第三章 第13讲文档格式.docx
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(4)将铜片置于干燥的空气中,不易被腐蚀( )
(5)CuSO4·
5H2O失去结晶水属于物理变化( )
答案
(1)×
(2)×
(3)√ (4)√ (5)×
某研究小组用废铜粉制取胆矾,设计了如下几个实验方案:
(1)Cu
CuSO4
硫酸铜溶液
CuSO4·
(2)Cu
CuO
(3)
对三个方案进行评价,你认为最好的是哪个方案?
为什么?
答案 方案
(1):
产生污染性气体,且消耗硫酸较多。
方案
(2):
消耗能量较多,且步骤复杂。
方案(3):
不产生污染性气体,原料利用率高,节约能源。
因此方案(3)更经济合理。
题组一 铜及其化合物的转化
1.某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质,下列操作正确且能达到实验目的的是( )
A.将铜丝插入浓硫酸中并加热,反应后再加入水,观察硫酸铜溶液的颜色
B.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,观察CuCl2的生成
C.将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水CuCl2固体
D.将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡,除去铜绿
答案 D
解析 铜丝与浓硫酸反应后,仍有大量浓硫酸存在,不能把水加入反应器中,否则会发生危险,A项错误;
Cu与Cl2在常温下不反应,需要加热才能发生反应,B项错误;
CuCl2水解生成的HCl易挥发,加热蒸干能促进CuCl2的水解而得不到CuCl2固体,C项错误。
2.已知CuO经高温灼烧生成Cu2O,Cu2O与H+发生反应:
Cu2O+2H+===Cu+Cu2++H2O。
将经高温灼烧后的CuO样品投入足量的热的稀硝酸溶液中,下列有关说法中正确的是( )
A.如果溶液变为蓝色,同时有紫红色固体出现,说明样品全部生成Cu2O
B.溶液中最终可能有紫红色固体出现
C.该实验的结果无法说明CuO分解的程度
D.如果溶液中出现蓝色,最终没有紫红色固体出现,说明CuO没有分解
答案 C
解析 解答此题的关键是明确稀硝酸具有酸性和强氧化性,能溶解CuO、Cu2O和单质Cu,因而该实验结果无法说明CuO分解的程度。
3.(2018·
河北邯郸教学质量检测)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.Cu2SB.CuSC.FeS2D.Fe3S4
答案 A
解析 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,假若是铜,则n(Cu)=0.02mol,M可能为Cu2S;
假若是铁,则n(Fe)≈0.023mol,没有与之对应的选项。
综上所述,A项正确。
题组二 铜及其化合物的制取
4.(2018·
西安调研)某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物,工业上以该废渣为原料生产CuCl2·
2H2O晶体的工艺流程如下:
下列说法正确的是( )
A.焙烧过程中每消耗1molCuS则消耗3molO2
B.焙烧后的废气能够使酸性高锰酸钾溶液褪色
C.滤渣中主要含铁的氧化物
D.将获得的CuCl2·
2H2O晶体加热可制得CuCl2固体
答案 B
解析 A项,2CuS+3O2
2CuO+2SO2,由方程式可知,1molCuS消耗1.5molO2,错误;
B项,废气中含有SO2,能使酸性高锰酸钾溶液褪色,正确;
C项,调节pH时,Fe3+水解转化为Fe(OH)3而除去,错误;
D项,将CuCl2·
2H2O直接加热脱水,Cu2+水解,HCl挥发会产生Cu(OH)2,无法得到CuCl2,错误。
5.(2019·
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:
(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的______吸收。
a.浓硫酸b.稀硝酸
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_________________________________________________________。
答案
(1)cd
(2)3Cu2O+2Al
Al2O3+6Cu (3)bd (4)4H++O2+4e-===2H2O
解析
(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,粗铜作阳极,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。
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纯度达99.95%~99.98%的铜。
电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极,失电子变为Cu2+,用纯铜棒作阴极即可得精铜。
考点二 金属材料与金属矿物的开发利用
1.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。
2.常见金属材料
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
铝及铝合金
铜及铜合金
3.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________________形式存在。
(2)金属冶炼的实质
金属元素只有正价,没有负价,所以金属的冶炼过程就是把金属从其化合物中____________出来的过程。
(3)金属冶炼的方法
①热分解法
如由HgO、Ag2O冶炼Hg、Ag:
___________________________________________、
②热还原法
a.CO还原Fe3O4:
_______________________________________________________;
b.H2还原WO3:
c.C还原ZnO:
ZnO+C
Zn+CO↑。
③电解法
工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为
________________________________________________________________________、
答案
(1)化合物
(2)还原 (3)①2HgO
2Hg+O2↑ 2Ag2O
4Ag+O2↑ ②Fe3O4+4CO
3Fe+4CO2 WO3+3H2
W+3H2O ③2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑ MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑ 2Al2O3
4Al+3O2↑
4.铝热反应实验中的有关问题
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
实验结论
高温下,铝与氧化铁发生反应,放出大量的热Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3
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
(1)金属元素的单质只有还原性,其离子只有氧化性( )
(2)金属元素的单质在常温下均为固体( )
(3)合金材料中不可能含有非金属元素( )
(4)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属( )
(5)合金的硬度一般大于成分金属,而熔点一般低于成分金属( )
(6)金属氧化物与铝粉的混合物都是铝热剂( )
(7)人类历史上使用铝的时间比铁晚,原因是铝的冶炼成本高( )
(8)电解氯化镁溶液制取金属镁( )
(3)×
(4)×
(5)√ (6)×
(7)×
(8)×
题组一 金属材料与合金
1.(2018·
武汉调研)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
解析 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)叫做黑色金属材料。
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.铝锂合金的熔沸点比铝低
D.铝锂合金耐酸碱腐蚀
解析 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。
唐山调研)现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。
取硬铝样品进行如下实验(每一步试剂均过量),由此可以推知硬铝的组成可能为(提示:
Si+2OH-+H2O===SiO
+2H2↑)( )
样品
A.Al、Mg、Si、ZnB.Al、Fe、Zn、Na
C.Al、Na、Cu、FeD.Al、Cu、Mg、Si、Mn
解析 通过反应①知合金中必须含有排在金属活动性顺序中H之前的金属和H之后的金属或其他非金属;
由反应②知合金中必须含有Si及排在金属活动性顺序中H之后的金属或其他非金属。
题组二 金属冶炼方法的选择
4.(2019·
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
解析 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。
5.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。
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
答案
(1)GaCl3+3NH3·
H2O===Ga(OH)3↓+3NH4Cl
(2)弱 d
解析
(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。
应从化学平衡移动的观点分析此反应发生的原因。
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。
题组三 铝热反应及应用
6.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,关于铝热反应解答下列问题:
(1)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验,需要的试剂还有________。
A.KClB.KClO3C.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)。
答案
(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+
解析
(1)做铝热反应的实验时,需要KClO3作助燃剂,且用镁条引燃。
(2)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。
MgO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.(2016·
浙江理综,7)下列说法不正确的是( )
A.储热材料是一类重要的能量存储物质,单位质量的储热材料在发生熔融或结晶时会吸收或释放较大的热量
B.Ge(32号元素)的单晶可以作为光电转换材料用于太阳能电池
C.Ba2+浓度较高时危害健康,但BaSO4可服入体内,作为造影剂用于X射线检查肠胃道疾病
D.纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的Pb2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等重金属离子,其本质是纳米铁粉对重金属离子较强的物理吸附
解析 A项,储热材料具有在熔融或结晶时会吸收或释放较大热量的特点,正确;
B项,Ge是一种优质的光电转换材料,可用于太阳能电池,正确;
C项,硫酸钡具有无毒、不溶于水、不溶于酸、不能被X射线透过的特点,可用于造影,正确;
D项,纳米铁粉属于单质,能把Cu2+、Hg2+等重金属离子置换出来,属于化学变化,错误。
2.(2018·
海南,24)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。
答案
(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
全国卷Ⅱ,26)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。
答案
(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
解析
(1)闪锌矿的主要成分是ZnS,所以高温焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS+3O2
2ZnO+2SO2。
(2)闪锌矿焙烧后的主要成分变为ZnO,还存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO,加稀H2SO4后,发生一系列化学反应:
ZnO+H2SO4===ZnSO4+H2O、Fe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O、CdO+H2SO4===CdSO4+H2O、PbO+H2SO4===PbSO4+H2O。
其中SiO2和PbSO4不溶于水,以沉淀的形式沉降下来,所以滤渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。
氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH在2.8~6.2,使Fe3+完全转变为Fe(OH)3沉淀;
通入O2的目的是使溶液中的Fe2+转化为Fe3+,有利于除杂,若不通入O2,无法除去溶液中的杂质Fe2+。
(3)溶液中的Cd2+与加入的Zn粉反应而被除去,反应的离子方程式为Zn+Cd2+===Zn2++Cd。
(4)电解ZnSO4溶液制备单质Zn时,阴极放电的是Zn2+和H+。
因为溶液中的Zn2+浓度较大,所以阴极电极反应式应该是Zn2++2e-===Zn,阳极放电的是OH-,电极反应式是4OH--4e-===2H2O+O2↑。
沉积锌后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4,可返回到溶浸工序循环使用。
海淀区一模)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
解析 石墨烯是碳的一种单质,属于无机非金属材料,故A错误;
铝合金的密度小,硬度小,属于金属材料,故B正确;
碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料,属于
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