第11講用途廣泛的金屬材料開發(fā)利用金屬礦物

1、第4講用途廣泛的金屬材料開發(fā)利用金屬礦物考綱要求1.掌握銅及其重要化合物的性質(zhì)。2.了解合金的概念及重要應(yīng)用。3.了解常見(jiàn)金屬的活動(dòng)順序及金屬冶煉的一般方法。4.了解化學(xué)科學(xué)發(fā)展對(duì)自然資源開發(fā)利用的作用?？键c(diǎn)一合金及常見(jiàn)金屬材料1合金2常見(jiàn)金屬材料(1)鋼鐵 (2) (3)【感悟測(cè)評(píng)】判斷正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)合金的成分都是金屬，屬于混合物。()(2)任何不同的金屬都可熔合為合金。()(3)鋼和生鐵的熔點(diǎn)都比純鐵低。()(4)常見(jiàn)的銅合金有青銅、黃銅和白銅。()(5)合金的化學(xué)性質(zhì)一般與其各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)不同。()答案：(1)×(2)×(3

2、)(4)(5)×(1)合金屬于混合物。(2)合金具有許多良好的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，在許多方面不同于其成分金屬，不是簡(jiǎn)單的加合，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)。考向一合金的性質(zhì)及應(yīng)用12016年在上海首飛的C919大型飛機(jī)采用了大量新材料鋁鋰合金。下列關(guān)于鋁鋰合金的說(shuō)法不正確的是()A鋁鋰合金是鋁與鋰形成的混合物B鋁鋰合金的硬度比鋰大C鋁鋰合金的熔點(diǎn)比鋁低D鋁鋰合金耐酸堿腐蝕解析：鋁鋰合金中的鋁能與酸和堿反應(yīng)，鋰能與酸反應(yīng)，故鋁鋰合金不耐酸堿腐蝕。答案：D22015年6月24日中國(guó)載人潛水器“蛟龍”號(hào)在西太平洋的馬里亞納海溝試驗(yàn)海域成功創(chuàng)造了載人深潛新的歷史

3、記錄，首次突破7 000米，最深達(dá)到7 020米海底?！膀札垺碧?hào)載人潛水器的外殼是耐超高壓的鈦合金，下列有關(guān)合金的說(shuō)法中正確的是()A鈦合金是一種新型的金屬單質(zhì)B鈦合金的熔點(diǎn)比成分金屬的低，硬度小C鈦合金的化學(xué)性質(zhì)與鈦單質(zhì)相同D青銅、碳素鋼、合金鋼和硬鋁均是合金解析：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)，不屬于新型金屬單質(zhì)，A錯(cuò)誤；合金的熔點(diǎn)一般比成分金屬的熔點(diǎn)低但硬度大，B錯(cuò)誤；合金的化學(xué)性質(zhì)與其成分金屬的化學(xué)性質(zhì)是相同的，鈦合金除具備鈦單質(zhì)的性質(zhì)外，還具有其他成分的性質(zhì)，C錯(cuò)誤。答案：D考向二合金成分的分析3取硬鋁樣品進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)(每一步試劑均過(guò)量)，由此

4、可以推知硬鋁的組成可能為()AAl、Mg、Si、ZnBAl、Fe、Zn、NaCAl、Na、Cu、Fe DAl、Cu、Mg、Si、Mn解析：硬鋁中一定含有Al，樣品加入足量稀鹽酸后有難溶物存在，說(shuō)明有金屬活動(dòng)性在H之后的金屬或非金屬存在，再加入濃NaOH溶液后有氣體生成和難溶物存在，根據(jù)題目信息可知硬鋁樣品中含有Si，最終的難溶物為Cu，D項(xiàng)中含有上述三種物質(zhì)。答案：D4部分氧化的FeCu合金樣品(氧化產(chǎn)物為Fe2O3、CuO)共 5.76 g，經(jīng)如下處理：下列說(shuō)法正確的是()A濾液A中的陽(yáng)離子為Fe2、Fe3、HB樣品中Fe元素的質(zhì)量為2.24 gC樣品中CuO的質(zhì)量為4.0 gDV896解析

5、：因?yàn)檠趸裕篎e3>Cu2>H，還原性：Fe>Cu，有氣體產(chǎn)生，則該氣體是H2，所以濾液A中陽(yáng)離子不可能有Fe3，而是Fe2、H，則A項(xiàng)錯(cuò)誤；最后的3.2 g固體為Fe2O3，其中Fe元素的質(zhì)量為2.24 g，B項(xiàng)正確；樣品中Cu元素和O元素共5.76 g2.24 g3.52 g，C項(xiàng)錯(cuò)誤；2.24 g Fe元素不可能全是單質(zhì)，故生成的H2標(biāo)準(zhǔn)狀況的體積小于896 mL，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：B考點(diǎn)二銅及其化合物1位置與物理性質(zhì)銅位于元素周期表的第四周期第B族，主要化合價(jià)為1、2。銅是紫紅色固體，其導(dǎo)電性僅次于銀。2化學(xué)性質(zhì)寫出圖中有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式2CuO2CO2

6、H2O=Cu2(OH)2CO3(綠色固體)S2CuCu2SCu2H2SO4(濃)CuSO4SO22H2OCu2Fe3=2Fe2Cu23銅的重要化合物(1)氧化物和氫氧化物物質(zhì)氧化銅氫氧化銅氧化亞銅化學(xué)式CuOCu(OH)2Cu2O狀態(tài)難溶于水的黑色固體(粉末)難溶于水的藍(lán)色固體不溶于水的紅色固體化學(xué)性質(zhì)CuO2H=Cu2H2OCuOH2CuH2OCuOCOCuCO2Cu(OH)22H=Cu22H2OCu(OH)2CuOH2OCu2O2H=Cu2CuH2OCu2OH22CuH2O(2)CuSO4·5H2O：藍(lán)色晶體，俗稱藍(lán)礬、膽礬。無(wú)水CuSO4遇水變藍(lán)色(生成CuSO4·5

7、H2O)，可作為水的檢驗(yàn)依據(jù)。CuSO4和石灰乳的混合液即為無(wú)機(jī)農(nóng)藥波爾多液，是一種良好的殺菌劑，可以用來(lái)防治多種作物的病害?！径嗑S思考】1黃銅和金的顏色均為黃色，如何鑒別？提示：測(cè)密度是否溶于稀硝酸測(cè)硬度2波爾多液是一種殺菌劑，它是由CuSO4、生石灰和水按一定比例配制而成的天藍(lán)色膠狀懸濁液，其殺菌的可能原因是什么？提示：CuSO4是重金屬鹽，能使蛋白質(zhì)變性。3某研究小組用廢銅粉制取膽礬，設(shè)計(jì)了如下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)方案：(1)CuCuSO4CuSO4·5H2O。(2)CuCuO硫酸銅溶液CuSO4·5H2O。(3)硫酸銅溶液CuSO4·5H2O。對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，你認(rèn)

8、為最好的是哪個(gè)方案？提示：(3)(1)通常利用反應(yīng)2CuO22CuO除去混合氣體中的少量O2。(2)常利用CuSO4轉(zhuǎn)化為CuSO4·5H2O時(shí)固體由白色粉末變成藍(lán)色晶體檢驗(yàn)少量水的存在。(3)銅在通入氧氣的情況下，可在稀的非氧化性酸(稀鹽酸、稀硫酸)中逐漸溶解：2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O。考向一銅及其化合物的性質(zhì)和應(yīng)用1銅在自然界多以化合態(tài)的形式存在于礦石中。常見(jiàn)的銅礦石有：黃銅礦(CuFeS2)、斑銅礦(Cu5FeS4)、輝銅礦(Cu2S)、孔雀石CuCO3·Cu(OH)2。下列說(shuō)法不正確的是 ()A可用稀鹽酸除去銅器表面的銅綠B硫酸銅溶液可用作游泳池

9、的消毒劑C工業(yè)上常采用電解法制取粗銅D在上述幾種含銅化合物中，銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的是Cu2S答案：C2已知CuO經(jīng)高溫灼燒生成Cu2O，Cu2O與H發(fā)生反應(yīng)：Cu2O2HCuCu2H2O。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)有分解答案：C3氫化亞銅(CuH)是一種難溶物質(zhì)，用CuSO4溶液和另一種“反應(yīng)物”在4050 時(shí)反應(yīng)可生成它。CuH不穩(wěn)定，易分解；Cu

10、H在氯氣中能燃燒，跟鹽酸反應(yīng)能產(chǎn)生氣體。下列有關(guān)推斷中錯(cuò)誤的是 ()A這里的“另一種反應(yīng)物”具有還原性BCuH可作氧化劑、還原劑CCuHCl2=CuCl十HCl(燃燒)DCuHHCl=CuClH2(常溫)解析：C項(xiàng)中Cl2具有強(qiáng)氧化性，產(chǎn)物應(yīng)為CuCl2和HCl。答案：C考向二銅的冶煉方法4在實(shí)驗(yàn)室里用鐵屑、氧化銅、稀硫酸為原料制備單質(zhì)銅，有下列兩種途徑：FeH2CuCuOCuSO4Cu若用這兩種方法制得等量的銅，則下列有關(guān)說(shuō)法符合實(shí)際情況的是 ()A消耗氧化銅的質(zhì)量相同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)量相同解析：制備1 mol Cu需要1 mol CuO，而H2還原C

11、uO時(shí)需要先用H2排除體系內(nèi)的空氣，冷卻時(shí)也需要繼續(xù)通H2，因此需要H2的量遠(yuǎn)大于1 mol，即消耗的Fe、H2SO4均比第種方法多。答案：A5孔雀石的主要成分為Cu2(OH)2CO3。某同學(xué)設(shè)計(jì)的從孔雀石中冶煉銅的方案如下(假設(shè)孔雀石中雜質(zhì)不溶于水和稀硫酸)：(1)反應(yīng)能觀察到的現(xiàn)象是_，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(2)反應(yīng)加入的金屬可能是_，有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為_。解析：(1)孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐漸溶解，溶液由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)色，且有氣泡產(chǎn)生；反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu2(OH)2CO32H2SO4=2CuSO4CO23H2O。(2)經(jīng)過(guò)濾除去難溶于水和稀硫酸的雜質(zhì)，是濾液中主要含有C

12、uSO4，加入的金屬粉末能將Cu2從溶液中置換出來(lái)即可，故金屬可能是Fe或Zn等。答案：(1)固體逐漸消失，溶液由無(wú)色變成藍(lán)色，有氣泡產(chǎn)生Cu2(OH)2CO32H2SO4=2CuSO4CO23H2O(2)鐵粉(答案合理即可)FeCu2=Fe2Cu考向三銅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系6(2018·邯鄲調(diào)研)某煉鐵廢渣中含有大量CuS及少量鐵的化合物，工業(yè)上以該廢渣為原料生產(chǎn)CuCl2·2H2O晶體的工藝流程如下：下列說(shuō)法正確的是 ()A焙燒過(guò)程中每消耗1 mol CuS則消耗3 mol O2B焙燒后的廢氣能夠使酸性高錳酸鉀溶液褪色C濾渣中主要含鐵的氧化物D將獲得的CuCl2

13、3;2H2O晶體加熱可制得CuCl2固體解析：A項(xiàng)，2CuS3O22CuO2SO2，由方程式可知，1 mol CuS消耗1.5 mol O2；B項(xiàng)，廢氣中含有SO2，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，正確；調(diào)節(jié)pH時(shí)，F(xiàn)e3水解轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3而除去，因而C項(xiàng)錯(cuò)誤；將CuCl2·2H2O直接加熱脫水，Cu2水解，HCl揮發(fā)產(chǎn)生Cu(OH)2，無(wú)法得到CuCl2，因而D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：B考點(diǎn)三金屬礦物的開發(fā)和利用1金屬在自然界中的存在2金屬冶煉的一般步驟3金屬冶煉的方法(用化學(xué)方程式表示)MgCl2(熔融)電解2Na+Cl22Al2O3(熔融) 電解Mg+Cl22Al2O3(熔融) 4Al+

14、3O2Fe2O3+3CO高溫2Fe+3CO2C+2CuO高溫2Cu+CO24鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象鎂帶劇烈燃燒，放出一定的熱，并發(fā)出耀眼的白光，氧化鐵和鋁粉在較高溫度下發(fā)生劇烈的反應(yīng)；紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中實(shí)驗(yàn)結(jié)論高溫下，鋁與氧化鐵發(fā)生反應(yīng)，放出大量的熱，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2AlFe2O3Al2O32Fe原理應(yīng)用制取熔點(diǎn)較高、活潑性弱于Al的金屬鉻、錳、鎢等；金屬焊接，如野外焊接鋼軌等【多維思考】1冶煉Mg時(shí)只能電解MgCl2，為什么不電解MgO?提示：MgO熔點(diǎn)太高，難熔化。2冶煉Al時(shí)只能電解Al2O3，為什么不電解AlCl3？加入冰晶石的目的是什么？提示：AlCl3是共價(jià)

15、化合物，熔融時(shí)不導(dǎo)電，加入冰晶石的目的是降低Al2O3的熔化溫度。3鋁熱反應(yīng)的本質(zhì)是利用鋁的還原性，是否所有的金屬氧化物都能和鋁發(fā)生鋁熱反應(yīng)？提示：否，判斷鋁熱反應(yīng)能否發(fā)生，應(yīng)看金屬的活動(dòng)性。1金屬的活動(dòng)性與冶煉方法的選擇金屬活動(dòng)性順序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、Ag冶煉方法電解法熱還原法熱分解法2.鋁熱反應(yīng)的三個(gè)注意事項(xiàng)(1)鋁熱反應(yīng)是在高溫干態(tài)下進(jìn)行的置換反應(yīng)，鋁只能與排在金屬活動(dòng)性順序中鋁后的金屬的氧化物反應(yīng)。(2)鋁熱反應(yīng)常出現(xiàn)在推斷題中。(3)鋁熱反應(yīng)不能用來(lái)冶煉大量的金屬鐵、銅等(要考慮冶煉成本)。 考向一金屬冶煉原理1工業(yè)上由含釩、鉻和錳的礦

16、物冶煉難熔的金屬釩、鉻和錳，通常采用的方法是()A碳還原法B鋁熱法還原C直接加熱法D鹽的水溶液與活潑金屬置換法解析：冶煉難熔金屬通常用鋁熱法還原。答案：B2下列金屬冶煉的反應(yīng)原理中錯(cuò)誤的是()AMgCl2(熔融)MgCl2BAl2O33H22Al3H2OCFe2O33CO2Fe3CO2D2Ag2O4AgO2解析：Al活動(dòng)性比H2強(qiáng)，不能用H2還原法進(jìn)行冶煉，而應(yīng)用電解法進(jìn)行冶煉。答案：B考向二鋁熱反應(yīng)及應(yīng)用3利用如圖裝置做鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法不正確的是()A該反應(yīng)的化學(xué)方程式是2AlFe2O32FeAl2O3B該反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生高溫，發(fā)出強(qiáng)光C根據(jù)鋁熱反應(yīng)的原理，可以冶煉某些金屬D若反應(yīng)中轉(zhuǎn)移3

17、mol電子，消耗氧化劑的物質(zhì)的量是1 mol解析：A項(xiàng)，鋁是活潑金屬，高溫條件下可置換出氧化鐵中的鐵，正確；B項(xiàng)，鋁熱反應(yīng)放出大量的熱，產(chǎn)生高溫、發(fā)出強(qiáng)光，正確；C項(xiàng)，高熔點(diǎn)的金屬可采用鋁熱法冶煉，正確；D項(xiàng)，鐵元素的化合價(jià)從3價(jià)降低到0價(jià)，因此1 mol Fe2O3在反應(yīng)中得到6 mol電子，則若反應(yīng)中轉(zhuǎn)移3 mol電子，則消耗氧化劑的物質(zhì)的量是0.5 mol，錯(cuò)誤。答案：D4把鋁粉和四氧化三鐵粉末配成鋁熱劑，分成兩等份。第一份在高溫下恰好完全反應(yīng)，然后將生成物和足量鹽酸反應(yīng)；第二份直接投入足量的NaOH溶液中，充分反應(yīng)。則前后兩種情況下生成氣體的體積之比是(相同狀態(tài)下)()A11B98C3

18、4D43解析：根據(jù)鋁粉和四氧化三鐵恰好完全反應(yīng)可得，F(xiàn)e3O4與Al的物質(zhì)的量之比為38，故反應(yīng)后的鐵粉和反應(yīng)前鋁粉的物質(zhì)的量之比為98，再通過(guò)鐵粉與鹽酸的反應(yīng)，以及鋁粉與NaOH溶液的反應(yīng)可知，生成氣體的體積之比為 912，即34。答案：C1(2016·四川理綜)CuCl廣泛應(yīng)用于化工和印染等行業(yè)。某研究性學(xué)習(xí)小組擬熱分解CuCl2·2H2O制備CuCl，并進(jìn)行相關(guān)探究。資料查閱 實(shí)驗(yàn)探究該小組用下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(夾持儀器略)請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)儀器X的名稱是_。(2)實(shí)驗(yàn)操作的先后順序是a_e(填操作的編號(hào))。a檢查裝置的氣密性后加入藥品b熄滅酒精燈，冷卻c在“氣

19、體入口”處通入干燥HCld點(diǎn)燃酒精燈，加熱e停止通入HCl，然后通入N2(3)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，觀察到B中物質(zhì)由白色變?yōu)樗{(lán)色，C中試紙的顏色變化是_。(4)裝置D中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的離子方程式是_。探究反思(5)反應(yīng)結(jié)束后，取出CuCl產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其中含有少量的CuCl2或CuO雜質(zhì)。根據(jù)資料信息分析：若雜質(zhì)是CuCl2，則產(chǎn)生的原因是_。若雜質(zhì)是CuO，則產(chǎn)生的原因是_。解析：(1)根據(jù)儀器X的構(gòu)造特點(diǎn)知其名稱為干燥管；(2)加熱CuCl2·2H2O制備CuCl，為防止生成的CuCl被空氣中的氧氣氧化和Cu水解，必須要先通入干燥的HCl氣體趕走裝置中的空氣再加熱，且要在HCl氣

20、流中加熱制備，反應(yīng)結(jié)束后先熄滅酒精燈，繼續(xù)通入氮?dú)庵敝裂b置冷卻，所以操作順序?yàn)椋篴cdbe；(3)B中有白色變?yōu)樗{(lán)色，說(shuō)明有水生成，產(chǎn)物中還有Cl2，所以C中石蕊試紙先逐漸變?yōu)榧t色，后褪色；(4)D中是Cl2和NaOH反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，反應(yīng)的離子方程式為：Cl22OH=ClClOH2O；(5)根據(jù)題給信息知若雜質(zhì)是CuCl2，說(shuō)明CuCl2沒(méi)能完全反應(yīng)，原因?yàn)榧訜釙r(shí)間不足或溫度偏低；若雜質(zhì)是氧化銅，說(shuō)明CuCl2水解生成Cu2(OH)2Cl2，進(jìn)一步分解生成CuO，原因是通入HCl的量不足。答案：(1)干燥管(2)cdb(3)先變紅，后褪色(4)Cl22OH=ClClOH2O(5)加熱時(shí)間不足或溫度偏低通入HCl的量不足2(2015·天津理綜)廢舊印刷電路板是一種電子廢棄物，其中銅的含量達(dá)到礦石中的幾十倍。濕法技術(shù)是將粉碎的印刷電路板經(jīng)溶解、萃取、電解等操作得到純銅等產(chǎn)品。某化學(xué)小組模擬該方法回收銅和制取膽礬，流程簡(jiǎn)圖如下：回答下列問(wèn)題：(1)反應(yīng)是將Cu轉(zhuǎn)化為Cu(NH3)，反應(yīng)中H2O2的作用是_。寫出操作的名稱：_。(2)反應(yīng)是銅氨溶液中的Cu(NH3)與有機(jī)物RH反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的離子方程式：_。操作用到的主要