第4节　用途广泛的金属材料、金属矿物利用  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、Ag2O冶炼Hg、Ag： 2HgO2Hg＋O2↑ 2Ag2O4Ag＋O2↑ （2）热还原法 ①CO还原Fe3O4： Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2 ②H2还原WO3： WO3＋3H2W＋3H2O ③C还原ZnO： ZnO＋CZn＋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）2Na＋Cl2↑ B．2AlCl3（熔融）2Al＋3Cl2↑ C．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 D．2HgO2Hg＋O2↑ 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Al2O3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O2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H2O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[来源:学科网][来源:Zxxk.Com] 能置换出酸中的氢，Fe、Al常温下在浓硝酸、浓硫酸中钝化[来源:学_科_网] 不能置换稀酸中的氢[来源:Zxxk.Com]     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Cu2＋最强 B．三者的单质放置在空气中均只生成氧化物 C．制备AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用将溶液蒸干的方法 D．电
解AlCl3、FeCl3、CuCl2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FeCl3和CuCl2； （3）足量的铁粉和铜粉与浓硫酸反应生成FeSO4和CuSO4； （4）铜片置于FeCl3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 O2
2Cu＋O22CuO（黑色固体）   Cl2 Cu＋Cl2CuCl2（棕黄色烟）   氧化性酸 浓硫酸 Cu＋2H2SO4（浓）CuSO4
＋SO2↑＋2H2O   浓硝酸 Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O   稀硝酸 3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O  盐 AgNO3、FeCl3 Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2  　　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＋===Cu2＋＋H2O CuO＋H2Cu＋H2O CuO＋COCu＋CO2 Cu（OH）2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O Cu（OH）2CuO＋H2O  3.铜盐 （1）Cu2（OH）2CO3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：Cu2（OH）2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。 （2）无水CuSO4遇水变蓝色（生成CuSO4·5H2O），可作为水的检验依据；CuSO4·5H2O受热易分解：CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O，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，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体 把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑 Ⅰ对；Ⅱ对；有  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）Mg＋Cl2↑，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＋、SO、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Mg（OH）2沉淀。我们可以用价格便宜的碱Ca（OH）2使Mg2＋转化成Mg（OH）2沉淀，从而将Mg2＋分离出来。 3．制得无水MgCl2 得到的Mg（OH）2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MgCl2·6H2O，生成的是Mg（OH）Cl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MgCl2·6H2O，能得到无水MgCl2，其原因是_______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （2）Mg（OH）2沉淀中混有的Ca（OH）2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2CH4＋O2＋4Cl2===2CO＋8HCl（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xCuCO3·yCu（OH）2·zH2O，测定碱式碳酸铜组成的方法有多种[已知M（Cu）＝63.5 g·mol－1]。
（1）现采用氢气还原法，请回答如下问题： ①写出xCuCO3·yCu（OH）2·zH2O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H2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．（2
012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MgCl2（aq）Mg（OH）2MgO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MgCl2·6H2O可在空气中受热分解制无水MgCl2 C．大量的含Fe3＋废水排入海洋，易引发赤潮 D．①中除去粗盐中的SO、Ca2＋、Mg2＋等杂质，加入的药品顺序为：Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2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 Fe2O3 C2H5OH FeCl3  W CO2 Al2O3 C2H5ONa CuCl2  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。 温度/℃ 20 40 60 80 100  石膏 0.32 0.26 0.15 0.11 0.07  胆矾 32 44.6 61.8 83.8 114  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 (2)①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↑　MgCl2(熔融)M
g＋Cl2↑　2Al2O34Al＋3O2↑ 即时训练3 B 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Cu(OH)2、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Cu(OH)2，Cu(OH)2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：(1)MgCl2·6H2OMg(OH)Cl＋HCl↑＋5H2O或MgCl2·6H2OMgO＋2HCl↑＋5H2O　在干燥的HCl气流中加热MgC
l2·6H2O，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～Mg(OH)2～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Mg(OH)Cl，根据质量守恒定律，生成物除Mg(OH)Cl外，还有HCl和H2O，即MgCl2·6H2OMg(OH)Cl＋HCl↑＋5H2O；同理：我们也可以写出生成MgO的化学方程式。(2)因为Mg(OH)2的溶解度小于Ca(OH)2，可以加入氯化镁溶液发生反应Ca(OH)2＋MgCl2===Mg(OH)2＋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：(1)①xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O＋(x＋y)H2(x＋y)Cu＋xCO2＋(x＋2y＋z)H2O ②(a)→kj→gf(或hi)→de(或ed)→hi(或gf)→bc(或cb)→(l) ③1.8　CuCO3·Cu(OH)2·H2O (2)可行。根据反应xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O (x＋y)CuO＋xCO2↑＋(y＋z)H2O，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Cu(OH)2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。③n(CO2)＝0.1 mol、n(Cu)＝0.2 mol、n(H2O)＝0.4 mol，所以结晶水质量为23.9 g－m(CuCO3)－m〔Cu(OH)2〕＝23.9 g－0.1 mol×123.5 g·mol－1－(0.2 mol－0.1 mol)×97.5 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Mg(OH)2，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＋及溶液中的Ca2＋，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＋2FeCl3===CuCl2＋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：(1)Fe(OH)3 (2)3Cu＋2HNO3＋3H2SO4===3CuSO4＋2NO↑＋4H2O (3)100 ℃ (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。

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