(人教通用版)2020高考化学新一线大一轮复习第三章第4讲金属材料与金属矿物的开发利用讲义精练(含解析).doc
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1、1金属材料与金属矿物的开发利用【2019备考】最新考纲:1.了解常见金属活动顺序。2.了解合金的概念及其重要应用。3.了解铜及其重要化合物的制备方法。4.掌握铜及其重要化合物的主要性质及其应用。考点一 铜及其化合物(频数: 难度:)1铜的性质(1)物理性质:铜是紫红色金属,具有良好的导电性、导热性和延展性。(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:2CuO 2CO 2H 2O=Cu2(OH)2CO32CuS Cu2S= = = = = 22铜的重要化合物(1)氧化铜和氧化亚铜名称 氧化铜 氧化亚铜颜色 黑色 砖红色与酸反应(H ) CuO2H =Cu2 H 2O Cu2O2H =
2、Cu2 CuH 2O与 H2反应 CuOH 2 Cu= = = = = H2OCu2OH 2 2CuH 2O= = = = = 转化关系 4CuO 2Cu2OO 2= = = = =高 温 (2)氢氧化铜a物理性质:蓝色不溶于水的固体。b化学性质及应用反应的化学方程式:Cu(OH) 2 CuOH 2O;= = = = = 反应的化学方程式:Cu(OH) 22H =Cu2 2H 2O。(3)铜盐Cu 2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜,是铜绿、孔雀石的主要成分,是铜在潮湿空气中被腐蚀的结果,其受热分解的化学方程式为 Cu2(OH)2CO3 2CuOH 2OCO 2。= = = = = CuSO
3、 45H2O 为蓝色晶体,俗称蓝矾、胆矾,其受热分解的化学方程式为 CuSO45H2OCuSO45H 2O,蓝色晶体受热转化为白色粉末。无水 CuSO4遇水变蓝色(生= = = = = 成 CuSO45H2O),据此可用来检验水的存在。(1)通常利用反应:2CuO 2 2CuO 除去混合气体中的少量 O2。= = = = = 3(2)Cu 与稀 H2SO4不反应,但在通入 O2的条件下,Cu 可在稀 H2SO4中逐渐溶解:2CuO 22H 2SO4=2CuSO42H 2O。(3)无水 CuSO4只能作为检验水的试剂,不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。1教材基础探究把铜及其化合物的化学式与其颜
4、色连接起来。2(RJ 必修 1P686 改编)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,易于流通答案 B3(溯源题)(2015四川理综,2)下列有关 CuSO4溶液的叙述正确的是( )A该溶液中 Na 、NH 、NO 、Mg 2 可以大量共存 4 3B通入 CO2气体产生蓝色沉淀C与 H2S 反应的离子方程式:Cu 2 S
5、2 =CuSD与过量浓氨水反应的离子方程式:Cu 2 2NH 3H2O=Cu(OH)22NH 4答案 A探源:本考题源于 LK 必修 1 P121“铜的化合物的转化”及其拓展,对 CuSO4溶液的性质进行了考查。题组一 铜及其化合物的性质应用41判断正误,正确的打“” ,错误的打“”(1)CuO 是黑色固体,与水反应可生成 Cu(OH)2( )(2)Cu2O 遇硝酸会被氧化成 Cu2 ( )(3)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分,在干燥的空气中不易生成( )(4)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成( )(5)利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质,来检验水的存在( )(6)将铁片置于
6、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)2氢化亚铜(CuH)是一种难溶物质,用 CuSO4溶液和另一种“反应物”在 4050 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BCuH 可作氧化剂,还原剂CCuHCl 2=CuClHCl(燃烧)DCuHHCl= =CuClH 2(常温)解析 C 项中 Cl2具有强氧化性,产物应为 CuCl2和 HCl。答案 C【反思归纳】Cu 的性质及验证方案1 价的铜有较强的还原性,易被氧化
7、剂氧化为2 价。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 Cu2OH 2SO4=CuSO4CuH 2O。题组二 铜及其化合物的制备工艺3CuSO 4是一种重要的化工原料,其有关制备途径及性质如图所示。下列说法不正确的是( )A将 CuSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾5B相对于途径,途径更好地体现了绿色化学思想CCuSO 4在 1 100 分解所得气体 X 可能是 SO2和 SO3的混合气体DY 可能是葡萄糖解析 将 CuSO4溶液
8、蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾,A 项说法正确;相对于途径,途径的优点是制取等质量 CuSO4需要的硫酸少并且无污染性气体产生,途径更好地体现了绿色化学思想,B 项说法正确;由流程图知硫酸铜分解生成了 Cu2O,若 X 是 SO2和 SO3的混合气体,则铜元素、硫元素化合价降低,无元素化合价升高,根据 2CuSO4Cu2OSO 2SO 3O 2知,X 可能是 O2、SO 2和 SO3的混= = = = = = = = =1 100 合气体,C 项说法错误;碱性条件下,葡萄糖与新制氢氧化铜反应会生成 Cu2O,所以 Y 可能是葡萄糖,D 项说法正确。答案 C4工业上用黄铜矿冶炼铜并对炉渣进行综合利
9、用的一种工艺流程如图所示:(1)冶炼过程中得到的 Cu2O 和 Cu 的混合物称为“泡铜” ,Cu 2O 与金属 Al 在高温条件下混合反应可得粗铜,反应的化学方程式为_。粗铜精炼时应将粗铜连接在直流电源的_极,可在_极得到纯度较高的精铜。(2)传统炼铜的方法主要是火法炼铜,主要反应如下所示:2CuFeS 24O 2 Cu2S3SO 22FeO= = = = =高 温 2Cu 2S3O 2 2Cu2O2SO 2= = = = =高 温 2Cu 2OCu 2S 6CuSO 2= = = = =高 温 每生成 1 mol Cu,共消耗_ mol O 2。反应中的氧化剂是_。(3)用炼铜产生的炉渣(
10、含 Fe2O3、FeO、SiO 2、Al 2O3)可制备 Fe2O3。根据流程回答下列问题:加入适量 NaClO 溶液的目的是_(用离子方程式表示)。除去 Al3 发生反应的离子方程式是_。6选用提供的试剂,设计实验验证炉渣中含有 FeO。提供的试剂有:稀盐酸、稀硫酸、KSCN 溶液、高锰酸钾溶液、NaOH 溶液、碘水。所选试剂是_。实验方案:_。解析 (1)Cu 2O 与 Al 发生氧化还原反应生成 Al2O3与Cu:3Cu 2O2Al Al2O36Cu;粗铜精炼的目的是使粗铜溶解,精铜析出,= = = = =高 温 所以粗铜作阳极,精铜在阴极产生。(2)根据反应可知,利用火法炼铜,CuFe
11、S 2中的铜元素、铁元素、硫元素最终分别转化为 Cu、FeO、SO 2,由此可写出总反应化学方程式:2CuFeS25O 2 2Cu2FeO4SO 2,则由总反应化学方程式可以看出每生成 1 = = = = =高 温 mol Cu,共消耗 2.5 mol O2。反应的反应物 Cu2O、Cu 2S 中铜元素的化合价都降低,二者均为氧化剂。(3)NaClO 溶液具有氧化性,将 Fe2 氧化成Fe3 :2Fe 2 ClO 2H =2Fe3 Cl H 2O。除去 Al3 发生反应的离子方程式为Al3 4OH =AlO 2H 2O。检验 FeO,需要将 FeO 溶解,再利用 Fe2 的还原性检验 2Fe2
12、 ,所选的试剂是稀硫酸、高锰酸钾溶液,实验方案是取少量高锰酸钾溶液于试管中,滴加用稀硫酸溶解炉渣得到的溶液,高锰酸钾溶液的紫色褪去,证明溶液中含有 Fe2 ,从而证明炉渣中含有 FeO。答案 (1)3Cu 2O2Al Al2O36Cu 正 阴= = = = =高 温 (2)2.5 Cu 2O、Cu 2S (3)2Fe 2 ClO 2H =2Fe3 Cl H 2O Al 3 4OH =AlO2H 2O 稀硫酸、高锰酸钾溶液 取少量高锰酸钾溶液于试管中,滴加用稀硫酸溶解 2炉渣得到的溶液,高锰酸钾溶液的紫色褪去,证明溶液中含有 Fe2 ,从而证明炉渣中含有FeO【思维建模】废铜综合利用的常见流程框
13、图模式7考点二 金属材料与金属矿物的开发利用(频数: 难度:)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。熔点:一般比它的各成分金属的低;硬度和强度:一般比它的各成分金属的大。常温下,多数合金是固体,但钠钾合金是液体。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。2常见的金属材料(1)金属材料黑色金属材料 有色金属材料铁、铬、锰以及它们的合金 除黑色金属以外的其他金属及其合金(2)黑色金属材料钢铁钢是用量最大,用途最广的合金。(3)有色金属材料铜和铝8
14、3金属矿物开发利用的方法(1)金属在自然界中的存在(2)金属冶炼的一般步骤(3)金属冶炼的实质金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即:M n ne =M(写反应通式,用 M 表示金属)。(4)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)91教材基础知识判断,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)电解 AlCl
15、3、FeCl 3、CuCl 2的混合溶液时,阴极上依次析出 Cu、Fe、Al( )答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)2教材拓展知识探究(1)工业上冶炼铝为什么用电解熔融 Al2O3而不用电解熔融 AlCl3?_。(2)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼,如:NaKCl KNaCl= = = = =850 请用化学平衡移动的原理,分析其原因。_。答案 (1)AlCl 3为共价化合物,熔融时不导电,故不能用电解 AlCl3的方法冶炼铝(2)由于 Na 的沸点高于 850 ,而 K 的沸点低于 850 ,在 850 时 K 形成蒸气而逸出,使化学反应向正方向进行103
16、(溯源题)2013山东理综,28(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是_。Fe 2O3 NaCl Cu 2S Al 2O3答案 探源:本考题源于 RJ 必修 2 P88“金属矿物的开发利用” ,对常见金属的冶炼方法进行了考查。题组一 金属矿物的开发与利用1下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是( )金属 存在形式 冶炼方法A 铜 化合态 铁的金属性比铜强,可将铁与 CuSO4溶液反应冶炼铜B 银 化合态 银的金属性弱,用加热 Ag2O 的方法冶炼C 铁 化合态 铝的金属性比铁强,可用铝热法炼铁D 钠 化合态钠的金属性强,一般的还原剂很难将其还原出来,所以用电解饱和 NaCl 溶液的方法冶炼
17、解析 一般用电解熔融 NaCl 的方法来制取钠,而电解饱和食盐水得到的是 NaOH、H 2和Cl2。答案 D2某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为 Fe2O3、SiO 2、Al 2O3,不考虑其他杂质)制备七水合硫酸亚铁(FeSO 47H2O),设计了如下流程:下列说法不正确的是( )A溶解烧渣选用足量硫酸,试剂 X 选用铁粉B固体 1 中一定有 SiO2,控制 pH 是为了使 Al3 转化为 Al(OH)3进入固体 2C从溶液 2 得到 FeSO47H2O 产品的过程中,须控制条件防止其氧化和分解D若改变方案,在溶液 1 中直接加 NaOH 至过量,得到的沉淀用硫酸溶解,其溶液经结晶
18、分离也可得到 FeSO47H2O解析 本题以 FeSO47H2O 的制备为背景,考查考生对于物质分离与提纯相关知识的理解、11掌握及运用。由于最终制备的是硫酸盐,所以溶解所用的酸应该为硫酸,且要将溶液中的Fe3 还原为 Fe2 ,所以试剂 X 应该为 Fe 单质,A 项正确;加硫酸后 SiO2不能溶解,所以固体 1 中一定含有 SiO2,而用 NaOH 溶液控制 pH 的目的是使 Al3 转化为 Al(OH)3沉淀,B项正确;Fe 2 极易被氧化,而 FeSO47H2O 受热易分解,故从溶液 2 得到产品的过程中需要防氧化和防分解,C 项正确;改变后的方案中,Fe 主要以 Fe3 形式存在,得
19、到的不是FeSO47H2O,D 项错误。答案 D【归纳拓展】金属活动性顺序表的应用金属活动性顺序K、Ca、NaMg Al、ZnFe、Sn、Pb(H)Cu、Hg、AgPt、Au与 H2O反应常温下生成碱和氢气与热水反应 有碱存在下与水反应与高温水蒸气反应不反应 不反应与 H反应生成盐和氢气 不反应 不反应与盐溶液反应与水反应,不与盐反应,生成的碱与盐反应排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来自然界存在化合态 游离态冶炼方法电解法(电解熔融的盐、氧化物、氢氧化物)热还原法(包括 Cu)热分解法(不包括 Cu)其他方法题组二 合金及其含量测定3C919 大型飞机采用了大量新型材料铝锂合
20、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12C铝锂合金的熔、沸点比铝低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 D4部分氧化的 FeCu 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 、Fe 3 、H B样品中 Fe 元素的质量为 2.24 gC样品中 CuO 的质量为 4.0 gD V896解析 生成的滤渣是铜,金属铜可以和三价铁反应,所以滤液 A 中一定不含Fe3 ,故 A 错误;3.2 g 固体为
21、三氧化二铁,其物质的量为 3.2 g160 gmol1 0.02 mol,铁元素物质的量为 0.02 mol20.04 mol,质量为 0.04 mol56 gmol1 2.24 g,故 B 正确;原来固体为 5.76 g,所以 CuO 质量不超过 5.76 g2.24 g3.52 g,故 C错误;根据滤液 A 中溶质为过量 H2SO4和 FeSO4,而铁元素物质的量为 0.04 mol,说明参加反应的硫酸的物质的量为 0.04 mol,含氢离子 0.08 mol,其中部分氢离子生成氢气,另外的 H 和合金中的氧结合成水,由于合金中氧的物质的量为(5.763.22.24) g16 gmol1
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