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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
4Al
①
＋3O2=====2Al2O3
2Al
②
＋Fe2O3=====2Fe＋Al2O3
2Al
③
＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
2Al
④
＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
3．铝热反应
实验装置
实验现象
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
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
实验结论
高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热：Fe2O3＋2Al=====2Fe＋
Al2O3
原理应用
①制取熔点较高、活动性弱于Al 的金属，如铁、铬、锰、钨等，
3MnO2＋4Al=====3Mn＋2Al2O3；
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
1
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电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)=====4Al＋3O2↑。
【特别提醒】工业上冶炼Al 用电解熔融Al2O3而不用AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融态不导
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Al2O3+6H+＝2Al3++3H2O
与强碱反应Al2O3+2OH-＝2AlO2
-+H2O
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)3的电离方程式为
酸式电离：Al(OH)3＋H2O
[Al(OH)4]－＋H＋
碱式电离：Al(OH)3
Al3＋＋3OH－
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
Al(OH)
①
3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
Al(OH)
②
3＋OH－===[Al(OH)4]－。
2Al(OH)
③
3=====Al2O3＋3H2O。
(3)制备
①向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O ===Al(OH)3↓＋3NH。
Na[Al(OH)
②
4]溶液中通入足量CO2，离子方程式为
[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO。
Na[Al(OH)
③
4]溶液与AlCl3溶液混合：3[Al(OH)4]－＋Al3＋===4Al(OH)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(SO4)2·12H2O，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH＜(填“＜”“>”或
2
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“＝”)7。明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3H2O
Al(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中
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
非金属
O2
①潮湿的空气中：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3(碱式碳
酸铜，绿色)
② 2Cu＋O2=====2CuO (黑色固体)
Cl2
Cu＋Cl2=====CuCl2 (棕黄色烟)
S
2Cu＋S=====Cu2S
氧化
性酸
浓硫酸
Cu＋2H2SO4(浓)=====CuSO4＋SO2↑＋2H2O
浓硝酸
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
稀硝酸
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
盐
AgNO3、
FeCl3
Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag 、
Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
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
Cu2O
Cu(OH)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
化学
性质
CuO
①
＋2H＋===Cu2＋＋H2O
CuO
②
＋H2=====Cu＋H2O
CuO
③
＋CO=====Cu＋CO2
Cu
①
2O＋2H＋
===Cu2＋＋Cu＋H2O
Cu
②
2O＋H2=====2Cu
＋H2O
Cu(OH)
①
2＋2H＋
===Cu2＋＋2H2O
Cu(OH)
②
2=====
CuO＋H2O
3.铜盐
(1)Cu2(OH)2CO3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
易分解：Cu2(OH)2CO3=====2CuO＋H2O＋CO2↑ 。
(2)无水CuSO4是白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为反应产物中是否含水的检验依据，
但不适于作干燥剂。CuSO4·5H2O 为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾，受热易分解：CuSO4·5H2O=====CuSO4＋
5H2O↑，蓝色晶体受热转化为白色粉末。
(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
3
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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
金属活动性顺序
K、Ca、Na
Mg
Al、Zn
Fe、Sn、
Pb(H)
Cu、Hg、Ag
Pt、Au
与O2反应
常温下易被氧
化，点燃生成
过氧化物或其
他复杂氧化物
常温下一般生成致密的氧
化膜(铁在潮湿的空气中生成疏
松的铁锈，不能保护内部金属)
加热化合
不反应
与H2O 反应
常温下生
成碱和氢气
与
热
水
反
应
有碱存
在与水
反应
与高温水蒸气
反应
不反应
与非氧化性酸反
应
生成盐和氢气
生成盐和氢气
不反应
与盐溶液反应
先与水反应，
生成的碱再与
盐反应
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
【关键能力拓展】
4
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一、铝、镁的化学性质
铝
镁
与非金属反应
能被Cl2、O2氧化
2Mg＋O2=====2MgO
3Mg＋N2=====Mg3N2
与水反应
反应很困难
能与沸水反应
Mg＋2H2O=====Mg(OH)2＋H2↑
与碱反应
能溶于强碱溶液
不反应
与某些氧化物
反应
能与Fe2O3、MnO2、Cr2O3等金
属氧化物发生铝热反应
能在CO2中燃烧：
2Mg＋CO2=====2MgO＋C
二、铝与酸或碱反应生成H2的量的关系
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
(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H2的物质的量相等。
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H2的物质的量之比为1 3∶。
(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)3、[Al(OH)4]－之间的转化关系
(1)
Al
①
3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
Al
②
3＋＋3[Al(OH)4]－===4Al(OH)3↓
Al
③
3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
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(2)Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
(3)Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－
(4)[Al(OH)4]－＋4H＋===Al3＋＋4H2O
(5)
[Al(OH)
①
4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
[Al(OH)
②
4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O
(6)Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－
2．铝三角的应用
(1)选择制备Al(OH)3的最佳途径
①由Al3＋制备Al(OH)3，宜用Al3＋与氨水反应：
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
②由NaAlO2制备Al(OH)3宜用CO2与AlO 反应：
2H2O＋AlO＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
③从节约原料角度，由Al 制备Al(OH)3，宜用Al 制备Al3＋，Al 制备AlO，然后将二者混合：
Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)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。
AlO
③
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－===H2O；
Ⅱ.Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓(若先与NH 反应，则生成的NH3·H2O 又使Al3＋沉淀且生成NH)；Ⅲ.NH＋OH－
===NH3·H2O[若先溶解Al(OH)3，则产生的AlO 又与NH 反应生成沉淀]；Ⅳ.Al(OH)3＋OH－===AlO＋
2H2O。
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＋===H2O；Ⅱ.AlO＋
H＋＋H2O===Al(OH)3↓(AlO 比CO 先反应)；Ⅲ.CO＋H＋===HCO；Ⅳ.HCO＋H＋===CO2↑＋H2O[HCO 比
Al(OH)3先反应]；Ⅴ.Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
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＋
O2↑；由Ag2O 冶炼Ag 的化学方程式：2Ag2O=====4Ag＋O2↑。
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②热还原法：用还原剂(C、CO、H2、Al 等)还原金属氧化物，适合较活泼的金属。
完成冶炼铁、锌、钨的化学方程式：
a．CO 还原Fe3O4：Fe3O4＋4CO=====3Fe＋4CO2；
b．C 还原ZnO：ZnO＋C=====Zn＋CO↑；
c．H2还原WO3：WO3＋3H2=====W＋3H2O。
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＋Cl2↑、
MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑、2Al2O3=====4Al＋3O2↑。
【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========MgCl2＋2Rb↑等，
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＋＋3H2↑
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
（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VHCl(H2)∶VNaOH(H2)＝1 1∶。
（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VHCl(H2)∶VNaOH(H2)
＝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<
∶
VHCl(H2)∶VNaOH(H2)<1 1∶，则必定是①铝与盐酸反应，铝过量而盐酸不足；②铝与氢氧化钠溶液反应，铝
不足而氢氧化钠溶液过量。
（5）铝既能与非氧化性酸反应产生氢气，也能与碱反应产生氢气，前者是置换反应，后者不是置换
反应。
（6）铝与盐酸、氢氧化钠的反应中，还原剂都是铝，还原产物都是氢气，故铝与产生氢气的关系式
是相同的。
六、化学计算方法技巧
1．关系式法
当已知物和未知物之间是通过多个反应联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系即“关
系式”，就可求得未知量。
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例如，把CO 还原Fe2O3生成的CO2通入足量澄清石灰水中，求生成沉淀的量。根据化学方程式3CO
＋Fe2O3=====2Fe＋3CO2、CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O 得关系式3CO～3CO2～3CaCO3，由此建立CO
与CaCO3之间的直接关系3CO～3CaCO3，一步算出未知量。
2．差量法
化学反应前后物质的量发生变化时均可用差量法。解题的一般步骤为
(1)准确写出有关反应的化学方程式。
(2)深入细致地分析题意，关键在于有针对性地找出产生差量的“对象”及“理论差量”。该“理论差
量”可以是质量、物质的量、气体体积、压强等，且该差量的大小与参加反应的物质的有关量成正比。
(3)根据反应方程式，从“实际差量”寻找比例关系，列比例式求解。
如：2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋ O2 固体差值
2 mol 2×106 g 1 mol 2×28 g
n(Na2O2) m(Na2CO3) n(O2) 5.6 g
则：＝＝＝
3．平均值法——判断合金成分
平均值法就是根据两组分物质的某种平均值，来推断两物质某种量的范围的方法。即X(a)<X(平
均)<X(b)。如利用平均摩尔电子质量(金属失去1 mol e－的质量)判断合金的成分。
如：两种金属形成的合金23 g 与足量盐酸反应，放出1 mol H2，则平均摩尔电子质量为＝11.5 g·mol－
1，可判断合金可能为Al 与Fe 形成合金。
4．守恒法
方法
原理
步骤
质量
守恒
反应前后有关
原子数不变
根据各步反应的方程式或追踪整个反应过程中某个粒子，确定反应物和
生成物之间有关量的关系
电荷
守恒
电解质溶液呈
电中性
①找出所有的阳离子及阴离子
②离子浓度乘以其化合价（1 价可不写，2 价、3 价不能省略！）
③列等式，计算：
n(M＋)×1＋n(M2＋)×2＋n(M3＋)×3＝n(R－)×1＋n(R2－)×2＋n(R3－)×3
电子
守恒
氧化剂得电子
总数等于还原
剂失电子总数
①一找物质：氧化剂―→还原产物 还原剂―→氧化产物
②二定得失：确定1 个粒子得失电子数(化合价变化值×变价原子数)
③三列关系
n(氧化剂)×1 个粒子得电子数＝n(还原剂)×1 个粒子失电子数
【核心题型例解】
高频考点一 铝及其化合物性质
例1.下列物质的性质和用途具有对应关系的是
A．
熔点高，可用作电解制铝
B．
不稳定，可用于治疗胃酸过多
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C．明矾水解生成胶体，可用做絮凝剂
D．铝具有导热性，可用于制备铝热剂
【变式探究】下列有关物质性质与用途具有对应关系的是
A．
熔点高，可用于做耐高温材料B．
显碱性，可用作制冷剂
C．
受热易分解，可用作氮肥D．
具有氧化性，可用于自来水的杀菌消毒
高频考点二 有关金属及其化合物的工艺流程
例2.碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]是一种用途广泛的化工原料，实验室中以废铜屑为原料，制取碱式碳酸
铜的流程如下。下列说法错误的是
A．“加热”步骤可选用水浴加热
B．“酸浸”产生的气体可用NaOH 溶液吸收
C．“滤液”中溶质的主要成分为
D．可用盐酸和
溶液检验“滤液”中是否有
【变式探究】明矾
可用作净水剂。某同学设计利用废铝箔(主要成分为
，含少
量
等)制备明矾的流程如下图所示。
下列说法不正确的是
A．①中反应的离子方程式是
B．③中反应的离子方程式是
C．操作a 是蒸发结晶，用到的仪器有蒸发皿、酒精灯、玻璃棒等
D．明矾净水的原理：
水解生成的
胶体能吸附水中的悬浮颗粒物
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高频考点三 铜及其化合物
例3. 铜及含铜微粒的价荷图如图所示。下列推断不合理的是
A．要使Cu 变成a 可以加入稀盐酸和过氧化氢的混合溶液
B．
转化成
需要加碱
C．在酸性环境中，c 可以反应生成a 和Cu
D．b 具有还原性
【变式探究】小组同学探究
和物质A 的反应，实验如下。
装置
序
号
物质A
实验现象
①
溶液（调
）
铜粉溶解，溶液变为深棕色［经
检验含
]
②
溶液
铜粉溶解，溶液变为蓝绿色
③
溶液（调
）
无明显变化
下列分析不正确的是
A．②中铜粉溶解的原因：
B．①中产生
的原因：
时直接将
还原为
C．若向③中加入
固体，推测铜粉会溶解
D．①②③现象的差异不仅与物质氧化性(或还原性)强弱有关，也与反应速率有关
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高频考点四、考查有关的离子方程式
例4．下列过程对应的离子方程式或化学方程式书写正确的是
A．向稀硝酸中加入少量铜粉：
B．锂在氧气中燃烧：
C．向
溶液中滴几滴NaClO 溶液：
D．用烧碱溶液除去铁粉中的少量铝粉：
【变式探究】能正确表示下列反应的离子方程式的是
A．将少量氯气通入NaHSO3溶液中：HSO +H2O+Cl2=2Cl-+3H++SO
B．将少量NaAlO2溶液滴入Ca(HCO3)2溶液中：AlO +HCO +H2O=Al(OH)3↓+CO
C．将Ba(OH)2溶液滴入明矾[KAl(SO4)2•12H2O]溶液中至沉淀质量最大：Al3++2SO
+2Ba2++4OH-
=2BaSO4↓+AlO +2H2O
D．同物质的量浓度同体积的NH4H2PO4溶液与NaOH 溶液混合：NH +OH-=NH3•H2O
高频考点五、考查有关的离子共存
例5．室温下，下列各组微粒在指定溶液中可能大量共存的是
A．无色透明的水溶液中：
、
、
B．硝酸型酸雨的雨水中：
、
、
C．加入金属Al 产生
的水溶液中：
、
、
D．水电离的
浓度为
mol/L 的水溶液中：
、
、
【变式探究】在下列溶液中，离子一定能大量共存的是
A．室温下，pH=1 的溶液中：Na+、Fe3+、NO 、SO
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B．含有0.1mol•L-1FeCl3的溶液中：K+、Mg2+、I-、NO
C．加入铝粉有气泡产生的溶液中：Na+、NH 、Fe2+、NO
D．室温下，水电离出的c(H+)=1×10-10mol•L-1的溶液中：K+、Na+、[Al(OH)4]-、SO
高频考点六、考查有关的金属的计算
例6．2.28 g 铜镁合金完全溶解于75 mL 密度为1.40 g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中，得到
和
的混合气体1680 mL(标准状况)，向反应后的溶液中加入l.0 mol/L NaOH 溶液，当金属离子全部沉淀
时，得到3.81 g 沉淀，下列说法正确的是
A．该合金中，镁的物质的量为0.03 mol
B．
和
混合气体的平均相对分子质量约为55.2
C．得到3.81 g 沉淀时，加入NaOH 溶液的体积为900 mL
D．该浓硝酸中
的物质的量浓度为12.0 mol/L
【变式探究】将
铜镁合金完全溶解于
、密度为
、质量分数为63%的浓硝酸中，得
到
(标准状况)
气体，向反应后的溶液中加入一定量
，使溶液中的金属离子
恰好全部沉淀。下列说法不正确的是
A．该浓硝酸物质的量浓度是
B．加入
的体积是
C．
D．得到的金属氢氧化物的沉淀为
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