【高中化学】一轮复习学案：3.4用途广泛的金属材料-开发利用金属矿物(必修1)

第四节用途广泛的金属材料开发利用金属矿物【高考新动向】考点梳理1.了解合金的概念及其重要应用。2.了解金属铜及其重要化合物的主要性质及应用。【考纲全景透析】一、合金及常见金属材料1.合金（1）概念：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）性质特点：合金具有不同于各成分金属的物理、化学或机械性能。①具有金属特性②合金的硬度一般比它的各成分金属的大，③多数合金的熔点一般比它的各成分金属的低。2.常见金属材料金属材料(l)重要的黑色金属材料(2)几种有色金属材料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二、金属矿物的开发利用1．金属在自然界中存在的形态除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。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．金属冶炼的一般步骤根据金属的活动性不同，金属冶炼的方法分为：电解法、热还原法、热分解法和富集法等。三、金属铜及其重要化合物的主要性质及应用1.单质铜(1)物理性质：紫红色、不能被磁体吸引。(2)化学性质①与非金属的反应a.与O2反应加热：2Cu＋O2=====△2CuO。常温下在潮湿的空气中：2Cu+O2+H2O+CO2====Cu2(OH)2CO3。b.与Cl2反应：Cu＋Cl2=====点燃CuCl2(棕黄色烟)。②与酸的反应a.与非氧化性酸：不反应。b.与氧化性酸反应与浓硫酸的反应：Cu＋2H2SO4(浓)=====△CuSO4＋SO2↑＋2H2O。与浓硝酸的反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。与稀硝酸的反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。③与盐溶液的反应(用离子方程式表示)与硝酸银溶液的反应：Cu+2Ag+====Cu2++2Ag与氯化铁溶液的反应：2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+。2.氧化铜和氧化亚铜名称氧化铜氧化亚铜颜色黑色砖红色与酸反应(H＋)CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2OCu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O与H2反应CuO＋H2=====△Cu＋H2OCu2O＋H2=====△2Cu＋H2O转化关系4CuO=====高温2Cu2O＋O2↑3.氢氧化铜(1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。(2)化学性质：Cu(OH)2属于弱碱，能与酸反应生成盐和水。4．CuSO4·5H2OCuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验依据。【热点难点全析】一、金属活动性顺序1.常见金属的主要化学性质总结列于下表：金属活动顺序表KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu原子失电子能力由大到小，还原性有强到弱阳离子得电子能力由小到大，氧化性有弱到强性质变化规律元素的金属性逐渐减弱，单质的还原性依次减弱，离子的氧化性增强和水的反应与冷水剧烈反应与沸水缓慢反应高温水蒸气不与水反应生成碱和氢气生成氧化物和氢气和酸的反应剧烈反应反应逐渐减缓不能置换稀酸中的氢与非氧化性酸→H2；与浓H2SO4、浓HNO3及稀HNO3反应，不放出H2，一般产物为：盐+水+成酸元素的低价产物与氧化性酸反应（但不放H2）只溶于王水和强碱的反应仅铝、锌、与强碱反应放出H2和盐溶液的反应先与水反应放出H2，看生成碱是否与盐反应排在前面的金属可将后面的金属从其盐溶液中置换出来和氧的反应易被氧化常温生成氧化膜加热能被氧化加热能被氧化不能被氧化金属氧化物的水化物及碱的热稳定性氧化物跟水剧烈反应，生成碱，碱受热不易分解对应氧化物（除H外）不溶于水，也不跟水反应，对应碱的热稳定性逐渐减弱冶炼方法电解法热还原法热分解法物理方法2.判断金属活动性的规律(1)金属与水或酸反应的剧烈程度，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。(5)在电解过程中，一般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差。【典例1】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与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、MgB．Al、Cu、Mg、Ag、FeC．Mg、Cu、Al、Ag、FeD．Mg、Ag、Al、Cu、Fe【答案】C二、金属的冶炼方法由于金属的化学活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，因此需采用不同的冶炼方法。1.热分解法对活泼性较弱的金属，用加热分解其氧化物的方法冶炼，如：2HgO2Hg+O2↑，2Ag2O4Ag+O2↑2.电解法对一些非常活泼的金属，用电解法冶炼，如：电解熔融MgCl2：MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑3.热还原法对于大多数活泼性较强的金属，采用还原剂还原的方法冶炼，如：H2还原WO3：WO3+3H2W+3H2OAl还原Cr2O3：Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3CO还原Fe2O3：Fe2O3+3CO2Fe+3CO24.铝热反应(1)原理：高温下铝将金属氧化物中的金属还原出来。(2)实验装置：如图所示。(3)实验现象①镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。②反应放出大量的热，并发出耀眼的强光。③纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。④待熔融物冷却后，除去外层熔渣，仔细观察，可以发现落下的是铁珠。(4)铝热反应的应用①该反应为放热反应，铝在高温下还原出了单质铁，在冶金工业上也常用这一原理制取熔点较高的金属，如铬、锰等，3MnO2+4Al2Al2O3+3Mn。②该反应原理可以应用在生产上，如焊接钢轨等。【典例2】工业制硫酸铜不是直接用铜和浓硫酸反应，而是将粗铜(含少量银)浸入稀硫酸中，并不断从容器下部吹入细小的空气泡。有关该制备方法的叙述中，不正确的是()A.该方法应用了原电池工作原理B.该方法不产生污染大气的二氧化硫C.该方法提高了硫酸的利用率D.该方法提高了铜的利用率【解析】选D。该方法的原理是：2Cu+O2+2H2SO4====2CuSO4+2H2O，由于铜、银和稀硫酸能构成无数微小的原电池，加快了化学反应速率，故A项正确；由该方法的原理知，B、C项均正确；由于两种方法铜的利用率相同，故D项错误。【高考零距离】1（2012·江苏高考·5）向27.2gCu和Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5L，固体物质完全反应，生成NO和Cu（NO3）2。在所得溶液中加入1.0mol/L的NaOH溶液1.0L，此时溶液呈中性，金属离子已完全沉淀，沉淀质量为39.2g。下列有关说法不正确．．．的是A.Cu与Cu2O的物质的量之比为2:1B.硝酸的物质的量浓度为2.6mol/LB.产生的NO在标准状况下的体积为4.48LD.Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3为0.2mol【解题指南】解答本题时可以按照以下流程：【解析】选B。根据题意得到的金属离子的沉淀为氢氧化铜0.4mol，根据元素守恒可以确定原混合物中有铜0.2mol有氧化亚铜0.1mol，将溶液变成中性时消耗硝酸1mol，沉淀铜离子只消耗了0.8mol，因此反应过程中硝酸过量0.2mol，由于固体混合物与硝酸的反应为氧化还原反应，该反应过程中铜元素的化合价均升高为+2价，化合价升高了0.4+0.2=0.6mol，硝酸中氮原子的化合价由+5价降低为+2价，因此生成的一氧化氮的物质的量为0.2mol，根据氮元素守恒可以判断原溶液中硝酸的物质的量为1.2mol浓度为2.4mol.L-1。2、（2012·上海高考·20）火法炼铜首先要焙烧黄铜矿，其反应为：2CuFeS2+O2→Cu2S+2FeS+SO2下列说法正确的是A．SO2既是氧化产物又是还原产物B．CuFeS2仅作还原剂，硫元素被氧化C．每生成1molCu2S，有4mol硫被氧化D．每转移1.2mol电子，有0．2mol硫被氧化AD【解析】本题考查氧化还原反应，意在考生考生对概念的理解和计算能力。由反应方程式知在反应中CuFeS2中Cu化合价降低还原为Cu2S、CuFeS2中1/4的S化合价升高，被氧化为SO2；O2在反应后化合价降低，还原为SO2，因此可知SO2既是氧化产物又是还原产物，A项正确；CuFeS2既是氧化剂又是还原剂，B项错误；每生成1molCu2S，有1molS被氧化，C项错误；利用反应知转移6mole-,有1molS被氧化，D项正确。3.（2011·山东高考·12）Al、Fe、Cu都是重要的金属元素。下列说法正确的是A.三者对应的氧化物均为碱性氧化物B.三者的单质放置在空气中只生成氧化物C.制备AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用将溶液直接蒸干的方法D.电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时阴极上依次析出Cu、Fe、Al.【答案】选C。【解析】正确地运用所学的水解原理、电解原理分析C项和D项，同时对三者的化学性质要相当熟悉，尤其是对铜的性质的拓展。A项，铝的氧化物Al2O3属于两性氧化物，A错误；B项，Al与Fe一般都生成对应的氧化物，而Cu除了生成氧化物，还易与空气中的CO2、H2O反应生成铜绿[Cu2(OH)2CO3]，B错误；C项，因AlCl3、FeCl3、CuCl2都属于强酸弱碱盐，弱碱阳离子都能发生水解，生成对应的碱和盐酸，由于盐酸属于挥发性酸，故蒸干后得到的为对应的碱，而不是原溶质，C正确；D项，因氧化性：Cu2+＞H+，故析出铜；但电解AlCl3和FeCl3时，不能析出铝和铁，因氧化性：H+＞Al3+、Fe3++e-=Fe2+，应产生氢气和Fe2+，故D错误，4.（2010·安徽卷）右图是一种稀硫对Fe-Gr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果，下列有关说法正确的是A.稀硫酸对Fe-Cr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱B.稀硝酸和铁反应的化学方程式是:Fe+6HNO3(稀)—Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2OC.Cr含量大于13%时，因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大，所以对Fe-Cr合金的腐蚀性最强D.随着Cr含量增加，稀硫酸对Fe-Cr合金的腐蚀性减弱【答案】D【解析】A选项应该说铬的含量大于13%，稀硝酸对合金的腐蚀速率比盐酸硫酸弱。B应生成NO；C不能解释盐酸硝酸氢离子浓度相等，但硝酸腐蚀速度慢。5、（2012·浙江高考·26）已知：I2＋2223SO246SO＋2I―。相关物质的溶度积常数见下表：物质Cu(OH)2Fe(OH)3CuClCuIKsp2.2×10－202.6×10－391.7×10－71.3×10－12（1）某酸性CuCl2溶液中含有少量的FeCl3，为得到纯净的CuCl2•2H2O晶体，加入调至pH＝4，使溶液中的Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，此时溶液中的c(Fe3＋)＝____________________；过滤后，将所得滤液低温蒸发、浓缩结晶，可得到CuCl2•2H2O晶体。（2）在空气中直接加热CuCl2•2H2O晶体得不到纯的无水CuCl2，原因是_______________。（用化学方程式表示）。由CuCl2•2H2O晶体得到纯的无水CuCl2的合理方法是_______。（3）某学习小组用“间接碘量法”测定含有CuCl2•2H2O晶体的试样（不含能与I―发生反应的氧化性质杂质）的纯度，过程如下：取0.36g试样溶于水，加入过量KI固体，充分反应，生成白色沉淀。用0.1000mol/LNa2S2O3标准溶液滴定，到达滴定终