2020版高考一轮复习化学新课改省份专用学案：第三章第4课时 归纳拓展——金属单质的共性归纳
展开第4课时 归纳拓展——金属单质的共性归纳
知识点一 金属的通性及合金材料
1．金属的结构特征
(1)金属元素在元素周期表中的位置
在元素周期表中，没有金属元素的族是ⅦA族和0族，全部为金属元素的族是ⅡA族、全部副族(ⅠB～ⅦB)和Ⅷ族。
(2)金属元素原子的最外层电子数一般小于。
2．金属的物理性质
(1)金属的物理通性
①通常情况下，除外，其余金属都是固态。
②有金属光泽，不透明。
③有导热性和导电性。
④有延展性。
(2)物理性质特殊的金属示例
有颜色的金属 | 紫红色Cu、黄色Au |
常温下呈液态的金属 | Hg |
密度最小的金属 | Li |
硬度最大的金属 | Cr |
熔点最高的金属 | W |
地壳中含量最高的金属 | Al |
3．金属的化学性质
金属活动性顺序 | K Ca Na | Mg Al | Zn Fe Sn Pb(H) | Cu | Hg | Ag | Pt Au | |
单质还原性 | 强―→弱 | |||||||
离子氧化性 | 弱―→强 | |||||||
与O2化合 | 常温下易被氧化 | 常温下被缓慢氧化 | 加热时被氧化 | 不能被氧化 | ||||
置换水中H＋ | 常温能置换 | 加热时能置换 | 不能置换 | |||||
置换酸中H＋ | 能置换 | 不能置换 | ||||||
与盐溶液反应 | 先与水反应 | 左边的金属可置换出右边的金属 | ||||||
自然界中存在状态 | 化合态(陨石中含铁单质) | 少量游离态，主要为化合态 | 游离态 | |||||
[提醒] 金属活动性顺序中存在“一强一弱”规律。金属单质的还原性越弱，对应阳离子的氧化性越强，即常见离子的氧化性由强到弱的顺序是Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋。(注意Fe3＋、Fe2＋的位置)
4．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)熔合而成的具有金属特性的物质。
(2)特性：合金具有不同于各成分金属的物理、化学或机械性能。
①熔点：一般比它的各成分金属的；
②硬度和强度：一般比它的各成分金属的。
[提醒] ①常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。
②合金的物理性质相对于各成分金属有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。
5．常见的金属材料
(1)金属材料
黑色金属材料 | 有色金属材料 |
铁、铬、锰以及它们的合金 | 除黑色金属以外的其他金属及其合金 |
(2)重要的黑色金属材料——钢
碳素钢 | 低碳钢 | 韧性、焊接性好，强度低，用于制钢板、钢丝等 |
中碳钢 | 强度高，韧性及加工性好，用于制钢轨、车轮等 | |
高碳钢 | 硬而脆，热处理后弹性好，用于制器械、弹簧等 | |
合金钢 | 具有各种不同的优良性能，用于制不锈钢及各种特种钢 | |
(3)几种有色金属材料
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、易于成型、制造工艺简单、成本低廉 | |
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 | ||
铜及铜合金 | 铜 | 性能 | 良好的导电性和导热性 |
用途 | 主要用于电器和电子工业、建筑业 | ||
铜合金 | 青铜是我国使用最早的合金，常见的还有黄铜和白铜 | ||
[对点训练]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性(×)
(2)金属元素的单质在常温下均为固体(×)
(3)金属元素在不同化合物中化合价均相同(×)
(4)大多数金属元素的单质为电的良导体(√)
(5)铝合金的熔点比纯铝的高(×)
(6)合金材料中不可能含有非金属元素(×)
(7)地震灾区重建要使用大量钢材，钢材是合金(√)
(8)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属(×)
(9)合金中的金属元素都是以化合态形式存在(×)
(10)合金的硬度一般大于它的纯金属成分，而熔点一般低于它的成分金属(√)
2．金属单质具有的通性是( )
A．硬度大
B．熔、沸点较低
C．质软
D．具有金属光泽、导电、导热、有延展性
解析：选D 由金属的物理性质可知，大多数金属具有金属光泽，在常温下除汞外，金属都是固体，具有良好的导电性、导热性和延展性，多数金属密度和硬度较大，熔点和沸点较高，但有的金属质软，熔、沸点较低，如金属钠。
3．“拟晶”(quasicrystal)是一种具有凸多面体规则外形但不同于晶体的固态物质。Al65Cu23Fe12是二十世纪发现的几百种拟晶之一，具有合金的某些优良物理性能。下列有关这种拟晶的说法正确的是( )
A．无法确定Al65Cu23Fe12中三种金属的化合价
B．Al65Cu23Fe12的硬度小于金属铁
C．Al65Cu23Fe12不可用作长期浸泡在海水中的材料
D．1 mol Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去265 mol电子
解析：选C A项，拟晶Al65Cu23Fe12是由三种金属元素组成，由于金属无负价，根据化合价代数和为0的原则，三种金属的化合价均可视作零价；B项，拟晶具有合金的某些优良物理性能，合金的硬度一般比各成分金属大；C项，Al65Cu23Fe12与海水可以构成原电池，会加速金属的腐蚀，因此不可用作长期浸泡在海水中的材料；D项，溶于过量硝酸时，Al与Fe均变为＋3价，Cu变为＋2价，故1 mol Al65Cu23Fe12失电子为65 mol×3＋23 mol×2＋12 mol×3＝277 mol。
知识点二 金属冶炼的一般方法
1．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)。
2．金属冶炼的一般步骤
3．金属冶炼的方法(用化学方程式表示)
[提醒] ①冶炼Mg时电解熔融MgCl2而不电解MgO，原因是MgO的熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本。
②冶炼Al时只能电解熔融Al2O3而不能电解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。
③用热还原法得到的铜还要经过电解精炼才能得到精铜。
4．铝热反应
实验装置 | |
实验现象 | ①镁带剧烈燃烧，放出一定的热，并发出耀眼的白光，氧化铁和铝粉在较高温度下发生剧烈反应； ②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中 |
实验结论 | 高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，反应的化学方程式为2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3 |
原理应用 | ①制取熔点较高、活泼性弱于Al的金属，如铬、锰、钨等； ②金属焊接，如野外焊接钢轨等 |
[提醒] ①利用铝热反应只能冶炼活泼性比Al弱的金属，如Al与MgO不能发生铝热反应。
②用H2还原法冶炼得到的金属，纯度高，但成本也高；用CO和C还原法冶炼得到的金属，纯度低，冶炼成本也低；用铝热法可以冶炼熔点较高、难以冶炼的金属，但成本较高。
[对点训练]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)金属氧化物与铝粉的混合物都是铝热剂(×)
(2)用金属钠在高温下还原TiCl4可制取金属钛(√)
(3)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高(×)
(4)用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜(×)
(5)电解氯化镁溶液制取金属镁(×)
(6)用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物(√)
2．明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷定，毁罐取出……即倭铅也”(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭)。下列说法不正确的是( )
A．倭铅是指金属锌和铅的混合物
B．煤炭中起作用的主要成分是C
C．冶炼Zn的过程中有氧化还原反应发生
D．该冶炼锌的方法属于热还原法
解析：选A A项，由题意可知，倭铅是指金属锌，不是混合物；B项，反应中C作还原剂，则煤炭中起作用的主要成分是C；C项，碳酸锌与碳在高温下反应生成锌和一氧化碳，有氧化还原反应发生；D项，该反应是利用碳还原碳酸锌生成锌单质，属于热还原法。
3．工业上以铝土矿(主要成分Al2O3·3H2O)为原料生产铝，主要包括下列过程：
ⅰ.将粉碎、筛选、湿磨后的铝土矿浸泡在氢氧化钠溶液中，过滤；
ⅱ.通入过量二氧化碳使ⅰ所得滤液中析出氢氧化铝固体，过滤；
ⅲ.使ⅱ中所得氢氧化铝脱水生成氧化铝；
ⅳ.电解熔融氧化铝生成铝。
下列说法正确的是( )
A．过程ⅰ说明氧化铝具有酸性氧化物的性质
B．过程ⅱ说明碳酸的酸性比氢氧化铝的酸性弱
C．过程ⅲ发生的反应类型属于氧化还原反应
D．过程ⅳ也可以用加热法代替电解法冶炼铝
解析：选A Al2O3与NaOH(碱)反应生成NaAlO2(盐)与水，具有酸性氧化物的性质，A正确；过量CO2与NaAlO2生成Al(OH)3固体，所以H2CO3的酸性强于Al(OH)3，B错误；Al(OH)3分解生成Al2O3和水，是非氧化还原反应，C错误；适合用电解法冶炼的金属为活泼金属，常见的有Na、Mg、Al等，Al是活泼金属不能用加热法，D错误。
