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- 2021-07-09 发布
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用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物
考点1| 合金与金属矿物的开发利用
[基础知识自查]
1.常见金属材料
(1)分类
(3)常见合金材料
2.金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在形态
①在自然界中绝大多数金属以化合态的形式存在。
②少数化学性质不活泼的金属存在游离态。
(2)金属冶炼的实质
使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程:Mn++ne-===M。
(3)常见冶炼方法
①电解法——K~Al
Na:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑;
Mg:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑;
Al:2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。
②热还原法——Zn~Cu
高炉炼铁:3CO+Fe2O32Fe+3CO2;
铝热反应制铬:2Al+Cr2O32Cr+Al2O3;
焦炭还原铜:C+2CuO2Cu+CO2↑。
③热分解法——Hg、Ag
Hg:2HgO2Hg+O2↑;
Ag:2Ag2O4Ag+O2↑。
[应用体验]
1.任何金属都能形成合金吗?请具体说明。
[提示] 并非所有的金属都能形成合金,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化,若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点,则二者不能形成合金。
2.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,关于铝热反应思考下列问题:
(1)是否所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应?哪些金属氧化物与Al可发生铝热反应?
(2)在铝热反应中,镁条、KClO3的作用是什么?
[提示] (1)不是。活泼性比Al弱的难熔金属,如钒、铬、锰、铁、铜的氧化物与Al可以发生铝热反应。
(2)镁条为引燃剂、KClO3为助燃剂。
[考点多维探究]
角度1 合金的形成与性能
1.所谓合金,就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物,下表为四种金属的熔、沸点:
Na
Cu
Al
Fe
熔点(℃)
97.5
1 083
660
1 535
沸点(℃)
883
2 595
2 200
3 000
根据以上数据判断其中不能形成合金的是( )
A.Cu和Al B.Fe和Cu
C.Fe和Na D.Al和Na
C [Fe熔点比Na的沸点高,当Fe熔化时,Na已汽化,不能熔合成为合金。]
2.2015年底在上海首飞的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
D [铝、锂均是活泼金属,与酸均易反应。]
3.铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。从物理性质和化学性质的角度分析,铜常用于制造货币的说法正确的是 ( )
A.铜来源广泛,易于从自然界冶炼得到
B.铜的化学性质比较稳定,不易被腐蚀,铜的熔点比较低,容易冶炼铸造成型
C.铜的外观为紫红色,大方美观,易于被人们接受
D.铜的化学性质不稳定,在空气中易转化为铜绿,铜绿具有抗腐蚀能力,易于流通
B [制造货币的金属应具备性质稳定,不易被腐蚀,易成型。]
合金的认识
(1)常温下,多数合金是固态,但钠钾合金呈液态。
(2)合金的物理性质相比于成分金属有所改变,但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。
(3)并非所有的金属都能形成合金。因为两种金属必须熔合在一起才能形成合金。如果一种金属还未熔化时,另一种金属已经汽化,则一般不能熔合在一起,如Cu与Na、Fe与Na等不能形成合金。
角度2 金属矿物的开发利用
4.下列有关金属的工业制法中正确的是( )
A.制钛:用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛
B.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
C.制钠:用海水为原料制得精盐,再电解纯净的NaCl溶液
D.制镁:用Al和MgO在高温下发生铝热反应制Mg
B [A项,Na与TiCl4溶液中的H2O反应,不能置换出Ti;C项,电解纯净NaCl溶液得不到Na;D项,铝热反应不能制取Mg,Mg比Al活泼。]
5.(2017·日照模拟)下列说法中正确的是( )
A.氯化铝是一种电解质,可用电解法制铝
B.工业上通过电解氯化钾溶液制备金属钾和氯气
C.工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应
D.MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg,在给定条件下能实现
C [A项,AlCl3熔化不电离,电解AlCl3熔融物不导电,不能生成Al;B项,电解KCl溶液不能生成K;D项,MgO熔点很高,制Mg时不是电解MgO而是电解MgCl2。]
6.(2017·柳州模拟)氧化还原反应广泛应用于金属冶炼,下列说法不正确的是 ( )
A.电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中,Na+被还原
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.用磁铁矿炼铁的反应中,1 mol Fe3O4被CO还原成Fe,转移9 mol电子
D.铝热法还原铁的反应中,放出的热量能使铁熔化
C [C项,1 mol Fe3O4被还原为Fe,转移电子1×3× mol=8 mol。]
金属冶炼与金属活动性顺序表的关系
角度3 铝热反应的实验问题分析
7.用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验,需要的试剂还有________(填字母),其作用是____________________________。
a.KCl B.KClO3
c.MnO2 D.Mg
取少量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)。
[解析] 做铝热反应的实验时,需要KClO3作助燃剂,且用镁条引燃;即使固体混合物中有Fe2O3,因发生反应Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O和Fe+2Fe3+===3Fe2+,使Fe3+转化为Fe2+,KSCN溶液也不会变红。
[答案]bd KClO3作助燃剂,Mg作引燃剂 不能
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+===3Fe2+(或只写Fe+2Fe3+===3Fe2+)
8.某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述:“反应放出大量的热,并放出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知:Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如表所示:
物质
Al
Al2O3
Fe
Fe2O3
熔点/℃
660
2 054
1 535
1 462
沸点/℃
2 467
2 980
2 750
——
(1)该同学推测,铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化,而铝的熔点比铁低,此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理:________(填“合理”或“不合理”)。
(2)将铝与Fe2O3混合后放入漏斗中,然后引发铝热反应的实验操作是____。
(3)设计一个简单的实验方案,证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是________,反应的离子方程式为______________________。
(4)实验室溶解该熔融物,下列试剂中最好的是________(填序号)。
A.浓硫酸 B.稀硫酸
C.稀硝酸 D.氢氧化钠溶液
[解析] (1)在一定温度范围内,Fe和Al均为熔融状态,可以熔合形成FeAl合金。
(2)加助燃剂KClO3和引燃剂镁条,点燃镁条。
(3)利用Al与碱液反应。
(4)熔融物为金属及其金属氧化物,用稀酸溶解。
[答案] (1)合理
(2)加少量KClO3,插上镁条并将其点燃
(3)NaOH溶液 2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑
(4)B
考点2| 铜及其化合物的性质及其应用
[基础知识自查]
1.铜的主要性质
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:
①化学方程式:2Cu+O2+H2O+CO2===Cu2(OH)2CO3。
②化学方程式:2Cu+SCu2S。
③与氧化性酸反应
a.与浓硫酸共热的化学方程式:
Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O;
b.与稀硝酸反应的离子方程式:
3Cu+8H++2NO===3Cu2++2NO↑+4H2O;
c.与浓硝酸反应的离子方程式:
Cu+4H++2NO===Cu2++2NO2↑+2H2O。
④与盐溶液反应
a.与硝酸银溶液反应的离子方程式:Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+;
b.与FeCl3溶液反应的离子方程式:Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+。
2.铜的重要化合物的性质及其应用
(1)氧化物
(2)氢氧化铜——蓝色难溶物,是一种弱碱。
(3)铜盐
①Cu2(OH)2CO3
Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜,呈绿色,是铜锈的主要成分,受热易分解的方程式为Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2↑。
②CuSO4
a.CuSO4·5H2O为蓝色晶体,俗称蓝矾或胆矾。受热或遇浓H2SO4,蓝色晶体变为白色粉末。
b.无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O),可作为水或水蒸气的检验试剂。
③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,因此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液,用来杀灭植物的病毒。
[应用体验]
1.铜和Cu2O的颜色相近,如何证明Cu中含有Cu2O?
[提示] 取样品少许于试管中,加入稀H2SO4,若溶液呈蓝色则说明含有Cu2O。
2.向含有2 mol H2SO4的浓H2SO4中加入足量的Cu共热,充分反应可生成1 mol SO2吗?为什么?
[提示] 不能生成1 mol SO2。因为浓H2SO4变成稀H2SO4后不再反应。
[考点多维探究]
角度1 铜及其化合物的性质与应用
1.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;无
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少量氨气,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
D [A项,陈述Ⅰ、Ⅱ有因果关系;B项,铜与浓H2SO4作用不能形成致密的氧化膜;C项,陈述Ⅰ、Ⅱ无因果关系;D项,陈述Ⅰ为化学变化。]
2.下列有关铜的化合物的性质的叙述中正确的是( )
A.CuSO4变成CuSO4·5H2O是化学变化
B.一定条件下,新制的Cu(OH)2悬浊液能与葡萄糖反应但不能与乙酸反应
C.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,观察CuCl2的生成
D.将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水CuCl2固体
A [B项,Cu(OH)2与乙酸发生中和反应;C项,Cu与Cl2反应需要点燃或加热;D项,CuCl2在蒸干过程中水解生成Cu(OH)2。]
3.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.这种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
C [Cu2O的检验不能用稀HNO3,HNO3能氧化Cu2O为Cu2+。]
铜及其化合物的颜色
Cu
紫红色
CuSO4
白色
CuO
黑色
CuSO4·5H2O
蓝色
Cu2O
砖红色
Cu2(OH)2CO3
绿色
Cu2S
黑色
Cu(OH)2
蓝色
角度2 以铜的重要化合物制备为载体的综合试题
4.CuSO4是一种重要的化工原料,其有关制备途径及性质如图所示。下列说法正确的是( )
A.相对于途径①③,途径①更好地体现了绿色化学思想
B.途径①发生的反应可能是3Cu+2HNO3+3H2SO4===3CuSO4+2NO↑+4H2O
C.将CuSO4溶液蒸发,利用余热蒸干,可制得胆矾晶体
D.1 mol CuSO4在1 100 ℃所得混合气体X为SO3和O2,其中O2可能为0.75 mol
B [A项,途径①有污染气体NO生成,不能更好地体现绿色化学思想;C项,胆矾晶体不能通过蒸干得到,应冷却结晶,过滤得到;D项,1 mol CuSO4被还原成Cu2O转移1 mol电子,应得氧气0.25 mol,错误。]
5.某实验小组利用Fe2O3、Cu2O的混合物制取较纯净的胆矾(CuSO4·5H2O),实验方案如图所示:
(1)稀硫酸溶解混合物时发生反应的离子方程式为
Cu2O+2H+===Cu+Cu2++H2O、______________________。
(2)加H2O2的目的是________________,其反应的离子方程式为
_____________________________________________。
(3)溶液乙中加入适量CuO时发生反应的离子方程式为_______________。
(4)操作Ⅰ主要包括________、________、过滤、洗涤、晾干等步骤。
[解析] (1)Fe2O3、Cu2O中加入过量酸,Fe2O3生成Fe3+,Cu2O生成Cu和Cu2+,Fe3+又氧化Cu为Cu2+;(2)溶液甲中含有Fe2+,加H2O2的目的就是氧化Fe2+为Fe3+;(3)加入CuO的目的是调节pH,使Fe3+水解成Fe(OH)3而除去。
[答案] (1)Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+
(2)氧化Fe2+为Fe3+ H2O2+2H++2Fe2+===2Fe3++2H2O
(3)3CuO+2Fe3++3H2O===2Fe(OH)3+3Cu2+
(4)蒸发浓缩 冷却结晶
废铜利用的思维模式
[课堂小结·反馈达标1+1] 全新理念 探究高考 明确考向
1.一组判断,展示高考易误点
(1)除去Cu粉中混有CuO的操作是加入稀HNO3溶解,过滤、洗涤、干燥。( )
(2)(2016·全国丙卷)铁比铜金属性强的实际应用是FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板。( )
(3)将铜粉加入1.0 mol·L-1Fe2(SO4)3溶液中,现象是溶液变蓝、有黑色固体出现。( )
(4)(2014·全国卷Ⅱ)铝与Fe2O3发生铝热反应后固体物质增重。( )
(5)(2014·全国卷Ⅱ)H2通过灼热的CuO粉末,反应后固体物质增重。( )
(6)FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作的原理是FeCl3能从含Cu2+的溶液中置换出铜。( )
(7)(2015·四川高考)CuSO4溶液中通入CO2气体产生蓝色沉淀。( )
(8)(2015·四川高考)CuSO4溶液与H2S反应的离子方程式为Cu2++S2-===CuS↓。( )
(9)(2015·天津高考)气体通过无水CuSO4粉末变蓝,证明原气体中含有水蒸气。( )
(10)浓HNO3中加入过量的Cu,反应生成的气体有NO2和NO。( )
(11)用稀盐酸除去铜锈的离子方程式为CuO+2H+===Cu2++H2O。( )
(12)镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,可作储氢材料。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)× (9)√ (10)√ (11)× (12)√
2.一题串知,覆盖高考考什么
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:
(1)合金属于________(填“纯净物”或“混合物”),与足量稀H2SO4、NaOH溶液反应的离子方程式为_________________________________________。
[考查合金的组成与性质]
(2)方案中途径②的离子方程式________________________________,
D中加入适量盐酸的离子方程式为___________。[考查铝及其化合物的性质]
(3)滤渣F为________,途径③、④的化学方程式分别为______,
途径③④相比,途径________更好,理由是____________。[考查Cu及其化合物的性质]
(4)CuSO4溶液中获得胆矾的操作为____________________________,洗涤、自然干燥。[考查溶液的结晶方法]
(5)写出CuO与Al、H2反应的化学方程式为____________。[考查Cu的冶炼]
(6)Cu在潮湿的空气中放置较长时间,最后得到绿色的铜锈,其化学式为_____________________________________________________。
[考查Cu的性质]
[答案]
(1)混合物 2Al+6H+===2Al3++3H2↑、Fe+2H+===Fe2++H2↑、2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑
(2)AlO+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
(3)Cu Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O ④
④相对③来说H2SO4的利用率高且无污染
(4)蒸发浓缩,冷却结晶、过滤
(5)3CuO+2Al3Cu+Al2O3 CuO+H2Cu+H2O
(6)Cu2(OH)2CO3
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