2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第三章第3课时　金属材料　复合材料

第3课时　金属材料　复合材料

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知识点一　铜及其化合物

1.单质铜

(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

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:

①2Cu+O2+CO2+H2OCu2(OH)2CO3(绿色固体)

②S+2CuCu2S

③Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O

④Cu+2Fe3+2Fe2++Cu2+

2.铜的重要化合物

(1)氧化铜和氧化亚铜

(2)氢氧化铜

①物理性质:蓝色不溶于水的固体。

②化学性质及应用

(3)铜盐

①Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜,是铜绿的成分,是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果,其受热分解的化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2↑。

②CuSO4·5H2O为蓝色晶体,俗称蓝矾、胆矾,其受热分解的化学方程式为

CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O,蓝色晶体受热转化为白色粉末。无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O),可作为水的检验依据。

[名师点拨] (1)通常利用反应:2Cu+O22CuO除去混合气体中的少量O2。

(2)Cu与稀H2SO4不反应,但在通入O2的条件下,Cu可在稀H2SO4中逐渐溶解:2Cu+

O2+2H2SO42CuSO4+2H2O。

(3)无水CuSO4只能作为检验水的试剂,不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。

(4)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,用来杀灭植物病毒和病虫害。

1.(2019·湖北安陆一中月考)某同学通过系列实验探究Cu及其化合物的性质,操作正确且能达到目的的是(　C　)

A.将铜粉与硫粉混合均匀加热以制取CuS

B.向Cu与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察 CuSO4 溶液的颜色

C.向CuSO4溶液中加入过量的NaOH,过滤洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取CuO

D.在淀粉溶液中加入适量稀H2SO4微热,再加少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热,产生红色沉淀

解析:由于硫的氧化性弱,所以只能将铜氧化成+1价,故A错误;常温下铜与浓硫酸不反应,因此观察不到现象,故B错误;向CuSO4溶液中加入过量的NaOH产生氢氧化铜沉淀,过滤、洗涤并灼烧,氢氧化铜分解生成氧化铜,故C正确;葡萄糖和新制氢氧化铜反应必须在碱性条件下进行,该反应在淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热,在酸性条件下进行,所以实验不成功,故D错误。

2.(2019·吉林省实验中学模拟)工业上用洗净的废铜屑作原料制备硝酸铜。为节约原料和防止污染,宜采取的方法是(　C　)

A.Cu+HNO3(浓)→Cu(NO3)2

B.Cu+HNO3(稀)→Cu(NO3)2

C.Cu→CuO→Cu(NO3)2

D.Cu→CuSO4→Cu(NO3)2

解析:利用Cu+HNO3(浓)→Cu(NO3)2,制取Cu(NO3)2既浪费HNO3又会产生污染气体NO2,故不选A;利用Cu+HNO3(稀)→Cu(NO3)2,制取Cu(NO3)2既浪费HNO3又会产生污染气体NO,故不选B;利用Cu→CuO→Cu(NO3)2,制取Cu(NO3)2能充分利用HNO3,且无污染,故选C;利用Cu→CuSO4→Cu(NO3)2,制取 Cu(NO3)2既浪费硫酸又产生污染物二氧化硫,故不选D。

3.(2015·四川卷)下列有关CuSO4溶液的叙述正确的是(　A　)

A.该溶液中Na+、、、Mg2+可以大量共存

B.通入CO2气体产生蓝色沉淀

C.与H2S反应的离子方程式:Cu2++S2-CuS↓

D.与过量浓氨水反应的离子方程式:Cu2++2NH3·H2OCu(OH)2↓+2

解析:CuSO4溶液显酸性,Na+、、、Mg2+可以大量共存,A项正确;CO2与CuSO4溶液不发生反应,违背了强酸制弱酸的原理,B项错误;H2S属于弱电解质,书写离子反应方程式时,要写化学式,C项错误;CuSO4溶液与过量浓氨水反应生成四氨基合铜离子 [Cu(NH3)4]2+,D项错误。

4.(2019·广东深圳调研)用CuCl2·2H2O晶体制取无水CuCl2的实验装置如图所示,下列说法错误的是(　D　)

A.通入HCl可以抑制CuCl2的水解

B.先滴入浓硫酸,再点燃c处酒精灯

C.硬质玻璃管内部右侧会出现白雾

D.装置d中上层为苯,下层为NaOH溶液

解析:通入HCl抑制Cu2+水解,故A正确;先滴入浓硫酸,促使HCl挥发出来,再点燃c处酒精灯,故B正确;硬质玻璃管内部HCl遇水蒸气出现白雾,故C正确;若上层为苯,下层为NaOH溶液,装置d中会发生倒吸,应上层为NaOH溶液,下层为四氯化碳,故D错误。

知识点二　镁、铝及其化合物

一、镁及其化合物性质

1.镁的性质

(1)物理性质:具有银白色金属光泽的固体,密度、硬度均较小,熔点较低,有良好的导电、传热和延展性。

(2)化学性质:

①与非金属反应

a.与N2反应:3Mg+N2Mg3N2;

b.与O2反应:2Mg+O22MgO(产生耀眼白光);

c.与Cl2反应:Mg+Cl2MgCl2。

②与CO2反应:2Mg+CO22MgO+C。

③与H2O反应:Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑。

④与H+反应:Mg+2H+Mg2++H2↑。

2.镁的用途及制取

(1)镁的用途

(2)工业制取

工业电解MgCl2得到镁:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。

3.海水提镁工艺

(1)流程

(2)步骤及主要反应

[名师点拨] (1)因镁在高温下能与O2、N2、CO2等气体发生反应,故工业电解MgCl2得到的镁,应在H2氛围中冷却。

(2)氧化镁熔、沸点高,可作耐火材料。

(3)MgCl2·6H2O加热脱水制无水氯化镁时,为了防止MgCl2水解生成Mg(OH)2,

Mg(OH)2加热分解得到MgO,需在HCl气流中加热。

二、铝及其化合物性质

1.铝的单质

(1)铝的原子结构与物理性质

(2)铝的化学性质(写出化学方程式)

(3)铝热反应

(4)制备与用途

①工业制取方法:2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。

②用途:纯铝用作导线,铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。

[名师点拨] (1)铝的化学性质活泼,但在日常生活中广泛使用的铝制品由于形成一层致密的氧化膜,保护铝不再被氧化,通常具有较好的抗腐蚀性能。

(2)常温下,能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是两者能使铝发生“钝化”,而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。

(3)能与铝反应产生氢气的溶液可能呈强酸性也可能呈强碱性。

2.铝的重要化合物

(1)氧化铝

(2)氢氧化铝

①物理性质

白色胶状固体,有较强的吸附性。

②化学性质

写出上图标号中有关反应的化学方程式或离子方程式:

a.Al(OH)3+3H+Al3++3H2O;

b.Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]-;

c.2Al(OH)3Al2O3+3H2O。

[名师点拨] (1)Al(OH)3的电离

Al(OH)3

Al(OH)3具有两性,能溶于强酸(如盐酸)、强碱溶液(如NaOH溶液),但不溶于弱酸(如H2CO3)、弱碱溶液(如氨水)。

(2)既能与盐酸反应,又能与NaOH溶液反应的物质有:Al、Al2O3、Al(OH)3,多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3、NaHSO3、NaH2PO4等),弱酸的铵盐(如CH3COONH4等)。

1.(2015·江苏卷)在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C。下列说法正确的是(　C　)

A.元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体

B.Mg、MgO中镁元素微粒的半径:r(Mg2+)>r(Mg)

C.在该反应条件下,Mg的还原性强于C的还原性

D.该反应中化学能全部转化为热能

解析:A选项,元素C还存在足球烯等其他同素异形体,错误;B选项,镁离子比镁原子少一个电子层,其半径也比镁原子的小,错误;C选项,该反应中镁作还原剂,其还原性强于还原产物的还原性,正确;D选项,该反应发光,因此化学能不可能全部转化为热能,错误。

2.(2019·河北承德一中月考)下列有关铝及其化合物的性质说法正确的是

(　A　)

A.Al2O3熔点高,可用作耐高温材料

B.用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热,发现熔化后的液态铝滴落下来,所以金属铝的熔点较低

C.把用砂纸打磨过的铝条放入浓硝酸中,产生红棕色气体

D.把氯化铝溶液滴入浓氢氧化钠溶液中,产生大量白色沉淀

解析:Al2O3熔点非常高,可用作耐高温材料,故A正确;用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热,发现熔化后的液态铝不会滴落下来,因为铝表面生成氧化铝,氧化铝的熔点高,故B错误;常温下,铝单质与浓硝酸发生钝化,生成致密氧化膜阻止反应进一步进行,不会产生红棕色气体,故C错误;把氯化铝溶液滴入浓氢氧化钠溶液中,开始氢氧化钠过量,不会产生白色沉淀,随着反应进行,产生白色沉淀,故D错误。

3.从海水中提取镁的工艺流程可表示如下:

下列说法不正确的是(　B　)

A.用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富

B.步骤⑥电解MgCl2时阴极产生氯气

C.步骤⑤可将晶体置于HCl气体氛围中脱水

D.上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应

解析:电解MgCl2时阳极产生氯气,阴极产生Mg。

4.(2019·河南周口月考)某混合物A,含有KAl(SO4)2、Al2O3和Fe2O3,在一定条件下可实现如图所示的物质之间的变化:

据此回答下列问题:

(1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四步中对于溶液和沉淀的分离采取的方法是　　　　　　 。

(2)根据上述框图反应关系,写出下列B、D所含物质的化学式:固体B　　　　　;沉淀D　　　 　　。

(3)写出①、②、③、④四个反应的化学方程式:

①　                                      ; 

②　                                      ; 

③　                                      ; 

④　                                      。 

解析:(1)溶液和沉淀的分离利用过滤。

(2)由题意可知B为Al2O3,C为Al2O3、Fe2O3,D为Fe2O3,E为K2SO4、(NH4)2SO4。

(3)反应①为Al2O3+2NaOH+3H2O2Na[Al(OH)4],

反应②为2KAl(SO4)2+6NH3·H2OK2SO4+3(NH4)2SO4+2Al(OH)3↓,

反应③为NaAlO2+HCl+H2OAl(OH)3↓+NaCl,

反应④为2Al(OH)3Al2O3+3H2O。

答案:(1)过滤　

(2)Al2O3　Fe2O3　

(3)①Al2O3+2NaOH+3H2O2Na[Al(OH)4]　

②2KAl(SO4)2+6NH3·H2OK2SO4+3(NH4)2SO4+2Al(OH)3↓　

③Na[Al(OH)4]+HClAl(OH)3↓+NaCl+H2O　

④2Al(OH)3Al2O3+3H2O

知识点三　金属通性与金属冶炼

1.金属通性

(1)物理通性

状态→常温下,汞是液体,其余为固体。

　│

色泽→除Cu、Au外,大多数为银白色,不透明,有金属光泽。

　│

三性→良好的导电性、导热性、延展性。

(2)化学通性

①金属元素只有正化合价和0价。

②金属单质只有还原性、无氧化性。

2.金属冶炼

(1)金属在自然界中的存在

(2)金属冶炼的一般步骤

(3)金属冶炼的实质

金属冶炼的过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程,即Mn++ne-M。

(4)金属冶炼方法(用化学方程式表示)

1.下列关于金属元素的叙述正确的是(　D　)

A.金属元素的单质只有还原性,其离子只有氧化性

B.金属元素的单质在常温下均为固体

C.金属元素在不同化合物中化合价均相同

D.大多数金属元素的单质为电的良导体

2.金属的使用是人类拓展自身能力的标志之一。人类利用几种常用金属的先后顺序依次为金、铜、铁、铝,之所以有先后,主要取决于(　C　)

A.金属在地壳中的含量多少 B.金属的熔沸点高低

C.金属的活泼性强弱       D.金属的导电性强弱

3.(2019·湖南衡阳八中月考)金属钾的冶炼可采用如下方法:2KF+CaC2CaF2+2K↑+2C,下列有关说法合理的是(　C　)

A.该反应的氧化剂是KF,氧化产物是K

B.该反应能说明C的还原性大于K

C.电解KF溶液不可能制备金属钾

D.CaC2、CaF2均为离子化合物,且阴、阳离子个数比均为2∶1

解析:该反应中钾元素的化合价由+1价降为0价,被还原,KF为氧化剂,K为还原产物,A不合理;碳元素的化合价由-1价升高到0价,被氧化,CaC2作还原剂,C是氧化产物,该反应的还原剂为CaC2,还原产物为K,不能说明C的还原性大于K,B不合理;电解KF溶液,阳离子H+放电,阴离子OH-放电,不可能制备金属钾,C合理;

CaC2、CaF2均为离子化合物,CaF2中阴、阳离子个数比为2∶1,而CaC2中阴、阳离子个数比为1∶1,D不合理。

4.(2019·山东省实验中学诊断)下列有关金属的工业制法中,正确的是(　B　)

A.制铜:火法炼铜,即将黄铜矿CuFeS2受热分解以获得铜单质

B.制铁:以铁矿石为原料,CO还原得铁

C.制镁:用海水为原料,经一系列过程制得氧化镁固体,H2还原得镁

D.制铝:从铝土矿制得氯化铝固体,再电解熔融的氯化铝得到铝

解析:黄铜矿(CuFeS2)中Fe的化合价为+2价,工业上用黄铜矿冶炼铜的反应为8CuFeS2+21O28Cu+4FeO+2Fe2O3+16SO2,故A错误;工业上常用CO在高温下还原铁矿石炼铁:3CO+Fe2O32Fe+3CO2,故B正确;不能用氢气还原氧化镁制取镁,工业制镁是电解熔融氯化镁:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,故C错误;因为氯化铝是分子晶体,熔融状态下氯化铝不导电,工业制铝是电解熔融的氧化铝:2Al2O3(熔融)

4Al+3O2↑,故D错误。

知识点四　金属材料与复合材料

1.合金

[名师点拨] (1)常温下,多数合金是固体,但钠钾合金是液体。

(2)合金的物理性质相比于成分金属有所改变,但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。

(3)并非所有的金属都能形成合金。因为两种金属必须熔合在一起才能形成合金。若一种金属的熔点大于另一金属的沸点,则两者不能形成合金,如Cu与Na、Fe与Na等不能形成合金。

(4)合金一定是混合物。

2.常见金属材料

(1)重要的黑色金属材料——钢

钢是用量最大、用途最广的合金。

(2)几种有色金属材料

3.复合材料

(1)概念:将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的一种新型

材料。

(2)组成

①基体:在复合材料中起黏结作用。

②增强体:在复合材料中起骨架作用。

(3)分类

①按基体

②按增强体形状

(4)性能:既保持或发展了原来材料的长处,又能弥补原材料的不足。

1.(2019·甘肃兰州一中月考)下列有关金属及其合金的说法不正确的是

(　B　)

A.目前我国流通的硬币是由合金材料制造的

B.生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加

C.镁在空气中燃烧发出耀眼的白光,可用于制作照明弹

D.日用铝制品表面覆盖着氧化膜,对内部金属起保护作用

解析:目前我国流通的硬币是由合金材料制造的,故A正确;生铁含碳量最高,普通钢次之,不锈钢最少,故B不正确;制造照明弹利用了镁燃烧能发出耀眼的白光,故C正确;铝表面覆盖致密的氧化物薄膜,对内部金属起保护作用,故D正确。

2.下列关于合金的说法正确的是(　C　)

①合金至少含两种金属

②合金中元素以化合物形式存在

③合金的熔点比组成成分低

④合金一定是混合物

⑤铁锈是一种铁合金

A.仅①② B.仅②③⑤ 

C.仅③④ D.仅③

解析:合金是指在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的具有金属特性的物质。合金概念有三个特点:一定是混合物;合金中各成分都是以单质形式存在;合金中至少有一种金属。合金中至少有一种金属,还可以有非金属,故①错误;合金中至少有一种金属,各成分都是以单质形式存在,故②错误;多数合金的熔点低于组成它的成分金属,故③正确;合金中含有金属或非金属,合金一定是混合物,故④正确;铁锈的主要成分是氧化铁,不属于合金,故⑤错误。

3.下列关于复合材料的说法正确的是(　D　)

A.将不同性质的材料经简单混合便制成复合材料

B.合金就是复合材料

C.复合材料中的各部分作用相同

D.复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的

解析:复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的,不同于混合物和合金,并不是简单的混合。复合材料的两部分作用是不同的,基体起黏结作用,增强体起骨架作用。

4.某同学设计了如下实验测量m g铜银合金样品中铜的质量分数:

下列说法中不正确的是(　B　)

A.合金的熔点比其成分金属低,通常比成分金属具有更优良的金属特性

B.收集到的V L气体为NO、NO2

C.操作Ⅱ是洗涤

D.根据反应收集到的气体体积可以计算铜和银的质量分数

解析:B项,合金与硝酸反应产生的气体用排水法收集,所得气体成分一定为NO,无NO2,不正确;C项,W g固体为纯净的AgCl,故三步操作依次为过滤、洗涤、烘干,正确;D项,设合金样品中含Cu、Ag的物质的量分别为 x mol、y mol,则

64 g·mol-1×x mol+108 g·mol-1×y mol=m g　①

2x mol+y mol=×3　②

可计算出合金样品中铜和银的质量分数,正确。