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课时2金属与金属材料目标与素养：1.了解金属材料及金属的通性。(宏观辨识)2.掌握铜及其重要化合物的性质。(变化观念)一、金属与金属材料1．金属分类冶金工业上将金属分为黑色金属——铁、铬、锰以及它们的合金；有色金属——除黑色金属以外的其他金属及其合金。2．金属的通性(1)物理性质。①状态：常温下，除了汞是液体外，其余金属都是固体。②颜色：除金、铜外，大多数金属呈银白色。③大多数金属有良好的延展性，是电和热的良导体。(2)化学性质。①主要化合价为＋1价、＋2价、＋3价。②反应中的性质：金属单质只有还原性，没有氧化性。3．重要的黑色金属材料——钢铁(1)铁合金——钢铁。钢铁是铁的合金的总称，通过降低合金中碳元素的含量，并增加硅、锰等元素，可以把生铁转化成钢，改善铁的性能。(2)不锈钢：在普通钢的基础上，加入铬、镍等多种元素炼成的钢材，它具有不生锈的特性。二、几种有色金属材料——金、银、铜1．金、银、铜的重要物理性质金银铜颜色黄色银白色紫红色硬度软软较小导电、导热和延展性金、银、铜均具有良好的导电性、导热性和延展性。导电、导热性最好的是银，延展性最好的是金铝、铁等金属在地壳中的含量远大于铜。为什么人们使用铜器的历史更长久？【提示】铝、铁等均为较活泼的金属，难以冶炼，所以使用历史较短。而铜的熔点较低，冶炼方便，所以成为人类在生产、生活中最早使用的金属。2．铜单质及其化合物(1)铜与非金属单质的反应。(2)铜的化合物。①氧化铜在高温条件下分解。a．化学方程式为4CuO=====高温2Cu2O＋O2↑；b．现象：黑色物质变成红色。②硫酸铜晶体(CuSO4·5H2O)。a．俗名胆矾或蓝矾；b．受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O=====△CuSO4＋5H2O；c．现象：蓝色物质变成白色。微点拨：(1)CuSO4不能用作干燥剂。(2)铜盐溶液的蓝色常用于鉴别Cu2＋的存在。3．几种新型金属材料(1)铀(U)用作核电厂反应堆的核燃料。(2)镅(Am)在烟雾探测器中用作烟雾监测材料。(3)钛(Ti)被誉为“21世纪的金属”，是一种“亲生物金属”。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)黑色金属通常都为黑色。()(2)生铁比钢的含碳量高。()(3)因为Cl2比S的氧化性强，所以Cu与之反应，前者生成CuCl2，后者生成Cu2S。()(4)可以用浓HNO3除去铜表面的铜绿。()[答案](1)×(2)√(3)√(4)×2．下列金属属于黑色金属的是()A．AlB．FeC．PbD．Cu[答案]B3．Cu及其化合物之间相互转化常伴随着颜色的变化，下列符合黑色→红色变化的是()A．Cu(OH)2―→CuOB．Cu―→Cu2SC．Cu2(OH)2CO3―→CuOD．CuO―→Cu2O[答案]D常见金属与酸反应规律1.定性规律按金属活动性顺序可分为以下四种情况：(1)K→Pb和非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸等)发生置换反应，生成H2，和氧化性酸(如硝酸、浓硫酸等)发生氧化还原反应，不能生成H2。(2)Al、Fe遇强氧化性酸，如浓硝酸、浓硫酸，在常温下发生钝化，形成致密的氧化膜，阻止金属与酸继续反应。(3)Cu→Ag和强氧化性酸发生氧化还原反应，如Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2H2O＋2NO2↑。(4)Pt→Au只和强氧化性混合酸(浓硝酸、浓盐酸按体积比1∶3混合后称为王水)发生氧化还原反应。2．定量规律金属与酸反应生成H2实质：M＋nH＋===Mn＋＋n2H2↑。【典例1】由锌、铁、铝、铜四种金属中的两种组成的混合物10g，与足量盐酸反应产生的氢气在标准状况下为11.2L，则混合物可能是()A．锌、铁B．铁、铝C．铁、铜D．铜、锌B[由题意知两种金属组成的混合物失去1mol电子所需金属的质量为10g，铜与盐酸不反应，而其他三种金属与足量盐酸反应失去1mol电子，消耗的质量分别为Zn～32.5g，Fe～28g，Al～9g，其中只有Al的质量小于10g，故一定含铝。]上述例题中：(1)等物质的量的四种金属分别投入足量盐酸，产生H2的量最多的是________。(2)四种金属分别投入足量盐酸，产生等量的H2时，耗损质量最少的是________。[答案](1)铝(2)铝1．等量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在一定的条件下充分反应，则在相同的条件下，产生氢气的体积比是()A．1∶1B．3∶4C．2∶3D．4∶3B[由化学方程式：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，3Fe＋4H2O(g)=====高温Fe3O4＋4H2，可知B项正确。]2．甲、乙、丙、丁、戊分别是Cu、Ag、Fe、Al、Mg五种金属中的一种，(1)甲、丙均能与稀硫酸反应放出气体(2)乙与丁的硝酸盐反应置换出单质丁(3)丙与强碱反应放出气体(4)丙、戊能被浓硫酸钝化由此判断甲、乙、丙、丁、戊依次为()A．Al、Cu、Mg、Ag、FeB．Mg、Cu、Al、Ag、FeC．Mg、Ag、Al、Cu、FeD．Fe、Cu、Al、Ag、MgB[(1)能与稀硫酸反应放出气体，为金属活动性顺序表排在氢前面的金属，甲、丙为Fe、Al、Mg三者之中的两种；(2)可得出乙比丁活泼的结论；(3)只有Al与强碱反应能放出气体，所以丙为Al；(4)能被浓硫酸钝化的为Fe、Al，由此可推断出戊为Fe；则由(3)(4)可知(1)中Fe、Al已排除，即甲为Mg，则(2)中乙为Cu，丁为Ag。]铜及其化合物的性质1.铜的化学性质与非金属反应O2O2＋2Cu=====△2CuO(黑色)SS＋2Cu=====△Cu2S(黑色)Cl2Cl2＋Cu=====点燃CuCl2(棕色烟)与金属阳离子反应Ag＋2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2AgFe3＋2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋与强氧化性酸反应稀硝酸8HNO3(稀)＋3Cu===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O浓硫酸2H2SO4(浓)＋Cu=====△CuSO4＋SO2↑＋2H2O在潮湿空气中生锈2Cu＋CO2＋H2O＋O2===Cu2(OH)2CO3(铜绿)2.氧化铜和氧化亚铜名称氧化铜氧化亚铜颜色黑色红色与酸反应CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2OCu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O与H2反应CuO＋H2=====△Cu＋H2OCu2O＋H2=====△2Cu＋H2O转化关系4CuO=====高温2Cu2O＋O2↑3.铜盐的性质(1)物理性质。铜盐溶液呈蓝色。常见的铜盐为硫酸铜，白色粉末状，溶于水或形成蓝矾(或胆矾)晶体后呈蓝色，利用此性质来检验H2O。(2)化学性质。①与碱反应：Cu2＋＋2OH－===Cu(OH)2↓(蓝色絮状沉淀)。②与H2S(或S2－)反应：Cu2＋＋H2S===CuS↓＋2H＋(CuS为不溶于酸的黑色固体)。【典例2】铜是生命必需的元素，也是人类最早使用的金属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面产生了深远的影响。请完成(1)～(3)题。(1)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜[即：曾青(CuSO4)跟铁反应就生成铜]。试写出该反应的化学方程式：________________。(2)铜器表面有时会生成铜绿，请写出生成铜绿的化学方程式：____________________________________________________。这层铜绿可以用化学方法除去。试写出除去铜绿而不损伤器物的化学方程式：________________________。(3)铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币(铜的熔点是1183.4℃，铁的熔点是1534.8℃)：__________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。(2)2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3；要除去铜器表面的铜绿，考虑选择酸，强氧化性酸能和裸露的铜继续反应，而盐酸不和铜继续反应，并且盐酸具有挥发性。有关方程式如下：Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O。(3)根据题给信息以及制造货币的实际需要，选择铜制造货币是因为铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型；铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀[答案](1)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu(2)2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O(3)选择铜制造货币是因为铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型；铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀1．在化学反应中，有时存在“一种物质过量，另一种物质仍不能完全反应”的情况，下列反应不属于这种情况的是()A．过量的铜与浓硝酸反应B．过量的铜与浓硫酸在加热条件下反应C．过量的二氧化锰与浓盐酸在加热条件下反应D．过量的氢气与氮气在工业生产条件下反应A[A项，铜与浓硝酸反应生成NO2，铜过量，随着反应的进行，浓硝酸逐渐变为稀硝酸，铜与稀硝酸反应生成NO，最后硝酸能完全反应。]2．已知酸性条件下有反应：2Cu＋===Cu2＋＋Cu。氢气还原氧化铜实验由于反应温度不同，可能产生Cu或Cu2O，两者都是红色固体。某同学对某次氢气还原氧化铜的红色固体产物做了如下实验，实验操作和实验现象如下表所示：加入试剂稀硫酸浓硫酸并加热稀硝酸浓硝酸实验现象红色固体不反应无色气体无色气体、蓝色溶液红棕色气体、蓝色溶液由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物()A．是CuB．是Cu2OC．一定有Cu和Cu2OD．一定有Cu2O，可能有CuA[由题目提供的信息可知：Cu2O在酸性条件下发生反应生成Cu和Cu2＋，而向该红色固体中加入稀硫酸后红色固体不反应，故该红色固体中不存在Cu2O，全部为Cu。]1．以下四种金属中属于有色金属的是()A．铁B．铬C．锰D．铜D[铁、铬、锰属于黑色金属。][教师备选]人类利用几种金属的先后顺序依次为铜、铁、铝，之所以有先后，主要取决于()A．金属在地壳中的含量多少B．金属的熔沸点高低C．金属的活泼性强弱D．金属的导电性强弱C[铝是地壳中含量最多的金属元素，但在给出的金属中使用时间最晚，A项错误；金属的熔点高低顺序为FeCuAl，B项错误；金属使用的先后与导电性无关，D项错误。]2．除去铁制品表面镀层金属铜最好选用的试剂是()A．稀硫酸B．稀硝酸C．浓硝酸D．烧碱溶液C[除去Cu且使Fe不参与反应，故选用浓硝酸，原因是常温下Fe遇浓硝酸发生钝化。]3．下列有关金属元素特征的叙述正确的是()A．金属元素的原子只有还原性，其阳离子只有氧化性B．金属元素的单质在常温下都为固体C．含金属元素的离子都是阳离子D．金属阳离子被还原不一定得到金属单质D[Fe2＋具有还原性，A错；汞在常温下为液体，B错；MnO－4为阴离子，C错；Fe3＋可还原为Fe2＋，D对。]4．火法炼铜首先要焙烧黄铜矿，其反应为2CuFeS2＋O2Cu2S＋2FeS＋SO2，下列说法正确的是()A．SO2既是氧化产物又是还原产物B．CuFeS2仅作还原剂，硫元素被氧化C．每生成1molCu2S，有4mol硫被氧化D．每有1molO2反应，反应共有2mol电子转移A[CuFeS2中Cu、Fe都为＋2价，S为－2价，Cu被还原为Cu2S，部分硫元素化合价升高，被氧化为SO2；O2在反应后化合价降低，被还原为SO2，因此可知SO2既是氧化产物又是还原产物，A项正确；CuFeS2既是氧化剂又是还原剂，B项错误；每生成1molCu2S，有1molS被氧化，C项错误；O2中O为0价，SO2中O为－2价，1molO2反应需得到4mol电子；同时有2molCu2＋→Cu＋，也需得到2mole－，故共需转移6mole－，D项错误。]5．请写出实现下列转化的化学方程式，属于离子反应的写出离子方程式。①_____________________