第33课时金属的通性及冶炼.docx
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第33课时金属的通性及冶炼
第33课时金属的通性及冶炼(A卷)
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1.金属概论
(1)金属元素在周期表中的位置:
周期表中除22种非金属元素外,其余皆为金属。
分布2~7的前半周期,从族来看,分布在ⅠA、ⅡA、ⅢA的所有元素(除H、B外),ⅣA至ⅦA的部分元素以及所有的过渡元素。
(2)原子结构特征:
原子最外层电子数较少,一般少于4个,与同周期非金属元素原子半径相比,金属元素原子半径较大,在反应中容易失去电子形成阳离子,表现还原性。
(3)存在形态:
少数化学性质不活泼的金属,在自然界中以游离态存在,如Au、Pt及少量Ag、Cu。
化学性质活泼的金属在自然界中总是以化合态存在。
(4)金属的物理性质:
金属单质形成的晶体都是金属晶体(Hg常温下为液态)。
在晶体中存在金属阳离子和自由电子,这一共同结构使金属有很多共同的物理性质,如金属光泽、导电性、导热性、延展性。
而金属阳离子与自由电子的作用强弱,又决定了金属的硬度和熔、沸点高低,表现在同周期或同主族的金属元素所呈现的递变规律。
(5)合金:
合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
合金的硬度一般比它的各成分金属大,熔点一般比它的各成分金属低。
2.根据金属活动顺序表分析金属知识的规律
3.金属的冶炼
(1)冶炼原理:
Mn++ne-→M
(2)冶炼步骤:
富集、冶炼、精炼
(3)冶炼方法:
a.电解法化学性质很活泼的金属采用此法,金属活动顺序表中A1之前的金属。
但要注意不能电解它们盐的水溶液,只能电解熔融盐。
K一般不能电解熔融盐法,因钾易溶于熔融KCl,而一般用Na与KCl通过控制反应温度而得到。
b.还原法化学性质较活泼的金属一般用还原剂还原法冶炼。
常见的还原剂有碳、一氧化碳、氢气、铝粉、活泼金属等。
用H2作还原剂一般制取纯度较高的金属;用铝作还原剂,常用于冶炼难熔的金属;用活泼金属如Na、Mg、Ca等作还原剂,主要冶炼某些稀有金属。
c.热分解法金属活动顺序表中位于氢后面的金属因它们的氧化物受热易分解,常采用此法冶炼。
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1.下列关于金属元素特征的叙述正确的是()
①金属性越强的元素相应的离子氧化性越弱;②金属元素只有金属性,没有非金属性;③价电子越多的金属原子金属性越强;④离子化合物中一定含金属元素;⑤晶体中可能只含阳离子,而不含阴离子
A.①②③B.②③⑤C.①⑤D.全部
(本题考查学生对金属的通性理解和掌握情况。
答题时要从金属元素原子及所形成的晶体结构特征方面考虑。
)
2.(1993年全国高考题)a、b、c、d、e分别是Cu、Ag、Fe、Al、Mg5种金属中的一种。
已知:
(1)a、c均能与稀硫酸反应放出气体;
(2)b与d的硝酸盐反应,置换出单质d;(3)c与强碱反应放出气体;(4)c、e在冷浓硫酸中发生钝化。
由此可判断a、b、c、d、e依次为()
A.FeCuAlAgMg
B.AlCuMgAgFe
C.MgCuAlAgFe
D.MgAgAlCuFe
(此题考查学生对金属活动顺序表的理解及对Al、Fe金属的特殊性质的记忆和理解。
答题时按照题干要求,对照选项逐个分析筛选。
)
3.(2001年上海高考题)下列物质中,不属于合金的是()
A.硬铝B.黄铜C.钢铁D.水银
(该题考查学生对合金概念的掌握情况。
答题时注意单质不属于合金范畴。
)
4.冶炼金属一般有下列方法:
①焦炭法②水煤气(或
氢气,或一氧化碳)法③活泼金属置换法④电解法;四种方法在工业上均有运用
(1)请对下表中的金属冶炼方法进行分析,从上述四种方法中选择相应的序号填入表中空格:
火烧孔雀石炼铜
湿法炼铜
铝热法炼铬
从光卤石中炼镁
火烧孔雀石炼铜所发生反应的化学方程式(写主要的两个:
;
。
(2)请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个(用化学方程式表示):
②、
③、
④。
(本题考查学生对金属冶炼方法的掌握情况及灵活运用知识的能力。
答题时依据金属知识规律、注意反应条件和适用范围。
)
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1.下列固体的性质描述适合于金属的是()
A.熔点1070℃,固态不导电,水溶液能导电
B.熔点10.31℃,液态不导电,水溶液能导电
C.熔点3550℃,固态不导电,不溶于常见的溶剂
D.熔点97.8℃,质软,固态能导电,密度0.97g·cm-3
(本题考查学生对金属单质的一些物理性质掌握情况。
答题时抓住金属单质不论是固态还是液态都能导电这一特点。
)
2.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,离子只有氧化性
B.金属元素在化合物中一定显正价
C.金属元素在不同化合物中化合价均不同
D.金属元素的单质在常温下均为金属晶体
(该题考查学生对金属的通性和特性的理解程度。
答题时既要利用一般规律,又要注意特例。
)
3.人体内所必需的下列元素中,因摄入量不足而导致骨质疏松的是()
A.KB.CaC.NaD.Fe
(此题考查学生对金属元素用途的了解情况,考查层次要求为识记。
)
4.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可以溶于稀H2SO4中,M不被稀H2SO4氧化,则这五种金属的活动性由弱到强的顺序是()
A.M C.N (本题涉及某些金属所表现的化学性质,考查学生对这些反应的理解和运用情况。 答题时依据金属活泼性强弱规律,作出合理判断。 ) 5.铝硅合金(含Si13.5%),它在凝固时收缩率很小,因而,这种合金适合铸造。 在下列三种晶体中①铝,②硅,③铝硅合金中,它们的熔点从低到高的顺序是() A.①③②B.②①③C.③②①D.③①② (此题考查学生对晶体及合金性质的了解情况。 答题时注意合金的熔点与各成分单质相比,所体现的规律。 ) 6.下表中的各组元素,将0.02mol甲放入1L0.01mol/L的盐酸中,完全反应后过滤,再往滤液(无损耗)中加入0.01mol乙,整个过程中放出H2的量最多的组是() A B C D 甲 K Na A1 Na 乙 Mg Al Na K (本题的考查目标是: 对金属单质性质的认识,并能根据反应方程式进行计算和推理。 答题时对它们相互间的反应和所体现的量的关系要明确。 ) 7.要从银铜合金中分离银,下列所加药品与操作错误的是() A.合金溶于硝酸,加入锌粉,还原出银 B.合金溶于硝酸,加入铜板,取下铜板上附着的银 C.合金溶于硝酸,加盐酸过滤,使沉淀溶于浓氨水,再滴人葡萄糖溶液,水浴加热 D.合金溶于硝酸,调整pH,用银棒作阴极,铜棒作阳极,电解 (此题考查学生对合金的分离与冶炼原理的理解及对某些反应的记忆。 识记和掌握课内讲述过的基本知识是解答本题的关键。 ) 8.有A、B、C、D、E、F、G七种金属,它们是钾、铁、银、锌、铜、铂、锡。 根据下列情况判断它们分别是哪种金属。 (1)在常温下只有A和水反应放出氢气; (2)D、E、G都能和稀H2SO4反应放出氢气; (3)镀有D的E,镀层破损后,E不易腐蚀; (4)镀有G的E,镀层破损后,E容易腐蚀; (5)C、F分别放在硝酸溶液中,F不溶解; (6)以惰性电极电解相同浓度的B和C的硝酸盐溶液时,先析出C。 则A,B,C,D,E,F,G。 (该题考查学生对金属活动顺序表的理解及综合运用能力。 答题时根据题给金属的活泼性,按照题干要求,分析筛选作出判断。 ) 9.阅读下面材料,并回答问题。 铝可以从铝土矿中获取。 铝土矿是不纯净的铝的氧化物(杂质为Fe2O3和SiO2),它是非再生资源。 假如我们对铝的消费保持现有的速率,我们获得生产足够的铝所需的铝土矿 仅能维持30年左右。 由此看来,保护现有自然资源和对非再生资源的再利用,是值得我们考虑的。 但废物回收仍有相当大的难度,其关键的因素主要涉及旧金属的收集、与其他废物的分离、回收和提炼金属的费用、金属本身的价值等。 (已知1mo1电子电量约为105C) (1)试说明回收铝的过程中存在的困难: 。 (2)为什么金的回收率比铝的回收率要大得多答: 。 (3)常温下,SiO2与强碱或强酸是很难反应的。 现利用盐酸、氢氧化钠溶液、氨气、二氧化碳和水,从铝土矿中提取纯净的Al2O3。 试设计一个适用于工业生产上提纯Al2O3 的实验方案。 用化学方程式表示提纯的过程。 (4)假定用6V直流电源供电进行电解,制2.7tAl需要多少kJ的电能? (要求列式并计算) (5)在1.01×105Pa,27℃时,每产生1molAl,理论上在阳极生成氧气的体积为多少L? (请列式并计算) (本题考查学生的阅读理解能力、接受信息的能力和综合运用其他学科知识解决实际问题的能力。 答题时要充分利用题给信息,结合已有的元素化合物知识,写出反应方程式并列式计算。 ) 第33课时金属的通性及冶炼(B卷) 易错现象 1.对某些金属元素的特性及用途了解不够清楚而导致出错。 2.对涉及的某些元素及其化合物的知识、反应原理掌握不够准确,甚至混淆而误判。 3.审题不严谨,接受和处理信息的能力薄弱,类推比较的能力不到位而造成错误。 纠错训练 1.能正确描述金属通性的是() A.具有金属光泽B.易导电、导热 C.具有高的熔点D.具有强还原性 2.现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色的硬铝制造,取硬铝样品进行如下实验。 (每一步试剂均过量) 由此可推知硬铝的组成为() A.A1、Cu、Mg、Si、MnB.Al、Mg、Si、Zn C.A1、Fe、C、SiD.Al、Si、Zn、Na 3.下列事实能说明A元素的金属性一定比B元素强的 是() A.将金属C分别放入A盐和B盐的溶液中,只有A析出 B.发生氧化还原反应时,A元素原子失去的电子比B原于多 C.B阳离子的氧化性比A阳离子氧化性强 D.A能与水剧烈反应放出氢气,而B不能 4.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。 请完成下列各题: ⑴在化学反应中,铜元素可表现为0、+1、+2价。 ①在西汉古籍中曾有记载: 曾青(CuSO4)得铁则化为铜。 试写出该反应的化学方程式。 ②铜器表面有时会生成铜绿[Cu2(OH)2CO3],这层铜绿可用化学方法除去。 试写出除去铜绿而不损伤器物的反应的化学方程式: 。 ③新制的铜试剂[Cu(OH)2]与葡萄糖反应会生成红色沉淀,因此该试剂可用于检验糖尿病人尿液中葡萄糖的含量。 试写出葡萄糖与Cu(OH)2反应的化学方程式 。 ⑵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℃) 。 5.金矿和银矿中金银的含量往往较低,工业上提炼金是采用氰化法提炼。 这个方法的原理是: 用稀的氰化钠溶液处理粉碎了的金矿石,通空气,使金矿石中的金粒溶解,生成能溶于水的络合物Na[Au(CN)2],其反应方程式为: 4Au+8NaCN+2H2O+O2=4Na[Au(CN)2]+4NaOH Na[Au(CN)2]在水溶液中电离为Na+和[Au(CN)2]-。 电离方程式为: Na[Au(CN)2]=Na++[Au(CN)2]-,然后再用锌从溶液中把金置换出来,锌转化为Na2[Zn(CN)4]。 请回答下列问 题: (1)写出在空气中用氰化钠溶液提取金的电极反应式。 (2)写出锌从溶液中置换出金的离子方程式。 检测提高 1.下列各种冶炼方法中,可制得相应金属的是() A.加热氧化铝B.加热碳酸钙 C.电解熔融氯化钠D.氯化钠与铝高温共热 2.下列元素中被赞誉为“生命元素”的是() A.锌B.铁C.碘D.铜 3.2000年5月,保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝: 铜铸的牛首、猴首和虎首。 普通铜器时间稍久容易出现铜绿,其主要成分是Cu2(OH)2CO3。 这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍然熠熠生辉不生锈,下列对其原因的分析,最可能的是() A.它们是含一定比例金、银、锡、锌的铜合金 B.环境污染日趋严重,它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去 C.铜的金属活动性比氢小,因此不易被氧化 D.它们的表面都电镀上一层耐腐蚀的黄金 4.所谓合金,就是不同种金属(包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物或冷却后的固体,如下表中金属最难与表中其他金属形成二元合金的元素是() Fe Cu Ag Au W 熔点/℃ 1535 1083 960.8 1063 3380 沸点/℃ 3000 2595 2212 2707 5627 A.ZnB.FeC.WD.Ag 5.当燃烧镁和某金属组成的合金时,所形成的氧化物的质量为反应前合金质量的2倍,则另一金属可能是() A.铜B.铍C.钠D.铝 6.将ag锌粉、A1粉、Mg粉的混合物与一定量的溶质质量分数为25%的稀硫酸恰好完全反应,加热蒸发水分后得固体bg(不含结晶水),则反应生成的H2质量是() A.(b-a)gB.(a-b)g C.(b-a)/48gD.无法计算 7.将5g某金属加入100mL4mol·L-1的硫酸溶液中,当硫酸浓度降到原浓度的一半时(设溶液体积不变),金属还没有全部溶解,该金属可能是() A.铝B.锌C.铁D.镁 8.现用一包可能由镁、铝、铁、铜、银几种金属组成的混合物进行如下实验: (1)该混合物和过量的金属钾一起投入足量的水里立即有气体产生,反应停止后发现有少量残留固体。 (2)向上述固、液混合物逐滴加入盐酸,发现有白色沉淀产生,当盐酸滴加至过量时,沉淀部分消失伴有气体逸出,这时溶液显浅绿色。 (3)向 (2)所得固、液混合物中加入足量稀硝酸,加热,发现残留固体溶解,最终得到澄清的溶液。 问: (1)上述混合物中一定存在的金属是,一定不存在的金属是,可能存在的金属是。 (2)写出上述实验过程中所有肯定发生的化学方程式。 9.已知有关物质的熔沸点数据如下表: MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3 熔点/℃ 2852 2072 714 190(2.5×105Pa) 沸点/℃ 3600 2982 1412 182.7 请参考上述数据回答下列问题: 工业上常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁,电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。 为什么不用电解MgO的方法生产镁? 理由是 。 为什么不用电解AlCl3的方法生产铝? 理由是 。 10.工业上常用Na制备钛、锆、铌、钽等。 如制钛,常用如下反应步骤; (1)用90%浓H2SO4溶解钛铁矿(FeTiO3),反应式为: FeTiO3+3H2SO4=FeSO4+Ti(SO4)2+3H2O。 在除去不溶性杂质后,结晶析出FeSO4·7H2O时,为保持较高的酸度不能加水,其原因可能是 A.防止Fe2+被氧化 B.防止Ti(SO4)2水解 C.减少FeSO4·7H2O的溶解量 D.减少Ti(SO4)2的溶解量 (2)在除去杂质后,又需加大量水稀释以降低酸度,同时加热以生成TiO(OH)2沉淀,过滤,将TiO(OH)2加热分解即得钛白粉(TiO2)。 除杂后加水稀释和加热的目的是 。 (3)在高温HCl气流中,TiO2可转化为TiCl4,反应方程式为: 。 (4)将TiCl4与Na共熔即可得Ti,反应式为 ,若用TiCl4溶液与Na反应制Ti,不能达到预期目的,原因是 。 11.随着材料科学的发展,金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用,并被誉为“合金的维生素”。 已知钒的原子序数是23,回答下列问题: (1)钒被认为是一种稀土元素,广泛分散于各种矿物中。 钾钒铀矿中的钒原于是最外层已达8电子稳定结构,其化学式为K2H6U2V2O15,若用氧化物的形式表示,该化合物的化学式为; (2)测定钒含量的方法是先把钒转化成V2O5,V2O5在酸性溶液里转变成VO2+,再用盐酸、硫酸亚铁、草酸等测定钒。 总反应可表示为: VO2++H2C2O4VO++CO2+H2O(未配平) 其中的还原剂是。 若消耗0.9mol草酸,所对应钒元素的质量是g。 12.纳米材料是指由极细晶粒组成,纳米粒子是指直径为1~100nm的超细粒子。 纳米材料在催化、光学、磁性力学等方面具有许多奇异的性能。 有一种第ⅢA~VA族元素的二元化合物纳米粒子,由元素M和元素A组成。 制备这种纳米粒子的方法是: 在真空的容器中用电阻丝加热,首先发生M的单质与Fe3O4粉末的置换反应,利用该反应放出的热引发化合物X与化合物Y的反应,从而制得纳米粒子。 巳知: X由元素M和元素B组成,Y由元素N和元素A组成。 M、N、A、B均为同一短周期元素,且原于序数均为奇数。 试回答: (1)M和Fe3O4发生反应的化学方程式为: (2)制取这种纳米粒子的化学反应方程式为: (3)用这种方法制取纳米粒子都必须在真空的容器中或惰性气氛中进行,其原因是: 。 13.超细氮化铝粉末被广泛应用于大规模集成电路生产等领域。 其制取原理为: Al2O3+N2+3C 2AlN+3CO由于反应不完全,氮化铝产品中往往含有炭和氧化铝杂质。 为测定该产品中有关成分的含量,进行了以下两个实验: (1)称取10.00g样品,将其加入过量的NaOH浓溶液中共热并蒸干,AlN跟NaOH溶液反应生成NaAlO2,并放出氨气3.36L(标准状况)。 ①上述反应的化学方程式为; ②该样品中的A1N的质量分数为; (2)另取10.00g样品置于反应器中,通入2.016L(标准状况)O2,在高温下充分反应后测得气体的密度为1.34g·L-1(已折算成标准状况,AlN不跟O2反应)。 该样品中含杂质炭g。 第33课时(A卷)答案与讲析 典型题点击 1.C2.C3.D 讲析: 1.在元素周期表中,金属与非金属元素分界线附近的金属元素往往表现一定的非金属性,②错;价电子数多少与失电子难易不一致,故③错;铵盐中不含金属元素,故④错。 金属晶体中只含阳离子,而不含阴离子。 讲析: 3.硬铝是Al、Cu、Mg、Mn、Si的合金,黄铜是Cu、Zn的合金,钢铁主要是Fe、C合金。 水银是金属单质。 4. (1)①;③;③;④ Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2↑ C+2CuO2Cu+CO2↑ (2)②Fe2O3+3CO2Fe+3CO2↑, WO3+3H2W+3H2O; ③3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3 ④2NaCl2Na+C12↑ 讲析: 4种方法有一个共同点,都是从金属化合物 里把金属还原出来。 焦炭、氢气、一氧化碳是常使用的还原剂,方法①、②一般冶炼不活泼或较活泼的金属,如铜、铁等。 活泼金属置换法,一般在水溶液中进行,也可以是粉末状。 在工业上利用铝热反应,用铝作还原剂冶炼难溶的金属,如钒、铬、锰等。 活泼的金属一般采用电解的方法,电解熔融的氯化钠、氯化镁、氧化铝制取钠、镁、铝。 (Ⅰ)孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3,加热分解: Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2↑ 火烧时,使用的树木变为木炭,CuO再与木炭反应,产生铜,属于焦炭法。 C+2CuO2Cu+CO2↑符合① (Ⅱ)湿法炼铜是我国西汉时期用铁从某些含铜化合物的溶液中置换出铜,属活泼金属置换法。 Fe+CuSO4=FeSO4+Cu适合于③ (Ⅲ)是使铝粉和Cr2O3的混合物在高温下反应,置换出铬,反应产生的热量使铬熔化而分离。 2Al+Cr2O3Al2O3+2Cr适合于③ (Ⅳ)从光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)中可得到六水合氯化镁晶体,再采用通电分解熔融的氯化镁的方法制取镁。 MgCl2Mg+C12↑符合④ 新活题网站 1.D2.B3.B4.C5.D6.B7.A 讲析: 2.A不正确,对于变价金属离子较低价态(如Fe2+)的既有氧比性又有还原性。 少数金属在常温下为非晶体,如Hg。 讲析: 3.只要了解Ca是人体骨骼的组成元素,而Fe是人体血红蛋白的组成元素之一。 不要将二者混淆。 讲析: 4.根据金属活泼性强弱的判断规律: ①能在水溶液中发生置换反应。 一定X>Y,且均不是A1以前的金属;②与冷水反应放出H2,为活泼金属;③原电池中负极活泼,M>N;④Y可与稀H2SO4反应,M不能,则: Y>M。 故答案为C。 讲析: 5.首先明确要比较的三种物质的晶体类型,铝、铝硅合金为金属晶体,而硅是原子晶体,熔点最高,又因合金的熔点比各成分熔点都低,从而选出答案D。 讲析: 6.0.02mol甲放入1L0.01mol/L的盐酸中,盐酸不足,放出H2取决于酸的量,但过量的Na、K能与水反应放出H2。 放出H2量: A=B=D>C。 再加入0.01mol乙,Mg与碱不反应,0.01molAl与碱(NaOH过量)反应产生0.15molH2,0.01molNa、0.01molK与水反应只产生0.005molH2。 故B选项产生H2最多。 注意Al与NaOH溶液反应要放出H2。 8.A: K;B: Cu;C: Ag;D: Zn;E: Fe;F: Pt;G: Sn 9. (1)①旧金属的收集;②与其他废物的分离;③回收和提炼金属的费用;④金属本身的价值;⑤人们的环境意识薄弱。 (2)①金属本身的价值;②金属的活动性。 (3)①Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O ②NaAlO2+CO2+2H2O=A1(OH)3↓+NaHCO3 ③2A1(OH)3Al2O3+3H2O (4)W=QU=6×=1.8×1011J=1.8×108kJ (5)每产生1molAl,则产生0.75molO2,换算为非标况下有: V(O2)= 第33课时(A卷) 典型题点击 1.C2.C3.D 讲析: 1.在元素周期表中,金属与非金属元素分界线附近的金属元素往往表现一定的非金属性,②错;价电子数多少与失电子难易不一致,故③错;铵盐中不含金属元素,故④错。 金属晶体中只含阳离子,而不含阴离子。 3.硬铝是Al、Cu、Mg、Mn、Si的合金,黄铜是Cu、Zn的合金,钢铁主要是Fe、C合金。 水银是金属单质。 4. (1)①;③;③;④ Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2↑ C+2CuO2Cu+CO2↑ (2)②Fe2O3+3CO2Fe+3CO2↑, WO3+3H2W+3H2O; ③3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3 ④2NaCl2Na+C12↑ 讲析: 4种方法有一个共同点,都是从金属化合物 里把金属还原出来。 焦炭、氢气、一氧化碳是常使用的还原剂,方法①、②一般冶炼不活泼或较活泼的金属,如铜、铁等。 活泼金属置换法,一般在水溶液中进行,也可以是粉末状。 在工业上利用铝热反应,用铝作还原剂冶炼难溶的金属,如钒、铬、锰等。 活泼
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- 33 课时 金属 通性 冶炼