xs第三章 第4讲 用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物.docx
《xs第三章 第4讲 用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《xs第三章 第4讲 用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
xs第三章第4讲用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物
第4讲 用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物
【考纲要求】
1.知道铜及其重要化合物的性质。
2.了解合金的概念及重要合金的应用。
3.了解常见金属的活动顺序及金属冶炼的一般方法。
4.了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用。
【考点分布】
考点一 铜及其化合物
考点二 合金的概念及其重要应用
考点三 金属矿物的开发和利用
高考方向与练习
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
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＋CO2＋H2O===Cu2（OH）2CO3（绿色固体）。
②化学方程式：
2Cu＋S
Cu2S。
③与氧化性酸
a．与浓硫酸共热：
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。
④与盐溶液反应（写离子方程式）
a．与硝酸银溶液：
Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋；
b．与FeCl3溶液：
Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。
2．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＋）
CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O
Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
与H2反应
CuO＋H2
Cu＋H2O
Cu2O＋H2
2Cu＋H2O
转化关系
4CuO
2Cu2O＋O2↑
3.氢氧化铜
（1）物理性质：
蓝色不溶于水的固体。
（2）化学性质及应用
4．CuSO4·5H2O
CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。
无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色（生成CuSO4·5H2O），可作为水的检验依据。
【深度思考】
波尔多液是一种农业上应用广泛的杀菌剂，它是由硫酸铜、生石灰和水按一定比例配成的天蓝色胶状悬浊液，思考下列问题：
（1）波尔多液能否用铁桶盛放？
为什么？
（2）波尔多液能杀菌的可能原因是什么？
题组一 铜及其化合物的性质
1．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
铜容器可以盛放浓硫酸
Ⅰ对；Ⅱ对；有
C
向硫酸铜溶液通入氨气，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
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
2．出土的锡青铜（铜锡合金）文物常有Cu2（OH）3Cl覆盖在其表面。
下列说法正确的是（ ）
A．锡青铜的熔点比纯铜高
B．在自然环境中，锡青铜中的锡可对铜起保护作用
C．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中慢
D．生成Cu2（OH）3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程
3．铜是生命必需的元素，也是人类最早使用的金属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面都产生了深远的影响，请完成
（1）～（3）题：
（1）在西汉古籍中曾有记载：
曾青得铁则化为铜[即曾青（CuSO4）跟铁反应生成铜]。
试写出该反应的化学方程式：
_____________________________________________________________________。
（2）铜器表面有时会生成铜绿，请写出生成铜绿的化学方程式：
______________________________，这层铜绿可以用化学方法除去。
试写出除去铜绿而不损伤器物的化学方程式：
_____________________________________________________________________。
（3）铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。
试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币：
_______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
（铜的熔点是1183.4℃，铁的熔点是1534.8℃）
题组二 铜及其化合物的制取
4．铜在自然界存在于多种矿石中，如：
矿石名称
黄铜矿
斑铜矿
辉铜矿
孔雀石
主要成分
CuFeS2
Cu5FeS4
Cu2S
CuCO3·Cu（OH）2
请回答下列问题：
（1）上表所列铜化合物中，铜的质量百分含量最高的是_______________________。
（2）工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。
该工艺的中间过程会发生反应：
2Cu2O＋Cu2S
6Cu＋SO2↑，反应的氧化剂是__________。
（3）SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是__________________；处理该尾气可得到有价值的化学品，写出其中1种酸和1种盐的名称____________。
（4）黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质，需进一步采用电解法精制。
请简述粗铜电解得到精铜的原理：
__________________________________________________________。
5．某课外研究小组，用含有较多杂质的铜粉，通过不同的化学反应精制CuO，其设计的实验过程为
（1）杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物，灼烧后含有少量铜的可能原因是______。
a．灼烧过程中部分氧化铜被还原b．灼烧不充分铜未被完全氧化
c．氧化铜在加热过程中分解生成铜d．该条件下铜无法被氧气氧化
（2）由粗制氧化铜通过两种途径制取纯净CuO，与途径Ⅰ相比，途径Ⅱ有明显的两个优点是
_________________________________________________________________________。
（3）有同学指出，由CuSO4溶液到生成CuO少了一个环节，即应先生成Cu（OH）2沉淀，过滤洗涤后再加热分解Cu（OH）2得CuO。
以下说法不可能成为减少该环节的理由的是________。
A．CuO比Cu（OH）2颗粒粗大，更易于过滤从溶液中分离
B．Cu（OH）2分解温度较低，加热其浊液即可使其分解
C．干态下分解Cu（OH）2，温度难以控制，可能因温度过高导致CuO进一步分解生成Cu2O
D．过滤分离出的CuO不需洗涤就已非常纯净
【反思归纳】
铜的冶炼
1．粗炼
（1）火法炼铜（以CuFeS2为例）：
2CuFeS2＋O2
Cu2S＋2FeS＋SO2↑
2Cu2S＋3O2
2Cu2O＋2SO2↑ 2Cu2O＋Cu2S
6Cu＋SO2↑
（2）湿法炼铜：
Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4
2．电解精炼：
电解时，以CuSO4作电解液，粗铜为阳极，纯铜为阴极。
考点二 合金的概念及其重要应用
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。
①熔点：
一般比它的各成分金属的低；
②硬度和强度：
一般比它的各成分金属的大。
2．常见金属材料
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。
钢
（2）几种有色金属材料
题组一 合金的性能特点及应用
1．铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。
下列与这些用途无关的性质是（ ）
A．不易生锈B．导电性好C．密度小D．强度高
2．钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”，它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、耐腐蚀等，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。
根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是（ ）
A．用来做保险丝B．用于制造航天飞机
C．用来制造人造骨D．用于家庭装修，做钛合金装饰门
题组二 有关合金成分的分析
3．北京2008奥运会金牌直径为70mm，厚6mm。
某化学兴趣小组对金牌成分提出猜想：
甲认为金牌是由纯金制造；乙认为金牌是由金银合金制成；丙认为金牌是由黄铜（铜锌合金）制成。
为了验证他们的猜想，请你选择一种试剂来证明甲、乙、丙猜想的正误（ ）
A．硫酸铜溶液B．稀硝酸C．盐酸D．硝酸银溶液
4．某同学设计了如下实验测量mg铜银合金样品中铜的质量分数：
下列说法中不正确的是（ ）
A．合金的熔点比其成分金属低，通常比成分金属具有更优良的金属特性
B．铜银都能与稀硝酸反应，收集到的VL气体可能全为NO
C．操作Ⅰ是过滤，操作Ⅱ是洗涤，操作Ⅲ应是烘干
D．根据反应收集到的气体体积可以计算铜和银的质量分数
5．某铝合金（硬铝）中含有镁、铜、硅，为了测定该合金中铝的含量，有人设计了如下实验：
（1）取样品ag，称取时使用的仪器名称为____________。
（2）将样品溶于足量稀盐酸中，过滤，滤液中主要含有________；滤渣中含有____________；在溶解过滤时使用的主要仪器有_____________________________________________。
（3）往滤液中加入过量NaOH溶液，过滤，写出该步操作中有关的化学方程式
_______________________________________________________________________。
（4）在第（3）步的滤液中通入足量CO2，过滤，将沉淀用蒸馏水洗涤数次后，烘干并灼烧至重量不再减少为止，冷却后称量，质量为bg。
有关反应的化学方程式为：
_______________________________________________________________________。
（5）计算该样品中铝的质量分数的表达式为________________________________。
（6）若第（3）步中加入NaOH溶液的量不足，会使测定的结果________（填“偏高”、“偏低”或“不影响”，下同）；若第（4）步中的沉淀灼烧不充分，会使测定的结果__________________________________
_____________________________________________________________________。
【方法指导】
1.定性分析型
形成合金的各种成分的特殊化学性质仍按单一组分的性质（例如铝合金中的铝既能溶于酸又能溶于碱的性质不变，铜能溶于稀硝酸，且硝酸的还原产物为NO气体等性质不变），一般是将合金酸溶或碱溶，根据反应中的特殊现象或根据溶解后所得溶液继续加沉淀剂产生的现象判断成分。
此类试题常以流程的形式呈现，解答的关键是理清每一步加入的物质和生成物质的成分。
2．定量分析型
定量测定合金的成分常用量气或沉淀两种方法。
（1）定量集气法
定量集气法是指收集合金中某种物质溶解时所产生的气体的量，应用化学方程式或关系式来判断合金的组成。
其原理的关键点是根据某组分的特殊性质（特别是与酸或碱反应能产生气体），其操作要点和注意事项有：
保证装置的气密性良好，注意收集气体的读数方法。
（2）沉淀法
沉淀法测定物质含量是常用的一种方法，采用沉淀法时，涉及到的基本实验操作和主要问题有：
称量、溶解（溶解试剂）；沉淀（重点是沉淀试剂的选择）；过滤、沉淀洗涤、沉淀的干燥、称量；数据的处理（包括测定结果的误差分析）。
考点三 金属矿物的开发和利用
1．金属在自然界中存在的形态
除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界中。
在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。
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．金属冶炼的一般步骤
4．金属冶炼方法
（1）热分解法
例如：
2HgO
2Hg＋O2↑，2Ag2O
4Ag＋O2↑。
用热分解冶炼法冶炼金属的特点：
金属元素的金属性弱，金属元素的原子不易失去电子，其金属离子容易得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差。
（2）热还原法冶炼金属
①焦炭还原法。
例如：
C还原ZnO、CuO，其化学方程式依次为C＋2ZnO
2Zn＋CO2↑，
C＋2CuO
2Cu＋CO2↑。
②一氧化碳还原法。
例如：
CO还原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为3CO＋Fe2O3
2Fe＋3CO2，CO＋CuO
Cu＋CO2。
③氢气还原法。
例如：
H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为3H2＋WO3
W＋3H2O,
4H2＋Fe3O4
3Fe＋4H2O。
④活泼金属还原法。
例如：
Al还原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为2Al＋Cr2O3
Al2O3＋2Cr,10Al＋3V2O5
6V＋5Al2O3。
（3）电解法冶炼金属
例如：
Al2O3、MgCl2、NaCl的电解反应，其化学方程式依次为2Al2O3（熔融）
4Al＋3O2↑，MgCl2（熔融）
Mg＋Cl2↑，2NaCl（熔融）
2Na＋Cl2↑。
【深度思考】
1．能否用电解AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg?
2．铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚得多？
3．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？
（2）在铝热反应中，镁条、KClO3的作用是_________________。
（3）做铝热反应时，应注意哪些事项？
题组一 金属冶炼原理的考查
1．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．炼铜：
用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜
2．2005年诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。
工业上冶炼钼的化学原理为
①2MoS2＋7O2
2MoO3＋4SO2；
②MoO3＋2NH3·H2O===（NH4）2MoO4＋H2O；
③（NH4）2MoO4＋2HCl===H2MoO4↓＋2NH4Cl；
④H2MoO4
MoO3＋H2O；
⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼。
则下列说法正确的是（ ）
A．MoS2煅烧产生的尾气可直接排入空气中
B．MoO3是金属氧化物，也是碱性氧化物
C．H2MoO4是一种强酸
D．利用H2、CO和铝分别还原等量的MoO3，所消耗还原剂的物质的量之比为3∶3∶2
题组二 对铝热反应的定性及定量考查
3．粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。
进行如下实验：
①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；
②另取20gA全部溶于0.15L6.0mol·L－1盐酸中，得溶液C；
③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12L（标况）气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；
④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。
请填空：
（1）①中引发铝热反应的实验操作是_______________________，产物中的单质B是____________。
（2）②中所发生的各反应的化学方程式是__________________________________________________。
（3）③中所发生的各反应的离子方程式是__________________________________________________。
（4）若溶液D的体积仍视为0.15L，则该溶液中c（Mg2＋）为____________，c（Fe2＋）为____________。
4．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、沸点数据如下：
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）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________________________________________。
（3）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
5．用铝热反应还原下列物质，制得金属各1mol时，消耗铝最少的是（ ）
A．MnO2B．Cr2O3C．V2O5D．Fe3O4
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
（1）将NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中，观察Mg（OH）2沉淀的生成
（2）工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应
（3）MgCl2（aq）
Mg（OH）2
MgO
Mg
（4）相同条件下，溶液中Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋的氧化性依次减弱
（5）
实验Ⅳ：
放置一段时间后，饱和CuSO4溶液中出现蓝色晶体
（6）四川灾区重建使用了大量钢材，钢材是合金
（7）合金材料中可能含有非金属元素
（8）金属材料都是导体，非金属材料都是绝缘体
2．（2011·山东理综，12）Al、Fe、Cu都是重要的金属元素，下列说法正确的是（ ）
A．三者对应的氧化物均为碱性氧化物
B．三者的单质放置在空气中均只生成氧化物
C．制备AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用将溶液直接蒸干的方法
D．电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时阴极上依次析出Cu、Fe、Al
3．（2012·天津理综，9）信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。
某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：
请回答下列问题：
（1）第①步Cu与酸反应的离子方程式为__________________________________________________；
得到滤渣1的主要成分为____________。
（2）第②步加H2O2的作用是______________，使用H2O2的优点是______________；调溶液pH的目的是使______________生成沉淀。
（3）用第③步所得CuSO4·5H2O制备无水CuSO4的方法是___________________________________。
（4）由滤渣2制取Al2（SO4）3·18H2O，探究小组设计了三种方案：
上述三种方案中，________方案不可行，原因是__________________________________________；
从原子利用率角度考虑，__________方案更合理。
（5）探究小组用滴定法测定CuSO4·5H2O（Mr＝250）含量。
取ag试样配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干扰离子后，用cmol·L－1EDTA（H2Y2－）标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液bmL。
滴定反应如下：
Cu2＋＋H2Y2－===CuY2－＋2H＋
写出计算CuSO4·5H2O质量分数的表达式w＝_______________________________________；
下列操作会导致CuSO4·5H2O含量的测定结果偏高的是________。
a．未干燥锥形瓶
b．滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡
c．未除净可与EDTA反应的干扰离子
4．（2012·重庆理综，27）氯离子插层镁铝水滑石[Mg2Al （OH）6Cl·xH2O]是一种新型离子交换材料，其在高温下完全分解为MgO、Al2O3、HCl和水蒸气。
现用下图装置进行实验确定其化学式（固定装置略去）。
（1）Mg2Al（OH）6Cl·xH2O热分解的化学方程式为____________________________________________。
（2）若只通过测定装置C、D的增重来确定x，则装置的连接顺序为________________（按气流方向，用接口字母表示），其中C的作用是_____________________。
装置连接后，首先要进行的操作的名称是________________________。
（3）加热前先通N2排尽装置中的空气，称取C、D的初始质量后，再持续通入N2的作用是________
___________________________、_____________________________等。
（4）完全分解后测得C增重3.65g、D增重9.90g，则x＝__________。
若取消冷却玻管B后进行实验，测定的x值将________（填“偏高”或“偏低”）。
（5）上述水滑石在空气中放置时易发生反应生成[Mg2Al（OH）6Cl1－2y·（CO3）y·zH2O]，该生成物能发生类似的热分解反应。
现以此物质为样品，用
（2）中连接的装置和试剂进行实验测定z，除测定D的增重外，至少还需测定______________________________。
1．2011年日本地震，导致福岛第一核电站引发的核危机。
核反应堆的第一层护罩是锆锡合金外壳，第二层护罩是压力仓，第三层护罩是用最坚固的钢和混凝土制成的非常厚的球体。
下列叙述错误的是
（ ）
A．锆锡合金、钢、混凝土都属于混合物
B．钢的硬度和熔沸点都高于纯铁
C．锆锡合金和钢属于金属材料，混凝土属于传统的硅酸盐材料
D．在高温下，钢和水蒸气可发生反应产生氢气
2．下
升级会员 