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2014届高考化学一轮复习方案课件:第9讲


考 向 互 动 探 究 典 型 易 错 必 纠

第9讲 用途广泛的金属材料

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考纲要求
1.了解常见金属的活动顺序及金属冶炼的一般方法。 2.了解合金的概念及重要应用。 3.知道铜及其重要化合物的性质。 4.了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用。

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br /> 网络导图

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第9讲
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用途广泛的金属材料

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探究考向一 金属通性 ? —— 知 识 梳 理 ——

1.金属在自然界中的存在 游离态 化合态 金属元素的存在形态有________和________。自然 界中,除铂、金等极少数金属外,绝大多数金属元素以 化合物的形式 存在。在地壳中,含量最高的金属元素是 ________ 铝 铁 ________,其次是________。 ? 2.金属的物理通性 ? 金属有着许多的共性,如不透明、有金属光泽、易 ________、易________、有________等。 导电 导热 延展性

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用途广泛的金属材料

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3.金属的化学通性 (1)绝大多数的金属都能与O2等非金属发生反应,如镁 在空气中的燃烧生成MgO,并发出_________________, 耀眼的白光 点燃 ? 反应的化学方程式为______________________。 2Mg+O2=====2MgO ? (2)相对活泼的金属能把相对不活泼的金属从它们的盐 溶液中置换出来,如铜与硝酸银溶液反应的化学方程式为 _____________________ __;铝丝与硫酸铜溶液反应可 Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag 置换出紫红色的铜,反应的化学方程式为 2Al+3CuSO4===Al2(SO4)3+3Cu ____________________________。

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氢 (3)金属活动性顺序表中,在________之前的金属 (Na、K除外)都可与H+反应而置换出H2,如镁与盐酸反 Mg+2HCl===MgCl2+H2↑ 应生成H2的化学方程式为__________________________。 ? (4)金属存在共性主要是因为金属元素的最外层电子 数较少,所以在反应中易________电子,表现还原性。 失去

?

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考 二、金属的冶炼 向 ? 互 ? 1.金属的冶炼原理(或实质) 动 化合物 金属的冶炼是将金属矿石中的金属从其________中 探 ? 还原 究 ________出来,用于生产和制造各种金属材料。也就是

说用________的方法,使金属化合物中的金属阳离子得 还原 到电子,变成金属原子。

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2.金属冶炼的方法 (1)热分解法 用 加 热 分 解 氧 化 物 的 方 法 可 制 取 Hg 、 Ag , 例 如 : △ △ 2HgO=====2Hg+O2↑ 2Ag2O=====4Ag+O2↑。 (2)热还原法 △ H2+CuO=====Cu+H2O ①H2 还原 CuO 的化学方程式为______________________。 高温 ②碳粉还原 ZnO 的化学方程式为 C+ZnO=====Zn+CO↑。 ③CO 还原 Fe2O3 的化学方程式为 高温 3CO+Fe2O3=====2Fe+3CO2 。 ____________________ ④Al 还 原 Cr2O3 、 V2O5 的 化 学 方 程 式 分 别 为 2Al+Cr2O 高温 _______________________3=====2Cr+Al2O3 , 高温 10Al+3V2O5=====6V+5Al __________________________ 2O3 。

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(3)电解法 Na、Mg、Al 等电解冶炼的化学方程式分别为

电解 2NaCl(熔融)=====2Na+Cl2↑ __________________________

, ,

电解 MgCl2(熔融)=====Mg+Cl2↑ ______________________
_________________________________________。

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【触摸高考】 高考选项正误判断
1.[2012· 广东卷] 工业上电解熔融状态的 Al2O3 制备 Al,此应用不涉及氧化还原反应( )

[解析] × 电解过程中 Al2O3 中氧元素的化合价升高, 电解 铝元素的化合价降低,因此 2Al2O3(熔融)=====4Al+3O2↑ 是氧化还原反应。
2. [2012· 江苏卷] 过度开采矿物资源, 可促进地方经济 发展( )

[解析] × 过度开采矿物,会造成资源的浪费,应该适 度。

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3. [2012· 重庆卷] 钢铁厂用热还原法冶炼铁, 不涉及化 学变化( )

[解析] × 钢铁厂用 CO 还原 Fe2O3,炼铁是化学变化。

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—— 核心突破 ——
一、金属活动性顺序 常见金属的主要化学性质总结列于下表:

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考 二、铝热反应 向 1.本质 互 动 利用铝的还原性,将难熔金属从其氧化物中置换出来:2mAl 探 高温 究 +3MnOm=====mAl2O3+3nM

2.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 Al2O3 分离。 3.应用 (1)在生产上,可用于焊接钢轨等。 (2)在冶金工业上用于冶炼难熔金属。 4.铝热剂 (1)在铝热反应中,反应混合物(铝、金属氧化物)称为铝热剂。 (2)能与 Al 组成铝热剂的金属氧化物常见的有 Fe2O3、Fe3O4、 Cr2O3、MnO2、V2O5、WO3 等。
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—— 典例精析 ——
例 1 铜、银、金是人类认识最早的三种金属,因为很 早就被人们用作钱币,因此有“货币金属”之称。由于铁的金 属性比铜、银、金强,相对而言,人类认识铁稍晚。某研究 性学习小组为了证明铁的金属活动性比铜强, 它们设计了如 下方案: (1)铁片置于硫酸铜溶液中有铜析出; (2)铁、铜和氯气反应分别生成 FeCl3 和 CuCl2; (3)足量的铁粉和铜粉分别与浓硫酸反应生成 FeSO4 和 CuSO4; (4)铜片置于 FeCl3 溶液中铜片逐渐溶解; (5)把铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中,并用导线 连接,铁片上无气泡产生,而铜片上有气泡产生。 以上设计合理的有________。
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[答案] (1)(5)
[解析] (1)Fe 把 Cu 置换出来,可以证明 Fe 比 Cu 活泼; (2)Fe、Cu 还原 Cl2 生成的产物中氯均为-1 价,不能证明; (3)根据 FeSO4 和 CuSO4 无法证明 Fe、Cu 的活泼性;(4)Cu 还原 Fe3+为 Fe2+,说明还原性 Cu 比 Fe2+强,不能证明 Cu、 Fe 的还原性或活泼性强弱;(5)形成原电池,Fe 作负极失电 子,活动性 Fe>Cu。

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点评 规律总结:判断金属活动性的规律 (1)金属与水或酸反应置换出氢气的剧烈程度, 反应越剧 烈,该金属越活泼。 (2)金属对应的最高价氧化物的水化物的碱性强弱, 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金属强。 (4)两金属能够构成原电池时, 一般作负极的金属比作正 极的金属活泼。

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互动探究 铁粉与浓硫酸反应一定生成 FeSO4 吗?一 定无氢气生成吗?
[答案] 提示: 铁粉与浓硫酸在常温下钝化, 在加热条件 下,铁过量生成 FeSO4,浓硫酸过量生成 Fe2(SO4)3。当铁过 量时,浓硫酸反应过程中浓度变稀,就可以与铁反应放出氢 气。

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变式题 a、b、c、d、e 分别是 Cu、Ag、Fe、Al、Mg 五种金属中的一种。已知:①a、c、e 均能与稀硫酸反应放 出气体;②b 和 d 的硝酸盐反应,置换出单质 d;③c 与强 碱反应放出气体;④c、e 在冷浓硫酸中发生钝化。由此可判 断 a、b、c、d、e 依次为( ) A.Fe、Cu、Al、Ag、Mg B.Al、Cu、Mg、Ag、Fe C.Mg、Cu、Al、Ag、Fe D.Mg、Ag、Al、Cu、Fe

[解析] C 由①②可知 b 为 Cu,d 为 Ag,由③知 c 为 Al,由④可知 e 为 Fe,最后确定 a 为 Mg。

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? 探究考向二 合金 金属材料 ? —— 知 识 梳 理 —— 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) ______________ 金属特性 熔合而成的具有________的物质。 (2)性能:合金具有不同于各成分金属的 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 ________; 大 ②硬度和强度:一般比它的各成分金属 返回目录

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问题导思 现在常有一些不法商贩用愚人金(黄铜,成 分为铜锌合金制成)当黄金来欺骗消费者,为了揭穿他们的 骗局,请你从化学角度来思考,有何妙法?
[答案] 提示:①放在火焰上灼烧一会儿,愚人金表面会变 黑(生成了氧化铜),黄金不会;②滴几滴硝酸,会溶解的是愚 人金,黄金不会溶解。

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【触摸高考】 高考选项正误判断
1.[2012· 天津卷] 镧镍合金能大量吸收 H2 形成金属氢 化物,可作储氢材料( )

[解析] √ 材料。

镧镍合金能大量吸收氢气,因此可用作储氢

2. [2009· 广东卷] 目前我国流通的硬币是由合金材料制 造的( )
[答案] √

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—— 核心突破 ——
合金的性质 (1)合金是混合物,相互熔合的金属或者金属与非金属 之间没有发生化学反应, 均保留各自的化学性质。 如将镁铝 合金投入 NaOH 溶液中,其中的 Al 发生反应,而将其投入 盐酸中,其中的镁、铝均能反应。 (2)合金的许多物理性质都优于其成分金属,日常生活 中所使用的金属制品大都是合金。 如纯铁的硬度很小, 在日 常生活中基本没有使用价值。 (3)一般来说,合金因为其容易形成原电池,比纯金属 易腐蚀,但不锈钢却正好相反。

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用途广泛的金属材料

提醒 合金在高考中每年都会出现,主要是对合金特点 的判断,所以在学习中一定要对合金的特点掌握清楚。

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—— 典例精析 ——
例 2 下列关于铁和合金的说法不正确的是( ) A.铁及铁合金是当今社会运用最广泛的金属材料 B.合金的硬度比其成分物质的硬度大 C.因为形成了铁碳合金,所以熔点变低 D.生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加

[解析] D 铁及铁合金是当今社会运用最广泛的金属 材料, 且合金硬度大于成分金属, 熔点低于各成分物质的熔 点,A、B、C 正确。生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依 次降低。

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用途广泛的金属材料

点评 合金在生活中应用很广,要解这类题目,首先 要了解常见的合金及应用,了解合金的主要特点:①合金 是混合物;②合金具有成分元素的化学性质,但物理性质 不同,熔点低于成分金属的熔点,硬度大于成分金属的硬 度;③合金中成分元素的含量影响合金的性质。

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变式题 下列说法正确的是( ) A.所有不锈钢都只含有金属元素 B.大多数金属元素均以单质形式存在于自然界 C.某省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

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[解析] D 不锈钢中含有碳元素,A 错;大多数金属元 素以化合态存在于自然界中, 只有 Au 等少数不活泼金属以 游离态存在于自然界中,B 错;铝是一种活泼金属,明代 还没有冶炼铝的技术,其沉船上不可能有铝制品,C 错; 合金的特点是硬度大于成分金属, 熔点低于成分金属, 正 D 确。

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? 探究考向三 铜及其化合物 ? —— 知 识 梳 理 —— ? 1.单质铜 紫红 ? (1)物理性质:________色固体,具有良好的延展性、 热 电 导________性和导________性。

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(2)化学性质
反应物质 化学方程式
2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3 ①潮湿的空气____________________________ (生 绿 成物为________色固体) △ 2Cu+O2=====2CuO ②在空气中加热____________________________ 黑 (生成物为________色固体)
点燃 Cu+Cl2=====CuCl2
△ 2Cu+S=====Cu2S △ Cu+2H2SO4(浓)=====CuSO4+SO2↑+2H2O

非 金 属

O2 Cl2 S 浓H2SO4 浓HNO3 稀HNO3 AgNO3 FeCl3

氧 化 性 酸 盐

Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag
Cu+2FeCl3===CuCl2+2FeCl2

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用途广泛的金属材料

2.氧化铜和氧化亚铜
名称 颜色 与酸反 应(H+) 与H2 反应 与C反应 转化 关系 氧化铜
(从左至右,从上至下)黑色

氧化亚铜
砖红色

CuO+2H+===Cu2++H2O

Cu2O+2H+===Cu2++ Cu+H2O
△ Cu2O+H2=====2Cu+H2O △ 2Cu2O+C=====4Cu+CO2↑

△ CuO+H2=====Cu+H2O △ 2CuO+C=====2Cu+CO2↑ 高温 4CuO=====2Cu2O+O2↑

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3.氢氧化铜 蓝 不 (1)物理性质:________色________溶于水的固体。 弱碱 酸 (2)化学性质:Cu(OH)2 属于________,能与________反 应生成盐和水。 4.胆矾 蓝 CuSO4· 2 5H 胆矾的化学式:________ O ,俗称蓝矾、胆矾。_____ 白 色晶体,受热分解失水转化成________色粉末。反应的化学 △ CuSO4· 2O=====CuSO4+5H2O 5H 方程式为__________________________________________。 无 水 CuSO4 为 白 色 粉 末 , 遇 水 变 蓝 色 ( 生 成 水 CuSO4· 2O),可作为________的检验依据。 5H 5. 碱式碳酸铜的化学式:Cu2(OH)2CO3 , ________ 俗名: 铜绿 ______, 绿色固体。

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问题导思 某研究小组用废铜粉制取胆矾, 设计了如下 几个实验方案:

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用途广泛的金属材料
[答案] 提示:方案(1)产生污染性气体,且消耗硫酸较多。 方案(2):消耗能量较多,且步骤复杂。 方案(3):不产生污染性气体,原料利用率高,节约能源。 因而方案(3)更经济合理。

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【触摸高考】 高考选项正误判断
1. [2012· 重庆卷] 过量的铜与浓硝酸反应有一氧化氮生 成( )

[解析] √ 过量的铜与浓硝酸反应过程中,浓硝酸浓度 不断变小,而铜与稀硝酸反应生成一氧化氮。

2.[2011· 山东卷] Cu 单质放置在空气中生成氧化物, 且其氧化物为碱性氧化物( )
[解析] × Cu 放置在空气中生成 Cu2(OH)2CO3。

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—— 核心突破 ——
1.铜及其化合物的性质及转化关系

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提醒 Cu 与 Cl2 和 S 反应的产物中铜元素的化合价不

同。 点燃 △ Cu+Cl2=====CuCl2、2Cu+S=====Cu2S

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2.含铜元素的化合物的颜色 (1)CuSO4· 2O(蓝矾、胆矾)——蓝色; 5H (2)CuSO4(粉末)——白色; (3)CuO——黑色; (4)Cu2O——砖红色; (5)Cu2(OH)2CO3(铜绿)——绿色; (6)Cu(OH)2——蓝色。

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—— 典例精析 ——
例 3 铜在自然界多以化合态的形式存在于矿石中。常见 的铜矿石有:黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿 (Cu2S)、 孔雀石[CuCO3· Cu(OH)2]。 下列说法不正确的是( ) A.可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿 B.硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂 C.工业上常采用电解法制取粗铜 D.在上述几种含铜化合物中,铜的质量分数最高的是 Cu2S

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[解析] C 铜绿的主要成分为 Cu2(OH)2CO3,能与稀盐 酸反应,故 A 正确。硫酸铜属于重金属盐,能使蛋白质变 性,故可用作游泳池的消毒剂,故 B 正确。工业上常用热 还原法制取粗铜,然后通过电解的方法制取精铜,故 C 错 误。比较这几种含铜化合物的化学式可知 Cu2S 中铜的质量 分数最高,故 D 正确。

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点评 规律总结: 用电解法冶炼的是较活泼的金属。 如钾、钠、镁、铝等。

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+ +

变式题 已知酸性条件下有如下反应: 2Cu ===Cu2 + Cu。由于反应温度不同,用氢气还原氧化铜时,可能产生 Cu 或 Cu2O,两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原 氧化铜实验所得的红色固体产物作了验证, 实验操作和实验 现象记录如下:
加入试剂 实验现象 稀硫酸 红色固体和 蓝色溶液 浓硫酸加热 无色气体 稀硝酸 无色气体和 蓝色溶液 浓硝酸 红棕色气体 和蓝色溶液

由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是( A.Cu B.Cu2O C.一定有 Cu,可能有 Cu2O D.一定有 Cu2O,可能有 Cu

)

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[解析] D 本题考查铜及其化合物的主要性质。若产物 只有 Cu,与稀 H2SO4 作用不会得到蓝色溶液;若只有 Cu2O 符合各实验现象,若 Cu2O 中含有 Cu 也符合各现象。

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? ? 易错8 忽视金属的还原性强弱
例 下列叙述错误的是( ) A. 高温下铝粉和二氧化锰粉末的混合物能发生铝热反 应
典 型 易 错 必 纠

B. 高温下铝粉和氧化镁粉末的混合物能发生铝热反应 C.镁能在二氧化碳气体中燃烧置换出碳 D.惰性电极电解氯化镁溶液能生成 Mg(OH)2、H2 和 Cl2

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典 型 易 错 必 纠

[解析] B 铝热反应表现了铝的强还原性,置换出来的 金属的还原性弱于铝。铝比锰还原性强,A 正确;镁的还 原性强于铝,B 错误;镁的还原性比碳强,故镁能在二氧化 碳气体中燃烧置换出碳, 正确; C 惰性电极电解氯化镁溶液 时,阳极:2Cl--2e-===Cl2,阴极:2H++2e-===H2↑,H + 放电,OH-浓度增大,而生产 Mg(OH)2,D 正确。

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[警示] 铝粉与比其还原性弱的金属的氧化物才能组成 铝热剂。

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提升 金属冶炼中以下几点为常见易错点: ①铝粉与活泼性比铝弱的金属的氧化物可组成铝热 剂。
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②电解活泼金属的溶液不能得到金属 ③工业上采取电解熔融的 MgCl2 而不是电解熔融的 MgO 来冶炼金属 Mg,是因为前者熔点低后者熔点高。 ④AlCl3 熔点很低(几百摄氏度),而 Al2O3 熔点很高(超 过两千摄氏度)。工业上采取电解熔融的 Al2O3 而不是电解 熔融的 AlCl3 来冶炼金属 Al,是因为 AlCl3 熔点虽很低,但 熔融的 AlCl3 不导电,工业上电解熔融的 Al2O3 冶炼金属铝 时加入了冰晶石降低其熔点。 ⑤由 MgCl2· 2O 制取无水 MgCl2 需要在氯化氢的氛围 6H 中加热,以防止水解。
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