学案34 用途广泛的金属材料 开发利用金属矿物Word文档下载推荐.docx

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Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag、

Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2

2.铜的氧化物和氢氧化物

氧化铜

氧化亚铜

氢氧化铜

化学式

CuO

Cu2O

Cu（OH）2

状态

不溶于水的黑色固体（粉末）

不溶于水的红色固体

不溶于水的蓝色固体

续表

化学性质

CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O

CuO＋H2

Cu＋H2O

CuO＋CO

Cu＋CO2

Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O

Cu2O＋H2

2Cu＋H2O

Cu（OH）2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O

CuO＋H2O

3.铜盐

（1）Cu2（OH）2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，它是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，它受热易分解：

Cu2（OH）2CO3

2CuO＋H2O＋CO2↑。

（2）无水CuSO4是白色粉末，遇水变蓝色（生成CuSO4·

5H2O）可作为水的检验依据，但不适于作干燥剂。

CuSO4·

5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾，受热易分解：

5H2O

CuSO4＋5H2O↑，蓝色晶体受热转化为白色粉末。

（3）铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。

易错警示　　区别红色物质Cu和Cu2O的方法

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。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×

”。

（1）无水CuSO4白色粉末遇水变蓝色，发生物理变化。

（　　）

（2）CuSO4·

5H2O加热失去结晶水发生物理变化。

（3）铜锈的主要成分是Cu2（OH）2CO3，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NO生成。

（5）清除铜制品表面的铜绿用稀HNO3。

提示　

（1）×

（2）×

　（3）√　（4）×

　（5）×

题组一铜及其化合物的性质

1.在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列物质，铜粉溶解的是（　　）

①FeCl3　②Fe2O3　③Cu（NO3）2　④KNO3

A．只有①或②B．只有②或④

C．只有①或②或③D．①②③④中任意一种

答案　D

解析　Cu与Fe3＋作用：

2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，Fe2O3与稀H2SO4反应生成Fe3＋，H＋、NO

具有强氧化性，能使铜粉溶解。

故①②③④能使铜粉溶解。

2．已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H＋发生：

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，说明样品全部生成了Cu2O

B．溶液中最终可能有紫红色固体出现

C．这种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　由于Cu能够与热的稀硝酸反应，所以不论CuO是否完全分解，溶液中最终不可能有紫红色固体出现，故A、B、D项错误。

★总结提升

熟记铜及其化合物的颜色

物质

颜色

Cu

紫红色

CuSO4

白色

黑色

蓝色

砖红色

绿色

题组二铜及其化合物转化关系的应用

3.[2016·

株洲质检]铜是生活中常见的金属，请回答下列问题：

（1）Cu不活泼，通常情况下不与稀硫酸反应，但向Cu和稀硫酸的混合物中滴入H2O2溶液后，溶液很快变蓝色。

试写出该反应的离子方程式______________________________________________。

（2）将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出Cu2（OH）2CO3绿色固体，试写出该反应的离子方程式________________________。

（3）火法炼铜的原理：

Cu2S＋O2

2Cu＋SO2，在该反应中每生成1molCu，转移________mole－。

（4）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________（填选项字母）。

a．粗铜接电源正极，发生氧化反应

b．溶液中Cu2＋向阴极移动

c．电解过程中，阳极和阴极的质量变化相等

d．利用阳极泥可回收Al、Zn等金属

（5）据报道，有一种叫ThibacillusFerroxidans的细菌在有氧气存在的酸性溶液中，可将黄铜矿CuFeS2氧化成硫酸盐：

4CuFeS2＋2H2SO4＋17O2===4CuSO4＋2Fe2（SO4）3＋2H2O。

利用反应后的溶液，按如下流程可制备胆矾（CuSO4·

5H2O）：

①检验溶液B中Fe3＋是否被除尽的实验方法是__________________________________________________________。

②在实验室中，设计两个原理不同的方案，从溶液B中提炼金属铜（要求：

一种方案只用一个反应来完成）。

写出两种方案中涉及的化学方程式：

方案一：

____________________________________________；

方案二：

____________________________________________。

答案　

（1）Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O

（2）2Cu2＋＋2CO

＋H2O===Cu2（OH）2CO3↓＋CO2↑

（3）3　（4）ab

（5）①取少量溶液B于试管中，加入几滴KSCN溶液，若溶液无明显现象，则说明Fe3＋已被除尽　②CuSO4＋Fe===Cu＋FeSO4　2CuSO4＋2H2O

2Cu＋2H2SO4＋O2↑（其他合理答案均可）

解析　

（1）溶液变蓝说明有Cu2＋生成，则H2O2作氧化剂，离子反应方程式为：

Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。

（2）由题给信息可知反应的离子方程式为：

2Cu2＋＋2CO

＋H2O===Cu2（OH）2CO3↓＋CO2↑。

（3）根据题给方程式可知，生成2molCu时，转移6mol电子，则生成1molCu时，转移3mol电子。

（4）粗铜接电源的正极，作阳极，发生氧化反应，a正确；

溶液中阳离子向阴极移动，b正确；

电解过程中，阳极是铝、锌、铜放电，Ag、Pt、Au形成阳极泥，而阴极始终是Cu2＋得电子生成单质铜，所以阴极和阳极质量变化不一定相等，c错误；

阳极泥是比铜活泼性差的Ag、Pt、Au沉积在阳极形成的，d错误。

（5）①验证Fe3＋最好用KSCN溶液。

②由硫酸铜得到铜，可以通过置换反应，也可以通过电解。

4．[2015·

苏州五中期中]各物质之间的转化关系如图，部分生成物省略。

C、D是由X、Y、Z中两种元素组成的化合物，X、Y、Z的原子序数依次增大，在周期表中X的原子半径最小，Y、Z原子最外层电子数之和为10。

D为无色非可燃性气体，G为黄绿色单质气体，J、M为金属，I有漂白作用，反应①常用于制作印刷电路板。

据此回答下列各题：

（1）写出纯净物A的化学式：

________，C的电子式：

________，用来检验L中阳离子的试剂是________（该试剂焰色为紫色）。

（2）沉淀E可溶于过量________（填试剂名称）得到深蓝色的透明溶液，呈现该颜色是因为溶液中存在配离子：

________（填化学式）。

（3）写出反应①的离子方程式：

________________，写出反应②的化学方程式：

________________（有机物用结构简式表示）。

（4）已知F溶于稀硝酸，溶液变成蓝色，放出无色气体，请写出该反应的化学方程式：

________________。

答案　

（1）CuCO3[或Cu2（OH）2CO3或Cu（OH）2·

CuCO3]　

　硫氰化钾

（2）氨水　[Cu（NH3）4]2＋

（3）Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋

CH3CHO＋2Cu（OH）2＋NaOH

CH3COONa＋Cu2O↓＋3H2O[写成CH3CHO＋2Cu（OH）2

CH3COOH＋Cu2O↓＋2H2O也可]

（4）3Cu2O＋14HNO3===6Cu（NO3）2＋2NO↑＋7H2O

解析　周期表中原子半径最小的是H（X）、G为Cl2、L为FeCl3、B为CuCl2、E为Cu（OH）2、M为Cu、K为FeCl2、J为Fe、H为HCl、C为H2O、I为HClO，由Y、Z原子序数依次增大且Y、Z最外层电子数之和为10可推知Y为C、Z为O，所以D为CO2，A为CuCO3或Cu2（OH）2CO3。

（1）A为CuCO3或Cu2（OH）2CO3，C的电子式为H：

O·

·

·

：

H，检验Fe3＋常用KSCN溶液或苯酚溶液，题中指明该试剂焰色为紫色可知为KSCN。

（2）Cu（OH）2能溶于过量氨水得到深蓝色溶液，反应方程式为Cu（OH）2＋4NH3·

H2O===[Cu（NH3）4]（OH）2＋4H2O，溶液呈蓝色的原因是含有络合离子[Cu（NH3）4]2＋。

（3）反应①的离子方程式为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，反应②的化学方程式为CH3CHO＋2Cu（OH）2

CH3COOH＋Cu2O↓＋2H2O。

（4）F溶于稀硝酸，溶液呈蓝色，说明F为Cu2O，Cu2O与稀硝酸反应化学方程式为3Cu2O＋14HNO3===6Cu（NO3）2＋2NO↑＋7H2O。

铜的冶炼“三方法”

（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。

（3）生物炼铜：

“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性，并能利用空气中的氧气氧化硫化亚铜矿石，然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。

生物炼铜的优点：

a.成本低；

b.污染小；

c.反应条件简单；

d.含量（品位）很低的矿石也可以被利用。

　合金的概念及其重要应用

1．合金

（1）概念：

合金是指由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

（1）重要的黑色金属材料——钢

钢铁是用量最大、用途最广的合金。

钢

（2）几种有色金属材料

易错警示　　

（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。

（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）常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。

　判断正误，正确的画“√”，错误的画“×

（1）合金中至少含有两种金属元素，不含非金属元素。

（2）合金中的金属元素以化合物的形式存在。

（3）合金的硬度低于成分金属，合金的熔点一般高于其成分金属。

（4）下列物质或材料都属于合金：

钢、青铜、铝镁合金、水银、硅钢。

　（3）×

　（4）×

题组一合金的性能特点及应用

1.[2015·

宁波模拟]美国“海狼”潜艇上的核反应堆内使用了液体铝钠合金（单质钠和单质铝熔合而成）作载热介质，下列有关说法不正确的是（　　）

A．该铝钠合金的熔点低于金属钠

B．铝钠合金若投入一定量的水中可得无色溶液，则n（Al）≤n（Na）

C．铝钠合金投入足量氯化铜溶液中，会有氢氧化铜沉淀生成，也可能有铜析出

D．若mg不同组成的铝钠合金投入足量盐酸中，放出的H2越多，则铝的质量分数越小

解析　合金的熔点低于其组分金属，A正确；

铝钠合金投入水中，发生2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，当n（Na）≥n（Al）时，金属全部溶解，得到无色溶液，B正确；

铝钠合金投入到足量氯化铜溶液中，钠和水反应生成的NaOH可以和CuCl2反应生成Cu（OH）2沉淀，若n（Al）>

n（Na），金属铝也会置换出金属铜，C正确；

2Al～3H2↑，2Na～H2↑，等质量的金属钠和金属铝比较，Al产生的氢气量多，所以放出的H2越多，铝的质量分数越大，D错误。

2．[2015·

长安模拟]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

解析　合金的导电性比纯金属的弱。

题组二有关合金成分的分析与计算

3.[2015·

大连模拟]部分氧化的铁铜合金样品（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Fe3＋、Fe2＋、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　根据题意，3.2g滤渣一定是铜，而铜与Fe3＋不共存，则A项错误；

最后的3.2g固体为Fe2O3，其中Fe元素的质量为2.24g，B正确；

样品中Cu元素和O元素共5.76g－2.24g＝3.52g，则C项错误；

因2.24gFe元素已部分氧化，且Fe还与Fe3＋、Cu2＋发生反应，故生成的氢气的体积应小于896mL，D错误。

4．[2013·

重庆高考]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________。

②AlMg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________。

（3）航母螺旋桨主要用铜合金制造。

①80.0gCuAl合金用酸完全溶解后，加入过量氨水，过滤得白色沉淀39.0g，则合金中Cu的质量分数为__________________。

②为分析某铜合金的成分，用酸将其完全溶解后，用NaOH溶液调节pH，当pH＝3.4时开始出现沉淀。

分别在pH为7.0、8.0时过滤沉淀。

结合如图信息推断该合金中除铜外一定含有________。

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）

（3）①83.1%　②Al、Ni

解析　

（1）①工业炼铝需将铝土矿与强碱溶液反应转化成偏铝酸盐，然后在偏铝酸盐溶液中通入过量的CO2，发生反应：

AlO

＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋HCO

，故提取过程中需通入CO2气体。

②保护气需性质稳定，高温条件下不与AlMg合金反应，N2高温条件下可与Mg反应，可用氩气作保护气。

（2）①海水接近中性，金属在其中以吸氧腐蚀为主。

②铁矿石中硅元素多以SiO2形式存在，加入CaCO3或CaO，SiO2可与之反应生成CaSiO3从而降低生铁中硅的含量。

（3）①白色沉淀为Al（OH）3,39.0gAl（OH）3中铝元素为0.5mol，合金中铝的质量为0.5mol×

27g·

mol－1＝13.5g，则铜的质量为66.5g，质量分数为83.1%。

②由于要将Cu溶解，所选用的酸为氧化性酸，若合金中有铁存在，则Fe将被氧化成Fe3＋，pH＝3.4时开始出现沉淀，利用图给信息可知溶液中无Fe3＋，一定有Al3＋，则合金中一定有Al；

由题意可知pH在7.0～8.0之间一定有沉淀生成，由图给信息可知溶液中一定有Ni2＋，则合金中一定有Ni。

　金属矿物的开发利用

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

（1）富集：

除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。

（2）冶炼：

利用氧化还原反应，用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质。

（3）精炼：

提纯金属。

4．金属冶炼方法

（1）热分解法（适用于Hg、Ag等不活泼金属）

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（适用于Zn—Cu等中等活泼金属）

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（适用于Al以前的活泼金属）

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

4Al＋3O2↑，MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑，2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑。

（1）制钛：

用金属钠置换氯化钛（TiCl4）溶液中的钛。

（2）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。

（3）制钠：

用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液。

（4）炼铜：

用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜。

（5）铝是地壳中含量最高的金属元素。

（6）能用电解AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg。

（7）在铝热反应中，镁条、KClO3的作用是引燃助燃作用。

（2）√　（3）×

　（5）√　（6）×

　（7）√

题组一金属冶炼原理的考查

1.下列有关金属冶炼的方法叙述正确的是（　　）

A．电解氯化镁水溶液制备金属镁

B．利用铝热反应制备金属铝

C．加热分解Fe2O3的方法制备金属铁

D．用火法或湿法均可制备金属铜

解析　电解氯化镁溶液得到Mg（OH）2，冶炼金属镁应电解熔融MgCl2，A错；

利用铝热反应可冶炼钒、铬、锰、铁等高熔点金属，B错；

用热还原法用CO、H2或Al还原Fe2O3制备金属铁，C错；

可用热还原法或活泼金属置换法制备Cu，D正确。

2．[2013·

山东高考]金属冶炼和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．Fe2O3B．NaCl

c．Cu2SD．Al2O3

（2）辉铜矿（Cu2S）可发生反应2Cu2S＋2H2SO4＋5O2===4CuSO4＋2H2O，该反应的还原剂是________。

当1molO2发生反应时，还原剂所失电子的物质的量为________mol。

向CuSO4溶液中加入镁条时有气体生成，该气体是________。

答案　

（1）bd

（2）Cu2S4H2

解析　

（1）金属冶炼时，金属活动性顺序表中铝及其前面的金属一般采用电解法，故选bd；

（2）分析题给方程式：

2Cu2S＋2H2SO4＋5O2===4CuSO4＋2H2O，Cu元素和S元素的化合价均升高，O元素的化合价降低，故还原剂是Cu2S；

当1molO2发生反应时，氧化剂氧气得到4mol电子，则同时还原剂所失电子也为4mol；

CuSO4溶液由于Cu2＋水解呈酸性，故加入镁条放出氢气。

1．金属活动性顺序及其应用

2.根据金属活动性判断金属的冶炼方法

（1）表中汞以后金属一般用热分解法或淘洗等物理方法。

（2）表中锌到铜之间的金属一般用热还原法，常用的还原剂有C、CO、H2、Al等。

（3）表中铝以前的金属一般用电解其熔融化合物的方法。

（4）某些金属如Cu，可用湿法冶金，即CuSO4＋Fe===Cu＋FeSO4。

题组二铝热反应及其应用

3.[2014·

山东高考]用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有________。

a．KClB．KClO