1、专题3.4 金属材料及金属矿物的开发利用1.了解金属活动性顺序，合金的概念及其重要应用。2.了解铜及其重要化合物的制备方法，掌握其性质及应用。3.了解自然资源综合利用(如金属冶炼)、材料、能源、环境保护等社会热点问题。知识点一 铜及其化合物 1铜(1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。(2)化学性质反应物化学方程式非金属O2潮湿的空气中：2CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜，绿色)2CuO22CuO(_黑色_固体)Cl2CuCl2CuCl2(_棕黄_色烟)S2CuSCu2S氧化性酸浓硫酸Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O浓硝酸Cu4HNO
2、3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O稀硝酸3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O盐AgNO3、FeCl3Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag、Cu2FeCl3=CuCl22FeCl22.铜的氧化物和氢氧化物氧化铜氧化亚铜氢氧化铜化学式CuOCu2OCu(OH)2状态不溶于水的黑色固体(粉末)不溶于水的红色固体不溶于水的蓝色固体化学性质CuO2H=Cu2H2OCuOH2CuH2OCuOCOCuCO2Cu2O2H=Cu2CuH2OCu2OH22CuH2OCu(OH)22H=Cu22H2OCu(OH)2CuOH2O3.铜盐(1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是
3、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：Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO2。(2)无水CuSO4是白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO45H2O)，可作为反应产物中是否含水的检验依据，但不适于作干燥剂。CuSO45H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾，受热易分解：CuSO45H2OCuSO45H2O，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、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的害虫。【典例1】（2019河北邯郸一中模拟）某研究小组通过实验探究Cu及其化合
4、物的性质，下列操作正确且能达到目的的是()A将铜丝插入浓硫酸中加热，反应后把水加入反应器中，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】A项，反应后，应将反应后液体倒入盛水的烧杯中，并不断搅拌；B项，应将铜丝加热到红热后伸入盛满氯气的集气瓶中；C项，CuCl2水解生成的盐酸易挥发，加热蒸干CuCl2溶液得不到无水CuCl2固体。【答案】D【变式1】（2019江苏盐城一中模拟）在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备铜，有下列两
5、种途径。若用这两种方法制得的铜质量相等，则下列有关说法符合实际情况的是()(1)FeH2Cu；(2)CuOCuSO4Cu。A消耗氧化铜的质量不同B消耗铁的质量相同C消耗硫酸的质量相同D生成硫酸亚铁的质量不同【解析】途径(1)中用H2还原CuO时，实验前需先通H2排出装置中的空气，实验结束时要继续通H2至试管冷却，故利用途径(1)制取1 mol Cu，消耗的H2大于1 mol，即Fe和H2SO4的消耗量均为(1)(2)，生成FeSO4的质量(1)(2)，但两种途径中消耗CuO的质量相等。【答案】D知识点二 合金金属材料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
6、金属特性的物质。(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。熔点：一般比它的各成分金属的低；硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。2常见金属材料及应用金属材料(1)重要的黑色金属材料钢钢是用量最大、用途最广的合金。钢(2)几种有色金属材料铝及铝合金铜及铜合金【归纳总结】合金的组成与性质(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。合金一定是混合物。(2)常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。(3)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加和；但在化学
7、性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。3金属的性质与金属冶炼(1)应用金属活动顺序表整合金属的性质金属活动性顺序K、Ca、NaMgAl、ZnFe、Sn、Pb(H)Cu、Hg、AgPt、Au与O2反应常温下易被氧化，点燃生成过氧化物或其他复杂氧化物常温下一般生成致密的氧化膜(铁在潮湿的空气中生成疏松的铁锈，不能保护内部金属)加热化合不反应与H2O反应常温下生成碱和氢气与热水反应有碱存在与水反应与高温水蒸气反应不反应与非氧化性酸反应生成盐和氢气生成盐和氢气不反应与盐溶液反应先与水反应，生成的碱再与盐反应排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来 (2)金属活动顺序与金属冶炼的
8、关系热分解法：适用于不活泼的金属，如Hg和Ag。由HgO冶炼Hg的化学方程式：2HgO2HgO2；由Ag2O冶炼Ag的化学方程式：2Ag2O4AgO2。热还原法：用还原剂(C、CO、H2、Al等)还原金属氧化物，适合较活泼的金属。完成冶炼铁、锌、钨的化学方程式：aCO还原Fe3O4：Fe3O44CO3Fe4CO2；bC还原ZnO：ZnOCZnCO；cH2还原WO3：WO33H2W3H2O。电解法：适合冶炼金属活动性很强的金属(一般指在金属活动性顺序中排在锌前面的金属)。工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为2NaCl(熔融)2NaCl2、MgCl2(熔融)MgCl2、2Al2O3
9、4Al3O2。【典例2】（2019黑龙江牡丹江一中模拟）铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的性质是()A不易生锈B导电性好C密度小 D强度高【解析】合金材料在日常生活中使用很广泛，铝镁合金在家居装潢中经常会用到。铝镁合金强度高，制成的门窗、防护栏等坚硬牢固；密度小，同体积时比较轻，方便运输、搬运；不容易生锈，制成的装潢材料经久耐用；只有导电性好与这方面的用途无关。【答案】B【变式2】(2019河北石家庄二中模拟)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
10、，电解熔融Al2O3制备单质AlC工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的D加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu【解析】Mg的活泼性强，不能用H2还原法制备Mg，而是用电解熔融MgCl2的方法制备；CuO加强热分解生成Cu2O而不是Cu。【答案】B考点一 铜及其化合物【典例3】 (2018海南化学)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
11、可采用碘量法测得：2Cu25I=2CuIII2S2O=S4O3I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CuH2O2H2SO4CuSO42H2O。（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Cu2Fe3Cu22Fe2。由于Fe3+易水解，因此FeCl3溶液应保持酸性，目的是防止Fe3水解生成Fe(OH)3。（3）反应中的铜的化合价由+2+1价，化合价降低，因此，氧化剂为Cu2。【答案】(1)CuH2O2H2SO4=CuSO42H2O(2)Cu2Fe3=Cu22Fe2酸性防止Fe3水解生成Fe(OH
12、)3(3)Cu2【变式3】（2019山西太原五中模拟）已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H 发生反应：Cu2O2H=CuCu2H2O。将经高温灼烧后的CuO样品投入足量的热的稀硝酸溶液中，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Cu2OB溶液中最终可能有紫红色固体出现C该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】解答此题的关键是明确稀硝酸具有酸性和强氧化性，能溶解CuO、Cu2O和单质Cu，因而该实验结果无法说明CuO分解的程度。【答案】C考点二、金属材料的性质及其应用【典例4
13、】下列说法错误的是()A(2014广东高考)制饭勺、饭盒、高压锅等的不锈钢不是合金B(2018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全国卷) 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】A【变式4】（2019河北省衡水第一中学调研）国产大型客机
14、C919首飞成功，即将量产。C919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识不正确的是( )A. 铝锂合金密度较小，强度较大，硬度大于纯铝，熔点低于锂单质B. 改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金C. 铝锂合金具有金属光泽，可导电导热D. 铝锂合金的性质与各成分金属的性质完全相同【解析】合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度大于其成分金属，故A正确；合金的性质与成分的含量有关，所以改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金，故B正确；铝锂合金具有金属材料的一些通性，有金属光泽，可导电导热，故C正确合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度大于其成分金属，所以铝锂合金的性
15、质与各成分金属的性质不完全相同，故D错误。【答案】 D考点三 金属的冶炼【典例5】（2019江苏扬州中学模拟）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，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的金属性_(填“强”或“弱”)。利用上述方法可制取Ba的主要原因是_。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dBa的沸点比Al的低【解析】(1)由AlCl3与NH3H2O的反
16、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d【方法技巧】有些很活泼的金属也可以用还原法来冶炼，如NaKClKNaCl2RbClMgMgCl22Rb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，使化学反应得以向正反应方向进行。【变式6】 （2019河南开封一中模拟）下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是()选项冶炼原理方法A2HgO2HgO2热分解法B2Al2O3(熔融)4Al3O2电解法CCu2SO22CuSO2热分解法DFe2O33CO2Fe3CO2热还原法【解析】Hg为不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，A正确；Al为活泼金属，通常用电解熔融的金属化合物的方法冶炼，但氧化铝的熔点较高，加入冰晶石的目的是降低熔点，B正确；Cu2SO22CuSO2，该反应不属于分解反应，所以采用的不是热分解法，C错误；高温下用CO作还原剂冶炼铁，属于热还原法，D正确。【答案】C8
