优化方案届高三化学一轮复习第3章金属及其化合物第4讲用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物.docx
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第四讲 用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物
[考纲展示]
1.了解常见金属的活动顺序及金属冶炼的一般方法。
2.了解合金的概念及重要应用。
3.知道铜及其重要化合物的性质。
4.了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用。
考点一 铜及其重要化合物[学生用书P62]
一、铜的化学性质
反应物
化学方程式
非金属
O2
(1)潮湿的空气中:
2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜,绿色)
(2)2Cu+O2
2CuO(黑色固体)
Cl2
Cu+Cl2
CuCl2(棕黄色烟)
S
2Cu+S
Cu2S
氧化性酸
浓硫酸
Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O
浓硝酸
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
稀硝酸
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
盐
AgNO3、FeCl3
Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag、Cu+2FeCl3===CuCl2+2FeCl2
二、氧化铜和氢氧化铜
物质
氧化铜
氢氧化铜
化学式
CuO
Cu(OH)2
颜色状态
黑色固体(粉末)
蓝色固体
水溶性
不溶
不溶
化学性质
CuO+2H+===Cu2++H2OCuO+H2
Cu+H2OCuO+CO
Cu+CO2
Cu(OH)2+2H+===Cu2++2H2OCu(OH)2
CuO+H2O
三、硫酸铜
1.CuSO4·5H2O为蓝色晶体,俗称蓝矾或胆矾,受热易分解为白色粉末CuSO4和水。
2.无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O),可作为水的检验试剂,但不适于作干燥剂。
(1)Cu在加热条件下与O2非常容易反应,利用这一性质,可把Cu作为O2的吸收剂。
若在实验题中看到加热的铜网或铜粉,应想到这一作用。
(2)无水CuSO4常用作水的检验试剂;由于其吸水效率不是太高,一般不作干燥剂使用。
(3)铜盐属于重金属盐,可使蛋白质变性,故铜盐有毒。
农业上常用石灰乳和CuSO4混合使用,是被称为“波尔多液”的农药。
(2015·最新调研)某课外研究小组,用含有较多杂质的铜粉,通过不同的化学反应制取胆矾。
其设计的实验过程为
(1)杂铜中含有大量的有机物,可采用灼烧的方法除去有机物,灼烧时将瓷坩埚置于________上(用以下所给仪器的编号填空,下同),取用坩埚应使用________,灼烧后的坩埚应放在________上,不能直接放在桌面上。
实验所用仪器:
a.蒸发皿 b.石棉网 c.泥三角 d.表面皿 e.坩埚钳 f.试管夹
(2)杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物,灼烧后含有少量铜的可能原因是________。
a.灼烧过程中部分氧化铜被还原
b.灼烧不充分铜未被完全氧化
c.氧化铜在加热过程中分解生成铜
d.该条件下铜无法被氧气氧化
(3)通过途径Ⅱ实现用粗制氧化铜制取胆矾,必须进行的实验操作步骤:
酸溶、加热通氧气、过滤、________、冷却结晶、________、自然干燥。
(4)由粗制氧化铜通过两种途径制取胆矾,与途径Ⅰ相比,途径Ⅱ有明显的两个优点是①________________________________、②________________________________。
[解析]
(1)因加热坩埚时温度较高,应放在泥三角上进行加热,且取用坩埚时要用坩埚钳,并且为防止坩埚炸裂和烧坏桌面,灼烧后的坩埚要在石棉网上冷却,不能直接放在桌面上。
(2)灼烧后含有少量铜,其原因可能是灼烧不充分,铜未被完全氧化,也可能是灼烧过程中部分氧化铜被还原。
(3)利用途径Ⅱ制取胆矾时,必须先加酸将氧化铜溶解,加热通氧气将Cu氧化,过滤除去粗制氧化铜中的不溶物杂质后,然后再蒸发溶剂,冷却结晶,再过滤得晶体,最后将其干燥,由此可写出答案。
(4)根据途径Ⅰ的反应化学方程式Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O和途径Ⅱ的反应化学方程式2Cu+O2+2H2SO4(稀)
2CuSO4+2H2O,可以看出途径Ⅱ的优点是:
①产生等量的胆矾比途径Ⅰ耗硫酸少;②途径Ⅱ不产生污染大气的气体(SO2)。
[答案]
(1)c e b
(2)ab (3)蒸发 过滤
(4)产生等量胆矾途径Ⅱ消耗硫酸少 途径Ⅱ不会产生污染大气的气体
1.(2015·高考四川卷)下列有关CuSO4溶液的叙述正确的是( )
A.该溶液中Na+、NH
、NO
、Mg2+可以大量共存
B.通入CO2气体产生蓝色沉淀
C.与H2S反应的离子方程式:
Cu2++S2-===CuS↓
D.与过量浓氨水反应的离子方程式:
Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH
解析:
选A。
A.CuSO4溶液显酸性,Na+、NH
、NO
、Mg2+可以大量共存,A项正确;B.CO2与CuSO4溶液不发生反应,违背了强酸制弱酸的原理,B项错误;C.H2S属于弱电解质,书写离子反应方程式时,要写化学式,C项错误;D.CuSO4溶液与过量浓氨水反应生成四氨基合铜离子,D项错误。
题组一 铜及其化合物的性质
1.下表中,对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是( )
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
铜绿的主要成分是碱式碳酸铜
可用稀盐酸除铜器表面的铜绿
Ⅰ对;Ⅱ对;无
B
铜表面易形成致密的氧化膜
铜制容器可以盛放浓硫酸
Ⅰ对;Ⅱ对;有
C
向硫酸铜溶液中通入氨气,有深蓝色沉淀产生,过滤后灼烧滤渣,最后变成黑色固体
把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧,铜丝表面变黑
Ⅰ对;Ⅱ对;有
D
蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化
硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
Ⅰ错;Ⅱ对;无
解析:
选D。
稀盐酸可以与Cu2(OH)2CO3反应,而且稀盐酸不能与Cu反应,所以可用稀盐酸除铜器表面的铜绿Cu2(OH)2CO3,Ⅰ、Ⅱ有因果关系,A错误;铜表面不能形成致密的氧化膜,铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应,所以不能用铜制容器盛装浓硫酸,B错误;硫酸铜与氨水生成Cu(OH)2,Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO,Ⅰ、Ⅱ均正确,但没有因果关系,C错误;蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末有新物质生成,属于化学变化,CuSO4可用作消毒剂,但与前者没有因果关系,D正确。
2.氢氧化铜和碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]均可溶于盐酸转化为氯化铜。
在高温下这两种化合物均能分解生成氧化铜。
溶解25.25g的上述混合物,恰好消耗1.0mol·L-1盐酸500mL。
灼烧等量的上述混合物,得到的氧化铜质量为( )
A.15gB.20g
C.30gD.35g
解析:
选B。
用盐酸溶解上述混合物,最后所得溶液为CuCl2溶液,根据Cl-守恒得n(CuCl2)=
=0.25mol。
根据Cu元素守恒得n(CuO)=0.25mol,其质量为0.25mol×80g·mol-1=20g。
题组二 铜及其化合物的综合应用
3.工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下:
(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)用稀H2SO4浸泡熔渣B,取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中存在________(填离子符号),检验溶液中还存在Fe2+的方法是______________(注明试剂、现象)。
(3)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(1)由转化关系可知A中含有SO2,故可利用碱性溶液吸收。
稀HNO3虽然也能与SO2反应,但又会放出有毒气体NO,故不能选b。
(2)Fe2+具有强还原性,可利用KMnO4溶液来检验,若KMnO4溶液褪色,则说明溶液中含有Fe2+。
(3)由泡铜冶炼粗铜利用了铝的强还原性(铝热反应)。
Cu2O中铜元素为+1价,利用得失电子守恒配平反应方程式:
3Cu2O+2Al
Al2O3+6Cu。
答案:
(1)cd
(2)Fe3+ 取少量溶液,滴加KMnO4溶液,KMnO4溶液褪色
(3)3Cu2O+2Al
Al2O3+6Cu
4.铜器久置,表面会生成一层绿色固体,某化学兴趣小组收集家中铜器表面的绿色固体进行探究。
查阅相关资料后,得知该绿色物质是碱式碳酸铜。
该小组同学利用如图装置进行实验,探究碱式碳酸铜的分解产物。
①对试管内的绿色固体进行加热至完全分解,观察到A装置中绿色固体逐渐变成黑色,B装置中无水硫酸铜变成蓝色,C装置中澄清石灰水变浑浊。
②取少量加热后生成的黑色固体于试管中,加入稀盐酸。
观察到黑色固体逐渐溶解,溶液变成蓝色。
③取少量上述蓝色溶液于试管中,浸入一根洁净的铁丝。
观察到铁丝表面有红色物质析出。
请回答下列问题:
(1)加热后试管中剩余的黑色物质是
________________________________________________________________________。
(2)写出该绿色物质受热分解的化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)上述实验步骤③中反应的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)实验装置最后的干燥管的作用是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)已知:
物质
开始沉淀时的pH
完全沉淀时的pH
Fe(OH)3
1.9
3.2
Fe(OH)2
7.0
9.0
Cu(OH)2
4.7
6.7
若提供的药品有:
Cl2、浓硫酸、NaOH溶液、CuO、Cu,试结合题给表格,简述除去步骤③溶液中Fe2+的实验步骤:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
根据无水硫酸铜变蓝,可知反应中有水生成;根据澄清石灰水变浑浊,可知有CO2生成;根据黑色固体溶于稀盐酸溶液变蓝色,插入铁丝后有红色物质析出,知黑色物质应是CuO。
(1)加热后试管中剩余的黑色物质是CuO。
(2)碱式碳酸铜受热分解的化学方程式为
Cu2(OH)2CO3
2CuO+H2O+CO2↑。
(3)上述实验步骤③中铁置换出铜,反应的离子方程式为Cu2++Fe===Cu+Fe2+。
(4)该实验装置中最后的干燥管中装有碱石灰,目的是防止空气中的CO2进入广口瓶中,干扰实验。
(5)要除去Fe2+,根据表格可知Fe2+开始沉淀的pH为7.0,而Cu2+完全沉淀的pH为6.7,所以当Fe2+开始沉淀时Cu2+已完全沉淀,要保证Cu2+不被沉淀,只有把Fe2+氧化为Fe3+,再调节pH除去杂质,根据提供的氧化剂,只能选择氯气,为了不引入杂质,选择CuO调节溶液的pH,注意沉淀后一定要过滤。
答案:
(1)CuO
(2)Cu2(OH)2CO3
2CuO+H2O+CO2↑
(3)Cu2++Fe===Cu+Fe2+
(4)防止空气中的CO2进入广口瓶
(5)通入足量Cl2将Fe2+氧化成Fe3+,加入CuO调节溶液的pH至3.2~4.7,过滤除去Fe(OH)3
(1)溶液中的Cu2+常为蓝色(浓CuCl2溶液为绿色,稀CuCl2溶液为蓝色),可作为Cu2+的鉴别依据。
如CuSO4溶液呈蓝色,在推断题中,“蓝色溶液”基本可作为Cu2+的存在依据。
(2)Cu2+与碱反应生成蓝色沉淀[Cu(OH)2],这也是鉴定Cu2+的原理之一。
考点二 金属矿物的开发及利用[学生用书P64]
一、合金
1.概念:
合金是指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的低;
(2)硬度和强度:
一般比它的各成分金属的大。
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、金属在自然界中的存在形式
四、金属冶炼的一般步骤
五、金属冶炼的实质
金属冶炼的过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。
即:
Mn++ne-===M。
六、金属冶炼的方法(用化学方程式表示)
(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。
合金具有许多良好的物理、化学和机械性能,在许多方面不同于各成分金属,不是简单加合;但在化学性质上,一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
(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)合金一定是混合物。
(5)金属活动性顺序表中,金属的位置越靠后,其阳离子越容易被还原,金属的位置越靠前,其阳离子越难被还原。
(6)冶炼Mg时只能电解MgCl2不能电解MgO(熔点太高)。
(7)冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3(共价化合物,熔融时不导电)。
加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。
(2015·河北石家庄模拟)下列制备金属单质的方法或原理正确的是( )
A.在高温条件下,用H2还原MgO制备单质Mg
B.在通电条件下,电解熔融Al2O3制备单质Al
C.在通电条件下,电解饱和食盐水制备单质Na
D.加强热,使CuO在高温条件下分解制备单质Cu
[解析] A项,Mg的还原性大于H2的还原性;C项,制取钠,应电解熔融NaCl;D项,4CuO
2Cu2O+O2↑。
[答案] B
(1)电解法K~Al;
(2)热还原法Zn~Cu;
(3)热分解法Hg~Ag;
(4)富集法Pt~Au。
2.被称为“国防金属”的镁,60%来自于海洋,从海水中提取镁的正确方法是( )
物质
氧化镁
氯化镁
熔点/℃
2852
714
A.海水
Mg(OH)2
Mg
B.海水
MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)
Mg
C.海水
Mg(OH)2
MgO
Mg
D.海水
Mg(OH)2
MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)
Mg
解析:
选D。
由MgCl2溶液制备无水MgCl2应在HCl氛围中加热,电解熔融MgCl2(不是MgO)制取Mg。
题组一 有关合金的性质考查
1.
铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料,主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。
下列与这些用途无关的性质是( )
A.不易生锈B.导电性好
C.密度小D.强度高
解析:
选B。
合金材料在日常生活中使用很广泛,铝镁合金在家居装潢中经常会用到。
铝镁合金强度高,制成的门窗、防护栏等坚硬牢固;密度小,同体积时比较轻,方便运输、搬运;不容易生锈,制成的装潢材料经久耐用;只有导电性好与这方面的用途无关。
2.某化学兴趣小组对奥运会金牌成分提出猜想:
甲认为金牌是由纯金制造;乙认为金牌是由金银合金制成;丙认为金牌是由黄铜(铜锌合金)制成。
为了验证他们的猜想,请你选择一种试剂来证明甲、乙、丙猜想的正误( )
A.硫酸铜溶液B.稀硝酸
C.盐酸D.硝酸银溶液
解析:
选B。
当金牌是纯金时遇到稀硝酸不溶解;当金牌是金银合金时遇到稀硝酸会部分溶解;当金牌是黄铜时遇到稀硝酸会全部溶解。
题组二 有关金属冶炼的考查
3.(最新改编)下列有关金属的工业制法中正确的是( )
A.制钛:
用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛
B.炼铁:
用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物
C.制钠:
用海水为原料制得精盐,再电解纯净的NaCl溶液
D.炼铜:
用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜
解析:
选B。
A中不能用TiCl4溶液,要用熔融态的TiCl4;电解NaCl溶液得到NaOH、Cl2和H2;电解法精炼铜的原料是粗铜。
4.铝热反应的化学方程式为2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe。
某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述:
“反应放出大量的热,并发出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中”。
查阅《化学手册》知,Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如下:
物质
Al
Al2O3
Fe
Fe2O3
熔点/℃
660
2054
1535
1462
沸点/℃
2467
2980
2750
(1)该同学推测,铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。
这种推测有一定的道理,理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)设计一个简单的实验方案,证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。
该实验所用试剂是________,当观察到________________的现象时,说明熔融物中含有金属铝。
(3)实验室溶解该熔融物,最好选用下列试剂中的______(填序号)。
A.浓硫酸B.稀硫酸
C.稀硝酸D.氢氧化钠溶液
答案:
(1)该反应温度下铝已熔化,未反应的铝可与生成的铁熔合在一起,形成合金
(2)NaOH溶液 有气泡生成 (3)B
(1)熟记2个物理性质:
①合金的熔点比成分金属低。
②合金的硬度比成分金属大。
(2)记住2种有色金属:
铝、铜。
(3)牢记4种物质的颜色:
Cu——紫红色,CuO——黑色,CuSO4粉末——白色,CuSO4·5H2O——蓝色。
(4)熟记5个化学方程式
2Cu+O2+H2O+CO2===Cu2(OH)2CO3(铜锈),
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,
Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O,
Cu(OH)2
CuO+H2O。
1.正误判断,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)(2014·高考江苏卷)Cu溶于稀HNO3:
Cu+2H++NO
===Cu2++NO2↑+H2O。
( )
(2)(2012·高考广东卷)工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应。
( )
(3)(2012·高考江苏卷改编)MgCl2(aq)
Mg(OH)2
MgO
Mg。
( )
(4)(高考广东卷)将NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中,观察有Mg(OH)2沉淀生成。
( )
解析:
(1)Cu和稀HNO3反应,产生NO,应为3Cu+2NO
+8H+===3Cu2++2NO↑+4H2O。
(2)工业上制取Al采用的就是电解熔融的Al2O3,该反应属于氧化还原反应。
(3)工业上制取镁是电解熔融的MgCl2,若电解MgO则能耗太高,故错误。
(4)Mg2+与NaOH产生Mg(OH)2沉淀,故正确。
答案:
(1)×
(2)√ (3)× (4)√
2.(2014·高考新课标全国卷Ⅱ)下列反应中,反应后固体物质增重的是( )
A.氢气通过灼热的CuO粉末
B.二氧化碳通过Na2O2粉末
C.铝与Fe2O3发生铝热反应
D.将锌粒投入Cu(NO3)2溶液
解析:
选B。
四个选项的反应方程式及固体物质质量变化如下:
A.H2+CuO80
Cu64+H2O,固体质量减小,不正确。
B.2CO2+2Na2O2156===2Na2CO3212+O2,固体质量增大,正确。
C.2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe,固体质量不变,不正确。
D.Zn65+Cu(NO3)2===Cu64+Zn(NO3)2,固体质量减小,不正确。
3.(2013·高考四川卷)1.52g铜镁合金完全溶解于50mL密度为1.40g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中,得到NO2和N2O4的混合气体1120mL(标准状况),向反应后的溶液中加入1.0mol/LNaOH溶液,当金属离子全部沉淀时,得到2.54g沉淀。
下列说法不正确的是( )
A.该合金中铜与镁的物质的量之比是2∶1
B.该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是14.0mol/L
C.NO2和N2O4的混合气体中,NO2的体积分数是80%
D.得到2.54g沉淀时,加入NaOH溶液的体积是600mL
解析:
选D。
A.向反应后的溶液中加入NaOH,生成Mg(OH)2和Cu(OH)2沉淀,固体质量增加的是OH-的质量,且有n(OH-)=n(e-),设合金中镁、铜的物质的量分别为x、y,
则有
,
解之得
,则该合金中铜、镁的物质的量之比为2∶1。
B.该硝酸的浓度c=
=
=14.0mol/L。
C.NO2和N2O4都来自硝酸,设混合气体中NO2的物质的量为x,根据电子守恒得x+(0.05mol-x)×2=0.06mol,x=0.04mol,NO2的体积分数为80%;D项得到2.54g沉淀后,溶液中的溶质只有NaNO3,故n(NaOH)=0.7mol-0.04mol-0.02mol=0.64mol,则NaOH溶液的体积是640mL。
4.(2012·高考四川卷)向27.2gCu和Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5L,固体物质完全反应,生成NO和Cu(NO3)2。
在所得溶液中加入1.0mol/L的NaOH溶液1.0L,此时溶液呈中性,金属离子已完全沉淀,沉淀质量为39.2g。
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