2023届新高考化学选考一轮总复习学案-第9讲　金属材料与金属矿物的开发利用.docx

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1、第9讲金属材料与金属矿物的开发利用内容要求1.结合实例认识金属材料组成、性能与应用的联系。2.了解镁、铝、铜及其重要化合物的主要性质。3.以金属矿物的开发利用为例,了解依据物质性质及其变化综合利用资源的方法。知识点1合金及金属材料一、合金二、常见金属材料1.铁合金2.铜合金3.铝及铝合金铝及铝合金铝性能:良好的延展性和导电性用途:制导线铝合金性能:密度小、强度高、塑性好用途:主要用于建筑业、容器和包装业、 交通运输业、电子行业等4.新型合金1.铁是我国在生产、生活中最早使用的金属材料。()2.合金是不同金属熔合而成的具有金属特性的化合物。()3.生铁的熔点比纯铁低,但机械强度和硬度比纯铁高。(

2、)4.不锈钢中的含碳量大于生铁。()5.镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,可作储氢材料。()答案:1.2.3.4.5.1.新材料问世常常带动新科技、新技术的应用和发展。下列有关说法不正确的是(A)A.中国的航空铝材处于世界领先的行列,该铝材是纯度很高的铝,密度小、强度高B.稀土元素被称为“冶金工业的维生素”,加入钢中后可增加钢的韧性、抗氧化性C.“神舟”六号载人飞船表面覆盖某种特殊材料,这种材料强度高、耐高温D.2017年8月,我国宣布成功完成了某超级钢的研制,超级钢从组成看上是混合物解析:航空铝材是一种铝合金,铝合金的密度小、强度高,故A错误。2.比较某合金与铁的相关物理性质,有关数据如

3、表所示:熔点/密度/(g/cm3)硬度(金刚石为10)导电性(银为100)某合金2 5003.007.42.3铁1 5357.864.517已知该合金耐腐蚀。由以上物理性质可以看出,该合金不适合作(A)A.导线B.门窗框C.炉具D.飞机外壳解析:根据表中数据可知,该合金的熔点高、硬度大、导电性差,故不适合作导线。知识点2镁、铝、铜及其重要化合物一、镁的性质及制备1.物理性质(1)镁:银白色、有金属光泽的固体,密度较小,硬度较低。(2)镁合金:密度较小,硬度和强度都较大。2.化学性质写出下列反应的化学方程式(1)与N2反应:3Mg+N2Mg3N2。(2)与CO2反应:2Mg+CO22MgO+C。

4、(3)与H2O反应:Mg+2H2OMg(OH)2+H2。3.海水提镁的工艺流程二、铝及其化合物的性质及制备1.铝(1)物理性质色、态密度质地导电、导热、延展性存在形式银白色,有金属光泽的固体较小柔软良好自然界中以化合态存在(2)化学性质写出图中标号反应的化学方程式或离子方程式:2Al+3Cl22AlCl32Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H22Al+Fe2O32Fe+Al2O3(铝热反应)(3)铝土矿提取铝的工艺流程2.铝的氧化物(Al2O3)两性氧化物3.铝的氢氧化物Al(OH)3两性氢氧化物主要性质:白色胶状固体,难溶于水,有较强的吸附性。写出上图标号中有关反应的离子方程式:Al(

5、OH)3+3H+Al3+3H2O。Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O。三、铜及其化合物性质1.铜的主要性质写出有关反应的化学方程式或离子方程式(1)铜与硫单质的反应:S+2CuCu2S。(2)铜与浓硫酸共热的化学方程式:Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2+2H2O。(3)铜与稀硝酸反应的离子方程式:3Cu+8H+2NO3-3Cu2+2NO+4H2O。(4)铜与浓硝酸反应的离子方程式:Cu+4H+2NO3-Cu2+2NO2+2H2O。(5)铜与FeCl3溶液反应的离子方程式:Cu+2Fe3+2Fe2+Cu2+。2.铜的重要化合物(1)氧化铜和氧化亚铜名称氧化铜氧化亚铜颜色黑色砖红

6、色与酸反应(H+)CuO+2H+Cu2+H2OCu2O+2H+Cu2+Cu+H2O与H2反应CuO+H2Cu+H2OCu2O+H22Cu+H2O转化关系4CuO2Cu2O+O2(2)氢氧化铜蓝色难溶物,是一种弱碱。(3)铜盐化学式俗名色态化学性质(用化学方程式表示)Cu2(OH)2CO3碱式碳酸铜绿色固体Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2CuSO45H2O蓝矾或胆矾蓝色晶体CuSO45H2OCuSO4+5H2OCuSO4白色粉末CuSO4+5H2OCuSO45H2O(检验水或水蒸气)1.工业制镁粉时,可将镁蒸气在N2中冷却。()2.相同质量的镁条分别在足量的CO2和O2中完全燃烧,

7、所得固体的质量相同。()3.1 mol Al与足量的稀硫酸或足量的氢氧化钠溶液反应转移电子数相同。()4.可用氢氧化钠溶液除去镁粉中的杂质铝。()5.Al(OH)3为两性氢氧化物,与强酸、强碱反应时均生成盐和水。()6.Cu与Cu2O均为红色,可用稀硝酸鉴别。()7.铜、铁、镁、铝在潮湿空气中均易形成氧化物保护膜。()8.无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水。()答案:1.2.3.4.5.6.7.8.题点一镁的性质及制备1.下列有关金属镁的说法不正确的是(D)A.Mg在CO2中燃烧生成MgO和C,是放热反应B.Mg和稀硫酸反应时,滴加少量硫酸铜溶液,能加快反应速率C.镁可以用来制造信号弹和焰火

8、,MgO可以作耐高温材料D.镁条与适量的稀盐酸完全反应,将所得溶液蒸干、灼烧,得到MgCl2固体解析:金属Mg可以在CO2中燃烧生成MgO和C,同时放出大量的热,A项正确;Mg和稀硫酸反应时,滴加少量硫酸铜溶液,Mg置换出Cu,形成原电池,化学反应速率加快,B项正确;Mg在空气中燃烧发出耀眼的白光,常用来制造信号弹和焰火,MgO的熔点很高,常用作耐高温材料,C项正确;氯化镁是强酸弱碱盐,易水解生成氢氧化镁和氯化氢,将所得溶液蒸干、灼烧,因盐酸具有挥发性,可促进氯化镁水解,所以最后得到的固体不是氯化镁,而是氢氧化镁受热分解生成的氧化镁,D项错误。2.已知MgO、MgCl2的熔点分别为2 800

9、、714 ,将MgO、MgCl2加热熔融后通电电解,都可得到金属镁。海水中含有MgCl2,工业上从海水中提取镁,正确的方法是(D)A.海水Mg(OH)2MgB.海水MgCl2溶液MgCl2(熔融)MgC.海水Mg(OH)2MgOMgD.海水Mg(OH)2MgCl2溶液MgCl2(熔融)Mg解析:A.海水中镁离子浓度较低,所以要先富集镁,NaOH价格较高,不符合经济理念,不符合题意;B.海水中镁离子和稀盐酸不反应,海水中加入稀盐酸得不到浓度较高的MgCl2溶液,不符合题意;C.MgO熔点远远高于MgCl2,如果采用电解熔融MgO的方法冶炼Mg,会浪费大量能源,不符合题意;D.石灰乳价格较低,氯化

10、镁熔点较低,先用石灰乳从海水中获取Mg(OH)2,再用稀盐酸溶解Mg(OH)2得到MgCl2溶液,蒸发浓缩溶液得到MgCl26H2O,将MgCl26H2O在HCl氛围中加热得到无水MgCl2,电解熔融MgCl2得到金属Mg,符合题意。题点二铝及其化合物的性质及制备3.下列说法正确的是(A)A.Al2O3、盐酸、NaOH溶液三者之间两两均能发生反应B.AlCl3溶液中逐滴加入氨水至过量,先产生白色沉淀,后沉淀消失C.常温下,铝与浓硫酸不反应,故可用铝制容器盛放浓硫酸D.铝和NaOH溶液反应的离子方程式为Al+2OH-AlO2-+2H2解析:A项,Al2O3和盐酸,Al2O3和NaOH溶液,盐酸和

11、NaOH溶液,三组均能发生反应,正确;B项,氢氧化铝只溶于强碱,不溶于氨水,错误;C项,常温下,Al与浓硫酸发生钝化,为氧化还原反应,错误;D项,正确的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2,错误。4.某小组用打磨过的铝片进行如下实验,下列分析不合理的是(D)A.中铝片发生了钝化B.中产生的气泡是氮氧化合物,不是氢气C.中沉淀溶解的离子方程式是Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2OD.中加水稀释过程中,仅发生了氧化还原反应解析:中铝片没明显溶解,因为浓硝酸具有强氧化性,常温下铝在浓硝酸中发生钝化,A正确;中加水,硝酸浓度下降,铝和变稀的硝酸发生氧化还原反应,产生的气泡是

12、氮氧化合物,不是氢气,B正确;中沉淀为Al(OH)3,是两性氢氧化物,其在NaOH溶液中溶解的离子方程式是Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O,C正确;中加水稀释过程中,铝表面形成的氧化物薄膜溶于稀硝酸为复分解反应,过程中不只发生了氧化还原反应,D错误。5.室温下,在0.2 mol/L Al2(SO4)3溶液中,逐滴加入1.0 mol/L NaOH溶液,实验测得溶液pH随NaOH溶液体积变化曲线如图所示。下列有关说法正确的是(C)A.a点时,溶液呈酸性的原因是Al3+水解,离子方程式为Al3+3OH-Al(OH)3B.ab段,溶液pH增大,Al3+浓度不变C.bc段,加入的OH-主要用于

13、生成Al(OH)3沉淀D.d点时,Al(OH)3沉淀开始溶解解析:A项,Al2(SO4)3为强酸弱碱盐,Al3+水解使溶液显酸性,离子方程式应为Al3+3H2OAl(OH)3+3H+,错误;B项,ab段,加入NaOH消耗H+,使反应Al3+3H2OAl(OH)3+3H+正向进行,Al3+的浓度减小,错误;C项,bc段,pH变化不明显,说明OH-主要用于生成Al(OH)3沉淀,正确;D项,cd段,pH逐渐增大,沉淀逐渐溶解,到达d点,Al(OH)3已完全溶解,错误。 铝及其化合物性质中的“5点”注意(1)铝的化学性质活泼,但在日常生活中广泛使用的铝制品由于形成一层致密的氧化膜,保护铝不再被氧化,

14、通常具有较好的抗腐蚀性能。(2)常温下,能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是两者都能使铝发生“钝化”,而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。(3)铝热反应原理的应用:制取熔点较高、活泼性弱于铝的金属,如铬、锰、钨等;金属焊接,如野外焊接钢轨等。(4)既能与盐酸反应,又能与NaOH溶液反应的物质有Al、Al2O3、Al(OH)3,多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3、NaHSO3、NaH2PO4等),弱酸的铵盐(如CH3COONH4等)。(5)明矾净水原理为明矾电离出的Al3+水解生成Al(OH)3胶体,吸附水中悬浮物而使水净化,其离子方程式为Al3+3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+。题点三铜及其

15、化合物的性质6.下列有关CuSO4溶液的叙述正确的是(A)A.该溶液中Na+、NH4+、NO3-、Mg2+可以大量共存B.通入CO2气体产生蓝色沉淀C.与H2S反应的离子方程式:Cu2+S2-CuSD.与过量浓氨水反应的离子方程式:Cu2+2NH3H2OCu(OH)2+2NH4+解析:CuSO4溶液显酸性,Na+、NH4+、NO3-、Mg2+可以大量共存,A项正确;CO2与CuSO4溶液不发生反应,B项错误;H2S属于弱电解质,书写离子反应方程式时,要写化学式,C项错误;CuSO4溶液与过量浓氨水反应生成四氨基合铜离子Cu(NH3)42+,D项错误。7.某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性

16、质,操作正确且能达到实验目的的是(A)A.将表面有铜绿Cu2(OH)2CO3的铜器放入盐酸中浸泡,除去铜绿B.将铜丝插入浓硫酸中并加热,观察到实验现象后,终止反应,再加入水,观察硫酸铜溶液的颜色C.将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水CuCl2固体D.常温下,将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,观察CuCl2的生成解析:A.Cu2(OH)2CO3能与盐酸反应,Cu不能,所以可以用盐酸除去铜绿,正确;B.铜丝与浓硫酸反应后有浓硫酸剩余,浓硫酸稀释放热,将水加入浓硫酸中会发生危险,错误;C.氯化铜溶液中存在铜离子的水解,加热促进水解,也促进HCl的挥发,最终会彻底水解,无法得到CuCl2固体,错

17、误;D.常温下,铜丝与氯气不反应,错误。 铜及其化合物性质中的“4点”注意(1)可利用反应:2Cu+O22CuO除去混合气体中的少量O2。(2)Cu和Cu2O均为红色物质,要鉴别Cu与Cu2O,可各取一定量样品,分别加入稀硫酸,若溶液由无色变为蓝色,则该红色物质为Cu2O,若溶液不变蓝色,则为Cu。(3)常用CuSO4转化为CuSO45H2O时固体由白色粉末变蓝色晶体检验少量水的存在,但注意不能用CuSO4作干燥剂。(4)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,因此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液,用来杀灭植物的病毒。知识点

18、3金属矿物的开发和利用1.金属在自然界中的存在形式2.金属冶炼的实质金属冶炼的过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程,即:Mn+ne-M。3.金属冶炼方法(用化学方程式表示)4.金属活动性与冶炼方法的关系1.金属冶炼方法由金属活动性决定。()2.金属冶炼的过程,金属离子一定发生还原反应。()3.用热分解法可制取金属Hg。()4.电解氯化镁溶液制取金属镁。()5.冶炼Al时加入冰晶石(Na3AlF6)可降低AlCl3的熔化温度。()6.用热还原法得到的铜还要经过电解精炼才能得到精铜。()答案:1.2.3.4.5.6.1.下列关于金属冶炼的说法正确的是(B)A.金属的冶炼都是把金属单质从其矿物中

19、分离出来B.用火法或湿法均可制备金属铜C.工业上可用电解熔融态的MgCl2、AlCl3来制备Mg、AlD.利用铝热反应8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe炼铁,1 mol 氧化剂参加反应转移9NA个电子解析:A.金属的冶炼是将化合物中的金属转化为金属单质,不是把金属从其矿物中分离出来,错误;B.火法或湿法均可炼铜,其原理分别为Cu2S+O22Cu+SO2和Fe+CuSO4Cu+FeSO4,正确;C.工业上可用电解熔融态的Al2O3来制备Al,错误;D.利用铝热反应8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe炼铁,1 mol氧化剂(Fe3O4)参加反应转移8NA个电子,错误。2.下列金属冶炼的原

20、理不正确的是(B)A.利用铝热反应制备金属锰:4Al+3MnO23Mn+2Al2O3B.电解氯化钠的水溶液制备金属钠:2NaCl(熔融)2Na+Cl2C.利用焦炭还原氧化铜制备粗铜:C+2CuO2Cu+CO2D.高温分解氧化银制备银单质:2Ag2O4Ag+O2解析:A.可以用铝热反应冶炼熔点高、活泼性弱于铝的金属,利用铝热反应原理冶炼Mn的反应方程式为4Al+3MnO23Mn+2Al2O3,正确;B.制备金属钠采用电解熔融的NaCl的方法,反应方程式为2NaCl(熔融)2Na+Cl2,若是电解氯化钠的水溶液,得到的是NaOH、H2、Cl2,而不能产生Na,错误;C.在高温下,C与CuO发生反应

21、生成Cu、CO2,正确;D.Ag2O不稳定,高温分解生成Ag和O2,反应方程式为2Ag2O4Ag+O2,正确。当堂检测1.(2021河北卷)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献,陶弘景在其本草经集注中提到“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢。下列说法错误的是(C)A.钢是以铁为主的含碳合金B.钢的含碳量越高,硬度和脆性越大C.生铁由于含碳量高,熔点比熟铁高D.冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3解析:钢是以铁为主的含碳合金,A说法正确;钢的含碳量越高,硬度和脆性越大,B说法正确;合金的熔点比其

22、组分的熔点低,生铁含碳量(2%4.3%)大于熟铁的含碳量(约0.1%),故生铁熔点比熟铁低,C说法错误;赤铁矿的主要成分是Fe2O3,D说法正确。2.(2020浙江1月选考)下列关于铝及其化合物的说法,不正确的是(A)A.明矾可用作净水剂和消毒剂B.利用铝热反应可冶炼高熔点金属C.铝可用作包装材料和建筑材料D.氢氧化铝可用作治疗胃酸过多的药物解析:A项,明矾为KAl(SO4)212H2O,溶于水可形成具有吸附性的Al(OH)3胶体,可以作净水剂,但不能作消毒剂,不正确。3.(2021湖南卷)一种工业制备无水氯化镁的工艺流程如下:下列说法错误的是(D)A.物质X常选用生石灰B.工业上常用电解熔融

23、MgCl2制备金属镁C.“氯化”过程中发生的反应为MgO+C+Cl2MgCl2+COD.“煅烧”后的产物中加稀盐酸,将所得溶液加热蒸发也可得到无水MgCl2解析:苦卤水中含有大量镁离子,加入生石灰,生石灰与水反应生成氢氧化钙,氢氧化钙再与镁离子反应生成氢氧化镁,生石灰来源丰富、价格便宜,常用来作沉镁的沉淀剂,A说法正确;镁为活泼金属,工业上常用电解熔融氯化镁的方法来制备金属镁,B说法正确;根据题给流程图可知,“煅烧”氢氧化镁得到氧化镁,“氯化”过程中,加入碳和氯气与氧化镁反应,生成无水氯化镁和一种气体,根据原子守恒和化合价升降守恒可得反应的化学方程式为MgO+C+Cl2MgCl2+CO,C说法

24、正确;向“煅烧”后所得氧化镁中加稀盐酸,得到氯化镁溶液,由于镁离子会发生水解反应Mg2+2H2OMg(OH)2+2H+,直接蒸发MgCl2溶液,生成的HCl挥发,最终得到的是氢氧化镁,而不是无水氯化镁,D说法错误。4.(2021杭州五校联考)为了探究金属单质M与盐溶液的反应,某同学进行了下列实验,实验过程及现象如图所示,结合实验现象判断该同学得出的下列结论中正确的是(C)A.向滤液中滴加稀盐酸的实验现象是产生白色沉淀B.滤渣可能是两种单质的混合物C.滤渣在足量的稀硝酸中能完全溶解D.加入的金属M可能是镁或钠解析:向混合溶液中加入金属粉末,反应后溶液为无色,说明铜离子完全反应,发生金属元素之间的

25、置换反应,加入的金属M的金属活动性大于铜;过滤后,滤渣中加入稀盐酸有无色气体生成,说明加入的金属粉末有剩余且金属活动性大于氢,根据金属活动性顺序,银比铜更不活泼,故滤液中无银离子,银完全沉淀。A.滤液中没有银离子,滴加稀盐酸不会产生白色沉淀,错误;B.滤渣是含有三种单质的混合物,包括银单质、铜单质和过量的金属单质M,错误;C.硝酸具有强氧化性,滤渣在足量的稀硝酸中能完全溶解,正确;D.钠能与水反应生成NaOH和氢气,在滤渣中不可能有钠剩余,即M不可能为Na,错误。5.(2021全国甲卷)胆矾(CuSO45H2O)易溶于水,难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO(杂质为氧化铁及泥沙)为原料

26、与稀硫酸反应制备胆矾,并测定其结晶水的含量。回答下列问题:(1)制备胆矾时,用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外,还必须使用的仪器有(填字母)。A.烧杯B.容量瓶C.蒸发皿D.移液管(2)将CuO加入适量的稀硫酸中,加热,其主要反应的化学方程式为 ,与直接用废铜和浓硫酸反应相比,该方法的优点是 。(3)待CuO完全反应后停止加热,边搅拌边加入适量H2O2,冷却后用NH3H2O调pH为3.54,再煮沸10 min,冷却后过滤。滤液经如下实验操作:加热蒸发、冷却结晶、乙醇洗涤、,得到胆矾。其中,控制溶液pH为3.54的目的是 ,煮沸10 min的作用是 。(4)结晶水测定:称量干燥坩埚的质

27、量为m1,加入胆矾后总质量为m2。将坩埚加热至胆矾全部变为白色,置于干燥器中冷至室温后称量,重复上述操作,最终总质量恒定为m3。根据实验数据,胆矾分子中结晶水的个数为 (写表达式)。(5)下列操作中,会导致结晶水数目测定值偏高的是(填标号)。胆矾未充分干燥坩埚未置于干燥器中冷却加热时有少量胆矾迸溅出来解析:(1)CuO与稀硫酸在烧杯中进行反应,为了得到胆矾,需要对溶液进行蒸发,在蒸发皿中蒸发溶液,故选AC。(2)CuO 与稀硫酸反应的化学方程式是CuO+H2SO4CuSO4+H2O;该方法的优点是不会产生污染空气的SO2,且H2SO4的用量是Cu与浓硫酸反应时的一半,即硫酸的利用率高。(3)C

28、uO与稀硫酸加热反应后,溶液中存在Fe3+和Cu2+,加NH3H2O调节溶液pH为3.54,目的是使Fe3+沉淀并抑制Cu2+水解,再煮沸10 min的目的是使Fe3+全部转化为Fe(OH)3沉淀,防止有Fe(OH)3胶体生成影响胆矾的纯度,且便于过滤除去。具体操作步骤是将滤液加热蒸发、冷却结晶、过滤、乙醇洗涤、干燥,最终得到胆矾。(4)由 题意知,结晶水的质量为m2-m3,硫酸铜的质量为m3-m1,设胆矾的化学式为CuSO4xH2O,根据分子个数比等于物质的量之比,则x=m2-m318m3-m1160=80(m2-m3)9(m3-m1)。(5)胆矾未充分干燥,会使测定的水的质量偏高,则会导致结晶水数目测定值偏高,符合题意;坩埚未置于干燥器中冷却,会使测定的水的质量偏低,则会导致结晶水数目测定值偏低,不符合题意;加热时有少量胆矾迸溅出来,会使测定的水的质量偏高,则会导致结晶水数目测定值偏高,符合题意。答案:(1)AC(2)CuO+H2SO4CuSO4+H2O不产生SO2(硫酸利用率高)(3)过滤干燥除尽铁和抑制CuSO4水解破坏Fe(OH)3 胶体,易于过滤(4)80(m2-m3)9(m3-m1)(5)