第三单元第4讲用途广泛的金属材料
解读与阐释
考纲要求权威解读
1.了解常见金属的活动性顺序。
2．了解合金的概念及其重要应用。
3．了解铜及其化合物的主要性质及应用。 常见的考查形式：①常见铁、铜、铝合金的主要应用；②结合基本理论考查金属活动性顺序。
梳理与整合
一、合金
导学诱思
合金一定是金属与金属熔合而成的吗？答：___________________________________
________________________________________________________________________。
教材回归
1．概念
由____或__________________________熔合而成的具有____特性的物质。
2．性质特点
(1)多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点____。
(2)合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度____。
战场上的指路明灯 在电视或电影里，我们经常看到军队作战时，靠信号弹传递消息。信号弹发射后，会发出五颜六色的焰火，你知道这利用的是什么原理吗？其实这些信号弹里装的是普普通通的化学药品 金属盐类。原来，许多金属盐类在高温下能够发射出各种彩色的光芒。例如，硝酸钠与碳酸钠会发出黄光，硝酸镁发出红光，硝酸钡发出绿光，碳酸铜、硫酸铜会发出蓝光，铝粉、铝镁合金会发出白光等，这种现象在化学上叫做焰色反应。 二、常见的金属材料
导学诱思
碳素钢的硬度为什么不同？答：__________________________________________
________________________________________________________________________。
教材回归
金属材料包括______和____，分为________材料和________材料。
1．黑色金属材料 钢铁
钢是用量最大、用途最广的合金。
2．有色金属材料 铜和铝的合金
(1)铜合金
我国使用最早的合金是____，常见的铜合金有____和____。
(2)铝合金
①性质特征：______、______、______、易于加工、成本低廉且表面易形成____________而具有一定的抗腐蚀能力。
②主要用途：建筑业、容器和包装业、交通运输及电子行业。
梳理与整合
一、金属活动性顺序及其应用
金属活动性顺序表K Ca NaMg Al ZnFe Sn Pb(H)Cu Hg AgPt Au
原子失电子能力由大到小，还原性由强到弱
阳离子得电子能力由小到大，氧化性由弱到强
和O2反应常温易被氧化常温能被氧化常温干燥空气中不易被氧化加热时能被氧化不能被氧化
和H2O反应常温置换出氢加热或与水蒸气反应置换出氢不能置换出水中的氢
和酸反应剧烈反应并置换出酸中的氢能置换出酸中的氢，Fe、Al常温下在浓硝酸、浓硫酸中钝化不能置换稀酸中的氢
与强氧化性酸反应只与王水反应
和碱反应与碱液中的水反应仅Al、Zn能跟强碱水溶液反应
和盐反应先与水反应排在前面的金属能从盐溶液中置换出后边的金属
冶炼方法电解法热还原法加热分解法物理方法
【例1】 2012年，第三十届夏季奥林匹克运动会将在英国首都伦敦举行，该届运动会设计的金牌别具特色。某化学兴趣小组对金牌中金属的成分提出猜想：甲认为该金属是由纯金制成的；乙认为该金属是由金银合金制成的；丙认为该金属是由黄铜(铜锌合金)制成的。为了验证他们的猜想，取少量制造这种金牌的材质粉末进行实验，加入下面一种试剂来证明甲、乙、丙猜想的正误，该试剂应是( )。
A．硫酸铜溶液 B．盐酸
C．稀硝酸 D．硝酸银溶液
二、铜及其化合物的性质
1．铜
(1)物理性质
紫红色，不能被磁铁吸引。
(2)化学性质
反应物质化学方程式
非金属O22Cu＋O2=====△2CuO(黑色固体)
Cl2Cu＋Cl2=====点燃CuCl2(棕黄色烟)
氧化性酸浓硫酸Cu＋2H2SO4(浓)=====△CuSO4＋SO2↑＋2H2O
浓硝酸Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
稀硝酸3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
盐AgNO3、FeCl3Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag
Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
2.氧化铜和氢氧化铜
物质氧化铜氢氧化铜
化学式CuOCu(OH)2
状态不溶于水的黑色固体(粉末)不溶于水的蓝色固体
化学
性质CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O
CuO＋H2=====△Cu＋H2O
CuO＋CO=====△Cu＋CO2
Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O
Cu(OH)2=====△CuO＋H2O
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)2CO3=====△2CuO＋H2O＋CO2↑。
(2)无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4?5H2O)，可作为水的检验依据；CuSO4?5H2O受热易分解：CuSO4?5H2O=====△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，用来杀灭植物的病毒。
【例2】 (改编组合)下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是( )。
选项陈述Ⅰ陈述Ⅱ判断
A铜绿的主要成分是碱式碳酸铜可用稀盐酸除铜器表面的铜绿Ⅰ对；Ⅱ
对；无
B铜表面易形成致密的氧化膜铜容器可以盛放浓硫酸Ⅰ对；Ⅱ
对；有
C向硫酸铜溶液通入氨气，有深蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑Ⅰ对；Ⅱ
对；有
D蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂Ⅰ错；Ⅱ
对；无
实验与探究
探究铜的化合物的组成
近几年高考经常对铜的化合物的组成进行实验探究，如铜绿、红色的含铜化合物Cu2O、黑色的氧化铜等。
实验典例
碱式碳酸铜可表示为xCuCO3?yCu(OH)2?zH2O，测定碱式碳酸铜组成的方法有多种〔已知M(Cu)＝63.5 g?mol－1〕。
(1)现采用氢气还原法，请回答如下问题：
①写出xCuCO3?yCu(OH)2?zH2O与氢气反应的化学方程式：________________________；
②实验装置用下列所有仪器连接而成，按氢气流方向的连接顺序是(填入仪器接口字母编号)：(a)→( )( )→( )( )→( )( )→( )( )→( )( )→(l)
③称取23.9 g某碱式碳酸铜样品，充分反应后得到12.7 g残留物，生成4.4 g二氧化碳和7.2 g水。该样品的结晶水质量为______ g，化学式为____________。
(2)某同学以氮气代替氢气，并用上述全部或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成，你认为是否可行？请说明理由。
答案与解析
梳理与整合
一、
导学诱思
不是，也可以是金属与非金属熔合而成
教材回归
1．两种 两种以上的金属(或金属与非金属) 金属
2．(1)低 (2)大
二、
导学诱思
碳素钢含碳量不同，硬度不同，含碳量越高，硬度越大
教材回归
纯金属 合金 黑色金属 有色金属
1．碳素钢 低碳钢 中碳钢 高碳钢
2．(1)青铜 黄铜 白铜
(2)①强度大 密度小 塑性好 保护膜(Al2O3)
理解与深化
【例1】C 解析：金不能与硝酸反应，而银、铜、锌都能与硝酸反应，故用硝酸检验时，若甲的猜想正确，则不能溶解，若乙的猜想正确，则部分溶解，若丙的猜想正确，则全部溶解。
【例2】D 解析：稀盐酸可以同Cu(OH)2、CuCO3反应，而且稀盐酸不能与Cu反应，所以稀盐酸可以除铜器表面的铜绿CuCO3?Cu(OH)2，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A错误；铜表面不能形成致密氧化膜，铜和浓硫酸在一定温度下能发生反应，所以不能用铜制容器盛装浓硫酸，B错误；硫酸铜与氨水生成Cu(OH)2，Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO，Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果关系，C错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末有新物质生成，属于化学变化，CuSO4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D正确。
实验与探究
答案：(1)①xCuCO3?yCu(OH)2?zH2O＋(x＋y)H2=====△(x＋y)Cu＋xCO2＋(x＋2y＋z)H2O
②(a)→kj→gf(或hi)→de(或ed)→hi(或gf)→bc(或cb)→(l)
③1.8 CuCO3?Cu(OH)2?H2O
(2)可行。根据反应xCuCO3?yCu(OH)2?zH2O=====△(x＋y)CuO＋xCO2↑＋(y＋z)H2O，依据碱式碳酸铜、CuO、CO2和H2O质量(或其中任意三个量)，即可计算出其组成。
解析：(1)本题的碱式碳酸铜与氢气反应看似一个很难的信息，其实只要把它理解为CuCO3和Cu(OH)2受热分解后产物CuO再与氢气反应，第①问便可以解决。对于②要能分析出测定反应后CO2和H2O质量，由反应物可知氢气中还有氯化氢和水蒸气，因此氢气发生器后仪器的选择是除氯化氢和水蒸气；氢气与氧化铜反应后，首先用浓硫酸吸收水，然后用碱石灰吸收CO2，为防止空气干扰，所以最后接l。③n(CO2)＝0.1 mol、n(Cu)＝0.2 mol、n(H2O)＝0.4 mol，所以结晶水质量为23.9 g－m(CuCO3)－m〔Cu(OH)2〕＝23.9 g－0.1 mol×123.5 g?mol－1－(0.2 mol－0.1 mol)×97.5 g?mol－1＝1.8 g。
(2)其实在分析(1)①方程式书写时便得到了碱式碳酸铜热分解的化学方程式。
解读与阐释
考纲要求权威解读
1.了解常见金属的活动性顺序。
2．了解合金的概念及其重要应用。
3．了解铜及其化合物的主要性质及应用。 常见的考查形式：①常见铁、铜、铝合金的主要应用；②结合基本理论考查金属活动性顺序。
梳理与整合
一、合金
导学诱思
合金一定是金属与金属熔合而成的吗？答：___________________________________
________________________________________________________________________。
教材回归
1．概念
由____或__________________________熔合而成的具有____特性的物质。
2．性质特点
(1)多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点____。
(2)合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度____。
战场上的指路明灯 在电视或电影里，我们经常看到军队作战时，靠信号弹传递消息。信号弹发射后，会发出五颜六色的焰火，你知道这利用的是什么原理吗？其实这些信号弹里装的是普普通通的化学药品 金属盐类。原来，许多金属盐类在高温下能够发射出各种彩色的光芒。例如，硝酸钠与碳酸钠会发出黄光，硝酸镁发出红光，硝酸钡发出绿光，碳酸铜、硫酸铜会发出蓝光，铝粉、铝镁合金会发出白光等，这种现象在化学上叫做焰色反应。 二、常见的金属材料
导学诱思
碳素钢的硬度为什么不同？答：__________________________________________
________________________________________________________________________。
教材回归
金属材料包括______和____，分为________材料和________材料。
1．黑色金属材料 钢铁
钢是用量最大、用途最广的合金。
2．有色金属材料 铜和铝的合金
(1)铜合金
我国使用最早的合金是____，常见的铜合金有____和____。
(2)铝合金
①性质特征：______、______、______、易于加工、成本低廉且表面易形成____________而具有一定的抗腐蚀能力。
②主要用途：建筑业、容器和包装业、交通运输及电子行业。
梳理与整合
一、金属活动性顺序及其应用
金属活动性顺序表K Ca NaMg Al ZnFe Sn Pb(H)Cu Hg AgPt Au
原子失电子能力由大到小，还原性由强到弱
阳离子得电子能力由小到大，氧化性由弱到强
和O2反应常温易被氧化常温能被氧化常温干燥空气中不易被氧化加热时能被氧化不能被氧化
和H2O反应常温置换出氢加热或与水蒸气反应置换出氢不能置换出水中的氢
和酸反应剧烈反应并置换出酸中的氢能置换出酸中的氢，Fe、Al常温下在浓硝酸、浓硫酸中钝化不能置换稀酸中的氢
与强氧化性酸反应只与王水反应
和碱反应与碱液中的水反应仅Al、Zn能跟强碱水溶液反应
和盐反应先与水反应排在前面的金属能从盐溶液中置换出后边的金属
冶炼方法电解法热还原法加热分解法物理方法
【例1】 2012年，第三十届夏季奥林匹克运动会将在英国首都伦敦举行，该届运动会设计的金牌别具特色。某化学兴趣小组对金牌中金属的成分提出猜想：甲认为该金属是由纯金制成的；乙认为该金属是由金银合金制成的；丙认为该金属是由黄铜(铜锌合金)制成的。为了验证他们的猜想，取少量制造这种金牌的材质粉末进行实验，加入下面一种试剂来证明甲、乙、丙猜想的正误，该试剂应是( )。
A．硫酸铜溶液 B．盐酸
C．稀硝酸 D．硝酸银溶液
二、铜及其化合物的性质
1．铜
(1)物理性质
紫红色，不能被磁铁吸引。
(2)化学性质
反应物质化学方程式
非金属O22Cu＋O2=====△2CuO(黑色固体)
Cl2Cu＋Cl2=====点燃CuCl2(棕黄色烟)
氧化性酸浓硫酸Cu＋2H2SO4(浓)=====△CuSO4＋SO2↑＋2H2O
浓硝酸Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
稀硝酸3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
盐AgNO3、FeCl3Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag
Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
2.氧化铜和氢氧化铜
物质氧化铜氢氧化铜
化学式CuOCu(OH)2
状态不溶于水的黑色固体(粉末)不溶于水的蓝色固体
化学
性质CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O
CuO＋H2=====△Cu＋H2O
CuO＋CO=====△Cu＋CO2
Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O
Cu(OH)2=====△CuO＋H2O
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)2CO3=====△2CuO＋H2O＋CO2↑。
(2)无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4?5H2O)，可作为水的检验依据；CuSO4?5H2O受热易分解：CuSO4?5H2O=====△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，用来杀灭植物的病毒。
【例2】 (改编组合)下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是( )。
选项陈述Ⅰ陈述Ⅱ判断
A铜绿的主要成分是碱式碳酸铜可用稀盐酸除铜器表面的铜绿Ⅰ对；Ⅱ
对；无
B铜表面易形成致密的氧化膜铜容器可以盛放浓硫酸Ⅰ对；Ⅱ
对；有
C向硫酸铜溶液通入氨气，有深蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑Ⅰ对；Ⅱ
对；有
D蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂Ⅰ错；Ⅱ
对；无
实验与探究
探究铜的化合物的组成
近几年高考经常对铜的化合物的组成进行实验探究，如铜绿、红色的含铜化合物Cu2O、黑色的氧化铜等。
实验典例
碱式碳酸铜可表示为xCuCO3?yCu(OH)2?zH2O，测定碱式碳酸铜组成的方法有多种〔已知M(Cu)＝63.5 g?mol－1〕。
(1)现采用氢气还原法，请回答如下问题：
①写出xCuCO3?yCu(OH)2?zH2O与氢气反应的化学方程式：________________________；
②实验装置用下列所有仪器连接而成，按氢气流方向的连接顺序是(填入仪器接口字母编号)：(a)→( )( )→( )( )→( )( )→( )( )→( )( )→(l)
③称取23.9 g某碱式碳酸铜样品，充分反应后得到12.7 g残留物，生成4.4 g二氧化碳和7.2 g水。该样品的结晶水质量为______ g，化学式为____________。
(2)某同学以氮气代替氢气，并用上述全部或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成，你认为是否可行？请说明理由。
答案与解析
梳理与整合
一、
导学诱思
不是，也可以是金属与非金属熔合而成
教材回归
1．两种 两种以上的金属(或金属与非金属) 金属
2．(1)低 (2)大
二、
导学诱思
碳素钢含碳量不同，硬度不同，含碳量越高，硬度越大
教材回归
纯金属 合金 黑色金属 有色金属
1．碳素钢 低碳钢 中碳钢 高碳钢
2．(1)青铜 黄铜 白铜
(2)①强度大 密度小 塑性好 保护膜(Al2O3)
理解与深化
【例1】C 解析：金不能与硝酸反应，而银、铜、锌都能与硝酸反应，故用硝酸检验时，若甲的猜想正确，则不能溶解，若乙的猜想正确，则部分溶解，若丙的猜想正确，则全部溶解。
【例2】D 解析：稀盐酸可以同Cu(OH)2、CuCO3反应，而且稀盐酸不能与Cu反应，所以稀盐酸可以除铜器表面的铜绿CuCO3?Cu(OH)2，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A错误；铜表面不能形成致密氧化膜，铜和浓硫酸在一定温度下能发生反应，所以不能用铜制容器盛装浓硫酸，B错误；硫酸铜与氨水生成Cu(OH)2，Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO，Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果关系，C错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末有新物质生成，属于化学变化，CuSO4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D正确。
实验与探究
答案：(1)①xCuCO3?yCu(OH)2?zH2O＋(x＋y)H2=====△(x＋y)Cu＋xCO2＋(x＋2y＋z)H2O
②(a)→kj→gf(或hi)→de(或ed)→hi(或gf)→bc(或cb)→(l)
③1.8 CuCO3?Cu(OH)2?H2O
(2)可行。根据反应xCuCO3?yCu(OH)2?zH2O=====△(x＋y)CuO＋xCO2↑＋(y＋z)H2O，依据碱式碳酸铜、CuO、CO2和H2O质量(或其中任意三个量)，即可计算出其组成。
解析：(1)本题的碱式碳酸铜与氢气反应看似一个很难的信息，其实只要把它理解为CuCO3和Cu(OH)2受热分解后产物CuO再与氢气反应，第①问便可以解决。对于②要能分析出测定反应后CO2和H2O质量，由反应物可知氢气中还有氯化氢和水蒸气，因此氢气发生器后仪器的选择是除氯化氢和水蒸气；氢气与氧化铜反应后，首先用浓硫酸吸收水，然后用碱石灰吸收CO2，为防止空气干扰，所以最后接l。③n(CO2)＝0.1 mol、n(Cu)＝0.2 mol、n(H2O)＝0.4 mol，所以结晶水质量为23.9 g－m(CuCO3)－m〔Cu(OH)2〕＝23.9 g－0.1 mol×123.5 g?mol－1－(0.2 mol－0.1 mol)×97.5 g?mol－1＝1.8 g。
(2)其实在分析(1)①方程式书写时便得到了碱式碳酸铜热分解的化学方程式。
