届高考化学一轮复习学案金属材料及开发利用金属矿物Word文档格式.docx
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”)。
(1)(2019·
高考全国卷Ⅱ,11A)向CuSO4溶液中加入足量Zn粉,溶液蓝色消失:
Zn+CuSO4===Cu+ZnSO4。
( )
(2)(2018·
高考全国卷Ⅲ,10A)用稀硫酸和锌粒制取H2时,加几滴CuSO4溶液以加快反应速率。
(3)(2017·
高考全国卷Ⅲ,13B)向含较高浓度Cl-的溶液中加入Cu和CuSO4,生成CuCl沉淀而除去Cl-的反应为Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl。
(4)加入稀硝酸溶解,过滤、洗涤、干燥,可除去Cu粉中混有的CuO。
(5)将铜丝插入稀硝酸中,反应的离子方程式为Cu+4H++2NO
===Cu2++2NO2↑+H2O。
答案:
(1)√
(2)√ (3)√ (4)×
(5)×
2.(2017·
浙江4月选考)Cu2O与稀硫酸反应的离子方程式是________________________________________________________________________;
加热条件下氨被CuO氧化成一种气体单质,写出该反应的化学方程式:
________________________________________________________________________。
Cu2O+2H+===Cu2++Cu+H2O 3CuO+2NH3
3Cu+N2+3H2O
演练一 铜及其化合物的性质及转化
1.(2020·
江淮十校第二次联考)下列实验探究Cu及其化合物的性质,操作正确且能达到目的的是( )
A.将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuS
B.向Cu与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察CuSO4溶液的颜色
C.向CuSO4溶液中加入适量的NaOH,过滤、洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取CuO
D.在淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热水解,再加入少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热,产生砖红色沉淀
解析:
选C。
硫的氧化性较弱,只能将铜氧化为+1价生成Cu2S,A项错误;
稀释铜与过量的浓硫酸反应后的溶液,应将反应后的试管中的物质缓慢加入水中,并不断搅拌,B项错误;
CuSO4与NaOH溶液反应生成Cu(OH)2沉淀,过滤、洗涤、灼烧后可得CuO,C项正确;
淀粉水解后应先加NaOH溶液至溶液呈碱性,然后加入新制Cu(OH)2悬浊液并加热,才会产生砖红色沉淀,D项错误。
2.(2020·
山东省实验中学高三诊断)氯化亚铜(CuCl)是白色粉末,微溶于水,酸性条件下不稳定,易生成金属Cu和Cu2+。
某小组拟热分解CuCl2·
2H2O制备CuCl,并进行相关探究。
下列说法正确的是( )
A.制备CuCl时产生的Cl2可以回收循环利用,也可以通入饱和NaCl溶液中除去
B.Cu2(OH)2Cl2在200℃时反应的化学方程式为Cu2(OH)2Cl2
2CuO+2HCl↑
C.X气体可以是N2,目的是做保护气,抑制CuCl2·
2H2O在加热过程中发生水解
D.CuCl与稀硫酸反应的离子方程式:
2CuCl+4H++SO
===2Cu2++2Cl-+SO2↑+2H2O
选B。
制备CuCl时产生的Cl2可以转化为HCl,回收循环利用,Cl2在饱和NaCl溶液中的溶解度小,不能被吸收除去,A错误;
Cu2(OH)2Cl2加热至200℃时生成CuO,结合原子守恒可知,还生成HCl,则化学方程式为Cu2(OH)2Cl2
2CuO+2HCl↑,B正确;
CuCl2水解生成氢氧化铜和HCl,X气体是用于抑制CuCl2水解的,则X为HCl,不是N2,C错误;
CuCl在酸性条件下不稳定,易生成金属铜和Cu2+,D错误。
3.某化合物M由两种常见的元素组成,为了测定其组成进行如下实验:
M的化学式可能为( )
A.Cu2S B.CuS
C.FeS2D.Fe3S4
选A。
由题意并结合选项可知,1.60gM在高温下反应生成的气体是二氧化硫,二氧化硫被双氧水氧化为硫酸,根据滴定过程消耗的氢氧化钠,可以求出n(S)=n(SO2)=n(H2SO4)=
n(NaOH)=
×
20.00×
10-3L×
0.1mol·
L-1×
=0.01mol,所以m(S)=0.32g,则m(金属)=1.60g-0.32g=1.28g,假如是铜,则n(Cu)=0.02mol,M可能为Cu2S;
假如是铁,则n(Fe)≈0.023mol,没有与之对应的选项。
综上所述,A项正确。
演练二 铜及其化合物的制备
4.(2020·
深圳一模)用CuCl2·
2H2O制取无水CuCl2的实验装置如图所示,下列说法错误的是( )
A.通入HCl可以抑制CuCl2的水解
B.先滴入浓硫酸,再点燃c处酒精灯
C.硬质玻璃管内部右侧会出现白雾
D.装置d中上层为苯,下层为NaOH溶液
选D。
A项,氯化铜水解:
CuCl2+2H2OCu(OH)2+2HCl,生成的氯化氢易挥发,通入HCl可以抑制CuCl2的水解,正确;
B项,CuCl2·
2H2O加热失去结晶水必须在HCl的气流中进行,所以先滴入浓硫酸产生HCl气体,使硬质玻璃管中充满HCl气体后再点燃c处酒精灯,正确;
C项,硬质玻璃管内部右侧有生成的水蒸气和通入的氯化氢,由于氯化氢极易溶于水,会产生白雾,正确;
D项,氯化氢极易溶于水,为了防止倒吸,d中下层应为有机溶剂,可以是四氯化碳,上层为氢氧化钠溶液,错误。
5.(2020·
西宁检测)工业上由黄铜矿(主要成分为CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下:
请回答下列问题:
(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的_______________________________
吸收。
a.浓H2SO4 b.稀HNO3
c.NaOH溶液d.氨水
(2)由泡铜冶炼粗铜的化学方程式为_________________________________________
。
(3)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 。
a.电能全部转化为化学能
b.粗铜接电源正极,发生氧化反应
c.溶液中Cu2+向阳极移动
d.从阳极泥中可回收Ag、Pt、Au等金属
(4)利用反应2Cu+O2+2H2SO4===2CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,其正极电极反应式为______________________________________________。
(1)气体A中的大气污染物为SO2,可以用NaOH溶液或氨水吸收。
(2)依据图示,泡铜中的Cu2O与Al高温下发生铝热反应制得铜。
(3)电解精炼铜过程中,电能转变为化学能的同时,部分电能也转化为热能,a错;
电解精炼粗铜时,粗铜做阳极,与电源正极相连,发生氧化反应,b对;
电解过程中Cu2+向阴极移动,c错;
粗铜中Ag、Pt、Au的放电能力比铜的弱,形成阳极泥,可以回收,d对。
(4)根据总反应,O2发生还原反应,因此正极反应式为O2+4H++4e-===2H2O。
(1)cd
(2)3Cu2O+2Al
Al2O3+6Cu
(3)bd
(4)4H++O2+4e-===2H2O
铜的冶炼“两方法”
(1)湿法炼铜:
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu。
(2)高温炼铜:
工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜):
2CuFeS2+4O2
Cu2S+3SO2+2FeO(炉渣)
2Cu2S+3O2
2Cu2O+2SO2
2Cu2O+Cu2S
6Cu+SO2↑
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高纯度的铜。
电解精炼铜的原理是用粗铜做阳极,失电子变为Cu2+,用纯铜棒做阴极即可得到精铜。
考点二 金属材料与金属矿物的开发利用
一、合金
1.概念:
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都低;
(2)硬度和强度:
一般比它的各成分金属都大。
二、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。
钢
2.几种有色金属材料
三、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化合物形式存在。
2.金属的冶炼
(1)实质:
把金属从化合态还原为游离态。
(2)方法:
根据金属的活动性顺序不同,金属冶炼的方法分为热分解法、热还原法、电解法等。
冶炼方法
主要反应原理(举例)
热分解法
2HgO
2Hg+O2↑
2Ag2O
4Ag+O2↑
热
还
原
法
CO做还原剂
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
(高炉炼铁)
H2做还原剂
WO3+3H2
W+3H2O
活泼金属
做还原剂
3MnO2+4Al
3Mn+2Al2O3
电解法
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑
3.铝热反应
实验原理
高温下,铝与氧化铁发生反应,放出大量的热,生成的铁呈熔融态,易与Al2O3分离。
化学方程式为Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3
实验装置
实验现象
(1)镁带剧烈燃烧,放出大量的热,并发出耀眼的白光,氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应;
(2)纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中
原理应用
(1)制取熔点较高、活动性弱于Al的金属,如铁、铬、锰、钨等;
(2)金属焊接,如野外焊接钢轨等
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×
高考全国卷Ⅲ,7B)铝合金大量用于高铁建设。
(2)金属元素的单质在常温下均为固体。
(3)金属元素在不同化合物中化合价均相同。
(4)合金材料中不可能含有非金属元素。
(5)港珠澳大桥的建设使用了大量钢材,钢材是合金。
(6)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属。
(7)合金中的金属元素都是以化合态形式存在。
(8)合金的硬度一般大于其成分金属,而熔点一般低于其成分金属。
(9)金属氧化物与铝粉的混合物都是铝热剂。
(10)用金属钠在高温下还原TiCl4可制取金属钛。
(11)人类历史上使用铝的时间比铁晚,原因是铝的冶炼成本高。
(12)电解氯化镁溶液制取金属镁。
(1)√
(2)×
(3)×
(4)×
(5)√ (6)×
(7)×
(8)√ (9)×
(10)√ (11)×
(12)×
演练一 金属材料与合金
1.下列生活用品中主要由黑色金属材料制造的是( )
A.塑钢门窗
B.不锈钢刀
C.纯铜导线
D.18K金首饰
冶金工业上习惯把铁、铬、锰以及它们的合金(主要指合金钢及钢铁)叫作黑色金属材料。
塑钢门窗是以聚氯乙烯树脂为主要原料制造的,A项错误;
不锈钢刀为铁的合金,主要由黑色金属材料制造而成,B项正确;
纯铜导线为铜单质,铜属于有色金属,C项错误;
18K金首饰为金的合金,属于有色金属材料,D项错误。
2.C919大型飞机的制造采用了大量新材料铝锂合金。
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.铝锂合金的熔点比铝低
D.铝锂合金耐酸碱腐蚀
铝锂合金中的铝既能与酸反应,又能与碱反应,锂能与酸反应,故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。
演练二 金属的冶炼
3.(2020·
九江质检)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
D.MgCl2(aq)
Mg(OH)2
MgO
Mg
电解NaCl溶液生成NaOH、H2和Cl2,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。
4.金属铝质轻且有良好的防腐蚀性,在国防工业中有非常重要的应用。
完成下列填空:
(1)镓(Ga)与铝同主族。
写出镓的氯化物与氨水反应的化学方程式:
(2)用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。
例如:
2Al+4BaO
3Ba↑+BaO·
Al2O3
常温下Al的金属性比Ba的金属性 (填“强”或“弱”)。
利用上述方法可制取Ba的主要原因是___________________________________________________________。
a.高温时Al的活泼性大于Ba
b.高温有利于BaO分解
c.高温时BaO·
Al2O3比Al2O3稳定
d.Ba的沸点比Al的低
(1)由AlCl3与NH3·
H2O的反应可推出化学方程式。
(2)依据元素周期律可知,Al的金属性弱于Mg,Mg的金属性弱于Ba,所以Al的金属性弱于Ba。
应从化学平衡移动的观点分析此反应发生的原因。
(1)GaCl3+3NH3·
H2O===Ga(OH)3↓+3NH4Cl
(2)弱 d
有些很活泼的金属也可以用还原法来冶炼,如Na+KCl
K↑+NaCl、2RbCl+Mg
MgCl2+2Rb↑等,主要运用了化学平衡移动原理,利用K、Rb沸点低,汽化离开反应体系,使化学反应得以向正反应方向进行。
演练三 铝热反应及其应用
5.(教材改编题)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,关于铝热反应回答下列问题:
(1)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验,需要的试剂还有 。
A.KCl B.KClO3
C.MnO2D.Mg
(2)用等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物在一定条件下与Al粉进行铝热反应。
①引发铝热反应的操作是__________________________________________________
②产物中单质是 (写名称)。
(3)取少量
(1)中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)。
(1)做铝热反应的实验时,需要KClO3做助燃剂,且用镁条引燃。
(2)①在混合物上加少量KClO3固体并插上Mg条,点燃Mg条后放出热量,使KClO3固体分解放出O2,进一步加剧Mg的燃烧,可在短时间内使混合物温度迅速升高,引发反应。
②MgO不能与铝发生铝热反应,所以产物中单质为Fe。
(3)反应后固体混合物中若有Fe2O3,因发生反应:
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+===3Fe2+,Fe3+转化为Fe2+,加KSCN溶液不会变红。
(1)BD
(2)①加少量KClO3,插上镁条并将其点燃 ②铁
(3)不能 Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+===3Fe2+
1.(2018·
高考海南卷)铜是人类发现最早并广泛使用的一种金属。
回答下列问题:
(1)实验室使用稀硫酸和H2O2溶解铜片,该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)电子工业使用FeCl3溶液刻蚀印刷电路板铜箔,写出该过程的离子方程式:
配制的FeCl3溶液应保持 (填“酸性”“碱性”或“中性”),原因是________________________________________________________________________。
(3)溶液中Cu2+的浓度可采用碘量法测得:
①2Cu2++5I-===2CuI↓+I
②I
+2S2O
===S4O
+3I-
反应①中的氧化剂为 。
现取20.00mL含有Cu2+的溶液,加入足量的KI充分反应后,用0.1000mol·
L-1的Na2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液25.00mL,此溶液中Cu2+的浓度为 mol·
L-1。
(1)Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O
(2)Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+ 酸性 防止Fe3+水解生成Fe(OH)3
(3)Cu2+ 0.1250
2.(2018·
高考全国卷Ⅱ,26,14分)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。
一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·
L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子
Fe3+
Fe2+
Zn2+
Cd2+
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为_____________________________________
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有__________________________________________;
氧化除杂工序中ZnO的作用是 ,若不通入氧气,其后果是 。
(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为 ;
沉积锌后的电解液可返回 工序继续使用。
(1)在焙烧过程中ZnS和O2反应生成ZnO和SO2。
(2)溶液中的Pb2+与SO
不能共存生成PbSO4沉淀,SiO2不溶于H2SO4,即滤渣1中含SiO2和PbSO4。
氧化除杂过程中O2能将溶液中Fe2+氧化生成Fe3+,加入ZnO能调节溶液的pH,促进Fe3+完全水解。
由题表知Fe2+、Zn2+开始沉淀和沉淀完全时的pH非常接近,若不通入O2将Fe2+氧化为Fe3+,加入ZnO后无法除去Fe2+,会影响Zn的纯度。
(3)根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应为Cd2++Zn===Cd+Zn2+。
(4)结合图示可知电解ZnSO4溶液时生成Zn,即电解时Zn2+在阴极被还原,电极反应式为Zn2++2e-===Zn。
沉积Zn后的电解液中主要含有H2SO4,可返回溶浸工序中继续使用。
(1)2ZnS+3O2
2ZnO+2SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2+
(3)Cd2++Zn===Cd+Zn2+
(4)Zn2++2e-===Zn 溶浸
一、选择题
1.(新题预测)平昌冬奥会“北京8分钟”,主创团队用石墨烯制作了20℃能发热4h的智能服饰;
用铝合金管材和碳纤维制作了高2.35m、重量仅为10kg的熊猫木偶,向世界展现了新时代的中国形象。
下列说法中,不正确的是( )
A.石墨烯是能导热的金属材料
B.铝合金是密度较低的金属材料
C.碳纤维是耐低温的无机非金属材料
D.新型材料种类多、用途广
石墨烯为非金属材料,A错误。
怀化联考)下列有关金属的说法中正确的是( )
A.生铁比纯铁抗腐蚀能力更强
B.青铜、不锈钢、硬铝都是合金
C.性质越活泼的金属越早被人类冶炼和使用
D.单质铝在空气中比较耐腐蚀,所以铝是不活泼金属
生铁容易被腐蚀,比纯铁抗腐蚀能力弱,A项错误;
青铜、不锈钢、硬铝都是合金,B项正确;
性质越不活泼的金属越早被人类冶炼和使用,C项错误;
单质铝在空气中比较耐腐蚀,是因为其表面有一层致密的氧化膜,铝是活泼金属,D项错误。
河南八市第一次测评)《天工开物》中记载:
“凡铜供世用,出山与出炉,止有赤铜。
以炉甘石或倭铅参和,转色为黄铜;
以砒霜等药制炼为白铜;
矾、硝等药制炼为青铜。
”其中涉及的物质中熔点最高的是( )
A.青铜 B.黄铜
C.赤铜D.白铜
赤铜是纯度较高的铜,熔点比其合金高,青铜是铜
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