1、学案15 用途广泛的金属材料 考纲要求1.了解金属的通性及冶炼方法。2.了解合金的概念及重要应用。知识点一金属的性质1金属的物理性质金属具有共同的物理性质(金属光泽、导电性、传热性、延展性等)。大多数金属单质呈_色，但_等少数金属有特殊颜色。除_外，常温下金属都是固体。不同的金属，密度相差较大，其中密度最小的金属是_(0.534 gcm3)，常见金属中密度最大的是_(Pt，俗称白金，21.45 gcm3)。金属中硬度最大是_(Cr)。金属的熔、沸点相差也很大，_的熔点都低于水的沸点(100)，而熔点最高的_达到3 410 。金属可分成重金属和轻金属(以单质密度_gcm3为界)、有色金属和黑色金
2、属(冶金工业中常用，铁、铬、锰是黑色金属)、常见金属和稀有金属(根据含量)等。2金属的化学性质金属原子的最外层电子数一般_个，在化学反应中易失电子，因而常做_，表现出较强的还原性，其主要表现为：(1)易与O2、Cl2、Br2等非金属反应；(2)大多数能与H2O反应；(3)大多数能与酸反应；(4)一般能与盐溶液发生反应。问题思考1怎样判断金属活动顺序？金属性与电子得失的多少有关吗？ 2金属的冶炼与其单质的使用早晚与什么有关？ 知识点二合金1合金的定义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_特性的物质。2合金的性能合金具有许多优良的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于它的各
3、成分金属。(1)多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点_。(2)合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度_。问题思考3合金是混合物，还是化合物？能否用实验来验证？ 3常见的合金(1)我国最早使用的合金是_，铜合金的种类很多，除青铜外，常见的还有_(含Zn及少量Sn、Pb、Al等)和_(含Ni、Zn、Mn)。(2)铁的合金有生铁和钢，其中_是用量最大、用途最广泛的合金。根据化学成分，可以把钢分为两大类：_和_。其中碳素钢又可分为低碳钢(含碳量低于0.3%)、中碳钢(含碳量为0.3%0.6%)和高碳钢(含碳量高于0.6%)，合金钢可用于制不锈钢及各种特种钢。(3)镁铝合金的强度大、硬度大，密度小，常用于
4、飞机、火箭、轮船等制造业。4正确选用金属材料在进行金属材料的选择时，常常要考虑以下几个方面：(1)主要用途、外观(即实用美观)。(2)价格、加工难度、日常维修、环境保护、物尽其用等。(3)物理性质，如密度、硬度、强度、导热性等；化学性质，如对水的作用，耐腐蚀性等。一、金属的活动顺序表的应用常见金属的活动顺序为：金属在_中失去电子生成阳离子的能力依次_，对应阳离子得电子能力依次增强。该规律有多种应用，归纳如下：1判断金属与酸能否发生置换反应排在_前边的金属可与非氧化性酸发生置换氢的反应。2判断金属与盐溶液能否发生置换反应排在前边的较活泼的金属能把排在后边的金属从其_溶液中置换出来，生成_和_。3
5、判断金属与水能否发生置换反应(1)极活泼金属(K、Ca、Na)可与_水发生置换氢的反应；(2)活泼金属(Mg、Al)可与_水发生置换氢的反应；(3)较活泼金属(Zn、Fe)与水蒸气在高温下反应，可置换水中的氢生成氢气，但生成的氢氧化物受热分解，最后得到金属氧化物；(4)排在氢后边的金属与水不反应。4判断原电池正、负极及电极反应由两种金属构成的原电池电极，位于金属活动顺序表前面的金属为_极。(1)负极反应：电极金属_电子被_，形成金属阳离子进入溶液。(2)正极反应：溶液中微粒(酸性条件下为H，中性条件下为H2O和O2)在_极上得到电子被还原。5判断金属在自然界的存在状态6判断金属氢氧化物的热稳定
6、性强弱金属活动顺序表中越位于前面的金属，其氢氧化物越_，越_分解，越后面的金属氢氧化物越易分解，极不活泼的金属Pt、Au甚至无氢氧化物。7判断金属的冶炼方法金属冶炼是金属离子得到电子，被还原成金属原子的过程。金属活动顺序表中的不同金属，因金属离子结合电子能力不等，所以冶炼方法不同。二、金属的冶炼1冶炼原理金属的冶炼是利用_反应原理，在一定条件下，用_法把金属离子_成金属单质。2金属冶炼的步骤大多数金属矿石里含有杂质，其冶炼过程一般可分为三个步骤：第一步是_，除去杂质，提高矿石中有用成分的含量；第二步是_，利用_反应原理，在一定条件下，用还原剂把金属矿石中的金属离子还成金属单质；第三步是_，采用
7、一定的方法，提炼纯金属。3金属的冶炼方法4.金属的回收和资源保护一方面矿产资源日渐减少，另一方面废旧金属作为一种固体废弃物，会污染环境，应把废旧金属回收利用，其中大部分可以重新制成金属或其化合物再用。典例导悟1冶炼金属一般有下列方法：焦炭法 水煤气(或氢气，或一氧化碳)法活泼金属置换法 电解法。四种方法在工业上均有应用。(1)请对下表中的金属冶炼方法进行分析，从上述四种方法中选择相应的序号填入下表中空格。火烧孔雀石炼铜湿法炼铜铝热法炼铬从光卤石中炼镁火烧孔雀石炼铜所发生反应的化学方程式(写主要的两个)：_、_。(2)请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个(用化学方程式表示)：_；_；_；_。
8、三、铝热反应1本质利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来：_。2实验(以Al和Fe2O3的反应为例)(1)实验步骤把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起使四周都有四层。把内层滤纸取出，在其底部剪一个孔，用水润湿，再套回架在铁圈上的玻璃漏斗上(如图所示)，下面放置一盛沙子的蒸发皿。把5 g干燥的氧化铁粉末和2 g铝粉混合均匀，放在纸漏斗上，上面加少量氯酸钾固体并在混合物中间插一根镁条。用燃着的小木条点燃镁条，观察发生的现象。(2)实验现象：当外露部分镁条刚刚燃毕时，纸漏斗内的混合物_，发出_，产生大量的烟。纸漏斗被烧破，有_落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为_。(3)实验结论：在高温
9、下，铝与氧化铁反应，放出_，化学方程式：_。3反应特点在高温下进行，反应迅速，放出大量的热。新生成的金属单质呈液态且易与_分离。4应用(1)在生产上，可用于_等。(2)在冶金工业上用于_。5铝热剂(1)在铝热反应中，反应混合物(铝、金属氧化物)称为_。(2)能与Al组成铝热剂的金属氧化物常见的有_、_、_、_、_等。典例导悟2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 molL1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(标况)气体，同时生成溶液D，还残留
10、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_，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_。(4)若溶液D的体积仍视为0.15 L，则该溶液中c(Mg2)为_，c(Fe2)为_。1判断正误(1)电解熔融氯化镁制取金属镁()(2010上海8A)(2)电解饱和氯化镁溶液，可制得金属镁()(2009上海5D)(3)目前我国流通的硬币是由合金材料制造的()(2009广东理基23A)(4)生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加()(2009广东理基23B)2(2008重庆理综，27)某学习小组用如图所示
11、装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量。 (1)A中试剂为_。(2)实验前，先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是_ _。(3)检查气密性，将药品和水装入各仪器中，连接好装置后，需进行的操作还有：记录C的液面位置；将B中剩余固体过滤，洗涤，干燥，称重；待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录C的液面位置；由A向B滴加足量试剂；检查气密性。上述操作的顺序是_(填序号)；记录C的液面位置时，除视线平视外，还应_。(4)B中发生反应的化学方程式为_。(5)若实验用铝镁合金的质量为a g，测得氢气体积为b mL(已换算为标准状况)，B中剩余固体的质量为c g，则铝的相对原子质量为_。(6)实
12、验过程中，若未洗涤过滤所得的不溶物，则测得铝的质量分数将_(填“偏大”、“偏小”或“不受影响”)。题组一金属与合金1(2011哈尔滨调研)下列说法正确的是()A所有不锈钢都只含有金属元素B我国流通的硬币材质是金属单质C广东打捞的明代沉船上存在大量铝制餐具D镁合金的硬度和强度均高于纯镁2合金比纯金属制成的金属材料的优点是（双选）()A.一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低B.改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有相同性能的合金C.合金比纯金属的导电性更强D.合金比纯金属的应用范围更广泛3金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的运用。下列关于金属的一些说法不正确的是()A合金的性质与其成分金
13、属的性质完全相同B工业上金属Mg、Al都是用电解熔融的氯化物制得的C金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子D越活泼的金属越难冶炼4(2011沈阳统考)“隐形衣”被评为2008年十大科学发现，隐形衣的核心材料是“元材料”，“元材料”一般是将聚合材料和微小的锡卷或金属丝混合制成，从而使电磁辐射的路径弯曲。下列说法不正确的是()A聚合材料属于高分子材料B合金也是重要的材料，其组成中只有金属(两种或几种金属)C金属能够拉成金属丝说明金属具有延展性D利用金属氧化物冶炼金属必须利用氧化还原反应5(2010.扬州高三期末)近年来，科技人员又研究得到一种新型材料泡沫铝。它是由发泡剂加到熔融或固体粉末的
14、铝合金(合金是指金属跟其他金属或非金属所组成的具有金属特性的物质)中而制成的，其优点是硬度高，密度小(约为0.160.5 gcm3)，比木材还轻，可浮于水面，又有很大刚性，且隔音、保温，是一种良好的建筑材料和轻质材料，近几年就可大批量投放市场。下列关于泡沫铝的说法错误的是()A泡沫铝是纯净物B泡沫铝是一种合金C泡沫铝是一种优质的建筑材料和轻质材料D泡沫铝可用于飞机制造题组二金属的冶炼6下列金属冶炼的反应原理，错误的是()A2NaCl(熔融)2NaCl2BMgOH2MgH2OCFe3O44CO3Fe4CO2D2HgO2HgO27(2011盐城联考)下列说法中不正确的是()A有些活泼金属如铝可作高
15、温还原法的还原剂B用电解熔融NaCl的方法来冶炼金属钠C可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝D回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物8下列制备金属单质的方法或原理正确的是()A在高温条件下，用H2还原MgO制备单质MgB在通电条件下，电解熔融Al2O3制备单质AlC在通电条件下，电解饱和食盐水制备单质NaD加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu9.在一定条件下可实现如下图所示物质之间的变化：请填写下列空白：(1)孔雀石的主要成分是CuCO3Cu(OH)2(碱式碳酸铜)，受热易分解。图中的F是_。(2)写出明矾与过量NaOH溶液反应的离子方程式_。(3)图中所得G和D都为固体，混合
16、后，在高温下可发生反应，写出该反应的化学方程式_。(4)每生成1 mol D同时生成_ mol E。题组三实验探究10某兴趣活动小组对金属及其化合物作如下研究：(1)下表为“铝与氯化铜溶液反应”实验报告的一部分：实验步骤实验现象将打磨过的铝片(过量)放入一定浓度的CuCl2溶液中产生气泡，析出疏松的红色固体，溶液逐渐变为无色反应结束后分离出溶液备用红色固体用蒸馏水洗涤后，置于潮湿空气中一段时间后固体由红色变为绿色视其主要成分为Cu2(OH)2CO3按反应类型写出实验中发生反应的化学方程式各一个(是离子反应的只写离子方程式)置换反应：_；化合反应：_。(2)用石墨作电极，电解上述实验分离出的溶液
17、，两极产生气泡。持续电解，在阴极附近的溶液中还可以观察到的现象是_。解释此现象的离子方程式是_。(3)工业上可用铝与软锰矿(主要成分为MnO2)反应来冶炼金属锰。 用铝与软锰矿冶炼锰的原理是(用化学方程式表示)_。MnO2在H2O2分解反应中作催化剂。若将适量MnO2加入到酸化后的H2O2溶液中，MnO2溶解产生Mn2，该反应的离子方程式是_。答案【课前准备区】知识点一1银白金、铜汞锂铂铬钠、钾、铷、铯钨452小于4还原剂知识点二1金属2(1)低(2)大3(1)青铜黄铜白铜(2)钢碳素钢合金钢问题思考1(1)金属与水或酸的反应越剧烈，该金属越活泼；(2)金属对应的最高价氢氧化物的碱性越强，该金
18、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种金属强；(4)两金属能构成原电池时，一般作负极的金属比作正极的金属更活泼；(5)在电解过程中，一般来说，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弱。与得失电子多少无关。2与金属活泼性有关，金属越活泼被发现的越晚，越难冶炼。3合金属于混合物，金属与金属或金属与非金属形成合金时，一般认为没有发生化学反应，各成分的化学性质没有发生改变。如钢的电化学腐蚀中，镁作负极被氧化，而其中的碳作正极。【课堂活动区】一、化学反应减弱1H2盐新盐新金属3(1)冷(2)热4负(1)失氧化(
19、2)正5化合态游离态化合态6稳定不易二、1.氧化还原还原还原2矿石的富集冶炼氧化还原精炼三、1.2mAl3MnOmmAl2O33nM2(2)立即剧烈反应耀眼的光芒红热状态的液珠落黑色固体(3)大量的热Fe2O32Al2FeAl2O33Al2O34(1)焊接钢轨(2)冶炼难熔金属5(1)铝热剂(2)Fe2O3Fe3O4Cr2O3MnO2V2O5典例导悟1(1)Cu2(OH)2CO32CuOCO2H2OC2CuO2CuCO2(2)Fe2O33CO2Fe3CO23H2WO3W3H2O3MnO24Al3Mn2Al2O32NaCl(熔融)2NaCl2解析选择金属的冶炼方法，要依据金属的活动性及金属在自然
20、界中的存在状态。孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，火烧时易分解，木柴或煤中有碳，能还原出Cu。2(1)加少量KClO3，插上镁条并将其点燃Fe(2)Fe2O36HCl=2FeCl33H2O；MgO2HCl=MgCl2H2O(3)Fe2H=Fe2H2；Fe2Fe3=3Fe2(4)0.67 molL12.3 molL1解析此题将实验操作与元素化合物知识巧妙结合在一起考查，增大了试题的容量，增强了试题的测试能力。(1)铝热反应是指单质Al和某些金属氧化物发生的反应，反应过程中放出大量热，但该反应需要较高的温度才能引发。在混合物上加少量KClO3并插上Mg条，点燃Mg条后放出热量，使KClO3
21、分解放出O2，进一步加剧Mg的燃烧，可在短时间内使混合物温度迅速升高，引发反应。发生的反应为Fe2O32AlAl2O32Fe，所以产物中单质B为Fe。(2)Fe2O3和MgO都是碱性氧化物，能和酸反应生成盐和水。Fe2O36HCl=2FeCl33H2O；MgO2HCl=MgCl2H2O。(3)混合物中只有Fe2O3能和Al发生铝热反应，生成Fe单质。C溶液中有反应的FeCl3，还有未反应的HCl。发生的离子反应为：Fe2H=Fe2H2；Fe2Fe3=3Fe2。(4)假设步骤用去的20 g固体中，MgO的物质的量为x，Fe2O3的物质的量为y，则40x160y20。发生的反应有：MgO2HCl=
22、MgCl2H2O；Fe2O36HCl=2FeCl33H2O。因为步骤中Fe有剩余，说明经此步骤HCl全部消耗了。步骤剩余HCl的物质的量可根据步骤中产生的气体确定为0.1 mol，所以又有：2x6y0.10.9，解得：x0.1 mol，y0.1 mol。根据MgOMgCl2的关系，溶液中MgCl2的浓度为：01 mol0.15 L0.67 molL1。步骤说明溶液中没有Fe3，也就是溶质为FeCl2和MgCl2。根据Cl不变的关系，可知MgCl2和FeCl2的总的物质的量等于0.45 mol，所以，FeCl2的浓度为：2.3 molL1。【课后练习区】高考集训1(1)(2)(3)(4)2(1)
23、NaOH溶液(2)除去铝镁合金表面的氧化膜(3)使D和C的液面相平(4)2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2(5)(6)偏小解析(1)观察实验装置图可知是用量气法完成实验目的，故A中应盛NaOH溶液，在B中发生2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2的反应。(2)目的是除去铝镁合金表面的氧化膜。(3)正确顺序应为；为使C中气体的压强与外界大气压相等，还应使D与C的液面相平。(5)据2Al3H2 2 mol 3 mol 得M(Al)(6)据w(Al)100%的计算公式可知未洗涤不溶物会造成铝的质量分数偏小。考点集训1DA项不锈钢都含有C等非金属元素；流通硬币材质是合金，明代还没有
24、铝制品，B、C错；D项一般来说合金熔点比成分金属低，硬度、强度比成分金属大。2AD根据教材知识，B不正确；合金的电阻率比纯金属要大，故C是错误的；合金由于性能好而应用更广泛，D是正确的。3AB4B合金是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的材料，其中可能含有非金属，如钢铁中含有碳、硅等非金属。5A由题意可知，泡沫铝是一种合金，属于混合物，故A错误。6B钠、镁等活泼金属不能用普通还原剂还原出来，只能用电解熔融物的方法制取，故A正确，B错误；而铁为中等活泼的金属可以用常用还原剂还原，故C正确；不活泼的金属可以用加热分解化合物的方法来制备，故D正确。7C8B制备单质Mg应该用电解熔融MgC
25、l2的方法；制备单质Na采用电解熔融NaCl的方法；制备单质Cu用热还原法。9(1)CO2(2)Al34OH=AlO2H2O(3)2Al3CuO3CuAl2O3(4)0.75解析明矾是KAl(SO4)212H2O，它与足量的NaOH反应时，实质是Al3与足量OH的反应，生成物A是NaAlO2、Na2SO4、K2SO4的混合液。孔雀石是Cu2(OH)2CO3，受热分解Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO2，而F与NaAlO2作用可产生Al(OH)3沉淀。F必为CO2；沉淀为Al(OH)3，受热分解得B为Al2O3，Al2O3电解：2Al2O34Al3O2，则D为Al，E为O2。铝与氧化铜的反
26、应为铝热反应。10(1)2Al6H=2Al33H2或2Al3Cu2=2Al33Cu2CuO2H2OCO2=Cu2(OH)2CO3(2)先有白色沉淀生成，后沉淀逐渐溶解至消失Al33OH=Al(OH)3，Al(OH)3OH=AlO2H2O(3)3MnO24Al高温,3Mn2Al2O3MnO2H2O22H=Mn2O22H2O解析(1)由CuCl2溶液中Cu2的水解使溶液呈酸性，所以会有2Al6H=2Al33H2，也有2Al3Cu2=2Al33Cu；单质铜在潮湿空气中由红色变为绿色，化学方程式可写出：2CuO2H2OCO2=Cu2(OH)2CO3。(2)用石墨作电极，电解AlCl3溶液，电解的方程式为：2AlCl36H2O2Al(OH)33H23Cl2持续电解，电解水，阴极：2H2O2e=H22OH从而使阴极区OH浓度增大，所以会看到有白色沉淀生成，后沉淀逐渐溶解至消失。(3)类似于铝热反应。根据题意可写出离子方程式：MnO2H2O22H=Mn2O22H2O。
