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第4讲用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物微专题一铜及其重要化合物微专题二合金金属的冶炼总纲目录 1.能从材料组成的角度对生活中常见的材料进行分类,能根据使用需求选择适当的材料,能解释使用注意事项,并能科学合理使用。2.以金属矿物的开发利用为例,了解依据物质性质及其变化综合利用资源和能源的方法。3.结合实例认识金属材料组成、性能及应用的联系。山东省教学指导意见微专题一铜及其重要化合物1.铜(1)物理性质:铜是①紫红色金属,具有良好的②导电性、③导热性和延展性。(2)化学性质2.氧化铜和氧化亚铜3.氢氧化铜(1)物理性质: 蓝色不溶于水的固体。(2)化学性质及应用 4.CuSO4·5H2OCuSO4·5H2O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),可作为水的检验试剂。1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。(1)电解CuCl2溶液的化学方程式:CuCl2 Cu2++2Cl- (✕)(2)H2还原CuO时,应先加热后通H2 (✕)(3)常温下,Fe和Cu与浓硝酸反应产生的气体体积相同 (✕)(4)将铁片和铜片用导线连接后置于稀H2SO4中,铜片上有气泡产生,说明铜比铁活泼 (✕)(5)Cu2O遇硝酸会被氧化成Cu2+ (√)(6)利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质,来检验水的存在 (√)(7)CuCO3是铜锈的主要成分,可用盐酸除去铜锈 (✕)(8)农业上配制波尔多液时可在铁桶或铝桶中进行 (✕)2.【深度思考】填写下列铜及其化合物的颜色。①CuO②Cu2O③Cu2S④CuS⑤Cu2(OH)2CO3⑥CuSO4·5H2O⑦Cu⑧CuSO4⑨Cu(OH)2答案①黑色②砖红色③黑色④黑色⑤绿色⑥蓝色⑦紫红色⑧白色⑨蓝色题组一铜及其化合物的性质及应用1.(2018安徽江淮十校第二次联考)实验探究Cu及其化合物的性质,操作正确且能达到目的的是 (C)A.将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuSB.向Cu与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察CuSO4溶液的颜色C.向CuSO4溶液中加入适量的NaOH,过滤洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取CuOD.在淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热水解,再加入少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热,产生砖红色沉淀解析硫的氧化性较弱,只能将铜氧化为+1价生成Cu2S,A项错误;铜与过量浓硫酸反应后稀释,应将反应后的溶液缓慢加入水中,并不断搅拌,B项错误;CuSO4与NaOH溶液反应生成Cu(OH)2沉淀,过滤、洗涤、灼烧后可得CuO,C项正确;淀粉水解后应先加NaOH溶液至溶液呈碱性,然后加入新制Cu(OH)2悬浊液并加热,才会产生砖红色沉淀,D项错误。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 (D)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去铜器表面的铜绿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稀硫酸Ⅰ对;Ⅱ对;无C向硫酸铜溶液中加入NaOH溶液,有蓝色沉淀产生,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,所以可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿,陈述Ⅰ、Ⅱ有因果关系,A错误;铜表面不能形成致密的氧化膜,陈述Ⅰ错误,B错误;硫酸铜与NaOH反应生成Cu(OH)2,Cu(OH)2受热分解生成黑色的CuO,铜丝在火焰上灼烧,Cu与O2反应生成CuO,陈述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,Cu-SO4溶液可用作游泳池的消毒剂,但与前者没有因果关系,D正确。3.下图中,固体A是一种常见的紫红色金属,它在日常生活中有极其重要的作用,如电线、合金等,溶液B是一种蓝色溶液。固体A 溶液B 棕色溶液C+白色沉淀 溶液E呈蓝色请回答:(1)溶液E呈蓝色是因为溶液C中生成了。(2)写出A→B的化学方程式:。(3)已知白色沉淀为CuI,写出生成CuI的离子方程式:。答案(1)I2(2)Cu+H2O2+H2SO4 CuSO4+2H2O(3)2Cu2++4I- 2CuI↓+I2解析铜与H2O2、稀硫酸发生反应:Cu+H2O2+H2SO4 CuSO4+2H2O;生成的CuSO4与KI发生氧化还原反应:2Cu2++4I- 2CuI↓+I2;生成的I2遇淀粉溶液变蓝。题后悟道新制Cu(OH)2检验醛基易错点醛基易被新制Cu(OH)2氧化成羧基,Cu(OH)2被还原成砖红色Cu2O,由于Cu2O在酸性环境中不稳定:Cu2O+2H+ Cu+Cu2++H2O,故检验醛基时须在碱性条件下操作。题组二化工流程中铜及其化合物的转化4.某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物,工业上以该废渣为原料生产CuCl2·2H2O晶体的工艺流程如下: 下列说法正确的是 ()A.焙烧过程中每消耗1molCuS则消耗3molO2B.焙烧后的废气能够使酸性高锰酸钾溶液褪色C.滤渣中主要含铁的氧化物D.将获得的CuCl2·2H2O晶体加热可制得CuCl2固体解析B根据2CuS+3O2 2CuO+2SO2知,1molCuS则消耗1.5molO2,A错误;废气含SO2能够使酸性高锰酸钾溶液褪色,B正确;滤渣中主要是氢氧化铁,C错误;Cu2+水解,加热CuCl2·2H2O晶体,不能得CuCl2固体,D错误。5.(2018河北邯郸教学质量检测)某化合物M由两种常见的元素组成,为了测定其组成进行如下实验: M的化学式可能为 (A)A.Cu2SB.CuSC.FeS2D.Fe3S4解析由题意并结合选项可知,1.60gM在高温下反应生成的气体是二氧化硫,二氧化硫被双氧水氧化为硫酸,根据滴定过程消耗的氢氧化钠,可以求出n(S)=n(SO2)=n(H2SO4)= n(NaOH)= ×20.00×10-3L×0.1mol·L-1× =0.01mol,所以m(S)=0.32g,则m(金属)=1.60g-0.32g=1.28g,假若是铜,则n(Cu)=0.02mol,M可能为Cu2S;假若是铁,则n(Fe)≈0.023mol,M没有与之对应的选项。综上所述,A项正确。1212250mL25.00mL题后悟道废铜利用的思维模式 微专题二合金金属的冶炼1.合金 2.常见金属材料 (1)黑色金属材料——钢铁a.⑤钢是用量最大、用途最广的合金。b. (2)有色金属材料——铜和铝a. b. 3.金属矿物的开发利用(1)金属冶炼的一般步骤 (2)金属活动性与冶炼方法的关系 (3)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)(4)铝热反应1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。(1)金属单质只有还原性,金属阳离子只有氧化性 (✕)(2)铁是人类使用最早和最广泛的金属 (✕)(3)任何金属都能形成合金 (✕)(4)所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应 (✕)(5)用焦炭和空气产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物(✕)(6)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时,阴极上依次析出Cu、Fe、Al (✕)(7)制镁:电解氯化镁溶液或MgO制取金属镁 (✕)(8)制铝:电解AlCl3制取金属铝 (✕)2.将金属与冶炼金属的方法搭配起来。①以C、CO或H2作还原剂冶炼②以活泼金属Na冶炼③利用铝热反应原理用Al冶炼④电解法⑤热分解法(1)Fe、Zn、Cu等金属①。(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属④。(3)Hg、Ag等不活泼金属⑤。(4)V、Cr、Mn等高熔点金属③。(5)K、Rb、Ti等金属②。题组一合金的性质及应用1.(2018河南八市第二次测评)《天工开物》中记载:凡铜供世用,出山与出炉,止有赤铜。以炉甘石或倭铅参和,转色为黄铜,以砒霜等药制炼为白铜,矾、硝等药制炼为青铜。其中涉及的物质中熔点最高的是(C)A.青铜B.黄铜C.赤铜D.白铜解析赤铜是纯度较高的铜,熔点比其合金高,青铜是铜锡合金,黄铜是铜锌合金,白铜是铜镍合金,C项正确。2.(2018山西太原模拟)镁铝合金质优体轻,又不易锈蚀,大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述中正确的是 (B)A.此合金的熔点比镁和铝的熔点都高B.此合金能全部溶解于稀盐酸中C.此合金能全部溶解于氢氧化钠溶液中D.此合金不能全部溶于过量FeCl3溶液中解析合金的熔点一般低于组成它的成分金属,A错误;镁铝合金具有镁、铝的化学性质,只有B正确。题组二金属的冶炼3.(2018安徽合肥模拟)下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是(D)金属存在形式冶炼方法A锰化合态锰的熔点高,利用铝热法冶炼B银化合态银的金属性弱,用加热Ag2O的方法冶炼C铁化合态用CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物D钠化合态钠的金属性强,一般还原剂很难将其还原出来,所以用电解饱和食盐水的方法冶炼解析钠一般是由电解熔融NaCl的方法来制取,电解饱和食盐水得到的是NaOH、H2和Cl2。4.(2019四川成都调研)用自然资源生产部分材料,其流程示意图如图所示: 下列有关说法正确的是 ()A.制取铝也可用电解熔融AlCl3的方法B.由赤铁矿冶炼生铁时,发生的反应既有吸热反应,又有放热反应C.粗铜精炼时往往以粗铜作电解池的阴极D.将MgCl2溶液加热蒸发结晶,即可得到MgCl2解析BA项,AlCl3为共价化合物,熔融状态下不导电;B项,由赤铁矿冶炼生铁时,发生吸热反应:C+CO2 2CO,发生放热反应:C+O2 CO2;C项,电解精炼铜时,粗铜作阳极;D项,由于Mg2+易水解,故加热蒸发MgCl2溶液时得不到MgCl2。5.(2018课标Ⅱ,26,14分)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示: 相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:金属离子Fe3+Fe2+Zn2+Cd2+开始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4回答下列问题:(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为。(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有;氧化除杂工序中ZnO的作用是,若不通入氧气,其后果是。(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为;沉积锌后的电解液可返回工序继续使用。答案(1)ZnS+ O2 ZnO+SO2(2)PbSO4调节溶液的pH无法除去杂质Fe2+(3)Cd2++Zn Cd+Zn2+(4)Zn2++2e- Zn溶浸32解析本题考查元素化合物知识在化工生产中的应用。(1)高温焙烧,金属硫化物转化为金属氧化物和二氧化硫气体。(2)PbSO4难溶于水;氧化除杂工序中通入O2,可将铁元素完全转化为Fe3+,加入ZnO调节溶液pH为2.8~6.2,保证Fe3+被完全除去。(3)还原除杂工序中锌粉可置换出金属Cd。(4)电解硫酸锌溶液时,阴极反应式为Zn2++2e- Zn,阳极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,沉积锌后的电解液中主要含硫酸,可返回溶浸工序继续使用。题后悟道铜的冶炼“三方法”(1)火法炼铜(还原法炼铜):Cu2S+O2 2Cu+SO2。火法炼铜得到的铜为粗铜,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。(2)湿法炼铜:Fe+CuSO4 FeSO4+Cu。(3)生物炼铜:某些微生物能耐受铜盐的毒性,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。