第08讲 金属材料（讲）- 2024年高考化学大一轮复习【讲义+练习+专题】

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考纲和考试说明是备考的指南针，认真研究考纲和考试说明，可增强日常复习的针对性和方向性，避免盲目备考，按方抓药，弄清楚高考检测什么，检测的价值取向，高考的命题依据。
2.精练高考真题，明确方向
经过对近几年高考题的横、纵向分析，可以得出以下三点：一是主干知识考查“集中化”，二是基础知识新视角，推陈出新，三是能力考查“综合化”。
3.摸清问题所在，对症下药
要提高后期的备考质量，还要真正了解学生存在的问题，只有如此，复习备考才能更加科学有效。所以，必须加大信息反馈，深入总结学情，明确备考方向，对症开方下药，才能使学生的知识结构更加符合高考立体网络化要求，才能实现基础→能力→分数的转化。
4.切实回归基础，提高能力
复习训练的步骤包括强化基础，突破难点，规范作答，总结方法，通过这样的总结，学生印象深刻，应用更加灵活。
第08讲 金属材料
【化学学科素养】
1.宏观辨识与微观探析：认识金属材料的性能和应用，根据金属及其化合物的性质理解常见金属的冶炼原理。
2.科学态度与社会责任：根据金属的冶炼原理及方法，认识开发利用金属矿物应具有可持续性，培养绿色环保意识。
3.科学探究与创新意识：科学领悟铜、铝及其化合物的性质及探究方案并进行实验探究，得出其主要性质。
【必备知识解读】
一、铝镁的性质及应用
1．金属铝的物理性质
银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。
2．金属铝的化学性质
①4Al＋3O2eq \(=====,\s\up7(△))2Al2O3
②2Al＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3
③2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
④2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
3．铝热反应
4.铝的制备和用途
(1)制备原理
电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d5( ))4Al＋3O2↑。
【特别提醒】工业上冶炼Al用电解熔融Al2O3而不用AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融态不导电。
(2)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。
二、铝的重要化合物
1．氧化铝
(1)物理性质：白色固体，难溶于水，熔点很高。
(2)化学性质
与H+反应Al2O3+6H+＝2Al3++3H2O
与强碱反应Al2O3+2OH-＝2AlO2-+H2O
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的电离方程式为
酸式电离：Al(OH)3＋H2O [Al(OH)4]－＋H＋
碱式电离：Al(OH)3Al3＋＋3OH－
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
①Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
②Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－。
③2Al(OH)3eq \(=====,\s\up7(△))Al2O3＋3H2O。
(3)制备
①向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O ===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)。
②Na[Al(OH)4]溶液中通入足量CO2，离子方程式为
[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq \\al(－,3)。
③Na[Al(OH)4]溶液与AlCl3溶液混合：3[Al(OH)4]－＋Al3＋===4Al(OH)3↓。
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＜(填“＜”“>”或“＝”)7。明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中的杂质形成沉淀而净水。
三、铜及其化合物
1．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
2.铜的氧化物和氢氧化物
3.铜盐
(1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，它是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，它受热易分解：Cu2(OH)2CO3eq \(=====,\s\up7(△))2CuO＋H2O＋CO2↑ 。
(2)无水CuSO4是白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为反应产物中是否含水的检验依据，但不适于作干燥剂。CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾，受热易分解：CuSO4·5H2Oeq \(=====,\s\up7(△))CuSO4＋5H2O↑，蓝色晶体受热转化为白色粉末。
(3)铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，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，用来杀灭植物的害虫。
四、合金和金属材料
1．合金
(1)概念：合金是指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。
(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。
①熔点：一般比它的各成分金属的低；
②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。
2．常见金属材料及应用
金属材料—eq \b\lc\[\rc\ (\a\vs4\al\c1(黑色金属材料：铁、铬、锰以及它们的合金,有色金属材料：除黑色金属以外的其他金属及其合金))
(1)重要的黑色金属材料——钢
钢是用量最大、用途最广的合金。
钢eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(碳素钢\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(低碳钢：韧性、焊接性好，强度低,中碳钢：强度高，韧性及加工性好,高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好)),合金钢：具有各种不同的优良性能，用于制不锈钢, 及各种特种钢))
(2)几种有色金属材料
铝及铝合金eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(铝\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(性能：良好的延展性和导电性,用途：制导线)),铝合金\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(性能：密度小、强度高、塑性好、易于成型、, 制造工艺简单、成本低廉,用途：主要用于建筑业、容器和包装业、, 交通运输业、电子行业等))))
铜及铜合金eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(铜\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(性能：良好的导电性和导热性,用途：主要用于电器和电子工业、建筑业)),铜合金：青铜是我国使用最早的合金，常见的, 还有黄铜和白铜))
【归纳总结】合金的组成与性质
(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。合金一定是混合物。
(2)常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。
(3)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
3．应用金属活动顺序表整合金属的性质
【关键能力拓展】
一、铝、镁的化学性质
二、铝与酸或碱反应生成H2的量的关系
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：
①产生H2的物质的量相等。
②消耗H＋、OH－的物质的量之比为n(H＋)∶n(OH－)＝3∶1。
(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：
①消耗Al的物质的量之比为1∶3。
②生成H2的物质的量之比为1∶3。
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：
若产生氢气的体积比为eq \f(1,3)＜eq \f(VHClH2,VNaOHH2)＜1，则必定
①铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。
②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。
三、数形结合与“铝三角”
1．Al3＋、Al(OH)3、[Al(OH)4]－之间的转化关系
(1)①Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)
②Al3＋＋3[Al(OH)4]－===4Al(OH)3↓
③Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
(2)Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
(3)Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－
(4)[Al(OH)4]－＋4H＋===Al3＋＋4H2O
(5)①[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq \\al(－,3)
②[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O
(6)Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－
2．铝三角的应用
(1)选择制备Al(OH)3的最佳途径
①由Al3＋制备Al(OH)3，宜用Al3＋与氨水反应：
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)
②由NaAlO2制备Al(OH)3宜用CO2与AlOeq \\al(－,2)反应：
2H2O＋AlOeq \\al(－,2)＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq \\al(－,3)
③从节约原料角度，由Al制备Al(OH)3，宜用eq \f(1,4)Al制备Al3＋，eq \f(3,4)Al制备AlOeq \\al(－,2)，然后将二者混合：
Al3＋＋3AlOeq \\al(－,2)＋6H2O===4Al(OH)3↓
(2)有关离子共存问题
①与Al3＋不能大量共存的(阴)离子有：OH－、AlOeq \\al(－,2)、HS－、SiOeq \\al(2－,3)、COeq \\al(2－,3)、HCOeq \\al(－,3)、SOeq \\al(2－,3)等。
②与AlOeq \\al(－,2)不能大量共存的(阳)离子有：H＋、Al3＋、NHeq \\al(＋,4)、Fe2＋、Fe3＋等。
③AlOeq \\al(－,2)与HCOeq \\al(－,3)因发生(相对)强酸制弱酸的反应而不能共存。
(3)分析离子反应顺序
①向含有Al3＋、NHeq \\al(＋,4)、H＋的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，反应顺序是：Ⅰ.H＋＋OH－===H2O；Ⅱ.Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓(若先与NHeq \\al(＋,4)反应，则生成的NH3·H2O又使Al3＋沉淀且生成NHeq \\al(＋,4))；Ⅲ.NHeq \\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O[若先溶解Al(OH)3，则产生的AlOeq \\al(－,2)又与NHeq \\al(＋,4)反应生成沉淀]；Ⅳ.Al(OH)3＋OH－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O。
②向含有AlOeq \\al(－,2)、COeq \\al(2－,3)、OH－的混合溶液中逐滴加入盐酸，反应顺序是：Ⅰ.OH－＋H＋===H2O；Ⅱ.AlOeq \\al(－,2)＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓(AlOeq \\al(－,2)比COeq \\al(2－,3)先反应)；Ⅲ.COeq \\al(2－,3)＋H＋===HCOeq \\al(－,3)；Ⅳ.HCOeq \\al(－,3)＋H＋===CO2↑＋H2O[HCOeq \\al(－,3)比Al(OH)3先反应]；Ⅴ.Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
四、金属活动顺序与金属冶炼的关系
①热分解法：适用于不活泼的金属，如Hg和Ag。由HgO冶炼Hg的化学方程式：2HgOeq \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；由Ag2O冶炼Ag的化学方程式：2Ag2Oeq \(=====,\s\up7(△))4Ag＋O2↑。
②热还原法：用还原剂(C、CO、H2、Al等)还原金属氧化物，适合较活泼的金属。
完成冶炼铁、锌、钨的化学方程式：
a．CO还原Fe3O4：Fe3O4＋4COeq \(=====,\s\up7(高温))3Fe＋4CO2；
b．C还原ZnO：ZnO＋Ceq \(=====,\s\up7(高温))Zn＋CO↑；
c．H2还原WO3：WO3＋3H2eq \(=====,\s\up7(高温))W＋3H2O。
③电解法：适合冶炼金属活动性很强的金属(一般指在金属活动性顺序中排在锌前面的金属)。
工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑、
MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑、2Al2O3eq \(=====,\s\up7(通电),\s\d5(冰晶石))4Al＋3O2↑。
【方法技巧】有些很活泼的金属也可以用还原法来冶炼，如
Na＋KCleq \(=====,\s\up7(850 ℃))K↑＋NaCl
2RbCl＋Mgeq \(========,\s\up7(700～800 ℃))MgCl2＋2Rb↑等，
主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，汽化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。
五、铝与盐酸、NaOH溶液反应的应用与定量关系
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \\al(－,2)＋3H2↑
（1）等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。
（2）等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为VHCl(H2)∶VNaOH(H2)＝1∶1。
（3）足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为VHCl(H2)∶VNaOH(H2)＝1∶3。
（4）一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为1∶3