2013版高考化学 3.4 用途广泛的金属材料 开发利用金属矿物课件 新人教版(含精细解析)

1、第四节 用途广泛的金属材料 开发利用金属矿物,三年10考 高考指数: 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。,一、合金及常见金属材料 1.合金 (1)合金。 形成：_熔合而成的。 性质特点：具有_。,是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属),金属特性,(2)性能。 合金具有不同于各成分金属的物理、化学或机械性能。 熔点:一般比它的各成分金属的_； 硬度和强度:一般比它的各成分金属的_。,低,大,2.常见金属材料,(1)重要的黑色金属材料钢。,：强度高，韧性及加工性好,钢,碳素钢,中碳钢,低碳钢,：韧性、焊接性好，强度低,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)常见的有色金属材料。,铝及 铝合金,铝,性能：良好的,用途：制导线,铝 合 金,性能：密度小、强度高、塑性好、 易于成型、制造工艺简单、 成本低廉,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,延展性、导热性 和导电性,二、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的存在形

2、态：_。 (2)存在单质的金属的性质特点：_。 2.金属的冶炼 (1)实质：_。 (2)方法。 根据金属的活动性不同，金属冶炼的方法分为：_、_、_和富集法等。,化合态,化学性质不活泼,把金属从化合态还原为游离态,电解法,热还原法,热分解法,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。 _色、不能被磁体吸引。 (2)化学性质。,紫红,与非金属的反应 a.与O2反应 加热：_。 常温下在潮湿的空气中： 2Cu+O2+H2O+CO2=Cu2(OH)2CO3。 b.与Cl2反应：_(_色烟)。,棕黄,与酸的反应 a.与非氧化性酸：_。 b.与氧化性酸反应 与浓硫酸的反应： _。 与浓硝酸的反应： _。 与稀硝酸的反应： _。,不反应,Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,与盐溶液的反应(用离子方程式表示) 与硝酸银溶液的反应：_。 与氯化铁溶液的反应：_。,Cu+2Ag+=Cu2+2Ag,2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+,2.铜的化合物的主要性质 (1)氧化铜和氢氧化铜。,黑,

3、蓝,(2)硫酸铜。 CuSO45H2O为蓝色晶体，俗称_，受热易分解为白色粉末CuSO4和水。 无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO45H2O)，可作为水的检验试剂。 CuSO4与石灰乳的混合溶液即为无机农药波尔多液，是一种良好的杀菌剂，可以用来防治多种作物的病虫害。,蓝矾或胆矾,1.青铜的熔点比纯铜高。( ) 【分析】青铜属于合金，合金的熔点比组成它的各成分金属的熔点要低。 2.合金材料中不可能含有非金属元素。( ) 【分析】由于合金是由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，所以合金材料中也可能含有非金属元素。,3.铜与氯化铁溶液反应，生成氯化铜和铁。( ) 【分析】由于铜的金属活动性比铁弱，铜不可能将铁从其盐溶液中置换出来，所以铜与氯化铁溶液反应，生成氯化铜和氯化亚铁。 4.工业上用电解氯化镁溶液制取金属镁。( ) 【分析】电解氯化镁溶液得到Mg(OH)2、H2和Cl2，得不到金属镁。工业上常用电解熔融的氯化镁制取金属镁。,金属活动性顺序,常温下易氧化，点燃生成过氧化物或其他复杂氧化物,常温生成氧化膜,加热 化合,不 反 应,常温下生成碱和氢气,与热

4、 水反 应,有碱存在与水反应,与高温水蒸气反应,不反应,生成盐和氢气,不反应,与水反应，不 与盐反应，生 成的碱与盐反 应,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,化合态,游离态,【高考警示钟】 (1)在金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其单质的还原性越弱，简单离子的氧化性越强，如Cu2+的氧化性强于Fe2+，但Fe3+的氧化性强于Cu2+。 (2)Cu之后的金属不与非氧化性酸反应；Cu、Hg、Ag能与氧化性酸反应，但不产生氢气；Pt、Au不与氧化性酸反应，但可溶解于“王水”中。,【拓展延伸】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】X、Y、Z、M、N代表五种金属，有以下化学反应：水溶

5、液中：X+Y2+=X2+Y； Z+2H2O(冷)=Z(OH)2+H2； M、N为电极与N盐溶液组成的原电池，发生的电极反应为：M-2e-=M2+； Y可以溶于稀硫酸中，M不被稀硫酸氧化。则这五种金属的活泼性由弱到强的顺序为( ) A.MNYXZ B.NMXYZ C.NMYXZ D.XZNMY,【解题指南】解答本题应注意以下两点： (1)能与冷水发生反应的金属活泼性很强； (2)原电池中，作为负极的金属活泼性比正极的金属强。,【解析】选C。由知，活泼性XY，且X、Y均不与水反应；由知，Z为活泼性很强的金属；由知，M为原电池的负极，N为原电池的正极，所以活泼性MN；由知，Y可以溶于稀硫酸中，说明Y排在金属活动性顺序H之前，M不被稀硫酸氧化，说明M排在金属活动性顺序H之后，所以活泼性YM，综合得五种金属的活泼性为：ZXYMN，故选C项。,【互动探究】(1)五种金属的简单阳离子的氧化性由强到弱的排列顺序如何？ 提示：由于金属活动性越弱，单质的还原性越弱，简单离子的氧化性越强，所以五种金属的简单阳离子的氧化性由强到弱的顺序为：NMYXZ。,(2)用两支惰性电极插入含有五种金属简单阳离子形成盐的混

6、合水溶液中进行电解，充分电解后能有几种金属析出？ 提示：析出两种金属。由于Y排在金属活动性顺序H之前，M排在金属活动性顺序H之后，所以析出N、M两种金属，当金属M完全析出后，阴极上析出氢气。,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：2HgO 2Hg+O2，2Ag2O 4Ag+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+3H2 W+3H2O Al还原Cr2O3：Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O3 CO还原Fe2O3：Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,4.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。 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

7、度下发生剧烈的反应。 反应放出大量的热，并发出耀眼的强光。 纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。 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。 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+4Al 2Al2O3+3Mn。 该反应原理可以应用在生产上，如焊接钢轨等。,【高考警示钟】 (1)Pt和Au等性质稳定的金属，常用富集法冶炼，是物理方法，而不是化学方法。 (2)冶金工业上的湿法冶金，利用的是金属之间的置换反应，是在溶液中进行的。 (3)铝热剂不仅指铝和Fe2O3,也可以是Al和MnO2、Al和Cr2O3等。 (4)铝热反应实验的最外层滤纸要用水湿润，并要求观察者远离，以免烫伤。,【典例2】金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。下列关于金属的一些说法不正确的是( ) 合金的性质与其组成金属的性质不完全相同 火烧孔雀石Cu2(OH)2CO3也属还原法 金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子 工业上金属Mg、Al都是用电解熔融氯化物制得的 越活泼的金属越难冶炼 A

8、. B.只有 C. D.,【解题指南】解答本题应注意以下两点： (1)熟记常见金属的冶炼方法； (2)AlCl3为共价化合物，熔融状态下共价化合物不导电。,【解析】选B。合金的性质与其成分金属的性质不完全相同，如硬度、强度更大、熔点更低等，正确；火烧孔雀石分解生成CuO，CuO被焦炭还原为单质Cu，属于还原法制取，正确；因AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，冶炼铝应用电解熔融Al2O3的方法，错误；金属冶炼就是把金属阳离子还原为金属原子，越活泼的金属，其阳离子的氧化性越弱，越难被还原，、正确。,【变式训练】在冶金工业上，均不能用化学还原剂制得的一组金属是( ) A.Na、Mg、Al B.Na、K、Zn、Fe C.Zn、Fe、Cu、Ag D.Mg、Al、Zn、Fe,【解析】选A。Na、Mg、Al的冶炼方法为电解法；用Na还原K+是由于钾的沸点比钠的低，在高温时还原生成的单质K以气态形式挥发出来，从而制得金属钾；Zn、Fe的冶炼方法为化学还原剂还原法；Cu、Ag的冶炼方法为热分解法，故选A项。,【变式备选】钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注。常温下钛不和非金属、强酸反应，红

9、热时，却可与常见的非金属单质反应。钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。地壳中含钛铁矿石之一的是金红石(TiO2)，目前大规模生产钛的方法是： 第一步：金红石、炭粉混合，在高温条件下通入Cl2制得TiCl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式为_，该反应的还原剂是_。,第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。 (1)写出此反应的化学方程式：_； (2)简述从上述所得产物中获取金属钛的步骤。,【解析】因为钛常温时不与非金属、强酸反应，红热时可与常见非金属单质反应，可类比一般不活泼金属氧化物，选用碳作还原剂制得金属，金属与Cl2生成氯化物。两反应合并的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO。第二步：(1)Mg为活泼金属，在氩气作为保护气的环境中还原TiCl4：2Mg+TiCl4=2MgCl2+Ti。(2)还原出的Ti与Mg混合，分离时用强酸，因钛不与强酸反应，所以可将上述产物溶于过量的盐酸中，然后过滤洗涤，即可得到纯净钛。,答案：TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO C (1)2Mg+TiCl4=2MgCl2+Ti (2)将还原后的产物溶于过量的盐酸中，过滤、洗涤，即可得到纯净的钛。,

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