第11讲 金属材料及金属矿物的开发和利用-备战2024年高考化学精准一轮复习讲义

第11讲 金属材料及金属矿物的开发和利用（原卷板） 知识主线： 1．合金 (1)概念：由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)性质：具有金属的性质 (3)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 ①熔点：多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点低 ②硬度：合金的硬度一般它的比各成分金属的硬度大 【注意】 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 ②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，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质 ③并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金 ④合金一定是混合物，没有固定的熔点 ⑤常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体 2．常见的金属材料 (1)金属材料的分类 (2)几种常见的合金 【注意】钢是用量最大，用途最广的合金 3．新型合金 (1)储氢合金：一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。如Ti－Fe合金、La－Ni合金，为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用 (2)其他新型合金：钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域 (3)用途广泛的稀土金属 ①稀土元素 a．镧系元素(57～71号元素)及钇和钪，共17种元素为稀土元素 b．我国拥有丰富的稀土资源，现已查明的世界稀土资源中，80%分布在我国，并且品种齐全 ②用途 a．稀土金属有着广泛的用途，它既可以单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被称为冶金工业的维生素 b．稀土金属可用于制造引火合金、永磁材料、超导材料和发光材料等。稀土金属除广泛应用在冶金、石油化工、材料工业、医药及农业领域外，还逐渐深入到许多现代科技领域 3．金属矿物的开发利用 (1)金属在自然界中的存在形式 ①游离态：化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态的形式存在，如：Au、Ag、Pt、Cu ②化合态：化学性质比较活泼的金属,在自然界中能以化合态的形式存在，如： Al、Na 【注意】少数金属在自然界中能以游离态的形式存在；而大多数的金属在自然界中能以化合态的形式存在 (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 (3)金属冶炼的一般步骤 (4)金属冶炼方法——根据金属的活泼性 ①物理提取法：Au、Pt在自然界中主要以游离态存在 ②热分解法：适于冶炼金属活动性顺序表中位置靠后的不活泼的金属；像汞、银等不活泼金属，它们在金属活动性顺序表中位于氢的后面，其阳离子得到电子的能力很强，所以其还原条件也较容易达到。它们的氧化物受热就能分解得到单质。适用范围是不活泼的金属Hg和Ag 2HgO2Hg＋O2↑、2Ag2O4Ag＋O2↑ ③热还原法：适用于冶炼位于金属活动性顺序表中部的金属；常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气、活泼金属(如：铝)等，多数金属的冶炼过程属于热还原法。适用范围是较活泼的金属 Zn～Cu a．焦炭还原法：2PbO＋C2Pb＋CO2↑、C＋2ZnO2Zn＋CO2↑ b．一氧化碳还原法：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2 (高炉炼铁) c．氢气还原法：WO3＋3H2W＋3H2O d．活泼金属还原法(铝热反应)：2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr 10Al＋3V2O56V＋5Al2O3 ④电解法：位于金属活动性顺序表中氢前面的钾、钠、钙、镁、铝等几种金属的还原性很强，这些金属单质都很容易失去电子，而其对应的阳离子则氧化性很弱，很难得到电子，因此用一般的方法和一般的还原剂很难使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。适用范围是活泼的金属 K～Al 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑、MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 、2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 【注意】 ①工业上冶炼镁是电解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔点比MgCl2的高 ②冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电。加入冰晶石(Na3AlF6)的 目的是降低Al2O3的熔化温度 ③金属的活泼性与冶炼方法的关系： ④金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其阳离子越容易被还原，金属的位置越靠前，其阳离子越难被还原 铍及其化合物 1．铍(Be) (1)物理性质：铍金属为钢灰色或灰白色，熔点1283℃