2022届高考新教材化学人教版一轮复习学案：第三单元 第3节　金属材料　金属矿物的开发利用

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第3节　金属材料　金属矿物的开发利用

备考要点
素养要求
1.能说明常见金属及其化合物的应用(如金属冶炼等)、对社会的价值、对环境的影响。
2.了解铝、铜及其重要化合物的性质及应用。
3.了解常见金属的活泼性顺序和常见金属的制备方法。
1.宏观辨识与微观探析:认识铝与强酸、强碱的反应及其化合物的两性,理解铝及其化合物的性质。
2.证据推理与模型认知:具有证据意识,能基于证据对金属材料性质提出可能的假设,通过分析推理加以证实,能运用模型解释化学现象,揭示现象的本质和规律。
3.科学探究与创新意识:能对金属的性质提出有探究价值的问题;能从问题和假设出发,确定探究目的,设计探究方案,进行实验探究。


考点一　金属材料与金属矿物的开发和利用
必备知识自主预诊　
知识梳理
1.合金

微点拨①合金是混合物,合金的物理性质相比于成分金属有所改变,但合金中各成分金属的化学性质不变。
②并非所有的金属都能相互形成合金,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.常见金属材料
(1)分类。

(2)常见的合金材料。


③铝合金:密度小,强度高,塑性好,易于加工,具有较强的抗腐蚀能力。
3.金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在。

(2)金属冶炼的实质。
金属的冶炼过程就是把金属从　　　　态还原为　　　　态的过程。即　　　　　　　　　　　　　(写反应通式,用M表示金属)。 
(3)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)。

微点拨①金属冶炼与金属活泼性的关系:

②冶炼Mg时电解熔融MgCl2而不电解熔融MgO,原因是MgO的熔点高,熔融时会耗费更多能源,增加生产成本。
③冶炼Al时只能电解熔融Al2O3而不能电解熔融AlCl3,原因是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。
(4)铝热反应。
实验
原理
Al和某些金属氧化物在高温下进行,反应迅速并放出大量的热,新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离
实验
装置

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
实验
结论
高温下,铝与氧化铁发生反应,放出大量的热,化学方程式为　　　　　　　　　　　 
原理
应用
①可制取熔点较高、活泼性弱于Al的金属,如铁、铬、锰、钨等
②常用于金属焊接,如野外焊接钢轨等

自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)合金中至少含有两种金属元素,不含非金属元素。(　　)
(2)合金中各种元素的含量一定,所以合金是纯净物。(　　)

(3)合金的硬度一般大于成分金属,而熔点一般低于成分金属。(　　)
(4)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时,阴极上依次析出Cu、Fe、Al。(　　)
(5)可以用金属钠置换四氯化钛(TiCl4)溶液中的钛来制取单质钛。(　　)
(6)人类历史上使用铝的时间比铁晚,原因是铝不如铁活泼。(　　)

2.冶炼金属常用以下几种方法:
①热分解法　②以活泼金属Na、Mg等作为还原剂　③以C、CO或H2作为还原剂　④电解法　⑤利用铝热反应原理还原
下列金属各采用哪种方法冶炼最佳(用上述方法的序号填空)。
(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属　　　　　　　　。 
(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属　　　　　　　。 
(3)Hg、Ag等不活泼金属　　　　　　　　。 
(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属　　　　　　　　。 
关键能力考向突破　
考向1　合金的性质及应用
【典例1】(2020福建莆田第七中学期中)明末科学家宋应星出版的《天工开物》中记载了有关“五金”的内容:“……黄金美者,其值去黑铁(生铁)一万六千倍,然使釜、鬵(xín,一种炊具)、斤(这里指菜刀、镰刀、锄头等)、斧不呈效于日用之间……贸迁有无,……”下列解释正确的是(　　)
A.明代使用的釜、鬵一类的炊具都属于青铜合金
B.添加了铬、镍的不锈钢菜刀和农具使用后即使不保养,也不会生锈
C.金属的另一个用途就是铸成钱币作为贸易交往中的流通手段
D.黑铁在空气中发生的腐蚀主要是化学腐蚀
对点演练1下列说法中正确的是(　　)
A.铁是人类最早使用的金属,钢铁属于铁碳合金
B.黑色金属材料及它们的合金是应用最广泛的金属材料
C.金属镁有“国防金属”的美誉,也被誉为“21世纪的金属”
D.铜绿的主要成分是碱式碳酸铜,这是铜在潮湿空气中发生电化学腐蚀的结果
考向2　金属矿物的开发与利用
【典例2】(2020河北邢台月考)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
特别提醒(1)电解法冶炼活泼金属使用的是熔融的金属盐或金属氧化物,而不是盐溶液。
(2)铜除了用热还原法冶炼外,还可以用湿法炼铜或电解法进行冶炼。
对点演练2《五金·铁》中记载:“若造熟铁,则生铁流出时,相连数尺内,低下数寸,筑一方塘,短墙抵之。其铁流入塘内,数人执柳木排立墙上……众人柳棍疾搅,即时炒成熟铁。”以下说法不正确的是(　　)
A.金属冶炼方法由金属活泼性决定
B.熟铁比生铁质地更硬,延展性稍差
C.炒铁是为了降低铁水中的含碳量
D.该法与近代往生铁水中吹空气炼钢异曲同工
考点二　铝及其化合物
必备知识自主预诊　
知识梳理
1.铝的原子结构和在自然界中的存在
铝的原子结构示意图为　　　　　　　　。铝位于元素周期表　　　　　　　　　　　,自然界中的铝全部以　　　　态存在。 
2.铝的性质
(1)物理性质。
铝是　　　　色、具有金属光泽的固体,硬度　　　,具有良好的　　　　　　、导热性和延展性。 

(2)化学性质。

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:
①Al形成致密的氧化膜, 
②　　　　　　　　　　　 
③
④离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　 
⑤ 
3.氧化铝
(1)物理性质:Al2O3是高熔点的氧化物,常作为　　　材料及冶炼　　　　　　的原料。 
(2)化学性质(用离子方程式表示):
两性与强酸反应:　　　　　　　　　　　　　　　。与强碱反应:　　　　　　　　　　　　　　　。
4.氢氧化铝
(1)物理性质:Al(OH)3是难溶于水的白色胶状沉淀,它能吸附水中的　　　　　　,常用于水的净化,并能　　　　　色素。 
(2)化学性质。
①两性与强酸反应:　　　　　　　　　　　　　(写离子方程式,下同)。与强碱反应:　　　　　　　　　　　　　。
②受热分解:化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)制备(用离子方程式表示)。

微点拨(1)Al(OH)3具有两性,能溶于强酸溶液(如盐酸)、强碱溶液(如NaOH溶液),但不溶于弱酸溶液(如H2CO3溶液)、弱碱溶液(如氨水)。
(2)既能与盐酸反应又能与NaOH溶液反应的物质有Al、Al2O3、Al(OH)3、多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3、KHS、KHSO3、NaH2PO4等)及弱碱弱酸盐(如CH3COONH4)等。
(3)用铝盐与碱溶液反应制取Al(OH)3时,采用弱碱溶液氨水而不用强碱溶液。
(4)用偏铝酸盐与酸反应制取Al(OH)3时,一般是向偏铝酸盐溶液中通入CO2,而不使用强酸。
5.Al3+、Al(OH)3、AlO2-之间的转化关系

写出上述转化的离子方程式:
(1)①　; 
②　; 
③　。 
(2)　。 
(3)　。 
(4)　。 
(5)①　; 
②　。 
(6)　。 
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)铝制品在空气中能稳定存在是因为铝不活泼。(　　)
(2)冶炼铝时常用焦炭作为还原剂。(　　)
(3)氢氧化铝可用于中和过多胃酸。(　　)
(4)Al2O3的熔点高,可作为耐高温材料,实验室可用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3固体等。(　　)
(5)常温下不能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸,因它们都具有强氧化性。(　　)
(6)铝与少量NaOH溶液反应得到铝盐,与足量NaOH溶液反应生成偏铝酸盐。(　　)
(7)AlO2-与NH4+在水溶液中因发生相互促进的水解反应不能大量共存。(　　)
(8)Al(s)NaAlO2(aq)Al(OH)3(s)。(　　)
2.(2020江西新余第四中学检测)某化学兴趣小组要在“校园科艺节活动”中使用氢气球表演节目。经过测量,每个氢气球的体积约为1.12 L(已折成标准状况)。
已知兴趣小组采用Al和氢氧化钠溶液反应制取氢气。
(1)若实验需要1 L 2.5 mol·L-1的NaOH溶液,则要用拖盘天平称取NaOH固体　　　 g。配制溶液过程中所需仪器除托盘天平、钥匙、烧杯、玻璃棒外,还需要　　　　　　、　　　　　　(填仪器名称)。 
(2)该化学兴趣小组为了营造气氛,做了惊艳全场的铝热反应(如下图),写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。兴趣小组同学取反应后的“铁块”溶于盐酸,向其中滴加KSCN溶液,发现溶液变红色。出现这种现象的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)若要除去上述所得“铁块”中含有的氧化铝,可选择　　　　　　　　(填试剂名称),所发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。 

关键能力考向突破　
考向1　铝的性质
【典例1】如表中,对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及两者间因果关系的判断,完全正确的是(　　)
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
铝制炊具最好不要盛放酸性或碱性较强的液体食物
因为Al和Al2O3既可以与强酸反应又可以与强碱反应
Ⅰ对,Ⅱ对,
有
B
铝箔在酒精灯火焰上加热熔化但不滴落
铝箔对熔化的铝有较强的吸附作用
Ⅰ对,Ⅱ对,
有
C
海啸使水源发生污染,可用明矾进行消毒和净化
因为明矾水解生成Al(OH)3胶体,具有吸附性
Ⅰ对,Ⅱ错,
无
D
铁或铝制成的槽车可以密封贮运浓硫酸或浓硝酸
因为铁和铝不能与浓硫酸或浓硝酸反应
Ⅰ错,Ⅱ对,
无

对点演练1铝是中学化学学习阶段的一种既能与酸(非氧化性酸)反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属,就铝的这一特殊性质回答下列问题:
(1)等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应,所得H2的体积之比是　　　　　。 
(2)足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸和氢氧化钠溶液中,产生H2的体积之比是　　　。 
(3)足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中,二者产生的H2相等,则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是　　　　　。 
(4)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L-1的盐酸和NaOH溶液,向两烧杯中分别加入等质量的铝粉,反应结束后,测得生成的气体体积比为V(甲)∶V(乙)=1∶2,则加入铝粉的质量为　　　(填字母)。 
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.5.4 g B.3.6 g C.2.7 g D.1.8 g
深度指津(1)铝能与酸溶液反应生成H2和铝盐(含Al3+),但与稀硝酸反应不生成H2,且常温下在浓硝酸、浓硫酸中发生钝化。
(2)铝与强碱溶液反应生成H2和偏铝酸盐(含AlO2-)。
(3)铝与酸或碱溶液反应生成H2的量的计算及比较。
Al与酸、碱反应,实质上都是Al0Al+3,2H+1H02,故Al与酸、碱溶液反应时,Al与H2的物质的量均可利用关系式2Al~3H2进行计算,也可以直接利用电子得失守恒进行计算。
①等质量的铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比为V(H2)HClV(H2)NaOH=1∶1。
②足量的铝分别与含等物质的量HCl和NaOH的溶液反应,产生氢气的体积比为V(H2)HClV(H2)NaOH=1∶3。
③等质量的铝分别与溶质物质的量相等的盐酸和氢氧化钠溶液反应,若产生氢气的体积比为13