通用版高考化学一轮复习第三章金属及其重要化合物第4节金属材料及金属矿物的开发利用学案新人教版.docx
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第4节 金属材料及金属矿物的开发利用
【考纲要求】
了解铜及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及其应用。
了解合金的概念及其重要应用。
了解常见金属的活动顺序。
考点一 铜及其化合物
1.铜
(1)物理性质:
紫红色固体,具有导电、导热和延展性,不能被磁体吸引。
(2)化学性质
反应物
化学方程式
非金属
O2
①常温下潮湿的空气中:
2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜,绿色)
②在空气中加热:
2Cu+O2
2CuO(黑色固体)
Cl2
Cu+Cl2
CuCl2(棕黄色烟)
氧化
性酸
浓硫酸
Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O
浓硝酸
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
稀硝酸
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
盐
AgNO3、FeCl3
Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag、Cu+2FeCl3===CuCl2+2FeCl2
2.氧化铜和氧化亚铜
名称
氧化铜(CuO)
氧化亚铜(Cu2O)
颜色
黑色
砖红色
与酸反应(H+)
CuO+2H+===Cu2++H2O
Cu2O+2H+===Cu2++Cu+H2O
与H2反应
CuO+H2
Cu+H2O
Cu2O+H2
2Cu+H2O
转化关系
4CuO
2Cu2O+O2↑
3.氢氧化铜
(1)物理性质:
蓝色不溶于水的固体。
(2)化学性质及应用
反应①的化学方程式:
Cu(OH)2
CuO+H2O。
反应②的离子方程式:
Cu(OH)2+2H+===Cu2++2H2O。
4.铜盐
(1)碱式碳酸铜
碱式碳酸铜的化学式为Cu2(OH)2CO3,是铜绿的成分,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。
(2)硫酸铜
①CuSO4·5H2O为蓝色晶体,俗称蓝矾或胆矾。
②无水CuSO4为白色粉末,遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)。
(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。
1.CuO是黑色固体,与水反应生成Cu(OH)2( )
2.Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分,在干燥的空气中不易生成( )
3.用稀硝酸清除铜制品上的铜锈( )
4.过量铜与浓硝酸反应,产生的气体中有NO2、NO和H2( )
5.利用无水硫酸铜遇水变成蓝色的性质检验水的存在( )
6.将铁片置于CuSO4溶液中,铁片上有红色物质析出,说明铁比铜活泼( )
答案:
1.× 2.√ 3.× 4.× 5.√ 6.√
题组一 考查铜及其化合物的性质和应用
1.某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质,操作正确且能达到目的的是( )
A.将铜丝插入浓硫酸中加热,反应后把水加入反应器中,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
解析:
选D。
A项反应后,应将反应后液体倒入盛水的烧杯中,并不断搅拌;B项应将铜丝在空气中加热到红热后伸入盛满氯气的集气瓶中;C项CuCl2水解生成的盐酸易挥发,加热蒸干CuCl2溶液得不到无水CuCl2固体。
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;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
解析:
选D。
稀盐酸可以与Cu2(OH)2CO3反应,而且稀盐酸不能与Cu反应,所以可用稀盐酸除铜器表面的铜绿[Cu2(OH)2CO3],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,在加热条件下,铜与氧气反应生成黑色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。
题组二 考查铜的冶炼方法
3.在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备铜,有下列两种途径:
(1)Fe
H2
Cu;
(2)CuO
CuSO4
Cu。
若用这两种方法制得的铜质量相等,则下列有关说法符合实际情况的是( )
A.消耗氧化铜的质量不同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不同
解析:
选D。
途径
(1)中用H2还原CuO时,实验前需先通H2排出装置中的空气,实验结束时要继续通H2至试管冷却,故利用途径
(1)制取1molCu,消耗的H2大于1mol,即Fe和H2SO4的消耗量均为
(1)>
(2),生成FeSO4的质量
(1)>
(2),但两种途径中消耗CuO的质量相等。
4.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_________________。
(3)操作a可能的方法是________,欲除掉的杂质为________________________;要从操作a所得到的溶液中得到溶质的晶体,需要进行的操作是________________________。
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)~(3)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;要从滤液中得到CuSO4晶体,需进行加热浓缩、冷却结晶等操作。
答案:
(1)固体逐渐消失,溶液由无色变为蓝色,有气泡产生 Cu2(OH)2CO3+2H2SO4===2CuSO4+CO2↑+3H2O
(2)铁粉 Fe+Cu2+===Fe2++Cu(答案合理即可)
(3)过滤 难溶于水和稀硫酸的杂质 加热浓缩、冷却结晶
考点二 合金的概念及其重要应用
1.合金
(1)概念:
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。
(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都低;
②硬度和强度:
一般比它的各成分金属都大。
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。
(2)几种有色金属材料
1.铁是人类在生产、生活中最早使用的金属( )
2.铝合金的熔点比纯铝的高( )
3.合金材料中不可能含有非金属元素( )
4.地震灾区重建使用了大量钢材,钢材是合金( )
5.合金中各物质保持其原有的化学性质( )
答案:
1.× 2.× 3.× 4.√ 5.√
题组一 考查合金的概念理解
1.下列对合金的说法正确的是( )
A.合金中至少含有两种金属元素,不含非金属元素
B.合金中的金属元素以化合物的形式存在
C.合金中各种元素的含量一定,所以合金是纯净物
D.合金的硬度一般大于成分金属,而熔点一般低于成分金属
解析:
选D。
合金是由两种或两种以上金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质,A错误;合金中的金属以单质的形式存在,属于混合物,B、C错误。
2.下列关于不锈钢和普通钢的认识中,正确的是( )
A.它们的组成元素是相同的
B.它们的主要成分都是铁,故化学性质完全相同
C.它们的耐腐蚀性能不同
D.它们的物理性质完全相同
解析:
选C。
普通钢的主要成分是铁,其中还含有一定量的碳、硅、锰等,不锈钢中除含铁、碳外还加入了抗腐蚀的元素如镍、铬等。
组成元素不同,物理、化学性质都有差异,耐腐蚀能力不同,故选C。
题组二 考查合金的选择及应用
3.铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料,主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。
下列与这些用途无关的性质是( )
A.不易生锈 B.导电性好
C.密度小D.强度高
解析:
选B。
合金材料在日常生活中使用很广泛,铝镁合金在家居装潢中经常会用到。
铝镁合金强度高,制成的门窗、防护栏等坚硬牢固;密度小,同体积时比较轻,方便运输、搬运;不容易生锈,制成的装潢材料经久耐用;只有导电性好与这方面的用途无关。
4.某合金与铁的物理性质的比较如下表所示:
熔点/℃
密度(g/cm3)
硬度(金刚石为10)
导电性(银为100)
某合金
2500
3.00
7.4
2.3
铁
1535
7.86
4.5
17
还知该合金耐腐蚀、强度大,从以上性能看,该合金不适合作( )
A.导线 B.门窗框
C.炉具D.飞机外壳
解析:
选A。
由该合金与铁的性质比较可知,其导电性比铁差很多,不适合作导线。
考点三 金属矿物的开发和利用
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)金、铂等少数化学性质稳定的金属以游离态的形式存在。
2.金属的冶炼
(1)实质:
把金属从化合态还原为游离态。
(2)方法:
根据金属的活动性不同,金属冶炼的方法分为热分解法、热还原法、电解法等。
方法名称
主要反应原理(举例)
热分解法
2HgO
2Hg+O2↑
2Ag2O
4Ag+O2↑
热还
原法
CO作还原剂
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2(高炉炼铁)
H2作还原剂
WO3+3H2
W+3H2O
活泼金属作还原剂
3MnO2+4Al
3Mn+2Al2O3
电解法
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑
3.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,化学方程式为Fe2O3+2Al
2Fe+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;
②金属焊接,如野外焊接钢轨等
1.钢铁厂用热还原法冶炼铁( )
2.工业上电解熔融Al2O3制备Al涉及氧化还原反应( )
3.电解氯化镁溶液制取金属镁( )
4.用金属钠置换四氯化钛(TiCl4)溶液中的钛来制取单质钛( )
5.将MgO与铝粉混合发生铝热反应制备镁( )
6.工业上利用电解AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg( )
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( )
答案:
1.√ 2.√ 3.× 4.× 5.× 6.× 7.×
题组一 考查金属冶炼方法的选择
1.工业上冶炼金属,常用的方法有四种:
Ⅰ.热分解法,Ⅱ.热还原法,Ⅲ.电解法,Ⅳ.湿法冶金。
下表中金属与常用冶炼方法相符的是( )
选项
金属
冶炼方法
A
钾、钙
Ⅳ
B
钠、铝
Ⅲ
C
铜、铁
Ⅰ
D
银、汞
Ⅱ
解析:
选B。
K、Ca、Na、Al等活泼金属使用电解法冶炼,Cu、Fe等金属使用热还原法冶炼,Ag、Hg等不活泼金属使用热分解法冶炼。
2.(2018·石家庄模拟)下列制备金属单质的方法或原理正确的是( )
A.在高温条件下,用H2还原MgO制备单质Mg
B.在通电条件下,电解熔融Al2O3制备单质Al
C.工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的
D.加强热,使CuO在高温条件下分解制备单质Cu
解析:
选B。
Mg的活泼性强,不能用H2还原法制备Mg,而是用电解熔融MgCl2的方法制备;CuO加强热分解生成Cu2O而不是Cu。
(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+KCl
K↑+NaCl,
2RbCl+Mg
MgCl2+2Rb↑,
在此主要运用了化学平衡移动原理,利用K、Rb沸点低,汽化离开反应体系,使化学反应得以向正反应方向进行。
题组二 考查铝热反应的原理及应用
3.用铝热法冶炼难熔的金属,其优越性在于( )
A.铝是地壳中含量最多的金属元素
B.氧化铝熔点低,容易与难熔金属分离
C.反应放出大量热量,使还原出来的金属熔化,便于分离
D.氧化铝熔点高,容易与难熔金属一起熔化
解析:
选C。
铝热反应放出大量热量,用来冶炼高熔点的金属,C正确。
4.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.炭还原法
B.铝热还原法
C.直接加热法
D.盐的水溶液与活泼金属置换法
解析:
选B。
冶炼活泼性比Al差且熔点高的金属,通常利用铝热反应进行冶炼。
1.(2017·高考江苏卷)碱式氯化铜是重要的无机杀菌剂。
碱式氯化铜有多种制备方法:
(1)方法1:
45~50℃时,向CuCl悬浊液中持续通入空气得到Cu2(OH)2Cl2·3H2O,该反应的化学方程式为_________________________________________。
(2)方法2:
先制得CuCl2,再与石灰乳反应生成碱式氯化铜。
Cu与稀盐酸在持续通入空气的条件下反应生成CuCl2,Fe3+对该反应有催化作用,其催化原理如图所示。
M′的化学式为________________。
解析:
(1)在H2O存在的条件下,CuCl能被空气中的O2氧化生成Cu2(OH)2Cl2·3H2O,根据得失电子守恒配平反应的化学方程式。
(2)由题图知,O2氧化M′生成M,根据题意“Fe3+对该反应有催化作用”,则M′为Fe2+。
答案:
(1)4CuCl+O2+8H2O
2Cu2(OH)2Cl2·3H2O
(2)Fe2+
2.(2016·高考北京卷)以Na2SO3溶液和不同金属的硫酸盐溶液作为实验对象,探究盐的性质和盐溶液间反应的多样性。
实验
试剂
现象
滴管
试管
0.2mol·L-1
Na2SO3溶液
饱和Ag2SO4溶液
Ⅰ.产生白色沉淀
0.2mol·L-1CuSO4溶液
Ⅱ.溶液变绿,继续滴加产生棕黄色沉淀
0.1mol·L-1Al2(SO4)3溶液
Ⅲ.开始无明显变化,继续滴加产生白色沉淀
(1)经检验,现象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3。
用离子方程式解释现象Ⅰ:
________________________________________________________________________。
(2)经检验,现象Ⅱ的棕黄色沉淀中不含SO
,含有Cu+、Cu2+和SO
。
已知:
Cu+
Cu+Cu2+,Cu2+
CuI↓(白色)+I2。
①用稀H2SO4证实沉淀中含有Cu+的实验现象是_____________________________。
②通过下列实验证实,沉淀中含有Cu2+和SO
。
a.白色沉淀A是BaSO4,试剂1是________。
b.证实沉淀中含有Cu2+和SO
的理由是__________________________________。
解析:
(1)现象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3,故反应的离子方程式为2Ag++SO
===Ag2SO3↓。
(2)①根据反应Cu+
Cu+Cu2+,若沉淀中含有Cu+,加入稀H2SO4会发生歧化反应生成单质铜,实验现象是析出红色固体;
②分析实验流程知实验原理为2Cu2++4I-===2CuI↓+I2、I2+SO
+H2O===SO
+2I-+2H+,SO
+Ba2+===BaSO4↓。
a.白色沉淀A是BaSO4,为排除其他离子的干扰,所以试剂1是盐酸酸化的BaCl2溶液。
b.棕黄色沉淀与KI溶液反应生成白色沉淀(CuI)和I2,I2又与SO
反应生成SO
与I-。
答案:
(1)2Ag++SO
===Ag2SO3↓
(2)①析出红色固体 ②a.HCl和BaCl2溶液
b.在I-的作用下,Cu2+转化为白色沉淀CuI,SO
转化为SO
3.(2013·高考重庆卷)合金是建造航空母舰的主体材料。
(1)航母升降机可由铝合金制造。
①铝元素在周期表中的位置为_________________________________________。
工业炼铝的原料由铝土矿提取而得,提取过程中通入的气体为______________。
②AlMg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜,其化学方程式为________________________________________________________________________。
焊接过程中使用的保护气为________(填化学式)。
(2)航母舰体材料为合金钢。
①舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为_________________________。
②航母用钢可由低硅生铁冶炼而成,则在炼铁过程中为降低硅含量需加入的物质为________。
解析:
(1)①Al元素在周期表中位于第三周期第ⅢA族;提纯铝土矿通入CO2使AlO
转化为Al(OH)3沉淀。
②Al2O3与NaOH溶液发生的反应为Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O;保护气应不能与金属反应,一般用稀有气体。
(2)①金属在海水中主要发生吸氧腐蚀。
②炼钢过程中为降低Si的含量,常加入CaCO3或CaO,将SiO2转化为CaSiO3而除去。
答案:
(1)①第三周期第ⅢA族 CO2
②Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O Ar(其他合理答案均可)
(2)①吸氧腐蚀 ②CaCO3(或CaO)
4.(2013·高考山东卷)金属冶炼与处理常涉及氧化还原反应。
(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是________。
a.Fe2O3 b.NaCl
c.Cu2Sd.Al2O3
(2)辉铜矿(Cu2S)可发生反应:
2Cu2S+2H2SO4+5O2===4CuSO4+2H2O,该反应的还原剂是____________。
当1molO2发生反应时,还原剂所失电子的物质的量为________mol。
向CuSO4溶液中加入镁条时有气体生成,该气体是________。
解析:
(1)Na、K、Mg、Al等活泼金属的冶炼均采用电解法,Fe、Cu的冶炼采用热还原法。
(2)在辉铜矿和H2SO4、O2的反应中,O2作氧化剂,Cu2S作还原剂,所以1molO2得到4mole-,还原剂失去4mole-。
CuSO4溶液中由于Cu2+水解而显酸性,加入镁条时,Mg与H+反应放出H2。
答案:
(1)bd
(2)Cu2S 4 H2
一、选择题
1.中国银行发行的中国航天普通纪念币,面额为10元,直径为27毫米,材质为双色铜合金。
下列关于合金的叙述不正确的是( )
A.铜合金和单质铜一样,具有良好的导电性、导热性和延展性
B.铜合金的硬度比单质铜大
C.铜合金的熔点比单质铜低
D.该纪念币能完全溶解于稀硫酸中
解析:
选D。
合金有别于成分金属的特性是熔点低、硬度大,共性是具有金属的物理通性,但是化学性质没有改变,故D项错误。
2.在冶金工业上,下列均不能用化学还原剂制得的一组金属是( )
A.Na、Mg、Al B.Na、K、Zn、Fe
C.Zn、Fe、Cu、AgD.Mg、Al、Zn、Fe
解析:
选A。
Na、Mg、Al的冶炼方法为电解法;Zn、Fe、Cu的冶炼方法为化学还原剂还原法;Ag的冶炼方法为热分解法,故选A项。
3.明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌:
“炉甘石十斤,装载入一泥罐内…然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红…冷淀,毁罐取出…即倭铅也”(注:
炉甘石的主要成分为碳酸锌,泥罐中掺有煤炭)。
下列说法不正确的是( )
A.倭铅是指金属锌和铅的混合物
B.煤炭中起作用的主要成分是C
C.冶炼Zn的化学方程式:
ZnCO3+2C
Zn+3CO↑
D.该冶炼锌的方法属于热还原法
解析:
选A。
由题意可知,倭铅是指金属锌,不是混合物,故A错误;煤炭的主要成分是碳,反应中碳作还原剂,故B、C、D均正确。
4.(2018·泉州模拟)下列几种关于金属冶炼方法的叙述中,正确的是( )
A.蒸发海水制成饱和食盐水,将其电解可制得金属钠
B.炼铁高炉中,利用焦炭作为还原铁矿石的还原剂
C.高炉炼铁能得到纯铁
D.铝热法能够使氧化铁跟铝在高温条件下炼出铁来
解析:
选D。
电解食盐水得到的是NaOH,得不到Na;炼铁高炉中利用焦炭与空气反应生成的CO作为还原铁矿石的还原剂;高炉炼铁得到的是含碳等元素的生铁。
5.下列说法中正确的是( )
A.Cu→CuO→Cu(OH)2每步转化均能通过一步反应实现
B.铝合金是一种混合物,它比纯铝的熔点高
C.金属铜放置在潮湿的空气中会被锈蚀,生成绿色的铜锈——碱式碳酸铜
D.金属铝、铁、铜都有一定的抗腐蚀性能,其抗腐蚀的原因都是表面形成氧化物薄膜,阻止反应的进一步进行
解析:
选C。
A选项,CuO→Cu(OH)2不能通过一步实现,错误;B选项,铝合金比纯铝的熔点低,错误;D选项,铁、铜表面不能形成致密的氧化膜,错误。
6.钓鱼岛群岛的东海海域及部分太平洋海域探明为海底热水矿床。
海底热水矿床是沉积着由岩浆热气从地底喷出的金、铜、锌、稀有金属等区域。
下列说法正确的是( )
A.金不溶于任何溶液
B.铜、锌在潮湿的空气中均能被氧化成对应的氧化物
C.铜锌合金的熔点低于铜或锌的熔点
D.
Cu的质子数和中子数之差为34
解析:
选C。
金能够溶于王水,A项错误;铜在潮湿的空气中被腐蚀生成铜绿,主要成分是Cu2(OH)2CO3,B项错误;合金的熔点一般比成分金属的都低,C项正确;
Cu的质子数和中子数之差为(63-29)-29=5,D项错误。
7.已知酸性条件下有反应:
2Cu+===Cu2++Cu。
氢气还原氧化铜实验由于反应温度不同,可能产生Cu或Cu2O,两
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