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

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

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