒液的杀菌消毒原理相同。()(5)Cu与少量浓硝酸反应只生成NO2。()(6)葡萄糖与新制Cu(OH)2共热生成砖红色的Cu2O。()(7)从CuSO4溶液中得到CuSO45H2O的操作为蒸发浓缩、冷却结晶和过滤。()(8)足量Cu与含1 mol H2SO4的浓硫酸共热可以生成0.5 mol SO2气体。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2(2021哈尔滨模拟)下列有关铜的化合物的说法正确的是 ()A根据铁比铜金属性强，在实际应用中可用FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板BCuSO4溶液与H2S溶液反应的

21、离子方程式为Cu2S2=CuSC用稀盐酸除去铜锈的离子方程式为CuO2H=Cu2H2OD化学反应：CuOCOeq o(=,sup9()CuCO2的实验现象为黑色固体变成红色固体答案D铜及其化合物的性质实验探究3某同学对Cu的常见化合物的性质进行实验探究，探究的问题和过程如下：(1)为探究不同价态铜的稳定性，进行如下实验：将CuO粉末加热至1 000 以上完全分解成砖红色的Cu2O粉末，该实验说明：在高温条件下，1价Cu比2价Cu更_(填“稳定”或“不稳定”)。向Cu2O中加适量稀硫酸，得到蓝色溶液和一种红色固体，该反应的离子方程式为_，由此可知，在酸性溶液中，1价Cu比2价Cu更_(填“稳定”

22、或“不稳定”)。 向Cu2O中加适量稀硝酸，反应的离子方程式为_。(2)为了探究氨气能否和氢气一样还原CuO，他根据所提供的下列装置进行实验(夹持装置未画)，装置A产生氨气，按气流方向连接各仪器接口，顺序为a_h。实验结束后，装置B中固体由黑色变为红色，装置E中收集到无色无味的气体，在空气中无颜色变化，点燃的镁条可以在其中燃烧，则B装置中发生反应的化学方程式为_。装置C中的球形装置的作用是_。答案(1)稳定Cu2O2H=Cu2CuH2O不稳定3Cu2O14H2NOeq oal(,3)=6Cu22NO7H2O(2)gfbcde(bc可互换)3CuO2NH3eq o(=,sup9()3CuN23H

23、2O防倒吸1(2021河北选择性考试，T1)“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“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。“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()A钢是以铁为主的含碳合金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 D冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3CA.钢是含碳量低的铁合金，正确；B.钢的硬度和脆性与含碳量有关，随着含碳量的增大而增大，正确；C.由题意可知，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢，说明生铁的熔点低于熟铁，错误；D.赤铁矿的主要成分是Fe2O3

24、，可用于冶炼铁，正确。2(2021全国甲卷，T27)胆矾(CuSO45H2O)易溶于水，难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO(杂质为氧化铁及泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矾，并测定其结晶水的含量。回答下列问题：(1)制备胆矾时，用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外，还必须使用的仪器有_(填标号)。A烧杯B容量瓶C蒸发皿D移液管(2)将CuO加入适量的稀硫酸中，加热，其主要反应的化学方程式为_，与直接用废铜和浓硫酸反应相比，该方法的优点是_。(3)待CuO完全反应后停止加热，边搅拌边加入适量H2O2，冷却后用NH3H2O调pH为3.54，再煮沸10 min，冷却后过滤。滤液经如下

25、实验操作：加热蒸发、冷却结晶、_、乙醇洗涤、_，得到胆矾。其中，控制溶液pH为3.54的目的是_，煮沸10 min的作用是_。(4)结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后总质量为m2，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置于干燥器中冷至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m3。根据实验数据，胆矾分子中结晶水的个数为_(写表达式)。(5)下列操作中，会导致结晶水数目测定值偏高的是_(填标号)。胆矾未充分干燥坩埚未置于干燥器中冷却加热时有少量胆矾迸溅出来解析(4)称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后总质量为m2，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置于干燥器中冷至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m3