第13讲金属材料及金属矿物的开发利用 第三章金属及其化合物 考纲要求1 了解常见金属活动顺序 2 了解合金的概念及重要应用 3 了解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 考点二金属材料与金属矿物的开发利用 内容索引 微专题14定量测定合金组成的两种方法 考能提升探究高考明确考向 课时作业 考点一铜及其化合物 1 单质铜 1 物理性质 紫红色固体 具有良好的延展性 导热性和导电性 2 化学性质 知识梳理 常温下 铜在干燥的空气中性质稳定 但在潮湿的空气里则会被锈蚀 在其表面逐渐形成一层绿色的 有关化学方程式 写出下列化学方程式 铜在空气中加热 铜丝在硫蒸气中反应 铜锈 2Cu O2 CO2 H2O Cu2 OH 2CO3 2 铜的重要化合物 1 Cu2 OH 2CO3的名称为 是铜绿 孔雀石的主要成分 受热分解可生成黑色的氧化铜 化学方程式 可溶于稀硫酸 离子方程式 碱式碳酸铜 Cu2 OH 2CO32CuO CO2 H2O Cu2 OH 2CO3 4H 2Cu2 CO2 3H2O 2 黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O 化学方程式为 3 蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末 化学方程式为 4 红色的Cu2O与稀硫酸反应 溶液变蓝 同时生成红色的单质铜 离子方程式为 4CuO 2Cu2O O2 CuSO4 5H2OCuSO4 5H2O Cu2O 2H Cu Cu2 H2O 正误判断 正确的打 错误的打 1 CuO是黑色固体 与水反应生成Cu OH 2 2 铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物 3 无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水 4 将铜片置于干燥的空气中 不易被腐蚀 5 CuSO4 5H2O失去结晶水属于物理变化 6 用稀硝酸清除铜制品上的铜锈 7 过量铜与浓硝酸反应 产生的气体中有NO2 NO和H2 8 铜是导电性最好的金属材料 解题探究 题组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 解析 CuSO4是重金属盐 能使蛋白质变性 B项正确 工业上常用电解法精炼铜 C项不正确 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Cu2OB 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 解析 解答此题的关键是明确稀硝酸具有酸性和强氧化性 能溶解CuO Cu2O和单质Cu 因而该实验结果无法说明CuO分解的程度 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 HCl 燃烧 D CuH HCl CuCl H2 常温 答案 解析 C项中Cl2具有强氧化性 产物应为CuCl2和HCl 1 1价的铜有较强的还原性 易被氧化剂氧化为 2价 2 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Cu2O H2SO4 CuSO4 Cu H2O 题组二铜的冶炼方法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 制备1molCu需要1molCuO 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1mol 即消耗的Fe H2SO4均比第 种方法多 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 答案 解析 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 能观察到的现象是 有关反应的化学方程式为 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 答案 解析 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 反应 加入的金属可能是 有关反应的离子方程式为 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 铁粉 答案合理即可 Fe Cu2 Fe2 Cu 答案 解析 题组三铜及其化合物的转化关系6 2017 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1molCuS则消耗3molO2B 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 答案 解析 A项 2CuS 3O22CuO 2SO2 由方程式可知 1molCuS消耗1 5molO2 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挥发会产生Cu OH 2 无法得到CuCl2 因而D项错误 7 铜及其化合物在生产生活中有着广泛的应用 铜在化合物中的常见化合价有 1 2 1 工业上可利用反应Cu2S O22Cu SO2制取粗铜 反应中被氧化的元素是 当消耗32gCu2S时 转移电子数目是 设NA为阿伏加德罗常数的值 答案 解析 S 1 2NA 2 将少量铜丝放入适量的稀硫酸中 温度控制在50 60 通入O2 反应一段时间后可制得硫酸铜 发生反应的离子方程式为 CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3溶液和NaCl溶液加热 生成CuCl沉淀 写出生成CuCl的离子方程式 答案 解析 2Cu 4H O2 2Cu2 3 某小组同学在做铜与浓硫酸反应的实验时 发现铜片表面有黑色固体生成 甲同学猜想 黑色固体是未来得及溶解于酸的CuO 其猜想可用化学方程式表示 Cu H2SO4 按照甲同学猜想 铜被氧化生成CuO 硫酸被还原为SO2 化学方程式为Cu H2SO4CuO SO2 H2O 答案 解析 CuO SO2 H2O 乙同学认为 黑色固体除CuO外 还可能含有Cu2S和CuS 其理由可能是 填字母 a Cu2S和CuS都是黑色的b 铜与浓硫酸在加热条件下反应 还可能放出O2c 浓硫酸是氧化剂 铜是还原剂 Cu的化合价升高与S的化合价降低有多种可能 分析可能的理由时 应该从反应现象和氧化还原反应原理入手 ac符合 答案 解析 考点二金属材料与金属矿物的开发利用 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 硬度和强度 一般比它的各成分金属的 知识梳理 金属特性 低 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 铝及铝合金铜及铜合金 3 金属矿物的开发利用 1 金属在自然界中的存在在地壳中除了金 铂等少数极不活泼的金属外 绝大多数金属元素以 形式存在 2 金属冶炼的实质金属元素只有正价 没有负价 所以金属的冶炼过程就是把金属从其化合物中 出来的过程 化合物 还原 3 金属冶炼的方法 热分解法 如由HgO Ag2O冶炼Hg Ag 热还原法 a CO还原Fe3O4 b H2还原WO3 c C还原ZnO ZnO CZn CO 4Ag O2 电解法 工业上用电解法冶炼Na Mg Al的化学方程式分别为 4 铝热反应实验中的有关问题 正误判断 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 人类历史上使用铝的时间比铁晚 原因是铝的冶炼成本高 8 用黄铜矿经电解精炼得到纯度99 9 的铜 9 电解氯化镁溶液制取金属镁 10 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 解题探究 题组一金属与合金的性质和应用1 下列关于金属元素的叙述正确的是A 金属元素的单质只有还原性 其离子只有氧化性B 金属元素的单质在常温下均为固体C 金属元素在不同化合物中化合价均相同D 大多数金属元素的单质为电的良导体 金属离子中的中间价态离子 比如Fe2 既有氧化性又有还原性 A错 常温下金属汞呈液态 B错 有的金属元素存在变价 比如Fe Cu等 C错 答案 解析 2 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 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 解析 3 2016 唐山调研 现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造 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 提示 Si 2OH H2O 2H2 答案 解析 A Al Mg Si ZnB Al Fe Zn NaC Al Na Cu FeD Al Cu Mg Si Mn 通过反应 知合金中必须含有排在金属活动性顺序中H之前的金属和H之后的金属 由反应 知合金中必须含有Si及排在金属活动性顺序表H之后的金属或其他非金属 题组二金属冶炼方法的选择4 下列说法正确的是A 工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气B 钢铁厂用热还原法冶炼铁C 工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al不涉及氧化还原反应 电解NaCl溶液生成NaOH H2和Cl2 而得不到单质钠 A错误 电解熔融Al2O3发生的是氧化还原反应 C错误 工业上冶炼镁是电解熔融MgCl2而不是MgO D错误 答案 解析 5 2016 唐山二模 如图是某课外小组从初选后的方铅矿 主要成分PbS 含少量黄铜矿 CuFeS2 中提取硫黄 铜 铅的工艺流程图 已知 CuFeS2 4FeCl3 2S 5FeCl2 CuCl2 PbS 2FeCl3 S PbCl2 2FeCl2 1 黄铜矿 CuFeS2 中Fe元素的化合价为 提高方铅矿酸浸效率的措施有 写出两种方法即可 黄铜矿 CuFeS2 中 S显 2价 Cu显 2价 故Fe显 2价 搅拌 适当提高酸的浓度 加热 将矿石粉碎 延长浸取时间等都可以提高方铅矿酸浸效率 答案 解析 2价 搅拌 适当提高酸的浓度 或加热 将矿石粉碎 延长浸取时间 2 过滤过程中用到的玻璃仪器有烧杯 玻璃棒 单质A是 在此工艺操作中可循环利用的物质有铅 过滤用到的玻璃仪器有烧杯 玻璃棒 漏斗 单质A是S 可循环利用的物质有铅 盐酸和氯化铁溶液 答案 解析 漏斗 硫黄 或S 盐酸和氯化铁溶液 3 在酸性的FeCl2溶液中加入H2O2溶液 其反应的离子方程式为 在酸性的FeCl2溶液加入H2O