1、1.了解常见金属活动性顺序。2.了解合金的概念及其重要应用。3.了解铜及其重要化合物的主要性质及其应用。 第四节金属材料与矿物铜及其化合物循着图示想一想 特色特性记一记1特殊的颜色：Cu、Cu2O红色，CuO黑色Cu(OH)2蓝色，CuSO4白色，CuSO45H2O蓝色，Cu2(OH)2CO3绿色2特殊的制法：(1)电解法(K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属)(2)热还原法(ZnCu之间较活泼金属)(3)热分解法(Hg、Ag等不活泼金属)3必记五反应：(1)工业上冶炼Mg：MgCl2(熔融)MgCl2(2)工业上冶炼Al：2Al2O3(熔融)4Al3O2(3)工业上冶炼Fe：3COFe2O3
2、2Fe3CO2(4)铝热反应：Fe2O32AlAl2O32Fe(5)铜绿的生成：2CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO3考点一 合金和常见的金属材料教材知识层面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)熔合而成的具有金属特性的物质。(2)性能：多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点低；合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度大。2常见金属材料(1)黑色金属材料钢铁。钢是用量最大，用途最广的合金。(2)有色金属材料铜和铝。我国使用最早的合金是青铜，常见的铜合金有黄铜和白铜。高考考查层面1(2013重庆高考)航母螺旋桨主要由铜铝合金制造。800 g CuAl合金用盐酸完全溶解
3、后，在溶液中加入过量氨水，过滤后得到白色沉淀39.0 g，则合金中Cu的质量分数为_。解析：反应过程为：Al(OH)3故39.0 g为Al(OH)3的质量。因此合金中m(Al)27 gmol113.5 g，合金中铜的质量分数为：100%83.1%。答案：83.1%2(2014北京高考)碳、硫的含量影响钢铁性能。碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进行测定。(1)采用装置A，在高温下将x克钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。气体a的成分是_。若钢样中硫以FeS形式存在，A中反应：3FeS5O21_3_。(2)将气体a通入测硫装置中(如图)，采用滴定法测定硫的含量。
4、H2O2氧化SO2的化学方程式：_。用NaOH溶液滴定生成的H2SO4，消耗z mL NaOH溶液。若消耗 1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y克，则该钢样中硫的质量分数：_。(3)将气体a通入测碳装置中(如图)，采用重量法测定碳的含量。气体a通过B和C的目的是_。计算钢样中碳的质量分数，应测量的数据是_。解析：(1)根据题给信息可知气体a的成分为CO2、SO2和过量的O2。根据原子守恒和得失电子守恒配平方程式得：3FeS5O2Fe3O43SO2。(2)过氧化氢具有氧化性，二氧化硫具有还原性，二者发生氧化还原反应生成硫酸。消耗1 mL NaOH 溶液相当于硫的质量为y g，则消耗x mL
5、NaOH 溶液相当于硫的质量为yz g，所以钢样中硫的质量分数为。(3)整个装置要准确测定CO2的质量，故需要排除干扰气体SO2，由题给装置可知，活性二氧化锰的作用是除去气体a中的SO2，重铬酸钾和浓硫酸的作用是检验SO2是否除尽。通过测量二氧化碳吸收瓶吸收CO2前、后的质量计算出钢样中碳的质量分数。答案：(1)O2、SO2、CO2Fe3O4SO2(2)H2O2SO2=H2SO4(3)排除SO2对CO2测定的干扰吸收CO2前、后吸收瓶的质量方法技巧定量测定合金组成与含量的两种方法(1)定量集气法：定量集气法是指收集合金中某种物质溶于酸或碱溶液时所产生的气体的量，应用化学方程式或关系式来判断合金
6、的组成。其原理的关键点是根据某组分的特殊性质(特别是与酸或碱反应能产生气体)，其操作要点和注意事项有：保证装置的气密性良好，注意收集气体的读数方法。(2)沉淀法：沉淀法测定物质含量是常用的一种方法，采用沉淀法时，涉及的基本实验操作和主要问题有：称量、溶解(溶解试剂)、沉淀(重点是沉淀试剂的选择)、过滤、沉淀洗涤、沉淀的干燥、称量及数据的处理(包括测定结果的误差分析)。考点达标层面1判断下列描述的正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)铝合金的熔点比纯铝的高。()(2)合金材料中不可能含有非金属元素。()(3)云南鲁甸地震灾区重建使用了大量钢材，钢材是合金。()(4)合金中的金属元素以化合物的
7、形式存在。()(5)合金中各元素的含量一定，所以合金是纯净物。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2将下列合金与其用途连线青铜A不锈钢铬镍合金 B司母戊鼎低碳钢 C门窗框架铝合金 D钢丝、钢管答案：B，A，D，C3现代建筑的门窗架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取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为(提示：Si2OHH2O=SiO2H2)()AAl、Mg、Si、Zn BAl、Fe、Zn、NaCAl、Na、Cu、Fe DAl、Cu、Mg、Si、Mn解析：选D硬铝中一定含有Al，样品加入足量稀盐酸后有难溶物存在，说明有金属活动性在H之后的金属或非金属存在，再加
8、入浓NaOH溶液后有气体生成和难溶物存在，根据题目信息可知硬铝样品中含有Si，最终的难溶物为Cu，D项中含有上述三种物质。考点二 金属的冶炼教材知识层面学优高考网gkstk1金属在自然界中的存在形式金、铂等化学性质不活泼的金属，在自然界以游离态存在；化学性质较活泼的金属在自然界中以化合态存在。2金属冶炼的一般步骤(1)富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。(2)冶炼：利用氧化还原反应，用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质。(3)精炼：提纯金属。3金属的冶炼方法(1)热分解法：加热分解HgO和Ag2O的化学方程式分别为：2HgO,2HgO2；2Ag2O,4AgO2。(2)热还原法：焦
9、炭还原法：用C还原CuO的化学方程式：C2CuO2CuCO2。一氧化碳还原法：工业上炼铁的反应原理：3COFe2O32Fe3CO2。H2还原法：用H2还原WO3的化学方程式：3H2WO3W3H2O。活泼金属还原法：用Al还原Cr2O3的化学方程式：2AlCr2O32CrAl2O3。(3)电解法：电解熔融Al2O3、MgCl2冶炼Al、Mg的化学方程式分别为：2Al2O3(熔融)电解,4Al3O2，MgCl2(熔融)电解,MgCl2。高考考查层面命题点1金属冶炼的方法典题示例1(2013山东高考，节选)金属冶炼与处理常涉及氧化还原反应。由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是_。AFe2O3BNa
10、ClCCu2S DAl2O3解析：选BD非常活泼的金属，如Na、K、Mg、Al等，用电解的方法冶炼。2(2014天津高考，节选)已知：化合物MgOAl2O3MgCl2AlCl3类型离子化合物离子化合物离子化合物共价化合物熔点/2 8002 050714191工业制镁时，电解MgCl2 而不电解MgO的原因是_；制铝时，电解Al2O3而不电解AlCl3的原因是_；解析：MgO和MgCl2均为离子化合物，但MgO的熔点太高，熔融时需要消耗大量能量，故使用熔点较低的MgCl2。AlCl3属于共价化合物，熔融时不导电，故不能用电解AlCl3的方法冶炼Al。答案：MgO的熔点高，熔融时耗费更多能源，增加
11、生产成本AlCl3是共价化合物，熔融态难导电方法技巧金属冶炼三方法1电解法在金属活动性顺序中Al之前(含铝)的金属，用电解的方法冶炼。如电解熔融 NaCl 制 Na，电解熔融 MgCl2制镁，电解熔融 Al2O3制铝。2热还原法在金属活动性顺序中，Al之后，Cu之前(含Cu)的金属一般用还原法冶炼。常使用的还原剂有焦炭、CO和H2。用焦炭作还原剂冶炼的金属会混有一定量的碳，如钢铁。用CO作还原剂时产物的纯度较高，但CO有毒，污染环境。用H2作还原剂时产物的纯度高、对环境无污染，但H2不易获得，且难以贮存和运输。3加热分解法在金属活动性顺序中，Cu之后的金属(如Hg、Ag)一般可采用加热分解氧化
12、物的方法冶炼。如加热HgO、Ag2O制得Hg、Ag。命题点2铝热反应及应用1铝热反应(1)原理：高温下铝将较不活泼的金属从其氧化物中还原出来。(2)实验装置：铝粉还原氧化铁的实验装置：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)反应特点：高温条件。剧烈燃烧，放出大量的热。新生成的液态金属单质易与 Al2O3(固态)分离。(5)引燃剂和铝热剂：引燃剂：镁条、氯酸钾。铝热剂：铝粉和金属氧化物(Fe2O
13、3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物。2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金属单质。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，3MnO24Al2Al2O33Mn。(2)该反应原理可以应用在生产上，如焊接钢轨等。典题示例1(2014山东高考，节选)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有_。AKClBKClO3CMnO2 DMg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：做铝热反应的实验时，需要 KClO3 作助
14、燃剂，且用镁条引燃。固体混合物中若有Fe2O3，因发生反应：Fe2O36H=2Fe33H2O和Fe2Fe3=3Fe2，Fe3转化为Fe2，KSCN溶液也不会变红。答案BD不能Fe2O36H=2Fe33H2O、Fe2Fe3=3Fe22粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验：取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；另取20 g A全部溶于0.15 L 6.0 mol/L盐酸中，得溶液C；将中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12 L(标准状况)气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。请填空：(1)中引发铝热反应的实验操作是_
15、，产物中的单质B是_。(2)中所发生的各反应的化学方程式是_。(3)中所发生的各反应的离子方程式是_。解析：(2)Fe2O3和MgO都是碱性氧化物，能与酸反应生成盐和水：Fe2O36HCl=2FeCl33H2OMgO2HCl=MgCl2H2O。(3)混合物中只有Fe2O3能和Al发生铝热反应并生成铁单质。C溶液中有反应生成了FeCl3，还有未反应的HCl，发生的离子反应为Fe2H=Fe2H2，Fe2Fe3=3Fe2。答案：(1)加少量KClO3，插上镁条并将其点燃Fe(2)Fe2O36HCl=2FeCl33H2O、MgO2HCl=MgCl2H2O(3)Fe2H=Fe2H2、Fe2Fe3=3Fe
16、2考点达标层面1判断下列描述的正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)(2012重庆高考)钢铁厂用热还原法冶炼铁。()(2)(2012广东高考)工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应。()(3)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时，阴极上依次析出Cu、Fe、Al。()(4)电解氯化镁溶液制取金属镁。()(5)用金属钠置换四氯化钛(TiCl4)溶液中的钛来制取单质钛。()(6)将MgO与铝粉混合发生铝热反应制备镁。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2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
17、熔融物落入沙中”。查阅化学手册知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如下：物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/6602 0541 5351 462沸点/2 4672 9802 750(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)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_。(3)实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是_(填序号)。A浓硫酸B稀硫酸C稀硝酸 D氢氧化钠溶
18、液解析：(1)这种解释是合理的，它体现了铝热反应的特点之一放热较多，并且结合了表格中提供的熔点数据。(2)证明某固体是不是含有铝，只要加入足量的NaOH溶液即可，若含有铝，则固体部分溶解，有气泡产生。相应的离子方程式为2Al2OH2H2O=2AlO3H2。(3)铁铝熔融物在一定条件下与浓硫酸或稀硝酸反应，会产生有毒气体，而且消耗的两种酸量又多；熔融物中铁不能与氢氧化钠溶液反应，故最好选用稀硫酸。答案：(1)合理(2)NaOH溶液2Al2OH2H2O=2AlO3H2(3)B考点三 铜及其化合物教材知识层面1铜的性质(1)物理性质：紫红色固体，有良好的延展性、导电、导热性，不能被磁铁吸引。(2)化
19、学性质：反应物质化学方程式非金属gkstk.ComO2学优高考网gkstk2CuO22CuOS2CuSCu2SCl2CuCl2CuCl2氧化性酸浓H2SO4Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O浓HNO3Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O稀HNO33Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O盐溶液AgNO3溶液、FeCl3溶液Cu2AgNO3=Cu(NO3)22AgCu2FeCl3=CuCl22FeCl22氧化铜(1)物理性质：黑色粉末状固体(2)化学性质：3氢氧化铜(1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。(2)化学性质及应用：反应的化学方程式：Cu(OH)
20、2CuOH2O反应的离子方程式：Cu(OH)22H=Cu22H2O4铜盐(1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，其受热分解的化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO2。(2)CuSO45H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾，其受热分解的化学方程式为CuSO45H2OCuSO45H2O，蓝色晶体受热转化为白色粉末。无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO45H2O)，可作为水的检验依据。(3)铜盐溶液有毒，主要是因为Cu2作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多
21、液，用来杀灭植物的病毒。高考考查层面命题点1铜的两种重要氧化物(CuO、Cu2O)1氧化铜和氧化亚铜的比较名称氧化铜氧化亚铜颜色黑色砖红色与酸反应(H)CuO2H=Cu2H2OCu2O2H=Cu2CuH2O与H2反应H2CuOCuH2OH2Cu2O2CuH2O转化关系4CuO2Cu2OO22区别红色物质Cu和Cu2O的方法向红色物质中加入稀硫酸，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu2O，否则为Cu。反应的化学方程式为：Cu2OH2SO4=CuSO4CuH2O典题示例1已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H发生：Cu2O2H=CuCu2H2O。将经高温灼烧后的CuO样品投入足量的热的
22、稀硝酸溶液中，下列有关说法中正确的是()A如果溶液变为蓝色、同时有紫红色固体出现，说明样品全部生成了Cu2OB溶液中最终可能有紫红色固体出现C这种实验的结果无法说明CuO分解的程度D如果溶液中出现蓝色，最终没有紫红色固体出现，说明CuO没有分解解析：选C若误认为Cu不与热的稀硝酸反应会造成错选D。如果样品部分生成了Cu2O，也会有类似现象发生，即这种实验的结果无法说明CuO分解的程度，A项错误、C项正确；由于Cu能够与热的稀硝酸反应，所以不论CuO是否完全分解，溶液中最终不可能有紫红色固体出现，B项不正确、D项错误。2已知酸性条件下有如下反应：2Cu=Cu2Cu。由于反应温度不同，用氢气还原氧
23、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：加入试剂稀硫酸浓硫酸、加热稀硝酸浓硝酸实验现象有红色固体剩余和溶液变为蓝色产生无色气体产生无色气体和溶液变为蓝色产生红棕色气体和溶液变为绿色由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物()A是CuB是Cu2OC一定有Cu，一定有Cu2OD一定有Cu2O，可能有Cu解析：选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。命题点2铜的冶炼方法典题示例1Cu2S是火法炼铜的重要原料之一，下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4
24、5H2O的流程图。Cu2SCu Cu2O、CuOAB胆矾Cu2S中铜元素的化合价为_，火法炼铜的反应原理是_(用化学方程式表示)。解析：Cu2S中铜元素的化合价为1；Cu2S在加热条件下与O2反应生成Cu，依据氧化还原反应的实质判断硫元素对应的产物是SO2。反应方程式为：Cu2SO22CuSO2。答案：1Cu2SO22CuSO22孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。某同学设计的从孔雀石中冶炼铜的方案如下(假设孔雀石中杂质不溶于水和稀硫酸)： (1)反应能观察到的现象是_，有关反应的化学方程式为_。(2)反应加入的金属可能是_，有关反应的离子方程式为_。解析：孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石
25、逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，且有气泡产生；反应的化学方程式为Cu2(OH)2CO32H2SO4=2CuSO4CO23H2O。经过滤除去难溶于水和稀硫酸的杂质，则滤液中主要含有CuSO4，加入的金属粉末能将Cu2从溶液中置换出来即可，故金属可能是Fe或Zn等。答案：(1)固体逐渐消失，溶液由无色变成蓝色，有气泡产生Cu2(OH)2CO32H2SO4=2CuSO4CO23H2O(2)铁粉FeCu2=Fe2Cu方法技巧铜的冶炼“三方法”(1)湿法炼铜：FeCuSO4=FeSO4Cu。(2)高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)：2CuFeS24O2Cu2S3SO22FeO(炉渣)2C
26、u2S3O22Cu2O2SO22Cu2OCu2S6CuSO2粗铜中铜的含量为99.5%99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%99.98%的铜。电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极，失电子变为Cu2，用纯铜棒作阴极即可得精铜。(3)生物炼铜：“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性，并能利用空气中的氧气氧化硫化亚铜矿石，然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。生物炼铜的优点：a.成本低；b.污染小；c.反应条件简单；d.含量(品位)很低的矿石也可以被利用。考点达标层面1判断下列描述的正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主
27、要成分，在干燥的空气中不易生成。()(2)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成。()(3)利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质，来检验水的存在。()(4)将铁片置于CuSO4溶液中，铁片上有红色物质析出，说明铁比铜活泼。()答案：(1)(2)(3)(4)2某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到实验目的的是()A将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后再加入水，观察硫酸铜溶液的颜色B常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成C将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体D将表面有铜绿Cu2(OH)2CO3的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿解析：选D铜与浓H
28、2SO4反应后仍有大量浓H2SO4，不能把水加入到反应器中，否则发生危险，A错误；Cu与Cl2常温下不反应，需要加热才能发生反应，B错误；CuCl2水解生成的HCl易挥发，加热蒸干CuCl2得不到无水CuCl2固体，C错误。以“由黄铜矿冶炼铜的工艺流程”为载体串联金属冶炼的常用方法高考载体(2012山东高考T28)工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下：知识串联设计(1)写出用电解法冶炼钠和铝的化学方程式_，_。(2)工业上冶炼铁用的还原剂是什么？写出反应的化学方程式。_(3)由泡铜(Cu2O、Cu)冶炼粗铜的化学方程式是_。(4)已知Cu2O能与稀H2SO4反应生成CuS
29、O4和Cu，泡铜中的Cu2O和Cu均是红色物质，如何通过实验鉴别Cu2O与Cu？_。(5)冰铜(mCu2SnFeS)中铜元素的化合价是多少？将冰铜中的Cu2S在O2中灼烧能冶炼出铜，试写出该反应的化学方程式：_。(6)由粗铜电解精炼铜时，粗铜接电源的正极还是负极？_。(7)设计由粗铜、浓H2SO4、水等物质制备CuSO4的实验方案：_。答案：(1)2NaCl(熔融)2NaCl22Al2O3(熔融)4Al3O2(2)CO3COFe2O32Fe3CO2(3)3Cu2O2Al6CuAl2O3(4)将少量红色物质放入稀H2SO4中，若溶液变成蓝色，说明红色物质为Cu2O，若溶液不变蓝，则红色物质为Cu(5)1价Cu2SO22CuSO2(6)电解精炼铜时，粗铜作阳极(接电源正极)，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液(7)由粗铜制备CuSO4的实验流程为CuCuOCuSO4