合金复合材料完美版.docx

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合金复合材料完美版

第四章第三节合金复合材料

枣庄一中

课型：

复习课

授课时间：

2015年1月10日，

【考纲定标】

1、了解常见金属的活动顺序

2、了解金属铜及其重要化合物的主要性质及应用

3、了解合金的概念及其重要应用

【热点定位】

1.常见合金的性质及用途。

2．利用金属活动性顺序对金属单质的还原性、离子的氧化性、金属的冶炼方法进行考查。

3．铜及其化合物的性质与制备工艺流程。

【知识点一】铜及重要化合物

一．单质铜

1、物理性质：

色固体，具有良好的延展性、导电性和导热性。

不能被磁铁吸引。

2、化学性质：

（1）与非金属单质反应

①与O2反应：

②与Cl2反应：

③与S反应：

（2）

与酸反应

①一般不与非氧化性酸（如稀硫酸、盐酸）反应产生氢气

②氧化性酸：

（a）与稀HNO3反应：

（b）与浓HNO3反应：

（c）与浓硫酸共热：

（3）与盐溶液反应

①与AgNO3溶液反应：

②与FeCl3反应：

⑷锈蚀

常温下，铜与在干燥的空气中不发生反应，但潮湿的空气里，表面易形成

铜绿。

反应方程式为：

二、、氧化铜

1、物理性质

氧化铜是色粉末状固体（区别于氧化亚铜色），难溶于水。

2、化学性质：

⑴与还原剂（H2、CO、C）反应

与H2反应

与C反应

⑵与酸反应（如HNO3、HCl、H2SO4等）

离子方程式

⑶高温分解

化学方程式

三、氢氧化铜

1、物理性质

氢氧化铜是色固体，难溶于水，但可溶于氨水。

2、化学性质：

⑴不稳定性（受热易分解）

⑵与酸反应（如HNO3、HCl、H2SO4等）

离子方程式

四、硫酸铜

1、物理性质

⑴无水硫酸铜是色固体，能溶于水，水溶液呈色，因此，无水硫酸铜可用于水的检验，但不能做干燥剂。

⑵硫酸铜晶体是色，俗称、，化学式为CuSO4·5H2O

2、化学性质：

硫酸铜晶体受热易分解

3、用途：

CuSO4和石灰乳的混合液即为无机农药波尔多液。

【思考应用】

1．如何除去铜器表面的铜绿而不损坏铜器？

试写出反应的化学方程式。

2．如何从含Cu2＋的废水中回收铜单质？

3．铜锌合金的颜色酷似金的颜色，用铜锌合金制成的假金元宝常被不法人员用于欺骗行人，你如何能辨别其真伪？

4、“绿色化学”的主要内容之一是指从技术、经济上设计可行的化学反应，使原子充分利用，不产生污染物。

下列化学反应符合“绿色化学”理念的是（　　）

A．制CuSO4：

Cu＋2H2SO4（浓）===CuSO4＋SO2↑＋2H2O

B．制CuSO4：

2Cu＋O2===2CuO、CuO＋H2SO4（稀）===CuSO4＋H2O

C．制Cu（NO3）2：

Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O

D．制Cu（NO3）2：

3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

解析：

选B　A、C、D三项反应中均有污染性气体产生。

【特别提醒】

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溶液呈蓝色。

）

2Cu2＋与碱反应生成蓝色沉淀[Cu（OH）2]，这是鉴定Cu2＋的原理之一。

【知识点二】金属材料

1．合金

（1）概念：

合金是指两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有的物质。

（2）性能：

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。

2．金属材料

（1）重要的黑色金属材料——钢

（2）常见的有色金属材料

【思考应用】

5、下列物质，不属于合金的是（）

A．硬铝　　　　　　　B．黄铜

C．钢铁D．水银

解析：

水银属于金属单质，即Hg单质。

答案：

D

6、下列对合金的说法正确的是（　　）

A．合金中至少含有两种金属元素，不含非金属元素

B．合金中的金属元素以化合物的形式存在

C．合金中各种元素的含量一定，所以合金是纯净物

D．合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属

解析：

选D　合金是由两种或两种以上金属，或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的物质，A错误；合金中的金属以单质的形式存在，属于混合物，选项B、C错误。

【特别提醒】

（1）合金并不只含有金属元素，部分合金中还含有非金属元素。

合金中的非金属元素主要有碳、硅等。

（2）并非所有的金属都能形成合金。

因为两种金属必须熔合在一起才能形成合金。

如果一种金属还未熔化时，另一种金属已经汽化，则一般不能熔合在一起，如Cu与Na、Fe与Na等不能形成合金。

（3）密度小于4.5g·cm－3的金属属于轻金属，如K、Na、Mg、Al、Ca等，密度大于4.5g·cm－3的金属属于重金属，如Fe、Cu、Ag、Au等。

（4）钛合金：

钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点，主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等领域。

（5）金属之最：

熔点最高和最低的金属分别是W、Hg；人类使用最早的金属是Cu；用途最广泛的金属是Fe；最轻的金属是Li；最活泼的金属是Cs；地壳中含量最高的金属是Al；延展性最好的金属是Au。

【知识点三】复合材料

1．定义

将两种或两种以上的不同的材料经过特殊加工制成的材料称为复合材料。

2．组成

复合材料

3．常用的复合材料

名称

基体

增强体

玻璃钢

碳纤维增强复合材料

合成树脂

碳纤维

飞机、火箭、导弹壳体

碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维

隔热陶瓷瓦

陶瓷

碳纤维、碳化硅纤维、氧化硅纤维

4．性能

既保持或发展了原来材料的长处，又能弥补原材料的不足。

【思考应用】

7、下列说法错误的是（　　）

A．玻璃钢是以玻璃纤维做增强体、合成树脂做基体的复合材料

B．飞机机身的复合材料大多是以金属为增强体、纤维为基体的复合材料

C．制造网球拍用的复合材料是在合成树脂的基体中加入了碳纤维做增强体

D．航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成的

解析：

选B　飞机机身的复合材料大多是以纤维为增强体、金属为基体的复合材料，而B项中将基体与增强体颠倒了。

8、把①钢铁，②Cu，③陶瓷，④光纤，⑤氮化硅陶瓷，⑥金，⑦水泥，⑧合成纤维，⑨玻璃钢，⑩塑料等材料按分类填写在下列横线上（填写序号）：

（1）黑色金属材料______________________。

（2）有色金属材料______________________。

（3）传统无机非金属材料________________。

（4）新型无机非金属材料________________。

（5）复合材料__________________________。

（6）有机合成材料______________________。

解析：

钢铁属于黑色金属材料；铁、铬、锰以外的金属（如铜和金）是有色金属；陶瓷、水泥等为传统无机非金属材料；光纤、氮化硅陶瓷等为新型无机非金属材料；玻璃钢是用玻璃纤维做增强体、合成树脂做基体的复合材料；而合成纤维和塑料则为有机合成材料。

答案：

（1）①　

（2）②⑥　（3）③⑦　（4）④⑤　（5）⑨

（6）⑧⑩

【特别提醒】

（1）材料一般分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。

（2）合金属于金属材料，不属于复合材料。

（3）钢筋混凝土是建筑行业中常见的一种复合材料，其基体是：

沙子、石子、水泥、水形成的混凝土，增强体是钢筋。

（4）航天器、飞机上应用的是以碳纤维为增强体的复合材料。

【考点一】　铜及其化合物的性质

1．铜及其化合物之间的相互转化

【例1】物质A～G有下图所示转化关系（部分反应物、生成物没有列出）。

其中A为某金属矿的主要成分，经过一系列反应可得到B和C。

单质C可与E的浓溶液发生反应，G为砖红色沉淀。

请回答下列问题：

（1）写出下列物质的化学式：

B________、E_______________________、

G________。

（2）利用电解可提纯C物质，在该电解反应中阳极物质是________，阴极物质是________，电解质溶液是________。

（3）反应②的化学方程式是_____________________________________。

解析：

由G为砖红色沉淀，知G必为Cu2O，F为铜盐，又由C（单质）＋E（浓）―→F＋B，可推得可能为Cu和浓H2SO4或Cu和浓HNO3的反应，又由B→D的反应需高温、催化剂的条件，不难推出B为SO2、C为Cu、D为SO3、E为H2SO4、F为CuSO4。

答案：

（1）SO2　H2SO4　Cu2O

（2）粗铜　精铜　CuSO4溶液

（3）Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O

【考点二】　金属活动性顺序与金属冶炼方法

1、金属活动性顺序表及其应用

金属活动

性顺序表

K、Ca、Na

Mg、Al、Zn

Fe、Sn

Pb（H）

Cu、Hg、Ag

Pt、Au

原子失

电子能力

由强到弱，还原性由强到弱

阳离子得

电子能力

由弱到强，氧化性由弱到强（Fe对应Fe2＋）

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

HNO3、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

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

2．金属的冶炼方法

方法名称

主要反应原理

热分解法

2HgO

2Hg＋O2↑

2Ag2O

4Ag＋O2↑

热还原法

CO做还原剂

Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2（高炉炼铁）

H2做还原剂

WO3＋3H2

W＋3H2O

活泼金属

做还原剂

3MnO2＋4Al

3Mn＋2Al2O3

电解法

2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑

【例2】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＋＋Y；

②Z＋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可以溶于硫酸中，M不被稀硫酸氧化。

则这五种金属的活泼性由弱到强的顺序（）

A．MM>Y>X>Z

C．N

[解析]　由①知活泼性X>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，五种金属的活泼性Z>X>Y>M>N。

[答案]C

【考点三】

------铜的炼制

1、粗炼

①火法炼铜（以Cu2S为例）：

②湿法炼铜

2、电解精炼

电解时，以作电解液，作阴极，作阳极

3、由黄铜矿冶炼铜的工艺流程：

【例3】（2012·山东高考节选）工业上由黄铜矿（主要成分CuFeS2）冶炼铜的主要流程如下：

（1）气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的________吸收。

a．浓H2SO4b．稀HNO3c．NaOH溶液d．氨水

（2）由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为_________________________________________________________________________________________________________。

（3）以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼。

下列说法正确的是________。

a．电能全部转化为化学能

b．粗铜接电源正极，发生氧化反应

c．溶液中Cu2＋向阳极移动

d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属

（4）利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为________________________。

[解析]　

（1）气体A中的大气污染物为SO2，可以用NaOH溶液、氨水吸收。

（2）图示中可利用铝热反应由泡铜冶炼粗铜。

（3）电解精炼铜的过程中电能转变为化学能的同时，部分电能转化为热能，a错；电解精炼铜时，粗铜做阳极，与电源正极相连，发生氧化反应，b对；电解过程中Cu2＋向阴极移动，c错；粗铜中Ag、Pt、Au放电能力比铜弱，形成阳极泥，可以回收，d对。

（4）根据总反应，O2发生还原反应，因此正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

[答案]　

（1）c、d　

（2）3Cu2O＋2Al

Al2O3＋6Cu

（3）b、d

（4）4H＋＋O2＋4e－===2H2O

【课后巩固】

1．（2013·佛山高三质检）化学与科学、技术、社会、环境密切相关。

下列有关说法中正确的是（）

A．钢、青铜、硬铝和金刚石都是合金材料

B．铝合金的熔点和硬度均高于纯铝

C．铝合金的大量使用是因为人们能用焦炭等还原剂从氧化铝中获得铝

D．不锈钢和目前流通的硬币都是合金

解析：

选D。

金刚石是碳单质，不属于合金，A错误；铝合金的熔点低于纯铝，B错；冶炼铝是电解Al2O3，C错。

2．（2011·郑州一检）下列有关金属的说法中，正确的是（）

①在人类对金属材料的使用过程中，性质活泼的金属单质最早被人们冶炼和使用　②纯铁比生铁抗腐蚀性更强　③单质铝在空气中比较耐腐蚀，所以铝是不活泼金属　④正常人体缺钙会引起骨质疏松症，缺铁会引起贫血等疾病　⑤青铜、不锈钢、硬铝都是合金　⑥可通过焰色反应区分钾元素和钠元素

A．②④⑤⑥B．②③④⑤

C．①③④⑤D．①②⑤⑥

解析：

性质活泼的金属很难以游离态存在，一般被人们发现使用的较晚；生铁中含有杂质，会形成原电池，比纯铁较易被腐蚀；单质铝不易被腐蚀，是因为其与氧气反应在其表面形成致密的氧化膜，保护内部金属不被腐蚀；本题答案为A。

答案：

A

3．玻璃钢的制取过程是（　　）

A．玻璃与钢熔合而成的

B．把玻璃纤维加到钢中制成的

C．SiO2和钢熔合而成的

D．玻璃纤维加到合成树脂中复合形成的

【答案】　D

4．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，再加入下列固体粉末：

①FeCl2；②Fe2O3；③Zn；④KNO3，铜粉可溶解的是（B）

A．①②B．②④

C．②③D①④

5、（2013·云南曲靖二模）部分氧化的FeCu合金样品（氧化产物为Fe2O3、Cu

O）共5.76g，经如下处理：

下列说法正确的是（　　）。

A．滤液A中的阳离子为Fe2＋、Fe3＋、H＋

B．样品中Fe元素的质量为2.24g

C．样品中CuO的质量为4.0g

D．V＝896mL

解析：

根据题意，3.2g滤渣一定是铜，而铜与Fe3＋不共存，则A项错误；最后的3.2g固体为Fe2O3，其中Fe元素的质量为2.24g，B正确；样品中Cu元素和O元素共5.76g－2.24g＝3.52g，则C项错误；2.24gFe元素不可能全是单质，故生成的氢气的体积小于896mL，D错误。

答案　B

6、氢氧化铜和碱式碳酸铜[Cu2OH2CO3]均可溶于盐酸转化为氯化铜。

在高温下这两种化合物均能分解生成氧化铜。

溶解25.25g的上述混合物，恰好消耗1.0mol·L－1盐酸500mL。

灼烧等量的上述混合物，得到的氧化铜质量为　　

A.15gB.20g

C.30gD.35g

解析：

选B　利用氯元素守恒可以较快地解决，由Cu2＋～2Cl－可以得到CuO的物质的量为0.25mol，质量为20g。

7．（2012·高考上海卷改编题）火法炼铜首先要焙烧黄铜矿，其反应为2CuFeS2＋O2=========Cu2S＋2FeS＋SO2，下列说法正确的是（　　）

A．Cu2S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．每转移1.2mol电子，有0.2mol硫被氧化

解析：

选AD。

本题考查氧化还原反应，意在考生考生对概念的理解和计算能力。

由反应方程式知在反应中CuFeS2中Cu化合价降低还原为Cu2S、CuFeS2中1/4的S化合价升高，被氧化为SO2；O2在反应后化合价降低，还原为SO2，因此可知Cu2S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；利用反应知转移6mole－，有1molS被氧化，D项正确

8、已知酸性条件下有如下反应：

2Cu＋===Cu2＋＋Cu。

由于反应温度不同，用氢气还原氧化铜时，可能产生Cu或Cu2O，两者都是红色固体。

一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物作了验证，实验操作和实验现象记录如下：

加入试剂

稀硫酸

浓硫酸、加热

稀硝酸

浓硝酸

实验现象

红色固体和蓝色溶液

无色气体

无色气体和蓝色溶液

红棕色气体和绿色溶液

由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是（　　）

A．Cu

B．Cu2O

C．一定有Cu，可能有Cu2O

D．一定有Cu2O，可能有Cu

【解析】　Cu2O不但具有在酸性条件下发生歧化反应生成Cu2＋和Cu的性质，且具有与Cu类似的还原性，故Cu2O和Cu与浓H2SO4、稀HNO3、浓HNO3反应现象一样。

关键看与稀H2SO4的反应，根据相关现象可知一定含Cu2O，而不一定含Cu。

【答案】　D

9、美国航天飞机“哥伦比亚号”爆炸，是震惊世界的航天惨案。

专家推测“哥伦比亚”航天飞机的失事原因之一是覆盖在航天飞机外层的一片微不足道的隔热瓦脱离，引起飞机外表金属温度迅速升高而熔化解体。

（1）其中照片显示，在“哥伦比亚号”机翼下方有几片小瓷片脱落，引起了科学家的注意，这是一种覆盖在航天飞机表面的特殊的陶瓷片，其主要作用是__________________________________________________________。

A．增加航天飞机的强度，防止流星和太空垃圾撞击而损坏航天飞机

B．将太阳能转化为电能供航天飞机使用

C．便于雷达跟踪，接受地面指挥中心的指令

D．在返回大气层时，陶瓷耐高温隔热，有效地保护航天飞机平安返回地面

（2）隔热瓦是一种金属陶瓷，金属陶瓷是由陶瓷和黏结金属组成的非匀质的复合材料。

陶瓷主要是Al2O3、ZrO2等耐高温氧化物，黏结金属主要是Cr、Mo、W、Ti等高熔点金属。

下列关于复合材料的说法不正确的是________。

A．由两种或两种以上金属（或金属与非金属）熔合而成的物质叫复合材料

B．复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在综合性能上超过了单一材料

C．玻璃钢是以玻璃纤维和树脂组成的复合材料，它可做船体、汽车车身等，也可做印刷电路板

D．复合材料的熔、沸点一般比它的各组成成分的熔、沸点低

（3）将陶瓷和黏结金属研磨，混合均匀，成型后在不活泼气氛中烧结，就可制得金属陶瓷。

金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点，其密度小、硬度高、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂。

实验室有一金属陶瓷制成的容器，可用来盛放下列哪些物质________。

A．NaOH溶液B．KNO3溶液

C．氢氟酸D．盐酸

解析　

（1）从题干信息看出，特殊陶瓷片的主要作用是隔热、防止机体与空气摩擦产生高温而熔化。

故D正确。

（

2）复合材料是由基体和增强体组合而成。

A项叙述的物质是合金而不是复合材料。

复合材料一般具有各成分的性质，又比各成分的性能优良，强度高

、密度小、耐高温、耐腐蚀等。

故A、D错。

（3）金属陶瓷具有金属的性质和硅酸盐的性质，所以不能用来盛放酸性或碱性物质。

答案　

（1）D　

（2）A、D　（3）B

10．铜器久置，表面会生成一层绿色固体，某化学兴趣小组收集家中铜器表面的绿色固体进行探究。

查阅相关资料后，得知该绿色物质是碱式碳酸铜。

该小组同学利用如图装置进行实验，探究碱式碳酸铜的分解产物。

①对试管内的绿色固体进行加热至完全分解，观察到A装置中绿色固体逐渐变成黑色，B装置中无水硫酸铜变成蓝色，C装置中澄清石灰水变浑浊。

②取少量加热后生成的黑色固体于试管中，加入稀盐酸。

观察到黑色固体逐渐溶解，溶液变成蓝色。

③取少量上述蓝色溶液于试管中，浸入一根洁净的铁丝。

观察到铁丝表面有红色物质析出。

请回答下列问题：

（1）加热后试管中剩余的黑色物质是_________________________________。

（2）写出该绿色物质受热分解的化学方程式：

________________________________________。

（3）上述实验步骤③中反应的离子方程式为____________________________

_______________________________________________________________。

（4）实验装置最后的干燥管的作用是_____________________________。

（5）已知：

物质

开始沉淀时的pH

完全沉淀时的pH

Fe（OH）3

1.9

3.2

Fe（OH）2

7.0

9.0

Cu（OH）2

4.7

6.7

若提供的药品有：

Cl2、浓硫酸、NaOH溶液、CuO、Cu，试结合题给表格，简述除去步骤③溶液中Fe2＋的实验步骤：

_____________________________。

解析：

根据无水硫酸铜变蓝，可知反应中有水生成；根据澄清石灰水变浑浊，可知有CO2生成；根据黑色固体溶于稀盐酸溶液变蓝色，插入铁丝后有红色物质析出，知黑色物质应是CuO。

（1）加热后试管中剩余的黑色物质是CuO。

（2）碱式碳酸铜受热分解的化学方程式为Cu2（OH）2CO3

2CuO＋H2O＋CO2↑。

（3）上述实验步骤③中铁置换出铜，反应的离子方程式为Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋。

（4）该实验装置中最后的干燥管中装有碱石灰，目的是防止空气中的CO2进入广口瓶中，干扰实验。

（5）要除去Fe2＋，根据表格可知Fe2＋开始沉淀的pH为7.0，而Cu2＋完全沉淀的pH为6.7，所以当Fe2＋开始沉淀时Cu2＋已完全沉淀，要保证Cu2＋不被沉淀，只有把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调节pH除去杂质，根据提供的氧化剂，只能选择氯气，为了不引入杂质，选择CuO调节溶液的pH，注意沉淀后一定要过滤。

答案：

（1）CuO

（2）Cu2（OH）2CO3

2CuO＋H2O＋CO2↑

（3）Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋

（4）防止空气中的CO2进入广口瓶

（5）通入足量Cl2将Fe2＋氧化成Fe3＋，加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7，过滤除去Fe（OH）3

【教后记】

1、本节课内容较简单,要让学生熟悉教材，注重基础知识的落实。

2、主要复习金属材料，铜及其重要化合物的方程式书写较好。

3、习题5、6、7出错较多，要注意解题的方法和技巧。