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

第四讲　用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物

考点一　铜及其重要化合物

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.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。

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．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。

3．1.52g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．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。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．Cu与Cu2O的物质的量之比为2∶1

B．硝酸的物质的量浓度为2.6mol/L

C．产生的NO在标准状况下的体积为4.48L

D．Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3为0.2mol

解析：

选B。

设Cu和Cu2O的物质的量分别为xmol、ymol，根据题意，则有

64x＋144y＝27.2①

由Cu―→Cu（OH）2　Cu2O―→2Cu（OH）2得

34x＋52y＝39.2－27.2②

解①②得：

x＝0.2，y＝0.1。

Cu与Cu2O的物质的量之比为0.2∶0.1＝2∶1，A正确；硝酸的物质的量为NaOH和NO的物质的量之和，1.0mol＋（0.2mol×2＋0.1mol×2）/3＝1.2mol，硝酸的物质的量浓度为1.2mol/0.5L＝2.4mol/L，B不正确；产生的NO在标准状况下的体积为22.4L/mol×（0.2mol×2＋0.1mol×2）/3＝4.48L，C正确；Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3为1.2mol－0.2mol×2－0.1mol×2×2－（0.2mol×2＋0.1mol×2）/3＝0.2mol，D正确。

5．金属冶炼与处理常涉及氧化还原反应。

（1）由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是________。

a．Fe2O3　　　　　　　　b．NaClc．Cu2Sd．Al2O3

（2）辉铜矿（Cu2S）可发生反应：

2Cu2S＋