届高考化学一轮知识梳理训练第3章 第4讲 金属材料及金属矿物的开发利用Word文件下载.docx

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4CuO

2Cu2O＋O2↑

3.氢氧化铜

蓝色不溶于水的固体。

（2）化学性质及应用

4．CuSO4·

5H2O

CuSO4·

5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。

无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色（生成CuSO4·

5H2O），可作为水的检验依据。

题组一　铜及其化合物的性质

1．下列有关铜的化合物的性质的叙述中正确的是（　　）

A．CuSO4变成CuSO4·

5H2O是物理变化

B．一定条件下，新制的Cu（OH）2悬浊液能与乙醛反应但不能与乙酸反应

C．CuO是黑色固体，与水反应可生成Cu（OH）2

D．Cu2O遇硝酸可能会被氧化成Cu2＋

答案　D

解析　CuSO4变成CuSO4·

5H2O属于化学变化，A错；

Cu（OH）2是碱，能与酸反应，B错；

CuO不能与水反应，C错；

Cu2O中铜处于低价态，能被强氧化剂硝酸氧化。

2．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

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

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；

解析　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。

3．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，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，把反应后的溶液倒入水中，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　AD

解析　B项需要先加热铜才能与氯气发生反应，故该项错误；

C项氯化铜溶液中存在水解平衡，加热蒸干最终得到的是氢氧化铜，故该项错误；

D项铜和盐酸不反应，只有铜绿[Cu2（OH）2CO3]与盐酸反应，故该项正确。

熟记铜及其化合物的颜色

物质

Cu

紫红色

CuSO4

白色

CuO

蓝色

Cu2O

Cu2（OH）2CO3

绿色

Cu2S

Cu（OH）2

题组二　铜及其化合物转化关系的应用

4．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精制CuO，其设计的实验过程为

（1）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________（填字母）。

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

（2）由粗制氧化铜通过两种途径制取纯净CuO，与途径Ⅰ相比，途径Ⅱ有明显的两个优点是________________________________________________________________________。

答案　

（1）ab

（2）耗酸少；

无污染性气体SO2产生

解析　

（1）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。

（2）根据途径Ⅰ的反应方程式Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O和途径Ⅱ的反应方程式2Cu＋O2＋2H2SO4

2CuSO4＋2H2O，可以看出途径Ⅱ的优点是①产生等量的CuSO4，比途径Ⅰ消耗硫酸少；

②途径Ⅱ不产生污染大气的气体SO2。

废铜综合利用的常见流程框图模式

考点二　金属材料及合金概述

1．熟记金属活动性顺序

金属活动性顺序

K、Ca、Na

Mg

Al、Zn

Fe、Sn、Pb（H）

Cu、Hg、Ag

Pt、Au

与O2反应

常温下易被氧化，点燃生成过氧化物或其他复杂氧化物

常温生成氧化膜

加热化合

不反应

与H2O反应

常温下生成碱和氢气

与热水反应

有碱存在与水反应

与高温水蒸气反应

与非氧化性酸反应

生成盐和氢气

与盐溶液反应

先与水反应，生成的碱再与盐反应

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

自然界存在形态

化合态（Fe有游离态）

游离态

2．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。

3．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

题组一　金属的性质和应用

1．下列关于金属元素的叙述正确的是（　　）

A．金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性

B．金属元素的单质在常温下均为固体

C．金属元素在不同化合物中化合价均相同

D．大多数金属元素的单质为电的良导体

解析　金属离子中的中间价态离子，比如Fe2＋，既有氧化性又有还原性，A错；

常温下金属汞呈液态，B错；

有的金属元素存在变价，比如Fe、Cu等，C错。

2．下列说法中正确的是（　　）

A．铁是人类在生产、生活中最早使用的金属材料

B．金、银、铜是应用最广泛的金属材料

C．钛被誉为“21世纪的金属”，应用前景很广阔

D．铜是导电性、导热性最好的有色金属

答案　C

解析　铜是人类使用最早的金属材料，A错；

铁、铝及铝合金是应用最广泛的金属材料，B错；

银的导电性比铜好，D错。

题组二　合金的性能特点及应用

3．2015年底将在上海首飞的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高

D．铝锂合金耐酸碱腐蚀

答案　CD

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。

4．合金与纯金属制成的金属材料相比，优点是（　　）

①合金的硬度一般比它的各成分金属的大

②一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低

③改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有不同性能的合金

④合金比纯金属的导电性更强

⑤合金比纯金属的应用范围更广泛

A．②③④B．①②③⑤

C．①②④D．①②④⑤

答案　B

题组三　合金组成的分析

5．现代建筑的门窗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；

由反应②知合金中必须含有Si及排在金属活动性顺序表H之后的金属或其他非金属。

6．某同学设计了如下实验测量mg铜银合金样品中铜的质量分数：

下列说法中不正确的是（　　）

A．合金的熔点比其成分金属低，通常比成分金属具有更优良的金属特性

B．铜银都能与稀硝酸反应，收集到的VL气体一定全为NO

C．操作Ⅰ是过滤，操作Ⅱ是洗涤，操作Ⅲ是烘干

D．根据反应收集到的气体体积可以计算铜和银的质量分数

解析　解答本题要注意以下两点：

①没有告诉硝酸的浓度，合金与硝酸反应放出的气体中可能含有NO2；

②Wg固体应该是干燥纯净的AgCl，由此确定三步操作。

1.定性分析型

形成合金的各种成分的特殊化学性质仍按单一组分的性质（例如铝合金中的铝既能溶于酸又能溶于碱的性质不变，铜能溶于稀硝酸，且硝酸的还原产物为NO气体等性质不变），一般是将合金酸溶或碱溶，根据反应中的特殊现象或根据溶解后所得溶液继续加沉淀剂产生的现象判断其成分。

此类试题常以流程的形式呈现，解答的关键是理清每一步加入的物质和生成物质的成分。

2．定量分析型

定量测定合金的成分常用量气或沉淀两种方法。

（1）定量集气法

定量集气法是指收集合金中某种物质溶解时所产生的气体的量，应用化学方程式或关系式来判断合金的组成。

其原理的关键点是根据某组分的特殊性质（特别是与酸或碱反应能产生气体），其操作要点和注意事项有：

保证装置的气密性良好，注意收集气体的读数方法。

（2）沉淀法

沉淀法测定物质含量是常用的一种方法，采用沉淀法时，涉及到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；

数据的处理（包括测定结果的误差分析）。

考点三　金属矿物的开发和利用

1．金属在自然界中存在的形态

除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界中。

在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。

2．金属冶炼的实质

使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：

Mn＋＋ne－===M。

3．金属冶炼的一般步骤

4．金属冶炼方法

（1）热分解法

例如：

2HgO

2Hg＋O2↑，2Ag2O

4Ag＋O2↑。

用热分解冶炼法冶炼金属的特点：

金属元素的金属性弱，金属元素的原子不易失去电子，其金属离子容易得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差。

（2）热还原法冶炼金属

①焦炭还原法。

C还原ZnO、CuO，其化学方程式依次为C＋2ZnO

2Zn＋CO2↑，C＋2CuO

2Cu＋CO2↑。

②一氧化碳还原法。

CO还原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为3CO＋Fe2O3

2Fe＋3CO2，CO＋CuO

Cu＋CO2。

③氢气还原法。

H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为3H2＋WO3

W＋3H2O,4H2＋Fe3O4

3Fe＋4H2O。

④活泼金属还原法。

Al还原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为2Al＋Cr2O3

Al2O3＋2Cr,10Al＋3V2O5

6V＋5Al2O3。

（3）电解法冶炼金属

电解Al2O3、MgCl2、NaCl，其化学方程式依次为2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑，MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑，2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑。

深度思考

1．能否用电解AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg?

答案　不能。

因为AlCl3是共价化合物，熔融时无法电离出自由移动的离子，不导电；

而MgO虽是离子化合物，但其熔点太高，熔融会消耗大量的电能，成本较高。

2．铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚得多？

答案　铝的金属活动性比铁、铜强，难于冶炼，古代人们的技术条件达不到，不能冶炼铝，故铝的发现和大量使用比铁、铜晚得多。

3．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，关于铝热反应思考下列问题：

（1）是否所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应？

答案　否，判断铝热反应能否发生，应首先看金属的活动性。

例如MgO和Al不能发生铝热反应。

（2）在铝热反应中，镁条、KClO3的作用是________。

答案　引燃、助燃作用

（3）做铝热反应时，应注意哪些事项？

答案　①要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防止高温物质从四周溅出，同时损坏纸漏斗。

②蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人。

③实验装置不要距人群太近，应远离易燃物。

题组一　金属冶炼原理的考查

1．下列有关金属的工业制法中正确的是（　　）

A．制钛：

用金属钠置换四氯化钛（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　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。

2．下列金属冶炼的反应原理中错误的是（　　）

A．MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

B．Al2O3＋3H2

2Al＋3H2O

C．Fe3O4＋4CO

3Fe＋4CO2

D．2HgO

2Hg＋O2↑

解析　金属冶炼的方法很多，由于金属离子得电子的能力不同，因此必须采取不同的冶炼方法。

在金属活动性顺序表中，位于氢后面的金属（Hg、Ag等）的氧化物受热就能分解得到单质；

位于前面的几种金属（如K、Na、Ca、Al等）的还原性太强，这些金属都很容易失去电子，只能用通电电解其熔融盐或氧化物的方法冶炼。

1．选择金属冶炼的方法要依据金属在自然界中的存在形态和金属的活动性。

金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，越容易被还原；

金属的位置越靠前，越难被还原。

2．化学性质很稳定的金属如Au、Pt等，在自然界中呈游离态，用物理方法即可得到。

3．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

2RbCl＋Mg

MgCl2＋2Rb↑等，

在此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。

题组二　对铝热反应的定性及定量考查

3．粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。

进行如下实验：

①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；

②另取20gA全部溶于0.15L6.0mol·

L－1盐酸中，得溶液C；

③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12L（标况）气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；

④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。

请填空：

（1）①中引发铝热反应的实验操作是________，产物中的单质B是________。

（2）②中所发生的各反应的化学方程式是__________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）③中所发生的各反应的离子方程式是____________________________________

（4）若溶液D的体积仍视为0.15L，则该溶液中c（Mg2＋）为__________，c（Fe2＋）为__________。

答案　

（1）加少量KClO3，插上镁条并将其点燃　Fe

（2）Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O、

MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O

（3）Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

（4）0.67mol·

L－1　2.3mol·

L－1

解析　此题将实验操作与元素化合物知识巧妙结合在一起考查，增大了试题的容量，增强了试题的测试能力。

（1）铝热反应是指单质Al和某些金属氧化物发生的反应，反应过程中放出大量热，但该反应需要较高的温度才能引发。

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。

发生的反应为Fe2O3＋2Al

Al2O3＋2Fe，所以产物中单质B为Fe。

（2）Fe2O3和MgO都是碱性氧化物，能和酸反应生成盐和水：

Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O、MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O。

（3）混合物中只有Fe2O3能和Al发生铝热反应，生成Fe单质。

C溶液中有反应生成的FeCl3，还有未反应的HCl。

发

生的离子反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。

（4）假设步骤②用去的20g固体中，MgO的物质的量为x，则Fe2O3的物质的量也为x，则40g·

mol－1×

x＋160g·

x＝20g，解得：

x＝0.1mol。

根据MgO～MgCl2的关系，则溶液中MgCl2的浓度为0.1mol÷

0.15L≈0.67mol·

L－1。

步骤④说明溶液中没有Fe3＋，也就是溶质为FeCl2和MgCl2。

根据Cl－守恒的关系，可知MgCl2和FeCl2的总的物质的量等于

＝0.45mol，所以，FeCl2的浓度为

≈2.3mol·

探究高考　明确考向

江苏五年高考

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×

”

（1）Zn具有还原性和导电性，可用作锌锰干电池的负极材料（√）

（2012·

江苏，5D）

（2）MgCl2（aq）

Mg（OH）2

MgO

Mg（×

）

江苏，7⑤改编）

解析　电解MgCl2得到Mg，而不是MgO。

（3）铜的金属活泼性比铁的弱，可在海轮外壳上装若干铜块以减缓其腐蚀（×

（2011·

江苏，3D）

解析　此时铁仍作负极，加快腐蚀。

（4）相同条件下，溶液中Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋的氧化性依次减弱（√）

（2010·

江苏，8D）

2．[2011·

江苏，18

（1）

（2）]Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，可通过下列方法制备：

在KOH溶液中加入适量AgNO3溶液，生成Ag2O沉淀，保持反应温度为80℃，边搅拌边将一定量K2S2O8溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得固体样品。

反应方程式为2AgNO3＋4KOH＋K2S2O8

Ag2O2↓＋2KNO3＋2K2SO4＋2H2O

回答下列问题：

（1）上述制备过程中，检验洗涤是否完全的方法是______________________。

（2）银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn（OH）4，写出该电池反应方程式：

_______________________________________。

答案　

（1）取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴Ba（NO3）2溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全（或取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴酚酞溶液，若溶液不显红色，表示已洗涤完全）

（2）Ag2O2＋2Zn＋4KOH＋2H2O===2K2Zn（OH）4＋2Ag

解析　

（1）解题出发点有二：

其一从沉淀表面附着硫酸钾，可用硝酸钡溶液检验；

其二沉淀表面附着（过量的）氢氧化钾，可用酚酞溶液检验。

（2）根据原电池反应和氧化还原反应的对应关系，初步确定氧化剂是过氧化银，还原产物是银；

还原剂是金属锌，氧化产物是四羟基合锌酸钾；

同时注意所用的介质是氢氧化钾溶液。

3．[2010·

江苏，20

（2）（3）（4）]以水氯镁石（主要成分为MgCl2·

6H2O）为原料生产碱式碳酸镁的主要流程如下：

　　　H2O　　NH3　NH3、NH4HCO3　　　滤液

↓　　　↓　　　　↓　　　　　　　↑

水氯镁石→

→

→碱式碳酸镁

（2）上述流程中的滤液浓缩结晶，所得主要固体物质的化学式为________。

（3）高温煅烧碱式碳酸镁得到MgO。

取碱式碳酸镁4.66g，高温煅烧至恒重，得到固体2.00g和标准状况下CO20.896L，通过计算确定碱式碳酸镁的化学式。

（4）若热水解不完全，所得碱式碳酸镁中将混有MgCO3，则产品中镁的质量分数________（填“升高”、“降低”或“不变”）。

答案　

（2）NH4Cl

（3）n（CO2）＝

＝4.00×

10－2mol

n（MgO）＝

＝5.00×

n（H2O）＝

n（MgO）∶n（CO2）∶n（H2O）＝5.00×

10－2∶4.00×

10－2∶5.00×

10－2＝5∶4∶5

碱式碳酸镁的化学式为Mg（OH）2·

4MgCO3·

4H2O

（4）升高

解析　

（2）主要流程中加NH3、NH4HCO3进行沉淀镁得到主要物质为MgCO3和NH4Cl，滤液的主要成分为NH4Cl。

（3）设该碱式碳酸镁的化学式为Mgx（OH）y（CO3）z，高温煅烧后产物为MgO、CO2和H2O，其物质的量之比为n（MgO）∶n（CO2）∶n（H2O）＝x∶z∶

，由题中数据知生成气体CO2的物质的量n（CO2）＝

10－2mol，得到的固体为MgO，其物质的量

10－2mol，

10－2mol，n（MgO）∶n（CO2）∶n（H2O）＝x∶z∶

10－2＝5∶4∶5，所以求得该碱式碳酸镁的化学式为Mg5（OH）10（CO3）4，但该化学式化合价不守恒，推测可能含结晶水，故化学式应为Mg5（OH）2（CO3）4·

4H2O，也可写为Mg（OH）2·

4H2O。

（4）将碱式碳酸镁的化学式分为两部分，分别是4MgCO3和Mg（OH）2·

MgCO3中镁的质量分数为24/84×

100%≈28.6%，M