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第四节用途广泛的金属材料开发利用金属矿物考向一金属的冶炼方法【通考点·融会贯通】1.金属冶炼的常用方法2.金属冶炼的其他方法(1)Na+KClK↑+NaCl,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。(2)2Al+4BaO3Ba↑+BaO·Al2O3,常温下Al的金属性比Ba的金属性弱,但Al的沸点比Ba的沸点高,控制反应温度,Ba形成蒸气而逸出,使化学反应向正方向进行。【通考题·触类旁通】1.(2019·衡阳模拟)从唐朝诗人刘禹锡的《浪淘沙》“美人首饰侯王印,尽是沙中浪底来”中可以得出古人从沙子中得到黄金的方法为()A.热还原法B.热分解法C.重力沉降法D.电解法【解析】选C。金是金黄色的,化学性质稳定,因此可以做首饰和印章;“沙里淘金”没有新物质生成,利用的是物理性质,热还原法是化学方法,A错误;热分解法是化学方法,B错误;重力沉降法,利用黄金的密度较大而进行分离,C正确;电解法是化学方法,D错误。2.下列常见金属的冶炼原理中不合理的是()选项金属冶炼原理AFeFe2O3+3CO2Fe+3CO2BHg2HgO2Hg+O2↑CMg2MgO(熔融)2Mg+O2↑DNa2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑【解析】选C。A项,铁可以通过还原剂还原铁的氧化物进行冶炼,正确;B项,Hg是不活泼金属,通过热分解冶炼,正确;C项,镁是活泼金属,电解熔融的MgCl2冶炼Mg,错误;D项,Na是活泼金属,电解熔融NaCl冶炼Na,正确。【加固训练】1.(2019·大庆模拟)明代《天工开物》中记载:“凡铸钱每十斤,红铜居六七,倭铅(锌的古称)居三四。”下列金属的冶炼原理与倭铅相同的是()A.NaB.AuC.AlD.Fe【解析】选D。倭铅指的是锌,冶炼锌采取热还原法。冶炼Na采用电解法冶炼,冶炼Au采用物理方法,冶炼Al采用电解法冶炼,A、B、C项均不符合题意;冶炼Fe采用热还原法,D项符合题意。2.(2019·宜春模拟)不同的金属在冶炼方法上也有所不同,下列说法正确的是()A.钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制B.工业上一般用焦炭作还原剂还原HgO制取HgC.由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼,人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质D.炼铁时加入的焦炭除了提供热量外,还用来制造还原剂一氧化碳【解析】选D。A项,铁用CO还原法炼制,用铝热反应成本太高,故A错误;B项,Hg的还原性弱,可用加热分解HgO的方法冶炼Hg,故B错误;C项,氯化铝是共价化合物,所以熔融时,它是不导电的,工业上用电解氧化铝的方法制取铝,故C错误;D项,高炉炼铁中焦炭的作用为与氧气反应产生热量和制造还原剂一氧化碳,故D正确。3.下列几种关于金属冶炼方法的叙述中,正确的是()A.蒸发海水制成饱和食盐水,将其电解可制得金属钠B.炼铁高炉中,利用焦炭作为还原铁矿石的还原剂C.高炉炼铁能得到纯铁D.铝热法能够使氧化铁跟铝在高温条件下炼出铁来【解析】选D。电解食盐水得到的是NaOH,得不到Na,A错误;炼铁高炉中利用CO作为还原铁矿石的还原剂,B错误;高炉炼铁得到的是含碳等元素的生铁,C错误。4.铝热反应的化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe。某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述:“反应放出大量的热,并发出耀眼的光芒”“纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知,Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如下:(1)该同学推测,铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。这种推测有一定的道理,理由是__________。物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/℃660205415351462沸点/℃246729802750(2)设计一个简单的实验方案,证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是________,当观察到__________________的现象时,说明熔融物中含有金属铝。(3)实验室溶解该熔融物,最好选用下列试剂中的________(填序号)。A.浓硫酸B.稀硫酸C.稀硝酸D.氢氧化钠溶液【解析】(1)铝热反应放出大量的热,使生成的铁熔化,与未反应完的铝可以形成合金。(2)铝与NaOH溶液反应,产生H2。(3)浓硫酸使铁、铝钝化,稀硝酸会产生NO,污染环境,NaOH溶液不能溶解铁。答案:(1)该反应温度下铝已熔化,未反应的铝可与生成的铁熔合在一起,形成合金(2)NaOH溶液有气泡生成(3)B考向二铜及其化合物的性质及应用【通考点·融会贯通】1.铜元素的价类图从物质分类角度认识铜元素及其化合物的通性;从化合价角度认识铜元素及其化合物的氧化性、还原性。2.铜元素的转化图【通考题·触类旁通】(2018·浙江4月选考真题)某同学通过如下流程制备氧化亚铜:已知CuCl难溶于水和稀硫酸:Cu2O+2H+====Cu2++Cu+H2O。下列说法不正确的是()A.步骤②中SO2可用Na2SO3替换B.步骤③中为防止CuCl被氧化,可用SO2水溶液洗涤C.步骤④发生反应的离子方程式为2CuCl+2OH-====Cu2O+2Cl-+H2OD.如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质,用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应,根据反应前、后固体质量可计算试样纯度【解析】选D。步骤②中SO2可用Na2SO3替换,反应方程式为2Cl-+2Cu2+++H2O====2CuCl↓++2H+,A正确;用SO2水溶液洗涤CuCl可防止步骤③中CuCl被氧化,B正确;步骤④发生反应的离子方程式为2CuCl+2OH-====Cu2O+2Cl-+H2O,C正确;如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质,用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应,发生23SO24SO反应的方程式有Cu2O+2H+====Cu2++Cu+H2O与CuO+2H+====Cu2++H2O,因而无法根据反应前、后固体质量计算试样纯度,D错误。【加固训练】1.在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备单质铜,有下列两种途径:若用这两种方法制得等量的铜,则下列有关说法符合实际情况的是()A.消耗氧化铜的质量相同B.消耗铁的质量相同C.消耗硫酸的质量相同D.生成硫酸亚铁的质量相同【解析】选A。制备1molCu需要1molCuO故A正确,而H2还原CuO时需要先用H2排除体系内的空气,冷却时也需要继续通H2,因此需要H2的量远大于1mol,即第①种方法消耗的Fe、H2SO4均比第②种方法多故B、C、D错误。2.(2019·兰州模拟)下列关于铜的化合物的说法正确的是()A.蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是化学变化B.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,有棕黄色的烟生成C.用稀盐酸除去铜锈的离子方程式为CuO+2H+====Cu2++H2OD.向CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后,将混合物倒入蒸发皿加热煮沸一会儿,然后冷却、过滤,滤纸上的物质为“蓝色固体”【解析】选A。蓝色硫酸铜晶体受热失去结晶水转化为白色硫酸铜粉末是化学变化,A正确;常温下铜与氯气不反应,需在点燃条件下才能反应,观察到有棕色的烟生成,B错误;铜锈的成分是碱式碳酸铜,不是氧化铜,C错误;CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后生成Cu(OH)2沉淀,加热后过滤,滤纸上留下的是黑色物质CuO,D错误。3.某同学通过系列实验,探究Cu及其化合物的性质,下列操作正确且能达到目的的是()A.将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuSB.将Cu片放入过量浓硫酸中,一段时间后加水以观察CuSO4溶液的颜色C.向CuSO4溶液中加入NaOH溶液,过滤洗涤并收集沉淀,加热以制取CuOD.设计Cu-Al-浓硝酸原电池,以证明金属活动性:CuAl【解析】选C。铜粉和硫粉反应生成Cu2S,故A项错误;Cu与浓硫酸的反应需要加热,故B项错误;Al在浓硝酸中发生钝化,在Cu-Al-浓硝酸原电池中,Cu发生氧化反应,作负极,不能证明金属活动性:CuAl,故D项错误。4.(2019·南昌模拟)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,说明样品全部生成了Cu2OB.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】选C。若误认为Cu不与热的稀硝酸反应会造成错选D。如果样品部分生成了Cu2O,也会有类似现象发生,即这种实验的结果无法说明CuO分解的程度,A项错误、C项正确;由于Cu能够与热的稀硝酸反应,所以不论CuO是否完全分解,溶液中最终都不可能有紫红色固体出现,B、D项错误。5.(2019·南阳模拟)铜有两种常见的氧化物CuO和Cu2O。某学习小组取0.98g(用精密天平测量)Cu(OH)2固体加热,有铜的氧化物生成,其质量随温度变化如图甲所示;另外,某同学绘制了三条表示金属氧化物与其所含金属元素的质量的关系曲线,如图乙所示。则下列分析正确的是()A.图甲中a点和b点对应物质的化学式分别为Cu2O和CuOB.图甲整个过程中共生成0.26g水C.图乙三条曲线中,表示CuO和其中所含铜元素质量关系的曲线是AD.图甲中,a到b的过程中有0.01mol电子发生了转移【解析】选D。0.98gCu(OH)2的物质的量为0.01mol,若全部生成CuO,则质量为0.01mol×80g·mol-1=0.80g,所以a点对应的物质是CuO;若全部生成Cu2O,则质量为0.005mol×144g·mol-1=0.72g,所以b点对应的物质是Cu2O,A项错误;根据化学方程式Cu(OH)2CuO+H2O、4CuO2Cu2O+O2↑可知,生成高温====高温====水的物质的量为0.01mol,质量为0.01mol×18g·mol-1=0.18g,B项错误;CuO和其中所含铜元素的质量关系(以CuO的质量为10g计算)为CuO～Cu806410g8g观察图乙可知,B曲线符合上述质量关系,表示的是CuO,C项错误;根据反应方程式4CuO2Cu2O+O2↑可知,a到b的过程中有0.01mol电子发生了转移,D项正确。高温====6.(2019·海口模拟)CuCl是有机合成中常用的一种催化剂,在乙醇中溶解度较小。实验室可用氯化铜溶液、铜粉、浓盐酸反应制备,其反应原理和流程为CuCl2+Cu+2HCl2HCuCl2(无色)2CuCl↓(白色)+2HCl。已知反应过程中可能存在的副反应有CuCl+H2OCuOH+HCl。(1)“反应”步骤中加入氯化钠的目的是________。(2)用乙醇洗涤产品的原因,一是______________,二是_____________________________________。(3)“反应”步骤中往往使用过量的浓盐酸,其主要目的是___________________________________。(4)CuCl在潮湿的环境中易被氧化为Cu2(OH)3Cl,反应的化学方程式为_________________________。(5)若实验时用到3mL0.5mol·L-1CuCl2溶液,最终得到产品0.21g,则该实验的产率为________(列出算式并计算出结果,结果保留小数点后两位)。【解析】(1)从平衡移动角度考虑,增大Cl-浓度,有利于平衡正向移动,增大反应物的转化率。(2)氯化亚铜在乙醇中的溶解度小,使用乙醇洗涤可减少产品损失。乙醇的沸点低,易挥发,“烘干”可以在较低温度下进行,不但可以缩短时间,还可以节约能源。(3)根据勒夏特列原理,盐酸能抑制氯化亚铜的水解。(4)根据元素守恒可知,反应中需要水,生成物中含有HCl。(5)根据题目所给的方程式可知CuCl2～2CuCl,结合提供数据求得理论上应生成产品的质量,可以进一步计算出产率。答案:(1)增大Cl-