通用版高考化学微一轮复习用途广泛的金属材料开发利用金属矿物学案2018050916 11页

第11讲　用途广泛的金属材料　开发利用金属矿物 考纲要求 ‎1.掌握铜及其重要化合物的性质。‎ ‎2.了解合金的概念及重要应用。‎ ‎3.了解常见金属的活动顺序及金属冶炼的一般方法。‎ ‎4.了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用。‎ 考点一　合金及常见金属材料 ‎1．合金 ‎2．常见金属材料 ‎(1)钢铁 ‎ (2)‎ ‎ (3)‎ ‎【感悟测评】‎ ‎　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)合金的成分都是金属，属于混合物。(　　)‎ ‎(2)任何不同的金属都可熔合为合金。(　　)‎ ‎(3)钢和生铁的熔点都比纯铁低。(　　)‎ ‎(4)常见的铜合金有青铜、黄铜和白铜。(　　)‎ ‎(5)合金的化学性质一般与其各成分金属的化学性质不同。(　　)‎ 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×‎ ‎　(1)合金属于混合物。‎ ‎(2)合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于其成分金属，不是简单的加合，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。‎ 考向一　合金的性质及应用 ‎1．2019年在上海首飞的C919大型飞机采用了大量新材料铝锂合金。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．铝锂合金的熔点比铝低 D．铝锂合金耐酸碱腐蚀 解析：铝锂合金中的铝能与酸和碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。‎ 答案：D ‎2．‎2015年6月24日中国载人潜水器“蛟龙”号在西太平洋的马里亚纳海沟试验海域成功创造了载人深潜新的历史记录，首次突破7 ‎000米，最深达到7 ‎020米海底。“蛟龙”号载人潜水器的外壳是耐超高压的钛合金，下列有关合金的说法中正确的是(　　)‎ A．钛合金是一种新型的金属单质 B．钛合金的熔点比成分金属的低，硬度小 C．钛合金的化学性质与钛单质相同 D．青铜、碳素钢、合金钢和硬铝均是合金 解析：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，不属于新型金属单质，A错误；合金的熔点一般比成分金属的熔点低但硬度大，B错误；合金的化学性质与其成分金属的化学性质是相同的，钛合金除具备钛单质的性质外，还具有其他成分的性质，C错误。‎ 答案：D 考向二　合金成分的分析 ‎3．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(　　)‎ A．Al、Mg、Si、Zn　　　　　 B．Al、Fe、Zn、Na C．Al、Na、Cu、Fe D．Al、Cu、Mg、Si、Mn 解析：硬铝中一定含有Al，样品加入足量稀盐酸后有难溶物存在，说明有金属活动性在H之后的金属或非金属存在，再加入浓NaOH溶液后有气体生成和难溶物存在，根据题目信息可知硬铝样品中含有Si，最终的难溶物为Cu，D项中含有上述三种物质。‎ 答案：D ‎4．部分氧化的Fe－Cu合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共 ‎5.76 g，经如下处理：‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．滤液A中的阳离子为Fe2＋、Fe3＋、H＋‎ B．样品中Fe元素的质量为‎2.24 g C．样品中CuO的质量为‎4.0 g D．V＝896‎ 解析：因为氧化性：Fe3＋>Cu2＋>H＋，还原性：Fe>Cu，有气体产生，则该气体是H2，所以滤液A中阳离子不可能有Fe3＋，而是Fe2＋、H＋，则A项错误；最后的‎3.2 g固体为Fe2O3，其中Fe元素的质量为‎2.24 g，B项正确；样品中Cu元素和O元素共‎5.76 g－‎2.24 g＝‎3.52 g，C项错误；‎2.24 g Fe元素不可能全是单质，故生成的H2标准状况的体积小于896 mL，D项错误。‎ 答案：B 考点二　铜及其化合物 ‎1．位置与物理性质 铜位于元素周期表的第四周期第ⅠB族，主要化合价为＋1、＋2。铜是紫红色固体，其导电性仅次于银。‎ ‎2．化学性质 写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式 ‎①2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3(绿色固体)‎ ‎②S＋2CuCu2S ‎③Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O ‎④Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋‎ ‎3．铜的重要化合物 ‎(1)氧化物和氢氧化物 物质 氧化铜 氢氧化铜 氧化亚铜 化学式 CuO Cu(OH)2‎ Cu2O 状态 难溶于水的黑色固体(粉末)‎ 难溶于水的蓝色固体 不溶于水的红色固体 化学 性质 CuO＋2H＋===‎ Cu2＋＋H2O CuO＋H2 Cu＋H2O CuO＋CO Cu＋CO2‎ Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O Cu(OH)2CuO＋H2O Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O Cu2O＋H2 ‎2Cu＋H2O ‎　(2)CuSO4·5H2O：蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。‎ ‎①无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验依据。‎ ‎②CuSO4和石灰乳的混合液即为无机农药波尔多液，是一种良好的杀菌剂，可以用来防治多种作物的病害。‎ ‎【多维思考】‎ ‎1．黄铜和金的颜色均为黄色，如何鉴别？‎ 提示：①测密度　②是否溶于稀硝酸　③测硬度 ‎2．波尔多液是一种杀菌剂，它是由CuSO4、生石灰和水按一定比例配制而成的天蓝色胶状悬浊液，其杀菌的可能原因是什么？‎ 提示：CuSO4是重金属盐，能使蛋白质变性。‎ ‎3．某研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案：‎ ‎(1)CuCuSO4CuSO4·5H2O。‎ ‎(2)CuCuO硫酸铜溶液CuSO4·5H2O。‎ ‎(3)硫酸铜溶液CuSO4·5H2O。‎ 对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？‎ 提示：(3)‎ ‎　(1)通常利用反应2Cu＋O22CuO除去混合气体中的少量O2。‎ ‎(2)常利用CuSO4转化为CuSO4·5H2O时固体由白色粉末变成蓝色晶体检验少量水的存在。‎ ‎(3)铜在通入氧气的情况下，可在稀的非氧化性酸(稀盐酸、稀硫酸)中逐渐溶解：2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O。‎ 考向一　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 答案：C ‎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 答案：C ‎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十HCl(燃烧)‎ D．CuH＋HCl===CuCl＋H2↑(常温)‎ 解析：C项中Cl2具有强氧化性，产物应为CuCl2和HCl。‎ 答案：C 考向二　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 解析：制备1 mol Cu需要1 mol CuO，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。‎ 答案：A ‎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______________________________________________________。‎ 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，是滤液中主要含有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。‎ 答案：(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 考向三　铜及其化合物的转化关系 ‎6．(2019·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1 mol CuS则消耗3 mol O2‎ 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 解析：A项，2CuS＋3O22CuO＋2SO2，由方程式可知，1 mol CuS消耗1.5 mol O2；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挥发产生Cu(OH)2，无法得到CuCl2，因而D项错误。‎ 答案：B 考点三　金属矿物的开发和利用 ‎1．金属在自然界中的存在 ‎2．金属冶炼的一般步骤 ‎3．金属冶炼的方法(用化学方程式表示)‎ MgCl2(熔融)电解2Na+Cl2↑‎ ‎2Al2O3(熔融) 电解Mg+Cl2↑‎ ‎2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑‎ Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2↑‎ C+2CuO高温2Cu+CO2↑‎ ‎4．铝热反应 实验 装置 实验现象 ‎①镁带剧烈燃烧，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＋Fe2O3Al2O3＋2Fe 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 ‎【多维思考】‎ ‎1．冶炼Mg时只能电解MgCl2，为什么不电解MgO?‎ 提示：MgO熔点太高，难熔化。‎ ‎2．冶炼Al时只能电解Al2O3，为什么不电解AlCl3？加入冰晶石的目的是什么？‎ 提示：AlCl3是共价化合物，熔融时不导电，加入冰晶石的目的是降低Al2O3的熔化温度。‎ ‎3．铝热反应的本质是利用铝的还原性，是否所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应？‎ 提示：否，判断铝热反应能否发生，应看金属的活动性。‎ ‎1．金属的活动性与冶炼方法的选择 金属活动性顺序 K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu Hg、Ag 冶炼方法 电解法 热还原法 热分解法 ‎2.铝热反应的三个注意事项 ‎(1)铝热反应是在高温干态下进行的置换反应，铝只能与排在金属活动性顺序中铝后的金属的氧化物反应。‎ ‎(2)铝热反应常出现在推断题中。‎ ‎(3)铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。 ‎ 考向一　金属冶炼原理 ‎1．工业上由含钒、铬和锰的矿物冶炼难熔的金属钒、铬和锰，通常采用的方法是(　　)‎ A．碳还原法 B．铝热法还原 C．直接加热法 D．盐的水溶液与活泼金属置换法 解析：冶炼难熔金属通常用铝热法还原。‎ 答案：B ‎2．下列金属冶炼的反应原理中错误的是(　　)‎ A．MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑‎ B．Al2O3＋3H22Al＋3H2O C．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2‎ D．2Ag2O4Ag＋O2↑‎ 解析：Al活动性比H2强，不能用H2还原法进行冶炼，而应用电解法进行冶炼。‎ 答案：B 考向二　铝热反应及应用 ‎3．利用如图装置做铝热反应实验，下列说法不正确的是(　　)‎ A．该反应的化学方程式是2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3‎ B．该反应会产生高温，发出强光 C．根据铝热反应的原理，可以冶炼某些金属 D．若反应中转移3 mol电子，消耗氧化剂的物质的量是1 mol 解析：A项，铝是活泼金属，高温条件下可置换出氧化铁中的铁，正确；B项，铝热反应放出大量的热，产生高温、发出强光，正确；C项，高熔点的金属可采用铝热法冶炼，正确；D项，铁元素的化合价从＋3价降低到0价，因此1 mol Fe2O3在反应中得到6 mol电子，则若反应中转移3 mol电子，则消耗氧化剂的物质的量是0.5 mol，错误。‎ 答案：D ‎4．把铝粉和四氧化三铁粉末配成铝热剂，分成两等份。第一份在高温下恰好完全反应，然后将生成物和足量盐酸反应；第二份直接投入足量的NaOH溶液中，充分反应。则前后两种情况下生成气体的体积之比是(相同状态下)(　　)‎ A．1∶1　　　　　　　 B．9∶8‎ C．3∶4 D．4∶3‎ 解析：根据铝粉和四氧化三铁恰好完全反应可得，Fe3O4与Al的物质的量之比为3∶8，故反应后的铁粉和反应前铝粉的物质的量之比为9∶8，再通过铁粉与盐酸的反应，以及铝粉与NaOH溶液的反应可知，生成气体的体积之比为 9∶12，即3∶4。‎ 答案：C ‎1．(2019·四川理综)CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，并进行相关探究。‎ ‎[资料查阅]　‎ ‎ [实验探究]该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)仪器X的名称是________。‎ ‎(2)实验操作的先后顺序是a→________→e(填操作的编号)。‎ a．检查装置的气密性后加入药品 b．熄灭酒精灯，冷却 c．在“气体入口”处通入干燥HCl d．点燃酒精灯，加热 e．停止通入HCl，然后通入N2‎ ‎(3)在实验过程中，观察到B中物质由白色变为蓝色，C中试纸的颜色变化是_________________________________________。‎ ‎(4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是__________‎ ‎_______________。‎ ‎[探究反思]‎ ‎(5)反应结束后，取出CuCl产品进行实验，发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信息分析：‎ ‎①若杂质是CuCl2，则产生的原因是______________________‎ ‎______________________________________________。‎ ‎②若杂质是CuO，则产生的原因是________________________‎ ‎___________________________________________________。‎ 解析：(1)根据仪器X的构造特点知其名称为干燥管；‎ ‎(2)加热CuCl2·2H2O制备CuCl，为防止生成的CuCl被空气中的氧气氧化和Cu＋水解，必须要先通入干燥的HCl气体赶走装置中的空气再加热，且要在HCl气流中加热制备，反应结束后先熄灭酒精灯，继续通入氮气直至装置冷却，所以操作顺序为：a－c－d－b－e；‎ ‎(3)B中有白色变为蓝色，说明有水生成，产物中还有Cl2，所以C中石蕊试纸先逐渐变为红色，后褪色；‎ ‎(4)D中是Cl2和NaOH反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，反应的离子方程式为：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O；‎ ‎(5)①根据题给信息知若杂质是CuCl2，说明CuCl2没能完全反应，原因为加热时间不足或温度偏低；②若杂质是氧化铜，说明CuCl2水解生成Cu2(OH)2Cl2，进一步分解生成CuO，原因是通入HCl的量不足。‎ 答案：(1)干燥管　(2)cdb ‎(3)先变红，后褪色 ‎(4)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O ‎(5)①加热时间不足或温度偏低　②通入HCl的量不足 ‎2．(2019·天津理综)废旧印刷电路板是一种电子废弃物，其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)反应Ⅰ是将Cu转化为Cu(NH3)，反应中H2O2的作用是________。写出操作①的名称：________。‎ ‎(2)反应Ⅱ是铜氨溶液中的Cu(NH3)与有机物RH反应，写出该反应的离子方程式：____________________。操作②用到的主要仪器名称为________，其目的是(填序号)________。‎ a．富集铜元素 b．使铜元素与水溶液中的物质分离 c．增加Cu2＋在水中的溶解度 ‎(3)反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和________。若操作③使用右图装置，图中存在的错误是________。‎ ‎(4)操作④以石墨作电极电解CuSO4溶液。阴极析出铜，阳极产物是________。操作⑤由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是________________。‎ ‎(5)流程中有三处实现了试剂的循环使用，已用虚线标出两处，第三处的试剂是________。循环使用的NH4Cl在反应Ⅰ中的主要作用是________。‎ 解析：(1)反应Ⅰ是将Cu转化为 (NH3)，铜元素化合价升高，H2O2的作用是氧化剂，操作①是固液分离，应是过滤操作。‎ ‎(2)根据流程简图知：Cu(NH3)＋2RH===2NH＋2NH3＋CuR2，操作②后出现水层和有机层，操作名称为分液，其目的是富集铜元素，使铜元素与水溶液中的物质分离，故选a、b。‎ ‎(3)再根据流程简图信息知CuR2＋H2SO4―→CuSO4＋2RH。操作③为分液操作：本装置分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁、液体量过多。‎ ‎(4)由电解原理知：阴极：Cu2＋＋2e－―→Cu 阳极：2H2O－4e－―→O2↑＋4H＋‎ 则阳极产物是O2和H2SO4，由溶液制得晶体需加热浓缩、冷却结晶、过滤。‎ ‎(5)操作④电解制得的硫酸在操作③循环使用。‎ NH4Cl水解，溶液显酸性，循环使用的NH4Cl在反应Ⅰ中能防止由于溶液中c(OH－)过高，生成Cu(OH)2沉淀。‎ 答案：(1)作氧化剂　过滤 ‎(2)Cu(NH3)＋2RH===2NH＋2NH3＋CuR2　分液漏斗ab ‎(3)RH　分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁；液体过多 ‎(4)O2、H2SO4　加热浓缩、冷却结晶、过滤 ‎(5)H2SO4　防止由于溶液中c(OH－)过高，生成Cu(OH)2沉淀。‎