志鸿优化设计2014届高考化学一教学案：第三单元金属及其化合物第4节用途广泛的金属材料、金属矿物利用.doc

第4节 用途广泛的金属材料、金属矿物利用 考纲点击 1.了解常见金属的活动性顺序。 2.了解合金的概念及其重要应用。 3.了解铜及其化合物的主要性质。 一、合金 1.概念 由____或____________________________熔合而成的具有______特性的物质。 2.性质特点 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______。 即时训练1 化学与科学、技术、社会、环境密切相关。下列有关说法中正确的是 。 A .合金一定是金属和金属熔合而成的 B .铝合金的熔点和硬度均高于纯铝 C .合金的物理性质一般与其各成分金属的物理性质完全相同 D .合金的物理性质一般与其各成分金属的物理性质不同 二、常见的金属材料 金属材料包括________和______,分为__________材料和__________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的合金 1铜合金 我国使用最早的合金是________,除此之外常见的铜合金还有________和________。 2铝合金 ①性质特征__________、__________、易于加工、成本低廉且表面易形成____________,从而具有一定的抗腐蚀能力。 ②主要用途建筑业、容器和包装业、交通运输及电子行业。 即时训练2 下列有关说法中正确的是 。 A .钢、青铜、硬铝和金刚石都是合金材料 B .在我国使用最早的合金是生铁 C .普通钢铁比纯铁耐腐蚀 D .不锈钢和目前流通的硬币都是合金 三、金属矿物的开发利用 1.金属在自然界中的存在 在地壳中除了金、铂等少数极不活泼的金属外,绝大多数金属元素以______形式存在。 2.金属冶炼的实质 金属元素只有正价,没有负价,所以金属的冶炼过程就是把金属________________的过程。 3.金属冶炼的方法 1热分解法 如由HgO 、Ag 2O 冶炼Hg 、Ag 2HgO△ 2Hg O 2↑ 2Ag 2O△4Ag O 2↑ 2热还原法 ①CO 还原Fe 3O 4 Fe 3O 44CO高温 3Fe 4CO 2 ②H 2还原WO 3 WO 33H 2高温W 3H 2O ③C 还原ZnO ZnO C高温Zn CO ↑ 3电解法 工业上用电解法冶炼Na 、Mg 、Al 的化学方程式分别为 ______________________、______________________、______________________。 即时训练3下列金属冶炼的反应原理,错误的是 。 A .2NaCl 熔融通电 2Na Cl 2↑ B .2AlCl 3熔融通电2Al 3Cl 2↑ C .Fe 2O 33CO高温 2Fe 3CO 2 D .2HgO△ 2Hg O 2↑ 特别提示1选择金属的冶炼方法时,要依据金属活动性顺序①热分解法,冶炼的是排在金属活动性顺序后面的一些不活泼金属;②热还原法,冶炼的是排在金属活动性顺序中处于中间位置的金属;③电解法,冶炼的是排在金属活动性顺序前面的一些比较活泼的金属。 2电解法冶炼活泼金属时,除Al 是电解熔融的Al 2O 3外,其他如Na 、K 、Mg 等金属,一般是电解熔融的氯化物。 一、金属活动性顺序及其应用 金属活动性 顺序 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au 原子失电子 能力 由大到小,还原性由强到弱 阳离子得电 子能力 由小到大,氧化性由弱到强 与O 2反应 常温易被氧化 常温能被氧化 常温干燥空 气中不易被氧化 加热时能被 氧化 不能被氧化 与H 2O 反应 常温置换出氢 加热或与水蒸气反应置换出 氢 不能置换出水中的氢 与酸反应 剧烈反应并置换出酸中的氢 能置换出酸中的氢,Fe 、Al 常温下在浓硝酸、浓硫酸中钝化 不能置换稀酸中的氢 与强氧化性酸反应 只与王水反 应 与碱反应 与碱液中 的水反应 仅Al 、Zn 能跟强碱水溶液反应 与盐反应 先与水反 应 排在前面的金属能从盐溶液中置换出后边的金属 冶炼方法 电解法 热还原法 加热分解法 物理方法 【例1-1】 Al 、Fe 、Cu 都是重要的金属元素。下列说法中正确的是 。 A .三者对应的金属阳离子的氧化性Cu 2 最强 B .三者的单质放置在空气中均只生成氧化物 C .制备AlCl 3、FeCl 3、CuCl 2均不能采用将溶液蒸干的方法 D .电解AlCl 3、FeCl 3、CuCl 2的混合溶液时阴极依次析出Cu 、Fe 、Al 【例1-2】 铜、银、金是人类最早认识的三种金属,因为很早就被人们用作钱币,因而有“货币金属”之称。由于铁的金属性比铜、银、金强,相对而言,人类认识铁稍晚。某研究性学习小组为了证明铁的金属活动性比铜强,他们设计了如下方案 1铁片置于硫酸铜溶液中有铜析出; 2铁、铜与氯气反应分别生成FeCl 3和CuCl 2; 3足量的铁粉和铜粉与浓硫酸反应生成FeSO 4和CuSO 4; 4铜片置于FeCl 3溶液中铜片逐渐溶解; 5把铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中,并用导线连接,铁片上无气泡产生,而铜片上有气泡产生; 6把铁片和铜片置于盛有浓硝酸的烧杯中,并用导线连接,铁片上有气泡产生,而铜片上无气泡产生。 以上设计方案合理的有 。 A .两种 B .三种 C .四种 D .五种 二、铜及其化合物的性质 1.铜 1物理性质 紫红色,不能被磁铁吸引。 2化学性质 反应物质 化学方程式 非金属 O 2 2Cu O 2△ 2CuO 黑色固体 Cl 2 Cu Cl 2点燃 CuCl 2棕黄色烟 氧化性酸 浓硫酸 Cu 2H 2SO 4浓△ CuSO 4SO 2↑2H 2O 浓硝酸 Cu 4HNO 3浓Cu NO 322NO 2↑2H 2O 稀硝酸 3Cu 8HNO 3稀3Cu NO 322NO ↑4H 2O 盐 AgNO 3、FeCl 3 Cu 2AgNO 3Cu NO 322Ag Cu 2FeCl 3CuCl 22FeCl 2 2.氧化铜和氢氧化铜 物质 氧化铜 氢氧化铜 化学式 CuO Cu OH 2 状态 不溶于水的黑色固体粉末 不溶于水的蓝色固体 化学性质 CuO 2H Cu 2 H 2O CuO H 2△ Cu H 2O CuO CO△Cu CO 2 Cu OH 22H Cu 2 2H 2O Cu OH 2△ CuO H 2O 3.铜盐 1Cu 2OH 2CO 3的名称为碱式碳酸铜,是铜绿的成分,它是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果,它受热易分解Cu 2OH 2CO 3△ 2CuO H 2O CO 2↑。 2无水CuSO 4遇水变蓝色生成CuSO 45H 2O ,可作为水的检验依据;CuSO 45H 2O 受热易分解CuSO 45H 2O△ CuSO 45H 2O ,蓝色晶体受热转化为白色粉末。 3铜盐溶液有毒,主要是因为铜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、水配成了波尔多液,用来杀灭植物的病毒。 【例2】 改编组合下表中,对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是 。 选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ 判断 A 铜绿的主要成分是碱式碳酸铜 可用稀盐酸除铜器表面的铜绿 Ⅰ对;Ⅱ对;无 B 铜表面易形成致密的氧化膜 铜容器可以盛放浓硫酸 Ⅰ对;Ⅱ对;有 C 向硫酸铜溶液通入氨气,有深蓝色沉淀产生,过滤后灼烧滤把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧,铜丝表面变黑 Ⅰ对;Ⅱ对;有 渣,最后变成黑色固体 D 蓝色硫酸铜晶体受热转化为 白色硫酸铜粉末是物理变化 硫酸铜溶液可用作游泳池的 消毒剂 Ⅰ错;Ⅱ对;无 三、设计从海水中提取镁的主要工艺流程 1.分析原理 首先要分析Mg的冶炼原理MgCl2熔融 通电 MgCl2↑,所以我们首先要获得纯 净的MgCl2。 2.分析初始原料 1海水中含有MgCl2,但浓度极低,所以要富集。方法蒸发浓缩海水。 2海水中除含有MgCl2外,还含有Na、K、Ca2、SO2-4、Br-、I-等其他可溶性离子,所以还要分离、提纯。分析离子只有Mg2与OH-反应生成MgOH2沉淀。我们可以用价格便宜的碱CaOH2使Mg2转化成MgOH2沉淀,从而将Mg2分离出来。 3.制得无水MgCl2 得到的MgOH2沉淀与盐酸反应生成MgCl2溶液,进一步处理即可得到无水MgCl2,电解即可得到镁单质。 【例3】改编自人教版必修2教材习题镁是一种用途很广的金属材料,目前世界上60的镁从海水中提取,海水的综合利用可以制备金属镁,其流程如下图所示 1若在空气中加热MgCl26H2O,生成的是MgOHCl或MgO,写出相应反应的化学方程式________________________________________________________。 用电解法制取金属镁时,需要无水氯化镁。在干燥的HCl气流中加热MgCl26H2O,能得到无水MgCl2,其原因是_______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 2MgOH2沉淀中混有的CaOH2应怎样除去写出实验步骤_______________ _______________________________________________。 3实验室里将粗盐制成精盐的过程中,在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒,分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的。 溶解时______________________________________________________________。 过滤时______________________________________________________________。 蒸发时______________________________________________________________。 4获得HCl的反应为2CH4O24Cl22CO8HCl不考虑其他反应。事实上,生产中HCl一直在循环使用。试从理论上分析是否需要补充HCl,简要说明理由。 探究铜的化合物的组成 近几年高考经常对铜的化合物的组成进行实验探究,如铜绿、红色的含铜化合物Cu2O、黑色的氧化铜等。 【实验典例】 碱式碳酸铜可表示为x CuCO3y CuOH2z H2O,测定碱式碳酸铜组成的方法有多种[已知MCu63.5 gmol-1]。 1现采用氢气还原法,请回答如下问题 ①写出xCuCO 3yCu OH 2zH 2O 与氢气反应的化学方程式___________________; ②实验装置用上面所有仪器连接而成,按氢气流方向的连接顺序是填入仪器接口字母编号a → → → → → →l ③称取23.9 g 某碱式碳酸铜样品,充分反应后得到12.7 g 残留物,生成4.4 g 二氧化碳和7.2 g 水。该样品的结晶水质量为______ g ,化学式为____________。 2某同学以氮气代替氢气,并用上述全部或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成,你认为是否可行请说明理由。 1.高考集萃下列叙述中不正确的是 。 A .2012天津理综镧镍合金能大量吸收H 2形成金属氢化物,可作储氢材料 B .2012重庆理综钢铁厂用热还原法冶炼铁的生产过程中不涉及化学变化 C .2012广东理综新型复合材料使手机、电脑等电子产品更轻巧、实用和新潮 D .2012江苏化学在给定条件下能实现MgCl 2aq →石灰乳 Mg OH 2→煅烧 MgO 的转化 2.2012江苏调研海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等如下图所示。 下列有关说法中正确的是 。 A .在③和⑤中需要用到氯碱工业的产物 B .②中MgCl 26H 2O 可在空气中受热分解制无水MgCl 2 C .大量的含Fe 3 废水排入海洋,易引发赤潮 D .①中除去粗盐中的SO 2-4、Ca 2、Mg 2 等杂质,加入的药品顺序为Na 2CO 3溶液→NaOH 溶液→BaCl 2溶液→过滤后加盐酸 3.下表各选项中,不能利用置换反应通过Y 得到W 的一组化合物是 。 A B C D Y CuO Fe 2O 3 C 2H 5OH FeCl 3 W CO 2 Al 2O 3 C 2H 5ONa CuCl 2 4.2012山西晋中四校联考工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法,不同的金属应选用不同的冶炼方法。选择的原则主要是依据 。 A．金属在地壳中的丰度 B．金属在自然界中的存在形式 C．金属的还原性强弱 D．金属的利用价值 5．硫酸铜、硝酸铁都是重要的化工原料。 以下是某工厂用含铁的废铜为原料生产胆矾（CuSO4 5H2O）的生产流程示意图 胆矾和石膏在不同温度下的溶解度（g）见下表。 20 40 60 80 100 温度/℃ 0.32 0.26 0.15 0.11 0.07 石膏 32 44.6 61.8 83.8 114 胆矾 请回答下列问题 （1）红褐色滤渣的主要成分是____________。 （2） 写出浸出过程中生成硫酸铜的化学方程式 _________________________________ __________________________________________________________________________。 （3）操作Ⅰ的温度应该控制在__________左右。 （4）从溶液中分离出硫酸铜晶体的操作Ⅱ应为将热溶液________、________、洗涤、 干燥。 参考答案 基础梳理整合 一、1.两种 两种以上的金属或金属与非金属 金属 2．1低 2大 即时训练 1 D 二、纯金属 合金 黑色金属 有色金属 1．碳素钢 低碳钢 中碳钢 高碳钢 2．1青铜 黄铜 白铜 2①强度大 密度小 致密而坚固的氧化膜 即时训练 2 D 三、1.化合物 2．从其化合物中还原出来 3 ． 2NaCl 熔融 2Na ＋ Cl2↑ 3O2↑ 即时训练 3 B 通电 MgCl2 熔融 Mg ＋ Cl2↑ 通电 2Al2O3 4Al ＋ 冰晶石 通电 核心归纳突破 【例 1－1】 C 解析Fe3 的氧化性最强，A 错误；由铜绿可知 B 错误；C 项中三种 盐均可水解，加热促进水解，且生成挥发性酸盐酸，所以 C 正确；Al、Fe 排在 H 的前 ＋ 面，电解时水溶液中的 H 先得电子，D 错误。 【例 1－2】 A 解析1方案合理，利用金属间的置换反应比较金属的活动性强弱； 5方案利用原电池原理，铁片为负极，铜片为正极，负极金属活动性强。 【例 2】 D 解析稀盐酸可以与 CuOH2、CuCO3 反应，而且稀盐酸不能与 Cu 反应， 所以稀盐酸可以除铜器表面的铜绿，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A 错误；铜表面不能形成致密氧化 膜，铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应，所以不能用铜制容器盛装浓硫酸，B 错误；硫酸 铜与氨水反应生成 CuOH2，CuOH2 受热分解生成黑色 CuO，Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果 关系，C 错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末有新物质生成，属于化学变化， CuSO4 可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D 正确。 ＋ 【例 3】答案 1MgCl2 6H2OMgOHCl＋HCl↑＋5H2O 或 MgCl2 6H2OMgO ＋2HCl↑＋5H2O 在干燥的 HCl 气流中加热 MgCl2 6H2O，抑制了 MgCl2 的水解，并带走 了 MgCl2 6H2O 受热时产生的水蒸气，故能得到无水 MgCl2 2加入 MgCl2 溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤 3搅拌，加速溶解 引流，使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒 搅拌，防止因局部过热引起液滴或晶体飞溅 4不需要补充 HCl，因为 Cl2～2HCl～MgOH2～MgCl2～Cl2；依氯元素守恒可以看出 理论上不需要补充 HCl。 解析1根据信息书写化学方程式，首先分析反应物、生成物的化合价可知，此反应 不是氧化还原反应，反应物是 MgCl2 6H2O，如果生成物为 MgOHCl，根据质量守恒定律， 生成物除 MgOHCl 外， 还有 HCl 和 H2O， 即 MgCl2 6H2OMgOHCl＋HCl↑＋5H2O； 同理我们也可以写出生成 MgO 的化学方程式。2因为 MgOH2 的溶解度小于 CaOH2， 可以加入氯化镁溶液发生反应 CaOH2＋MgCl2MgOH2＋CaCl2，CaCl2 易溶于水而除 去。4在工业生产中注重效益，HCl 可以循环使用，根据氯元素守恒可知理论上不需要补 充 HCl。 △ △ △ 实验探究拓展 答案1①xCuCO3 yCuOH2 zH2O＋x＋yH2x＋yCu＋xCO2＋x＋2y＋zH2O ②a→kj→gf或 hi→de或 ed→hi或 gf→bc或 cb→l ③1.8 CuCO3 CuOH2 H2O 2可行。根据反应 xCuCO3 yCuOH2 zH2O x＋yCuO＋xCO2↑＋y＋zH2O，依据碱式碳酸铜、CuO、CO2 和 H2O 质量或其中任 意三个量，即可计算出其组成。 解析1本题的碱式碳酸铜与氢气反应看似很难理解，其实只要把它理解为 CuCO3 和 CuOH2 受热分解后产物 CuO 再与氢气反应，第①问便可以解决。对于②要能分析出测定 反应后 CO2 和 H2O 的质量，由反应物可知氢气中还有氯化氢和水蒸气，因此氢气发生器后 仪器的选择是除氯化氢和水蒸气；氢气与氧化铜反应后，首先用浓硫酸吸收水，然后用碱石 灰吸收 CO2，为防止空气干扰，所以最后接 l。③nCO2＝0.1 mol、nCu＝0.2 mol、nH2O ＝0.4 mol，所以结晶水质量为 23.9 g－mCuCO3－m〔CuOH2〕＝23.9 g－0.1 mol123.5 － － g mol 1－0.2 mol－0.1 mol97.5 g mol 1＝1.8 g。 △ △ 演练巩固提升 1．B 解析B 选项，冶铁过程中发生的是氧化还原反应，错误。 － 2．A 解析A 选项，③和⑤中均需要 Cl2 作氧化剂，把 Br 氧化为 Br2，正确；B 选 项，MgCl2 6H2O 水解生成 MgOH2，最终生成 MgO，错误；C 选项，赤潮是因为水体富营 ＋ ＋ 养化而引起的，与 Fe3 无关，错误；D 选项，Na2CO3 溶液的作用是除去过量的 Ba2 及溶液 2＋ 中的 Ca ，错误。 3．D 解析A 项中是 CuO 与 C 反应，B 项中 Al 与 Fe2O3 发生铝热反应，C 项中是金 属 Na 与 C2H5OH 反应，这三个反应都是置换反应，D 项中是发生 Cu＋2FeCl3CuCl2＋ 2FeCl2，不是置换反应。 4．C 解析金属的还原性越强冶炼难度越大，C 选项正确。 5．答案1FeOH3 23Cu＋2HNO3＋3H2SO43CuSO4＋2NO↑＋4H2O 3100 ℃ 4冷却结晶 过滤 解析2由信息写出反应物Cu、HNO3、H2SO4及生成物CuSO4，分析可知 Cu 被氧 化，化合价升高，N 的化合价降低，稀硝酸被还原成 NO，加上水配平此方程式即可； 3因为石膏的溶解度随着温度的升高而降低，而胆矾溶解度随温度的升高而升高，温 度越高得到的胆矾越纯净，温度达到水的沸点最好。