第十一讲 金属材料 课件-2027届高三化学一轮复习

第二章 物质及其变化 第11讲——知识点 金属材料 新人教版 高中化学 2027届 一轮复习 2、铜的存在形式: 黄铜矿:CuFeS2 斑铜矿:Cu5FeS4 辉铜矿:Cu2S 孔雀石:Cu2(OH)2CO3 1、铜元素的存在:游离态和化合态 在自然界中铜大多数主要以化合态存在，主要是辉铜矿(________)、 黄铜矿(__________)和斑铜矿(__________)。铜还以游离态的形式 存在自然铜是一种含铜矿石，成分是________。 铜单质 考点一 铜的性质及应用 一、铜及其化合物 1. 铜元素 基态电子排布式 原子结构示意图 2. 铜单质 2. 1. 物理性质 紫红色固体，具有良好的导热性、导电性（仅次于Ag）和延展性。 铜常用于制作电线，通信设备等。 常见的离子: Cu2+、Cu+ 考点一 铜的性质及应用 29号元素 位于元素周期表的第 周期，第 族。属于 金属元素。 四 ⅠB 过渡 一、铜及其化合物 2. 2. 化学性质 Cu + Cl2 ==== CuCl2 点燃 2Cu + O2 == 2CuO △ 2Cu + S == Cu2S △ (黑色物质) （1）与非金属单质（O2 、 Cl2 、S等）反应 与O2： 与S ： 与Cl2 ： +2 +1 (剧烈反应，产生棕黄色的烟，加水形成蓝绿色的溶液) CuCl2固体 [Cu(H2O)4]2+ 常温： 加热： 2Cu＋O2＋CO2＋H2O = Cu2(OH)2CO3 ( 色固体) 绿 注意：制备CuS CuSO4 + H2S = CuS↓ + H2SO4 （蓝色） (Ksp极小的黑色沉淀、不溶于H2SO4 中) 铜久置潮湿的空气中生成铜锈 [Cu2(OH)2CO3，铜锈、铜绿、孔雀石] 考点一 铜的性质及应用 (还原性) 可用于除CO2中的O2 一、铜及其化合物 a.与浓硫酸共热的化学方程式： b.与硝酸反应的离子方程式： Cu+2H2SO4(浓)==CuSO4+SO2↑+2H2O Cu+4HNO3(浓)= Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀)= 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O （2）与氧化性酸反应 （3）与盐溶液反应 a.与硝酸银溶液：Cu＋2Ag＋ = 2Ag＋Cu2＋； b.与FeCl3溶液： Cu＋2Fe3＋ = 2Fe2＋＋Cu2＋ 注意：后续处理，浓硫酸的稀释，酸入水 考点一 铜的性质及应用 注意： Cu与稀硫酸不反应，但在通入O2或加入双氧水等氧化剂的条件下，Cu可在稀硫酸中逐渐溶解： 2Cu + O2 + 2H2SO4 = 2CuSO4 + 2H2O Cu + H2O2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O 一、铜及其化合物   颜色、状态 类别与水溶性 与酸反应 与酸反应 与H2反应 转化关系   颜色、状态 类别与水溶性 HCl 稀 HNO3 与H2反应 转化关系 氧化铜 CuO 黑色固体 碱性氧化物，不溶于水 CuO＋2H+===Cu2+＋H2O （复分解反应） CuO＋2H+===Cu2+＋H2O （复分解反应） H2＋CuO === Cu＋H2O 4CuO === 2Cu2O＋O2↑ 氧化亚铜 Cu2O 砖红色固体 非碱性氧化物，不溶于水 Cu2O＋2H+===Cu2+＋Cu＋H2O （歧化反应） 3Cu2O＋14H+＋2NO3-===6Cu2+＋2NO↑＋7H2O（氧化还原反应） H2＋Cu2O === 2Cu＋H2O 4CuO === 2Cu2O＋O2↑ 3. 氧化铜和氧化亚铜 +2 +1 高温 考点二 铜的化合物的性质及应用 Cu2O + 4NH3+ H2O →2[Cu(NH3)2]++ 2OH⁻ 2H2O+4[Cu(NH3)2]++O2+8NH3→4[Cu(NH3)4]2++4OH⁻ 一、铜及其化合物 【思考】区别红色物质Cu和Cu2O的方法？ Cu2O＋H2SO4=CuSO4＋Cu＋H2O 试剂： 若固体溶解，溶液由无色变成蓝色，则为Cu2O 若红色固体不溶解，则为Cu 稀硫酸 现象： 考点二 铜的化合物的性质及应用 Cu＋的性质 ①＋1价铜有较强的还原性，易被氧化剂氧化为＋2价。 ②＋1价铜在酸性条件下，易发生歧化反应生成Cu和Cu2＋，如Cu2O中加入稀H2SO4的离子方程式：Cu2O＋2H＋Cu＋Cu2＋＋H2O。 一、铜及其化合物 4. 氢氧化铜 4. 1. 物理性质：蓝色不溶于水的固体。 4. 1. 化学性质及应用 Cu(OH)2 == CuO + H2O △ ①受热分解（是难溶碱的共性） ②与酸反应（弱碱性） Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O ③弱氧化性(能将R—CHO氧化成R-COOH) 新制的Cu(OH)2悬浊液：2ml10%NaOH + 2%CuSO4 4~8滴 考点二 铜的化合物的性质及应用 铜离子沉淀的pH：4.4--6.4 △ RCHO+2Cu(OH)2+NaOH → RCOONa+Cu2O↓+3H2O 配制 一、铜及其化合物 ②受热分解： (1) Cu2(OH)2CO3: 名称为_____________，是铜绿的成分； Cu2(OH)2CO3可看作Cu(OH)2·CuCO3或 2CuO·CO2·H2O 碱式碳酸铜 (2) ① 铜盐溶液有毒，主要是因为Cu2＋作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白 质_______,失去生理活性，因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。 ② 铜盐可用催化过氧化氢分解 变性 Cu2(OH)2CO3 2CuO＋H2O＋CO2↑ ①与酸反应： 5. 铜盐 考点二 铜的化合物的性质及应用 一、铜及其化合物 (4) CuSO4·5H2O 蓝色晶体, 俗称蓝矾、胆矾 (3) 无水CuSO4: 白色粉末(可作为水的检验依据) CuSO4 + 5H2O = CuSO4·5H2O [化学变化] 白色粉末 蓝色晶体 CuSO4·5H2O == CuSO4 + 5H2O △ 胆矾晶体中滴加浓硫酸，晶体变白，体现浓硫酸的 性 CuSO4·5H2O CuSO4 + 5H2O 浓H2SO4 吸水 但不适合作干燥剂 (加热仪器: ) 坩埚 惰性电极电解硫酸铜溶液 2CuSO₄ + 2H₂O ==== 2Cu↓ + O₂↑ + 2H₂SO₄ 电解 恢复原状可加入 CuO或CuCO3， 不可加入Cu(OH)2【CuO+H2O】 或Cu2(OH)2CO3【2CuO·CO2·H2O】 考点二 铜的化合物的性质及应用 二、金属材料及金属矿物的开发利用 考点三 金属材料及其金属矿物的开发利用 二、金属材料及金属矿物的开发利用 考点三 金属材料及其金属矿物的开发利用 一、铜及其化合物 (5) Cu2+（蓝色溶液）的检验： Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2↓ ① 向溶液中滴加NaOH溶液 → 产生蓝色 Cu(OH)2沉淀 ②然后加入浓氨水 →四氨合铜离子(深蓝色)的特征颜色 Cu(OH)2 + 4NH3· H2O =[Cu(NH3)4]2++2OH- + 4H2O (深蓝色) 考点二 铜的化合物的性质及应用 CuCl2：棕黄色固体，浓CuCl2溶液为绿色，加水稀释，平衡逆向移动，CuCl2稀溶液一般为蓝色。 加入乙醇，降低了溶剂极性，根据相似相溶原理，降低离子晶体[Cu(NH3)4]SO4·H2O的溶解性，所以析出深蓝色晶体。 [Cu(NH3)4](OH)2 提供孤电子对：H2O 提供空轨道：Cu2+ 3d9 Cu OH2 H2O H2O H2O 2+ 配体 配位键 配离子 中心离子 配位数＝4 Cu(H2O) 4 2+ 内界 外界 SO42- 4、[Cu(H2O)4]2+ 平面正方形结构 溶液中Cu2＋更稳定 考点二 铜的化合物的性质及应用 铜及其化合物的颜色、状态及溶解性 CuO CuCl CuI CuS 颜色 紫红色有金属光泽 黑色 砖红色 白色 黑色 状态及溶解性 固态，难溶于非氧化性酸，易溶于强氧化性酸 粉末，可溶于酸溶液 固体，难溶于水， 可溶于酸溶液 (生成和 粉末，难溶于水 粉末，难溶于水及非氧化性强酸 物质 颜色 白色 蓝色 绿色 蓝色 深蓝色 状态及溶解性 粉末，易溶于水水溶液呈蓝色 晶体 粉末，难溶于水可溶于酸溶液 难溶于水， 可溶于酸溶液 络合离子，溶于水 得分速记 考点二 铜的化合物的性质及应用 提醒:反应CuSO4+H2S==CuS↓+H2SO4可说明CuS难溶于非氧化性强酸。 考点二 铜的化合物的性质及应用 (8) 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) 无水CuSO4既可检验水蒸气的存在又可作干燥剂。(　　) (3)Cu2O高温下比CuO稳定的原因是Cu2O中Cu＋的3d轨道电子全充满。( ) (4) Cu2O和稀硫酸可发生自身氧化还原反应。(　　) (5) Cu与Fe3＋反应说明Cu的还原性比Fe的强。(　　) (6)Cu(OH)2溶于氨水生成[Cu(NH3)4]2＋。(　　) (7)CuSO4·5H2O呈蓝色是因为存在[Cu(H2O)4]2＋。(　　) × × √ √ × √ √ √ 6.铜的冶炼 (1)火法炼铜 (2)湿法炼铜 (3)生物炼铜 Fe＋Cu2+=Fe2+＋Cu 某些微生物能耐受铜盐的毒性，并能利用空气中的氧气氧化硫化亚铜矿石，然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。 Cu2(OH)2CO3 = 2CuO+CO2↑+H2O CO+CuO = Cu+CO2 Cu2(OH)2CO3+4H+=2Cu2++3H2O+CO2↑ 【还原法炼铜】 (4)电解精炼铜 阳极 阴极 (粗铜) (纯铜) Cu-2e-= Cu2+等 Cu2+ + 2e-= Cu 考点二 铜的化合物的性质及应用 粗铜中铜的含量为99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质 Cu2S+O2 2Cu+SO2 (5) 高温炼铜: 工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜): 考点二 铜的化合物的性质及应用 二、金属材料及金属矿物的开发利用 1. 合金 (1) 定义：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。 低 大 钠、钾合金常温下呈液态，可用于原子反应堆的导热剂。 镁铝合金强度大，硬度也大，可作建筑材料。 考点三 金属材料及其金属矿物的开发利用 合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素 ② 硬度和强度：一般比它的各成分金属的 。 (2) 性能： ① 熔点：一般比它的各成分金属的 ； 并非简单混合而成，若熔沸点相差大则不能熔合成合金 具有金属光泽、良好的导电性、导热性和延展性等 合金的化学性质与组成合金的各成分金属的化学性质相似 （3）合金的结构对性能的影响 纯金属 合金 结构不同 所有原子的大小和形状都是相同的 原子的大小和形状不完全相同 原子的排列十分规整 有规则的层状排列被改变 硬度较小 硬度较大 易滑动 不易滑动 性能不同 考点三 金属材料及其金属矿物的开发利用 冶金工业 除黑色金属以外的其他金属及其合金 黑色金属材料： 铁、铬、锰以及它们的合金 有色金属材料： 轻金属： 重金属： 密度 2. 金属材料 ρ < 4.5 g/cm3 如K、Na、Mg、Al、Ca等 ρ > 4.5 g/cm3 如Fe、Cu、Ba、Ag、Au等 常见金属： 稀有金属： 通常 如Fe、Cu、Al、Mg等 如Mo、Ta、Nb等 黑色金属材料：在常温下易与空气反应生成黑色或深褐色的氧化膜（如铁锈、氧化铬），并非指材料本身是黑色。 2. 1. 分类 考点三 金属材料及其金属矿物的开发利用 二、金属材料及金属矿物的开发利用 ① 中碳钢 低碳钢 高碳钢 2. 2. 几种常见的合金 →钢是用量最大、用途最广的合金。 Fe、C 考点三 金属材料及其金属矿物的开发利用 生铁：2%-4.3% 低碳钢：＜0.3% 中碳钢：0.3%-0.6% 高碳钢：0.6%-2% 二、金属材料及金属矿物的开发利用 ② ③ 青铜 考点三 金属材料及其金属矿物的开发利用 二、金属材料及金属矿物的开发利用 氢气 金属氢化物 ④ 考点三 金属材料及其金属矿物的开发利用 二、金属材料及金属矿物的开发利用 与O2 与H2O 与非氧化性酸 与盐溶液 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt 不 反 应 不 反 应 不 反 应 Au 不 反 应 不 反 应 不 反 应 考点三 金属材料及其金属矿物的开发利用 常温下易被氧化，点燃生成过氧化物或其他复杂氧化物 常温生成氧化膜 加热化合 常温下生成碱和H2 与热水反应 有碱存在 与水反应 与高温 水蒸气反应 不反应 生成盐和H2 不反应 先与水反应，生成的碱再与盐反应 排在前面的金属能把排在后面的金属 从其盐溶液中置换出来 二、金属材料及金属矿物的开发利用 3. 金属冶炼的一般方法及应用 (1) 金属冶炼的实质（用M表示金属) 金属的冶炼过程就是把金属从 态还原为 态的过程，即_______________ 化合 游离 Mn＋＋ne－=M K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 电解法 热还原法 热分解法 物理提取法 (2) 金属冶炼的方法 考点三 金属材料及其金属矿物的开发利用 金属冶炼的一般步骤 方法名称 热分解法 热分解法 热还原法 热还原法 热还原法 电解法 电解法 电解法 方法名称 热分解法 热分解法 CO作还原剂 H2作还原剂 铝热反应 电解法 电解法 电解法 主要反应原理(举例) 2HgO 2Ag2O Fe2O3＋3CO WO3＋3H2 Fe2O3＋2Al 2Al2O3(熔融) MgCl2(熔融) 2NaCl(熔融) 2Hg＋O2↑ 4Ag＋O2↑ 2Fe＋3CO2 W＋3H2O 2Fe＋Al2O3 4Al＋3O2↑ Mg＋Cl2↑ 2Na＋Cl2↑ (高炉炼铁) 考点三 金属材料及其金属矿物的开发利用 Na3AlF6 降低 氧化铝的熔点 二、金属材料及金属矿物的开发利用 【补充】 除了上述常规方法，有些金属还有多种方法冶炼 湿法炼铜:Fe + CuSO4=FeSO4 + Cu 火法炼铜:Cu2S + O2===2Cu + SO2 高温 （1）制备Cu： （2）有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼 Na＋KCl ==== K↑＋NaCl 850℃ 2RbCl＋Mg ======= MgCl2＋2Rb↑ 700-800℃ 原理：高沸点制低沸点物质 考点三 金属材料及其金属矿物的开发利用 请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) 1、合金材料中不可能含有非金属元素。( ) 2、合金的物理性质和化学性质相比于成分金属均发生改变。( ) 3、并非所有的金属都能形成合金。( ) 4、冶炼铝和钠都可以用电解法。( ) 5、所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应。( ) 6、用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物。( ) 7、人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高。( ) 8、合金中的各组分金属元素都是以化合态形式存在。( ) 9、铝合金的熔点比纯铝的高，硬度比纯铝的大。( ) 10、利用MgO和铝粉在高温下发生铝热反应冶炼金属镁。( ) 11、镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料。( ) 1.某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到实验目的的是(　　) A.将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后再加入水，观察硫酸铜溶液的颜色 B.常温下将铜丝伸入盛满Cl2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[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿 D 2、用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案： 【答案】方案(1)：产生污染性气体，且消耗硫酸较多。 方案(2)：消耗能量较多，且步骤复杂。 方案(3)：不产生污染性气体，原料利用率高，节约能源。 因而方案(3)更经济合理。 3、CuSO4是一种重要的化工原料，其制备途径及性质如图所示(假设恰好完全反应)。下列说法正确的是(　　) A.途径①所用混酸中，H2SO4与HNO3的物质的量之比为2∶3 B.1 mol CuSO4在1100℃反应所得混合气体中O2为1mol C.Z只能是葡萄糖 D.相对于途径①③，途径②更好地体现了绿色化学思想 D 2.古代炼丹的五金通常是指金、银、铜、铁、锡。下列说法错误的是 A.用焦炭热还原SnO2可得到Sn B.用H2还原Fe2O3可得到Fe C.Cu2S与过量O2共热产物中只含Cu D.Ag2O直接热分解可得到Ag 3、下列有关金属的工业制法说法中正确的是（　B　） A. 制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液 B. 制铁：以铁矿石为原料，CO还原得铁 C. 制镁：以海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得镁 D. 制铝：从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝 B √ 4、钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为TiO2,含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料,制备金属钛的工艺流程如下: 下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入Mg冶炼Ti的方法相似的是__________。 A.高炉炼铁 B.电解熔融氯化钠制钠 C.铝热反应制锰 D.氧化汞分解制汞 AC 拓展1.硫酸铜晶体中结晶水n的测定实验[CuSO4·nH2O] CuSO4·nH2O晶体质量=m2-m1 CuSO4质量=m4-m1 水的质量=m2-m4 根据水的物质的量守恒列表达式：×n= 解出： n=