第三章 第13讲金属材料及金属矿物的开发利用Word格式.docx
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黄铜矿（CuFeS2）、斑铜矿（Cu5FeS4）、辉铜矿（Cu2S）、孔雀石[CuCO3·
Cu（OH）2]。
下列说法不正确的是（ ）
A.可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿
B.硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
C.工业上常采用电解法制取粗铜
D.在上述几种含铜化合物中，铜的质量分数最高的是Cu2S
答案 C
解析 CuSO4是重金属盐，能使蛋白质变性，B项正确；
工业上常用电解法精炼铜，C项不正确。
3.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.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
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。
题组二 铜及其化合物的制取
4.Cu2S是火法炼铜的重要原料之一，下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4·
5H2O的流程图：
Cu
Cu2O、CuO
A
B
胆矾
（1）Cu2S中铜元素的化合价为________，火法炼铜的反应原理是__________________（用化学方程式表示）。
（2）向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的体系A中溶液呈蓝色，且有红色物质生成，请写出生成红色物质的离子方程式：
_________________________________________________。
（3）若将A中红色物质反应掉，操作Ⅰ中加入的试剂最好是________（填字母序号）。
A.适量的NaNO3B.适量的HNO3
C.适量的H2O2
答案
（1）＋1 Cu2S＋O2
2Cu＋SO2
（2）Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O
（3）C
解析
（1）Cu2S中铜为＋1价，火法炼铜中Cu、O被还原，S被氧化，反应原理为Cu2S＋O2
2Cu＋SO2。
（2）依据信息知Cu2O在酸性条件下生成Cu2＋（蓝色）和单质铜（红色），写出反应物和生成物，配平方程式。
（3）H2O2不产生污染物。
5.孔雀石的主要成分为Cu2（OH）2CO3。
某同学设计的从孔雀石中冶炼铜的方案如下（假设孔雀石中杂质不溶于水和稀硫酸）：
（1）反应①能观察到的现象是__________________________________________________，
有关反应的化学方程式为____________________________________________________。
（2）反应②加入的金属可能是__________，有关反应的离子方程式为________________。
答案
（1）固体逐渐消失，溶液由无色变成蓝色，有气泡产生 Cu2（OH）2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O
（2）铁粉（答案合理即可） Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
解析 孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，且有气泡产生；
反应的化学方程式为Cu2（OH）2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O。
经过滤除去难溶于水和稀硫酸的杂质，则滤液中主要含有CuSO4，加入的金属粉末能将Cu2＋从溶液中置换出来即可，故金属可能是Fe或Zn等。
6.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。
1.熟记铜及其化合物的颜色
物质
颜色
紫红色
CuSO4
白色
CuO
黑色
CuSO4·
蓝色
Cu2O
砖红色
绿色
Cu（OH）2
2.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。
（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。
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
有碱存在与水
与高温水蒸气反应
不反应
与非氧化
性酸反应
生成盐和氢气
与盐溶液
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
（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
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.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。
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合金的熔点一般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.①②③⑤C.①②④D.①②④⑤
答案 B
题组三 合金组成的分析
5.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；
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.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.只通过气体体积VL和最后固体质量Wg无法计算合金中铜的质量分数
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）热分解法冶炼金属
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.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。
2.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
金
游离态
金子比沙子密度大，利用水洗法直接分离
银
化合态
银的金属性弱，用加热Ag2O的方法冶炼
C
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
D
钠
钠的金属性强，一般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 钠一般是由电解熔融NaCl的方法来制取，而电解饱和食盐水得到的是NaOH、H2和Cl2。
2.下列关于金属的一些说法不正确的是（ ）
A.工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应
B.工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的
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 冶炼铝由化合态变游离态，有化合价变化属于氧化还原反应，A正确；
Mg在工业上用电解法冶炼，Cu用热还原法冶炼，B错误；
金属冶炼的实质是Mn＋＋ne－===M，C正确；
金属越活泼，则金属离子的氧化性越弱，越难被还原，D正确。
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
（1）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B为Fe。
（2）Fe2O3和MgO都是碱性氧化物，能与酸反应生成盐和水：
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。
（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·
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。
1.（2013·
上海，26）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______（选填“强”、“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 弱 D
2.[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______________。
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
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。
3.[2013·
山东理综，28
（1）
（2）]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.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）Cu2S 4 H2
解析
（1）Na、K、Mg、Al等活泼金属的冶炼均采用电解法，Fe、Cu的冶炼采用热还原法。
（2）在辉铜矿和H2SO4、O2的反应中，O2作氧化剂，所以1molO2得到4mole－，还原剂失去4mole－。
CuSO4溶液中由于Cu2＋水解而显酸性，加
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