2026届高三化学一轮复习知识点——专题七金属材料

高三化学一轮复习知识点 专题七 金属材料 考点一：镁及其化合物 （一）镁的原子结构与存在 1、镁元素以 化合态存在于地壳和海水中，海水中镁的总储量约达1.8×1015吨。 2、镁的原子结构 镁位于第三周期第IIA族，原子结构示意图为，价电子排布式为3s2。 （二）镁的性质 1、镁的物理性质 银白色有金属光泽的固体，有良好的导电性和导热性，硬度小，熔点低，强度高，镁合金被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。 2、镁的化学性质 (1)与非金属单质反应（O2、Cl2、N2） ①与氧气反应 a．镁与氧气反应：2Mg＋O22MgO，实验现象：镁在氧气中燃烧产生耀眼的白光，可用做照明弹 b．常温下，镁在空气中形成一层致密的氧化膜，防止内部金属继续被氧化，镁有很强的抗腐蚀性。 ②镁与氯气反应：Mg＋Cl2MgCl2 ③镁与氮气反应：3Mg＋N2Mg3N2 Mg3N2能与水剧烈反应，Mg3N2＋6H2O===3Mg（OH）2↓＋2NH3 ，所以只能在干态下制取 Mg3N2。 (2)与水反应：Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑，镁在冷水和沸水中均缓慢反应。 (3)与酸反应 ①与非氧化性酸反应（稀硫酸和浓、稀盐酸） 镁与酸反应：Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑ ②与氧化性酸反应（浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸） 镁与浓硝酸反应：Mg＋4HNO3（浓）===Mg(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O， 镁与稀硝酸反应：3Mg＋8HNO3（稀）===3Mg(NO3)2＋2NO↑＋4H2O (4)与氧化物反应 镁与二氧化碳反应：2Mg＋CO22MgO＋C，实验现象：剧烈燃烧，生成白色粉末和黑色固体 镁着火不能用泡沫灭火器灭火。 注意：镁条在空气中燃烧可能发生Mg与O2、N2、CO2三种气体的反应，等质量的镁分别在O2、N2、CO2中完全燃烧，增加的质量由大到小的顺序是：CO2＞O2＞N2。 (5)与盐溶液反应 镁与铵盐等显酸性的盐溶液反应生成H2，Mg + 2NH4Cl + 2H2O === MgCl2 + 2NH3·H2O + H2↑ 3、工业制镁 (1)电解法制镁——电解熔融氯化镁 MgCl2 (熔融)Mg＋Cl2↑ 金属冶炼的规律： 镁在高温下能与O2、N2、CO2等气体发生反应，所以工业电解熔融MgCl2得到的镁，应在H2氛围中冷却。 用途：镁可用于制造合金。 (2)从海水中提取镁的流程： ①制石灰乳：CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2。 ②沉淀Mg2＋：Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋Ca2＋。 ③制备MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O、MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O。 ④电解MgCl2：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。 注意：MgCl2·6H2O在HCl气流中加热，得到无水MgCl2，防止Mg2+水解。 （三）镁的氧化物——氧化镁MgO 1、物理性质：白色粉末状固体，难溶于水，密度小，熔点高，可做耐高温材料。 2、化学性质——碱性氧化物 (1)与水反应：MgO+H2O===Mg（OH）2，将研磨极细的氧化镁粉末与沸水，并剧烈搅拌才能看到现象 (2)与酸反应：MgO＋2H＋===Mg2＋＋H2O (3)与碱不反应 3、用途：制造耐火、耐高温器材。 4、工业制备——煅烧碳酸镁 MgCO3MgO＋CO2↑ （四）镁的氢氧化物——氢氧化镁Mg(OH)2 1、物理性质：白色固体，难溶于水的中强碱，能使酚酞试液变为浅红色。 2、化学性质 (1)与酸反应：Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O (2)受热分解：MgCO3 MgO＋CO2↑ (3)沉淀溶解平衡，Mg(OH)₂(s) ⇌ Mg²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) Mg（OH）2比MgCO3更难溶： MgCO3(s) + 2OH⁻(aq)⇌ Mg(OH)₂(s) + CO32-(aq) 碳酸镁水解生成氢氧化镁：MgCO3＋H2OMg(OH)2＋CO2↑，水垢的主要成分是Mg(OH)2，而不是MgCO3。 (4)Mg（OH）2可溶于浓NH4Cl等盐溶液：Mg(OH)₂ ＋ 2NH₄⁺ ===2NH₃•H₂O ＋ Mg²⁺ （五）镁盐——氯化镁 工业制镁的原料，存在于海水晒盐后留下的苦卤、光卤石（KCl·MgCl2·6H2O）中，与强碱（NaOH）、弱碱（NH3·H2O）及大多数盐（Na2CO3）反应均生成Mg（OH）2或镁盐沉淀。 氯化镁与氢氧化钠反应：MgCl2＋2NaOH===Mg﹙OH﹚2↓＋2NaCl 氯化镁与氨水反应：2NH3·H2O ＋ MgCl2 === Mg(OH)2↓ ＋ 2NH4Cl 氯化镁与碳酸钠反应：MgCl2＋Na2CO3===MgCO3↓＋2NaCl 考点二：铝及其化合物 （一）铝的原子结构与存在 1、铝以 化合态存在于铝土矿中，是地壳中含量最多的金属元素，铝元素占地壳总量的7.45%。 2、铝的原子结构 铝位于第三周期第ⅢA族，原子结构示意图为，价电子排布式为3s23p1。 电负性：Mg＜Al，第一电离能：I1（Mg）＞I1（Al） （二）铝的性质 1、铝的物理性质 银白色、有金属光泽的固体，有良好的导电性、导热性和延展性，硬度较小（硬度Mg＜Al，镁很软，铝较软），熔点低（熔沸点Mg＜Al，镁的金属键比铝的金属键弱，密度ρMg＜ρAl）。 原因：金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强。金属键越强，硬度越大，熔点越高，金属键越强，越难失电子，金属性越差 2、铝的化学性质 (1)与非金属单质反应（O2、Cl2、S） ①铝与氧气反应 a．铝与氧气反应：4Al+3O22Al2O3，实验现象：铝箔熔化，失去光泽，但熔化的铝并不滴落 原因：生成的Al2O3熔点很高（2050℃，Al熔点660℃），像“网兜”一样兜着熔融的铝，使其不会滴落。 打磨过的铝箔也会很快生成新的氧化膜。 b．常温下，镁、铝在空气中形成一层致密的氧化膜，阻止内部金属继续被氧化，所以镁、铝在空气中能稳定存在，具有很强的抗腐蚀性。 ②铝与氯气反应：2Al+3Cl22AlCl3 ③铝与硫反应：2Al + 3S Al2S3，Al2S3在水中发生双水解，Al2S3＋6H2O===2Al（OH）3↓＋3H2S ↑，所以只能在干态下制取 Al2S3。 (2)铝与水反应 2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑，铝在冷水中基本不反应，在沸水中缓慢反应。 (3)与酸反应 ①与非氧化性酸反应（稀硫酸和浓、稀盐酸） 铝与酸反应：2Al+6H+===2Al3++3H2↑ ②与氧化性酸反应（浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸） 常温下，铝、铁在冷的浓硫酸或浓硝酸中钝化，属于化学变化。常温下，用铝容器盛放浓硫酸、浓硝酸 铝与稀硝酸反应：Al+4HNO3===Al(NO3)3+NO↑+2H2O (4)与强碱溶液反应——铝的两性，可用来区分铝与其他金属 铝与氢氧化钠溶液反应：2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑或2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。 H2O是氧化剂，NaOH既不是氧化剂也不是还原剂 实质：铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al(OH)3，然后Al(OH)3再与NaOH反应生成H2O和NaAlO2或Na[Al(OH)4]。 如何除去镁粉中的铝粉——加入氢氧化钠溶液，过滤 总结：①用铝箔包住钠放入水中，钠与水反应生成的NaOH可以与铝继续反应，则生成的H2是二者之和。 ②等物质的量的铝与足量的盐酸、NaOH溶液反应，产生H2的物质的量之比为1:1 ③等物质的量的盐酸、NaOH溶液与足量的铝反应，产生的H2物质的量之比为1:3 (5)与氧化物反应——铝热反应 铝与氧化铁反应：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3，实验现象：①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。 应用：①制取熔点较高、活动性比Al弱的金属，如铁、铬、锰、钨等。 如MnO2与Al反应：3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3。 ②金属焊接，如野外焊接钢轨等。 注意：铝热反应是在高温状态下进行的置换反应，铝只能与金属活动性顺序表中后面的金属氧化物反应。铝不能与MgO反应，铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。 (6)与盐溶液反应 铝与Cu2+、Hg2+等的盐溶液反应：2Al+3Cu²⁺===2Al³⁺+3Cu 3、工业制铝 (1)电解法制铝——电解熔融氧化铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 电解熔融的Al2O3冶炼金属铝时加入冰晶石(六氟合铝酸钠Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。 用途：铝用于制造合金、导线、电缆、防锈油漆、食品包装等，铝合金制造汽车、飞机、生活用品等。 (2)工业制备——从铝土矿提纯Al2O3(碱溶法)的工艺流程 铝土矿的主要成分是Al2O3(还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质)，冶炼金属铝首先要提纯Al2O3。 2Al(OH)3Al2O3＋3H2O、2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 （三）铝的氧化物——氧化铝 Al2O3 1、物理性质： 白色难溶于水的固体，硬度大，熔点很高（2050℃），可作耐火材料，如坩埚、耐火管等。α-Al2O3又称刚玉，是共价晶体，纯净的刚玉为无色，掺有金属铬的刚玉称为红宝石，含有Fe2+、Fe3+和Ti的是蓝宝石，蓝色或无色的刚玉归为蓝宝石。 2、化学性质——两性氧化物 氧化铝是两性氧化物，既能与强酸反应又能与强碱反应。 (1)与酸反应：Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O (2)与NaOH溶液反应：Al2O3+2NaOH+3H2O===2Na[Al(OH)4]或Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O 3、用途：制造耐火、耐高温器材；工业冶炼铝。 （四）铝的氢氧化物——氢氧化铝Al(OH)3 1、物理性质：难溶的白色胶状固体，不能使酚酞试液变色，有吸附性，能凝聚水中的悬浮物并能吸附色素，可用于净水剂。 2、化学性质 (1)两性氢氧化物 Al(OH)3具有两性，能溶于强酸(如盐酸)、强碱(如NaOH溶液)，但不溶于弱酸(如H2CO3)、弱碱溶液(如氨水)。[但Al(OH)3溶于CH3COOH] 氢氧化铝与强酸反应：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O 氢氧化铝与强碱反应：Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－或Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O Al(OH)3存在酸、碱两式电离，与酸反应时相当于三元碱，与碱反应时相当于一元酸。 总结：中学常见的既能与强酸反应又能与强碱反应的物质 ①两性氧化物如Al2O3 ②两性氢氧化物如Al（OH）3 ③某些单质如Al ④弱酸的铵盐如（NH4）2CO3 ⑤多元弱酸的酸式盐如NaHCO3 ⑥氨基酸，如H2N-COOH等。 两性物质：既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水。Al2O3、Al（OH）3是两性物质，Al、NaHCO3不是两性物质。 (2)受热分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O 3、用途：Al（OH）3用于治疗胃酸过多，是胃舒平（又名复方氢氧化铝片）的有效成分，斯达舒；可用于净水；牙膏中的摩擦剂（Al（OH）3、CaCO3）。 4、Al（OH）3的制备——可溶性铝盐与氨水 硫酸铝与氨水反应：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH ，实验现象：生成白色胶状沉淀 注意：不能用NaOH溶液，因为Al(OH)3溶于强碱，但不溶于弱碱(氨水)，使用氨水容易控制产物。 5、利用Al、Al2O3、Al(OH)3的两性除杂 ①Mg(Al)：加足量NaOH溶液，过滤。 ②Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液，过滤。 ③Mg(OH)2[Al(OH)3]：加足量NaOH溶液，过滤。 ④Mg2＋(Al3＋)：加过量NaOH溶液，过滤，再加相应酸充分溶解。 （五）铝盐 1、明矾KAl（SO4）2·12H2O——复盐 (1)物理性质：无色晶体，可溶于水，Al3＋易水解生成Al（OH）3胶体，Al（OH）3胶体吸附能力强，可以吸附水中悬浮的杂质形成沉淀，使水澄清，明矾具有较好的净水作用，常用的净水剂还有Fe2（SO4）3 明矾净水的原理：Al3＋＋3H2O ⇌ Al(OH)3(胶体)＋3H＋ 注意：明矾净水只能除去水中的悬浮杂质，不能杀菌消毒，与氯气消毒原理不同。 (2)明矾的电离方程式：KAl(SO4)2·12H2O===K＋＋Al3＋＋2SO＋12H2O 复盐：由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的化合物。明矾属于复盐。 (3)化学性质——兼有Al3+、SO42-的性质 Al3+的双水解：Al3+与CO32-、HCO3-、[Al(OH)4]－（或AlO2-）、S2-、HS-、ClO-双水解 油条的传统制作方法是面粉加明矾、食用碱、盐：2AlCl3＋3Na2CO3 +3H2O === 2Al(OH)3↓+3CO2↑＋6NaCl 向明矾溶液中滴加Ba（OH）2溶液： ①当Al3+恰好完全沉淀时，2KAl(SO4)2+3Ba(OH)2===3BaSO4↓+2Al(OH)3↓+K2SO4（此时沉淀的物质的量最大） ②当SO42-完全沉淀时，KAl(SO4) 2+2Ba(OH)2===2BaSO4↓+ K[Al(OH)4]（此时沉淀的质量最大） 2、四羟基合铝酸钠Na[Al(OH)4]（偏铝酸钠NaAlO2） 白色颗粒，易吸湿，极易溶于水，水溶液呈强碱性。 (1)Na[Al(OH)4]与盐酸反应： ①盐酸少量：Na[Al(OH)4] + HCl === Al(OH)3↓+ NaCl + H2O ②盐酸过量：Na[Al(OH)4] + 4HCl === AlCl3↓+ NaCl + 4H2O (2)Na[Al(OH)4]与CO2反应： ①CO2少量：2Na[Al(OH)4] + CO2 === 2Al(OH)3↓+ Na2CO3 + H2O ②CO2过量：Na[Al(OH)4] + CO2 === Al(OH)3↓+ NaHCO3 3、氯化铝 AlCl3是共价化合物，熔化时不电离成离子，不易导电，熔沸点低，可升华，无色透明的晶体或白色微带黄色的结晶性粉末。（BeCl2是共价化合物，CuCl是难溶于水的共价化合物） AlCl3与NaOH反应： ①NaOH少量：AlCl3＋3NaOH===Al(OH)3↓＋3NaCl ②NaOH过量：AlCl3＋4NaOH=== Na[Al(OH)4]＋3NaCl 离子检验： (1)用过量NaOH溶液检验Al3＋的存在。 (2)用过量NaOH溶液鉴别AlCl3溶液和MgCl2溶液。 (3)用互滴法鉴别AlCl3溶液与NaOH溶液或Na[Al(OH)4]溶液与盐酸。 ①向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液，先产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解 ②向NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液，开始无明显现象，后产生白色胶状沉淀 3Na[Al(OH)4] + AlCl3 === 4Al(OH)3↓+ 3NaCl 鉴别溶液AlCl3和NaOH溶液：相互滴加，现象不同 ①向Na[Al(OH)4]溶液中逐滴滴加盐酸，先产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解 ②向盐酸中逐滴滴加Na[Al(OH)4]溶液，开始无明显现象，后产生白色胶状沉淀 鉴别溶液Na[Al(OH)4]和盐酸：相互滴加，现象不同 考点三：铜及其化合物 （一）铜的原子结构与存在 1、常见的铜矿为黄铜矿CuFeS2、孔雀石等 2、铁的原子结构 铜位于第四周期第ⅠB族，原子结构示意图为，价层电子排布式3d104s1。 （二）铜的性质 1、物理性质 紫红色固体有金属光泽，质软，有延展性，有良好的导热、导电性（仅次于银），化学性质不活泼，属于重金属。 2、化学性质 (1)与非金属单质反应（O2、Cl2、S） ①与氧气反应：2Cu + O22CuO，灼热的铜粉可除去N2中的O2。 铜在干燥的空气中很稳定，在潮湿的空气中易腐蚀，生成铜绿（碱式碳酸铜）： 2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。 ②与氯气反应：Cu + Cl2 CuCl2，实验现象：红热的铜丝在氯气中剧烈燃烧， 产生大量棕黄色的烟，溶于水后溶液呈蓝绿色。 ③与硫蒸气加热或高温反应：2Cu＋SCu2S，实验现象：有黑色固体生成 (2)与酸反应（氧化性酸） 铜与浓硫酸反应：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O， 铜与浓硝酸反应：Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O， 铜与稀硝酸反应：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O， 通入氧气时，铜与稀硫酸或稀盐酸反应：2Cu + 2H2SO4（稀）+ O22CuSO4 + 2H2O， (3)与盐溶液反应： ①铜与氯化铁溶液反应（制印刷电路板）：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋ ②铜与硝酸银溶液反应：Cu + 2AgNO3 === Cu(NO3)2 + 2Ag 3、用途：单质铜可以除去某种气体中的氧气，也可以作乙醇催化氧化的催化剂。 （三）铜的氧化物 1、氧化铜CuO——不溶于水的黑色固体 (1)与酸反应：CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O， (2)与H2、CO反应：CuO＋H2Cu＋H2O，CuO+COCu+CO2，灼热的氧化铜可除去CO2中的CO (3)高温下不稳定：4CuO2Cu2O＋O2↑ 2、氧化亚铜 Cu2O——不溶于水的砖红色粉末 (1)与盐酸反应（非氧化性酸）：Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O， (2)与H2反应：Cu2O＋H22Cu＋H2O， （四）铜的氢氧化物——氢氧化铜 Cu(OH)2 1、受热分解：Cu(OH)2CuO＋H2O， 2、弱碱性：与强酸反应：Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O， 3、检验醛基：2CH3CHO + 2Cu(OH)2 + 2NaOH 2CH3COONa + Cu2O↓ + 3H2O 新制氢氧化铜具有弱氧化性，可以用来检验醛基。 4、与氨水反应：Cu(OH)2 + 4NH3•H2O = [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O + 2OH⁻ 注意：氢氧化铜既能溶于酸又能溶于碱（氨水），但它不是两性氢氧化物。 （五）铜盐 1、硫酸铜CuSO4 (1)白色粉末状固体，有强吸水性，硫酸铜溶液呈蓝色，无水硫酸铜遇水变蓝，可用于检验水。 CuSO4·5H2O蓝色晶体，俗称胆矾、蓝矾，受热分解。 注意：CuSO4常用来检验某些气体或液态有机物中微量水的存在，但不能用于除去水。 (2)用氨水检验Cu2+：向硫酸铜溶液中逐滴滴加氨水至过量，先产生蓝色沉淀[Cu(OH)2]，后沉淀溶解生成深蓝色溶液（铜氨络离子）。 2、碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3 绿色固体，是铜绿、孔雀石的主要成分，受热分解，可溶于稀硫酸。 (1)受热易分解：Cu2(OH)2CO32CuO + CO2↑+ H2O， (2)与强酸反应：Cu2(OH)2CO3 + 4H+===2Cu2+ + CO2↑+ 3H2O， 碱式碳酸铜可以认为是Cu（OH）2和CuCO3组成的混合型化合物。 3、其他铜盐 浓CuCl2溶液为绿色，稀CuCl2溶液为蓝色。 CuCl2溶液中存在的平衡： CuCl不溶于水，是共价化合物 CuS、Cu2S均为黑色粉末，难溶于水和非氧化性酸 注意：铜盐是重金属盐，铜盐溶液有毒，使蛋白质变性。因此可将胆矾、熟石灰、水配成波尔多液，用来杀灭植物的病毒。 波尔多液（农药，有杀菌作用）：由约500g CuSO4、500g熟石灰和50kg水配成的天蓝色胶状悬浊液。呈碱性，可对抗“霉叶病”，生成碱式硫酸铜。其杀菌原理是重金属盐使细菌蛋白质变性。 （六）铜的制备和精炼 1、湿法炼铜 中国古代的“湿法冶金”（又名：湿水冶金术）：西汉时期刘安所著《淮南万毕术》中记载有“曾青得到铁则化为铜”其含义是把铁片放入硫酸铜溶液或其它铜盐溶液中，可以置换出单质铜。 反应原理：Fe + CuSO4 ═ FeSO4 + Cu 2、高温炼铜——热还原法 实验室用CO、H2还原CuO：CuO + COCu + CO2 工业用高温冶炼黄铜矿的方法获得粗铜 黄铜矿（CuFeS2）与O2反应生成硫化亚铜：2CuFeS2 + 4O2Cu2S + 2FeO + 3SO2 硫化亚铜与O2反应生成氧化亚铜：2Cu2S + 3O22Cu2O + 2SO2 氧化亚铜与硫化亚铜反应生成铜：2Cu2O + Cu2S6Cu + SO2↑ 3、电解精炼铜——电解法 阳极（粗铜），电极反应： Cu - 2e⁻ = Cu²⁺、Fe - 2e- = Fe2+、Zn - 2e- = Zn2+、Ni - 2e- = Ni2+ 阴极（纯铜），电极反应：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu 电解质溶液：CuSO4 （七）铁、铜混合粉末与FeCl3溶液的反应的分析方法 考点四：金属材料 （一）金属材料及分类 1、金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。一般指纯金属或合金。 注意：金属氧化物，如氧化铝，不属于金属材料。 2、自然界中大约有70多种纯金属，其中常见的有铁、铜、铝、锡、镍、金、银、铅、锌等。 合金有数千种，生产、生活中使用最多的合金是生铁和钢，历史上使用最早的金属是铜。 3、金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。 黑色金属又称钢铁材料，包括铁、铬、锰及其合金。 有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。 特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料，如纳米金属材料、形状记忆合金等。 4、稀土元素包括镧系元素(57～71号元素)及钇和钪，共17种元素。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，稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。 （二）合金及其性质 1、合金的概念 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混合物。 具有金属光泽、具有良好的导电性、导热性和延展性。 注意：并非所有金属都能相互熔合形成合金，若一种金属的熔点高于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。 2、合金的特性： 合金具有金属特性，多数合金的熔点比其成分金属的熔点低，硬度一般比其成分金属的硬度大。 (1)一般情况下，合金比各成分金属的硬度大。 (2)多数合金的熔点一般比各成分金属的低。（但钛、铝、汞的合金熔点高于纯金属） (3)合金的导电性和导热性一般比各成分金属的低。可用来制造高电阻和高热阻材料。 (4)一般来说，合金的物理、化学及机械性能优于各成分金属。 (5)合金的性能可以通过改变添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来调节。 注意： ①合金中各元素均以单质形式存在，互不反应。在合金中各组分元素的化合价都为0价。 ②合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。 ③合金是混合物，因为有固定的组成，所以有固定的熔点。 ④一般来说合金中各成分金属保持了其原有的化学性质。 ⑤合金中各成分的含量影响合金的性能。 ⑥合金的种类远远多于纯金属的种类，用途比纯金属更广泛。 ⑦常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。 3、纯金属与合金的结构比较 合金的形成改变了金属原子有规则的层状排列，原子层之间的相对滑动变得困难，合金的硬度变大。 （三）几种常见的合金 1、铁合金 (1)铁合金的两大类型——生铁和钢 生铁和钢均为铁碳合金，其中钢含碳量低，为0.03%～2%，生铁含碳量高，为2%～4.3%。钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分，可分为碳素钢和合金钢。根据含碳量不同，碳素钢可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢。 (2)生铁和钢的主要组成元素、特性和用途如表所示： 铁合金 主要组成元素 主要特性 主要用途 生铁 Fe、C(2%～4.3% ) 硬而脆，强度大，可铸不可锻 炼钢，制机座、管道等 钢 碳素钢 低碳钢 Fe、C(含碳量低于0.3% ) 韧性、焊接性好，但强度低 制钢板、钢丝和钢管等 中碳钢 Fe、C(含碳量0.3%～0. 6% ) 强度高，韧性及加工性好 制钢轨、车轮和建材等 高碳钢 Fe、C(含碳量高于0.6% ) 硬而脆，热处理后弹性好 制器械、弹簧和刀具等 合金钢 锰钢 Fe、Mn 韧性好，强度高 制钢轨、轴承、钢模和坦克等 硅钢 Fe、Si 导磁性好 制变压器、发电机和电动机中的铁芯等 不锈钢 Fe、Cr、Ni 抗腐蚀性强 制医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体等 超级钢 Fe、Mn、C、Al、V 强度高、延展性好 用于汽车、航空、航天等领域 (3)钢中合金元素的主要作用 合金元素 主要作用 铬(Cr) 增强耐磨性和抗氧化性；增强高温强度；提高高碳钢的耐磨性等 锰(Mn) 防止硫引起的脆性；增强钢的强度和韧性等 钼(Mo) 降低脆性；增强高温强度；提高红热时的硬度和耐磨性等 钨(W) 提高高温时的强度和硬度；增强工具钢的耐磨性等 钴(Co) 提高红热时的硬度和耐磨性；用于制造磁性合金等 镍(Ni) 增强低温时的韧性；改变高铬钢的内部结构等 硅(Si) 提高低合金钢的强度和硬度；增强高温时的抗氧化性等 2、铝合金 (1)纯铝 硬度和强度较小，导电性、导热性及延展性优良，用于制造导线、热交换器、反光器具、铝箔等。 (2)铝合金 ①硬铝，含有Al、Mg、Cu、Si、Mn等（Cu4%，Mg0.5%， Si0.7%，Mn0.5%），密度小，强度、硬度大，具有较强的抗腐蚀能力，用于汽车、飞机、火箭、船舶等制造业。 ②镁铝合金，含有铝、镁、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等，密度小、具有很好的强度、刚性和尺寸稳定性，主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。 ③硅铝合金，含有硅和铝，主要用于航天航空、空间技术和便携式电子器件。 3、铜合金 (1)纯铜呈紫红色，又称紫铜。常用的铜合金分为黄铜、青铜、白铜3大类。 (2)青铜主要含Cu、Sn、Pb，是我国使用最早的合金，至今已有三千多年的历史，比纯铜熔点低，硬度大，用于制青铜器。（越王勾践剑是春秋晚期越国的青铜器。） (3)黄铜主要含Cu、Zn等，黄铜常被用于制造阀门、水管、空调内外机连接管和散热器等。从外观上看和金(Au)相似，常被误认为是黄金，又称药金。 (4)白铜主要含Cu、Ni、Zn等，用于制造精密机械。 4、新型合金 (1)储氢合金 ① ②含义：储氢合金是一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。 ③要求：具有实用价值的储氢合金要求储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快。 ④实例：Ti-Fe合金、La-Ni合金。 (2)其他几种新型合金 合金名称 主要性质 主要用途 钛合金 熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、抗腐蚀性能好等 广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等 耐热合金 高温下具有高的抗氧化性、抗蠕变性与持久强度 主要应用于航空、舰艇、火箭等领域 形状记忆合金 在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前的原始形状 在航空航天领域、临床医疗领域等有着广泛的应用，如宇宙飞船的天线、人造骨骼、心脏修补器、手术缝合线等 考点五：金属冶炼 1、地壳中含量最高的金属元素是铝，其次是铁；绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界，极少数的不活泼金属(如金 、铂等)以游离态的形式存在。 2、金属冶炼的原理： 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(M表示金属)。 3、金属冶炼方法： (1)加热分解法：（制Ag、Hg） 2HgO2Hg＋O2↑ 2Ag2O4Ag＋O2↑ (2)电解法：（制Na、Mg、Al） 2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑ MgCl2(熔融)Mg + Cl2↑ 2Al2O3(熔融)4Al + 3O2↑ 注意：①冶炼Mg时电解熔融MgCl2而不电解熔融MgO，因为MgO的熔点高，熔融时会耗费更多能源，增加生产成本。 ②冶炼Al时只能电解熔融Al2O3而不能电解熔融AlCl3，因为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)热还原法：（制Fe、Cu等） 常用还原剂有焦炭、一氧化碳 、氢气 、铝等。 ①高炉炼铁：CO还原Fe2O3 3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2 ②铝热反应：Al还原Fe2O3 2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3 注意：用热还原法得到的铜，还要经过电解精炼才能得到精铜。 4、金属的冶炼方法与金属活动顺序的规律： 注意：(1)金属活动性越差，其相应的金属阳离子的氧化性越强，越容易被冶炼。 (2)可以用还原法来冶炼某些很活泼的金属，如Na+KClK↑+NaCl， 2RbCl+MgMgCl2+2Rb↑，原理：K、Rb沸点低，气化后离开反应体系，使化学反应正向进行。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$