高考化学复习学案第3章 金属及其化合物第4节 用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物讲练含答案.docx
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高考化学复习学案第3章金属及其化合物第4节用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物讲练含答案
第四节 用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物
考点1|合金与金属矿物的开发利用
[基础知识自查]
1.常见金属材料
(1)分类
(3)常见合金材料
2.金属矿物的开发利用
(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少数化学性质不活泼的金属存在游离态。
(2)金属冶炼的实质
使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程:
Mn++ne-===M。
(3)常见冶炼方法
①电解法——K~Al
Na:
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑;
Mg:
MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑;
Al:
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑。
②热还原法——Zn~Cu
高炉炼铁:
3CO+Fe2O3
2Fe+3CO2;
铝热反应制铬:
2Al+Cr2O3
2Cr+Al2O3;
焦炭还原铜:
C+2CuO
2Cu+CO2↑。
③热分解法——Hg、Ag
Hg:
2HgO
2Hg+O2↑;
Ag:
2Ag2O
4Ag+O2↑。
[应用体验]
1.任何金属都能形成合金吗?
请具体说明。
[提示] 并非所有的金属都能形成合金,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化,若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点,则二者不能形成合金。
2.铝热反应的本质是利用铝的还原性,将难熔金属从其氧化物中置换出来,关于铝热反应思考下列问题:
(1)是否所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应?
哪些金属氧化物与Al可发生铝热反应?
(2)在铝热反应中,镁条、KClO3的作用是什么?
[提示]
(1)不是。
活泼性比Al弱的难熔金属,如钒、铬、锰、铁、铜的氧化物与Al可以发生铝热反应。
(2)镁条为引燃剂、KClO3为助燃剂。
[考点多维探究]
角度1 合金的形成与性能
1.所谓合金,就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物,下表为四种金属的熔、沸点:
Na
Cu
Al
Fe
熔点(℃)
97.5
1083
660
1535
沸点(℃)
883
2595
2200
3000
根据以上数据判断其中不能形成合金的是( )
A.Cu和Al B.Fe和Cu
C.Fe和NaD.Al和Na
C [Fe熔点比Na的沸点高,当Fe熔化时,Na已汽化,不能熔合成为合金。
]
2.2015年底在上海首飞的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
D [铝、锂均是活泼金属,与酸均易反应。
]
3.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
B [制造货币的金属应具备性质稳定,不易被腐蚀,易成型。
]
合金的认识
(1)常温下,多数合金是固态,但钠钾合金呈液态。
(2)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。
(3)并非所有的金属都能形成合金。
因为两种金属必须熔合在一起才能形成合金。
如果一种金属还未熔化时,另一种金属已经汽化,则一般不能熔合在一起,如Cu与Na、Fe与Na等不能形成合金。
角度2 金属矿物的开发利用
4.下列有关金属的工业制法中正确的是( )
A.制钛:
用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛
B.炼铁:
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
C.制钠:
用海水为原料制得精盐,再电解纯净的NaCl溶液
D.制镁:
用Al和MgO在高温下发生铝热反应制Mg
B [A项,Na与TiCl4溶液中的H2O反应,不能置换出Ti;C项,电解纯净NaCl溶液得不到Na;D项,铝热反应不能制取Mg,Mg比Al活泼。
]
5.(2017·日照模拟)下列说法中正确的是( )
A.氯化铝是一种电解质,可用电解法制铝
B.工业上通过电解氯化钾溶液制备金属钾和氯气
C.工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应
D.MgCl2(aq)
Mg(OH)2
MgO
Mg,在给定条件下能实现
C [A项,AlCl3熔化不电离,电解AlCl3熔融物不导电,不能生成Al;B项,电解KCl溶液不能生成K;D项,MgO熔点很高,制Mg时不是电解MgO而是电解MgCl2。
]
6.(2017·柳州模拟)氧化还原反应广泛应用于金属冶炼,下列说法不正确的是( )
A.电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中,Na+被还原
B.湿法炼铜与火法炼铜的反应中,铜元素都发生还原反应
C.用磁铁矿炼铁的反应中,1molFe3O4被CO还原成Fe,转移9mol电子
D.铝热法还原铁的反应中,放出的热量能使铁熔化
C [C项,1molFe3O4被还原为Fe,转移电子1×3×
mol=8mol。
]
金属冶炼与金属活动性顺序表的关系
角度3 铝热反应的实验问题分析
7.(2014·山东高考改编)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验,需要的试剂还有________(填字母),其作用是____________________________。
a.KCl B.KClO3
c.MnO2D.Mg
取少量铝热反应所得的固体混合物,将其溶于足量稀H2SO4,滴加KSCN溶液无明显现象,________(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3,理由是___________________________________________(用离子方程式说明)。
[解析] 做铝热反应的实验时,需要KClO3作助燃剂,且用镁条引燃;即使固体混合物中有Fe2O3,因发生反应Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O和Fe+2Fe3+===3Fe2+,使Fe3+转化为Fe2+,KSCN溶液也不会变红。
[答案] bd KClO3作助燃剂,Mg作引燃剂 不能 Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+===3Fe2+(或只写Fe+2Fe3+===3Fe2+)
8.某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述:
“反应放出大量的热,并放出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中”。
查阅《化学手册》知:
Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如表所示:
物质
Al
Al2O3
Fe
Fe2O3
熔点/℃
660
2054
1535
1462
沸点/℃
2467
2980
2750
——
(1)该同学推测,铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。
理由是该反应放出的热量使铁熔化,而铝的熔点比铁低,此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。
你认为他的解释是否合理:
________(填“合理”或“不合理”)。
(2)将铝与Fe2O3混合后放入漏斗中,然后引发铝热反应的实验操作是____。
(3)设计一个简单的实验方案,证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。
该实验所用试剂是________,反应的离子方程式为______________________。
(4)实验室溶解该熔融物,下列试剂中最好的是________(填序号)。
A.浓硫酸 B.稀硫酸
C.稀硝酸D.氢氧化钠溶液
[解析]
(1)在一定温度范围内,Fe和Al均为熔融状态,可以熔合形成FeAl合金。
(2)加助燃剂KClO3和引燃剂镁条,点燃镁条。
(3)利用Al与碱液反应。
(4)熔融物为金属及其金属氧化物,用稀酸溶解。
[答案]
(1)合理
(2)加少量KClO3,插上镁条并将其点燃
(3)NaOH溶液 2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑
(4)B
考点2|铜及其化合物的性质及其应用
[基础知识自查]
1.铜的主要性质
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:
①化学方程式:
2Cu+O2+H2O+CO2===Cu2(OH)2CO3。
②化学方程式:
2Cu+S
Cu2S。
③与氧化性酸反应
a.与浓硫酸共热的化学方程式:
Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O;
b.与稀硝酸反应的离子方程式:
3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O;
c.与浓硝酸反应的离子方程式:
Cu+4H++2NO
===Cu2++2NO2↑+2H2O。
④与盐溶液反应
a.与硝酸银溶液反应的离子方程式:
Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+;
b.与FeCl3溶液反应的离子方程式:
Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+。
2.铜的重要化合物的性质及其应用
(1)氧化物
(2)氢氧化铜——蓝色难溶物,是一种弱碱。
(3)铜盐
①Cu2(OH)2CO3
Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜,呈绿色,是铜锈的主要成分,受热易分解的方程式为Cu2(OH)2CO3
2CuO+H2O+CO2↑。
②CuSO4
a.CuSO4·5H2O为蓝色晶体,俗称蓝矾或胆矾。
受热或遇浓H2SO4,蓝色晶体变为白色粉末。
b.无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O),可作为水或水蒸气的检验试剂。
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。
[应用体验]
1.铜和Cu2O的颜色相近,如何证明Cu中含有Cu2O?
[提示] 取样品少许于试管中,加入稀H2SO4,若溶液呈蓝色则说明含有Cu2O。
2.向含有2molH2SO4的浓H2SO4中加入足量的Cu共热,充分反应可生成1molSO2吗?
为什么?
[提示] 不能生成1molSO2。
因为浓H2SO4变成稀H2SO4后不再反应。
[考点探究]
角度1 铜及其化合物的性质与应用
1.(2016·成都诊断)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少量氨气,有蓝色沉淀产生,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
D [A项,陈述Ⅰ、Ⅱ有因果关系;B项,铜与浓H2SO4作用不能形成致密的氧化膜;C项,陈述Ⅰ、Ⅱ无因果关系;D项,陈述Ⅰ为化学变化。
]
2.下列有关铜的化合物的性质的叙述中正确的是( )
A.CuSO4变成CuSO4·5H2O是化学变化
B.一定条件下,新制的Cu(OH)2悬浊液能与葡萄糖反应但不能与乙酸反应
C.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,观察CuCl2的生成
D.将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水CuCl2固体
A [B项,Cu(OH)2与乙酸发生中和反应;C项,Cu与Cl2反应需要点燃或加热;D项,CuCl2在蒸干过程中水解生成Cu(OH)2。
]
3.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.这种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
C [Cu2O的检验不能用稀HNO3,HNO3能氧化Cu2O为Cu2+。
]
铜及其化合物的颜色
Cu
紫红色
CuSO4
白色
CuO
黑色
CuSO4·5H2O
蓝色
Cu2O
砖红色
Cu2(OH)2CO3
绿色
Cu2S
黑色
Cu(OH)2
蓝色
角度2 以铜的重要化合物制备为载体的综合试题
4.(2017·重庆模拟)CuSO4是一种重要的化工原料,其有关制备途径及性质如图所示。
下列说法正确的是( )
A.相对于途径①③,途径①更好地体现了绿色化学思想
B.途径①发生的反应可能是3Cu+2HNO3+3H2SO4===3CuSO4+2NO↑+4H2O
C.将CuSO4溶液蒸发,利用余热蒸干,可制得胆矾晶体
D.1molCuSO4在1100℃所得混合气体X为SO3和O2,其中O2可能为0.75mol
B [A项,途径①有污染气体NO生成,不能更好地体现绿色化学思想;C项,胆矾晶体不能通过蒸干得到,应冷却结晶,过滤得到;D项,1molCuSO4被还原成Cu2O转移1mol电子,应得氧气0.25mol,错误。
]
5.(2016·全国名校联盟百校联考)某实验小组利用Fe2O3、Cu2O的混合物制取较纯净的胆矾(CuSO4·5H2O),实验方案如图所示:
(1)稀硫酸溶解混合物时发生反应的离子方程式为
Cu2O+2H+===Cu+Cu2++H2O、______________________。
(2)加H2O2的目的是________________,其反应的离子方程式为
_____________________________________________。
(3)溶液乙中加入适量CuO时发生反应的离子方程式为_______________。
(4)操作Ⅰ主要包括________、________、过滤、洗涤、晾干等步骤。
[解析]
(1)Fe2O3、Cu2O中加入过量酸,Fe2O3生成Fe3+,Cu2O生成Cu和Cu2+,Fe3+又氧化Cu为Cu2+;
(2)溶液甲中含有Fe2+,加H2O2的目的就是氧化Fe2+为Fe3+;(3)加入CuO的目的是调节pH,使Fe3+水解成Fe(OH)3而除去。
[答案]
(1)Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+
(2)氧化Fe2+为Fe3+ H2O2+2H++2Fe2+===2Fe3++2H2O
(3)3CuO+2Fe3++3H2O===2Fe(OH)3+3Cu2+
(4)蒸发浓缩 冷却结晶
废铜利用的思维模式
[课堂小结·反馈达标]
1.一组判断,展示高考易误点
(1)(2016·全国甲卷)除去Cu粉中混有CuO的操作是加入稀HNO3溶解,过滤、洗涤、干燥。
( )
(2)(2016·全国丙卷)铁比铜金属性强的实际应用是FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板。
( )
(3)(2015·全国卷Ⅰ)将铜粉加入1.0mol·L-1Fe2(SO4)3溶液中,现象是溶液变蓝、有黑色固体出现。
( )
(4)(2014·全国卷Ⅱ)铝与Fe2O3发生铝热反应后固体物质增重。
( )
(5)(2014·全国卷Ⅱ)H2通过灼热的CuO粉末,反应后固体物质增重。
( )
(6)(2014·全国卷Ⅰ)FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作的原理是FeCl3能从含Cu2+的溶液中置换出铜。
( )
(7)(2015·四川高考)CuSO4溶液中通入CO2气体产生蓝色沉淀。
( )
(8)(2015·四川高考)CuSO4溶液与H2S反应的离子方程式为Cu2++S2-===CuS↓。
( )
(9)(2015·天津高考)气体通过无水CuSO4粉末变蓝,证明原气体中含有水蒸气。
( )
(10)浓HNO3中加入过量的Cu,反应生成的气体有NO2和NO。
( )
(11)用稀盐酸除去铜锈的离子方程式为CuO+2H+===Cu2++H2O。
( )
(12)镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,可作储氢材料。
( )
[答案]
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)× (9)√ (10)√ (11)× (12)√
2.一题串知,覆盖高考考什么
(2017·郑州模拟)某化学兴趣小组用只含有铝、铁、铜的工业合金制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体(FeSO4·7H2O)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”),与足量稀H2SO4、NaOH溶液反应的离子方程式为_________________________________________。
[考查合金的组成与性质]
(2)方案中途径②的离子方程式________________________________,
D中加入适量盐酸的离子方程式为___________。
[考查铝及其化合物的性质]
(3)滤渣F为________,途径③、④的化学方程式分别为______,
途径③④相比,途径________更好,理由是____________。
[考查Cu及其化合物的性质]
(4)CuSO4溶液中获得胆矾的操作为____________________________,洗涤、自然干燥。
[考查溶液的结晶方法]
(5)写出CuO与Al、H2反应的化学方程式为____________。
[考查Cu的冶炼]
(6)Cu在潮湿的空气中放置较长时间,最后得到绿色的铜锈,其化学式为_____________________________________________________。
[考查Cu的性质]
[答案]
(1)混合物 2Al+6H+===2Al3++3H2↑、Fe+2H+===Fe2++H2↑、2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑
(2)AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
(3)Cu Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O
2Cu+O2+2H2SO4
2CuSO4+2H2O ④
④相对③来说H2SO4的利用率高且无污染
(4)蒸发浓缩,冷却结晶、过滤
(5)3CuO+2Al
3Cu+Al2O3 CuO+H2
Cu+H2O
(6)Cu2(OH)2CO3
课时训练(九) 用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物
A组 专项基础达标
(建议用时:
30分钟)
1.镁铝合金质优体轻,又不易锈蚀,大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。
下列关于镁铝合金性质的叙述中正确的是( )
A.此合金的熔点、硬度比镁和铝的熔点、硬度都高
B.此合金能全部溶解于稀盐酸中
C.此合金能全部溶解于氢氧化钠溶液中
D.此合金不能全部溶于过量FeCl3溶液中
2.(2017·九江模拟)下列有关金属及其化合物的说法中,正确的个数为( )
①在人类对金属材料的使用过程中,性质活泼的金属单质最早被人们冶炼和使用
②纯铁比生铁抗腐蚀性更强
③单质铝在空气中比较耐腐蚀,所以铝是不活泼金属
④向紫色石蕊试液中加入过量的Na2O2粉末,振荡,溶液变为蓝色并有气泡产生
⑤青铜、不锈钢、硬铝都是合金
⑥可通过焰色反应区分钾元素和钠元素
⑦将FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液中,溶液变蓝色
⑧铝粉和氧化镁粉末混合,高温能发生铝热反应
A.4 B.5
C.6 D.7
3.(2017·哈尔滨模拟)下列说法正确的是( )
A.铝、铁、铜相比较,铜元素在自然界中的含量最低、铁元素含量最高
B.Al2O3、MgO可用作耐高温材料,二氧化硅是生产光纤制品的基本原料
C.工业上采用电解熔融态Al2O3、MgO的方法冶炼Al、Mg
D.用钨作灯丝是因为其易导电
4.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.工业上制Na的方法是电解NaCl溶液
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
C [A项,CuO→Cu(OH)2一步不能实现;B项,工业上制Na应电解熔融NaCl;D项,Cu形成Cu2(OH)2CO3。
]
5.(2016·黑龙江质检)硝酸铜是一种重要的工业产品,化学上有很多方法可以制取硝酸铜:
①将铜溶于硝酸中、②先将铜与O2反应生成CuO,再溶于硝酸中、③将铜溶于N2O4的乙酸乙酯(溶剂,不参加反应)溶液中生成硝酸铜和一氧化氮。
下列认识或判断错误的是( )
A.方法③是最经济和环保的
B.方法①中,若从经济和环保的角度考虑,用稀硝酸比用浓硝酸好
C.方法②需要消耗能源,对环境不产生污染
D.方法③中N2O4既是氧化剂又是还原剂
6.(2017·衡水中学模拟)用无机矿物资源生产部分材料,其产品流程示意图如下:
下列有关说法不正确的是( )
A.生产铝、铜、高纯硅及玻璃的过程中都涉及氧化还原反应
B.粗铜电解精炼时,粗铜作阳极
C.黄铜矿冶炼铜时,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
7.铜的冶炼过程大致可分为
①富集,将硫化物矿进行浮选;
②焙烧,主要反应为2CuFeS2+4O2===Cu2S+3SO2+2FeO(炉渣);
③制粗铜,在1200℃发生的主要反应为2Cu2S+3O2===2Cu2O+2SO2;2Cu2O+Cu2S===6Cu+SO2↑;
④电解精炼铜。
下列说法正确的是( )
A.冶炼过程中的尾气可用来制硫酸
B.上述过程中,由1molCuFeS2制取1molCu时共消耗2molO2
C.在反应2Cu2O+Cu2S===6Cu+SO2↑中,只有Cu2O作氧化剂
D.电解精炼铜的过程中,每转移1mol电子时,阳极溶解铜的质量为32g
8.氢化亚铜(CuH)是一种不稳定的物质,能在氯气中燃烧,也能与酸反应。
用CuSO4溶液和“某物质”在40~50℃时反应可生成CuH。
下列叙述中错误的是( )
A.“某物质”具有还原性
B.CuH与盐酸反应可能产生H2
C.CuH与足量稀硝酸反应:
CuH+3H++NO
===Cu2++NO↑+2H2O
D.CuH在氯气中燃烧:
CuH+Cl2===CuCl+HCl
9.已知酸性条件下可发生反应:
2Cu+===Cu2++Cu。
由于反应温度不同,用H2还原CuO时,可能产生Cu或Cu2O,两者都是红色固体。
一同学对某次用H2还原CuO实验所得的红色固体产物作了验证,实验操作和实验现象记录如表所示:
加入试剂
稀硫酸
浓硫酸、加热
稀硝酸
浓硝酸
实验现象
红色固体和
蓝色溶液
无色气体
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H2还原CuO实验的产物是( )
A.Cu
B.Cu2O
C.一定有Cu,可能有Cu2O