专题9 金属与人类文明——【期末复习】高一化学单元复习知识点梳理（苏教版2019必修第二册）

专题9 金属与人类文明

考点1 金属的存在形式

1．金属的存在

（1）在自然界中，只有少量金属以游离态形式存在于地壳中，地球中的大多数金属以化合态形式存在。

（2）金属的存在形式与金属的活动性有关。活动性较强的金属，以各种化合态存在；活动性较弱的金属，有可能以游离态形式存在。

2．常见金属的存在

（1）铁的单质主要存在于陨石中，铁的化合态有赤铁矿（主要成分Fe2O3）、黄铁矿（主要成分FeS2）等。

（2）铝元素存在于铝土矿（主要成分Al2O3）中。

（3）银元素有自然银、辉银矿（Ag2S）、碲银矿（Ag2Te）。

考点2 金属的冶炼

1．金属的冶炼

（1）利用化学反应使金属元素从化合态态变为游离态态的过程称为金属的冶炼。

（2）工业上常用的金属冶炼方法有热分解法、高温还原法、电解法等。

2．金属冶炼的一般方法

（1）电解熔融法：适合冶炼金属活动性较强的金属(一般为金属活动性顺序表中铝及铝前面的金属)。

活泼金属如Na、Mg、Al等一般通过电解法冶炼。

工业上冶炼金属钠的方程式为2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。

工业上冶炼金属镁的方程式为MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。

（2）高温还原剂法：用还原剂(CO、C、H2、Al等)还原金属氧化物，适合冶炼金属活动性顺序表中Zn到Cu之间的大多数金属。

CuO与CO反应的化学方程式为CuO+H2Cu+H2O。

ZnO与焦炭反应的化学方程式为2ZnO+C2Zn+CO2↑。

（3）热分解法：适合于冶炼金属活动性较差的金属。

热分解Ag2O制取Ag：2Ag2O4Ag+O2↑。

热分解HgO制取Hg：2HgO2Hg+O2↑。

在工业上还有一种冶炼方法叫做湿法冶炼。它是利用在溶液中发生的化学反应提取和分离金属的过程。

例如：CuSO4＋Fe=Cu＋FeSO4

考点3 铁的冶炼——高炉炼铁

1．原料和设备

(1)工业上冶炼铁的原料有铁矿石、焦炭、空气、石灰石。

(2)设备：炼铁高炉。

2．工艺流程

(1)反应原理：用还原剂将铁从其化合物中还原出来。

(2)工艺流程：从高炉下方鼓入空气与C反应产生CO2并放出大量的热量；CO2再与灼热的C反应，生成CO；CO在高温下将氧化铁还原为铁。

(3)铁矿石中含有SiO2需除去：石灰石在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙与铁矿石中的二氧化硅等反应生成炉渣，炉渣的密度比铁水小，故浮在铁水上面，从而分离得到铁水。

(4)炼铁的主要化学反应

还原剂的形成：C＋O2CO2，C＋CO22CO。

铁的还原：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。

炉渣的形成：CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2CaSiO3。

4．主要产品

用这种方法炼出来的铁是含碳2%～4.5%的生铁。将生铁进一步炼制，就可以得用途更广泛的钢(含碳0.03%～2%)。

考点4 铝热反应

1．铝热反应

（1）铝热反应：铝粉与某些金属氧化物混合，在高温条件下发生反应，放出大量的热量，该反应叫铝热反应。

（2）铝热剂：铝粉与某些金属氧化物以一定比例形成的混合物叫铝热剂。能与Al组成铝热剂的金属氧化物常见的有Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、MnO2、V2O5等。

（3）应用：工业上常用铝热反应冶炼熔点较高的金属。工业上常用铝与Fe2O3的反应来焊接钢轨。

2．铝与Fe2O3的反应

（1）反应条件：高温，反应通过点燃镁条，镁条与KClO3反应产生高温引发。镁条、KClO3的作用是引燃、助燃作用。

（2）反应方程式：2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3。

3．其他铝热反应

某些金属氧化物如V2O5、Cr2O3、MnO2等也能发生铝热反应。

Al与V2O5反应的化学方程式：10Al＋3V2O56V＋5Al2O3。

5．应用

(1)在生产上，可用于焊接钢轨等。

(2)在冶金工业上用于冶炼难熔金属。

考点5 工业上提取铝

1．从铝土矿中提取铝的工艺流程

（1）碱溶：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O。

（2）酸化：NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3。

（3）灼烧：2Al(OH)3Al2O3+3H2O。

（4）电解：2Al2O34Al+3O2↑。

2．电解铝

电解氧化铝时需要加入冰晶石(Na3AlF6)，其作用是作助熔剂，降低氧化物的熔化温度。

考点6 铁及其化合物的相互转化

1．Fe只具有还原性，可以被氧化剂氧化为Fe2＋、Fe3＋

（1）Fe―→Fe2＋：Fe能被I2、S、Fe3＋、Cu2＋、H＋等较弱氧化剂氧化为Fe2＋。

Fe与S反应的方程式为：Fe＋SFeS；

Fe与Fe3+反应的离子方程式为：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋

（2）Fe―→Fe3＋：Fe能被Cl2、Br2、足量稀HNO3、酸性KMnO4溶液等强氧化剂氧化为Fe3＋。

Fe与Cl2反应的化学方程式为：2Fe＋3Cl22FeCl3

Fe与稀硝酸反应的化学方程式为：Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O

2．Fe2＋既具有氧化性又具有还原性，可以被氧化为Fe3＋，也可以被还原为Fe

Fe2＋Fe3＋

Fe2+与O2在酸性条件下反应的离子方程式为：4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O

Fe2＋与Cl2反应的离子方程式为：2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－

Fe2+与H2O2在酸性条件下反应的离子方程式为：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O

Fe2＋可使酸性KMnO4溶液褪色，离子方程式为：5Fe2＋＋MnO＋8H＋=5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O

3．Fe3＋具有较强氧化性，可被还原为Fe2＋或Fe

Fe3＋具有较强的氧化性，在金属阳离子中氧化性是比较强的，其氧化性强于H＋、Cu2＋等，但弱于Ag＋，强于I2，而弱于Br2。与H2S、S2－、I－、SO等能发生氧化还原反应。

在铁盐溶液中加入Fe，Fe溶解，离子方程式为：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，配制含Fe2+的溶液时，为防止Fe2+被氧化，应采取的措施是往溶液中加入少量铁粉。

用FeCl3溶液腐蚀铜，制作印刷电路板，离子方程式为：2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋

Fe3＋能使淀粉KI试纸变蓝，离子方程式为：2Fe3＋＋2I－= 2Fe2＋＋I2

Fe3＋与H2S反应的离子方程式为：2Fe3＋＋H2S=2Fe2＋＋S↓+2H+

考点7 Fe2＋、Fe3＋的检验

1．观察法：

浅绿色溶液中含有Fe2＋；棕黄色溶液中含有Fe3＋。

2．用NaOH溶液检验：

Fe2＋的检验：向试样中加入NaOH溶液，若产生白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色，则为Fe2＋。

Fe3＋的检验：向试样中加入NaOH溶液，若直接产生红褐色沉淀，则为为Fe3＋。

3．用KSCN溶液检验：

Fe2＋的检验：向试样中滴加KSCN溶液，无明显现象，再加新制氯水溶液变血红色，则为Fe2＋。

Fe3＋的检验：向试样中加KSCN溶液，若溶液变血红色，则为Fe3＋。

考点8 铁的氢氧化物及Fe(OH)2的制备方法

1．铁的氢氧化物

（1）Fe(OH)2：白色絮状物，易被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3，颜色由白色变为灰绿色，最后变为红褐色，化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。

（2）Fe(OH)3：红褐色、难溶于水的固体，在空气中久置会部分失水生成铁锈(Fe2O3·xH2O)，受热易分解，化学方程式为2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O；制取Fe(OH)3用可溶性铁盐与碱反应，离子方程式：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓。

2．制备Fe(OH)2的实验探究

（1）向新制的FeSO4溶液中滴加NaOH溶液。实验现象是开始有白色絮状沉淀生成，沉淀逐步变为灰绿色，在变成红褐色。

解释产生该现象的原因：Fe(OH)2被溶解在溶液中和液面上方的氧气氧化，Fe(OH)2转化为Fe(OH)3的化学方程式为4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3。

（2）用长胶头滴管吸取几滴经煮沸并冷却的的NaOH溶液，将胶头滴管末端伸入FeSO4溶液液面下，慢慢挤出NaOH溶液。实验现象是：有白色絮状沉淀生成。

3．Fe(OH)2的制备

在制备的过程中，要防止Fe(OH)2氧化，常用的方法有：

（1）将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。

（2）将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入盛有亚铁盐溶液的液面下，并慢慢挤出NaOH溶液。

（3）在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。

（4）在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。

考点9 合金及其应用

1．合金的概念

合金是将两种或两种以上的金属（或金属与非金属）共熔，制备出的金属材料。

2．合金的形成条件

(1)金属与金属形成合金时：合金是金属在熔化状态时相互混合形成的，熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点，但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。

(2)金属与非金属形成合金时：部分不活泼非金属与金属可形成合金，活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。

3．合金的组成及性能

(1)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。

(2)合金是混合物，不是化合物。

(3)合金具有金属特性，如导电、导热等。

(4)合金形成后会影响各成分金属的物理性质，如合金的熔点一般比各成分金属低，而硬度、机械强度一般比各成分金属高，导电性和导热性一般低于组分金属。但一般来说各成分金属均保持了其原有的化学性质。

4．常见的合金

考点10 常见的无机非金属材料

1．传统无机非金属材料

又称硅酸盐材料，包括陶瓷、水泥、玻璃。

2．新型无机非金属材料

(1)半导体材料——硅：工业上利用二氧化硅制得高纯度硅。

硅广泛应用于电子工业，如制造集成电路和太阳能电池板。

(2)光导纤维：主要成分是二氧化硅，用来制造通信光缆。