金属材料（讲）-高考化学一轮复习

第08讲金属材料

公考纲考情

1.能从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能反应，培养宏观辨识与微观探析的能力。

2.能列举常见合金的组成和性能，能科学、合理的选择和使用金属材料，培养学生的科学精神和社会责

任感。

【核心素养分析】

1.宏观辨识与微观探析：认识金属材料的性能和应用，根据金属及其化合物的性质理解常见金属的冶炼

原理。

2.科学态度与社会责任：根据金属的冶炼原理及方法，认识开发利用金属矿物应具有可持续性，培养绿

色环保意识。

3.科学探究与创新怠识：科学领悟铜、铝及其化合物的性质及探究力案并进行实验探究，得出其主要性

质。

会考点梳理

知识点一铝、镁的性质及应用

1.金属铝的物理性质

银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。

2.金属铝的化学性质

©4AI+3O2=====2A12O3

②2Al+Fe2O3=^==2Fe+AI2O3

③2Al+6H+===2A15++3H2T

-

@2A1+2OH+6H2O===2lA1(OH)4J-+3H21

3.铝热反应

整:为铝热反应提供高温条件

实验装置.疑酸钾:产生氧气，引发反应

”~辄化铁和铝粉的混合物

1—/---------------O

①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

实验现象

较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中

高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热：Fe2O3+2AI=^B=2Fe+

实验结论

AI2O3

①制取熔点较高、活动性弱于A1的金属，如铁、辂、锌、鸨等，

原理应用3MnO2-4Al==^^3Mn4-2AhO3；

②金属焊接，如野外焊接钢轨等

4.铝的制备和用途

(1)制备原理

中解

电解熔融AI2O3：2ALO3(熔网尸之竺=4A1+302b

【特别提醒】工业上冶炼AI用电解熔融AbO3而不用A1C13的原因是A1CL是共价化合物，熔融态不导

电。

(2)铝的用途

纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。

【归纳总结】对比记忆铝、镁的化学性质

铝镁

占燃

2Mg+O2==^'=2MgO

与非金属反应能被。2、氧化

巨燃

3Mg+N2=====Mg3N2

能与沸水反应

与水反应反应很困难

Mg+2H2O=====Mg(OH)2+H2I

与碱反应能溶于强碱溶液不反应

与某些氧化物能与FezC%、Mn02.CMh等金

能在CO2中燃烧：

反应属氧化物发生铝热反应

占燃

2Mg+CO2===^'=2MgO+C

【特别提醒】铝与酸或碱反应生成H2的量的关系

2Al+6HQ===2AlCb+3H2T

2A1+2NaOH+6H2O===2Na[AI(OH)4l+3H2T

(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：

①产生的物质的量相等。

②消耗H+、OUT的物质的量之比为〃(FT)：n(OH-)=3：1。

(2)足量的铝分别与等物质的量的HC1和NaOH反应：

①消耗A1的物质的量之比为1:3。

②生成H2的物质的量之比为I:3。

(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：

若产生氢气的体积比为彳V*喏;VI，则必定

①铝与盐酸反应时，铝过量而HCI不足。

②铝与氢氧化钠溶液反应时.，铝不足而NaOH过量。

知识点二铝的重要化合物

1.氧化铝

⑴物理性质：白色固体，难溶于水，熔点很高。

⑵化学性质

2.氢氧化铝

⑴物理性质：白色胶状不溶干水的固体，有较强的吸附性。

(2)化学性质(用化学方程式表示)

A1(OH)3的电离方程式为

+

酸式电离:A1(OH)3+H2O«—[Al(0H)4]"+H

+

碱式电离：Al(OH)3r"Ap+3OH-

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:

+3+

©A1(OH)3+3H===AI+3H2OO

®Al(OHh+OH"===[Al(OH)j]-o

+

AP+3A1O7+6H2O===4A1(OH)31

(2)有关离子共存问题

①与A13+不能大量共存的(阴)离子有：OH，AlOf、HS，SiOfsCOM、HCO］、SO,等。

②与AIO?不能大量共存的(阳)离子有:H\Al3\NH；、Fe2—、F°3十等。

③A1OE与HC("因发生(相对)强酸制弱酸的反应而不能共存。

(3)分析离子反应顺序

①向含有AW、NH：、K的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，反应顺序是：I.H，+OH===凡0；II.AI3

++3OH—===AI(OHR(若先与NH］反应，则生成的NH3H2O又逆AP沉淀且生成NH；)；IILNH:+OH-

==NH3-H2。［若先溶解AI(OH)3，则产生的AIO或又与NH；反应生成沉淀］;IV.A1(OH)3+OH-===A1O*+

2Hd

②向含有A1O3、CO『、OFT的混合溶液中逐滴加入盐酸，反应顺序是：I.OFr+H'===H2O；H.Ag

+H++H2O===AI(OH)3MAiO2比COr先反应)；III.COr+H===HCO3；IV.HCOl+H'===CO2f+

+3+

H2O［HCO3ttAI(OH)3先反应］;V.AI(OH)3+3H===A1+3H20O

知识点三铜及其化合物

1.铜

(1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。

⑵化学性质

反应物化学方程式

①潮湿的空气中：2Cu+O2+CO2+H2O==Cu2(OH)2c0式碱式碳

酸铜，绿色)

02

②2Cu+O—2CuO(—黑色—固体)

非金属2

C12Cu+Cl2=O=CuC12(—棕黄_色烟)

S

2CU+S=====CU2S

浓硫酸Cu+2HSO4(?^)=====CUSO+SO2T+2H2O

氧化24

浓硝酸Cu+4HNC>3(浓)===CU(NO3)2+2N02T+2HO

性酸2

稀硝酸3Cu+8HNO3(^)===3Cu(NO3)2+2NOt+4H2O

AgNCh、Cu+2AgNO3===Cu(NO?)2+2Ag、

盐

FCC13Cu+2FCC13===CUCI2+2FCC12

2.铜的氧化物和氢氧,化物

氯化铜氧化亚铜氢氧化铜

化学式CuOCu2OCU(OH)2

状态不溶于水的黑色固体(粉末)不溶于水的红色固体不溶于水的蓝色固体

®CUO+2H+@CU(OH)+2H+

2+22

®CuO+2H'===Cu+H20

U2+UU2+

化学===C+C-FH2O===C+2H2O

@CuO+H2====CU+H2O

性质

@CU2O+H2=====2CU@CU(OH)2=====

@CuO+CO=====Cu+C02

+H2OCUO+H2O

3.铜盐

(l)Cs(OH)2cCh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)2CO3=====2CUO+H20+CO2T。

(2)无水CuSCh是白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSChSHzO)，可作为反应产物中是否含水的检验依据，

但不适于作干燥剂。CuSOKFhO为蓝色晶体，俗称蓝矶或胆矶，受热易分解：CUSO4-5H2O=====CUSO4+

5H：0f,蓝色晶体受热转化为白色粉末。

(3)铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子作为•种重金属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矶、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的害虫。

知识点四合金金属材料

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：合金具有不同于各戌分金属的物理、化学性能或机械性能。

①熔点：一般比它的各成分金属的低；

②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。

2.常见金属材料及应用

「黑色金属材料：铁、铭、镜以及它们的合金

金属材料」

二有色金属材料：除黑色金属以外的其他金属及其合金

(1)重要的黑色金属材料——钢

钢是用量最大、用途最广的合金。

［低碳钢：韧性、焊接性好，强度低

碳素钢(中碳钢：强度高，韧性及加工性好

钢《〔高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好

合金钢：具有各种不同的优良性能，用于制不锈钢

<及各种特种钢

(2)几种有色金属材料

r1性能：良好的延展性和导电性

铝《

［用途：制导线

性能：密度小、强度高、塑性好、易于成型、

铝及铝合金j

制造工艺简单、成本低廉

铝合金〈

用途：主要用于建筑业、容器和包装业、

交通运输业、电子行业等

r［性能：良好府导由性和导热性

用途：主要用于电器和电子工业、建筑业

铜及铜合金〈

铜合金：青铜是我国使用最早的合金，常见的

、还有黄铜和白铜

【归纳总结】合金的组成与性质

(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。

合金一定是混合物。

(2)常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。

(3)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面

不同于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。

3.金属的性质与金属冶炼

(1)应用金属活动顺序表整合金属的性质

金属活动性顺序K、Ca、NaMgAl、ZnFe、Sn、Pb(H)Cu、Hg、AgPl、Au

常温下易被氧

常温下一般生成致密的氧

化，点燃生成

与。2反应化膜(铁在潮湿的空气中生成疏加热化合

过氧化物或其

松的铁锈，不能保护内部金属)不反应

他复杂氧化物

常温下生与有碱存与高温水蒸气

与反应不反应

H2O

成碱和氢气执在与水反应

水反应

反

应

与非氧化性酸反

生成盐和氢气生成盐和氢气不反应

应

先与水反应，

与盐溶液反应生成的碱再与排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来

盐反应

⑵金属活动顺序与金属冶炼的关系

KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAgPlAu

电解法上热分川一其他一|

原法「解法「方法「

①热分解法：适用于小活泼的金属，如Hg和Ag。由HgO冶炼Hg的化学方程式：2HgO=====2Hg+

O2I；由AgzO冶炼Ag的化学方程式：2Ag2O=====4Ag+O2to

②热还原法：用还原剂（C、CO、H?、Al等）还原金属氧化物，适合较活泼的金属。

完成冶炼铁、锌、鸨的化学方程式：

：Syl=3Fe+4CO2；

a.CO还原Fe3O4：Fe3Oj+4CO

b.C还原ZnO：ZnO+C=====Zn+COt；

c.H2还原WO3：WCh+3H2要典=w+3H20。

③电解法：适合冶炼金属活动性很强的金属（一般指在金属活动性顺序中排在锌前面的金属）。

工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为2NaQ（熔融户通由娱2Na+CLT、

通申通申

MgCb（熔融）=====Mg+Cl2T、2AI2O3冰布石4Al+3O2

隹］题型剖析

高频考点一铝及其化合物性质

例I.（2020・江苏卷）下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是（）

A.铝的金属活泼性强，可用于制作铝金属制品

B.氧化铝熔点高，可用作电解冶炼铝的原料

C.氢氧化铝受热分解，可用于中和过多的胃酸

D.明矶溶于水并水解形成胶体，可用于净水

【答案】D

【解析】铝在空气中可以与氧气反应生成致密氧化铝，致密氧化铝包覆在铝表面阻止铝进一步反应，

铝具有延展性，故铝可用于制作铝金属制品，A错误；氧化铝为离子化合物，可用作电解冶炼铝的原料，B

错误；氢氧化铝为两性氢氧化物，可以用于中和过多的胃酸，C错误；明矶溶于水后电离出的铝离子水解生

成氢氧化铝胶体，氢氧化铝胶体能吸附水中的悬浮物，用于净水，D正确；故选D。

【变式探究】3.(2020♦浙江卷)下列关于铝及其化合物的说法，不正确的是()

A.明研可用作净水剂和消毒剂

B.利用铝热反应可冶炼高熔点金属

C.铝可用作包装材料和建筑材料

D.氢氧化铝可用作治疗胃酸过多的药物

【答案】A

【解析】明矶可以用于净水，但没有消毒作用，水的消毒剂是利用物质的强氧化性，如氯气、高铁酸

钠等，故A不正确；由于铝热反应放出大量的热，因此可冶炼高熔点金属，故B正确；铝表面有•层致密

的保护膜且具有良好的延展性，可用作包装材料和建筑材料，故C正确；胃酸的成分是盐酸，胃酸过多，

可利用氢氧化铝的碱性中和，而且氢氧化铝是弱碱，不会对身体有很大的损伤，所以氢氧化铝可用作治疗

胃酸过多的药物，故D正确.

高频考点二有关铝及其化合物的工艺流程或实验

例2.(2021・湖南卷)以镁铝复合氧化物(MgO-ALO”为载体的负载型银铜双金属催化剂

(Ni-CWMgO-A12O3)是一种新型高效加氢或脱氢催化剂，其制备流程如下：

MgSCh溶液

Al2s043溶液尿素调①60℃晶化

NiSO4溶液WVI怒浊液I皿流

CuSO4溶液

_____洗涤干燥焙烧H2还原1,

"C551TCI产品I

已知：常温下，K$p[Cu(OH)2]=2.21xl0-20,

K$p[Al(OH)3]=1.30x10—33。

回答下列问题：

(1)在加热条件下，尿素[CO(NH*2]在水中发生水解反应，放出________和两种气体(写化学式)。

(2)“晶化”过程中，需保持恒温60℃,可采用的加热方式为o

(3)“洗涤”过程中，检验滤饼是否洗净的方法是°

24

(4)常温下，若“悬浊液”中r号CK=1.7X101则溶液的pH=o

(5)“还原”过程中所发生反应的化学方程式为o

【解析】将MgSO4、A12(SO4)3、NiSO4、CuSO4混合溶液在90℃下加入尿素发生反应生成悬浊液Mg(OH)2、

A1(OH)3、CU(OH)2、Ni(OH)2,在GO℃晶化过滤，得到滤饼，沆涤、T燥，焙烧得到MgO、CuO、NiO、

AI2O3,在550c温度下用氢气还原。

(1)根据题意，尿素［CO(NH2)2］在加热条件卜.与水发生水解反应即CO(NH2)2+H2。仝CO2T+2NH3T，因

此放出NH3和CO2两种气体。

(2)“晶化”过程中，需保持恒温60C,温度在100℃以下，因此采用的加热方式为水浴加热。

(3)“洗涤”过程中，检验滤饼是否洗净，主:要检验洗涤液中是否还含有硫酸根离子，因此常用的方法是

取最后一次洗涤液少量于试管中，向试管中加入稀盐酸，再加入氯化根，若有白色沉淀则未洗净，若无沉

淀则已洗净。

cCu2C€U2+°UCU2+・-OH-K$p[CuOH2]rOH

(4)常温下,若“悬浊液”中加77=1.7x109,TXiF=L7xl°=CAP・/OH-=KMA1OH3]

IxK),°KIxlO_14

L30x]。-7xU,则c(OH)=lx]。-HLl以仁尸而w二再而niol-L=lxl0_,°mobL

,,则溶液的pH=10。

(5)“还原”过程最终得到Ni-Cu/MgO-AhOs，说明是NiO、CuO与氢气发生还原反应，因此所发生反应

550℃550℃

的化学方程式为NiO+H2^=Ni+H2O,CUO+H2=CU+H2OO

【答案】(DNH3CO2(2)水浴加热(3)取最后一次洗涤液少量于试管中，向试管中加入稀盐酸，再

加入氯化钢，若有白色沉淀则未洗净，若无沉淀则已洗净(4)10

550℃550℃

(5)NiO+H2=Ni+H2O,CUO+H2=CU4-H2O

【变式探究】(2021•浙江卷)固体化合物X由3种元素组成，某学习小组开展如下探究实验。

11480Q

其中，白色沉淀B能溶于NaOH溶液。请回答:

(1)白色固体C的化学式是,蓝色溶液D中含有的溶质是_______(用化学式表示)。

(2)化合物X的化学式是；化合物X的一价阴离子与CHa具有相同的空间结构，写出该阴离子

的电子式。

①写出该反应的离子力程式。

②设计实验验证该白色沉淀的组成元素。

【解析】含有CW+的溶液显蓝色，含有[Cu(NH3)4]2+的溶液显深蓝色，化合物X溶解后得到的溶液A呈

现蓝色，且加入足量氨水后得到深蓝色溶液，即可推得化合物X中含有C#+；向含有AP+的溶液中加入氨

水可用于制备A1(OH)3,且A1(OH)3为可溶于NaOH溶液的白色沉淀，即可推断白色沉淀B为A1(OH)3沉淀；

深蓝色溶液在加入硝酸酸化的AgNCh溶液后有白色沉淀析出，可推得化合物X中含有CI,综上，化合物X

中含有A13+、CM+和C1。

②CM+在溶液中显蓝色，CuCI中Cu元素为+1价，能被硝酸氧化为+2价，CuCI与硝酸反应过程中C1

元素以C1形式存在于溶液中，Q与AgNCh溶液反应生成不溶于硝酸的白色沉淀，故答案为将白色沉淀于

硝酸，得到蓝色溶液，说明有Cu元素；再向溶液中加入AgNOs溶液，有白色沉淀，说明有。元素。

高频考点三铜及其化合物

例3.(2021•全国甲卷)胆研(CUSO4-5H2O)易溶于水，难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的

CuO(杂质为氧化铁和泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矶，并测定其结晶水的含量。回答下列问题：

(1)制备胆矶时，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加入到适量的稀硫酸中，加热，其主要反应的化学方程式为,与

直接用废液和浓硫酸反应相比，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H26,冷却后用NH3H2O调pH为3.5~4,再煮

沸lOmin,冷却后过滤。滤液经如下实验操作：加热蒸发、冷却结晶、、乙醇洗涤、,

得到胆矶。其中，控制溶液pH为3.5-4的目的是,煮沸lOmin的作用是

（4）结晶水测定：称最干燥用烟的质量为im，加入胆研后质量为m2,将生烟加热至胆风全部变成白

色，至于干燥器中冷却至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m3,根据实验数据，胆研分子中

的结晶水的个数为（写表达式）

（5）下列操作中，会导致结晶水数目测定偏高的是（填标号）

①胆矶未充分干燥②生烟未置于干燥器中冷却③加热时有少量胆帆迸溅出来

【答案】（1）A.C（1分）

（2）CUO+H2SO4=^=CUSO4+H2O；不产生SO2（硫酸利用率高）

（3）过滤；干燥；除尽Fe^和抑制CuSO4水解；破坏Fe（OH）3胶体，便于过滤

80（小—rn3）

（4）

⑸①③

【解析】（1）实验中需要用到烧杯溶解固体，蒸发皿用于蒸发结晶，故选AC。

（2）金属氧化物与酸反应可以生成盐和水，反应方程式为CuO+H2so4=A=CUSO4+H?O；废铜与浓硫

酸反应会产生SO?等有害气体，该方法会污染环境，同时原子利用率较低.

（3）结晶之后经过过滤骤可以得到晶体，用乙醇洗涤之后经过蒸发干燥可以得到胆矶固体；调节pH

可以使Fe3+转化为沉淀而除去，同时加热可以抑制CuSO4水解；煮沸可以破坏Fe（0H）3胶体，生成沉淀，

便于过漉。

（4）由题意可得，结晶水的质量为（m2m3），物质的量为（m2m3）/18：C11SO4的质量为（imm。，物质的量为

（1］上皿）/160：根据加热反应方程式CuO+H2SO4=叁=CUSO4+H2O,可得结晶水的个数

_30（-tn3）

―9（〃万一皿）

O

（5）选项①，胆研未充分干燥使得m3偏小，从而使得结晶水的测量值偏高，故选①；选项②，用烟

未置「干燥器中冷却使得m3偏大，从而使得结晶水的测量值偏低，故不选②；选项③，加热时有少量胆矶

溅落出来使得m3偏小，从而使得结晶水的测量值偏高，故选③.故选①③。

【变式探究】6.（2018・海南卷）铜是人类发现最早并广泛使用的一种金属。回答下列问题:

（1）实验室使用稀硫酸和氏02溶解铜片，该反应的化学方程式为o

（2）电子工业使用FeCh溶液切蚀印刷电路板铜箔，写出该过程的离子方程式，

配制的FeCb溶液应保持（填“酸性