学案34 用途广泛的金属材料 开发利用金属矿物.docx

1、学案34 用途广泛的金属材料 开发利用金属矿物第4节用途广泛的金属材料开发利用金属矿物明考纲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应用。3了解常见金属的活动性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。析考情高考对本节内容的考查以金属及其化合物的性质、合金的性质、金属的冶炼、提纯在日常生活、生产中的应用为主，题型以选择题、综合推断题、实验题为主，尤其是以金属及其化合物在实际生产中的应用为载体的综合实验题的趋势较大。考点铜及其化合物1铜(1)物理性质铜是紫红色金属，具有良好的导热性、导电性和延展性。(2)化学性质反应物化学方程式非金属O2(1) 潮湿的空气

2、中：2CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜，绿色)(2)2CuO22CuO(黑色固体)Cl2CuCl2CuCl2(棕黄色烟)S2CuSCu2S氧化性酸浓硫酸Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O浓硝酸Cu4HNO3=Cu(NO3)22NO22H2O稀硝酸3Cu8HNO3=3Cu(NO3)22NO4H2O盐AgNO3、FeCl3Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag、Cu2FeCl3=CuCl22FeCl22.铜的氧化物和氢氧化物氧化铜氧化亚铜氢氧化铜化学式CuOCu2OCu(OH)2状态不溶于水的黑色固体(粉末)不溶于水的红色固体不溶于水的蓝色固体续表氧化铜氧化亚

3、铜氢氧化铜化学性质CuO2H=Cu2H2OCuOH2CuH2O CuOCOCuCO2Cu2O2H=Cu2CuH2O Cu2OH22CuH2OCu(OH)22H=Cu22H2O Cu(OH)2CuOH2O3.铜盐(1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，它是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，它受热易分解：Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO2。(2)无水CuSO4是白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO45H2O)可作为水的检验依据，但不适于作干燥剂。CuSO45H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾，受热易分解：CuSO45H2OCuSO45H2O，蓝色晶体受热转化为白色粉末。(3)

4、铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。易错警示区别红色物质Cu和Cu2O的方法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Cu2OH2SO4=CuSO4CuH2O。判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)无水CuSO4白色粉末遇水变蓝色，发生物理变化。()(2)CuSO45H2O加热失去结晶水发生物理变化。()(3)铜锈的主要成分是Cu2(OH)2CO3，在干燥的空气中不易生成。()(4)过量的铜与浓硝酸

5、反应一定没有NO生成。()(5)清除铜制品表面的铜绿用稀HNO3。()提示(1)(2)(3)(4)(5)题组一 铜及其化合物的性质1.在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列物质，铜粉溶解的是()FeCl3Fe2O3Cu(NO3)2KNO3A只有或 B只有或C只有或或 D中任意一种答案D解析Cu与Fe3作用：2Fe3Cu=2Fe2Cu2，Fe2O3与稀H2SO4反应生成Fe3，H、NO具有强氧化性，能使铜粉溶解。故能使铜粉溶解。2已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H发生：Cu2O2H=CuCu2H2O。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 ()

6、A如果溶液变为蓝色、同时有紫红色固体出现，说明样品全部生成了Cu2OB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没有分解答案C解析由于Cu能够与热的稀硝酸反应，所以不论CuO是否完全分解，溶液中最终不可能有紫红色固体出现，故A、B、D项错误。总结提升熟记铜及其化合物的颜色物质颜色物质颜色Cu紫红色CuSO4白色CuO黑色CuSO45H2O蓝色Cu2O砖红色Cu2(OH)2CO3绿色Cu2S黑色Cu(OH)2蓝色题组二 铜及其化合物转化关系的应用3.2016株洲质检铜是生活中常见的金属，请回答下列问题：(1) C

7、u不活泼，通常情况下不与稀硫酸反应，但向Cu和稀硫酸的混合物中滴入H2O2溶液后，溶液很快变蓝色。试写出该反应的离子方程式_。(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出Cu2(OH)2CO3绿色固体，试写出该反应的离子方程式_。(3)火法炼铜的原理：Cu2SO22CuSO2，在该反应中每生成1mol Cu，转移_mol e。(4)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是_(填选项字母)。a粗铜接电源正极，发生氧化反应b溶液中Cu2向阴极移动c电解过程中，阳极和阴极的质量变化相等d利用阳极泥可回收Al、Zn等金属(5)据报道，有一种

8、叫Thibacillus Ferroxidans的细菌在有氧气存在的酸性溶液中，可将黄铜矿CuFeS2氧化成硫酸盐：4CuFeS22H2SO417O2=4CuSO42Fe2(SO4)32H2O。利用反应后的溶液，按如下流程可制备胆矾(CuSO45H2O)： 检验溶液B中Fe3是否被除尽的实验方法是_。在实验室中，设计两个原理不同的方案，从溶液B中提炼金属铜(要求：一种方案只用一个反应来完成)。写出两种方案中涉及的化学方程式：方案一：_；方案二：_。答案(1)CuH2O22H=Cu22H2O(2)2Cu22COH2O=Cu2(OH)2CO3CO2(3)3(4)ab(5)取少量溶液B于试管中，加入

9、几滴KSCN溶液，若溶液无明显现象，则说明Fe3已被除尽CuSO4Fe=CuFeSO42CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2(其他合理答案均可)解析(1)溶液变蓝说明有Cu2生成，则H2O2作氧化剂，离子反应方程式为：CuH2O22H=Cu22H2O。(2)由题给信息可知反应的离子方程式为：2Cu22COH2O=Cu2(OH)2CO3CO2。(3)根据题给方程式可知，生成2 mol Cu时，转移6 mol电子，则生成1 mol Cu时，转移3 mol电子。(4)粗铜接电源的正极，作阳极，发生氧化反应，a正确；溶液中阳离子向阴极移动，b正确；电解过程中，阳极是铝、锌、铜放电，Ag、Pt、Au

10、形成阳极泥，而阴极始终是Cu2得电子生成单质铜，所以阴极和阳极质量变化不一定相等，c错误；阳极泥是比铜活泼性差的Ag、Pt、Au沉积在阳极形成的，d错误。(5)验证Fe3最好用KSCN溶液。由硫酸铜得到铜，可以通过置换反应，也可以通过电解。42015苏州五中期中各物质之间的转化关系如图，部分生成物省略。C、D是由X、Y、Z中两种元素组成的化合物，X、Y、Z的原子序数依次增大，在周期表中X的原子半径最小，Y、Z原子最外层电子数之和为10。D为无色非可燃性气体，G为黄绿色单质气体，J、M为金属，I有漂白作用，反应常用于制作印刷电路板。据此回答下列各题：(1)写出纯净物A的化学式：_，C的电子式：_

11、，用来检验L中阳离子的试剂是_(该试剂焰色为紫色)。(2)沉淀E可溶于过量_(填试剂名称)得到深蓝色的透明溶液，呈现该颜色是因为溶液中存在配离子：_(填化学式)。(3)写出反应的离子方程式：_，写出反应的化学方程式：_(有机物用结构简式表示)。(4)已知F溶于稀硝酸，溶液变成蓝色，放出无色气体，请写出该反应的化学方程式：_。答案(1)CuCO3或Cu2(OH)2CO3或Cu(OH)2CuCO3 硫氰化钾(2)氨水Cu(NH3)42(3)Cu2Fe3=Cu22Fe2CH3CHO2Cu(OH)2NaOHCH3COONaCu2O3H2O写成CH3CHO2Cu(OH)2CH3COOHCu2O2H2O也

12、可(4)3Cu2O14HNO3=6Cu(NO3)22NO7H2O解析周期表中原子半径最小的是H(X)、G为Cl2、L为FeCl3、B为CuCl2、E为Cu(OH)2、M为Cu、K为FeCl2、J为Fe、H为HCl、C为H2O、I为HClO，由Y、Z原子序数依次增大且Y、Z最外层电子数之和为10可推知Y为C、Z为O，所以D为CO2，A为CuCO3或Cu2(OH)2CO3。(1)A为CuCO3或Cu2(OH)2CO3，C的电子式为H：O, ：H，检验Fe3常用KSCN溶液或苯酚溶液，题中指明该试剂焰色为紫色可知为KSCN。(2)Cu(OH)2能溶于过量氨水得到深蓝色溶液，反应方程式为Cu(OH)2

13、4NH3H2O=Cu(NH3)4(OH)24H2O，溶液呈蓝色的原因是含有络合离子Cu(NH3)42。(3)反应的离子方程式为Cu2Fe3=Cu22Fe2，反应的化学方程式为CH3CHO2Cu(OH)2CH3COOHCu2O2H2O。(4)F溶于稀硝酸，溶液呈蓝色，说明F为Cu2O，Cu2O与稀硝酸反应化学方程式为3Cu2O14HNO3=6Cu(NO3)22NO7H2O。总结提升铜的冶炼“三方法”(1)湿法炼铜：FeCuSO4=FeSO4Cu。(2)高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)：2CuFeS24O2Cu2S3SO22FeO(炉渣)2Cu2S3O22Cu2O2SO22Cu

14、2OCu2S6CuSO2粗铜中铜的含量为99.5%99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%99.98%的铜。电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极，失电子变为Cu2，用纯铜棒作阴极即可得精铜。(3)生物炼铜：“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性，并能利用空气中的氧气氧化硫化亚铜矿石，然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。生物炼铜的优点：a.成本低；b.污染小；c.反应条件简单；d.含量(品位)很低的矿石也可以被利用。考点合金的概念及其重要应用1合金(1)概念：合金是指由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

15、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。2常见金属材料(1)重要的黑色金属材料钢钢铁是用量最大、用途最广的合金。钢(2)几种有色金属材料易错警示(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。(2)合金的性质不是各成分金属的性质之和。(3)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。(4)常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(

16、1)合金中至少含有两种金属元素，不含非金属元素。()(2)合金中的金属元素以化合物的形式存在。()(3)合金的硬度低于成分金属，合金的熔点一般高于其成分金属。()(4)下列物质或材料都属于合金：钢、青铜、铝镁合金、水银、硅钢。()提示(1)(2)(3)(4)题组一 合金的性能特点及应用1.2015宁波模拟美国“海狼”潜艇上的核反应堆内使用了液体铝钠合金(单质钠和单质铝熔合而成)作载热介质，下列有关说法不正确的是 ()A该铝钠合金的熔点低于金属钠B铝钠合金若投入一定量的水中可得无色溶液，则n(Al)n(Na)C铝钠合金投入足量氯化铜溶液中，会有氢氧化铜沉淀生成，也可能有铜析出D若m g不同组成的

17、铝钠合金投入足量盐酸中，放出的H2越多，则铝的质量分数越小答案D解析合金的熔点低于其组分金属，A正确；铝钠合金投入水中，发生2Na2H2O=2NaOHH2，2Al2NaOH2H2O= 2NaAlO23H2，当n(Na)n(Al)时，金属全部溶解，得到无色溶液，B正确；铝钠合金投入到足量氯化铜溶液中，钠和水反应生成的NaOH可以和CuCl2反应生成Cu(OH)2沉淀，若n(Al)n(Na)，金属铝也会置换出金属铜，C正确；2Al3H2，2NaH2，等质量的金属钠和金属铝比较，Al产生的氢气量多，所以放出的H2越多，铝的质量分数越大，D错误。22015长安模拟合金与纯金属制成的金属材料相比，优点是

18、()合金的硬度一般比它的各成分金属的大一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有不同性能的合金合金比纯金属的导电性更强合金比纯金属的应用范围更广泛A BC D答案B解析合金的导电性比纯金属的弱。题组二 有关合金成分的分析与计算3.2015大连模拟部分氧化的铁铜合金样品(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Fe3、Fe2、HB样品中Fe元素的质量为2.24 gC样品中CuO的质量为4.0 gDV896答案B解析根据题意，3.2 g滤渣一定是铜，而铜与Fe3不共存，则A项错误；最后的3.2 g固体

19、为Fe2O3，其中Fe元素的质量为2.24 g，B正确；样品中Cu元素和O元素共5.76 g2.24 g3.52 g，则C项错误；因2.24 g Fe元素已部分氧化，且Fe还与Fe3、Cu2发生反应，故生成的氢气的体积应小于896 mL，D错误。42013重庆高考合金是建造航空母舰的主体材料。(1)航母升降机可由铝合金制造。铝元素在周期表中的位置为_。工业炼铝的原料由铝土矿提取而得，提取过程中通入的气体为_。AlMg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜，其化学方程式为_。焊接过程中使用的保护气为_(填化学式)。(2)航母舰体材料为合金钢。舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为_。航母用钢可由低

20、硅生铁冶炼而成，则在炼铁过程中为降低硅含量需加入的物质为_。(3)航母螺旋桨主要用铜合金制造。80.0 g CuAl合金用酸完全溶解后，加入过量氨水，过滤得白色沉淀39.0 g，则合金中Cu的质量分数为_。为分析某铜合金的成分，用酸将其完全溶解后，用NaOH溶液调节pH，当pH3.4时开始出现沉淀。分别在pH为7.0、8.0时过滤沉淀。结合如图信息推断该合金中除铜外一定含有_。答案(1)第三周期第A族CO2Al2O32NaOH=2NaAlO2H2OAr(其他合理答案均可)(2)吸氧腐蚀CaCO3(或CaO)(3)83.1%Al、Ni解析(1)工业炼铝需将铝土矿与强碱溶液反应转化成偏铝酸盐，然后

21、在偏铝酸盐溶液中通入过量的CO2，发生反应：AlOCO22H2O=Al(OH)3HCO，故提取过程中需通入CO2气体。保护气需性质稳定，高温条件下不与AlMg合金反应，N2高温条件下可与Mg反应，可用氩气作保护气。(2)海水接近中性，金属在其中以吸氧腐蚀为主。铁矿石中硅元素多以SiO2形式存在，加入CaCO3或CaO，SiO2可与之反应生成CaSiO3从而降低生铁中硅的含量。(3)白色沉淀为Al(OH)3,39.0 g Al(OH)3中铝元素为0.5 mol，合金中铝的质量为0.5 mol27 gmol113.5 g，则铜的质量为66.5 g，质量分数为83.1%。由于要将Cu溶解，所选用的酸

22、为氧化性酸，若合金中有铁存在，则Fe将被氧化成Fe3，pH3.4时开始出现沉淀，利用图给信息可知溶液中无Fe3，一定有Al3，则合金中一定有Al；由题意可知pH在7.08.0之间一定有沉淀生成，由图给信息可知溶液中一定有Ni2，则合金中一定有Ni。考点金属矿物的开发利用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：Mnne=M。3金属冶炼的一般步骤(1)富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。(2)冶炼：利用氧化还原反应，用还原剂把金

23、属矿石中的金属离子还原成金属单质。 (3)精炼：提纯金属。4金属冶炼方法(1)热分解法(适用于Hg、Ag等不活泼金属)例如：2HgO2HgO2，2Ag2O4AgO2。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(适用于ZnCu等中等活泼金属)焦炭还原法。例如：C还原ZnO、CuO，其化学方程式依次为C2ZnO2ZnCO2，C2CuO2CuCO2。一氧化碳还原法。例如：CO还原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为3COFe2O32Fe3CO2，COCuOCuCO2。氢气还原法。例如：H2

24、还原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为3H2WO3W3H2O,4H2Fe3O43Fe4H2O。活泼金属还原法。例如：Al还原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为2AlCr2O3Al2O32Cr,10Al3V2O56V5Al2O3。(3)电解法(适用于Al以前的活泼金属)例如：Al2O3、MgCl2、NaCl的电解反应，其化学方程式依次为 2Al2O3(熔融)4Al3O2，MgCl2(熔融)MgCl2，2NaCl(熔融)2NaCl2。判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)制钛：用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛。()(2)炼铁：用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中

25、铁的氧化物。()(3)制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液。()(4)炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜。()(5)铝是地壳中含量最高的金属元素。()(6)能用电解AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg。()(7)在铝热反应中，镁条、KClO3的作用是引燃助燃作用。()提示(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)题组一 金属冶炼原理的考查1.下列有关金属冶炼的方法叙述正确的是()A电解氯化镁水溶液制备金属镁B利用铝热反应制备金属铝C加热分解Fe2O3的方法制备金属铁D用火法或湿法均可制备金属铜答案D解析电解氯化镁溶液得到Mg(OH)2，冶炼金属镁应电解熔融MgC

26、l2，A错；利用铝热反应可冶炼钒、铬、锰、铁等高熔点金属，B错；用热还原法用CO、H2或Al还原Fe2O3制备金属铁，C错；可用热还原法或活泼金属置换法制备Cu，D正确。22013山东高考金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是_。aFe2O3 BNaClcCu2S DAl2O3(2)辉铜矿(Cu2S)可发生反应2Cu2S2H2SO45O2=4CuSO42H2O，该反应的还原剂是_。当1 mol O2发生反应时，还原剂所失电子的物质的量为_mol。向CuSO4溶液中加入镁条时有气体生成，该气体是_。答案(1)bd (2)Cu2S 4 H2解析(1)金属冶炼

27、时，金属活动性顺序表中铝及其前面的金属一般采用电解法，故选bd；(2)分析题给方程式：2Cu2S2H2SO45O2=4CuSO42H2O，Cu元素和S元素的化合价均升高，O元素的化合价降低，故还原剂是Cu2S；当1 mol O2发生反应时，氧化剂氧气得到4 mol电子，则同时还原剂所失电子也为4 mol；CuSO4溶液由于Cu2水解呈酸性，故加入镁条放出氢气。总结提升1金属活动性顺序及其应用2.根据金属活动性判断金属的冶炼方法(1)表中汞以后金属一般用热分解法或淘洗等物理方法。(2)表中锌到铜之间的金属一般用热还原法，常用的还原剂有C、CO、H2、Al等。(3)表中铝以前的金属一般用电解其熔融化合物的方法。(4)某些金属如Cu，可用湿法冶金，即CuSO4Fe=CuFeSO4。题组二 铝热反应及其应用3.2014山东高考用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有_。aKCl BKClO