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第三章常见的金属及其化合物第5讲铜及金属材料基础盘点一、合金1.合金的定义合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有特性的物质。金属2.合金的性能合金具有许多优良的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于它的各成分金属。(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。3.常见的合金(1)我国最早使用的合金是，铜合金的种类很多，除青铜外，常见的还有(含Zn及少量Sn、Pb、Al等)和(含Ni、Zn和少量的Mn)。低大青铜黄铜白铜(2)铁的合金有生铁和钢，其中是用量最大、用途最广泛的合金。根据化学成分，可以把钢分为两大类：和。其中碳素钢又可分为低碳钢(含碳量低于0.3%)、中碳钢(含碳量为0.3%～0.6%)和高碳钢(含碳量高于0.6%)，合金钢可用于制不锈钢及各种特种钢。(3)镁铝合金的强度、硬度大，密度小，常用于飞机、火箭、轮船等制造业。钢碳素钢合金钢4.正确选用金属材料在进行金属材料的选择时，常常要考虑以下几个方面：(1)主要用途、外观(即实用美观)。(2)价格、加工难度、日常维修、环境保护、物尽其用等。(3)物理性质，如密度、硬度、强度、导热性等；化学性质，如对水的作用，耐腐蚀性等。提示合金属于混合物，金属与金属或金属与非金属形成合金时，一般认为没有发生化学反应，各成分的化学性质没有发生改变。如钢的电化学腐蚀中，镁作负极被氧化，而其中的碳作正极。思考合金是混合物，还是化合物？能否用实验来验证？二、铜1．铜(1)物理性质：色，不能被磁铁吸引。(2)化学性质：紫红反应物质化学方程式非金属O2____________________(色固体)Cl2、S____________________(色烟)____________________2Cu＋O22CuO黑Cl2＋CuCuCl2棕黄2Cu＋SCu2S氧化性酸浓H2SO4______________________________________________________________________浓HNO3______________________________________________________________________稀HNO3______________________________________________________________________盐AgNO3___________________________________FeCl3___________________________________Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2OCu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2OCu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2AgCu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl22.氧化铜和氧化亚铜名称氧化铜氧化亚铜颜色_____________与酸反应(H＋)____________________________________________________________________与H2反应_____________________________________________________________________________黑色红色CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2OCu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2OCuO＋H2Cu＋H2OCu2O＋H22Cu＋H2O3.氢氧化铜(1)物理性质：色溶于水的固体。(2)化学性质：Cu(OH)2属于，能与反应生成盐和水。4.CuSO4·5H2OCuSO4·5H2O为色晶体，俗称。无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)可作为的检验依据。蓝蓝不弱碱酸蓝矾、胆矾水指点迷津①溶液中的Cu2＋常为蓝色(浓CuCl2溶液为绿色，稀CuCl2溶液为蓝色)，可作为Cu2＋的判定依据。如CuSO4溶液为蓝色。②Cu2＋与碱反应生成蓝色沉淀[Cu(OH)2]，这是鉴定Cu2＋的原理之一。考点精讲考点金属活动性顺序表的应用常见金属的活动顺序为：金属在化学反应中失去电子生成阳离子的能力依次减弱，对应阳离子得电子能力依次增强该规律有多种应用，归纳如下：1.判断金属与酸能否发生置换反应排在H前边的金属可与非氧化性酸发生置换氢的反应。K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au2.判断金属与盐溶液能否发生置换反应排在前边的较活泼的金属能把排在后边的金属从其盐溶液中置换出来，生成新盐和新金属。3.判断金属与水能否发生置换反应(1)极活泼金属(K、Ca、Na)可与冷水发生置换氢的反应；(2)活泼金属(Mg、Al)可与热水发生置换氢的反应；(3)较活泼金属(Zn、Fe)与水蒸气在高温下反应，可置换水中的氢生成氢气，但生成的氢氧化物受热分解，最后得到金属氧化物；(4)排在氢后边的金属与水不反应。4.判断原电池正、负极及电极反应由两种金属构成的原电池电极，位于金属活动顺序表前面的金属为负极。(1)负极反应：电极金属失电子被氧化，形成金属阳离子进入溶液。(2)正极反应：溶液中微粒(酸性条件下为H＋，中性条件下为H2O和O2)在正极上得到电子被还原。5.判断金属在自然界中的存在状态6.判断金属氢氧化物的热稳定性强弱金属活动顺序表中越位于前面的金属，其氢氧化物越稳定，越不易分解，越后面的金属氢氧化物越易分解，极不活泼的金属Pt、Au甚至无氢氧化物。7.判断金属的冶炼方法金属冶炼是金属离子得到电子，被还原成金属原子的过程。金属活动顺序表中的不同金属，因金属离子结合电子能力不等，所以冶炼方法不同。例题X、Y、Z、M、N代表五种金属。有以下化学反应：①水溶液中：X＋Y2＋===X2＋＋Y②Z＋2H2O(冷)===Z(OH)2＋H2↑③M、N为电极与N盐溶液组成原电池，发生的电极反应为：M－2e－===M2＋④Y可以溶于稀H2SO4中，M不被稀H2SO4氧化，则这五种金属的活泼性由弱到强的顺序是()A.M＜N＜Y＜X＜ZB.N＜M＜X＜Y＜ZC.N＜M＜Y＜X＜ZD.X＜Z＜N＜M＜Y解析由①知X活泼性大于Y，且X、Y都不与水反应。由②知Z为很活泼的金属，由③及原电池原理知活泼性M＞N。由④知活泼性Y＞M，综合上述结论可知活泼性Z＞X＞Y＞M＞N，故选C。答案C规律方法元素的金属性强弱的判断金属性强弱①与水或酸反应置换氢的难易②最高价氧化物对应的水化物碱性强弱③单质的还原性或离子的氧化性④相互置换反应(金属活动性顺序表)⑤原电池反应中正负极(负极活泼)即时巩固某单质x能从含元素y的溶液中置换出y单质，由此可知()A.当x、y均为金属时，x一定比y活泼B.当x、y均为非金属时，y一定比x活泼C.当x是金属时，y一定是金属D.当x是非金属时，y可能是金属，也可能是非金属A实验探究不同条件下的氧化铜和氧化亚铜的稳定性[实验目的]探究不同条件下的氧化铜和氧化亚铜的稳定性。[实验原理]Cu(OH)2受热分解得CuO，继续加热得砖红色粉末，通过定量计算来探究砖红色粉末的成分及性质。[探究活动]1.取98gCu(OH)2固体，加热至80℃～100℃时，得到黑色固体粉末，继续加热到1000℃以上，黑色粉末全部变成砖红色粉末A。冷却后称量，A的质量为72g，则A的化学式为Cu2O。2.向A中加入适量的稀硫酸，得到蓝色溶液，同时观察到还有红色固体存在。[操作提示]1.称量A的质量至少要称量两次，且在干燥器中冷却，即两次称量结果的差值不能超过0.1g。2.向A中加入的酸应是非氧化性酸——稀H2SO4或盐酸。[实验小结]1.加热过程中Cu(OH)2中的Cu不会以气体形式逸出，得到的黑色粉末应为CuO,98gCu(OH)2中含有的Cu的质量为m(Cu)＝98g98g/mol×64g/mol＝64g，A的质量为72g，即应还含有氧元素，且m(O)＝8g，所以A的组成中原子个数比为N(Cu)∶N(O)＝64g64g/mol∶8g16g/mol＝2∶1，故A的化学式为Cu2O。由此可知，高温下Cu2O比CuO稳定。2.由反应现象可知发生的反应为：Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O。说明可利用非氧化性酸鉴别砖红色粉末是铜还是氧化亚铜。因此在溶液中Cu2＋比Cu＋稳定。[实验拓展]某同学对课本实验结论：“葡萄糖与新制氢氧化铜共热生成砖红色的Cu2O沉淀”提出质疑，认为砖红色沉淀不一定就是Cu2O。为了确定砖红色沉淀的成分，开展了研究。(一)提出猜想：____________。(二)查阅资料：①Cu2O属于碱性氧化物；②Cu＋在酸性条件下能发生自身氧化还原反应；③在空气中灼热的Cu2O能生成CuO。(三)制备砖红色沉淀：①制备氢氧化铜悬浊液；②氢氧化铜悬浊液与葡萄糖共热；③过滤、洗涤、低温烘干得砖红色粉末。(四)砖红色沉淀探究。该同学设计了四种方案：方案Ⅰ：取该砖红色粉末溶于足量稀硝酸中，观察溶液颜色变化。方案Ⅱ：取该砖红色粉末溶于足量稀硫酸中，观察是否有残渣。方案Ⅲ：称量干燥坩埚的质量为ag，取砖红色粉末置于坩埚中再称量，其质量为bg；在空气中充分灼烧至完全变黑，并在干燥器中冷却，再称量，反复多次直到质量不变，称得最后质量为cg，比较a，b，c的关系。方案Ⅳ：装置如图所示(夹持仪器略去)。试回答下列问题：(1)请你评价方案Ⅰ和方案Ⅱ。如果你认为该方案合理，简述其工作原理；如果你认为该方案不合理，请简述原因：______________。(2)方案Ⅲ中，如果a，b，c的关系符合c＝________，可确认砖红色粉末是Cu2O。(3)方案Ⅳ中，实验前应检验装置气密性，请简述如何检验____________。(4)方案Ⅳ中，要测定砖红色粉末的成分，至少测定下列哪些物理量________(填序号)。①通入氢气的体积②反应前，砖红色粉末＋双通管的总质量③实验前干燥管的质量④完全反应后，砖红色粉末＋双通管的总质量⑤双通管的质量⑥锌粒质量⑦稀硫酸的物质的量浓度⑧实验后干燥管的质量⑨实验条件下的大气压强和室温(5)有人提出，方案Ⅳ中在氢气发生器与双通管之间应加一个干燥装置，你认为________(选填“需要”或“不需要”)，简述理由：__________。答案[实验拓展](一)砖红色沉淀可能是铜、氧化亚铜或两者的混合物(四)(1)方案Ⅰ不合理，铜和氧化亚铜都能和硝酸反应生成Cu2＋；方案Ⅱ不合理，Cu＋在酸性条件下能发生自身氧化还原反应，生成铜单质(2)19(10b－a)(3)在干燥管末端接上导管浸入水中，关闭分液漏斗活塞，用手捂住锥形瓶，如果导管口有气泡放出，松开手，导管口能形成一段水柱，可证明装置气密性良好(4)②④⑤(5)需要反应后，应让铜粉在氢气流中冷却，如果没有干燥装置，铜粉将吸湿高考集训题组一金属与合金1.判断正误(1)电解熔融氯化镁制取金属镁()(2010·上海－8A)(2)电解饱和氯化镁溶液，可制得金属镁()(2009·上海－5D)(3)目前我国流通的硬币是由合金材料制造的()(2009·广东理基－23A)(4)生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加()(2009·广东理基－23B)√√××2.合金比纯金属制成的金属材料的优点是()①合金的硬度一般比它的各成分金属的大②一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低③改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有不同性能的合金④合金比纯金属的导电性更强⑤合金比纯金属的应用范围更广泛A.①②③⑤B.②③④C.①②④D.①②④⑤解析合金的机械性能比各成分金属的大，故①正确；根据教材知识，②③是正确的；合金的电阻率比纯金属要大，故④是错误的；合金由于性能好而应用更广泛，⑤是正确的。答案A3.(2010·北京理综，11)自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO4溶液，向地下深层渗透，遇到难溶的ZnS或PbS，慢慢转变