2013年高考化學(xué) 教材回歸詳析 3.4用途廣泛的金屬材料 開(kāi)發(fā)利用金屬礦物

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1、第四節(jié) 用途廣泛的金屬材料 開(kāi)發(fā)利用金屬礦物 考點(diǎn)梳理 1.了解合金的概念及其重要應(yīng)用。 2.了解金屬銅及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。 一、合金及常見(jiàn)金屬材料 1.合金 （1）概念：兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。 （2）性質(zhì)特點(diǎn)：合金具有不同于各成分金屬的物理、化學(xué)或機(jī)械性能。 ①具有金屬特性 ②合金的硬度一般比它的各成分金屬的大， ③多數(shù)合金的熔點(diǎn)一般比它的各成分金屬的低。 2.常見(jiàn)金屬材料 鐵、鉻、錳以及它們的合金 黑色金屬材料 有色金屬材料 除黑色金屬以外的其他 金屬及其合金 金屬材料

2、 (l)重要的黑色金屬材料 (2)幾種有色金屬材料 二、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用 1．金屬在自然界中存在的形態(tài) 除了金、鉑 等極少數(shù)金屬外，絕大多數(shù)金屬以化合物的形式存在于自然界中。在這些金屬化合物中，金屬元素都顯正化合價(jià)。 2．金屬冶煉的實(shí)質(zhì) 使金屬化合物中的金屬離子得 電子被還原 為金屬單質(zhì)的過(guò)程：Mn＋＋ne－===M。 3．金屬冶煉的一般步驟 根據(jù)金屬的活動(dòng)性不同，金屬冶煉的方法分為：電解法、熱還原法、熱分解法和富集法等。 三、金屬銅及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用 1.單質(zhì)銅 (1)物理性質(zhì)：紫紅色、不能被磁體吸引。 (2)化學(xué)性質(zhì) ①與非

3、金屬的反應(yīng) a.與O2反應(yīng) 加熱：2Cu＋O22CuO。 常溫下在潮濕的空氣中： 2Cu+O2+H2O+CO2 ====Cu2(OH)2CO3。 b.與Cl2反應(yīng)：Cu＋Cl2CuCl2(棕黃色煙)。 ②與酸的反應(yīng) a.與非氧化性酸：不反應(yīng)。 b.與氧化性酸反應(yīng) 與濃硫酸的反應(yīng)：Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。 與濃硝酸的反應(yīng)：Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。 與稀硝酸的反應(yīng)：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 ③與鹽溶液的反應(yīng)(用離子方程式表示) 與硝酸銀溶液的反應(yīng)：Cu

4、+2Ag+====Cu2++2Ag 與氯化鐵溶液的反應(yīng)：2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+。 2.氧化銅和氧化亞銅 名稱 氧化銅 氧化亞銅 顏色 黑色 磚紅色 與酸反應(yīng)(H＋) CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O 與H2反應(yīng) CuO＋H2 Cu＋H2O Cu2O＋H22Cu＋H2O 轉(zhuǎn)化關(guān)系 4CuO2Cu2O＋O2↑ 3.氫氧化銅 (1)物理性質(zhì)：藍(lán)色不溶于水的固體。 (2)化學(xué)性質(zhì)：Cu(OH)2屬于弱堿 ，能與酸 反應(yīng)生成鹽和水。 4．CuSO4·5H2O CuSO4·5H2

5、O為藍(lán)色晶體，俗稱藍(lán)礬、膽礬。無(wú)水CuSO4為白色粉末，遇水變藍(lán)色(生成CuSO4·5H2O)，可作為水的檢驗(yàn)依據(jù)。 【熱點(diǎn)難點(diǎn)】 一、金屬活動(dòng)性順序 1.常見(jiàn)金屬的主要化學(xué)性質(zhì)總結(jié)列于下表： 金屬活動(dòng)順序表 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 原子失電子能力 由大到小，還原性有強(qiáng)到弱 陽(yáng)離子得電子能力 由小到大，氧化性有弱到強(qiáng) 性質(zhì)變化規(guī)律 元素的金屬性逐漸減弱，單質(zhì)的還原性依次減弱，離子的氧化性增強(qiáng) 和水的反應(yīng) 與冷水劇烈反應(yīng) 與沸水緩慢反應(yīng) 高溫水蒸氣 不與水反應(yīng) 生成

6、堿和氫氣 生成氧化物和氫氣 和酸的反應(yīng) 劇烈反應(yīng) 反應(yīng)逐漸減緩 不能置換稀酸中的氫 與非氧化性酸→H2；與濃H2SO4、濃HNO3及稀HNO3反應(yīng)，不放出H2，一般產(chǎn)物為：鹽+水+成酸元素的低價(jià)產(chǎn)物 與氧化性酸反應(yīng)（但不放H2） 只溶于王水 和強(qiáng)堿的反應(yīng) 僅鋁、鋅、與強(qiáng)堿反應(yīng)放出H2 和鹽溶液的反應(yīng) 先與水反應(yīng)放出H2，看生成堿是否與鹽反應(yīng) 排在前面的金屬可將后面的金屬?gòu)钠潲}溶液中置換出來(lái) 和氧的反應(yīng) 易被氧化 常溫生成氧化膜 加熱能被氧化 加熱能被氧化 不能被氧化 金屬氧化物的水化物及堿的熱穩(wěn)定性 氧化物跟水劇烈反應(yīng)，生成堿，堿受熱不易分

7、解 對(duì)應(yīng)氧化物（除H外）不溶于水，也不跟水反應(yīng)，對(duì)應(yīng)堿的熱穩(wěn)定性逐漸減弱 冶煉方法 電解法 熱還原法 熱分解法 物理方法 2.　判斷金屬活動(dòng)性的規(guī)律 (1)金屬與水或酸反應(yīng)的劇烈程度，反應(yīng)越劇烈，該金屬越活潑。 (2)金屬對(duì)應(yīng)的最高價(jià)氧化物的水化物的堿性強(qiáng)弱，堿性越強(qiáng)，該金屬越活潑。 (3)一種金屬能從另一種金屬的鹽溶液中將其置換出來(lái)，則該金屬活潑性比另一金屬?gòu)?qiáng)。 (4)兩金屬能夠構(gòu)成原電池時(shí)，一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑。 (5)在電解過(guò)程中，一般先得電子的金屬陽(yáng)離子對(duì)應(yīng)的金屬單質(zhì)的活潑性比后得電子的金屬陽(yáng)離子對(duì)應(yīng)的金屬單質(zhì)的活潑性差。 【典例1】a、b、

8、c、d、e分別是Cu、Ag、Fe、Al、Mg五種金屬中的一種。已知：①a、c、e均能與稀硫酸反應(yīng)放出氣體；②b與d的硝酸鹽反應(yīng)，置換出單質(zhì)d；③c與強(qiáng)堿反應(yīng)放出氣體；④c、e在冷濃硫酸中發(fā)生鈍化。由此可判斷a、b、c、d、e依次為(　　) A．Fe、Cu、Al、Ag、Mg B．Al、Cu、Mg、Ag、Fe C．Mg、Cu、Al、Ag、Fe D．Mg、Ag、Al、Cu、Fe 【答案】C 二、金屬的冶煉方法 由于金屬的化學(xué)活動(dòng)性不同，金屬離子得到電子還原成金屬原子的能力也就不同，因此需采用不同的冶煉方法。 1.熱分解法 對(duì)活潑性較弱的金屬，用加熱分解其氧化物的方法冶煉，如

9、：2HgO2Hg+O2↑， 2Ag2O4Ag+O2↑ 2.電解法 對(duì)一些非?；顫姷慕饘?，用電解法冶煉，如： 電解熔融MgCl2：MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑ 電解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑ 3.熱還原法 對(duì)于大多數(shù)活潑性較強(qiáng)的金屬，采用還原劑還原的方法冶煉，如： H2還原WO3：WO3+3H2W+3H2O Al還原Cr2O3：Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O3 CO還原Fe2O3：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 4.鋁熱反應(yīng) (1)原理：高溫下鋁將金屬氧化物中的金屬還原出來(lái)。 (2)實(shí)驗(yàn)裝置：如圖所示。 (3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)

10、象 ①鎂條劇烈燃燒，放出一定的熱量，使氧化鐵粉末和鋁粉在較高溫度下發(fā)生劇烈的反應(yīng)。 ②反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的強(qiáng)光。 ③紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中。 ④待熔融物冷卻后，除去外層熔渣，仔細(xì)觀察，可以發(fā)現(xiàn)落下的是鐵珠。 (4)鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用 ①該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，鋁在高溫下還原出了單質(zhì)鐵，在冶金工業(yè)上也常用這一原理制取熔點(diǎn)較高的金屬，如鉻、錳等，3MnO2+4Al 2Al2O3+3Mn。 ②該反應(yīng)原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上，如焊接鋼軌等。 【典例2】工業(yè)制硫酸銅不是直接用銅和濃硫酸反應(yīng)，而是將粗銅(含少量銀)浸入稀硫酸中，并不斷從容器下部吹入細(xì)小的空氣泡。有關(guān)該制備方法的敘述中，不正確的是( ) A.該方法應(yīng)用了原電池工作原理 B.該方法不產(chǎn)生污染大氣的二氧化硫 C.該方法提高了硫酸的利用率 D.該方法提高了銅的利用率 【解析】選D。該方法的原理是：2Cu+O2+2H2SO4====2CuSO4+2H2O，由于銅、銀和稀硫酸能構(gòu)成無(wú)數(shù)微小的原電池，加快了化學(xué)反應(yīng)速率，故A項(xiàng)正確；由該方法的原理知，B、C項(xiàng)均正確；由于兩種方法銅的利用率相同，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。