1、1第 12 讲 用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物一、选择题1.(2019武汉调研)下列生活用品中主要由黑色金属材料制造的是( )A.塑钢门窗 B.不锈钢刀C.纯铜导线 D.18K 金首饰解析：选 B。冶金工业上习惯把铁、铬、锰以及它们的合金(主要指合金钢及钢铁)叫作黑色金属材料。塑钢门窗是以聚氯乙烯树脂为主要原料制造的，A 项错误；不锈钢刀为铁的合金，主要由黑色金属材料制造而成，B 项正确；纯铜导线为铜单质，铜属于有色金属，C 项错误；18K 金首饰为金的合金，属于有色金属材料，D 项错误。2.(2019怀化联考)下列有关金属的说法中正确的是( )A.生铁比纯铁抗腐蚀能力更强B.青铜、不锈
2、钢、硬铝都是合金C.性质越活泼的金属越早被人类冶炼和使用D.单质铝在空气中比较耐腐蚀，所以铝是不活泼金属解析：选 B。生铁容易被腐蚀，比纯铁抗腐蚀能力弱，A 项错误；青铜、不锈钢、硬铝都是合金，B 项正确；性质越不活泼的金属越早被人类冶炼和使用，C 项错误；单质铝在空气中比较耐腐蚀，是因为其表面有一层致密的氧化膜，铝是活泼金属，D 项错误。3.(2019河南八市第一次测评)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.白铜解析：选 C。赤铜是纯
3、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 项正确。4.(2019河南省实验中学高三检测)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( )2A.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 CC.冶炼 Zn 的化学方程式：ZnCO 32C Zn3CO= = = = =高 温 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，不是锌和铅的混合物，故 A 错误；煤炭的主要成分是碳，反
4、应中碳做还原剂，故 B、C、D 均正确。5.不同的金属在冶炼方法上也有所不同。下列说法正确的是( )A.钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制B.铝及其合金是电气、工业、家庭广泛使用的材料，是因为铝的冶炼方法比较简单C.由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质D.炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制造还原剂一氧化碳解析：选 D。A 项，铁用 CO 还原法炼制，错误；B 项，Al 及其合金被广泛使用是因为Al 及其合金有良好的性能，错误；C 项，氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，工业上用电解氧化铝的方法制取铝，错误；D 项，高炉炼铁中焦
5、炭的作用为与氧气反应产生热量和制造还原剂一氧化碳，正确。6.(2019哈尔滨高三质检)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 2AlFe 2O3 2FeAl 2O3= = = = =高 温 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：选 D。反应中转移 3 mol 电子，即 1 mol Al 参加反应，则消耗氧化剂 Fe2O3的物质的量为 0.5 mol。7.下表中，对陈述、的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是( )选项 陈述 陈述 判断3A铜绿的主要
6、成分是碱式碳酸铜可用稀盐酸除铜器表面的铜绿对；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对；对；有C向硫酸铜溶液中通入少量氨，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，铜丝表面变黑对；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错；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，、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；
7、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，、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，CuSO 4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D 正确。 8.(2019青岛高三质检)所谓合金，就是不同种金属(也包括一些金属和非金属)在熔融状态下形成的一种熔合物。根据下列四种金属的熔、沸点，判断其中不能形成合金的是 ( )金属 Na Cu Al Fe熔点/ 97.5 1 083 660 1 535沸点/ 883 2 595 2 200 3 000A.Cu 和 Al B.Fe 和 CuC.Fe 和 Na D.A
8、l 和 Na解析：选 C。分析数据得出，铜和铁的熔点高于钠的沸点，无法制得合金。9.已知酸性条件下有如下反应：2Cu =Cu2 Cu。由于反应温度不同，用氢气还原氧化铜时，可能产生 Cu 或 Cu2O，两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物做了验证，实验操作和实验现象记录如下：加入 稀硫酸 浓硫酸、加热 稀硝酸 浓硝酸4试剂实验现象红色固体和蓝色溶液无色气体和蓝色溶液无色气体和蓝色溶液红棕色气体和蓝色溶液由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是( )A.Cu B.Cu2OC.一定有 Cu，可能有 Cu2O D.一定有 Cu2O，可能有 Cu解析：选 D。H 2还原
9、CuO 生成红色固体，该红色固体可能是 Cu 和 Cu2O 中的一种或两种。红色固体产物中加入稀 H2SO4，溶液变蓝并得到红色固体，证明原红色固体产物中含Cu2O；由于上述反应中有 Cu 生成，干扰了对原红色固体产物中是否含有 Cu 的判断，故不能证明原红色固体产物中是否含有 Cu。10.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( )A.粗铜电解精炼时，粗铜做阳极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解析：选 B。电解精炼铜时，粗铜做阳极，
10、自身可以溶解，故 A 正确；制备单质时涉及化合价变化，是氧化还原反应，制玻璃的反应是SiO2Na 2CO3 Na2SiO3CO 2和= = = = =高 温 SiO2CaCO 3 CaSiO3CO 2，元素化合价未发生变化，均不属于氧化还原= = = = =高 温 反应，故 B 错误；SO 2可以转化成 SO3，进而生成 H2SO4，FeO 与 CO 在高温下可生成 Fe，故C 正确；制备硅的过程中，利用沸点不同进行分馏，将 SiCl4从杂质中提取出来，再与 H25发生置换反应得到高纯硅，故 D 正确。二、非选择题11.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
11、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：Cu 2SO 2 2CuSO 2，在该反应中每生成 1 mol = = = = = Cu，转移 mol e 。(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
12、Al、Zn 等金属(5)据报道，有一种叫 Thibacillus Ferroxidans 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：4CuFeS 22H 2SO417O 2=4CuSO42Fe 2(SO4)32H 2O。利用反应后的溶液，按如下流程可制备胆矾(CuSO 45H2O)：检验溶液 B 中 Fe3 是否被除尽的实验方法：_。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_6_。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
13、逐渐变为蓝色，说明过氧化氢在酸性溶液中具有氧化性，能溶解铜，离子方程式为CuH 2O22H =Cu2 2H 2O。(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 2CO H 2O=Cu2(OH)2CO3CO 2。23(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，由方程式可计算出电子转移数目。(5)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。从硫酸铜溶液中得到金属
14、铜的方法，可以加入铁粉置换铜，反应的化学方程式为CuSO4Fe= =FeSO4Cu；也可用惰性电极通电电解硫酸铜溶液，反应的化学方程式为2CuSO42H 2O 2CuO 22H 2SO4。= = = = =电 解 答案：(1)CuH 2O22H =Cu2 2H 2O(2)2Cu2 2CO H 2O=Cu2(OH)2CO3CO 223(3)3(4)ab(5)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CuSO 4Fe= =FeSO4Cu 2CuSO 42H 2O 2CuO 22H 2SO4(答案合= = = = =电 解 理即可)12.(2019莱芜
15、模拟)实验室以含有少量铁的粗铜粉和硫酸与硝酸的混合溶液为原料制备 CuSO45H2O 晶体。设计的工艺流程如图所示：请回答下列问题：(1)根据反应原理，操作所需的混酸溶液中硝酸和硫酸的理论配比(物质的量之比)为 。操作中需要把 NO 与 (气体)混合通入水中，混入该气体的目的是7_(用化学方程式表示)。(2)溶液中存在一定浓度的 Fe3 、Cu 2 ，在该浓度时生成氢氧化物沉淀的 pH 如下表。操作中某学生设计物质 X 为 H2O，若加水调节溶液 pH，则 Fe(OH)3开始沉淀的 pH 1.9(填“” “”或“”)；而实际操作中一般不用此法调节溶液 pH，其主要原因是_。金属离子 开始沉淀的
16、 pH 沉淀完全的 pHFe3 1.9 3.2Cu2 4.7 6.7(3)操作中物质 Y 为 。查阅资料知 CuSO45H2O 的溶解度曲线如图所示，则操作应采取的措施是蒸发浓缩、_、过滤、洗涤、干燥等。解析：(1)操作是利用硝酸的氧化性而溶解铜，生成的 Cu2 与 SO 结合为 CuSO4。24根据 3Cu8H 2NO =3Cu2 2NO4H 2O 知，生成 3 mol CuSO4消耗 3 mol 硫酸、2 3mol 硝酸。操作中把 NO 与氧气混合通入水中生成硝酸以循环利用，并减少污染，反应方程式是 4NO3O 22H 2O=4HNO3。(2)因加水使 c(Fe3 )降低，则 Fe(OH)
17、3开始沉淀的 pH1.9，而实际操作中一般不用此法调节溶液 pH，其主要原因是加入的水较多不利于蒸发浓缩或蒸发浓缩消耗很多的能量。(3)由溶液得到晶体需蒸发浓缩，而蒸发时硫酸铜会水解，因此需加入稀硫酸抑制水解。根据 CuSO45H2O 的溶解度曲线知温度越高，其溶解度越大，即温度低时析出量多，而且 30 时 CuSO45H2O 失水变为 CuSO43H2O，因此应冷却到 30 以下结晶。答案：(1)23 O 2 4NO3O 22H 2O=4HNO3(2) 不利于蒸发浓缩(或蒸发浓缩消耗很多的能量)(3)稀 H2SO4 冷却到 30 以下结晶13.某化学兴趣小组用只含有铝、铁、铜的工业合金制取纯
18、净的氯化铝溶液、绿矾晶体8(FeSO47H2O)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”)，合金与 NaOH 溶液反应的离子方程式为_。(2)方案中途径的离子方程式为_，D 中加入适量盐酸的离子方程式为_。(3)滤渣 F 为 ，途径、的化学方程式分别为_、_。途径相比，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 。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2Al2OH 2H 2
19、O=2AlO 3H2。 2(2)方案中途径的离子方程式为 AlO CO 22H 2O=Al(OH)3HCO ；D 中加入适 2 3量盐酸的离子方程式为 Al(OH)33H =Al3 3H 2O。(3)滤渣 F 为 Cu；途径、的化学方程式分别为 Cu2H 2SO4(浓)9CuSO4SO 22H 2O、2CuO 22H 2SO4 2CuSO42H 2O；途= = = = = = = = = = 径相对途径来说 H2SO4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 3CuO2Al 3CuAl 2O3。= = = = = (6)铜锈的化学式为 Cu2(OH)2CO3。答案：(1)混合物 2Al2OH 2H 2O=2AlO 3H 2 2(2)AlO CO 22H 2O=Al(OH)3HCO 2 3Al(OH)33H =Al3 3H 2O(3)Cu Cu2H 2SO4(浓) CuSO4SO 22H 2O= = = = = 2CuO 22H 2SO4 2CuSO42H 2O 途径相对途径来说 H2SO4的= = = = = 利用率更高且无污染(4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(5)3CuO2Al 3CuAl 2O3= = = = = (6)Cu2(OH)2CO3
