高考化学总复习 第3章 金属及其化合物 第4讲 金属材料与金属矿物的开发利用配套练习 新人教版.docx

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高考化学总复习第3章金属及其化合物第4讲金属材料与金属矿物的开发利用配套练习新人教版

第4讲　金属材料与金属矿物的开发利用

【2019·备考】

最新考纲：

1.了解常见金属活动顺序。

2.了解合金的概念及其重要应用。

3.了解铜及其重要化合物的制备方法。

4.掌握铜及其重要化合物的主要性质及其应用。

考点一　铜及其化合物

（频数：

★☆☆　难度：

☆☆☆）

1．铜的性质

（1）物理性质：

铜是紫红色金属，具有良好的导电性、导热性和延展性。

（2）化学性质

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：

①2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2（OH）2CO3

②2Cu＋S

Cu2S

2．铜的重要化合物

（1）氧化铜和氧化亚铜

名称

氧化铜

氧化亚铜

颜色

黑色

砖红色

与酸反应（H＋）

CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O

Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O

与H2反应

CuO＋H2

Cu＋H2O

Cu2O＋H2

2Cu＋H2O

转化关系

4CuO

2Cu2O＋O2↑

（2）氢氧化铜

a．物理性质：

蓝色不溶于水的固体。

b．化学性质及应用

反应①的化学方程式：

Cu（OH）2

CuO＋H2O；

反应②的化学方程式：

Cu（OH）2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。

（3）铜盐

①Cu2（OH）2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿、孔雀石的主要成分，是铜在潮湿空气中被腐蚀的结果，其受热分解的化学方程式为Cu2（OH）2CO3

2CuO＋H2O＋CO2↑。

②CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾，其受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O

CuSO4＋5H2O，蓝色晶体受热转化为白色粉末。

无水CuSO4遇水变蓝色（生成CuSO4·5H2O），据此可用来检验水的存在。

（1）通常利用反应：

2Cu＋O2

2CuO除去混合气体中的少量O2。

（2）Cu与稀H2SO4不反应，但在通入O2的条件下，Cu可在稀H2SO4中逐渐溶解：

2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O。

（3）无水CuSO4只能作为检验水的试剂，不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。

1．教材基础探究

把铜及其化合物的化学式与其颜色连接起来。

2．（RJ必修1·P686改编）铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。

从物理性质和化学性质的角度分析，铜常用于制造货币的说法正确的是（　　）

A．铜来源广泛，易于从自然界冶炼得到

B．铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀，铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型

C．铜的外观为紫红色，大方美观，易于被人们接受

D．铜的化学性质不稳定，在空气中易转化为铜绿，铜绿具有抗腐蚀能力，易于流通

答案　B

3．（溯源题）（2015·四川理综，2）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

答案　A

探源：

本考题源于LK必修1P121“铜的化合物的转化”及其拓展，对CuSO4溶液的性质进行了考查。

题组一　铜及其化合物的性质应用

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）CuO是黑色固体，与水反应可生成Cu（OH）2（　　）

（2）Cu2O遇硝酸会被氧化成Cu2＋（　　）

（3）Cu2（OH）2CO3是铜锈的主要成分，在干燥的空气中不易生成（　　）

（4）过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成（　　）

（5）利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质，来检验水的存在（　　）

（6）将铁片置于CuSO4溶液中，铁片上有红色物质析出，说明铁比铜活泼（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）√　（4）×　（5）√　（6）√

2．氢化亚铜（CuH）是一种难溶物质，用CuSO4溶液和另一种“反应物”在40～50℃时反应可生成它。

CuH不稳定，易分解；CuH在氯气中能燃烧，跟盐酸反应能产生气体。

下列有关推断中错误的是（　　）

A．这里的“另一种反应物”具有还原性

B．CuH可作氧化剂，还原剂

C．CuH＋Cl2===CuCl＋HCl（燃烧）

D．CuH＋HCl===CuCl＋H2↑（常温）

解析　C项中Cl2具有强氧化性，产物应为CuCl2和HCl。

答案　C

【反思归纳】

Cu＋的性质及验证方案

①＋1价的铜有较强的还原性，易被氧化剂氧化为＋2价。

②＋1价铜在酸性条件下能发生歧化反应生成Cu和Cu2＋，利用这一原理可区别Cu和Cu2O。

向红色物质中加入稀硫酸，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu2O，否则为Cu。

反应的化学方程式为Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O。

题组二　铜及其化合物的制备工艺

3．CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

A．将CuSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾

B．相对于途径①，途径②更好地体现了绿色化学思想

C．CuSO4在1100℃分解所得气体X可能是SO2和SO3的混合气体

D．Y可能是葡萄糖

解析　将CuSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾，A项说法正确；相对于途径①，途径②的优点是制取等质量CuSO4需要的硫酸少并且无污染性气体产生，途径②更好地体现了绿色化学思想，B项说法正确；由流程图知硫酸铜分解生成了Cu2O，若X是SO2和SO3的混合气体，则铜元素、硫元素化合价降低，无元素化合价升高，根据2CuSO4

Cu2O＋SO2↑＋SO3↑＋O2↑知，X可能是O2、SO2和SO3的混合气体，C项说法错误；碱性条件下，葡萄糖与新制氢氧化铜反应会生成Cu2O，所以Y可能是葡萄糖，D项说法正确。

答案　C

4．工业上用黄铜矿冶炼铜并对炉渣进行综合利用的一种工艺流程如图所示：

（1）冶炼过程中得到的Cu2O和Cu的混合物称为“泡铜”，Cu2O与金属Al在高温条件下混合反应可得粗铜，反应的化学方程式为__________________________。

粗铜精炼时应将粗铜连接在直流电源的________极，可在________极得到纯度较高的精铜。

（2）传统炼铜的方法主要是火法炼铜，主要反应如下所示：

①2CuFeS2＋4O2

Cu2S＋3SO2＋2FeO

②2Cu2S＋3O2

2Cu2O＋2SO2

③2Cu2O＋Cu2S

6Cu＋SO2↑

每生成1molCu，共消耗________molO2。

反应③中的氧化剂是________。

（3）用炼铜产生的炉渣（含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3）可制备Fe2O3。

根据流程回答下列问题：

①加入适量NaClO溶液的目的是___________________________________

__________________________________________（用离子方程式表示）。

②除去Al3＋发生反应的离子方程式是_________________________________

___________________________________________________________。

③选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。

提供的试剂有：

稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、高锰酸钾溶液、NaOH溶液、碘水。

所选试剂是________。

实验方案：

_________________________________

___________________________________________________________。

解析　

（1）Cu2O与Al发生氧化还原反应生成Al2O3与Cu：

3Cu2O＋2Al

Al2O3＋6Cu；粗铜精炼的目的是使粗铜溶解，精铜析出，所以粗铜作阳极，精铜在阴极产生。

（2）根据反应①②③可知，利用火法炼铜，CuFeS2中的铜元素、铁元素、硫元素最终分别转化为Cu、FeO、SO2，由此可写出总反应化学方程式：

2CuFeS2＋5O2

2Cu＋2FeO＋4SO2，则由总反应化学方程式可以看出每生成1molCu，共消耗2.5molO2。

反应③的反应物Cu2O、Cu2S中铜元素的化合价都降低，二者均为氧化剂。

（3）①NaClO溶液具有氧化性，将Fe2＋氧化成Fe3＋：

2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O。

②除去Al3＋发生反应的离子方程式为Al3＋＋4OH－===AlO

＋2H2O。

③检验FeO，需要将FeO溶解，再利用Fe2＋的还原性检验Fe2＋，所选的试剂是稀硫酸、高锰酸钾溶液，实验方案是取少量高锰酸钾溶液于试管中，滴加用稀硫酸溶解炉渣得到的溶液，高锰酸钾溶液的紫色褪去，证明溶液中含有Fe2＋，从而证明炉渣中含有FeO。

答案　

（1）3Cu2O＋2Al

Al2O3＋6Cu　正　阴

（2）2.5　Cu2O、Cu2S　（3）①2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O　②Al3＋＋4OH－===AlO

＋2H2O　③稀硫酸、高锰酸钾溶液　取少量高锰酸钾溶液于试管中，滴加用稀硫酸溶解炉渣得到的溶液，高锰酸钾溶液的紫色褪去，证明溶液中含有Fe2＋，从而证明炉渣中含有FeO

【思维建模】

废铜综合利用的常见流程框图模式

考点二　金属材料与金属矿物的开发利用

（频数：

★☆☆　难度：

☆☆☆）

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。

①常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。

②合金的物理性质相比于成分金属有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。

2．常见的金属材料

（1）金属材料

黑色金属材料

有色金属材料

铁、铬、锰以及它们的合金

除黑色金属以外的其他金属及其合金

（2）黑色金属材料——钢铁

①钢是用量最大，用途最广的合金。

（3）有色金属材料——铜和铝

3．金属矿物开发利用的方法

（1）金属在自然界中的存在

（2）金属冶炼的一般步骤

（3）金属冶炼的实质

金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。

即：

Mn＋＋ne－===M（写反应通式，用M表示金属）。

（4）金属冶炼的方法（用化学方程式表示）

1．教材基础知识判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）铝合金的熔点比纯铝的高（　　）

（2）合金材料中不可能含有非金属元素（　　）

（3）地震灾区重建要使用大量钢材，钢材是合金（　　）

（4）铁是人类在生产、生活中最早使用的金属（　　）

（5）用金属钠能置换氯化铜溶液中的铜（　　）

（6）工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应（　　）

（7）电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时，阴极上依次析出Cu、Fe、Al（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）×　（6）√　（7）×

2．教材拓展知识探究

（1）工业上冶炼铝为什么用电解熔融Al2O3而不用电解熔融AlCl3?

________________________________________________________________

_________________________________________________________________。

（2）有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如：

Na＋KCl

K↑＋NaCl

请用化学平衡移动的原理，分析其原因。

________________________________________________________________

________________________________________________________________。

答案　

（1）AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，故不能用电解AlCl3的方法冶炼铝

（2）由于Na的沸点高于850℃，而K的沸点低于850℃，在850℃时K形成蒸气而逸出，使化学反应向正方向进行

3．（溯源题）[2013·山东理综，28

（1）]由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是________。

①Fe2O3　②NaCl　③Cu2S　④Al2O3

答案　②④

探源：

本考题源于RJ必修2P88“金属矿物的开发利用”，对常见金属的冶炼方法进行了考查。

题组一　金属矿物的开发与利用

1．下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是（　　）

金属

存在形式

冶炼方法

A

铜

化合态

铁的金属性比铜强，可将铁与CuSO4溶液反应冶炼铜

B

银

化合态

银的金属性弱，用加热Ag2O的方法冶炼

C

铁

化合态

铝的金属性比铁强，可用铝热法炼铁

D

钠

化合态

钠的金属性强，一般的还原剂很难将其还原出来，所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼

解析　一般用电解熔融NaCl的方法来制取钠，而电解饱和食盐水得到的是NaOH、H2和Cl2。

答案　D

2．某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣（主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质）制备七水合硫酸亚铁（FeSO4·7H2O），设计了如下流程：

下列说法不正确的是（　　）

A．溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉

B．固体1中一定有SiO2，控制pH是为了使Al3＋转化为Al（OH）3进入固体2

C．从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解

D．若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O

解析　本题以FeSO4·7H2O的制备为背景，考查考生对于物质分离与提纯相关知识的理解、掌握及运用。

由于最终制备的是硫酸盐，所以溶解所用的酸应该为硫酸，且要将溶液中的Fe3＋还原为Fe2＋，所以试剂X应该为Fe单质，A项正确；加硫酸后SiO2不能溶解，所以固体1中一定含有SiO2，而用NaOH溶液控制pH的目的是使Al3＋转化为Al（OH）3沉淀，B项正确；Fe2＋极易被氧化，而FeSO4·7H2O受热易分解，故从溶液2得到产品的过程中需要防氧化和防分解，C项正确；改变后的方案中，Fe主要以Fe3＋形式存在，得到的不是FeSO4·7H2O，D项错误。

答案　D

【归纳拓展】

金属活动性顺序表的应用

金属活动

性顺序

K、Ca、

Na

Mg

Al、Zn

Fe、Sn、

Pb（H）

Cu、Hg、

Ag

Pt、Au

与H2O

反应

常温下

生成碱

和氢气

与热

水反

应　

有碱存

在下与

水反应

与高温

水蒸气

反应

不反应

不反应

与H＋

反应

生成盐和氢气

不反应

不反应

与盐溶

液反应

与水反应，不与盐反应，生成的碱与盐反应

排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来

自然界

存在

化合态

游离态

冶炼

方法

电解法（电解熔融的盐、氧化物、氢氧化物）

热还原法

（包括Cu）

热分解

法（不包

括Cu）

其他

方法

题组二　合金及其含量测定

3．C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。

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　铝锂合金中的铝能与酸和碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。

答案　D

4．部分氧化的FeCu合金样品（氧化产物为Fe2O3、CuO）共5.76g，经如下处理：

下列说法正确的是（　　）

A．滤液A中的阳离子为Fe2＋、Fe3＋、H＋

B．样品中Fe元素的质量为2.24g

C．样品中CuO的质量为4.0g

D．V＝896

解析　生成的滤渣是铜，金属铜可以和三价铁反应，所以滤液A中一定不含

Fe3＋，故A错误；3.2g固体为三氧化二铁，其物质的量为3.2g÷160g·mol－1＝0.02mol，铁元素物质的量为0.02mol×2＝0.04mol，质量为0.04mol×56g·mol－1＝2.24g，故B正确；原来固体为5.76g，所以CuO质量不超过5.76g－2.24g＝3.52g，故C错误；根据滤液A中溶质为过量H2SO4和FeSO4，而铁元素物质的量为0.04mol，说明参加反应的硫酸的物质的量为0.04mol，含氢离子0.08mol，其中部分氢离子生成氢气，另外的H＋和合金中的氧结合成水，由于合金中氧的物质的量为（5.76－3.2－2.24）g÷16g·mol－1＝0.02mol，它结合氢离子0.04mol，所以硫酸中有0.08mol－0.04mol＝0.04molH＋转化成氢气，即生成0.02mol氢气，标准状况下体积为448mL，故D错误。

答案　B

【方法总结】

沉淀法测定物质含量

沉淀法测定物质含量是常用的一种方法，采用沉淀法时涉及的基本实验操作和主要问题有：

称量、溶解（溶解试剂）、沉淀（重点是沉淀试剂的选择）、过滤、沉淀洗涤、沉淀的干燥、称量及数据的处理（包括测定结果的误差分析）。

[试题分析]

（2016·课标全国Ⅱ，13）下列实验操作能达到实验目的的是（　　）

实验目的

实验操作

A

制备Fe（OH）3胶体

将NaOH浓溶液滴加到饱和FeCl3溶液中

B

由MgCl2溶液制备无水MgCl2

将MgCl2溶液加热蒸干

C

除去Cu粉中混有的CuO

加入稀硝酸溶液，过滤、洗涤、干燥

D

比较水与乙醇中氢的活泼性

分别将少量钠投入到盛有水和乙醇的烧杯中

解题思路：

我的答案：

考查意图：

该题属于基础实验题，在知识方面考查Fe（OH）3胶体的制备、MgCl2的水解、物质的除杂，水和乙醇中氢的活泼性检验。

题目注重基础，重点考查常见物质的化学性质。

题目要求考生不仅具有对中学化学基础知识融会贯通，有正确复述、再现、辨认的能力；而且要求掌握化学实验的基本方法和技能。

题目涉及“物质变化是有条件的”、“分与合”、“一般与特殊”等化学思想方法的考查。

本题抽样统计难度为0.66。

解题思路：

制备氢氧化铁胶体时应向沸水中滴入饱和氯化铁溶液；氯化镁是强酸弱碱盐，MgCl2溶液水解产生的HCl易挥发，所以由MgCl2溶液制备无水MgCl2要在HCl气流中加热蒸干；铜与稀硝酸反应，应该用稀盐酸除CuO；分别将少量钠投入到盛有水和乙醇的烧杯中，反应剧烈的是水，反应平缓的是乙醇，利用此反应比较水和乙醇中氢的活泼性。

正确答案：

D

[真题演练]

1．（2015～2017高考选项）下列说法正确的是（　　）

A．FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板，是因为铁比铜金属性强

B．将铜粉加入1.0mol·L－1Fe2（SO4）3溶液中，现象是溶液变蓝，有黑色固体出现

C．MgCO3

MgCl2（aq）

Mg

D．工业上通过电解熔融的氯化钠制备金属钠和氯气

答案　D

2．（2014～2017高考选项）下列说法正确的是（　　）

A．气体通过无水CuSO4粉末变蓝，证明原气体中含有水蒸气

B．1molCu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO3分子

C．将锌粒投入Cu（NO3）2溶液中，反应后固体质量增加

D．除去Cu粉中混合的CuO，可加入稀硝酸溶解，过滤、洗涤、干燥

答案　A

3．[2013·重庆理综，8

（1）

（2）]合金是建造航空母舰的主体材料。

（1）航母升降机可由铝合金制造。

①铝元素在周期表中的位置为___________________________________，

工业炼铝的原料由铝土矿提取而得，提取过程中通入的气体为________。

②Al-Mg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜，其化学方程式为_____________________________________________________________。

焊接过程中使用的保护气为________（填化学式）。

（2）航母舰体材料为合金钢。

①舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为________。

②航母用钢可由低硅生铁冶炼而成，则在炼铁过程中为降低硅含量需加入的物质为________。

解析　本题围绕金属材料命题，要根据题目设问的角度，联系相关知识解答。

（1）①Al元素在周期表中的第三周期第ⅢA族；提纯铝土矿通入CO2使AlO

转化为Al（OH）3沉淀。

②Al2O3与NaOH溶液发生的反应为Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O；保护气应不能与金属反应，一般用稀有气体。

（2）金属在海水中主要发生吸氧腐蚀；炼钢过程中为降低Si的含量，常加入CaCO3或CaO，将SiO2转化为CaSiO3而除去。

答案　

（1）①第三周期第ⅢA族　CO2　②Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O　Ar（其他合理答案均可）

（2）①吸氧腐蚀　②CaCO3或CaO

一、选择题

1．明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：

“炉甘石十斤，装载入一泥罐内，…然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，…冷淀，毁罐取出，…，即倭铅也”（注：

炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭）。

下列说法不正确的是（　　）

A．倭铅是指金属锌和铅的混合物

B．煤炭中起作用的主要成分是C

C．冶炼Zn的化学方程式：

ZnCO3＋2C

Zn＋3CO↑

D．该冶炼锌的方法属于热还原法

解析　由题意可知，倭铅是指金属锌，不是混合物，故A错误；煤炭的主要成分是碳，反应中碳作还原剂，故B、C、D均正确。

答案　A

2．金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的运用。

下列关于金属的一些说法不正确的是（　　）

A．合金的性质与其成分金属的性质不完全相同

B．锈蚀后的铁制品没有回收价值

C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子

D．越活泼的金属越难冶炼

解析　合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低，故A正确；锈蚀后的铁制品可以除去铁锈回收利用，保护矿产资源，B错误；在化合物中金属元素均显正价，得到电子变成金属原子，故C正确；越活泼的金属，金属阳离子就越难得到电子被还原，故越难冶炼，D正确；故选B。

答案　B

3．（2018·柳州模拟）氧化还原反应广泛应用于金属冶炼，下列说法不正确的是（　　）

A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，Na＋被还原

B．湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应

C．用磁铁矿炼铁的反应中，1molFe3O4被CO还原成Fe，转移9mol电子

D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化

解析　用磁铁矿炼铁时，Fe3O4被还原为Fe，当有1molFe3O4被CO还原成Fe时，转移8mol电子。

答案　C

4．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（