专题09 金属与人类文明（期末知识清单）高一化学下学期苏教版

专题09 金属与人类文明 考点01 金属的冶炼方法 1. 金属的存在形式 存在形式 特征 举例 化合态 绝大多数金属以化合态存在于矿石中 赤铁矿（Fe₂O₃）、铝土矿（Al₂O₃） 游离态 少量活动性弱的金属 自然金、自然银 海洋中 离子或矿石形式 Na、Mg、Mn 等 存在规律：金属活动性越强→越倾向于化合态；活动性越弱→越可能以游离态存在 2. 金属冶炼三大方法（按活动性由强到弱） 方法 适用范围 典型反应 电解熔融法 K、Ca、Na、Mg、Al（Al 及之前） 2NaCl(熔融) 2Na + Cl₂↑ MgCl₂(熔融) Mg + Cl₂↑ 2Al₂O₃(熔融) 4Al + 3O₂↑ 高温还原法 Zn~Cu（活动性中等） CuO + H₂ =Δ= Cu + H₂O 2ZnO + C 2Zn + CO₂↑ Fe₂O₃ + 3CO 2Fe + 3CO₂ 热分解法 Hg、Ag（不活泼） 2Ag₂O 4Ag + O₂↑ 2HgO 2Hg + O₂↑ 物理方法 Au、Pt（最不活泼） 淘金、淘洗 常用还原剂：CO、H₂、C、活泼金属（Al） 3. 高炉炼铁（赤铁矿） 项目 内容 原料 铁矿石、焦炭、空气、石灰石 设备 炼铁高炉 ① 焦炭燃烧供热 C + O₂ CO₂ ② 制还原剂 CO C + CO₂ 2CO ③ CO 还原铁矿石（主反应） Fe₂O₃ + 3CO 2Fe + 3CO₂ ④ 石灰石除杂（造渣） CaCO₃ CaO + CO₂↑ CaO + SiO₂ CaSiO₃ 焦炭三大作用：提供热量、制取还原剂 CO、作为生铁的成分 4. 铝热反应 （1）反应方程式：Fe₂O₃ + 2Al 2Fe + Al₂O₃（放出大量热） （2）引发反应：用镁条作引燃剂，镁条剧烈燃烧、发出耀眼白光，纸漏斗下部被烧穿，熔融物落入沙中 （3）铝热剂：铝粉 + 某些难熔金属氧化物（如 V₂O₅、Cr₂O₃、MnO₂、Fe₂O₃） （4）应用： ① 冶炼熔点较高、活动性弱于 Al 的金属（如 V、Cr、Mn） ② 野外焊接钢轨等 5. 从铝土矿中提取铝（工业流程） 铝土矿 →(碱溶) NaAlO₂溶液 →(酸化CO₂) Al(OH)₃ →(灼烧) Al₂O₃ →(电解熔融) Al 步骤 化学方程式 ① 碱溶 Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O ② 酸化（过量 CO₂） NaAlO₂ + CO₂(过量) + 2H₂O = Al(OH)₃↓ + NaHCO₃ ③ 灼烧 2Al(OH)₃ Al₂O₃ + 3H₂O ④ 电解 2Al₂O₃(熔融) 4Al + 3O₂↑（加冰晶石助熔） 【易错点】 （1） 冶炼 Na、Mg、Al 必须用电解熔融法，不能用电解水溶液（水溶液中 H⁺ 先放电）。 （2） 冶炼 Al 必须电解熔融 Al₂O₃，不能用 AlCl₃（AlCl₃ 是共价化合物，熔融态不导电）。 （3） 冶炼 Mg 用熔融 MgCl₂，不用 MgO（MgO 熔点过高，耗能大）。 （4） 铝热反应必须用镁条引燃（KClO₃ 助燃），常温下不反应。 （5） 高炉炼铁的还原剂是 CO，不是 C（C 主要是供热和制 CO）。 （6） 铝热反应产物 Al₂O₃ 与金属单质分层（Al₂O₃ 在上，金属在下）。 （7） 不是所有金属都能用铝热反应冶炼——只能冶炼活动性比 Al 弱的金属。 （8） 电解熔融 NaCl 时阳极得到 Cl₂，不是 O₂（没有 OH⁻）。 考点02 探究铁及其化合物的转化 一、Fe²⁺ 和 Fe³⁺ 的检验 1. 三种检验方法对比表 方法 Fe²⁺ Fe³⁺ 观察法 溶液呈浅绿色 溶液呈棕黄色 NaOH 法 先白色沉淀→灰绿色→红褐色 直接产生红褐色沉淀 KSCN 法 加 KSCN 无变化，再加氯水变血红色 加 KSCN 直接变血红色 2. 关键反应方程式 FeCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓（白） + 2NaCl 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃（白→灰绿→红褐） FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓（红褐） + 3NaCl Fe³⁺ + 3SCN⁻ = Fe(SCN)₃（血红色溶液，不是沉淀） 二、Fe²⁺ 与 Fe³⁺ 的相互转化 1. 核心反应 转化 离子方程式 Fe²⁺ → Fe³⁺（氧化） 2Fe²⁺ + Cl₂ = 2Fe³⁺ + 2Cl⁻ 2Fe²⁺ + H₂O₂ + 2H⁺ = 2Fe³⁺ + 2H₂O Fe³⁺ → Fe²⁺（还原） 2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺ 2Fe³⁺ + Cu = 2Fe²⁺ + Cu²⁺ 2. 转化应用 应用 原理 配制 Fe²⁺ 溶液 加少量铁粉防止被 O₂ 氧化为 Fe³⁺ 除废水 Fe²⁺ 先氧化为 Fe³⁺，再调 pH 生成 Fe(OH)₃ 红褐色沉淀 印刷电路板（腐蚀铜片） Cu + 2FeCl₃ = 2FeCl₂ + CuCl₂ 三、Fe(OH)₂ 的制备 1. 实验现象 （1）A 试管：白色絮状沉淀 → 灰绿色 → 红褐色 （2）B 试管：白色絮状沉淀（隔绝 O₂） 2. 反应方程式 FeSO₄ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + Na₂SO₄ 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃ 3. 成功制取 Fe(OH)₂ 的三大关键措施 ① 煮沸 NaOH 溶液赶走溶解的 O₂ ② 用铁粉 + 稀 H₂SO₄ 新制 FeSO₄ 溶液 ③ 胶头滴管插入液面以下，再慢慢挤出 NaOH 溶液 四、Fe(OH)₂ 与 Fe(OH)₃ 性质对比 性质 Fe(OH)₂ Fe(OH)₃ 颜色状态 白色固体 红褐色固体 溶解性 难溶于水 难溶于水 酸碱性 弱碱性 弱碱性 稳定性 空气中易被氧化为 Fe(OH)₃ 受热分解：2Fe(OH)₃ =Δ= Fe₂O₃ + 3H₂O 与酸反应 Fe(OH)₂ + 2H⁺ = Fe²⁺ + 2H₂O Fe(OH)₃ + 3H⁺ = Fe³⁺ + 3H₂O 五、铁及其化合物相互转化 序号 离子方程式 ① Fe₂O₃ + 酸 Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 3H₂O ② Fe³⁺ + 碱 Fe³⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓ ③ Fe(OH)₃ + 酸 Fe(OH)₃ + 3H⁺ = Fe³⁺ + 3H₂O ④ Fe + 非氧化性酸 Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑ ⑤ Cl₂ 氧化 Fe²⁺ Cl₂ + 2Fe²⁺ = 2Fe³⁺ + 2Cl⁻ ⑥ Fe 还原 Fe³⁺ Fe + 2Fe³⁺ = 3Fe²⁺ Fe 与不同氧化剂反应产物规律： （1）Fe + 强氧化剂（Cl₂、HNO₃、浓 H₂SO₄热）→ Fe³⁺ （2）Fe + 弱氧化剂（稀 H₂SO₄、稀 HCl、Fe³⁺、Cu²⁺、S）→ Fe²⁺ （3）Fe + S =Δ= FeS（不是 Fe₂S₃） 【易错点】 （1） Fe³⁺ 与 SCN⁻ 反应生成的是血红色溶液 Fe(SCN)₃，不是沉淀。 （2） KSCN 检验 Fe³⁺ 时不能先加氯水（如检验 Fe²⁺ 才需要先加 KSCN 再加氯水）。 （3） Fe(OH)₂ 在空气中颜色变化：白→灰绿→红褐（必背现象）。 （4） 在 Fe²⁺ 溶液中不能含 NO₃⁻ + H⁺（相当于 HNO₃，会氧化 Fe²⁺）。 （5） Fe 与 Cl₂ 反应只生成 FeCl₃（不生成 FeCl₂，因 Cl₂ 是强氧化剂）。 （6） 铁的两种氢氧化物均难溶，但不能用 Fe(OH)₂ 直接由复分解反应制取并保留白色（必须隔绝空气）。 （7） Fe(OH)₃ 受热分解产物是 Fe₂O₃，不是 FeO；Fe(OH)₂ 受热分解产物是 FeO。 （8） 印刷电路板腐蚀剂是 FeCl₃ 溶液（利用 Fe³⁺ 的氧化性，不是 HCl）。 （9） Fe³⁺ 与 I⁻、S²⁻ 不共存（Fe³⁺ 氧化性强于 I₂、S）。 考点03 金属材料的性能及应用 一、金属材料的性能与使用要求对应 使用要求 对应材料性能 力学性能 延展性、硬度、塑性 导热、导电、热稳定 密度、熔点、导电性、导热性等物理性能 接触空气/化学药品 抗氧化性、耐酸碱性等化学性能 加工成型 可铸性、可锻性、切削加工性等工艺性能 二、合金 1. 概念：将两种或两种以上的金属（或金属与非金属）共熔制成的金属材料。 2. 合金的三大性能特点 性能 与组分金属对比 硬度 一般比组成它的纯金属大 熔点 多数低于组分金属 导电性、导热性 一般低于组分金属 3. 常见合金及用途 名称 主要组成 用途/性能 硬铝 Al（Cu、Mg、Mn） 制造飞机、门窗 武德合金 Sn、Bi、Cd、Pb 熔点低，作保险丝 铝锂合金 Al、Li 制造航空飞行器 不锈钢 Fe（Cr） 抗氧化、耐腐蚀 钛合金 Ti 与其他元素 强度高、密度小、耐热性好、易加工、抗腐蚀性强 三、无机非金属材料 1. 传统无机非金属材料（硅酸盐材料）：陶瓷、水泥、玻璃 2. 硅材料 （1）单质硅：导电性介于导体和绝缘体之间，是重要的半导体材料，用于电子工业 （2）工业上利用 SiO₂ 制高纯硅 （3）光导纤维主要成分：SiO₂，用于光纤通信、传送高强度激光 3. 新型陶瓷 类型 功能 代表 结构陶瓷 机械、热、化学功能 氧化铝陶瓷（高温氧化物）、氮化硅陶瓷（高温非氧化物） 功能陶瓷 光、电、磁、化学、生物功能 压电陶瓷（钛酸钡、钛酸铅） 【易错点】 （1） 合金一定含金属元素，可能含非金属元素。 （2） 合金是混合物，不是化合物。 （3） 合金保留各组分金属的化学性质，但物理性质改变（硬度大、熔点低）。 （4） 不锈钢主要含 Fe + Cr（少量 Ni），不是纯铁。 （5） 钛合金被称为"21 世纪金属"，密度小、强度大、耐腐蚀。 （6） 光导纤维主要成分是 SiO₂（二氧化硅），不是单质硅。 （7） 硅是半导体材料，SiO₂ 是光导纤维材料，二者不要混淆。 （8） 普通玻璃主要成分：Na₂SiO₃、CaSiO₃、SiO₂（硅酸盐 + SiO₂ 的混合物）。 / 学科网（北京）股份有限公司 $