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第12 讲 金属材料 金属冶炼
1.了解镁、铝、铜单质及其重要化合物的性质、用途和制备方法。
2.了解常见金属的活动性顺序。
3.了解合金的概念及金属材料的重要应用。
考点一 铝及其化合物
一、铝单质
1．铝的原子结构和存在
铝的原子结构示意图为
。铝位于元素周期表 第3 周期第ⅢA 族 ，自然界中的铝全部以 化合 态
存在。
2．金属铝的物理性质
铝是 银白 色、具有金属光泽的固体，硬度 较小 ，具有良好的 导电性 、导热性和延展性。
3．铝的化学性质
写出上图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
①Al――→形成致密的氧化膜， 4Al＋3O2===2Al2O3
② 2Al＋3Cl2=====2AlCl3
③Al
④离子方程式： 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
⑤ 2Al＋Fe2O3=====2Fe＋Al2O3
4．铝的制备及用途
——电解熔融Al2O3： 2Al2O3=====4Al＋3O2↑
任务目标
必备知识
1
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——纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、
生活用品等。
二、铝的化合物
1．氧化铝
(1)化学性质(用离子方程式表示)：
—
(2)用途：熔点很高，是一种比较好的耐火材料，还可制作各种宝石。
2．氢氧化铝
(1)化学性质：
――→
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
① Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O ；
② Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O ；
③ 2Al(OH)3=====Al2O3＋3H2O 。
(2)制备：
①向铝盐中加入NH3·H2O，离子方程式为
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH ；
②向偏铝酸盐中通入足量CO2，离子方程式为
AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO 。
3．明矾净水原理
明矾的化学式为 KAl(SO4)2·12H2O ，其净水的原理涉及的离子方程式表示为 Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶
体)＋3H＋ 。
特别提醒：
(1)Al(OH)3的电离方程式为：
(2)Al2O3、MgO 的熔点很高，可用作耐火材料，但氧化铝坩埚不能用于熔融NaOH 固体。
(3)中学化学中常见的既能与盐酸反应，又能与NaOH 溶液反应的物质有①Al、②Al2O3、③Al(OH)3、④
多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3)、⑤弱酸的铵盐[如(NH4)2CO3]。
1．下列各组物质的稀溶液相互反应，无论是前者滴入后者还是后者滴入前者，反应现象相同的是( )
A．AlCl3和NaOH
B．硫酸铝和浓氨水
C．NaAlO2和H2SO4
D．氨水和AgNO3溶液
要点突破
2
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【答案】B
【解析】AlCl3溶液滴入NaOH 溶液中，起始无沉淀，后有沉淀产生，反之起始有沉淀产生后沉淀溶解；硫
酸铝溶液滴入氨水与氨水滴入硫酸铝溶液中现象一样，均为产生沉淀；NaAlO2 溶液滴入H2SO4中起始无
沉淀，后有沉淀产生，反之起始有沉淀产生后沉淀溶解；AgNO3溶液滴入氨水中，起始无沉淀，后有沉淀
产生，反之起始有沉淀产生后沉淀溶解。
2．某溶液既能溶解Al(OH)3，又能溶解Al，但不能溶解Fe，在该溶液中可以大量共存的离子组是( )
A．K＋、Na＋、HCO、NO
B．Na＋、SO、Cl－、S2－
C．NH、Mg2＋、SO、NO
D．H＋、K＋、Cl－、Na＋
【答案】B
【解析】能溶解Al(OH)3、Al，而不能溶解Fe 的溶液只能是强碱溶液，A 中的HCO，C 中的NH、Mg2＋，
D 中的H＋都不能在强碱溶液中大量共存。
3．向30 mL 1 mol·L－1的AlCl3溶液中逐渐加入浓度为4 mol·L－1的NaOH 溶液，若产生0.78 g 白色沉淀，
则加入的NaOH 溶液的体积可能为 ( )
A．3 mL
B．27.5 mL
C．15 mL
D．17.5 mL
【答案】B
【解析】解法一：把该题的信息转化为图象，用图象法求解，如图所示：
当生成沉淀0.01 mol 时需NaOH 0.03 mol 或0.11 mol，显然B 项符合题意。
解法二：已知n(AlCl3)＝0.03 mol，n[Al(OH)3]＝0.01 mol，由沉淀的物质的量小于氯化铝的物质的量可推知
此题可能有两个答案：一是氢氧化钠不足，二是氢氧化钠过量。当NaOH 不足时，V(NaOH)＝L＝0.0075 L
＝7.5 mL；当NaOH 过量时，V(NaOH)＝L＝0.0275 L＝27.5 mL。
考点二 铜 金属材料 金属冶炼
(一)铜
必备知识
3
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1．铜的物理性质：
铜是一种有金属光泽的 紫红 色固体，有良好的导电、导热性(仅次于银，可用于制电缆)，有良好的 延展
性。
2．铜的化学性质
(1)与非金属的反应(写出化学方程式)：
①与O2反应
加热： 2Cu＋O2=====2CuO 。
常温下在潮湿的空气中：
2Cu＋O2＋H2O＋CO2=== Cu2(OH)2CO3 。
②与Cl2反应：Cu＋Cl2=====CuCl2(棕黄色烟)
(2)与酸的反应(写出相应的化学方程式)
①与非氧化性酸：不反应。
②与氧化性酸反应
与浓硫酸的反应：
Cu＋2H2SO4(浓)=====CuSO4＋SO2↑＋2H2O 。
与浓硝酸的反应：
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 。
与稀硝酸的反应：
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 。
(3)与盐溶液的反应(用离子方程式表示)：
与硝酸银溶液的反应： Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag 。
与氯化铁溶液的反应： 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ 。
3．铜的化合物的主要性质
(1)氧化铜和氢氧化铜：
物质
氧化铜
氢氧化铜
化学式
CuO
Cu(OH)2
状态
不溶于水的 黑 色固体(粉末)
不溶于水的 蓝 色固体
化学
性质
CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O
CuO＋H2=====Cu＋H2O
CuO＋CO=====Cu＋CO2
Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O
Cu(OH)2=====CuO＋H2O
(2)碱式碳酸铜。
碱式碳酸铜的化学式为 Cu2(OH)2CO3 ，是铜绿孔雀石的主要成分，是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，其
受热分解的化学方程式为 Cu2(OH)2CO3=====2CuO＋CO2↑＋H2O 。
(3)硫酸铜。
4
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①CuSO4·5H2O 为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾，受热易分解。
②无水CuSO4为 白 色粉末，遇水变 蓝 色(生成CuSO4·5H2O)，据此可用来检验水的存在。
(4)铜盐的毒性
铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子能与 蛋白质 作用，使 蛋白质 变性失去生理活性，因此人们根据这一
性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。
特别提醒：
铜及其化合物的转化过程中，常伴随着颜色变化而使实验现象丰富多彩。故对铜及其化合物的常见颜色应
熟记且灵活掌握。
例如：紫红色—Cu
白色—CuSO4
红色—Cu2O
蓝色—Cu(OH)2或CuSO4·5H2O
黑色—CuO 或CuS 或Cu2S
棕黄色—CuCl2
(二)金属材料 金属冶炼
1．金属材料
(1)合金
(2)常见金属材料。
—
①钢铁。
—
|
—
②—
③—
2．金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在。
—在金属化合物中，金属元素都显 正 价
—金、铂等极少数金属
(2)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)。
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(3)铝热反应
实验
装置
实验
现象
①镁条剧烈燃烧，放出一定的热，并发出耀眼的白光，氧化铁和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，反应的化学方程式为 2Al＋
Fe2O3=====2Fe＋Al2O3
原理
应用
①制取熔点较高、活泼性弱于Al 的金属铬、锰、钨等；②金属焊接，如野外焊接钢轨
等
1．某研究小组通过实验探究Cu 及其化合物的性质，操作正确且能达到实验目的的是 ( )
A．将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后再加入水，观察硫酸铜溶液的颜色
B．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成
C．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体
D．将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿
【答案】D
【解析】A 项，浓硫酸溶于水时放热，应该是把反应后的溶液倒入水中，故该项错误；B 项，需要先加
热，铜才能与氯气发生反应，故该项错误；C 项，氯化铜溶液中存在水解平衡，加热蒸干最终得不到
CuCl2，故该项错误；D 项，铜和盐酸不反应，只有铜绿[Cu2(OH)2CO3]与盐酸反应，故该项正确。
2．下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是 ( )
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
铜绿的主要成分是碱式碳酸铜
可用稀盐酸除铜器表面的铜绿
Ⅰ对；Ⅱ对；有
B
铜表面易形成致密的氧化膜
铜制容器可以盛放浓硫酸
Ⅰ对；Ⅱ对；有
C
向硫酸铜溶液中通入氨气，有
深蓝色沉淀产生，过滤后灼烧
滤渣，最后变成黑色固体
把铜丝放在酒精灯火焰上灼
烧，铜丝表面变黑
Ⅰ对；Ⅱ对；有
D
蓝色硫酸铜晶体受热转化为白
硫酸铜溶液可用作游泳池的消
Ⅰ错；Ⅱ对；无
要点突破
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色硫酸铜粉末是物理变化
毒剂
【答案】D
【解析】 稀盐酸可以与Cu2(OH)2CO3反应，而且稀盐酸不能与Cu 反应，所以可用稀盐酸除铜器表面的铜
绿，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A 错误；铜表面不能形成致密的氧化膜，铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应，
所以不能用铜制容器盛装浓硫酸，B 错误；硫酸铜与氨水反应生成Cu(OH)2，Cu(OH)2受热分解生成黑色
CuO，Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果关系，C 错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末有新物质生
成，属于化学变化，CuSO4可用作消毒剂，，但与前者没有因果关系，D 正确。
3．下列有关金属及其合金的说法错误的是（ ）
A．目前我国流通的硬币是由合金材料制成的
B．低碳钢硬而脆，处理后弹性好，可用于制器械、弹簧、刀具等
C．镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作照明弹
D．日用铝制品表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护作用
【答案】B
【解析】A．目前我国流通的硬币是由合金材料制成：1 角的为不锈钢，5 角的为钢芯镀铜，1 元的为钢芯
镀镍，故A 正确；
B．高碳钢硬而脆，处理后弹性好，可用于制器械、弹簧、刀具等，故B 错误；
C．制造照明弹是利用了镁燃烧发出耀眼的白光，故C 正确；
D．铝与氧气反应生成致密的氧化铝保护膜，对内部金属起保护作用，故D 正确；
故选B。
考点三 镁单质及其重要化合物的性质及海水提镁
1．镁的性质
(1)物理性质
①镁：镁是 银白 色有金属光泽的固体，密度 较小 ，硬度 较低 。
②镁合金：密度 较小 ，硬度和强度都 较大 。
(2)化学性质
①与非金属单质的反应
A．镁条在O2中燃烧，发出耀眼的强光，生成白色固体物质，反应的化学方程式为 2Mg＋O2=====2MgO
。
必备知识
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B．镁条在点燃的条件下能与N2反应，化学方程式为
3Mg＋N2=====Mg3N2 。
②与水或酸的反应
A．镁与水反应：镁不易与冷水反应，能与沸水反应
Mg＋2H2O=====Mg(OH)2＋H2↑。
B．镁与酸的反应：镁是活泼金属，能与盐酸、稀硫酸反应放出H2，反应的离子方程式为 Mg＋2H＋
===Mg2＋＋H2↑ 。
③与某些氧化物的反应
镁能在CO2中燃烧，反应的化学方程式为
2Mg＋CO2=====2MgO＋C 。
2．镁的提取和用途
(1)从海水中提取镁
①工艺流程
②基本步骤及主要反应
制熟石灰
CaCO3=====CaO＋CO2↑ ，
CaO＋H2O===Ca(OH)2
沉淀
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
酸化
Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
蒸发结晶
析出MgCl2·6H2O
脱水
在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O 脱水制得无水氯化镁
电解
电解熔融氯化镁制得镁：
MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑
(2)镁的用途
镁合金
用于制造火箭、导弹和飞机的部件
镁
制造信号弹和焰火
氧化镁
耐高温材料
特别提醒：
(1)由MgCl2·6H2O 到无水MgCl2，必须在HCl 气流中加热，以防MgCl2水解。
(2)因镁在高温下能与O2、N2、CO2等气体发生反应，故工业电解MgCl2得到的镁，应在H2氛围中冷却。
要点突破
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1．下列有关金属镁的说法不正确的 ( )
A．Mg 在CO2中燃烧生成MgO 和C，是放热反应
B．工业上通过电解MgCl2溶液制取金属镁
C．Mg 和稀硫酸反应时，滴加少量硫酸铜溶液，能加快反应速率
D．镁可以用来制造信号弹和焰火，MgO 可以作耐高温材料
【答案】B
【解析】金属Mg 可以在CO2中燃烧生成MgO 和C，同时放出大量的热，A 项正确；工业上通过电解熔融
MgCl2来制取金属镁，B 项错误；Mg 和稀硫酸反应时，滴加少量硫酸铜溶液，Mg 置换出Cu，形成原电
池，化学反应速率加快，C 项正确；Mg 在空气中燃烧发出耀眼的白光，常用来制造信号弹和焰火，MgO
的熔点很高，常用作耐高温材料，D 项正确。
2．将m g 镁铝合金投入500 mL 2 mol·L－1盐酸中，固体完全溶解，收集到气体5.6 L(标准状况下)。向反应
所得溶液中加入4 mol·L－1氢氧化钠溶液，沉淀质量的最大值为13.60 g，则m 的值为( )
A．5.10 B．8.50 C．9.35 D．11.48
【答案】A
【解析】由关系式Mg(OH)2～Mg～H2～2OH－、2Al(OH)3～2Al～3H2～6OH－可知，n(OH－)＝2n(H2)＝2×＝
0.5 mol，则m(OH－)＝0.5 mol×17 g·mol－1＝8.50 g，从而得出m＝13.60－8.50＝5.10，故选A。
3．氯化镁是重要的无机材料，在常温下易吸湿，可溶于水和乙醇。某兴趣小组以海水为原料制备无水氯
化镁。
实验1 制备MgCl2·6H2O 晶体
以海水为原料，对其进行一系列处理，得到晶体。
(1)除去海水中不溶性杂质常用的实验操作是 (填名称)。
(2)从氯化镁溶液中析出MgCl2·6H2O 晶体的结晶方法是 (填“降温结晶”或“蒸发结晶”)。
实验2 样品中MgCl2·6H2O 晶体含量测定
准确称取实验1 制得的MgCl2·6H2O 晶体a g 于锥形瓶中，加去离子水溶解，依次加入一定量三乙醇胺、
NH3NH4Cl 缓冲溶液，摇匀，滴入铬黑T 指示剂，用0.020 00 mol·L－1 EDTA(用H2Y2－表示)标准溶液滴定至
终点，消耗EDTA 溶液的体积为V mL。
已知：①0.020 00 mol·L－1 EDTA 标准溶液的pH 约为5，指示剂铬黑T 使用的适宜pH 范围为8～11，NH3
NH4Cl 缓冲溶液pH 约为10。
②滴定原理：Mg2＋＋H2Y2－===MgY2－＋2H＋。
(3)该实验中使用的滴定管是 (填“甲”或“乙”)。
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(4)NH3NH4Cl 缓冲溶液的作用是 。
(5)样品中MgCl2·6H2O 的质量分数为 。
实验3 制备无水氯化镁
利用如图实验装置(夹持和加热装置省略)，准确称取一定质量MgCl2·6H2O 晶体在HCl 气流中小心加热。
(6)A 装置的作用是 。
(7)某同学在实验前后测得玻璃管B 减重m1 g，干燥管C 增重m2 g，m1>m2，其可能的原因是
(用化学方程式表示)。
【答案】 (1)过滤 (2)降温结晶 (3)甲 (4)控制溶液的pH 为8～11 (5)×100%
(6)干燥氯化氢气体 (7)MgCl2·6H2O=====MgO＋2HCl＋5H2O[或MgCl2·6H2O=====Mg(OH)Cl＋HCl＋
5H2O 或MgCl2·6H2O=====Mg(OH)2＋2HCl＋4H2O]
【解析】(2)为降低水解程度，从氯化镁溶液中析出MgCl2·6H2O 晶体的结晶方法是降温结晶。(3)EDTA 标
准溶液pH 约为5，呈酸性，应选用酸式滴定管，故使用的滴定管是甲。(5)根据反应Mg2＋＋H2Y2－
===MgY2－＋2H＋，可计算样品中MgCl2·6H2O 的质量分数。(6)抑制晶体水解，A 装置的作用是干燥氯化氢
气体。
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