文档内容
第 08 讲 金属材料
【化学学科素养】
1.宏观辨识与微观探析：认识金属材料的性能和应用，根据金属及其化合物的性质理解常见金属的冶
炼原理。
2.科学态度与社会责任：根据金属的冶炼原理及方法，认识开发利用金属矿物应具有可持续性，培养
绿色环保意识。
3.科学探究与创新意识：科学领悟铜、铝及其化合物的性质及探究方案并进行实验探究，得出其主要
性质。
【必备知识解读】
一、铝镁的性质及应用
1．金属铝的物理性质
银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。
2．金属铝的化学性质
①4Al＋3O=====2Al O
2 2 3
②2Al＋Fe O=====2Fe＋Al O
2 3 2 3
③2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H↑
2
④2Al＋2OH－＋6HO===2[Al(OH) ]－＋3H↑
2 4 2
3．铝热反应
实验装置
①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在
实验现象
较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热：Fe O＋2Al=====2Fe＋
实验结论 2 3
Al O
2 3
①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等，
原理应用 3MnO ＋4Al=====3Mn＋2Al O；
2 2 3
②金属焊接，如野外焊接钢轨等
4.铝的制备和用途
(1)制备原理电解熔融Al O：2Al O(熔融)=====4Al＋3O↑。
2 3 2 3 2
【特别提醒】工业上冶炼Al用电解熔融Al O 而不用AlCl 的原因是AlCl 是共价化合物，熔融态不导
2 3 3 3
电。
(2)铝的用途
纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。
二、铝的重要化合物
1．氧化铝
(1)物理性质：白色固体，难溶于水，熔点很高。
(2)化学性质
与H+反应Al O+6H+＝2Al3++3H O
2 3 2
与强碱反应Al O+2OH-＝2AlO-+H O
2 3 2 2
2．氢氧化铝
(1)物理性质：白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。
(2)化学性质(用化学方程式表示)
Al(OH) 的电离方程式为
3
酸式电离：Al(OH) ＋HO [Al(OH) ]－＋H＋
3 2 4
碱式电离：Al(OH) Al3＋＋3OH－
3
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
①Al(OH) ＋3H＋===Al3＋＋3HO。
3 2
②Al(OH) ＋OH－===[Al(OH) ]－。
3 4
③2Al(OH) =====Al O＋3HO。
3 2 3 2
(3)制备
①向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH ·H O ===Al(OH) ↓＋3NH。
3 2 3
②Na[Al(OH) ]溶液中通入足量CO，离子方程式为
4 2
[Al(OH) ]－＋CO===Al(OH) ↓＋HCO。
4 2 3
③Na[Al(OH) ]溶液与AlCl 溶液混合：3[Al(OH) ]－＋Al3＋===4Al(OH) ↓。
4 3 4 3
3．常见的铝盐
(1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。
(2)明矾的化学式为KAl(SO )·12H O，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH＜(填“＜”“>”或
4 2 2“＝”)7。明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3HO Al(OH) (胶体)＋3H＋，Al(OH) 胶体吸附水中
2 3 3
的杂质形成沉淀而净水。
三、铜及其化合物
1．铜
(1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。
(2)化学性质
反应物 化学方程式
①潮湿的空气中：2Cu＋O＋CO＋HO===Cu (OH) CO(碱式碳
2 2 2 2 2 3
O
酸铜，绿色)
2
非金属 ② 2Cu＋O 2 =====2CuO (黑色固体)
Cl Cu＋Cl=====CuCl (棕黄色烟)
2 2 2
S 2Cu＋S=====Cu S
2
浓硫酸 Cu＋2HSO (浓)=====CuSO ＋SO ↑＋2HO
2 4 4 2 2
氧化
浓硝酸 Cu＋4HNO(浓)===Cu(NO )＋2NO ↑＋2HO
3 3 2 2 2
性酸
稀硝酸 3Cu＋8HNO(稀)===3Cu(NO )＋2NO↑＋4HO
3 3 2 2
AgNO、 Cu＋2AgNO===Cu(NO )＋2Ag 、
3 3 3 2
盐
FeCl Cu＋2FeCl ===CuCl ＋2FeCl
3 3 2 2
2.铜的氧化物和氢氧化物
氧化铜 氧化亚铜 氢氧化铜
化学式 CuO Cu O Cu(OH)
2 2
状态 不溶于水的黑色固体(粉末) 不溶于水的红色固体 不溶于水的蓝色固体
①CuO＋2H＋===Cu2＋＋HO ①Cu 2 O＋2H＋ ①Cu(OH) 2 ＋2H＋
化学 2 ===Cu2＋＋Cu＋H 2 O ===Cu2＋＋2H 2 O
②CuO＋H=====Cu＋HO
性质 2 2 ②Cu O＋H=====2Cu ②Cu(OH) 2 =====
2 2
③CuO＋CO=====Cu＋CO
2 ＋H 2 O CuO＋H 2 O
3.铜盐
(1)Cu (OH) CO 的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，它是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，它受热
2 2 3
易分解：Cu (OH) CO=====2CuO＋HO＋CO↑ 。
2 2 3 2 2
(2)无水CuSO 是白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO ·5H O)，可作为反应产物中是否含水的检验依据，
4 4 2
但不适于作干燥剂。CuSO ·5H O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾，受热易分解：CuSO ·5H O=====CuSO ＋
4 2 4 2 4
5HO↑，蓝色晶体受热转化为白色粉末。
2
(3)铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活
性，因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的害虫。
四、合金和金属材料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)熔合而成的具有金属特性的物质。
(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。
①熔点：一般比它的各成分金属的低；
②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。
2．常见金属材料及应用
金属材料—
(1)重要的黑色金属材料——钢
钢是用量最大、用途最广的合金。
钢
(2)几种有色金属材料
铝及铝合金
铜及铜合金
【归纳总结】合金的组成与性质
(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元
素。合金一定是混合物。
(2)常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。
(3)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面
不同于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
3．应用金属活动顺序表整合金属的性质
Fe、Sn、
金属活动性顺序 K、Ca、Na Mg Al、Zn Cu、Hg、Ag Pt、Au
Pb(H)
常温下易被氧
常温下一般生成致密的氧
化，点燃生成
与O 反应 化膜(铁在潮湿的空气中生成疏 加热化合
2 过氧化物或其
松的铁锈，不能保护内部金属)
他复杂氧化物
与
热 有碱存 不反应
常温下生 与高温水蒸气
与HO反应 水 在与水 不反应
2 成碱和氢气 反应
反 反应
应
与非氧化性酸反
生成盐和氢气 生成盐和氢气 不反应
应
先与水反应，
与盐溶液反应 生成的碱再与 排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来
盐反应
【关键能力拓展】一、铝、镁的化学性质
铝 镁
2Mg＋O=====2MgO
2
与非金属反应 能被Cl、O 氧化
2 2
3Mg＋N=====MgN
2 3 2
能与沸水反应
与水反应 反应很困难
Mg＋2HO=====Mg(OH) ＋H↑
2 2 2
与碱反应 能溶于强碱溶液 不反应
与某些氧化物 能与Fe O、MnO 、Cr O 等金
能在CO
2
中燃烧：
2 3 2 2 3
反应 属氧化物发生铝热反应 2Mg＋CO=====2MgO＋C
2
二、铝与酸或碱反应生成H 的量的关系
2
2Al＋6HCl===2AlCl ＋3H↑
3 2
2Al＋2NaOH＋6HO===2Na[Al(OH) ]＋3H↑
2 4 2
(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：
①产生H 的物质的量相等。
2
②消耗H＋、OH－的物质的量之比为n(H＋)∶n(OH－)＝3∶1。
(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：
①消耗Al的物质的量之比为1∶3。
②生成H 的物质的量之比为1∶3。
2
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：
若产生氢气的体积比为＜＜1，则必定
①铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。
②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。
三、数形结合与“铝三角”
1．Al3＋、Al(OH) 、[Al(OH) ]－之间的转化关系
3 4
(1)①Al3＋＋3NH ·H O===Al(OH) ↓＋3NH
3 2 3
②Al3＋＋3[Al(OH) ]－===4Al(OH) ↓
4 3
③Al3＋＋3OH－===Al(OH) ↓
3(2)Al(OH) ＋3H＋===Al3＋＋3HO
3 2
(3)Al3＋＋4OH－===[Al(OH) ]－
4
(4)[Al(OH)]－＋4H＋===Al3＋＋4HO
4 2
(5)①[Al(OH) ]－＋CO===Al(OH) ↓＋HCO
4 2 3
②[Al(OH)]－＋H＋===Al(OH) ↓＋HO
4 3 2
(6)Al(OH) ＋OH－===[Al(OH) ]－
3 4
2．铝三角的应用
(1)选择制备Al(OH) 的最佳途径
3
①由Al3＋制备Al(OH) ，宜用Al3＋与氨水反应：
3
Al3＋＋3NH ·H O===Al(OH) ↓＋3NH
3 2 3
②由NaAlO 制备Al(OH) 宜用CO 与AlO反应：
2 3 2
2HO＋AlO＋CO===Al(OH) ↓＋HCO
2 2 3
③从节约原料角度，由Al制备Al(OH) ，宜用Al制备Al3＋，Al制备AlO，然后将二者混合：
3
Al3＋＋3AlO＋6HO===4Al(OH) ↓
2 3
(2)有关离子共存问题
①与Al3＋不能大量共存的(阴)离子有：OH－、AlO、HS－、SiO、CO、HCO、SO等。
②与AlO不能大量共存的(阳)离子有：H＋、Al3＋、NH、Fe2＋、Fe3＋等。
③AlO与HCO因发生(相对)强酸制弱酸的反应而不能共存。
(3)分析离子反应顺序
①向含有Al3＋、NH、H＋的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，反应顺序是：Ⅰ.H＋＋OH－===HO；
2
Ⅱ.Al3＋＋3OH－===Al(OH) ↓(若先与NH反应，则生成的NH ·H O又使Al3＋沉淀且生成NH)；Ⅲ.NH＋OH－
3 3 2
===NH ·H O[若先溶解Al(OH) ，则产生的AlO又与NH反应生成沉淀]；Ⅳ.Al(OH) ＋OH－===AlO＋
3 2 3 3
2HO。
2
②向含有AlO、CO、OH－的混合溶液中逐滴加入盐酸，反应顺序是：Ⅰ.OH－＋H＋===HO；Ⅱ.AlO＋
2
H＋＋HO===Al(OH) ↓(AlO比CO先反应)；Ⅲ.CO＋H＋===HCO；Ⅳ.HCO＋H＋===CO ↑＋HO[HCO比
2 3 2 2
Al(OH) 先反应]；Ⅴ.Al(OH) ＋3H＋===Al3＋＋3HO。
3 3 2
四、金属活动顺序与金属冶炼的关系
①热分解法：适用于不活泼的金属，如Hg和Ag。由HgO冶炼Hg的化学方程式：2HgO=====2Hg＋
O↑；由Ag O冶炼Ag的化学方程式：2Ag O=====4Ag＋O↑。
2 2 2 2②热还原法：用还原剂(C、CO、H、Al等)还原金属氧化物，适合较活泼的金属。
2
完成冶炼铁、锌、钨的化学方程式：
a．CO还原Fe O：Fe O＋4CO=====3Fe＋4CO；
3 4 3 4 2
b．C还原ZnO：ZnO＋C=====Zn＋CO↑；
c．H 还原WO：WO＋3H=====W＋3HO。
2 3 3 2 2
③电解法：适合冶炼金属活动性很强的金属(一般指在金属活动性顺序中排在锌前面的金属)。
工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl↑、
2
MgCl (熔融)=====Mg＋Cl↑、2Al O=====4Al＋3O↑。
2 2 2 3 2
【方法技巧】有些很活泼的金属也可以用还原法来冶炼，如
Na＋KCl=====K↑＋NaCl
2RbCl＋Mg========MgCl ＋2Rb↑等，
2
主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，汽化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方
向进行。
五、铝与盐酸、NaOH溶液反应的应用与定量关系
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H↑
2
2Al＋2OH－＋2HO===2AlO＋3H↑
2 2
（1）等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。
（2）等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为V (H )∶V (H )＝1∶1。
HCl 2 NaOH 2
（3）足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为V (H )∶V (H )
HCl 2 NaOH 2
＝1∶3。
（4）一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为
1∶3
