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- 2021-07-08 发布
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金属材料及金属矿物的开发利用
考点一 铜及其化合物
【基础知识梳理】
1.单质铜
(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
①常温下,铜在干燥的空气中性质稳定,但在潮湿的空气里则会被锈蚀,在其表面逐渐形成一层绿色的____________。有关化学方程式__________________________________
________________________________________________________________________。
②写出下列化学方程式:
铜在空气中加热:_______________________________________________________;
铜丝在硫蒸气中反应:___________________________________________________。
2.铜的重要化合物
(1)Cu2(OH)2CO3的名称为____________,是铜绿、孔雀石的主要成分,受热分解可生成黑色的氧化铜,化学方程式:______________________________________________________,
可溶于稀硫酸,离子方程式:__________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O,化学方程式为
________________________________________________________________________。
(3)蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末,化学方程式为
________________________________________________________________________。
(4)红色的Cu2O与稀硫酸反应,溶液变蓝,同时生成红色的单质铜,离子方程式为
________________________________________________________________________。
深度思考
正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)CuO是黑色固体,与水反应生成Cu(OH)2( )
(2)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物( )
(3)无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水( )
(4)将铜片置于干燥的空气中,不易被腐蚀( )
(5)CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化( )
(6)用稀硝酸清除铜制品上的铜锈( )
(7)过量铜与浓硝酸反应,产生的气体中有NO2、NO和H2( )
(8)铜是导电性最好的金属材料( )
【解题探究】
题组一 铜及其化合物的性质和应用
1.铜在自然界多以化合态的形式存在于矿石中。常见的铜矿石有:黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿(Cu2S)、孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]。下列说法不正确的是( )
A.可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿
B.硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
C.工业上常采用电解法制取粗铜
D.在上述几种含铜化合物中,铜的质量分数最高的是Cu2S
2.已知CuO经高温灼烧生成Cu2O,Cu2O与H+发生反应:
Cu2O+2H+===Cu+Cu2++H2O。
将经高温灼烧后的CuO样品投入足量的热的稀硝酸溶液中,下列有关说法中正确的是( )
A.如果溶液变为蓝色,同时有紫红色固体出现,说明样品全部生成Cu2O
B.溶液中最终可能有紫红色固体出现
C.该实验的结果无法说明CuO分解的程度
D.如果溶液中出现蓝色,最终没有紫红色固体出现,说明CuO没有分解
3.氢化亚铜(CuH)是一种难溶物质,用CuSO4溶液和另一种“反应物”在40~50℃时反应可生成它。CuH不稳定,易分解;CuH在氯气中能燃烧,跟盐酸反应能产生气体。下列有关推断中错误的是( )
A.这里的“另一种反应物”具有还原性
B.CuH可作氧化剂,还原剂
C.CuH+Cl2===CuCl+HCl(燃烧)
D.CuH+HCl===CuCl+H2↑(常温)
【反思归纳】
(1)+1价的铜有较强的还原性,易被氧化剂氧化为+2价。
(2)+1价铜,在酸性条件下能发生歧化反应生成Cu和Cu2+,利用这一原理可区别Cu和Cu2O。向红色物质中加入稀硫酸,若溶液由无色变成蓝色,则该红色物质为Cu2O,否则为Cu。反应的化学方程式为Cu2O+H2SO4===CuSO4+Cu+H2O。
题组二 铜的冶炼方法
4.在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备单质铜,有下列两种途径:
①FeH2Cu
②CuOCuSO4Cu
若用这两种方法制得等量的铜,则下列有关说法符合实际情况的是( )
A.消耗氧化铜的质量相同
B.消耗铁的质量相同
C.消耗硫酸的质量相同
D.生成硫酸亚铁的质量相同
5.孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。某同学设计的从孔雀石中冶炼铜的方案如下(假设孔雀石中杂质不溶于水和稀硫酸):
(1)反应①能观察到的现象是_________________________________________________
________________________________________________________________________,
有关反应的化学方程式为___________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)反应②加入的金属可能是__________,有关反应的离子方程式为
_______________________________________________________________________。
题组三 铜及其化合物的转化关系
6.(2017·邯郸调研)某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物,工业上以该废渣为原料生产CuCl2·2H2O晶体的工艺流程如下:
下列说法正确的是( )
A.焙烧过程中每消耗1molCuS则消耗3molO2
B.焙烧后的废气能够使酸性高锰酸钾溶液褪色
C.滤渣中主要含铁的氧化物
D.将获得的CuCl2·2H2O晶体加热可制得CuCl2固体
7.铜及其化合物在生产生活中有着广泛的应用,铜在化合物中的常见化合价有+1、+2。
(1)工业上可利用反应Cu2S+O22Cu+SO2制取粗铜,反应中被氧化的元素是________,当消耗32gCu2S时,转移电子数目是________(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
(2)将少量铜丝放入适量的稀硫酸中,温度控制在50~60℃,通入O2,反应一段时间后可制得硫酸铜,发生反应的离子方程式为______________________________________________。
CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3溶液和NaCl溶液加热,生成CuCl沉淀,写出生成CuCl的离子方程式:________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)某小组同学在做铜与浓硫酸反应的实验时,发现铜片表面有黑色固体生成。
①甲同学猜想:黑色固体是未来得及溶解于酸的CuO,其猜想可用化学方程式表示:
Cu+H2SO4______________________________________________________________。
②乙同学认为:黑色固体除CuO外,还可能含有Cu2S和CuS,其理由可能是________(填字母)。
a.Cu2S和CuS都是黑色的
b.铜与浓硫酸在加热条件下反应,还可能放出O2
c.浓硫酸是氧化剂,铜是还原剂,Cu的化合价升高与S的化合价降低有多种可能考
点二 金属材料与金属矿物的开发利用
【基础知识梳理】
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____________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______;
②硬度和强度:一般比它的各成分金属的______。
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
(2)几种有色金属材料
3.金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在
在地壳中除了金、铂等少数极不活泼的金属外,绝大多数金属元素以________________形式存在。
(2)金属冶炼的实质
金属元素只有正价,没有负价,所以金属的冶炼过程就是把金属从其化合物中____________出来的过程。
(3)金属冶炼的方法
①热分解法。
如由HgO、Ag2O冶炼Hg、Ag:______________________、_______________________。
②热还原法。
a.CO还原Fe3O4:____________________________________________________________;
b.H2还原WO3:_____________________________________________________________;
c.C还原ZnO:ZnO+CZn+CO↑。
③电解法。
工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________。
4.铝热反应实验中的有关问题
实验装置
实验现象
①镁带剧烈燃烧,放出大量的热,并发生耀眼的白光,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+2Al2Fe+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+4Al3Mn+2Al2O3;
②金属焊接,如野外焊接钢轨等
深度思考
正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)铝合金的熔点比纯铝的高( )
(2)合金材料中不可能含有非金属元素( )
(3)地震灾区重建要使用大量钢材,钢材是合金( )
(4)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属( )
(5)用金属钠能置换氯化铜溶液中的铜( )
(6)工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应( )
(7)人类历史上使用铝的时间比铁晚,原因是铝的冶炼成本高( )
(8)用黄铜矿经电解精炼得到纯度99.9%的铜( )
(9)电解氯化镁溶液制取金属镁( )
(10)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( )
【解题探究】
题组一 金属与合金的性质和应用
1.下列关于金属元素的叙述正确的是( )
A.金属元素的单质只有还原性,其离子只有氧化性
B.金属元素的单质在常温下均为固体
C.金属元素在不同化合物中化合价均相同
D.大多数金属元素的单质为电的良导体
2.C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是( )
A.铝锂合金是铝与锂形成的混合物
B.铝锂合金的硬度比锂大
C.铝锂合金的熔、沸点比铝低
D.铝锂合金耐酸碱腐蚀
3.(2016·唐山调研)现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取硬铝样品进行如下实验(每一步试剂均过量),由此可以推知硬铝的组成可能为(提示:Si+2OH-+H2O===SiO+2H2↑)( )
样品
A.Al、Mg、Si、Zn B.Al、Fe、Zn、Na
C.Al、Na、Cu、Fe D.Al、Cu、Mg、Si、Mn
题组二 金属冶炼方法的选择
4.下列说法正确的是( )
A.工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
B.钢铁厂用热还原法冶炼铁
C.工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al不涉及氧化还原反应
D.MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg
5.(2016·唐山二模)如图是某课外小组从初选后的方铅矿[主要成分PbS,含少量黄铜矿(CuFeS2)]中提取硫黄、铜、铅的工艺流程图:
已知:CuFeS2+4FeCl3===2S+5FeCl2+CuCl2、PbS+2FeCl3===S+PbCl2+2FeCl2
(1)黄铜矿(CuFeS2)中Fe元素的化合价为____________________________________________;
提高方铅矿酸浸效率的措施有_____________________________________________________
________________________________________________________________________(写出两种方法即可)。
(2)过滤过程中用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、______;单质A是________;在此工艺操作中可循环利用的物质有铅、__________________。
(3)在酸性的FeCl2溶液中加入H2O2溶液,其反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(4)PbSO4与PbS加热条件下反应的化学方程式为______________________________
________________________________________________________________________。
【归纳总结】
1.金属活泼性与冶炼方法的关系:
2.有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼,如
Na+KClK↑+NaCl
2RbCl+MgMgCl2+2Rb↑等,
在此主要运用了化学平衡移动原理,利用K、Rb沸点低,气化离开反应体系,使化学反应得以向正反应方向进行。
题组三 铝热反应及应用
6.铝热反应的本质是利用铝的还原性,将难熔金属从其氧化物中置换出来,关于铝热反应解答下列问题:
(1)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验,需要的试剂还有________。
A.KCl B.KClO3
C.MnO2 D.Mg
(2)用等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物在一定条件下与Al粉进行铝热反应。
①引发铝热反应的操作是___________________________________________________。
②产物中单质是________(写名称)。
(3)取少量(1)中铝热反应所得的固体混合物,将其溶于足量稀H2SO4,滴加KSCN溶液无明显现象,________(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3,理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(用离子方程式说明)。
7.金属铝质轻且有良好的防腐蚀性,在国防工业中有非常重要的应用。
完成下列填空:
(1)镓(Ga)与铝同主族。写出镓的氯化物与氨水反应的化学方程式:
________________________________________________________________________。
(2)用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。如:
2Al+4BaO3Ba↑+BaO·Al2O3
常温下Al的金属性比Ba的金属性________(填“强”或“弱”)。利用上述方法可制取Ba的主要原因是__________________________________________________________________。
a.高温时Al的活泼性大于Ba
b.高温有利于BaO分解
c.高温时BaO·Al2O3比Al2O3稳定
d.Ba的沸点比Al的低
答案精析
考点一
基础知识梳理
1.①铜锈 2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3
②2Cu+O22CuO 2Cu+SCu2S
2.(1)碱式碳酸铜 Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O
Cu2(OH)2CO3+4H+===2Cu2++CO2↑+3H2O
(2)4CuO2Cu2O+O2↑
(3)CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O
(4)Cu2O+2H+===Cu+Cu2++H2O
深度思考
(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)×
解题探究
1.C 2.C
3.C [C项中Cl2具有强氧化性,产物应为CuCl2和HCl。]
4.A [制备1 mol Cu需要1 molCuO,而H2还原CuO时需要先用H2排除体系内的空气,冷却时也需要继续通H2,因此需要H2的量远大于1 mol,即消耗的Fe、H2SO4均比第②种方法多。]
5.(1)固体逐渐消失,溶液由无色变成蓝色,有气泡产生
Cu2(OH)2CO3+2H2SO4===2CuSO4+CO2↑+3H2O
(2)铁粉(答案合理即可) Fe+Cu2+===Fe2++Cu
解析 (1)孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐渐溶解,溶液由无色变为蓝色,且有气泡产生;反应的化学方程式为Cu2(OH)2CO3+2H2SO4===2CuSO4+CO2↑+3H2O。(2)经过滤除去难溶于水和稀硫酸的杂质,则滤液中主要含有CuSO4,加入的金属粉末能将Cu2+从溶液中置换出来即可,故金属可能是Fe或Zn等。
6.B [A项,2CuS+3O22CuO+2SO2,由方程式可知,1molCuS消耗1.5molO2;B项,废气中含有SO2,能使酸性高锰酸钾溶液褪色,正确;调节pH时,Fe3+水解转化为Fe(OH)3而除去,因而C项错误;将CuCl2·2H2O直接加热脱水,Cu2+水解,HCl挥发会产生Cu(OH)2,无法得到CuCl2,因而D项错误。]
7.(1)S 1.2NA
(2)2Cu+4H++O22Cu2++2H2O
2Cu2++2Cl-+SO+H2O2CuCl↓+SO+2H+
(3)①CuO+SO2↑+H2O ②ac
解析 (1)Cu2S+O22Cu+SO2反应制取粗铜,硫元素的化合价从-2升到+4,被氧化,反应中被氧化的元素是S,当消耗32gCu2S时,转移电子数目是×6NAmol-1=1.2NA。
(2)将少量铜丝放入适量的稀硫酸中,温度控制在50~60℃,通入O2,反应一段时间后可制得硫酸铜,发生反应的离子方程式为2Cu+4H++O22Cu2++2H2O。CuSO4溶液中加入一定量的NaSO3溶液和NaCl溶液加热,生成CuCl沉淀,离子方程式:2Cu2++2Cl-+SO+H2O2CuCl↓+SO+2H+。
(3)①按照甲同学猜想:铜被氧化生成CuO,硫酸被还原为SO2,化学方程式为Cu+H2SO4CuO+SO2↑+H2O。
②分析可能的理由时,应该从反应现象和氧化还原反应原理入手,ac符合。
考点二
基础知识梳理
1.(1)金属特性 (2)①低 ②大
3.(1)化合物 (2)还原 (3)①2HgO2Hg+O2↑ 2Ag2O4Ag+O2↑ ②Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 WO3+3H2W+3H2O ③2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ 2Al2O34Al+3O2↑
深度思考
(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)×(9)× (10)√
解题探究
1.D 2.D 3.D
4.B [电解NaCl溶液生成NaOH、H2和Cl2,而得不到单质钠,A错误;电解熔融Al2O3发生的是氧化还原反应,C错误;工业上冶炼镁是电解熔融MgCl2而不是MgO,D错误。]
5.(1)+2价 搅拌、适当提高酸的浓度(或加热、将矿石粉碎、延长浸取时间)
(2)漏斗 硫黄(或S) 盐酸和氯化铁溶液
(3)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
(4)PbSO4+PbS2Pb+2SO2↑
6.(1)BD (2)①加少量KClO3,插上镁条并将其点燃 ②Fe
(3)不能 Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+===3Fe2+
解析 (1)做铝热反应的实验时,需要KClO3作助燃剂,且用镁条引燃。(2)在混合物上加少量
KClO3固体并插上Mg条,点燃Mg条后放出热量,使KClO3固体分解放出O2,进一步加剧Mg的燃烧,可在短时间内使混合物温度迅速升高,引发反应。MgO不能与铝发生铝热反应,所以产物中单质B为Fe。(3)反应后固体混合物中若有Fe2O3,因发生反应:Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O和Fe+2Fe3+===3Fe2+,Fe3+转化为Fe2+,KSCN溶液也不会变红。
7.(1)GaCl3+3NH3·H2O===Ga(OH)3↓+3NH4Cl (2)弱 d
解析 (1)由AlCl3与NH3·H2O的反应可推出要求的化学方程式。(2)依据元素周期律可知Al的金属性弱于Mg,Mg的金属性弱于Ba;应从化学平衡移动的观点分析此反应发生的原因。
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