第9讲 金属材料-【名师大课堂】2025年高考化学艺术生总复习必备（word教师用书）

第9讲　金属材料 考点一　合金及金属材料 合金 (1)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。 [注意]　两种金属若想形成合金，其熔沸点的范围必须有交叉。 (2)合金的通性：熔点一般比其成分金属低；硬度一般比其成分金属高。 (3)常见的合金 合金组成的分析方法 1．定性分析型 形成合金的各种成分的特殊化学性质仍按单一组分的性质（例如铝合金中的铝既能溶于酸又能溶于碱的性质不变，铜能溶于稀硝酸，且硝酸的还原产物为NO气体），一般是将合金酸溶或碱溶，根据反应中的特殊现象或根据溶解后所得溶液继续加沉淀剂产生的现象判断其成分。此类试题常以流程的形式呈现，解答的关键是理清每一步加入的物质和生成物质的成分。 2．定量分析型 定量测定合金的成分常用量气或沉淀两种方法。 (1)定量集气法。 定量集气法是指收集合金中某种物质溶解时所产生的气体的量，应用化学方程式或关系式来判断合金的组成。其原理的关键点是根据某组分的特殊性质（特别是与酸或碱反应能产生气体），其操作要点和注意事项有：保证装置的气密性良好，注意收集气体的读数方法。 (2)沉淀法。 沉淀法测定物质含量是常用的一种方法，采用沉淀法时，涉及的基本实验操作和主要问题有：称量、溶解（溶解试剂）；沉淀（重点是沉淀试剂的选择）；过滤、沉淀洗涤、沉淀的干燥、称量；数据的处理（包括测定结果的误差分析）。 武德合金（由50%铋、25%铅、12.5%锡和12.5%镉制成，熔点为70℃）常用于制作电器保险丝；镁铝合金质优体轻，又不易锈蚀，大量用于航空工业、造船工业，日用化工等领域。下列有关合金的说法错误的是(　C　) A．武德合金常用于制作电器保险丝是因为它的熔点低 B．镁铝合金能全部溶解于过量FeCl3溶液中 C．两种合金的熔点、硬度比镁和铝的熔点、硬度都高 D．商代后期铸造出工艺精湛的后（司）母戊鼎，该鼎属于铜合金制品 （双选）美国普度大学研究开发出一种利用铝镓合金制备氢气的新工艺（工业流程如图所示）。 下列有关该工艺的说法中错误的是(　AC　) A．该过程能量转化的形式只有两种 B．铝镓合金可以循环使用 C．铝镓合金与水的反应属于化合反应 D．总反应式为2H2O===2H2↑＋O2↑ 解析：该过程能量转化的形式有三种，A错误。由所给工业流程图可知B正确。铝镓合金与水反应的实质是铝把水中的H置换出来，属于置换反应，C错误。由图可知该流程的总反应为2H2O===2H2↑＋O2↑，D正确。 考点二　镁及其化合物 1．镁的物理性质 (1)镁：镁是　银白　色有金属光泽的固体，密度较小，硬度较低，有延展性，是电和热的良导体。 (2)镁合金：密度较小，硬度和强度都较大。 2．镁及其化合物的化学性质 物质 主要性质 反应方程式 镁 与O2、N2反应 　2Mg＋O22MgO　（发出耀眼白光）　3Mg＋N2Mg3N2　 与CO2反应 2Mg＋CO22MgO＋C（燃烧，生成白色粉末和黑色固体） 与非氧化性强酸反应 Mg＋2H＋===Mg2+＋H2↑ 与沸水反应 Mg＋2H2OMg(OH)2↓＋H2↑ 氧化镁 碱性氧化物 MgO＋2H＋===Mg2+＋H2O 氢氧 化镁 中强碱 Mg(OH)2＋2H＋===Mg2+＋2H2O 难溶于水 Mg2+＋2OH－===Mg(OH)2↓ 溶解度小 — 由碳酸镁制备Mg(OH)2 MgCO3＋H2OMg(OH)2＋CO2↑ [特别提示]　①Mg在空气中燃烧得到的固体物质主要为MgO和少量Mg3N2及C的混合物。 ②Mg着火后，不可用CO2灭火，应用沙土盖灭。 ③Mg(OH)2为难溶于水的白色沉淀，故常用NaOH溶液检验Mg2+的存在。 ④由于Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小，故水垢的主要成分中含有的是Mg(OH)2，而非MgCO3。 3．镁的用途 镁合金 用于制造火箭、导弹和飞机的部件 镁 制造信号弹和焰火 氧化镁 熔点高，可作耐高温材料 从海水中提取镁 (1)工艺流程。 (2)基本步骤及主要反应。 制熟石灰 CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)2 沉淀 Mg2+＋2OH－===Mg(OH)2↓ 酸化 Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O 蒸发结晶 析出MgCl2·6H2O 脱水 在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁 电解 电解熔融氯化镁制得镁：MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑ （2023·北京卷）一种分解氯化铵实现产物分离的物质转化关系如下，其中b、d代表MgO或Mg(OH)Cl中的一种。下列说法正确的是(　C　) A.a、c分别是HCl、NH3 B.d既可以是MgO，也可以是Mg(OH)Cl C.已知MgCl2为副产物，则通入水蒸气可减少MgCl2的产生 D.等压条件下，反应①、②的反应热之和，小于氯化铵直接分解的反应热 分析：NH4Cl分解的产物是NH3和HCl，分解得到的HCl与MgO反应生成Mg(OH)Cl，Mg(OH)Cl又可以分解得到HCl和MgO，则a为NH3，b为Mg(OH)Cl，c为HCl，d为MgO。 解析：由分析可知，a为NH3，c为HCl，A项错误；d为MgO，B错误；可以水解生成Mg(OH)Cl，通入水蒸气可以减少MgCl2的生成，C正确； 反应①和反应②相加即为氯化铵直接分解的反应，由盖斯定律可知，等压条件下，反应①、反应②的反应热之和等于氯化铵直接分解的反应热，D错误；故选C。 实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示（夹持和加热装置略去）： 下列说法正确的是(　C　) A.装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液 B.若去掉装置C，对产品纯度无影响 C.实验时应先加热装置C，通入一段时间空气后再加热D D.装置E中碱石灰的作用是吸收尾气 解析：要制备氮化镁，需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气，则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸，A错误；若去掉装置C，镁与氧气反应生成氧化镁，对产品纯度有影响，B错误；实验时，应先加热装置C，通入一段时间空气除去氧气，然后再加热装置D，C正确；装置E中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，避免进入D中干扰实验，D错误。 考点三　铝及其化合物 1．铝的用途 纯铝用作导线，　铝合金　用于制造汽车、飞机、生活用品等。 2．氢氧化铝 (1)物理性质。 　白　色胶状不溶于水的固体，有较强的　吸附　性。 (2)化学性质（用化学方程式表示）。 Al(OH)3的电离方程式： 写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式： ①　Al(OH)3＋3H＋===Al3+＋3H2O　； ②　Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O　； ③　2Al(OH)3Al2O3＋3H2O　。 3．常见的铝盐 (1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。 (2)明矾的化学式为　KAl(SO4)2·12H2O　，它是　无　色晶体，　可　溶于水，水溶液pH　<　7（填“＜”“＞”或“＝”）。明矾可以净水，其净水的原理是　Al3+＋3H2O⥫⥬Al(OH)3＋3H＋　，Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水。 从铝土矿中提取金属铝 主要化学反应： 反应①Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O 反应②Al3+＋4OH－（过量NaOH）===AlO＋2H2O 引申：Al3+＋3OH－（少量强碱）===Al(OH)3↓ 反应③AlO＋CO2（足量）＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO 引申：2AlO＋CO2（少量）＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO[无论加多少CO2，Al(OH)3都不会转化为Al3+] 反应④：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O 反应⑤：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O 反应⑥：AlO＋4H＋（少量强酸）===Al3+＋2H2O 引申：AlO＋H＋（少量强酸）＋H2O===Al(OH)3↓ 反应⑦：Al3+＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH[无论加多少NH3·H2O，Al(OH)3都不会转化为AlO] 铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下： 下列说法错误的是(　C　) A.不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料 B.采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率 C.合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2 D.滤液可回收进入吸收塔循环利用 解析：烟气（含HF）通入吸收塔，加入过量的碳酸钠，发生反应Na2CO3＋2HF===2NaF＋H2O＋CO2↑，向合成槽中通入NaAlO2，发生反应6NaF＋NaAlO2＋2CO2===Na3AlF6＋2Na2CO3，过滤得到Na3AlF6和含有Na2CO3的滤液。陶瓷的成分中含有SiO2，SiO2能与烟气中的HF发生反应，因此不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料，故A正确；采用溶液喷淋法可增大反应物的接触面积，提高吸收塔内烟气吸收效率，故B正确；由上述分析可知，合成槽内发生反应6NaF＋NaAlO2＋2CO2===Na3AlF6＋2Na2CO3，产物是Na3AlF6和Na2CO3，故C错误；由上述分析可知，滤液的主要成分为Na2CO3，可进入吸收塔循环利用，故D正确；答案选C。 工业上用铝土矿（主要成分是Al2O3，还含有Fe2O3、SiO2）提取氧化铝作冶炼铝的原料。其中一种提取方法的操作过程如下： 请回答下列问题： (1)请写出甲溶液中通入二氧化碳生成氢氧化铝的离子方程式　AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO　。 (2)沉淀乙是Fe2O3，向其中加入足量盐酸，写出反应的离子方程式　Fe2O3＋6H＋===2Fe3+＋3H2O　，充分反应后过滤，将滤液加热蒸干灼烧，最后可得到红棕色固体，用简要的文字和化学方程式说明这一变化过程　FeCl3＋3H2O⥫⥬Fe(OH)3＋3HCl，加热促进水解．且氯化氢挥发，使平衡右移，生成氢氧化铁，氢氧化铁受热分解，生成氧化铁，2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O　。 解析：(1)该反应为NaAlO2溶液与CO2的反应，离子方程式为AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。(2)沉淀乙中只有Fe2O3与盐酸反应，该反应的离子方程式为Fe2O3＋6H＋===2Fe3+＋3H2O。充分反应过滤后所得滤液为FeCl3与HCl的混合溶液，加热蒸干时FeCl3发生水解反应得到Fe(OH)3，灼烧时Fe(OH)3发生分解反应得到Fe2O3。 考点四　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 ①常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里则会被锈蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的　铜锈　，有关化学方程式：　2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3　。 ②写出下列化学方程式： 铜在空气中加热：　2Cu＋O22CuO　； 铜丝在硫蒸气中反应：　2Cu＋SCu2S　。 2．铜的重要化合物 (1)Cu2(OH)2CO3的名称为　碱式碳酸铜　，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：　Cu2(H)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O　，可溶于稀硫酸，离子方程式：　Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2+＋CO2↑＋3H2O　。 (2)黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O，化学方程式为　4CuO2Cu2O＋O2↑　。 (3)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　CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O　。 (4)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　Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2+＋H2O　。 3．铜及其化合物的应用 (1)铜的精炼：以粗铜为　阳　极，纯铜为　阴　极，CuSO4溶液为电解液进行电解，可将粗铜提纯。 (2)氧化铜与醇反应时作氧化剂，可实现从CuO到Cu的转化。 (3)用新制的氢氧化铜悬浊液来检验醛基，可实现从Cu(OH)2到Cu2O的转化。 (4)Cu2+作为重金属离子能使蛋白质　变性　，可利用此性质来配制农药，如配制波尔多液。 (5)无水CuSO4粉末遇水变蓝的特性检验　水　（或　水蒸气　）的存在。 1．铜及其化合物的性质应用与制备的几种情况： (1)区别红色物质Cu和Cu2O的方法：向红色物质中加入稀硫酸，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu2O，否则为Cu，反应的化学方程式为Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O。 (2)通常利用反应2Cu＋O22CuO除去混合气体中的少量O2。 (3)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。 (4)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。 2．废铜综合利用的常用化工流程 氢化亚铜(CuH)是一难溶物质，可用CuSO4溶液和另一种反应物在40～50 ℃时反应制得。CuH不稳定，易分解；CuH在氯气中能燃烧，跟盐酸反应能产生气体。下列有关推断中错误的是(　C　) A.这里的“另一种反应物”具有还原性 B.CuH可作氧化剂、还原剂 C.CuH＋Cl2===CuCl＋HCl（燃烧） D.CuH＋HCl===CuCl＋H2↑（常温） 解析：Cl2具有强氧化性，与多价态金属反应时，生成最高价态的金属化合物，应为CuCl2，故C项错误。 利用废旧电池铜帽（含Cu、Zn）制取海绵铜(Cu)，并得到硫酸锌溶液的主要流程如图（反应条件已略去）。 已知：2Cu＋2H2SO4＋O22CuSO4＋2H2O，下列说法不正确的是(　C　) A.过程Ⅱ中分离操作的名称为过滤，该操作过程中使用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒 B.溶液A中的溶质有H2SO4、CuSO4、ZnSO4 C.上述流程中加入的物质B为锌，物质D为盐酸 D.A～E中含铜、锌两种元素的物质有A和C 解析：依据框图可知：操作Ⅱ后得到固体和溶液，所以操作Ⅱ为过滤，用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒，A正确；铜与氧气、稀硫酸反应生成硫酸铜，锌与稀硫酸反应生成硫酸锌，所以溶液A中含有溶质硫酸铜、硫酸锌和过量的硫酸，B正确；若上述流程中加入的物质B为锌，物质D为盐酸，则溶液E中含有杂质氯化锌，所以D不能用盐酸，应该用硫酸，C错误；依据分析可知：A为硫酸铜、硫酸锌、稀硫酸，B为锌，C为铜和锌，D为硫酸，E为硫酸锌，所以A～E中含铜、锌两种元素的物质有A和C，D正确。 考点五　金属矿物的开发利用 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 方法名称 主要反应原理（举例） 热分解法 2HgO　2Hg＋O2↑　 2Ag2O4Ag＋O2↑ 热还原法 CO作还原剂 Fe2O3＋3CO　2Fe＋3CO2　（高炉炼铁） H2作还原剂 WO3＋3H2　W＋3H2O　 活泼金属 作还原剂 3MnO2＋4Al　3Mn＋2Al2O3　 电解法 2Al2O3（熔融）　4Al＋3O2↑　 MgCl2（熔融）　Mg＋Cl2↑　 2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑ [注意]　 (1)金属活泼性与冶炼方法的关系： (2)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如Na＋KClK↑＋NaCl、2RbCl＋MgMgCl2＋2Rb↑等，在此主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，气化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。 下列有关物质的工业制备反应错误的是(　D　) A.合成氨：N2＋3H22NH3 B.制HCl：H2＋Cl22HCl C.制粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑ D.冶炼镁：2MgO2Mg＋O2↑ 解析：合成氨工业为氮气和氢气在高温高压、催化剂条件下反应生成氨气，A项正确；工业制备HCl为氢气和氯气在点燃时反应生成HCl，B项正确；工业制备粗硅为石英和焦炭在高温条件下反应生成单质硅和CO，C项正确；工业冶炼镁为电解熔融氯化镁生成镁和氯气，D项错误。 我国古代就掌握了青铜（铜－锡合金）的冶炼、加工技术，制造出许多精美的青铜器；Pb、PbO2是铅蓄电池的电极材料，不同铅化合物一般具有不同颜色，历史上曾广泛用作颜料，下列物质性质与用途具有对应关系的是(　C　) A.石墨能导电，可用作润滑剂 B.单晶硅熔点高，可用作半导体材料 C.青铜比纯铜熔点低、硬度大，古代用青铜铸剑 D.含铅化合物颜色丰富，可用作电极材料 解析：石墨是过渡型晶体，质软，可用作润滑剂，故A错误；单晶硅可用作半导体材料与空穴可传递电子有关，与熔点高无关，故B错误；青铜是铜合金，比纯铜熔点低、硬度大，易于锻造，古代用青铜铸剑，故C正确；含铅化合物可在正极得到电子发生还原反应，所以可用作电极材料，与含铅化合物颜色丰富无关，故D错误；故选C。 学科网（北京）股份有限公司 $$