课题2　金属材料教学设计一等奖

第四节

金属材料和开发利用金属矿物

考纲定位

1.了解合金的概念及其重要应用；了解化学与金属材料的关系。

2.掌握金属铜及其重要化合物的主要性质及应用。

3.了解铜及其重要化合物的制备方法。

4.了解常见金属的活动性顺序和常见金属的冶炼方法。

考点1| 合金与金属矿物的开发利用

(对应学生用书第53页)

[考纲知识整合]

1．合金

2017年：Ⅲ卷T13(B) 2016年：Ⅱ卷T13(C)；Ⅲ卷T7(B)

2015年：Ⅰ卷T10(B、D)

2014年：Ⅰ卷T8(D)；Ⅱ卷T9(A、D)

全国卷5年考情

提醒：(1)常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。

(2)与成分金属相比合金的物理性质有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。

(3)并非所有的金属都能形成合金。因为两种金属必须熔合在一起才能形成合金。如果一种金属还未熔化时，另一种金属已经汽化，则一般不能熔合在一起，如Cu与Na、Fe与Na等不能形成合金。

2．常见金属材料

(1)重要的黑色金属材料——钢

1

钢是用量最大、用途最广的合金。

(2)几种有色金属材料

3．金属矿物的开发利用

(1)金属在自然界中的存在形态

①在自然界中绝大多数金属以化合态的形式存在。

②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：Mn＋＋ne－===M。

(3)常见冶炼方法

①电解法——K～Al

电解Na：2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑；

电解Mg：MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑；

2

电解Al：2Al2O3(熔融)=====4Al＋3O2↑。

②热还原法——Zn～Cu

△高炉炼铁：3CO＋Fe2O3=====2Fe＋3CO2；

高温铝热反应制铬：2Al＋Cr2O3=====2Cr＋Al2O3；

△焦炭还原铜：C＋2CuO=====2Cu＋CO2↑。

③热分解法——Hg、Ag

△Hg：2HgO=====2Hg＋O2↑；

△Ag：2Ag2O=====4Ag＋O2↑。

[高考命题点突破]

命题点1

金属材料与合金

1．C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是(

)

A．铝锂合金是铝与锂形成的混合物

B．铝锂合金的硬度比锂大

C．铝锂合金的熔、沸点比铝低

D．铝锂合金耐酸碱腐蚀

D

[铝锂合金中的铝能与酸和碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。]

2．所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物，下表为四种金属的熔、沸点：

熔点/℃

沸点/℃

Na 97.5 883 Cu 1 083 2 595 Al 660 2 460 Fe 1 535 2 750 根据以上数据判断其中不能形成合金的是(

) A．Cu和Al C．Fe和Na B．Fe和Cu D．Al和Na C

[Fe熔点比Na的沸点高，当Fe熔化时，Na已汽化，不能熔合成为合金。]

3．(2018·唐山调研)现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取

3

硬铝样品进行如下实验(每一步试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成可能2－为(提示：Si＋2OH－＋H2O===SiO3＋2H2↑)(

)

溶液稀盐酸气体样品――→浓NaOH溶液①难溶物――――→溶液②难溶物A．Al、Mg、Si、Zn

C．Al、Na、Cu、Fe

气体

B．Al、Fe、Zn、Na D．Al、Cu、Mg、Si、Mn D

[通过反应①知合金中必须含有排在金属活动性顺序中H之前的金属和H之后的金属或其他非金属；由反应②知合金中必须含有Si及排在金属活动性顺序表H之后的金属或其他非金属。]

命题点2

金属矿物的开发利用

4．下列说法正确的是________(填序号)。

(1)工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应

(2)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时，阴极上依次析出Cu、Fe、Al (3)电解氯化镁溶液制取金属镁

(4)用金属钠置换四氯化钛(TiCl4)溶液中的钛来制取单质钛

(5)将MgO与铝粉混合发生铝热反应制备镁

(6)工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气

石灰乳煅烧电解(7)MgCl2(aq)――→Mg(OH)2――→MgO――→Mg，工业上常按此流程图进行海水提取镁

(8)用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物制备Fe (9)用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 mol电子

(10)湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应

【答案】

(1)(8)(10) 5．某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并放出耀眼的光芒”“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如表所示：

4

物质

熔点/℃

沸点/℃

Al 660 2 467 Al2O3

2 054 2 980 Fe 1 535 2 750 Fe2O3

1 462 ——

(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理：________(填“合理”或“不合理”)。

(2)将铝与Fe2O3混合后放入漏斗中，然后引发铝热反应的实验操作是_______________________________________________________________。

(3)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是________，反应的离子方程式为______________________。

(4)实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是________(填字母)。

A．浓硫酸

C．稀硝酸

B．稀硫酸

D．氢氧化钠溶液

(5)取少量铝热反应所得的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象，________(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3，理由是_____________________________________________________

_______________________________________________(用离子方程式说明)。

【解析】

(1)在一定温度范围内，Fe和Al均为熔融状态，可以熔合形成Fe-Al合金。

(2)加助燃剂KClO3和引燃剂镁条，点燃镁条。

(3)利用Al与碱液反应。

(4)熔融物为金属及其金属氧化物，用稀酸溶解。

(5)即使固体混合物中有Fe2O3，因发生反应Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O和Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，使Fe3＋转化为Fe2＋，KSCN溶液也不会变红。

【答案】

(1)合理

(2)加少量KClO3，插上镁条并将其点燃

(3)NaOH溶液

2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－2＋3H2↑

(4)B (5)不能

Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋(或只写Fe＋

5

2Fe3＋===3Fe2＋) [题后归纳]

(1)金属活动性与冶炼方法的关系：

(2)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如

850 ℃Na＋KCl=====K↑＋NaCl、

700～800 ℃2RbCl＋Mg=====MgCl2＋2Rb↑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。

考点2| 铜及其化合物

(对应学生用书第55页)

[考纲知识整合]

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：

①化学方程式：2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3。

△

②化学方程式：2Cu＋S=====Cu2S。

③与氧化性酸反应

△a．与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)=====CuSO4＋SO2↑＋2H2O；

2＋b．与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NO－3===3Cu＋2NO↑＋4H2O；

2＋c．与浓硝酸反应的离子方程式：Cu＋4H＋＋2NO－

3===Cu＋2NO2↑＋2H2O。

④与某些盐溶液反应

a．与硝酸银溶液反应的离子方程式：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋；

b．与FeCl3溶液反应的离子方程式：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。

6

2．铜的重要化合物的性质及其应用

应，可以用H、CO、Al还原出Cu。(1)氧化物CuO：砖红色难溶于水的固体，与一般酸反应为CuO＋2H===Cu＋Cu＋HO，遇到HNO发生氧化反应生成Cu。222＋CuO：黑色难溶于水的固体，与酸可以反2＋232＋

(2)氢氧化铜——蓝色难溶物，是一种弱碱。

(3)铜盐

①Cu2(OH)2CO3

Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，呈绿色，是铜锈的主要成分，受热易分解的方程式为Cu2(OH)2CO3△,2CuO＋H2O＋CO2↑。

②CuSO4

a．CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾。受热或遇浓H2SO4，蓝色晶体变为白色粉末。

b．无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水或水蒸气的检验试剂。

③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，用来杀灭植物的病毒。

[应用体验]

正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)CuO是黑色固体，与水反应生成Cu(OH)2。(

)

(2)(2014·全国Ⅰ卷)FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作的原理是FeCl3能从

7

含Cu2＋的溶液中置换出铜。(

)

(3)无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水。(

)

(4)将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀。(

)

(5)CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化。(

)

(6)用稀硝酸清除铜制品上的铜锈。(

)

(7)(2016·全国Ⅲ卷)铁比铜金属性强的实际应用是FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板。(

)

(8)Cu和Cu2O均为红色，可用稀HNO3鉴别。(

)

(9)Cu放置于潮湿的空气中最终生成铜锈的反应为2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。(

)

(10)葡萄糖与新制Cu(OH)2悬浊液共热可生成砖红色Cu2O。(

)

【提示】

(1)×

(2)×

(3)√

(4)√

(5)×

(6)×

(7)×

(8)×

(9)√

(10)√

[高考命题点突破]

命题点1

铜及其化合物的主要性质和应用

1．下列有关Cu及其化合物的性质和应用正确的是(

)

A．(2016·全国Ⅱ卷)除去Cu粉中混有CuO的方法是加入稀硝酸溶解、过滤、

洗涤、干燥

B．(2015·全国Ⅰ卷)将铜粉加入1.0 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液中，现象是溶液变

蓝，有黑色固体出现

C．(2017·全国Ⅲ卷)向含Cl－的溶液中同时加入Cu和CuSO4生成CuCl沉淀

而除去Cl－的反应为Cu＋Cu2＋＋2Cl－===2CuCl D．(2014·全国Ⅱ卷)H2通过灼热的CuO粉末，反应后固体物质增重

C

[A项，Cu、CuO均与稀HNO3发生反应；B项，不会出现黑色固体；D项，CuO固体质量减轻。]

2．下列有关铜的化合物的性质的叙述中正确的是(

)

A．CuSO4变成CuSO4·5H2O是化学变化

B．一定条件下，新制的Cu(OH)2悬浊液能与葡萄糖反应但不能与乙酸反应

C．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成

D．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体

8

A

[B项，Cu(OH)2与乙酸发生中和反应；C项，Cu与Cl2反应需要点燃或加热；D项，CuCl2在蒸干过程中水解生成Cu(OH)2。]

3．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

有红色固体剩余和溶液变为蓝色

浓硫酸、加热

稀硝酸

产生无色气产生无色气体

体和溶液变为蓝色

浓硝酸

产生红棕色气体和溶液变为蓝色

由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物

(

) A．是Cu

B．是Cu2O C．一定有Cu，一定有Cu2O D．一定有Cu2O，可能有Cu D

[浓H2SO4(加热)、硝酸均能氧化Cu或Cu2O；而稀H2SO4与Cu不反应，与Cu2O反应。]

4．铜是生活中常见的金属，请回答下列问题：

【导学号：97500058】

(1)Cu不活泼，通常情况下不与稀硫酸反应，但向Cu和稀硫酸的混合物中滴入H2O2溶液后，溶液很快变蓝色，试写出该反应的离子方程式：_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出Cu2(OH)2CO3绿色固体，试写出该反应的离子方程式：

_________________________________________________________________ ________________________________________________________________。

(3)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的溶液呈蓝色，且有红色物质生成，请写出生成红色物质的离子方程式：

________________________________________________________________ ________________________________________________________________。

9

将溶液中红色物质反应掉，最终得到胆矾。则加入的试剂最好是________(填字母序号)。

A．适量的NaNO3

B．适量的HNO3

C．适量的H2O2

【解析】

(1)金属铜投入稀硫酸中不发生反应，但再加入H2O2溶液后铜开始溶解，溶液逐渐变为蓝色，说明过氧化氢在酸性溶液中具有氧化性，能溶解铜，离子方程式为Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。

(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出Cu2(OH)2CO3，反应的化学方程式为2Cu2＋CO23＋2H2O===Cu2(OH)2CO3↓＋2H。

＋－＋

(3)Cu2O在酸性条件下生成Cu2＋(蓝色)和单质铜(红色)，反应的离子方程式为Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O。

【答案】

(1)Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O －＋(2)2Cu2＋＋CO23＋2H2O===Cu2(OH)2CO3↓＋2H

(3)Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O

C 命题点2

以铜的重要化合物制备为载体的试题

5．某工业含铜废料含有Cu、CuO、CuS、CuSO4等成分，利用该含铜废料可生产硝酸铜晶体[Cu(NO3)2·3H2O]，生产的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

【导学号：97500059】

(1)“焙烧”过程中除生成SO2的反应外，另外一个反应的化学方程式是_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

(2)“酸化”过程为加快反应速率，可采用的措施有__________________(写出一条即可)，“酸化”的目的是____________________________________

________________________________________________________________。

(3)若试剂a为Zn，则“置换”的离子方程式为________________________ ________________________________________________________________，

滤液中溶质的化学式是________。

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(4)“淘洗”的作用是_____________________________________________，

若图中淘洗液的主要溶质与滤液的溶质相同，则试剂b是________。

(5)“反应”一步中使用20% HNO3和10% H2O2，整个过程无红棕色气体产生，则发生反应的化学方程式为____________________________________

________________________________________________________________；

若该步骤只使用20% HNO3，随着反应的进行，温度升高，出现大量红棕色气体，则还原剂与氧化剂的物质的量之比为________。

(6)“一系列操作”是指化学实验操作，这些操作的名称是_______________。

【解析】

(1)加热条件下，Cu被O2氧化为CuO。(2)将焙烧物粉碎可增大固体物质与硫酸的接触面积；升高反应温度、增大反应物浓度均能加快化学反应速率。“酸化”的目的是使CuO溶解转化为Cu2＋。(3)Zn的还原性比Cu强，故Zn与Cu2＋反应生成Cu和Zn2＋；过滤后滤渣为Cu(含有Zn)，滤液为

硫酸锌溶液。(4)“淘洗”的目的是除去前面加入的过量锌，因此试剂b为稀硫酸。(5)“反应”过程中无红棕色气体产生，由此推知反应不生成NO或NO2，则反应的化学方程式为Cu＋H2O2＋2HNO3===Cu(NO3)2＋2H2O。根据生成大量红棕色气体可知生成的是NO2，因还原剂为Cu，化合价由0升高至＋2，氧化剂为HNO3，其中N的化合价由＋5降低为＋4，由氧化还原反应中得失电子守恒可知该反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶2。(6)“反应”后的溶液为Cu(NO3)2，经过蒸发、结晶、过滤可得到目标产物。

△【答案】

(1)2Cu＋O2=====2CuO (2)将焙烧物粉碎、升高酸化温度、适当提高硫酸浓度(任写一条)

将CuO转化为Cu2＋

(3)Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

ZnSO4

(4)除去过量的Zn

稀硫酸

(5)Cu＋H2O2＋2HNO3===Cu(NO3)2＋2H2O

1∶2 (6)蒸发、结晶、过滤(或蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤) [思维建模]

废铜利用的思维模式

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