34用途广泛的金属材料

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1、第四节第四节 用途广泛的金属材料用途广泛的金属材料1 1了解金属材料在生产和生活中的重要应用。了解金属材料在生产和生活中的重要应用。2 2了解常见金属的活泼性顺序。了解常见金属的活泼性顺序。3 3了解合金的概念及其重要应用。了解合金的概念及其重要应用。4. 4. 了解铜及其重要化合物的性质及其应用。了解铜及其重要化合物的性质及其应用。5. 以以铜铜及其化合物知识为载体，综合考查氧化及其化合物知识为载体，综合考查氧化还原反应、电化学、盐类水解及除杂等还原反应、电化学、盐类水解及除杂等。1以氧化以氧化还原反原反应、离子反、离子反应的理的理论和和视角来学角来学习铜及其化合物的性质，铜及其化合物铜及其

2、化合物的性质，铜及其化合物之之间的相的相互互转化关系。化关系。2结合电化学把金属材料、铜及其化合物知识和结合电化学把金属材料、铜及其化合物知识和生活实际相联系生活实际相联系。3用用“实验法法”了解了解Cu的性的性质、Cu2的的颜色及色及Cu、CuO、Cu(OH)2、Cu2相互相互转化化时的的现象。象。一、合金及常见金属1、合金1）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。2）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 。金属金属低低大大

3、2 2常常见的金属材料的金属材料金属材料包括金属材料包括 和和 ，分，分为为 材料和材料和 材料材料铁、铬、锰及其合金铁、铬、锰及其合金纯金属纯金属合金合金黑色金属黑色金属有色金属有色金属(1)(1)黑色金属材料：包括黑色金属材料：包括 。铁的合金有生铁和钢，其中铁的合金有生铁和钢，其中 是用量最是用量最大、用途最广泛的合金。根据化学成分，可以把大、用途最广泛的合金。根据化学成分，可以把钢分为两大类：钢分为两大类：_和和_。其中碳素。其中碳素钢又可分为低碳钢钢又可分为低碳钢( (含碳量低于含碳量低于0.3%)0.3%)、中碳钢、中碳钢( (含碳量为含碳量为0.3%0.3%0.6%)0.6%)和

4、高碳钢和高碳钢( (含碳量高于含碳量高于0.6%)0.6%)，合金钢可用于制不锈钢及各种特种钢。，合金钢可用于制不锈钢及各种特种钢。钢钢碳素钢碳素钢合金钢合金钢生生铁钢主要成分主要成分FeFe含碳量含碳量2%4.3% 0.03%2%含硫、磷量含硫、磷量少量少量极少或没有极少或没有硅、硅、锰含量含量少少适量适量生铁与钢生铁与钢不不锈钢：普通：普通钢中，加入中，加入 、 等多种元等多种元素，使其具有素，使其具有 的特性。的特性。(2)(2)有色金属材料有色金属材料铜、铝及其合金及其合金铜合金：我国使用最早的合金是合金：我国使用最早的合金是 ，常常见的的铜合金合金还有有 和和 。CrNi不生锈不生锈

5、黄铜黄铜白铜白铜青铜青铜合金合金主要成分主要成分主要用途主要用途青青铜铜 锡及少量铅锡及少量铅机器零件机器零件, ,如如轴承承 齿轮等齿轮等黄黄铜铜 锌及少量锡、锌及少量锡、铅、铝铅、铝机器零件机器零件 仪表仪表 日用品日用品白白铜铜 镍、锌及少镍、锌及少量锰量锰钱币 代替银做饰品代替银做饰品铝合金铝合金常见种类：硅铝合金（常见种类：硅铝合金（AlAl、SiSi ）、）、 镁铝合金（镁铝合金（Al Al 、MgMg）、）、 硬铝（硬铝（AlAl、MgMg、CuCu、MnMn、SiSi）。）。性质特征：性质特征： 、 、 、易、易于加工、成本低廉且表面易形成于加工、成本低廉且表面易形成 而具有一

6、定的抗腐蚀能力。而具有一定的抗腐蚀能力。致密的氧化物保护膜致密的氧化物保护膜塑性好塑性好强度高强度高密度小密度小镁铝合金的强度大、硬度大，密度小，常用镁铝合金的强度大、硬度大，密度小，常用于飞机、火箭、轮船等制造业。于飞机、火箭、轮船等制造业。特别提醒特别提醒: :合金属于合金属于混合物混合物, ,金属与非金属或金属与非金属或金属与金属形成合金时金属与金属形成合金时, ,两者没有发生化学反两者没有发生化学反应应, ,各成分的化学性质发生改变各成分的化学性质发生改变 二、二、 铜的性质铜的性质1.1.物理性质：物理性质：铜具有铜具有 色金属光泽，延展性、导电、导热色金属光泽，延展性、导电、导热性

7、较好，且导电性在金属中仅次于性较好，且导电性在金属中仅次于 ，其晶，其晶体堆积方式属于体堆积方式属于 ，不能被磁铁吸引。，不能被磁铁吸引。2.2.化学性质化学性质铜是铜是 的金属，通常显的金属，通常显+1+1、+2+2价价（1 1）与非金属单质反应）与非金属单质反应 与与O O2 2反应：反应： 与与ClCl2 2反应：反应： 与与S S反应：反应： 紫红紫红Ag面心立面心立方最密堆积方最密堆积不活泼不活泼Cu+Cl2 CuCl2(有棕黄色的烟有棕黄色的烟)2Cu+O2 2CuO(黑色黑色)2Cu+S Cu2S(黑色黑色)常温下，常温下，铜在铜在干燥的空气中不发生反应，但潮湿的干燥的空气中不发

8、生反应，但潮湿的空气里，表面易形成铜绿。空气里，表面易形成铜绿。反应方程式为：反应方程式为： 思考：思考：CuClCuCl2 2无水固体、浓溶液、稀溶液分别呈什无水固体、浓溶液、稀溶液分别呈什么么颜色颜色? ?写出有关反应式写出有关反应式 ： （2 2）与酸反应与酸反应 一般不与非氧化性酸（如稀硫酸、盐酸）反应一般不与非氧化性酸（如稀硫酸、盐酸）反应产生氢气产生氢气 氧化性酸：氧化性酸：（a a）与稀）与稀HNOHNO3 3反应反应现象现象： 反应方程式：反应方程式： 2CuO2H2OCO2 Cu2(OH)2CO33Cu+8HNO3(稀稀) 3Cu(NO3)2+2NO+4H2O有气泡产生，铜片

9、逐渐溶解溶液变蓝有气泡产生，铜片逐渐溶解溶液变蓝无水氯化铜呈无水氯化铜呈棕黄色棕黄色，常以，常以(CuCl2)n的形式存的形式存在，溶于少量水时形成在，溶于少量水时形成Cu(H2O)42+和和CuCl42-络离子：络离子： (CuCl2)2+4H2O Cu(H2O)42+CuCl42- Cu(H2O)42+显蓝色，显蓝色，CuCl42-显绿色显绿色，它们共，它们共存时的混合色则为绿色，所以存时的混合色则为绿色，所以浓的浓的CuCl2溶液显溶液显绿色。绿色。 稀释时由于水增加，电离平衡向右移动，稀释时由于水增加，电离平衡向右移动，CuCl42-离子减少，离子减少，Cu(H2O)42+离子增加，绿

10、色离子增加，绿色向蓝色变化。当向蓝色变化。当溶液相当稀时溶液相当稀时，几乎均为，几乎均为Cu(H2O)42+，CuCl42-很少很少，所以所以显显蓝色蓝色。（b b） 与浓与浓 HNOHNO3 3反应反应 现象现象： 反应方程式：反应方程式： （c c） 与浓硫酸共热与浓硫酸共热现象现象： 反应方程式：反应方程式： （3 3）与盐溶液反应）与盐溶液反应与与AgNOAgNO3 3反应：反应： 与与FeClFeCl3 3反应：反应： 三、三、 铜的重要化合物铜的重要化合物1.1.氧化铜氧化铜 氧化铜是氧化铜是 色粉末状固体（区别于氧化亚色粉末状固体（区别于氧化亚铜铜 色），难溶于水色），难溶于水

11、Cu+4HNO3(浓浓) Cu(NO3)2+2NO2+2H2OCu+2AgNO3 2Ag+Cu(NO3)2Cu+2FeCl3 2FeCl2+CuCl2黑黑砖红砖红Cu+2H2SO4(浓浓) CuSO4+SO2+2H2O有有红棕色红棕色气气体体产生，铜片逐渐溶解溶液变蓝产生，铜片逐渐溶解溶液变蓝有气泡产生，铜片逐渐溶解溶液变蓝有气泡产生，铜片逐渐溶解溶液变蓝 与还原剂（与还原剂（H H2 2 、COCO、C C）反应）反应与与H H2 2反应反应 与与C C 反应反应 与酸反应（如与酸反应（如HNOHNO3 3、HClHCl、H H2 2SOSO4 4等）等）离子方程式离子方程式2.2.铜的氢氧

12、化物铜的氢氧化物 氢氧化铜是氢氧化铜是 色固体，难溶于水，但可溶色固体，难溶于水，但可溶于氨水于氨水思考：为什么氢氧化铜能溶于氨水？思考：为什么氢氧化铜能溶于氨水？ 不稳定性（受热易分解）不稳定性（受热易分解） CuO+H2 Cu+H2OCuO+2H+ Cu2+H2O蓝蓝Cu(OH)2 CuO+H2O氢氧化铜与氨水会发生金属离子的络合反应氢氧化铜与氨水会发生金属离子的络合反应Cu(OH)2+4NH3.H2O=Cu(NH3)4(OH)2+4H2O 2CuO+C 2Cu+CO2高温 与酸反应（如与酸反应（如HNOHNO3 3、HClHCl、H H2 2SOSO4 4等）等）离子方程式离子方程式 弱

13、氧化性（如与葡萄糖反应）弱氧化性（如与葡萄糖反应） 思考：真正与葡萄糖反应的微粒是什么？思考：真正与葡萄糖反应的微粒是什么？3.3.硫酸铜硫酸铜 无水硫酸铜是无水硫酸铜是 色固体，能溶于水，水溶色固体，能溶于水，水溶液呈液呈 色，因此，无水硫酸铜可用于色，因此，无水硫酸铜可用于 Cu(OH)2+2H+ Cu2+2H2O白白蓝蓝Cu2O+CH3COONa+3H2O2Cu(OH)2+CH3CHO+NaOHCu2+;铜离子具有弱氧化性，可以与葡萄糖中的醛基反应铜离子具有弱氧化性，可以与葡萄糖中的醛基反应检验水的存在检验水的存在 硫酸铜晶体是硫酸铜晶体是 色，俗称色，俗称 、 ， 化学式为化学式为Cu

14、SOCuSO4 45H5H2 2O O，实际为，实际为 硫酸铜晶体受热易分解硫酸铜晶体受热易分解 CuSOCuSO4 4是制铜盐的重要原料，如波尔多液（原料是制铜盐的重要原料，如波尔多液（原料 、 ）思考：为什么硫酸铜可用于游泳池消毒？思考：为什么硫酸铜可用于游泳池消毒？4.4.铜的配合物铜的配合物Cu()Cu()一般易形成配位数为一般易形成配位数为4 4的正方形构型的络离的正方形构型的络离子如子如Cu(HCu(H2 2O)O)4 4 2+2+（ 色）、色）、 CuClCuCl4 4 2-2-（ 色）、色）、Cu(NHCu(NH3 3) )4 4 2+2+（ 色）等色）等蓝蓝胆矾胆矾蓝矾蓝矾C

15、uSO45H2O CuSO4+5H2O蓝蓝绿绿深蓝深蓝硫酸铜中的铜离子属于重金属离子硫酸铜中的铜离子属于重金属离子硫酸铜硫酸铜石灰乳石灰乳Cu(H2O)4SO4H2O例例1 1、在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加、在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列固体粉末：入下列固体粉末：FeClFeCl2 2； FeFe2 2O O3 3； NaNa； Ca(NOCa(NO3 3) )2 2。铜粉可溶解的是。铜粉可溶解的是 （ ）A A B B C C D D例例2 2、在、在FeClFeCl3 3、CuClCuCl2 2、FeClFeCl2 2的混合溶液中，的混合溶液中，FeFe3+3+、CuCu2

16、+2+、FeFe2+2+的物质的量浓度之比为：的物质的量浓度之比为：4:2:14:2:1，现加入适量的铁粉，使溶液中的三种离子的物质的现加入适量的铁粉，使溶液中的三种离子的物质的量浓度之比为：量浓度之比为：1:3:91:3:9，则投入的铁粉与原溶液中，则投入的铁粉与原溶液中CuCu2+2+的物质的量之比为的物质的量之比为 （ ）A A5:4 B5:4 B4:5 C4:5 C3:5 D3:5 D5:65:6典型例题典型例题：B D 三、三、 铜的炼制铜的炼制1.1.粗炼粗炼 火法炼铜（以火法炼铜（以CuCu2 2S S为例）：为例）： 湿法炼铜湿法炼铜 2.2.电解精炼电解精炼 电解时，以电解时

17、，以 作电解液，作电解液， 作作阴极，阴极， 作阳极作阳极CuSO4溶液溶液纯铜纯铜粗铜粗铜Cu2S+O2 2Cu+SO2高温高温Fe+CuSO4 FeSO4+Cu 1.1.现有浓度各为现有浓度各为1mol/L1mol/L的的FeClFeCl3 3、FeClFeCl2 2、CuClCuCl2 2的混和溶液的混和溶液100ml100ml，加入一定量的铁粉，按下列情况填空。，加入一定量的铁粉，按下列情况填空。（1 1）反应完毕，铁粉有剩余。）反应完毕，铁粉有剩余。反应完毕，溶液中一定含有反应完毕，溶液中一定含有 阳离子，是阳离子，是 molmol，一定没有，一定没有 阳离子。阳离子。 固体物质烘干

18、后，其中一定含有固体物质烘干后，其中一定含有 和和 ，和反应前加入的铁粉质量比和反应前加入的铁粉质量比 （填多或少）（填多或少） 克。克。Fe2+0.35Fe3+、Cu2+FeCu少少2.0（2 2）反应完毕，有铜生成，铁粉无剩余。）反应完毕，有铜生成，铁粉无剩余。反应后的溶液中一定含有反应后的溶液中一定含有 阳离子，阳离子，该阳离该阳离子在溶液中的物质的量的范围是子在溶液中的物质的量的范围是 。Fe2+练习练习0.25mol n(n(Fe2+)0.35mol0.35mol溶液中可能含有溶液中可能含有 阳离子阳离子, ,该阳离子在溶液中该阳离子在溶液中物质的量的可能存在范围是物质的量的可能存在

19、范围是 。溶液中一定不含溶液中一定不含阳离子。阳离子。溶液的质量溶液的质量（填增加或减少）（填增加或减少）（3 3）反应完毕后，无固体沉淀物质存在，反应后）反应完毕后，无固体沉淀物质存在，反应后的溶液中一定含的溶液中一定含 _和和 _阳离子，它们中物阳离子，它们中物质的量为定值的是质的量为定值的是 阳离子，为阳离子，为 molmol，它，它们中的物质的量为一数值范围的是们中的物质的量为一数值范围的是 _阳离阳离子，该数值范围是子，该数值范围是 。Cu2+Fe3+增加增加Fe2+Cu2+Cu2+0.1Fe2+0.1mol n(n(Fe2+)0.25mol0.25mol0 n(Cu2+) 0.0.

20、1mol1mol2.铜是生命必需的元素，也是人类最早使用的金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都产属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面都产生了深远的影响请完成生了深远的影响请完成(1)(3)题题(1)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜即：即：曾青曾青(CuSO4)跟铁反应就生成铜跟铁反应就生成铜试写出该反应的试写出该反应的化学方程式：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铜器表面有时会生成铜绿，请写出生成铜绿的化学方程式：学方程式：_.FeCuSO4 FeSO4Cu2CuO2H

21、2OCO2 Cu2(OH)2CO3这层铜绿可以用化学方法除去试写出除去铜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：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常用于制造货币(铜的熔点是铜的熔点是1183.4，铁的熔，铁的熔点是点是1534.8)Cu2(OH)2CO34HCl 2CuCl2CO23H2O选择铜作货币是因为铜的熔点比较低，容易冶炼铸选择铜作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

22、定，不易被腐蚀造成型；铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀. 3.某某课外研究小外研究小组，用含有，用含有较多多杂质的的铜粉，粉，通通过不同的化学反不同的化学反应制取胆制取胆矾。其。其设计的的实验过程程为：(1)杂铜中含有大量的有机物，可采用灼中含有大量的有机物，可采用灼烧的的方法除去有机物，灼方法除去有机物，灼烧时将瓷坩将瓷坩埚置于置于_上上(用以下所用以下所给仪器的器的编号填入，下号填入，下同同)，取用坩，取用坩埚应使用使用_，灼，灼烧后的坩后的坩埚应放在放在_上，不能直接放在桌面上。上，不能直接放在桌面上。实验所用所用仪器：器：a蒸蒸发皿皿b石棉网石棉网c泥三角泥三角d表面皿表面皿e坩坩埚钳

23、f试管管夹bce(2)杂铜经灼灼烧后得到的后得到的产物是氧化物是氧化铜及少量及少量铜的混合物，灼的混合物，灼烧后含有少量后含有少量铜的可能原因的可能原因是是_。a灼灼烧过程中部分氧化程中部分氧化铜被被还原原b灼灼烧不充分不充分铜未被完全氧化未被完全氧化c氧化氧化铜在加在加热过程中分解生成程中分解生成铜d该条件下条件下铜无法被氧气氧化无法被氧气氧化(3)通通过途径途径实现用粗制氧化用粗制氧化铜制取胆制取胆矾，必必须进行的行的实验操作步操作步骤：酸溶、加：酸溶、加热通氧通氧气、气、过滤、_、冷却、冷却结晶、晶、_、自然干燥。自然干燥。蒸发蒸发过滤过滤a、b(4)由粗制氧化由粗制氧化铜通通过两种途径制取胆两种途径制取胆矾，与，与途径途径相比，途径相比，途径有明有明显的两个的两个优点是点是_、_。(5)在在测定所得胆定所得胆矾(CuSO4xH2O)中中结晶水晶水x值的的实验过程中：称量操作至少程中：称量操作至少进行行_次。次。4途径途径不会产生污染大气的气体不会产生污染大气的气体产生等量胆矾途径产生等量胆矾途径消耗硫酸少消耗硫酸少(6)若若测定定结果果x值偏高，可能的原因是偏高，可能的原因是 (填填字母字母编号号)。 a加加热温度温度过高高 b胆胆矾晶体的晶体的颗粒粒较大大 c加加热后放在空气中冷却后放在空气中冷却 d胆胆矾晶体部分晶体部分风化化a