鲁科版高考化学一轮复习第4单元材料家族中的元素第3节金属材料课件

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第四单元2022必备知识 自主预诊　知识梳理1.合金 微点拨 ①合金是混合物,合金的物理性质相比于成分金属有所改变,但合金中各成分金属的化学性质不变。②并非所有的金属都能相互形成合金,若一种金属的熔点高于另一种金属的沸点,则二者不能形成合金。2.常见金属材料(1)分类。(2)常见的合金材料。 ③铝合金:密度小,强度高,塑性好,易于加工,具有较强的抗腐蚀能力。 3.金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中的存在。(2)金属冶炼的实质。金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即Mn++ne-==M(写反应通式,用M表示金属)。(3)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)。 微点拨 ①金属冶炼与金属活泼性的关系: ②冶炼Mg时电解熔融MgCl2而不电解熔融MgO,原因是MgO的熔点高,熔融时会耗费更多能源,增加生产成本。③冶炼Al时只能电解熔融Al2O3而不能电解熔融AlCl3,原因是AlCl3是共价化合物,熔融态不导电;加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。(4)铝热反应。 Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3 自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)合金中至少含有两种金属元素,不含非金属元素。(　　)(2)合金中各种元素的含量一定,所以合金是纯净物。(　　)(3)合金的硬度一般大于成分金属,而熔点一般低于成分金属。(　　)(4)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时,阴极上依次析出Cu、Fe、Al。(　　)(5)可以用金属钠置换四氯化钛(TiCl4)溶液中的钛来制取单质钛。(　　)(6)人类历史上使用铝的时间比铁晚,原因是铝不如铁活泼。(　　)答案 (1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)× 2.冶炼金属常用以下几种方法:①热分解法　②以活泼金属Na、Mg等作为还原剂　③以C、CO或H2作为还原剂　④电解法　⑤利用铝热反应原理还原下列金属各采用哪种方法冶炼最佳(用上述方法的序号填空)。(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属　　　　　　　　。 (2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属　　　　　　　。 (3)Hg、Ag等不活泼金属　　　　　　　　。 (4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属　　　　　　　　。 ③ ④ ① ⑤ 关键能力 考向突破　考向1　合金的性质及应用【典例1】 (2020福建莆田第七中学期中)明末科学家宋应星出版的《天工开物》中记载了有关“五金”的内容:“……黄金美者,其值去黑铁(生铁)一万六千倍,然使釜、鬵(xín,一种炊具)、斤(这里指菜刀、镰刀、锄头等)、斧不呈效于日用之间……贸迁有无,……”下列解释正确的是(　　)A.明代使用的釜、鬵一类的炊具都属于青铜合金B.添加了铬、镍的不锈钢菜刀和农具使用后即使不保养,也不会生锈C.金属的另一个用途就是铸成钱币作为贸易交往中的流通手段D.黑铁在空气中发生的腐蚀主要是化学腐蚀答案 C　解析 明代使用的釜、鬵都属于铁合金,故A错误;不锈钢制作就是在普通钢中添加铬、镍等元素改变了钢铁内部结构,不锈钢不容易生锈;家里用的农具是铁合金,如果没及时洗干净后晾干,铁能与氧气、水分同时接触,容易发生电化学腐蚀而生锈,故B错误;金属可以用来铸成钱币作为贸易交往中的流通手段,故C正确;生铁的腐蚀主要是电化学腐蚀,故D错误。对点演练1下列说法中正确的是(　　)A.铁是人类最早使用的金属,钢铁属于铁碳合金B.黑色金属材料及它们的合金是应用最广泛的金属材料C.金属镁有“国防金属”的美誉,也被誉为“21世纪的金属”D.铜绿的主要成分是碱式碳酸铜,这是铜在潮湿空气中发生电化学腐蚀的结果答案 B　解析 铜是人类最早使用的金属,A错误;金属钛被誉为“21世纪的金属”,C错误;铜绿是铜与空气中的氧气、水蒸气和二氧化碳直接作用生成的,并未发生电化学腐蚀,D错误。考向2　金属矿物的开发与利用【典例2】 (2020河北邢台月考)古代炼丹的五金通常是指金、银、铜、铁、锡。下列说法错误的是(　　)A.用焦炭热还原SnO2可得到SnB.用H2还原Fe2O3可得到FeC.Cu2S与过量O2共热产物中只含CuD.Ag2O直接热分解可得到Ag答案 C　解析 根据金属活泼性顺序可知,可以用热还原法冶炼Sn,因此可以用焦炭热还原SnO2得到Sn,故A正确;根据金属活泼性顺序可知,也可以用热还原法冶炼Fe,因此可以用H2还原Fe2O3得到Fe,故B正确;铜能够与氧气反应,Cu2S与过量O2共热产物中含有CuO等,故C错误;银的活泼性较差,工业上将Ag2O直接加热分解可得到Ag,故D正确。特别提醒(1)电解法冶炼活泼金属使用的是熔融的金属盐或金属氧化物,而不是盐溶液。(2)铜除了用热还原法冶炼外,还可以用湿法炼铜或电解法进行冶炼。对点演练2《五金·铁》中记载:“若造熟铁,则生铁流出时,相连数尺内,低下数寸,筑一方塘,短墙抵之。其铁流入塘内,数人执柳木排立墙上……众人柳棍疾搅,即时炒成熟铁。”以下说法不正确的是(　　)A.金属冶炼方法由金属活泼性决定B.熟铁比生铁质地更硬,延展性稍差C.炒铁是为了降低铁水中的含碳量D.该法与近代往生铁水吹空气炼钢异曲同工答案 B　解析 活泼性不同的金属,其冶炼方法不同,即金属冶炼方法由金属活泼性决定,故A正确;熟铁比生铁质地更软,且延展性好,故B错误;炒铁过程中降低了铁水中的含碳量,从而将生铁转化成熟铁,故C正确;该冶炼方法和近代往生铁水中吹空气炼钢,都是利用空气中的氧气氧化碳元素,其原理基本相同,故D正确。必备知识 自主预诊　知识梳理1.单质铜(1)铜的物理性质:铜是一种有金属光泽的　　　　　　　色固体,有良好的导电、导热性(仅次于银,可用于制电缆),有良好的延展性。 紫红 (2)铜的化学性质: 2Cu+O2 2CuO 黑 Cu+Cl2 CuCl2 Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O　 Cu+4HNO3(浓) ==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀) ==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O Cu+2AgNO3==Cu(NO3)2+2Ag Cu+2FeCl3==CuCl2+2FeCl2 微点拨 (1)通常利用反应2Cu+O2 2CuO除去某些混合气体中的少量O2。(2)铜为变价金属,与Cl2反应生成CuCl2,与S反应生成Cu2S,由此可知氧化性:Cl2>S。(3)Cu与稀硫酸不反应,但在通入O2的条件下,Cu可在稀硫酸中逐渐溶解:2Cu+O2+2H2SO4==2CuSO4+2H2O。2.铜的重要化合物(1)黑色氧化铜在高温下分解为砖红色的Cu2O,化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　;砖红色的Cu2O与稀硫酸反应,溶液变蓝,同时生成红色的单质铜,离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 4CuO 2Cu2O+O2↑ (2)氢氧化铜,　　色　　　　　　水的固体。其化学性质及应用如下:  反应①的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　; 反应②的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　。 蓝 不溶于 Cu(OH)2 CuO+H2O　 (3)Cu2(OH)2CO3的名称为　　　　　　,是铜绿、孔雀石的主要成分,受热分解可生成黑色的氧化铜,化学方程式为Cu2(OH)2CO3 2CuO+CO2↑+H2O,可溶于稀硫酸,离子方程式为Cu2(OH)2CO3+4H+==2Cu2++CO2↑+3H2O。 (4)蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末,化学方程式为CuSO4·5H2O CuSO4+5H2O。碱式碳酸铜 微点拨 (1)无水CuSO4可作为检验水的试剂,但不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。(2)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,用来杀灭植物病毒而减少病虫害。3.铜的冶炼(1)湿法炼铜:Fe+CuSO4==FeSO4+Cu。(2)高温炼铜:工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜):电解精炼铜的原理是用粗铜为阳极,铜在阳极上失电子变为Cu2+,用纯铜棒为阴极,Cu2+在阴极上得电子生成铜。自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)CuO是黑色固体,与水反应生成Cu(OH)2。(　　)(2)将气体通过无水硫酸铜,粉末变蓝,证明原气体中含有水蒸气。(　　)(3)CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化。(　　)(4)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分,在干燥的空气中铜不易生锈。(　　)(5)1 mol Cu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO3分子。(　　)(6)中国古代利用明矾溶液的酸性清除铜镜表面的铜锈。(　　)(7)将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,可制得无水CuCl2固体。(　　)答案 (1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√　(7)× 2.孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。某同学设计从孔雀石中冶炼铜的方案如下(假设孔雀石中杂质不溶于水和稀硫酸):(1)反应①能观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　,有关反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)反应②加入的金属可能是　　　　　　　　,有关反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)操作a可能的方法是　　　　　　　　,欲除掉的杂质为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;要从操作a所得到的溶液中得到溶质的晶体,需要进行的操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案 (1)固体逐渐消失,溶液由无色变为蓝色,有气泡产生　Cu2(OH)2CO3+2H2SO4==2CuSO4+CO2↑+3H2O(2)铁　Fe+Cu2+==Fe2++Cu(答案合理即可)(3)过滤　难溶于水和稀硫酸的杂质　加热浓缩、冷却结晶关键能力 考向突破　考向1　铜及其化合物的性质和应用【典例1】 (2020黑龙江牡丹江第一高级中学期末)为了探究铁、铜及其化合物的性质,某同学设计并进行了下列实验。下列说法错误的是(　　)A.高温加热装置中发生的反应为3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)B.虚线框处宜选择的装置是甲C.实验时将螺旋状铜丝加热变黑后再趁热迅速伸入试管中,可观察到铜丝由黑色变为红色D.实验后,可用铝粉在高温下还原玻璃管中的固体获得铁单质答案 B　解析 高温加热装置中铁粉与水蒸气反应生成四氧化三铁与氢气,化学方程式为3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g),故A正确;生成氢气的密度比空气的密度小,所以用向下排空气法收集H2,应选择装置乙,故B错误;氧化铜与氢气在加热时反应生成铜和水,该反应的化学方程式为CuO+H2 Cu+H2O,所以铜丝由黑色变为红色,故C正确;玻璃管中的固体含有Fe3O4,铝粉与Fe3O4发生铝热反应生成氧化铝和铁单质,故D正确。对点演练1(2020全国3,7)宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色,历经千年色彩依然,其中绿色来自孔雀石颜料[主要成分为Cu(OH)2·CuCO3],青色来自蓝铜矿颜料[主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3]。下列说法错误的是(　　)A.保存《千里江山图》需控制温度和湿度B.孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化C.孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱D.Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3答案 C　解析 字画保存需要控制适宜的温度和湿度,温度、湿度过高或过低,均对字画的保存造成危害,A项正确;Cu(OH)2、CuCO3中Cu、H、C元素都处于最高价,无还原性,不易被O2氧化,B项正确;Cu(OH)2、CuCO3都可与酸性物质反应,C项错误;由于Cu(OH)2中铜的质量分数高于CuCO3中铜的质量分数,故Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3中铜的质量分数,D项正确。深度指津 铜及其化合物的颜色、状态及溶解性 提醒:反应CuSO4+H2S==CuS↓+H2SO4可说明CuS难溶于非氧化性强酸。 考向2　铜及其化合物的制备【典例2】 工业上由黄铜矿(主要成分为CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下:(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的　　　　吸收。 a.浓硫酸　 b.浓硝酸　 c.NaOH溶液　 d.氨水(2)用稀硫酸浸泡熔渣B,取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中存在　　 　(填离子符号),检验溶液中还存在Fe2+的方法是　　　　　　　(注明试剂、现象)。 (3)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是　　　。 a.电能全部转化为化学能b.粗铜接电源正极,发生氧化反应c.溶液中Cu2+向阳极移动d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属(5)利用化学反应2Cu+O2+2H2SO4==2CuSO4+2H2O可以制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,其正极电极反应式为　 。 答案 (1)cd　(2)Fe3+　取少量待测液置于试管中,加入酸性高锰酸钾溶液,紫色退去,则含有Fe2+(3)3Cu2O+2Al 6Cu+Al2O3　(4)bd　(5)O2+4e-+4H+==2H2O解析 (1)根据题意分析,气体A中的大气污染物为二氧化硫,能够被NaOH溶液或氨水吸收。浓硫酸不能吸收二氧化硫。浓硝酸与二氧化硫反应会生成一氧化氮,从而污染环境。(2)熔渣B中含有铁元素的化合物,加入稀硫酸溶解,取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中存在Fe3+,检验Fe2+时,可加入酸性KMnO4溶液,溶液紫色退去,说明含有Fe2+。(3)泡铜中化合态的铜在高温下可被金属铝置换出来:3Cu2O+2Al 6Cu+Al2O3。(4)精炼粗铜时,粗铜为阳极,纯铜为阴极,硫酸铜溶液为电解质溶液,a.电能不能全部转化为化学能,还会转化为热能,错误;b.粗铜接电源正极,发生氧化反应,正确;c.溶液中Cu2+向阴极移动,错误;d.利用阳极没有参与反应的剩余金属,即阳极泥,可回收Ag、Pt、Au等金属,正确。(5)利用反应2Cu+O2+2H2SO4==2CuSO4+2H2O可以制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,其正极发生还原反应,O2在正极被还原,电极反应式为O2+4e-+4H+==2H2O。对点演练2(2020江西抚州南城一中期末)CuSO4是一种重要的化工原料,其制备途径及性质如图所示(假设恰好完全反应)。下列说法正确的是(　　)A.途径①所用混酸中,H2SO4与HNO3的物质的量之比为2∶3B.1 mol CuSO4在1 100 ℃反应所得混合气体中O2为0.75 molC.Z只能是葡萄糖D.相对于途径①③,途径②更好地体现了绿色化学思想答案 D　解析 途径①的反应为铜与稀硝酸、稀硫酸反应生成硫酸铜、一氧化氮和水,该反应的化学方程式为3Cu+2HNO3+3H2SO4==3CuSO4+2NO↑+4H2O,由方程式可知混酸中H2SO4与HNO3的物质的量之比最好为3∶2,故A错误。CuSO4在1 100 ℃时分解生成氧化亚铜,铜元素化合价降低被还原,硫酸铜中硫元素为最高价态,只能表现氧化性,则只能是氧元素被氧化,则X可能是O2和SO3或O2和SO2或O2、SO2和SO3的混合气体。若X为O2和SO3的混合气体,由得失电子数目守恒可知1 mol CuSO4在1 100 ℃所得混合气体中O2为0.25 mol;若X为O2和SO2的混合气体,由得失电子数目守恒可知1 mol CuSO4在1 100 ℃所得混合气体中O2为0.75 mol;若X为O2、SO2和SO3的混合气体,由得失电子数目守恒可知1 mol CuSO4在1 100 ℃所得混合气体中O2介于0.25 mol和0.75 mol之间,故B错误。含有醛基的有机化合物都能与新制的氢氧化铜共热反应生成氧化亚铜,故C错误。途径①中会生成有害气体一氧化氮,途径③中会生成有害气体二氧化硫,相对于途径①③,途径②生成等量硫酸铜需要的硫酸少,且无有害气体产生,更好地体现了绿色化学思想,故D正确。网络构建核心速记1.金属的制法(1)电解法(K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属)(2)热还原法(Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等较活泼金属)(3)热分解法(Hg、Ag等不活泼金属)核心速记2.必记五反应 学科素养提升无机化工流程解题指导 素养解读1.无机化工流程题要求学生能认识化学现象与模型之间的联系,能运用多种模型来描述和解释化学现象,预测物质及其变化的可能结果;能依据物质及其变化的信息建构模型,建立解决复杂化学问题的思维框架,考查学生的证据推理与模型认知能力。2.无机化工流程题涉及的问题包括:原料的预处理、反应条件的控制、化学反应原理、绿色化学问题、化工生产安全等。上述问题要求学生具有终身学习的意识和严谨求实的科学态度;崇尚真理,形成真理面前人人平等的意识;关注与化学有关的社会热点问题,认识环境保护和资源合理开发的重要性,具有可持续发展意识和绿色化学观念;深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系,赞赏化学对社会发展的重大贡献,能运用已有知识和方法综合分析化学过程对自然可能带来的各种影响,权衡利弊,勇于承担责任,积极参与有关化学问题的社会决策。培养学生的科学态度与社会责任。案例探究情境:新型负载镍催化剂的应用是近年来加氢工艺技术革新的开始,负载镍催化剂在空气中安全稳定,投料好称量,操作安全性高。最重要的是新型负载镍催化剂具有平稳的活性释放特性,在生产制作的过程中比骨架镍要均匀,且单位质量或体积的活性中心差别不大,但骨架镍会有比较大的区别。新型负载催化剂是一种非常适合未来连续化大生产的催化剂,目前多采用无定形硅藻土做载体,其比表面积大,结合力强,能让镍分散得很均匀,有效地降低了反应“热点”,使活性释放缓慢。【典例】 (2020全国3,27)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O ):溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示: 回答下列问题:(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是　　　　　 　　　　　。为回收金属,用稀硫酸将“滤液①”调为中性,生成沉淀。写出该反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)“滤液②”中含有的金属离子是　　　　　　　　。 (3)“转化” 中可替代H2O2的物质是　　　　　　　。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即 ,“滤液③”中可能含有的杂质离子为　　　　。 (4)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp=　　　　　　　　　　　(列出计算式) 。如果“转化”后的溶液中Ni2+ 浓度为1.0 mol·L-1,则“调pH”应控制的pH范围是　　　　。 (5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用,其意义是　　　　　　　　　　　。 解析 (1)废镍催化剂中能与NaOH溶液反应的有油脂、铝及其氧化物。滤液①中的溶质为Na[Al(OH)4]、高级脂肪酸钠和甘油,当向该滤液中滴加稀硫酸将溶液调为中性时,其中的Na[Al(OH)4]可与稀硫酸反应得到Al(OH)3沉淀。(2)滤饼①的成分为Ni、Fe及其氧化物等,用稀硫酸酸浸时可得到NiSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3等,则滤液②中的金属阳离子有Ni2+、Fe2+、Fe3+。(3)加H2O2溶液“转化”的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,替代起氧化作用的H2O2溶液的可以为O2或空气,这样既能将Fe2+氧化,又不引进新杂质。由于Fe2+开始沉淀、沉淀完全时的pH与Ni2+的相近,所以若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,则“调pH”得到Fe(OH)3沉淀,Fe2+与Ni2+一起存在于溶液中,通过“转化”(氧化)使Fe2+转变为Fe3+而被沉淀出来,则滤液③中可能的杂质离子为氧化得到的Fe3+。(4)根据Ni2+开始沉淀时的pH为7.2,可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-)=0.01×(107.2-14)2 mol3·L-3;根据Ni2+完全沉淀时的pH为8.7,也可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)· c2(OH-)=10-5×(108.7-14)2 mol3·L-3 。“调pH”是为了使Fe3+沉淀完全,根据Fe3+完全沉淀时的pH为3.2可知,pH应大于3.2;同时不能使Ni2+沉淀,则c(Ni2+)·c2(OH-)