1、第4节金属材料与金属矿物利用目标导读课标要求核心素养能列举合金材料的重要应用。1.宏观辨识认识金属材料的性能和应用。2.科学探究了解金属的制备(冶炼)并进行简易实验探究其过程。3.社会责任开发利用金属矿物应具有节约、可持续发展和绿色环保的意识。考点一合金、金属材料及其应用 基础梳理 1.合金金属和非金属金属特性低大铁、锰、铬2.常见金属材料(1)钢铁(2)铝合金(3)铜合金特别提醒(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的 金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。(2)合金的物理性质相比于成分金属有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。(3)黑色金属材料和有色金属材料不是从
2、材料的颜色上分的，铁、铬、锰及其合金材料不是黑色的，仍为银白色，而有色金属中除金为黄色，铜为红色外，其他绝大多数是银白色的。自主测评 1.判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)下列物质或材料都属于合金：钢、青铜、铝镁合金、水银、硅钢。()(2)合金中的金属元素以化合物的形式存在。()(3)合金的硬度低于其成分金属，合金的熔点一般高于其成分金属。()(4)合金比纯金属的导电性更强。(5)合金不如纯金属的应用范围广。()(6)不锈钢中碳的含量比生铁中碳的含量高。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是(2.2017 年 2 月首飞的 C919 大
3、型飞机采用了大量新材料铝)。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.铝锂合金的熔点比铝低D.铝锂合金耐酸碱腐蚀解析：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，D 不正确。答案：D.考向精练 考向1合金和常见的金属材料1.(2019 年豫北豫南联考)天工开物中记载：凡铜供世用，出山与出炉只有赤铜。以炉甘石或倭铅参合，转色为黄铜，以砒霜等药制炼为白铜，矾、硝等药制炼为青铜。其中涉及的物质中熔点最高的是(A.青铜C.赤铜)。B.黄铜D.白铜解析：合金的熔点低于其组成成分金属的熔点。青铜是铜锡合金，熔点比铜低，故 A 错误；黄铜是铜锌合金，熔点比铜低，故
4、B 错误；赤铜是纯度较高的铜，熔点比合金高，故 C 正确；白铜是铜镍合金，熔点比铜低，故 D 错误。答案：C2.(2019 年运城模拟)下列说法中正确的是()。A.铁是人类在生产、生活中最早使用的金属材料B.金、银、铜是应用最广泛的金属材料C.钛被誉为“21 世纪的金属”，应用前景很广阔D.铜是导电性、导热性最好的有色金属解析：铜是人类使用最早的金属材料，A 错误；铁、铝及铝合金是应用最广泛的金属材料，B 错误；银的导电性比铜好，D 错误。答案：C考向2有关合金成分的分析3.(2019年石家庄模拟)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()。A.Al、Mg、
5、Si、ZnC.Al、Na、Cu、FeB.Al、Fe、Zn、NaD.Al、Cu、Mg、Si、Mn解析：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。答案：D4.(2019 年揭阳模拟)部分氧化的 Fe-Cu 合金样品(氧化产物为 Fe2O3、CuO)共 5.76 g，经如下处理：下列说法正确的是()。A.滤液 A 中的阳离子为 Fe2、Fe3、HB.样品中 Fe 元素的质量为 2.24 gC.样品中 Cu
6、O 的质量为 4.0 gD.V896解析：因为氧化性 Fe3Cu2H，还原性 FeCu，有气体产生，则该气体是 H2，所以滤液 A 中阳离子不可能有 Fe3，而是 Fe2、H，A 错误；最后的 3.2 g 固体为 Fe2O3，其中 Fe 元素的质量为 2.24 g，B 正确；样品中 Cu 元素和 O 元素共 5.76 g2.24 g3.52 g，C 错误；2.24 g Fe 元素不可能全是单质，故生成的 H2 标准状况的体积小于 896 mL，D 错误。答案：B方法技巧合金成分分析(1)定性分析型 形成合金的各种成分的特殊化学性质仍按单一组分的性质 (例如铝合金中的铝既能溶于酸又能溶于碱的性质
7、不变，铜能溶 于稀硝酸，且硝酸的还原产物为NO 气体等性质不变)，一般是将合金酸溶或碱溶，根据反应中的特殊现象或根据溶解后所得溶液继续加沉淀剂产生的现象判断其成分。此类试题常以流程的形式呈现，解答的关键是理清每一步加入的物质和生成物质的成分。(2)定量分析型定量测定合金的成分常用定量集气或沉淀两种方法。定量集气法定量集气法是指收集合金中某种物质溶解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的组成。其原理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。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
8、，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；数据的处理(包括测定结果的误差分析)。考点二金属矿物的开发和利用 基础梳理 1.金属在自然界中的存在正2.金属冶炼的一般步骤3.金属冶炼(1)金属冶炼方法与金属活动性的关系(2)金属冶炼方法(用化学方程式表示)见旧的特别提醒有些很活泼的金属也可以用还原法来冶炼，如NaKCl=850 KNaCl2RbClMg=700800 MgCl22Rb等，主要运用了化学平衡移动原理，利用 K、Rb 沸点低、汽化离开反应体系的特点，使化学反应得以向正反应方向进行。实验装置实验现象镁带剧烈燃
9、烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中结论 高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，反应的化学方程式为 2AlFe2O3Al2O32Fe原理应用制取熔点较高、活泼性弱于 Al 的金属铬、锰、钨等；金属焊接，如野外焊接钢轨等4.铝热反应特别提醒(1)铝热反应是在高温干态下进行的置换反应，铝只能与金属活动性顺序中排在铝后的金属的氧化物反应。(2)铝热反应是放热反应，反应引发后不需要持续加热。(3)铝热剂是铝粉和金属氧化物的混合物。(4)利用铝热反应可以冶炼高熔点金属，例如钨的冶炼。自主测评 1.判断正误，正确的画“”，错误
10、的画“”。(1)用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛。()(2)炼铁：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。()(3)制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的 NaCl 溶液。()(4)用黄铜矿经电解精炼得到纯度为 99.9%的铜。(5)将 MgO 与铝粉混合发生铝热反应制备镁。()(6)在给定条件下制取金属镁 MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.(2019 年怀化调研)下列化学反应在冶金工业中没有得到广泛应用的是()。A.MgCl2(熔融)MgCl2B.Al2O33C=2125 2Al3COC.Fe2O3
11、3CO2Fe3CO2D.HgSO2HgSO2解析：Al 为活泼金属，不能用焦炭还原法冶炼，应用电解法冶炼。答案：B列说法不正确的是(考向精练 考向1金属的冶炼方法1.(2019 年泰安模拟)明代天工开物记载“火法”冶炼锌：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺 薪，发火煅红 冷定，毁罐取出 即倭铅也”(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭)。下)。A.倭铅是指金属锌和铅的混合物B.煤炭中起作用的主要成分是 C.C.冶炼 Zn 的过程中有氧化还原反应发生D.该冶炼锌的方法属于热还原法解析：A 项，由题意可知，倭铅是指金属锌，不是混合物；B 项，反应中 C 作还原剂，则煤
12、炭中起作用的主要成分是 C；C 项，碳酸锌与碳在高温下反应生成锌和一氧化碳，有氧化还原反应发生；D 项，该反应是利用碳还原碳酸锌生成锌单质，属于热还原法。答案：A的浸出速率，原理如图所示。下列说法错误的是(2.(2019 年成都摸底测试)细菌冶铜过程中，当黄铜矿(主要成分 CuFeS2)中伴有黄铁矿(主要成分 FeS2)时可明显提高 Cu2)。.A.黄铁矿附近pH增大B.黄铜矿发生的反应：CuFeS24e=Cu2Fe22SC.细菌冶铜过程中，1 mol CuFeS2溶解转移电子4 molD.Cu2浸出速率提高的原因是构成了原电池2 Fe2 2S、2S H2SO4 1 mol解析：黄铁矿附近 O
13、2 转化为 H2O，发生的电极反应为 O24e4H=2H2O，c(H)减小，pH 增大，A 正确；由题图可知黄铜矿转化为 Cu2、Fe2和 S，发生的电极反应为 CuFeS24e=Cu2Fe22S，B 正确；细菌冶铜过程中，发生反应 CuFeS2 4e=Cu细菌CuFeS2 溶解，共转移(462)mol16 mol 电子，C 错误；Cu2浸出速率提高的原因是黄铜矿与黄铁矿构成了原电池，D正确。答案：C不正确的是(考向2铝热反应3.(2018 年滨州检测)利用下图做铝热反应实验，下列说法)。.A.该反应的化学方程式是 2AlFe2O32FeAl2O3B.该反应会产生高温，发出强光C.根据铝热反应
14、的原理，可以冶炼某些金属D.若反应中转移 3 mol 电子，消耗氧化剂的物质的量是1 mol解析：D 项，铁元素的化合价从3 价降低到 0 价，因此1 mol Fe2O3 在反应中得到 6 mol 电子，若反应中转移 3 mol 电子，则消耗氧化剂的物质的量是 0.5 mol，D 错误。答案：D4.(2019 年保定模拟)金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有非常重要的应用。完成下列填空：(1)镓(Ga)与铝同主族。写出镓的氯化物与氨水反应的化学方程式：_。(2)用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。如：2Al4BaO3BaBaOAl2O3常温下 Al 的金属性比 Ba
15、的金属性_(填“强”或“弱”)。利用上述方法可制取 Ba 的主要原因是_(填字母编号)。a.高温时 Al 的活泼性大于 Bab.高温有利于 BaO 分解c.高温时 BaOAl2O3 比 Al2O3 稳定d.Ba 的沸点比 Al 的低解析：(1)由AlCl3 与NH3H2O的反应可推出化学方程式。(2)依据元素周期律可知 Al 的金属性弱于 Mg，Mg 的金属性弱于Ba。应从化学平衡移动的观点分析此反应发生的原因。答案：(1)GaCl33NH3H2O=Ga(OH)33NH4Cl(2)弱d1.(高考组合题)下列说法错误的是()。A.(2014 年广东卷)制饭勺、饭盒、高压锅等的不锈钢不是合金B.(
16、2018 年天津卷)商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊 鼎，该鼎属于铜合金制品C.(2019 年天津卷)铝中添加适量锂，制得低密度、高强度的铝合金，可用于航空工业D.(2019 年新课标卷)铝合金大量用于高铁建设.解析：不锈钢是铁与铬、镍等形成的合金，A 错误；商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎属于青铜器，青铜是铜锡合金，B 正确；铝中添加适量锂，制得低密度、高强度的铝合金，可用于航空工业，C 正确；铝合金具有密度小、硬度大等优点，可大量用于高铁建设，D 正确。答案：A2.(2018 年海南卷)铜是人类发现最早并广泛使用的一种金属。回答下列问题：(1)实验室使用稀硫酸和 H2O2 溶解铜
17、片，该反应的化学方程式为_。(2)电子工业使用 FeCl3 溶液刻蚀印刷电路板铜箔，写出该过程的离子方程式_，配制的 FeCl3 溶液应保持_(填“酸性”“碱性”或“中性”)，原因是 _。(3)溶液中 Cu2的浓度可采用碘量法测得：2Cu25I=2CuII3I3 2S2O23=S4O26 3I反应中的氧化剂为_。解析：(1)H2O2在酸性条件下具有强氧化性，能跟铜反应，反应的化学方程式为CuH2O2H2SO4=CuSO42H2O。(2)FeCl3溶液刻蚀印刷电路板铜箔，是铁离子把铜氧化成铜离子，反应的离子方程式为Cu2Fe3=Cu22Fe2。由于Fe3易水解，因此FeCl3溶液应保持酸性，目的
18、是防止Fe3水解生成Fe(OH)3。(3)反应中的铜的化合价由21价，化合价降低，因此，氧化剂为Cu2。答案：(1)CuH2O2H2SO4=CuSO42H2O酸性防止 Fe3水解生成(2)Cu2Fe3=Cu22Fe2Fe(OH)3(3)Cu2相关金属离子c0(Mn)0.1molL1形成氢氧化物沉淀的3.(2018 年新课标卷)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有 SiO2 和少量 FeS、CdS、PbS 杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：pH 范围如下：(3)溶液中的 Cd2可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离回答下列问题：(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式
19、为_。(2)滤渣 1 的主要成分除 SiO2 外还有_；氧化除杂工序中 ZnO 的作用是_，若不通入氧气，其后果是_。子方程式为_。金属离子Fe3Fe2Zn2Cd2开始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为_；沉积锌后的电解液可返回_工序继续使用。解析：(1)由于闪锌矿的主要成分是 ZnS，因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为 2ZnS3O22ZnO2SO2。(2)由于硫酸铅不溶于水，因此滤渣 1 的主要成分除 SiO2 外还有PbSO4；要除去铁离子，需要调节溶液的 pH，又因为不能引入新杂质，所以需要利用
20、氧化锌调节 pH，即氧化除杂工序中 ZnO的作用是调节溶液的 pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的pH 较大，所以若不通入氧气，其后果是无法除去杂质 Fe2。(3)溶液中的Cd2可用锌粉除去，反应的离子方程式为 ZnCd2=Zn2Cd。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极发生得到电子的还原反应，因此阴极是锌离子放电，则阴极的电极反应式为 Zn22e=Zn；阳极是氢氧根放电，破坏水的电离平衡，产生氢离子，所以电解后还有硫酸产生，因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。答案：(1)2ZnS3O22ZnO2SO2(2)PbSO4消耗 H，调节溶液的 pH无法除去杂质 Fe2(3)ZnCd2=Zn2Cd(4)Zn22e=Zn 溶浸