第7講-金屬材料和金屬礦物利用-2023年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)名師精講練(原卷版)

第7講金屬材料和金屬礦物利用[考情分析]高考對本節(jié)內(nèi)容的考查以金屬及其化合物的性質(zhì)、合金的性質(zhì)、金屬的冶煉、提純在日常生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用為主，高考題型有選擇題、實驗題、化學(xué)工藝流程題等。尤其是以金屬及其化合物化工生產(chǎn)為背景的工藝流程題和綜合實驗題將是考查的熱點。[考點過關(guān)]考點一銅及其化合物的性質(zhì)【落實基礎(chǔ)】銅元素位于元素周期表第周期族，簡化電子排布式為，處于元素周期表區(qū)，是過渡金屬元素的代表。銅元素的第一電離能（填大于或小于）鋅元素，第二電離能（填大于或小于）鋅元素。1、銅(1)物理性質(zhì)：____色固體，具有良好的延展性、導(dǎo)____性和導(dǎo)____性。金屬銅是____晶體，原子形成晶體時采用的堆積方式是____，配位數(shù)是____。(2)化學(xué)性質(zhì)：與非金屬反應(yīng)在加熱條件下，與______反應(yīng)生成____色的______，與Cl2反應(yīng)生成_______與鹽溶液的反應(yīng)與AgNO3、Hg(NO3)2發(fā)生置換反應(yīng)；與FeCl3反應(yīng)生成________和________與酸反應(yīng)與稀硝酸、濃硝酸、濃硫酸反應(yīng)生成Cu2＋和NO、NO2、SO22、氧化銅和氧化亞銅名稱氧化銅氧化亞銅顏色與酸反應(yīng)(H＋)Cu2O＋2H＋=Cu2＋＋Cu＋H2O與H2反應(yīng)穩(wěn)定性3、氫氧化銅(1)物理性質(zhì)：____色____溶于水的固體。(2)化學(xué)性質(zhì)：Cu(OH)2屬于________堿，能與____反應(yīng)生成鹽和水；新制的Cu(OH)2懸濁液與含____的有機物共熱可生成磚紅色Cu2O。4、銅鹽：（1）Cu2(OH)2CO3的名稱為堿式碳酸銅，是銅綠的成分，它是銅在潮濕的空氣中被銹蝕的結(jié)果，受熱易分解，分解的化學(xué)方程式為________。（2）CuSO4·5H2O為_____晶體，俗稱藍礬、膽礬，無水CuSO4為白色粉末，遇水變藍色(生成CuSO4·5H2O)，可作為___的檢驗依據(jù)。（3）[Cu(NH3)4]SO4是_____晶體，陽離子中存在的化學(xué)鍵有________。【考點突破】例題1、下列說法正確的是。①銅綠的主要成分是堿式碳酸銅，可用稀鹽酸除銅器表面的銅綠②除去Cu粉中混有CuO的方法是加入稀硝酸溶解、過濾、洗滌、干燥③將銅粉加入1.0mol·L－1Fe2(SO4)3溶液中，現(xiàn)象是溶液變藍，有黑色固體出現(xiàn)④鐵比銅活潑，鉚在銅板上的鐵釘在潮濕空氣中不易生銹⑤氧化銅可作為制造玻璃、搪瓷的紅色顏料⑥硫酸銅溶液可用作游泳池的消毒劑⑦為了避免青銅器生成銅綠，在青銅器的表面覆蓋一層防滲的高分子膜⑧1molCu和足量熱濃硫酸反應(yīng)可生成NA個SO3分子⑨冶煉銅的反應(yīng)為8CuFeS2＋21O28Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2，若CuFeS2中Fe的化合價為+2，反應(yīng)中被還原的元素是Cu和O⑩CuSO4溶液與過量濃氨水反應(yīng)的離子方程式：Cu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2↓+2NH4+?將CuCl2溶液在蒸發(fā)皿中加熱蒸干，得到無水CuCl2固體?H2通過灼熱的CuO粉末，反應(yīng)后固體物質(zhì)增重【易錯指導(dǎo)】（1）波爾多液消毒：主要應(yīng)用在農(nóng)業(yè)植物殺菌和公共場合的消毒。其主要成分組分CuSO4溶液、石灰水，原理是重金屬鹽能使蛋白質(zhì)變性。（2）制備CuSO4方案的選擇：方法如下：一是Cu→CuO→CuSO4,二是用銅和濃硫酸的反應(yīng)。方案的選擇主要從綠色化學(xué)概念角度進行：一是原料利用率高，節(jié)約成本；二是不產(chǎn)生有毒氣體，不造成大氣污染。與之相同的還有Cu(NO3)2的制備。（3）CuCl2溶液的蒸干、和含有結(jié)晶水時除去結(jié)晶水，分別對應(yīng)的操作是加入鹽酸，和在HCl氣氛中加熱。（4）粗銅的精煉：電解池中，粗銅作陽極，精銅作陰極，電解質(zhì)為硫酸銅溶液。陽極反應(yīng)：Cu-2e-=Cu2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-=Ni2+；陰極反應(yīng)：Cu2++e-=Cu，硫酸銅溶液濃度降低?！咀兪骄毩?xí)】1、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：下列說法正確的是()A．焙燒過程中每消耗1molCuS則消耗3molO2B．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CuCl2·2H2O晶體加熱可制得CuCl2固體2、某工業(yè)含銅廢料含有Cu、CuO、CuS、CuSO4等成分，利用該含銅廢料可生產(chǎn)硝酸銅晶體[Cu(NO3)2·3H2O]，生產(chǎn)的工藝流程如圖所示：回答下列問題：(1)“焙燒”過程中除生成SO2的反應(yīng)外，另外一個反應(yīng)的化學(xué)方程式是。(2)“酸化”過程為加快反應(yīng)速率，可采用的措施有(寫出一條即可)，“酸化”的目的是。(3)若試劑a為Zn，則“置換”的離子方程式為，濾液中溶質(zhì)的化學(xué)式是。(4)“淘洗”的作用是，若圖中淘洗液的主要溶質(zhì)與濾液的溶質(zhì)相同，則試劑b是。(5)“反應(yīng)”一步中使用20%HNO3和10%H2O2，整個過程無紅棕色氣體產(chǎn)生，則發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為；若該步驟只使用20%HNO3，隨著反應(yīng)的進行，溫度升高，出現(xiàn)大量紅棕色氣體，則還原劑與氧化劑的物質(zhì)的量之比為。(6)“一系列操作”是指化學(xué)實驗操作，這些操作的名稱是?！練w納延伸】銅的冶煉“兩方法”(1)濕法煉銅：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu。(2)高溫?zé)掋~：工業(yè)上用高溫冶煉黃銅礦的方法獲得銅(粗銅)：2CuFeS2＋4O2eq\o(=,\s\up7(800℃))Cu2S＋3SO2＋2FeO(爐渣)2Cu2S＋3O2eq\o(=,\s\up7(1200℃))2Cu2O＋2SO22Cu2O＋Cu2Seq\o(=,\s\up7(1200℃))6Cu＋SO2↑粗銅中銅的含量為99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等雜質(zhì)，粗銅通過電解精煉可得到純度達99.95%～99.98%的銅。電解精煉銅的原理是用粗銅作陽極，失電子變?yōu)镃u2＋，用純銅棒作陰極即可得精銅。考點二合金與金屬冶煉【落實基礎(chǔ)】1.合金（1）定義：由_____或_______________________________熔合而成的具有_____特性的物質(zhì)。（2）性能：合金具有許多良好的_____、_____或_____性能，_____一般比它的各成分金屬的大，_____一般比它的各成分金屬的低。2.金屬礦物的開發(fā)和利用（1）金屬冶煉的實質(zhì)：使金屬化合物中的金屬離子____電子被________為金屬單質(zhì)的過程：Mn＋＋ne－=M。（2）金屬冶煉的一般步驟：步驟目的礦石的富集除去雜質(zhì),提高礦石右的有用成分的含量冶煉利用氧化還原反應(yīng)原理,在一定條件下,用還原劑把金屬礦石中的金屬離子還原成金屬單質(zhì)精煉提高金屬的純度（3）金屬冶煉方法：（4）金屬的回收和資源的保護：廢舊金屬作為一種資源，加以回收再利用，這樣做，既減少了垃圾量防止污染環(huán)境又解決了資源短缺的矛盾?！究键c突破】例題2、下列說法正確的是。①金屬元素的單質(zhì)只有還原性，其離子只有氧化性②金屬元素的單質(zhì)在常溫下均為固體③工業(yè)上通過電解氯化鈉溶液制備金屬鈉和氯氣④釩、鉻、錳、鐵等難熔金屬通常采用鋁熱法煉制⑤合金的性質(zhì)與其成分金屬的性質(zhì)不完全相同⑥由鐵礦石煉成鐵是化學(xué)變化，由生鐵煉成鋼是物理變化⑦工業(yè)上電解熔融狀態(tài)的Al2O3制備Al不涉及氧化還原反應(yīng)⑧金屬冶煉的本質(zhì)是金屬陽離子得到電子變成金屬原子⑨在人類對金屬材料的使用過程中，性質(zhì)活潑的金屬單質(zhì)最早被人們冶煉和使用⑩單質(zhì)鋁在空氣中比較耐腐蝕，所以鋁是不活潑金屬?FeO投入稀H2SO4和稀HNO3中均得到淺綠色溶液?向一定量的Cu、Fe2O3的混合物中加入300mL1mol·L－1的鹽酸，恰好使混合物完全溶解，所得溶液中不含F(xiàn)e3＋。若用過量的CO在高溫下還原相同質(zhì)量的原混合物，固體減少的質(zhì)量為2.4g【易錯指導(dǎo)】（1）不同冶煉方法有不同的特點，如用氣態(tài)物質(zhì)還原時，氣體與礦石充分接觸，反應(yīng)速率快，無殘留，得到的金屬純度高；電解冶煉需消耗大量的電能；鋁熱反應(yīng)適用于高熔點金屬的冶煉。（2）當(dāng)一種金屬可用多種方法冶煉時，工業(yè)上一般采用經(jīng)濟效率高的方法。即熱分解法優(yōu)于焦炭還原法，焦炭還原法優(yōu)于鋁熱還原法，鋁熱還原法優(yōu)于電解法。從環(huán)保角度考慮，H2還原法又優(yōu)于C、CO還原法。（3）用還原劑還原法制得的金屬一般含有較多的有害雜質(zhì)，如含其它金屬或非金屬。為了滿足金屬的多種用途，除去金屬中的有害雜質(zhì)是必要的。低沸點金屬(如鋅和汞)可以用蒸餾法與較不易揮發(fā)的有害雜質(zhì)分離而達到提純；電解法精煉金屬是使用最廣泛的金屬精煉法，銅、銀、金、鉛等都可以用這種方法精煉。【變式練習(xí)】1.(2021·新高考河北卷)“灌鋼法”是我國古代勞動人民對eq\a\vs4\al(①鋼鐵)冶煉技術(shù)的重大貢獻，陶弘景在其《本草經(jīng)集注》中提到“鋼鐵是雜煉生作刀鐮者”?！肮噤摲ā敝饕菍q\a\vs4\al(②生鐵和熟鐵)(含碳量約0.1%)混合加熱，eq\a\vs4\al(③生鐵)eq\a\vs4\al(熔化灌入熟鐵，再鍛打成鋼)。下列說法錯誤的是()A．鋼是以鐵為主的含碳合金B(yǎng)．鋼的含碳量越高，硬度和脆性越大C．生鐵由于含碳量高，熔點比熟鐵高D.eq\a\vs4\al(④冶煉鐵的原料)之一赤鐵礦的主要成分為Fe2O32.實驗室利用硫酸廠燒渣(主要成分為鐵的氧化物及少量FeS、SiO2等)制備聚鐵(堿式硫酸鐵的聚合物)和綠礬(FeSO4·7H2O)，主要工藝流程如下。(1)將過程②產(chǎn)生的氣體通入下列溶液中，溶液會褪色的是________(填字母序號)。A．品紅溶液 B．紫色石蕊試液C．酸性KMnO4溶液D．溴水(2)過程①中，F(xiàn)eS、O2和H2SO4反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。(3)過程③中需加入的物質(zhì)是________________。(4)過程④中，蒸發(fā)結(jié)晶時需使用的儀器除酒精燈、三腳架外，還需要________________。(5)過程⑤調(diào)節(jié)pH可選用下列試劑中的________(填序號)。A．稀硫酸B．CaCO3C．NaOH溶液【過關(guān)演練】一、選擇題（本小題共12小題，共48分，每小題只有一個正確選項）1．（2022·廣東·高考真題）中華文明源遠流長，在世界文明中獨樹一幟，漢字居功至偉。隨著時代發(fā)展，漢字被不斷賦予新的文化內(nèi)涵，其載體也發(fā)生相應(yīng)變化。下列漢字載體主要由合金材料制成的是漢字載體選項A．獸骨B．青銅器C．紙張D．液晶顯示屏2．（2022·廣東·模擬預(yù)測）廣東南華寺還存有北齊孝昭帝皇建元年(公元560年)的銅佛造像，下列關(guān)于銅的電化學(xué)腐蝕與保護的說法正確的是A．銅在潮濕空氣中易發(fā)生析氫腐蝕B．銅在潮濕空氣發(fā)生化學(xué)腐蝕比發(fā)生電化學(xué)腐蝕更普遍C．銅表面的銅綠的主要成分是D．用稀硝酸可以清洗銅佛造像表面的銅綠3．（2022·山東·高三階段練習(xí)）實驗室中進行濃硫酸與銅的反應(yīng)，實驗過程如下：①向試管中倒入約為試管二分之一體積的濃硫酸；②向盛有濃硫酸的試管中加入少量銅片；③用試管夾夾在距管口約三分之一處，用酒精燈先預(yù)熱后集中加熱；④加熱至銅片開始溶解后，用手在管口輕輕扇動，使少量氣體飄入鼻孔，嗅聞產(chǎn)生氣體的氣味；⑤反應(yīng)完成后，趁熱將試管中的液體倒入盛有蒸餾水的燒杯中，觀察所得溶液顏色；⑥試管冷卻后先用自來水沖洗，再用蒸餾水洗凈。上述描述的操作中有幾處錯誤A．1處 B．2處 C．3處 D．4處4．（2022·重慶市育才中學(xué)模擬預(yù)測）某化學(xué)興趣小組通過查閱文獻，設(shè)計了從陽極泥(成分為Cu2S、Ag2Se、Au、Pt)中回收貴重金屬的工藝，其流程如圖所示。已知：“酸溶”時Pt、Au分別轉(zhuǎn)化為[PtCl6]2-和[AuCl4]-，下列判斷錯誤的是A．“焙燒”時，Cu2S轉(zhuǎn)化為CuO的反應(yīng)中氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為1:2B．“酸浸氧化”時，O2的作用之一是防止NO排放到空氣中污染環(huán)境C．“酸溶”時，金溶解的離子方程式為D．有機層中回收的金屬元素是Pt，萃取分液用到的玻璃儀器是分液漏斗和燒杯5．（2022·廣東·高三專題練習(xí)）部分含銅物質(zhì)的分類與相應(yīng)化合價關(guān)系如圖所示。下列推斷錯誤的是A．d的代表物質(zhì)高銅酸鉀具有強氧化性 B．將c加入濃堿液中可制得e的膠體C．的轉(zhuǎn)化可用于檢驗葡萄糖 D．存在的轉(zhuǎn)化關(guān)系6．（2022·北京北京二模）某同學(xué)進行如下實驗：實驗實驗現(xiàn)象ⅰ將銅粉加入試管中，再加入稀溶液變藍，液面上方呈淺紅棕色；至不再產(chǎn)生氣泡時，銅粉有剩余，余液呈酸性ⅱ繼續(xù)向ⅰ中試管加入少量固體又產(chǎn)生氣泡，銅粉減少，液面上方呈淺紅棕色ⅲ取飽和溶液，加入少量固體和銅粉無明顯變化下列說法不正確的是A．氧化性的強弱與其濃度大小有關(guān)B．ⅰ、ⅱ中銅粉減少的原因能用相同的離子反應(yīng)解釋C．ⅰ中余液呈酸性的主要原因是D．用一定濃度的與也能使銅粉溶解7．（2022年茂名一中高三月考）下列實驗裝置用于銅與濃硫酸反應(yīng)制取二氧化硫和硫酸銅晶體，能達到實驗?zāi)康牡氖茿．用圖甲裝置制取并收集二氧化硫B．用圖乙裝置向反應(yīng)后的混合物中加水稀釋C．用圖丙裝置過濾出稀釋后混合物中的不溶物D．用圖丁裝置將硫酸銅溶液蒸發(fā)濃縮后冷卻結(jié)晶8．（2022·山西·太原五中高三階段練習(xí)）納米氧化亞銅(Cu2O，顆粒直徑1~100nm)具有特殊的光學(xué)、光電和催化性能，采用化學(xué)沉淀法制備晶型結(jié)構(gòu)完整、粒度分布均勻的納米Cu2O(在潮濕空氣中會慢慢氧化生成CuO)的合成路線如圖所示。下列說法正確的是A．反應(yīng)Ⅰ為化合反應(yīng)B．操作X為過濾C．反應(yīng)Ⅱ中，每生成22.4L(標準狀況)N2，轉(zhuǎn)移4mol電子D．“洗滌”時，無水乙醇可用蒸餾水代替9．（2022·湖北武漢·高三階段練習(xí)）為研究甲醛與新制反應(yīng)的固體產(chǎn)物(固體A)成分，進行如下圖所示實驗。已知：、CuO均能溶于濃氨水，分別產(chǎn)生(無色)、(藍色)。下列說法錯誤的是A．甲醛與新制反應(yīng)時，作氧化劑B．②→④無色溶液變藍，說明固體A中一定存在C．③→⑤的反應(yīng)為D．去掉試管①的橡膠塞，一段時間后溶液變藍，也能確認固體A的成分10．（2022·遼寧·大連二十四中三模）銅和氧形成的一種離子化合物晶胞、C60晶胞如圖所示，下列說法中正確的是A．C60晶體采用的是分子密堆積方式，與每個C60距離最近且等距離的C60有12個B．銅和氧形成的離子化合物，銅離子的電荷數(shù)為+2C．C60是分子晶體，石墨是共價晶體D．基態(tài)銅原子的價層電子排布式為3d94s211．（2022·全國·高三專題練習(xí)）某銅礦石的主要成分是Cu2O還含有少量的Al2O3、Fe2O3和SiO2.某學(xué)習(xí)小組模擬化工生產(chǎn)設(shè)計了如下流程制備精銅。已知Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O。有關(guān)說法正確的是A．濾渣1的主要成分是SiO2B．加入氫氧化鈉的目的是為了去除鋁元素和鐵元素C．濾液1中鐵元素的化合價是+2D．濾液2中主要含有的是鋁離子12．（2021年湖南高考題）一種工業(yè)制備無水氯化鎂的工藝流程如下：

下列說法錯誤的是A．物質(zhì)X常選用生石灰B．工業(yè)上常用電解熔融制備金屬鎂C．“氯化”過程中發(fā)生的反應(yīng)為D．“煅燒”后的產(chǎn)物中加稀鹽酸，將所得溶液加熱蒸發(fā)也可得到無水二、非選擇題（本小題共4題，共52分）13．（2021年全國高考甲卷）膽礬()易溶于水，難溶于乙醇。某小組用工業(yè)廢銅焙燒得到的(雜質(zhì)為氧化鐵及泥沙)為原料與稀硫酸反應(yīng)制備膽礬，并測定其結(jié)晶水的含量?；卮鹣铝袉栴}：(1)制備膽礬時，用到的實驗儀器除量筒、酒精燈、玻璃棒、漏斗外，還必須使用的儀器有_______(填標號)。A．燒杯B．容量瓶C．蒸發(fā)皿D．移液管(2)將加入到適量的稀硫酸中，加熱，其主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______，與直接用廢銅和濃硫酸反應(yīng)相比，該方法的優(yōu)點是_______。(3)待完全反應(yīng)后停止加熱，邊攪拌邊加入適量，冷卻后用調(diào)為3.5～4，再煮沸，冷卻后過濾。濾液經(jīng)如下實驗操作：加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、_______、乙醇洗滌、_______，得到膽礬。其中，控制溶液為3.5～4的目的是_______，煮沸的作用是_______。(4)結(jié)晶水測定：稱量干燥坩堝的質(zhì)量為，加入膽礬后總質(zhì)量為，將坩堝加熱至膽礬全部變?yōu)榘咨?，置于干燥器中冷至室溫后稱量，重復(fù)上述操作，最終總質(zhì)量恒定為。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，膽礬分子中結(jié)晶水的個數(shù)為_______(寫表達式)。(5)下列操作中，會導(dǎo)致結(jié)晶水?dāng)?shù)目測定值偏高的是_______(填標號)。①膽礬未充分干燥②坩堝未置于干燥器中冷卻③加熱時有少膽礬迸濺出來14．（2022·全國乙卷·高考真題）二草酸合銅(Ⅱ)酸鉀()可用于無機合成、功能材料制備。實驗室制備二草酸合銅(Ⅱ)酸鉀可采用如下步驟：Ⅰ.取已知濃度的溶液，攪拌下滴加足量溶液，產(chǎn)生淺藍色沉淀。加熱，沉淀轉(zhuǎn)變成黑色，過濾。Ⅱ.向草酸()溶液中加入適量固體，制得和混合溶液。Ⅲ.將Ⅱ的混合溶液加熱至80-85℃，加入Ⅰ中的黑色沉淀。全部溶解后，趁熱過濾。Ⅳ.將Ⅲ的濾液用蒸汽浴加熱濃縮，經(jīng)一系列操作后，干燥，得到二草酸合銅(Ⅱ)酸鉀晶體，進行表征和分析。回答下列問題：(1)由配制Ⅰ中的溶液，下列儀器中不需要的是________(填儀器名稱)。(2)長期存放的中，會出現(xiàn)少量白色固體，原因是________。(3)Ⅰ中的黑色沉淀是________(寫化學(xué)式)。(4)Ⅱ中原料配比為，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式________。(5)Ⅱ中，為防止反應(yīng)過于劇烈而引起噴濺，加入應(yīng)采取________的方法。(6)Ⅲ中應(yīng)采用________進行加熱。(7)Ⅳ中“一系列操作”包括________。15．（2022·湖北·蘄春縣第一高級中學(xué)高三月考）某種電鍍污泥主要含有碲化亞銅()、三氧化二鉻()以及少量的金()，可用于制取溶液、金屬銅和粗碲等，以實現(xiàn)有害廢料的資源化利用，工藝流程如下：已知：煅燒時，發(fā)生的反應(yīng)為：(1)元素在元素周期表中的位置為___________，該元素最高化合價___________。(2)煅燒時，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________。(3)浸出液中除了含有(在電