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- 2021-07-08 发布
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第8讲 金属材料及金属矿物的开发利用
考试要点
备考策略
1.认识金属与合金在性能上的主要差异,知道生活中常见合金的组成。
2.描述金属腐蚀的化学原理,知道金属防腐的常用方法,认识防止金属腐蚀的重要意义。
金属材料与实际生活联系紧密,预计今后高考中,合金的性能、合金的应用及金属的防腐考查的可能性较大。
一、金属矿物的开发和利用
1.金属在自然界中存在的形态
除了金、铂等极少数金属外,绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中,金属元素都显正化合价。
2.金属冶炼的实质
使金属化合物中的金属离子得到电子被还原为金属单质的过程:Mn++ne-M。
3.金属冶炼的一般步骤
4.金属冶炼的方法
(1)热分解法
例如:2HgO2Hg+O2↑,2Ag2O4Ag+O2↑。
用热分解法冶炼金属的特点:金属元素的金属性较弱,金属元素的原子不易失去电子,对应的金属离子容易得到电子,该金属元素所形成的化合物稳定性较差。
(2)热还原法
a.焦炭还原法。例如:C还原ZnO、CuO,化学方程式依次为C+2ZnO2Zn+CO2↑、
① C+2CuO2Cu+CO2↑ 。
b.一氧化碳还原法。例如:CO还原Fe2O3、CuO,化学方程式依次为② 3CO+Fe2O32Fe+
17
3CO2 、CO+CuOCu+CO2。
c.氢气还原法。例如:H2还原WO3、Fe3O4,化学方程式依次为3H2+WO3W+3H2O、
③ 4H2+Fe3O43Fe+4H2O 。
d.活泼金属还原法。例如:Al还原Cr2O3、V2O5,化学方程式依次为2Al+Cr2O3Al2O3+2Cr、10Al+3V2O56V+5Al2O3。
(3)电解法
例如:电解熔融Al2O3、MgCl2、NaCl制Al、Mg、Na,化学方程式依次为④ 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 、MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑、2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。
自测1 判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。
(1)炼铁:用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物( √ )
(2)炼铜:用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜( ✕ )
(3)制镁:电解MgCl2溶液或MgO制取金属镁( ✕ )
(4)制铝:电解熔融AlCl3制取金属铝( ✕ )
自测2 将金属与冶炼金属的方法搭配起来。
①以C、CO或H2作还原剂冶炼 ②用活泼金属Na冶炼
③利用铝热反应原理冶炼 ④电解法 ⑤热分解法
(1)Fe、Zn、Cu等金属 。
(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属 。
(3)Hg、Ag等不活泼金属 。
(4)V、Cr、Mn等高熔点金属 。
(5)K、Rb、Ti等金属 。
答案 (1)① (2)④ (3)⑤ (4)③ (5)②
二、合金及常见金属材料
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1.合金
2.常见金属材料
(1)重要的黑色金属材料——钢
钢是用量最大、用途最广的合金。
钢碳素钢低碳钢:韧性、焊接性好,强度低中碳钢:强度高,韧性及加工性好高碳钢:硬而脆,热处理后弹性好合金钢:具有各种不同的优良性能,用于制不 锈钢及各种特种钢
(2)铜合金
常见的铜合金主要包括⑤ 青铜 、黄铜和白铜等。
自测3 判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。
(1)铝合金的熔点比纯铝的高( ✕ )
(2)合金中不可能含有非金属元素( ✕ )
(3)纯铁比生铁抗腐蚀性强( √ )
(4)合金中各元素的含量一定,所以合金是纯净物( ✕ )
自测4 下列关于金属的说法中,不正确的是( )
A.合金比纯金属具有更好的性能,合金的熔点一般比其各成分金属的低
B.一般情况下,合金的硬度大于其各成分金属的硬度
C.常用电解法冶炼钠、镁、铝等活泼金属
D.由于铝在常温下不能与氧气反应,所以铝制品具有一定的抗腐蚀性,是一种应用广泛的金属材料
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答案 D A项,合金的熔点一般比其各成分金属的低;B项,一般情况下,合金的硬度比其各成分金属的大;C项,活泼金属常用电解法冶炼,如钠、镁、铝等;D项,铝在常温下易与氧气反应,并在其表面形成一层致密的氧化铝保护膜,所以铝制品具有一定的抗腐蚀性。
自测5 某化学兴趣小组对奥运会金牌成分提出猜想:甲认为金牌是由纯金制成的;乙认为金牌是由金银合金制成的;丙认为金牌是由黄铜(铜锌合金)制成的。为了验证他们的猜想,请你选择一种试剂来证明甲、乙、丙猜想的正误( )
A.硫酸铜溶液 B.稀硝酸
C.盐酸 D.硝酸银溶液
答案 B 纯金遇到稀硝酸不溶解;金银合金遇到稀硝酸会部分溶解;黄铜遇到稀硝酸会全部溶解。
考点 金属活动性顺序及其应用
金属活动性顺序
K Ca Na
Mg Al Zn
Fe Sn Pb
(H)
Cu Hg Ag
Pt Au
性质变化规律
和水的反应
与冷水剧
烈反应
与冷水缓慢反应,与沸水迅速反应
与冷水很难反应,与沸水能反应
与高温水蒸气反应
—
不跟水反应
生成碱和氢气
生成氧化物和氢气
和酸的反应
剧烈反应
反应逐渐减缓
—
不能置换酸中的氢
与非氧化性酸H2;与浓H2SO4、浓HNO3及稀HNO3反应,不放出H2,一般产物为:盐+水+酸的还原产物
—
与氧化
只溶于王水
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性酸反应,
但不放出H2
和强碱的反应
仅铝、锌与强碱溶液反应放出H2
和盐溶液的反应
放出H2,并
得到碱和盐
排在前面的金属可将后面的金属从其盐溶液中置换出来
—
和氧气的反应
易被氧化
常温生成氧化膜
加热能被氧化
—
加热能被氧化
不能被氧化
金属氧化物与水的反
应及碱的热稳定性
氧化物与水剧烈反应,生成碱,碱受热不易分解
与水
缓慢
反应
氧化物不溶于水,也不跟水反应,对应碱的热稳定性逐渐减弱
—
金属的冶炼
电解法
热还原法
热分解法
—
电解熔融盐
电解熔融
氧化物
高温下用CO(或Al等)将其从它的氧化物中还原出来
加热
氧化物
在自然界中的存在形式
只以化合态存在
多以化合态存在,极少以游离态存在
多以游离态存在
典例1 下列各选项中,不能利用置换反应通过Y得到W的一组化合物是( )
选项
化合物
A
B
C
D
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Y
CO2
Fe2O3
SiO2
FeCl3
W
MgO
Al2O3
CO
CuCl2
答案 D CO2与Mg发生置换反应,可生成MgO;Fe2O3与Al发生铝热反应可生成Al2O3,该反应为置换反应;SiO2与C发生置换反应,可生成CO;FeCl3和Cu反应生成FeCl2和CuCl2,不是置换反应。
1-1 镁铝合金质优体轻,又不易锈蚀,大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述中正确的是( )
A.此合金的熔点比镁和铝的熔点都高
B.此合金能全部溶解于稀盐酸中
C.此合金能全部溶解于氢氧化钠溶液中
D.此合金不能全部溶于过量FeCl3溶液中
答案 B 合金的熔点一般低于组成它的成分金属,镁铝合金具有镁、铝的化学性质,只有B正确。
1-2 氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法不正确的是( )
A.冶炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭、空气、石灰石等,其中石灰石的作用是除去铁矿石中的脉石(二氧化硅)
B.湿法炼铜与火法炼铜的反应中,铜元素都发生还原反应
C.工业上Mg可由电解熔融的MgO制取,Na可由电解熔融的NaCl制取
D.铝热法还原铁的反应中,放出的热量能使铁熔化
答案 C 工业上用电解熔融MgCl2的方法冶炼金属镁。
1-3 (2016课标Ⅲ,7,6分)化学在生活中有着广泛的应用,下列对应关系错误的是( )
化学性质
实际应用
A
Al2(SO4)3和小苏打反应
泡沫灭火器灭火
B
铁比铜金属性强
FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板
C
次氯酸盐具有氧化性
漂白粉漂白织物
D
HF与SiO2反应
氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记
答案 B FeCl3与Cu的反应为2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2,不能用来比较铁与铜的金属性强弱,故错误。
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A组 基础题组
1.鞍钢集团在上海进博会主办了钢铁产业链合作发展论坛。下列关于钢铁的说法错误的是( )
A.属于合金 B.硬度比纯铁大
C.目前消耗最多的金属材料 D.人类最早使用的金属材料
1.答案 D A项,钢铁中含有铁和碳等成分,属于合金,正确;B项,合金硬度一般大于其成分金属,所以钢铁的硬度大于纯铁,正确;C项,钢铁是用量最大、用途最广的合金,正确;D项,人类最早使用的金属材料为铜合金,错误。
2.下列铝合金的性质与其用于国产C919飞机外壳无关的是( )
A.导电性好 B.密度小
C.抗腐蚀性强 D.硬度大
2.答案 A 铝合金用于制造飞机外壳是因为其密度小、硬度大、抗腐蚀性强等性质,与其导电性无关。
3.“马踏飞燕”是我国的旅游标志,出土的“马踏飞燕”由青铜制成。下列有关该标志的叙述不正确的是( )
A.青铜的硬度比纯铜的硬度小
B.青铜的主要成分是Cu、Sn、Pb等
C.青铜的熔点比纯铜的熔点低
D.青铜是我国使用最早的合金
3.答案 A 合金比其成分金属的硬度大、熔点低;青铜的主要成分是Cu、Sn、Pb等;因为青铜性质比较不活泼,且熔点较低,历史上发现应用最早。
4.据央视新闻报道,考古人员在江西发掘一座距今2000多年、迄今保存最完好的西汉古墓。在古墓中有10余吨西汉铜钱。这些铜钱锈迹斑斑,铜锈的主要成分可表示为Cu2H2CO5。下列有关判断正确的是( )
A.铜锈中Cu和C的化合价均为+2价
B.铜质文物表面的铜锈可用稀硝酸除去
C.铜锈易溶于水
D.32g铜生成铜锈转移1mol电子
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4.答案 D A项,铜锈中Cu的化合价为+2价,C的化合价为+4价,错误;B项,稀硝酸能够溶解铜锈,也能溶解铜,除去铜质文物表面的铜锈应用稀硫酸或稀盐酸,错误;C项,铜锈难溶于水,错误;D项,铜生成铜锈时,铜元素由0价变为+2价,32g(0.5mol)铜生成铜锈时,转移1mol电子,正确。
5.(2020北京西城期末)可回收物经综合处理可再利用,节约资源。下列可回收物的主要成分属于合金的是( )
A.旧自行车钢圈
B.旧报纸
C.旧塑料盆
D.旧衣物
5.答案 A A项,旧自行车钢圈的主要成分为钢,属于铁碳合金;B项,旧报纸的主要成分为纤维素,不属于合金;C项,旧塑料盆的主要成分为有机合成材料,不属于合金;D项,旧衣物的主要成分有纤维素、合成纤维、蛋白质等,均不属于合金。
6.(2020北京海淀期末)2019年9月25日,北京大兴国际机场正式投入运营。在这一形似“凤凰展翅”的宏伟建筑中,使用了大量种类各异的材料。下列关于所使用材料的分类不正确的是( )
选项
A
B
C
D
材料
含钒钢筋
安检塑料筐
有机玻璃标牌
玻璃钢内筒垃圾桶
分类
合金材料
高分子材料
无机硅酸盐材料
复合材料
6.答案 C A项,含钒钢筋是铁合金,属于合金材料,正确;B项,塑料是合成材料,属于高分子材料,正确;C项,有机玻璃的主要成分是聚甲基丙烯酸甲酯,属于有机高分子材料,不属于无机硅酸盐材料,错误;D项,玻璃钢内筒垃圾桶属于复合材料,正确。
7.已知合金A由两种常见金属组成。为测定其组成,某同学的实验流程如图所示:
请回答:
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(1)过程②中分离C和E的化学实验基本操作是 。
(2)溶液H中所含的阳离子有 (用离子符号表示)。
(3)为测定合金的组成,若需要称量沉淀F的质量,则F需要洗涤,证明沉淀F洗涤干净的方法是
。
(4)合金A中两种金属为 。
7.答案 (1)过滤 (2)Al3+、H+ (3)取最后一次洗涤液,加入少量硝酸酸化的硝酸银溶液,若产生白色沉淀,则表明沉淀F没有洗涤干净,若无白色沉淀产生,则表明沉淀F已洗涤干净 (4)Fe、Al
解析 (1)分离固体与液体混合物采用过滤的方法。
(2)溶液H中加入过量氨水生成沉淀F,说明F是氢氧化物沉淀,再由E加适量盐酸生成F,F在过量盐酸中不沉淀而生成溶液H,说明F是Al(OH)3,F溶于过量盐酸,所得溶液中的阳离子是Al3+、H+。
(3)若沉淀F未洗涤干净,则沉淀F上会有残留的氯离子,可向最后一次洗涤液中加入少量硝酸酸化的硝酸银溶液进行检验。
8.已知X为Fe2O3和CuO的混合物,且氧化性强弱顺序为Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+。X样品可发生如图所示的转化关系:
(1)写出步骤③可能发生反应的离子方程式:
(共有3个)。
(2)若E溶液中只有一种金属离子,则一定是 ; 若E溶液中含有两种金属离子,则一定是 。
(3)若D固体是纯净物,该固体是 (填化学式)。
(4)印刷电路板是由高分子材料和铜箔复合而成的,可用FeCl3溶液作“腐蚀剂”刻制印刷电路板,该过程发生反应的离子方程式为 。
8.答案 (1)2Fe3++Fe3Fe2+、Cu2++FeFe2++Cu、2H++FeFe2++H2↑ (2)Fe2+ Fe2+、Cu2+ (3)Cu (4)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
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解析 (1)步骤①中的反应为CuO+2HClCuCl2+H2O、Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O,所得溶液为FeCl3、CuCl2及过量的HCl的混合溶液;步骤②得到的固体有铜、铁两种,若B是铜,根据题给的氧化性强弱顺序可知,步骤③中只会发生一个反应,不符合三个反应的要求,故B是铁。
(2)若E溶液中只有一种金属离子,则一定是氧化性最弱的Fe2+;若E溶液中含有两种金属离子,则一定是Fe2+、Cu2+。
(4)根据氧化性:Fe3+>Cu2+可知,腐蚀电路板的离子方程式为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。
9.Cu2S是火法炼铜的重要原料之一,下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4·5H2O的流程图:
Cu2SCuCu2O、CuOAB胆矾
(1)Cu2S中铜元素的化合价为 ;火法炼铜的反应原理是 (用化学方程式表示)。
(2)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的体系A中溶液呈蓝色,且有紫红色固体物质生成,请写出生成紫红色固体物质的离子方程式: 。
(3)若将A中紫红色固体物质反应掉,操作Ⅰ中加入的试剂最好是 (填字母)。
A.适量的NaNO3 B.适量的HNO3 C.适量的H2O2
9.答案 (1)+1 Cu2S+O22Cu+SO2 (2)Cu2O+2H+Cu+Cu2++H2O (3)C
解析 (1)Cu2S中铜元素的化合价为+1;火法炼铜中Cu元素、O元素被还原,S元素被氧化,反应原理是Cu2S+O22Cu+SO2。
(2)依据题给信息知,Cu2O在酸性条件下生成Cu2+(蓝色)和单质铜(紫红色),反应的离子方程式为Cu2O+2H+Cu+Cu2++H2O。
(3)加入适量的H2O2不产生污染物且不引入杂质。
B组 提升题组
10.《天工开物》中记载:“凡铜供世用,出山与出炉,止有赤铜。以炉甘石或倭铅参和,转色为黄铜,以砒霜等药制炼为白铜,矾、硝等药制炼为青铜”。其中涉及的物质中熔点最高的是( )
A.青铜 B.黄铜 C.赤铜 D.白铜
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10.答案 C 赤铜是纯度较高的铜,熔点比其合金高,青铜是铜锡合金,黄铜是铜锌合金,白铜是铜镍合金,C正确。
11.实验探究Cu及其化合物的性质,下列操作正确且能达到目的的是( )
A.将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuS
B.向Cu与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察CuSO4溶液的颜色
C.向CuSO4溶液中加入适量的NaOH溶液,过滤、洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取CuO
D.在淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热水解,再加入少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热,产生砖红色沉淀
11.答案 C A项,硫单质的氧化性较弱,只能将金属铜氧化为+1价生成Cu2S,错误;B项,Cu与过量浓硫酸反应后稀释,应将反应后的溶液缓慢加入水中,并不断搅拌,错误;C项,CuSO4与NaOH溶液反应会生成Cu(OH)2沉淀,过滤、洗涤、灼烧后可得CuO,正确;D项,题中淀粉水解后应先加NaOH溶液至溶液呈碱性,然后再加入新制Cu(OH)2悬浊液并加热,才会产生砖红色沉淀,错误。
12.下列是部分矿物资源的利用及产品流程,有关说法不正确的是 ( )
矿
物
资
源
A.粗铜电解精炼时,粗铜作阳极
B.生产铝、铜、高纯硅及玻璃过程中都涉及氧化还原反应
C.黄铜矿冶炼铜时,副产物SO2可用于生产硫酸,FeO可用作冶炼铁的原料
D.粗硅制高纯硅时,提纯四氯化硅可用多次分馏的方法
12.答案 B A项,电解精炼铜时,粗铜作阳极。B项,制玻璃的反应是SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑、SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑,均不属于氧化还原反应。C项,SO2可以转化成SO3,进而生成H2SO4;FeO与CO在高温条件下反应可生成Fe。D项,制备高纯硅的过程中,利用沸点不同进行多次分馏,将SiCl4从杂质中提取出来,再与H2发生置换反应得到高纯硅。
13.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( )
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选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
铜绿的主要成分是碱式碳酸铜
可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿
Ⅰ对;Ⅱ对;无
B
铜表面易形成致密的氧化膜
铜制容器可以盛放稀硫酸
Ⅰ对;Ⅱ对;无
C
向CuSO4溶液中加入NaOH溶液,有蓝色沉淀产生,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色硫酸铜粉末是物理变化
硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
Ⅰ错;Ⅱ对;无
13.答案 D 稀盐酸可以与Cu2(OH)2CO3反应,而且稀盐酸不能与Cu反应,所以可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿,陈述Ⅰ、Ⅱ有因果关系,A错误;铜表面不能形成致密的氧化膜,陈述Ⅰ错误,B错误;CuSO4与NaOH溶液反应会生成Cu(OH)2,Cu(OH)2受热分解生成黑色的CuO,铜丝在火焰上灼烧,Cu与O2反应生成CuO,陈述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,硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂,但与前者没有因果关系,D正确。
14.新制氢氧化铜中存在平衡:Cu(OH)2+2OH-[Cu(OH)4]2-(深蓝色)。某同学进行下列实验:
下列说法不正确的是( )
A.①中出现蓝色沉淀
B.③中现象是Cu(OH)2+2OH-[Cu(OH)4]2-正向移动的结果
C.④中现象证明葡萄糖具有还原性
D.对比②和④可知Cu(OH)2氧化性强于[Cu(OH)4]2-
14.答案 D A项,①中氢氧化钠与硫酸铜溶液反应会生成氢氧化铜蓝色沉淀;B项,③中溶液呈深蓝色,是加入的氢氧化钠使反应Cu(OH)2+2OH-[Cu(OH)4]2-正向移动的结果;C项,④中新制的氢氧化铜悬浊液与葡萄糖发生氧化还原反应,生成了氧化亚铜沉淀,体现了葡萄糖的还原性;D项,对比②和④可知Cu(OH)2氧化性弱于[Cu(OH)4]2-。
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15.(2020北京东城十一学校零模)工业上常用铁碳混合物处理含Cu2+废水获得金属铜。当保持铁屑和活性炭总质量不变时,测得废水中Cu2+浓度在不同铁、碳质量比(x)条件下随时间变化的曲线如下图所示。
下列推论不合理的是( )
A.活性炭对Cu2+具有一定的吸附作用
B.铁屑和活性炭会在溶液中形成原电池,铁作负极
C.增大铁碳混合物中铁、碳质量比(x),一定会提高废水中Cu2+的去除速率
D.利用铁碳混合物回收含Cu2+废水中铜的反应原理:Fe+Cu2+Fe2++Cu
15.答案 C A项,活性炭具有许多细小微孔,且表面积巨大,具有很强的吸附能力,由图像可知,Cu2+浓度在纯活性炭中减小,表明活性炭对Cu2+具有一定的吸附作用,正确;B项,铁屑和活性炭会在溶液中形成原电池,铁具有较强的还原性,易失去电子,铁作负极,正确;C项,由图像可知,随着铁碳混合物中铁含量的增加至x=2∶1时,Cu2+的去除速率逐渐增大,但当铁碳混合物变为纯铁屑时,Cu2+的去除速率减小,错误;D项,利用铁碳混合物处理含Cu2+废水过程中形成原电池,发生的总反应方程式为Fe+Cu2+Fe2++Cu,正确。
16.铜是生活中常见的金属,请回答下列问题:
(1)Cu不活泼,通常情况下不与稀硫酸反应,但向Cu和稀硫酸的混合物中滴入H2O2溶液后,溶液很快变蓝色,试写出该反应的离子方程式:
。
(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合,会析出Cu2(OH)2CO3绿色固体,试写出该反应的离子方程式:。
(3)火法炼铜的原理:Cu2S+O22Cu+SO2,在该反应中每生成1molCu,转移 mole-。
(4)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 (填字母)。
a.粗铜接电源正极,发生氧化反应
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b.溶液中Cu2+向阴极移动
c.电解过程中,阳极和阴极的质量变化相等
d.利用阳极泥可回收Al、Zn等金属
(5)据报道,有一种叫ThibacillusFerroxidans的细菌在有氧气存在的酸性溶液中,可将黄铜矿(CuFeS2)氧化成硫酸盐:4CuFeS2+2H2SO4+17O24CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O。利用反应后的溶液,按如下流程可制备胆矾(CuSO4·5H2O):
① 检验溶液B中Fe3+是否被除尽的实验方法:
。
②在实验室中,设计两个原理不同的方案,从溶液B中提炼金属铜(要求:一种方案只用一个反应来完成)。写出两种方案中涉及的化学方程式:
方案一: ;
方案二: 。
16.答案 (1)Cu+H2O2+2H+Cu2++2H2O
(2)2Cu2++2CO32-+H2OCu2(OH)2CO3↓+CO2↑
(3)3
(4)ab
(5)①取少量溶液于试管中,加入KSCN溶液,若溶液变红证明含有铁离子,若不变红证明不含铁离子
②CuSO4+FeFeSO4+Cu 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4(答案合理即可)
解析 (1)金属铜投入稀硫酸中不发生反应,但再加入H2O2溶液后铜开始溶解,溶液逐渐变为蓝色,说明过氧化氢在酸性溶液中能氧化金属铜,离子方程式为Cu+H2O2+2H+Cu2++2H2O。
(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合,会析出Cu2(OH)2CO3,反应的离子方程式为2Cu2++2CO32-+
H2OCu2(OH)2CO3↓+CO2↑。
(3)反应中Cu元素化合价由+1价降低到0价,O元素化合价由0价降低到-2价,S元素化合价由-2价升高到+4价,由化学方程式可知生成2molCu,转移6mole-,则该反应中每生成1molCu,转移3mole-。
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(5)①检验溶液B中Fe3+是否被除尽的试剂是KSCN溶液。取少量溶液于试管中,加入KSCN溶液,若溶液变红证明含有铁离子,若不变红证明不含铁离子。②从硫酸铜溶液中得到金属铜的方法,可以加入铁粉置换铜,反应的化学方程式为CuSO4+FeFeSO4+Cu;也可用惰性电极电解硫酸铜溶液,反应的化学方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。
17.某化学兴趣小组用只含有铝、铁、铜的工业合金制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体(FeSO4·7H2O)和胆矾晶体,其实验方案如图所示:
回答下列问题:
(1)合金属于 (填“纯净物”或“混合物”),合金与NaOH溶液反应的离子方程式为
。
(2)方案中途径②的离子方程式为 ,D中加入适量盐酸的离子方程式为 。
(3)滤渣F为 ,途径③、④的化学方程式分别为
、 。途径③、④相比,途径 更好,理由是 。
(4)CuSO4溶液中获得胆矾的操作为 、洗涤、自然干燥。
(5)CuO与Al反应的化学方程式为
。
(6)Cu在潮湿的空气中放置较长的时间,最后得到绿色的铜锈,其化学式为 。
17.答案 (1)混合物 2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑
(2)AlO2-+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HCO3- Al(OH)3+3H+Al3++3H2O
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(3)Cu Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O 2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O ④ 途径④相对途径③来说H2SO4的利用率更高且无污染
(4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
(5)3CuO+2Al3Cu+Al2O3
(6)Cu2(OH)2CO3
解析 (1)合金属于混合物;合金中铝与NaOH溶液反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑。
(2)方案中途径②的离子方程式为AlO2-+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HCO3-;D中加入适量盐酸的离子方程式为Al(OH)3+3H+Al3++3H2O。
(3)滤渣F为Cu;途径③、④的化学方程式分别为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O、2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O;途径④相对途径③来说H2SO4的利用率更高且无污染。
(4)CuSO4溶液中获得胆矾的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、自然干燥。
(5)CuO与Al反应的化学方程式为3CuO+2Al3Cu+Al2O3。
(6)铜锈的化学式为Cu2(OH)2CO3。
18.CuSO4用途广泛,以Cu为原料制CuSO4有多种方法。
(1)实验室可用Cu与浓硫酸反应制CuSO4。
①Cu与浓硫酸反应的化学方程式是
。
②该方法制CuSO4存在的不足是 (写出任意一条)。
(2)实验小组采取如下方法制CuSO4。
实验表明,Fe3+能加快生成CuSO4的反应速率,加快原理可表述为:
ⅰ.2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
ⅱ.……
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ⅱ的离子方程式是 。
(3)用电解的方法制CuSO4,如下图所示。
② 与直流电源a端相连的电极材料是 (填“铜片”或“石墨”)。
②将进口处较浓硫酸替换为Na2SO4溶液进行实验,发现得到的CuSO4溶液pH比替换前升高,结合化学用语解释pH升高的原因是
。 18.答案 (1)①Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
②反应产生SO2,对环境有污染(或氧化剂浓硫酸利用率不高等,合理即可)
(2)4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O
(3)①铜片
②替换为Na2SO4后,阴极区发生反应2H++2e-H2↑,阴极区c(OH-)>c(H+),OH-也可以通过阴离子交换膜移动到阳极区,导致CuSO4溶液pH升高
解析 (1)①Cu与浓硫酸反应的化学方程式是Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O;②该方法制CuSO4存在的不足有反应产生SO2,对环境有污染且浓硫酸的利用率不高等。
(2)Fe3+作催化剂,因此ⅱ的反应为Fe2+被氧气氧化为Fe3+,离子方程式为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O。
(3)①用电解的方法制CuSO4,铜电极需要与直流电源正极相连,根据硫酸根离子的移动方向可知,a为直流电源正极,因此与直流电源a端相连的电极材料是铜片。
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