3.3.1 常见的金属材料 基础知识一课过（Word教师用书）-【创新方案】2025年高考化学一轮总复习（新教材Ⅱ）

大主题整合(三)　常见的金属材料(3课时教学) 课标要求 1.能列举、描述、辨识铜、铝及其化合物的主要性质及应用。 2.知道合金的组成及其主要应用，能根据合金的性质分析生产、生活及环境中的某些常见问题。 3.结合实例认识合金、金属及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质，实现物质的转化。 微课时突破1　基础知识一课过(零散知识系统化，为深化学习奠基) [系统知识] (一)铜的主要性质 1．写出图中标号的化学方程式 (1)2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3。 (2)2Cu＋SCu2S。 2．与氧化性酸反应 (1)与浓硫酸共热的化学方程式： Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。 (2)与稀硝酸反应的离子方程式： 3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。 (3)与浓硝酸反应的离子方程式： Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。 3．与某些盐溶液反应 (1)与硝酸银溶液反应的离子方程式： Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋。 (2)与FeCl3溶液反应的离子方程式： Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。 [注意]　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＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O。 (二)铜的重要化合物的转化与性质　 1．氧化物 CuO 黑色难溶于水的固体，与酸反应，可以用H2、CO、Al还原出Cu Cu2O ①红色难溶于水的固体。 ②与酸反应(H＋)：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。 ③Cu2O遇到HNO3发生氧化反应生成Cu2＋。 ④与H2反应：Cu2O＋H22Cu＋H2O。 ⑤CuO加强热的反应：4CuO2Cu2O＋O2↑ [注意]　①＋1价的铜有较强的还原性，易被氧化剂氧化为＋2价。②利用＋1价铜在酸性条件下发生歧化反应生成Cu和Cu2＋这一原理区别Cu和Cu2O。 2．氢氧化铜 3．铜盐 Cu2(OH)2CO3 名称为碱式碳酸铜，呈绿色，是铜锈的主要成分，受热易分解：Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑ CuSO4 ①CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾。受热或遇浓硫酸，蓝色晶体变为白色粉末。 ②无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水或水蒸气的检验试剂，不能作为干燥剂 铜盐的毒性 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，因此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭侵染植物的病毒 [注意]　反应CuSO4＋H2S===CuS↓＋H2SO4可说明CuS难溶于非氧化性强酸，但不能说明酸性：H2S>H2SO4。 [基点查清] 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)铁、铜在潮湿的空气中均易形成金属氧化物(×) (2)Cu2O和CuO在稀硫酸中反应的原理相同(×) (3)清除铜制品表面的铜绿用稀HNO3(×) (4)铜在潮湿的空气中生成的铜锈为绿色，主要成分为Cu2(OH)2CO3(√) (5)无水硫酸铜可以检验水蒸气的生成，现象是白色变成蓝色(√) (6)常温下将Cu投入浓H2SO4或浓HNO3中均可发生反应生成铜盐(×) 2．(2023·广东湛江统考二模)部分含铜物质的分类与相应铜元素的化合价关系如图所示。下列说法正确的是(　 ) A．a、d均易溶于水 B．b既有氧化性又有还原性 C．常温下，f与单质硫反应生成e D．向固体c中通入H2S气体生成e 解析：选B　a为CuO，d为CuS，二者均为难溶于水的黑色粉末，A错误；b为Cu2O，Cu的化合价为＋1价，处于中间价态，既有氧化性又有还原性，B正确；f是Cu，在常温下不与S反应，需要加热才能反应，C错误；向固体Cu(OH)2中通入H2S气体反应生成CuS，D错误。 3．[双选]某研究小组通过实验探究Cu及其重要化合物的性质，下列操作正确且能达到目的的是(　 ) A．将铜丝插入浓硫酸中加热，反应完后把水加入反应器中，观察硫酸铜溶液的颜色 B．将红热的铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成 C．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体 D．将表面有铜绿的铜器放入稀盐酸中浸泡，除去铜绿 解析：选BD　A项，应将反应后含有浓硫酸的液体倒入盛水的烧杯中，并不断搅拌，错误；B项，加热的铜丝在氯气中燃烧生成CuCl2，正确；C项，CuCl2水解生成的盐酸易挥发，加热蒸干CuCl2溶液得不到无水CuCl2固体，错误；D项，可用稀盐酸或稀硫酸除去铜器表面的铜绿，正确。 4．碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]是一种用途广泛的化工原料，实验室中以废铜屑为原料，制取碱式碳酸铜的流程如图。下列说法错误的是(　 ) A．“加热”步骤可选用水浴加热 B．“酸浸”产生的气体可用NaOH溶液吸收 C．“滤液”中溶质的主要成分为NaNO3 D．可用盐酸和BaCl2溶液检验“滤液”中是否有CO 解析：选B　废铜屑与稀硝酸反应，产生的气体为一氧化氮；过滤除去难溶性滤渣，滤液中含硝酸铜和硝酸，加入碳酸钠溶液加热，生成硝酸钠和铜盐，再加氢氧化钠溶液调节适当pH值，经过一系列反应得到碱式碳酸铜。加热的温度为70 ℃，可选用水浴加热，A正确；酸浸产生的气体为NO，与NaOH溶液不反应，不能用NaOH 溶液吸收，B错误；由分析可知，“滤液”中溶质的主要成分为NaNO3等，C正确；CO的检验是先加氯化钡溶液，产生白色沉淀，再往白色沉淀中加入盐酸，沉淀完全溶解，且产生无色无味气体，D正确。 　　　　　　　　　　　　　　　　 [系统知识] (一)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： (1)具有许多优良的物理、化学或机械性能。 (2)熔点：一般比它的各成分金属的低。 (3)硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。 [注意]　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。③熔、沸点温度范围完全没有重叠的金属不能形成合金，即一种金属还未熔化时，另一种金属已经汽化，则一般不能熔合在一起，如Cu与Na、Fe与Na等不能形成合金。 (二)常见金属材料　 1．分类 2．常见合金材料 (1)铁合金：属于黑色金属材料，是当今用量最大、用途最广泛的合金。 (2)铜合金：包括青铜(主要含Cu、Sn、Pb等，我国使用最早)、黄铜(主要含Cu、Zn等，外观似黄金)、白铜(主要含Cu、Ni、Zn等)。 (3)铝合金：如硬铝。它的密度小，强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。 (4)新型合金：新型储氢材料Ti­Fe合金和La­Ni合金。钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。 [基点查清] 1．(2023·重庆等级考)《重庆市战略性新兴产业发展“十四五”规划(2021－2025年)》涉及的下列物质中，属于金属材料的是(　 ) 解析：选B　重组蛋白为蛋白质，属于有机物；高性能铜箔为金属，属于金属材料；氮化镓半导体属于新型无机非金属材料；聚氨酯树脂为有机合成材料；故B符合题意。 2．下列关于合金的说法错误的是(　 ) A．合金是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 B．镁铝合金的硬度比镁和铝都小 C．在合金中加入适量的稀土金属能大大改善合金的性能 D．青铜、硬铝、钢都是合金 解析：选B　合金的硬度和强度都比成分金属大，镁铝合金的硬度比镁和铝都大，B错误。 3．东汉时期的马踏飞燕充分体现了我国光辉灿烂的古代科技。下列说法错误的是(　 ) A．青铜是我国使用最早的合金，含铜、锡、铅等元素 B．青铜的机械性能优良，硬度和熔点均高于纯铜 C．铜器皿表面的铜绿可用明矾溶液清洗 D．“曾青得铁则化为铜”的过程中发生了置换反应 解析：选B　青铜是以铜为主的合金，还含有锡、铅等元素，A项正确；合金比它的各成分金属的硬度大、熔点低，B项错误；铜绿的主要成分为Cu2(OH)2CO3，明矾[KAl(SO4)2·12H2O]中的Al3＋水解使其溶液显酸性，可清洗铜锈，C项正确；“曾青得铁则化为铜”涉及的反应是Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，该反应属于置换反应，D项正确。 [系统知识] 1．金属在自然界中的存在形式 2．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。 3．金属冶炼的方法(完成有关化学方程式) 电解法 Na 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ Mg MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ Al 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 热还原法 高炉炼铁 Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 铝热反应制铁 2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe 焦炭还原铜 C＋2CuO2Cu＋CO2↑ 热分解法 Hg 2HgO2Hg＋O2↑ Ag 2Ag2O4Ag＋O2↑ [注意]　①冶炼Mg时只能电解MgCl2不能电解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Al2O3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。 [基点查清]　　　　　　　　　　　　　　 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)金属钠的冶炼用电解熔融的NaCl，则金属铝的冶炼也用电解熔融的AlCl3(×) (2)电解饱和食盐水制取钠(×) (3)热还原法制取汞、银(×) (4)铝热反应可用于冶炼高熔点金属，如K、Ca、Cr、Mn等(×) (5)工业电解熔融态的Al2O3制Al时，加冰晶石的主要作用是提高Al的产量(×) (6)将六水合氯化镁晶体在一定条件下加热得到无水氯化镁，电解熔融氯化镁可以得到金属镁(√) 2．下列制备金属单质的方法或原理正确的是(　 ) A．在高温条件下，用H2还原MgO制备单质Mg B．在通电条件下，电解熔融Al2O3制备单质Al C．工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的 D．加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu 解析：选B　Mg的金属活动性强，不能用热还原法制备，而应用电解熔融MgCl2的方法制备；CuO加强热分解生成Cu2O而不是Cu。 3．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用，古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜。现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁。对它们的冶炼方法的分析不正确的是(　 ) A．(Ⅰ)—① B．(Ⅱ)—② C．(Ⅲ)—③ D．(Ⅳ)—④ 解析：选B　(Ⅰ)火烧孔雀石是采用焦炭法冶炼金属铜，对应方法①，故A正确；(Ⅱ)湿法炼铜是采用金属置换法冶炼金属铜，对应方法③，故B错误；(Ⅲ)铝热反应是采用金属置换法冶炼金属，对应方法③，故C正确；(Ⅳ)从光卤石中冶炼金属镁是采用电解熔融氯化镁的方法，对应方法④，故D正确。 大概念知识体系构建 [课时跟踪检测] 1．从日常生活到科技前沿，化学无处不在。下列说法正确的是(　 ) A．分离液态空气制氮气、合成氨、闪电时氮气转化为NO，都属于氮的固定 B．稀土元素被称为“冶金工业的维生素”，其加入钢中后可增加钢的韧性、抗氧化性 C．我国科学家制备的具有高选择性的催化剂InNi3Co0.5/Fe3O4中，金属元素均属于第Ⅷ族 D．用于制造山东舰上舰载机降落拦阻索的特种钢属于新型无机非金属材料 解析：选B　氮的固定是指游离态的氮变为化合态的氮，因此分离液态空气制氮气不属于氮的固定，合成氨、闪电时氮气转化为NO，属于氮的固定，故A错误；稀土元素加入钢中后改变了合金的结构，可增加钢的韧性、抗氧化性，故B正确；Ni、Co、Fe都是第Ⅷ族元素，In是第ⅢA族元素，故C错误；用于制造山东舰上舰载机降落拦阻索的特种钢属于金属材料，故D错误。 2．《天工开物》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，数人执持柳木棍排立墙上……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动性决定 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碳含量 D．该法与近代往生铁水中吹空气炼钢异曲同工 解析：选B　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动性决定，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碳含量，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，都是利用空气中氧气氧化C元素，其原理相同，故D正确。 3．金属的冶炼与生产、生活及国防军事等领域均密切相关。下列有关金属冶炼的原理错误的是(　 ) A．用电解法制取金属钠：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ B．用Na、Mg等活泼金属为还原剂冶炼Ti：2Mg＋TiCl4(熔融)Ti＋2MgCl2 C．用Al作还原剂冶炼金属V：3V2O5＋10Al6V＋5Al2O3 D．用H2作还原剂冶炼金属Ag：Ag2O＋H22Ag＋H2O 解析：选D　电解熔融氯化钠制取金属钠，反应的化学方程式是2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑，故A正确；Na、Mg的活泼性大于Ti，可用Na、Mg等活泼金属为还原剂冶炼Ti，反应的化学方程式是2Mg＋TiCl4(熔融)Ti＋2MgCl2，故B正确；铝的还原性大于钒，用Al作还原剂可以冶炼金属V，反应的化学方程式是3V2O5＋10Al6V＋5Al2O3，故C正确；银是不活泼金属，一般采用加热Ag2O的方法冶炼Ag，故D错误。 4．西汉东方朔所撰的《申异经·中荒经》：“西北有宫，黄铜为墙，题曰地皇之宫”。文中“黄铜”主要成分是铜锌，含少量锡、铅等。下列说法错误的是(　 ) A．铜锈的主要成分为Cu(OH)2，俗称铜绿 B．相关金属元素还原性由强到弱的顺序为Zn>Sn>Pb>Cu C．黄铜制作的高洪太铜锣应保存在干燥处 D．用灼烧法可区别“黄铜”和黄金首饰 解析：选A　潮湿的环境中，Cu和CO2、H2O、O2反应生成Cu2(OH)2CO3而产生铜锈，故A错误；根据金属活动性顺序表可知，金属活动性：Zn>Sn>Pb>Cu，故B正确；潮湿的环境中，Cu和CO2、H2O、O2反应生成Cu2(OH)2CO3而产生铜锈，所以用黄铜制作的高洪太铜锣应置于干燥处保存，故C正确；Cu在加热的条件下和氧气反应生成黑色的CuO，Au在加热条件下和氧气不反应，所以可以采用灼烧的方法区分黄铜和黄金首饰，故D正确。 5．软锰矿主要成分是MnO2，还含有少量的CaO、MgO、CuO等杂质。用软锰矿生产MnSO4晶体的部分工艺流程如图所示。下列说法错误的是(已知：MnF2不溶于水)(　 ) A．可用NaOH溶液检验浸出液中的Fe2＋ B．CaCO3的作用是调节溶液pH C．BaS可除去Cu2＋ D．“深度除杂”中加入MnF2除去Mg2＋和Ca2＋ 解析：选A　第一步加稀H2SO4会使CuO和Fe溶解生成Cu2＋、Fe2＋，加NaOH溶液，铜离子产生蓝色沉淀，亚铁离子产生白色沉淀后变为红褐色，颜色变化不能反映Fe2＋是否存在，A项错误；由题图中加CaCO3沉铁可知此时为调节pH使铁离子转为沉淀，B项正确；加BaS除重金属，溶液中只有Cu2＋是重金属离子，故加入BaS可除去Cu2＋，C项正确；经前面一系列除杂后剩下的Ca2＋和Mg2＋为杂质离子，且CaF2和MgF2均为难溶物，故为不引入新杂质可用MnF2除杂，同时MnF2也为难溶物，不会引入新杂质，D项正确。 6．[双选]氧化亚铜(Cu2O)主要用于船底防污。已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H＋发生反应：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。现将经高温灼烧后的CuO样品投入足量稀硫酸中得到混合溶液，下列有关说法不正确的是(　 ) A．稳定性：Cu2O＞CuO B．样品与酸的反应中，Cu2O既是氧化剂又是还原剂 C．如果溶液中出现蓝色，说明CuO已分解 D．若有14.4 g Cu2O参加反应，则转移电子数为0.2NA 解析：选CD　CuO经高温灼烧生成Cu2O，说明稳定性：Cu2O>CuO，故A正确；反应Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O中，部分Cu元素的化合价从＋1价升高到＋2价，部分降低到0价，则Cu2O既是氧化剂又是还原剂，故B正确；如果溶液中出现蓝色，不能说明CuO已分解，因为CuO与稀硫酸反应后的溶液也呈蓝色，故C错误；反应Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O中，1 mol 氧化亚铜完全反应转移1 mol电子，14.4 g Cu2O物质的量为＝0.1 mol，0.1 mol 氧化亚铜完全反应转移0.1 mol 电子，转移电子数为 0.1NA，故D错误。 7．(2023·湖北等级考)学习小组探究了铜的氧化过程及铜的氧化物的组成。回答下列问题。 (1)铜与浓硝酸反应的装置如图，仪器A的名称为____________，装置B的作用为 ________________________________________________________________________。 (2)铜与过量H2O2反应的探究如下： 实验②中Cu溶解的离子方程式为 ________________________________________________________________________； 产生的气体为______________。比较实验①和②，从氧化还原角度说明H＋的作用： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)用足量NaOH处理实验②新制的溶液得到沉淀X，元素分析表明X为铜的氧化物，提纯干燥后的X在惰性氛围下加热，m g X完全分解为n g黑色氧化物Y，＝。X的化学式为________________________________________________________________________。 (4)取含X粗品0.050 0 g(杂质不参加反应)与过量的酸性KI溶液完全反应后，调节溶液至弱酸性。以淀粉为指示剂，用0.100 0 mol·L－1Na2S2O3标准溶液滴定，滴定终点时消耗Na2S2O3标准溶液15.00 mL(已知：2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2，I2＋2S2O===2I－＋S4O)。标志达到滴定终点的现象是______________________________________________________， 粗品中X的相对含量为________。 解析：(1)仪器A的名称为具支试管；Cu与浓硝酸反应产生的尾气直接用NaOH溶液吸收会引发溶液倒吸，装置B起到安全瓶的作用，防止倒吸。(2)Cu在稀硫酸作用下，被H2O2氧化生成Cu2＋和H2O，溶液变蓝；在Cu2＋作用下，H2O2会被催化分解生成O2。在Na2SO4溶液中H2O2不能氧化Cu，在稀硫酸中H2O2能氧化Cu，说明H＋使得H2O2的氧化性增强。(3)X为铜的氧化物，设X的化学式为CuOx，其在惰性氛围下分解生成的黑色氧化物为CuO：CuOxCuO＋O2↑，则＝，又＝，解得x＝2，则X的化学式为CuO2。(4)CuO2在酸性条件下生成Cu2＋，Cu2＋与KI反应生成I2，I2遇淀粉变蓝，用Na2S2O3标准溶液滴定I2，当滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液时，溶液的蓝色褪去，且半分钟内不恢复，表明I2已完全反应，达到滴定终点。CuO2中Cu为＋2价、O为－1价，结合已知反应可知，CuO2在酸性条件下与KI发生反应2CuO2＋8I－＋8H＋===2CuI↓＋3I2＋4H2O，有关系式： 2CuO2～3I2～6Na2S2O3，则样品中n(CuO2)＝n(Na2S2O3)，m(CuO2)＝ ×96 g＝0.048 g，w(CuO2)＝×100%＝96%。 答案：(1)具支试管　安全瓶(或防倒吸) (2)Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O　O2　增强H2O2的氧化性 (3)CuO2 (4)当滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液时，溶液蓝色刚好褪去，且半分钟内不恢复　96% 学科网（北京）股份有限公司 $$