2020屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題3.4金屬材料及金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用（講）（含解析）.docx

專(zhuān)題3.4 金屬材料及金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用1.了解金屬活動(dòng)性順序，合金的概念及其重要應(yīng)用。2.了解銅及其重要化合物的制備方法，掌握其性質(zhì)及應(yīng)用。3.了解自然資源綜合利用(如金屬冶煉)、材料、能源、環(huán)境保護(hù)等社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題。知識(shí)點(diǎn)一 銅及其化合物 1銅(1)物理性質(zhì)：紫紅色固體，具有良好的延展性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。(2)化學(xué)性質(zhì)反應(yīng)物化學(xué)方程式非金屬O2潮濕的空氣中：2CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO3(堿式碳酸銅，綠色)2CuO22CuO(_黑色_固體)Cl2CuCl2CuCl2(_棕黃_色煙)S2CuSCu2S氧化性酸濃硫酸Cu2H2SO4(濃)CuSO4SO22H2O濃硝酸Cu4HNO3(濃)=Cu(NO3)22NO22H2O稀硝酸3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O鹽AgNO3、FeCl3Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag、Cu2FeCl3=CuCl22FeCl22.銅的氧化物和氫氧化物氧化銅氧化亞銅氫氧化銅化學(xué)式CuOCu2OCu(OH)2狀態(tài)不溶于水的黑色固體(粉末)不溶于水的紅色固體不溶于水的藍(lán)色固體化學(xué)性質(zhì)CuO2H=Cu2H2OCuOH2CuH2OCuOCOCuCO2Cu2O2H=Cu2CuH2OCu2OH22CuH2OCu(OH)22H=Cu22H2OCu(OH)2CuOH2O3.銅鹽(1)Cu2(OH)2CO3的名稱(chēng)為堿式碳酸銅，是銅綠的成分，它是銅在潮濕的空氣中被銹蝕的結(jié)果，它受熱易分解：Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO2。(2)無(wú)水CuSO4是白色粉末，遇水變藍(lán)色(生成CuSO45H2O)，可作為反應(yīng)產(chǎn)物中是否含水的檢驗(yàn)依據(jù)，但不適于作干燥劑。CuSO45H2O為藍(lán)色晶體，俗稱(chēng)藍(lán)礬或膽礬，受熱易分解：CuSO45H2OCuSO45H2O，藍(lán)色晶體受熱轉(zhuǎn)化為白色粉末。(3)銅鹽溶液有毒，主要是因?yàn)殂~離子作為一種重金屬離子能與蛋白質(zhì)作用，使蛋白質(zhì)變性失去生理活性，因此人們利用了它的這一性質(zhì)用膽礬、熟石灰、水配成了波爾多液，用來(lái)殺滅植物的害蟲(chóng)。【典例1】（2019河北邯鄲一中模擬）某研究小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究Cu及其化合物的性質(zhì)，下列操作正確且能達(dá)到目的的是()A將銅絲插入濃硫酸中加熱，反應(yīng)后把水加入反應(yīng)器中，觀察硫酸銅溶液的顏色B常溫下將銅絲伸入盛滿(mǎn)氯氣的集氣瓶中，觀察CuCl2的生成C將CuCl2溶液在蒸發(fā)皿中加熱蒸干，得到無(wú)水CuCl2固體D將表面有銅綠Cu2(OH)2CO3的銅器放入鹽酸中浸泡，除去銅綠【解析】A項(xiàng)，反應(yīng)后，應(yīng)將反應(yīng)后液體倒入盛水的燒杯中，并不斷攪拌；B項(xiàng)，應(yīng)將銅絲加熱到紅熱后伸入盛滿(mǎn)氯氣的集氣瓶中；C項(xiàng)，CuCl2水解生成的鹽酸易揮發(fā)，加熱蒸干CuCl2溶液得不到無(wú)水CuCl2固體?！敬鸢浮緿【變式1】（2019江蘇鹽城一中模擬）在實(shí)驗(yàn)室里用鐵屑、氧化銅、稀硫酸為原料制備銅，有下列兩種途徑。若用這兩種方法制得的銅質(zhì)量相等，則下列有關(guān)說(shuō)法符合實(shí)際情況的是()(1)FeH2Cu；(2)CuOCuSO4Cu。A消耗氧化銅的質(zhì)量不同B消耗鐵的質(zhì)量相同C消耗硫酸的質(zhì)量相同D生成硫酸亞鐵的質(zhì)量不同【解析】途徑(1)中用H2還原CuO時(shí)，實(shí)驗(yàn)前需先通H2排出裝置中的空氣，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)要繼續(xù)通H2至試管冷卻，故利用途徑(1)制取1 mol Cu，消耗的H2大于1 mol，即Fe和H2SO4的消耗量均為(1)(2)，生成FeSO4的質(zhì)量(1)(2)，但兩種途徑中消耗CuO的質(zhì)量相等?！敬鸢浮緿知識(shí)點(diǎn)二 合金金屬材料1合金(1)概念：合金是指兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。(2)性能：合金具有不同于各成分金屬的物理、化學(xué)性能或機(jī)械性能。熔點(diǎn)：一般比它的各成分金屬的低；硬度和強(qiáng)度：一般比它的各成分金屬的大。2常見(jiàn)金屬材料及應(yīng)用金屬材料(1)重要的黑色金屬材料鋼鋼是用量最大、用途最廣的合金。鋼(2)幾種有色金屬材料鋁及鋁合金銅及銅合金【歸納總結(jié)】合金的組成與性質(zhì)(1)構(gòu)成合金的成分不一定是兩種或兩種以上的金屬，也可以是金屬與非金屬，合金中一定含金屬元素。合金一定是混合物。(2)常溫下，多數(shù)合金是固態(tài)，但鉀、鈉合金呈液態(tài)。(3)合金的性質(zhì)不是各成分金屬的性質(zhì)之和。合金具有許多良好的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，在許多方面不同于各成分金屬，不是簡(jiǎn)單加和；但在化學(xué)性質(zhì)上，一般認(rèn)為合金體現(xiàn)的是各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)。3金屬的性質(zhì)與金屬冶煉(1)應(yīng)用金屬活動(dòng)順序表整合金屬的性質(zhì)金屬活動(dòng)性順序K、Ca、NaMgAl、ZnFe、Sn、Pb(H)Cu、Hg、AgPt、Au與O2反應(yīng)常溫下易被氧化，點(diǎn)燃生成過(guò)氧化物或其他復(fù)雜氧化物常溫下一般生成致密的氧化膜(鐵在潮濕的空氣中生成疏松的鐵銹，不能保護(hù)內(nèi)部金屬)加熱化合不反應(yīng)與H2O反應(yīng)常溫下生成堿和氫氣與熱水反應(yīng)有堿存在與水反應(yīng)與高溫水蒸氣反應(yīng)不反應(yīng)與非氧化性酸反應(yīng)生成鹽和氫氣生成鹽和氫氣不反應(yīng)與鹽溶液反應(yīng)先與水反應(yīng)，生成的堿再與鹽反應(yīng)排在前面的金屬能把排在后面的金屬?gòu)钠潲}溶液中置換出來(lái) (2)金屬活動(dòng)順序與金屬冶煉的關(guān)系熱分解法：適用于不活潑的金屬，如Hg和Ag。由HgO冶煉Hg的化學(xué)方程式：2HgO2HgO2；由Ag2O冶煉Ag的化學(xué)方程式：2Ag2O4AgO2。熱還原法：用還原劑(C、CO、H2、Al等)還原金屬氧化物，適合較活潑的金屬。完成冶煉鐵、鋅、鎢的化學(xué)方程式：aCO還原Fe3O4：Fe3O44CO3Fe4CO2；bC還原ZnO：ZnOCZnCO；cH2還原WO3：WO33H2W3H2O。電解法：適合冶煉金屬活動(dòng)性很強(qiáng)的金屬(一般指在金屬活動(dòng)性順序中排在鋅前面的金屬)。工業(yè)上用電解法冶煉Na、Mg、Al的化學(xué)方程式分別為2NaCl(熔融)2NaCl2、MgCl2(熔融)MgCl2、2Al2O34Al3O2?！镜淅?】（2019黑龍江牡丹江一中模擬）鋁鎂合金因堅(jiān)硬、輕巧、美觀、潔凈、易于加工而成為新型建筑裝潢材料，主要用于制作窗框、卷簾門(mén)、防護(hù)欄等。下列與這些用途無(wú)關(guān)的性質(zhì)是()A不易生銹B導(dǎo)電性好C密度小 D強(qiáng)度高【解析】合金材料在日常生活中使用很廣泛，鋁鎂合金在家居裝潢中經(jīng)常會(huì)用到。鋁鎂合金強(qiáng)度高，制成的門(mén)窗、防護(hù)欄等堅(jiān)硬牢固；密度小，同體積時(shí)比較輕，方便運(yùn)輸、搬運(yùn)；不容易生銹，制成的裝潢材料經(jīng)久耐用；只有導(dǎo)電性好與這方面的用途無(wú)關(guān)?！敬鸢浮緽【變式2】(2019河北石家莊二中模擬)下列制備金屬單質(zhì)的方法或原理正確的是()A在高溫條件下，用H2還原MgO制備單質(zhì)MgB在通電條件下，電解熔融Al2O3制備單質(zhì)AlC工業(yè)上金屬M(fèi)g、Cu都是用熱還原法制得的D加強(qiáng)熱，使CuO在高溫條件下分解制備單質(zhì)Cu【解析】Mg的活潑性強(qiáng)，不能用H2還原法制備Mg，而是用電解熔融MgCl2的方法制備；CuO加強(qiáng)熱分解生成Cu2O而不是Cu。【答案】B考點(diǎn)一 銅及其化合物【典例3】 (2018海南化學(xué))銅是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)最早并廣泛使用的一種金屬。回答下列問(wèn)題：(1)實(shí)驗(yàn)室使用稀硫酸和H2O2溶解銅片，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。(2)電子工業(yè)使用FeCl3溶液刻蝕印刷電路板銅箔，寫(xiě)出該過(guò)程的離子方程式_，配制的FeCl3溶液應(yīng)保持_(填“酸性”“堿性”或“中性”)，原因是_。(3)溶液中Cu2的濃度可采用碘量法測(cè)得：2Cu25I=2CuIII2S2O=S4O3I反應(yīng)中的氧化劑為_(kāi)?！窘馕觥浚?）H2O2在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性，能跟銅反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CuH2O2H2SO4CuSO42H2O。（2）FeCl3溶液刻蝕印刷電路板銅箔，是鐵離子把銅氧化成銅離子，反應(yīng)的離子方程式為Cu2Fe3Cu22Fe2。由于Fe3+易水解，因此FeCl3溶液應(yīng)保持酸性，目的是防止Fe3水解生成Fe(OH)3。（3）反應(yīng)中的銅的化合價(jià)由+2+1價(jià)，化合價(jià)降低，因此，氧化劑為Cu2?！敬鸢浮?1)CuH2O2H2SO4=CuSO42H2O(2)Cu2Fe3=Cu22Fe2酸性防止Fe3水解生成Fe(OH)3(3)Cu2【變式3】（2019山西太原五中模擬）已知CuO經(jīng)高溫灼燒生成Cu2O，Cu2O與H 發(fā)生反應(yīng)：Cu2O2H=CuCu2H2O。將經(jīng)高溫灼燒后的CuO樣品投入足量的熱的稀硝酸溶液中，下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是()A如果溶液變?yōu)樗{(lán)色，同時(shí)有紫紅色固體出現(xiàn)，說(shuō)明樣品全部生成Cu2OB溶液中最終可能有紫紅色固體出現(xiàn)C該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果無(wú)法說(shuō)明CuO分解的程度D如果溶液中出現(xiàn)藍(lán)色，最終沒(méi)有紫紅色固體出現(xiàn)，說(shuō)明CuO沒(méi)有分解【解析】解答此題的關(guān)鍵是明確稀硝酸具有酸性和強(qiáng)氧化性，能溶解CuO、Cu2O和單質(zhì)Cu，因而該實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)法說(shuō)明CuO分解的程度?！敬鸢浮緾考點(diǎn)二、金屬材料的性質(zhì)及其應(yīng)用【典例4】下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A(2014廣東高考)制飯勺、飯盒、高壓鍋等的不銹鋼不是合金B(yǎng)(2018天津卷) 商代后期鑄造出工藝精湛的后(司)母戊鼎，該鼎屬于銅合金制品C(2019天津卷)鋁中添加適量鋰，制得低密度、高強(qiáng)度的鋁合金，可用于航空工業(yè)D(2019全國(guó)卷) 鋁合金大量用于高鐵建設(shè)【解析】不銹鋼是鐵與鉻、鎳等形成的合金，A錯(cuò)誤；商代后期鑄造出工藝精湛的后(司)母戊鼎屬于青銅器，青銅是銅錫合金，B正確；鋁中添加適量鋰，制得低密度、高強(qiáng)度的鋁合金，可用于航空工業(yè)，C正確；鋁合金具有密度小、硬度大等優(yōu)點(diǎn)，可大量用于高鐵建設(shè)，D正確?！敬鸢浮緼【變式4】（2019河北省衡水第一中學(xué)調(diào)研）國(guó)產(chǎn)大型客機(jī)C919首飛成功，即將量產(chǎn)。C919機(jī)身部分采用第三代新型鋁鋰合金材料。下列關(guān)于鋁鋰合金的認(rèn)識(shí)不正確的是( )A. 鋁鋰合金密度較小，強(qiáng)度較大，硬度大于純鋁，熔點(diǎn)低于鋰單質(zhì)B. 改變?cè)系呐浔?，可以制得性能不同的鋁鋰合金C. 鋁鋰合金具有金屬光澤，可導(dǎo)電導(dǎo)熱D. 鋁鋰合金的性質(zhì)與各成分金屬的性質(zhì)完全相同【解析】合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬的熔點(diǎn)低，硬度大于其成分金屬，故A正確；合金的性質(zhì)與成分的含量有關(guān)，所以改變?cè)系呐浔?，可以制得性能不同的鋁鋰合金，故B正確；鋁鋰合金具有金屬材料的一些通性，有金屬光澤，可導(dǎo)電導(dǎo)熱，故C正確合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬的熔點(diǎn)低，硬度大于其成分金屬，所以鋁鋰合金的性質(zhì)與各成分金屬的性質(zhì)不完全相同，故D錯(cuò)誤?！敬鸢浮?D考點(diǎn)三 金屬的冶煉【典例5】（2019江蘇揚(yáng)州中學(xué)模擬）金屬鋁質(zhì)輕且有良好的防腐蝕性，在國(guó)防工業(yè)中有非常重要的應(yīng)用。完成下列填空：(1)鎵(Ga)與鋁同主族，鎵的氯化物與氨水反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。(2)用鋁和金屬氧化物反應(yīng)制備金屬單質(zhì)是工業(yè)上較常用的方法。如：2Al4BaO3BaBaOAl2O3常溫下Al的金屬性比Ba的金屬性_(填“強(qiáng)”或“弱”)。利用上述方法可制取Ba的主要原因是_。a高溫時(shí)Al的活潑性大于Bab高溫有利于BaO分解c高溫時(shí)BaOAl2O3比Al2O3穩(wěn)定dBa的沸點(diǎn)比Al的低【解析】(1)由AlCl3與NH3H2O的反應(yīng)可推出化學(xué)方程式。(2)依據(jù)元素周期律可知Al的金屬性弱于Mg，Mg的金屬性弱于Ba。應(yīng)從化學(xué)平衡移動(dòng)的觀點(diǎn)分析此反應(yīng)發(fā)生的原因。【答案】(1)GaCl33NH3H2O=Ga(OH)33NH4Cl(2)弱d【方法技巧】有些很活潑的金屬也可以用還原法來(lái)冶煉，如NaKClKNaCl2RbClMgMgCl22Rb等，主要運(yùn)用了化學(xué)平衡移動(dòng)原理，利用K、Rb沸點(diǎn)低，汽化離開(kāi)反應(yīng)體系，使化學(xué)反應(yīng)得以向正反應(yīng)方向進(jìn)行。【變式6】 （2019河南開(kāi)封一中模擬）下表中金屬的冶煉原理與方法不完全正確的是