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第四节 用途广泛的金属材料 开发利用金属矿物,考点一金属材料与金属矿物的开发和利用 【基础回顾】 1.合金:,金属与非金属,低,大,2.常见金属材料: (1)分类。,合金,(2)常见合金材料。,高碳,中碳,低碳,Cu、Sn、Pb,Cu、Zn,铝合金:密度_,强度高,塑性好,易于加工。 应用于建筑业、容器包装业、交通运输业等。,小,3.金属矿物的开发利用: (1)金属在自然界中的存在形态。 在自然界中绝大多数金属以_的形式存在。 少数化学性质_的金属存在游离态。,化合态,不活泼,(2)金属冶炼的实质。 使金属化合物中的金属离子_电子被_为金属 单质的过程:Mn+ne-=M。 (3)金属冶炼的一般步骤。,得,还原,(4)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)。,2HgO 2Hg+O2,2Ag2O 4Ag+O2,Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,WO3+3H2 W+3H2O,Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O3,2NaCl(熔融) 2Na+Cl2,2Al2O3(熔融) 4Al+3O2,MgCl2(熔融) Mg+Cl2,(5)铝热反应。 原理:Al作还原剂,另一种氧化物作氧化剂,用铝将氧化物中的金属置换出来。 反应特点:在高温下进行,反应迅速并放出大量的热,新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离。,实验装置。 实验现象: a.镁条剧烈燃烧,放出一定量的热,并发出耀眼的白光,氧化铁和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应; b.纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中。,实验结论:高温下,铝与氧化铁发生反应,放出大量的 热,反应的化学方程式为_ 原理应用: a.制取熔点较高、活泼性弱于Al的金属(如铬、锰、 钨等); b.金属焊接,如野外焊接钢轨等。,2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3,【思维诊断】(正确的打“”,错误的打“”) (1)任何金属都能形成合金。() 提示:。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。,(2)所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应。 () 提示:。活泼性比Al弱的难熔金属,如钒、铬、锰、铁、铜的氧化物与Al可以发生铝热反应。,(3)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。() 提示:。工业制铁即CO还原铁矿石,3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。,(4)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时,阴极上依次析出Cu、Fe、Al。() 提示:。阴极上析出Cu后,生成的是氢气。,【题组过关】 1.(RJ必修1P68改编题)下列有关说法中,不正确的是() A.钢与纯铁相比较不易生锈 B.冶炼铝和钠都可以用电解法 C.青铜、不锈钢、硬铝都是合金 D.缺钙会引起骨质疏松,缺铁会引起贫血,【解析】选A。钢中含有碳等杂质容易形成原电池,腐蚀更快,A错误;冶炼铝和钠都是用电解法,B正确;青铜为铜锡等形成的合金,不锈钢为铁镍等形成的合金,硬铝为镁铝等形成的合金,C正确;钙是组成骨骼的重要元素,缺钙会使骨质疏松,血红蛋白中含有铁元素,缺铁会引起缺铁性贫血,D正确。,2.某同学设计了如下实验测量m g铜银合金样品中铜的质量分数: 下列说法中不正确的是() 导学号79100040,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V L气体可能全为NO C.操作是过滤,操作是洗涤,操作应是烘干 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】选C。合金的熔点比其成分金属低,A正确;不论是浓硝酸还是稀硝酸,用排水法收集到的气体一定全部是NO,B正确;W g固体为AgCl,由于AgCl具有热不稳定性,故操作应是低温干燥而不是烘干,C错误;根据反应收集的气体体积,利用电子守恒及质量关系列式可求得铜和Ag的质量分数,D正确。,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,关于铝热反应解答下列问题: (1)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验,需要的试剂还有_。 A.KClB.KClO3 C.MnO2D.Mg,(2)用等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物在一定条件下与铝粉进行铝热反应。 引发铝热反应的操作是_。 产物中单质是_(写名称)。,【解析】(1)做铝热反应的实验时,需要KClO3作助燃剂,且用镁条引燃。 (2)在混合物上加少量KClO3固体并插上镁条,点燃镁条后放出热量,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,所以产物中单质为Fe。,答案:(1)BD (2)加少量KClO3,插上镁条并将其点燃铁,【加固训练】 1.下列说法中正确的是() A.氯化铝是一种电解质,可用电解氯化铝制铝 B.工业上通过电解氯化钾溶液制备金属钾和氯气 C.电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中,Na+被还原 D.MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg,在给定条件下能实现,【解析】选C。AlCl3是共价化合物,电解AlCl3熔融物,不能生成Al,A错误;电解KCl溶液不能生成K,B错误;电解熔融氯化钠制取金属钠,Na+被还原,C正确;MgO熔点很高,制Mg时不是电解MgO而是电解MgCl2,D错误。,2.用锌、氧化铜、稀硫酸做原料制取铜,有下列两种途径:,若用这两种方法制得相同质量的铜时,下列叙述符合实际实验结果的是() A.生成的硫酸锌质量相同 B.消耗相同质量的硫酸 C.消耗相同质量的锌 D.消耗相同质量的氧化铜,【解析】选D。H2还原CuO时H2的消耗量比理论值要多,则(1)中消耗Zn、H2SO4和生成的ZnSO4的量都多,A、B、C错误;得相同质量的铜时,消耗相同质量的氧化铜,D正确。,考点二铜及其化合物的性质 【基础回顾】 1.铜: (1)物理性质。 _色固体,具有良好的延展性、导热性和导电性。,紫红,(2)化学性质。,常温下,铜在干燥的空气中性质稳定,但在潮湿的 空气里则会被锈蚀,在其表面逐渐形成一层绿色的 _。有关化学方程式:_ _。,铜锈,2Cu+O2+CO2+H2O=,Cu2(OH)2CO3,写出下列化学方程式。 铜在空气中加热:_。 铜丝在硫蒸气中反应:_。 铜丝在Cl2中反应:_。,2Cu+O2 2CuO,2Cu+S Cu2S,Cu+Cl2 CuCl2,与氧化性酸反应。 a.与浓硫酸共热的化学方程式: _; b.与稀硝酸反应的离子方程式: _; c.与浓硝酸反应的离子方程式: _。,Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2+2H2O,3Cu+8H+2 =3Cu2+2NO+4H2O,Cu+4H+2 =Cu2+2NO2+2H2O,与盐溶液反应。 a.与硝酸银溶液反应的离子方程式: _ b.与FeCl3溶液反应的离子方程式: _。,Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+;,Cu+2Fe3+=2Fe2+Cu2+,2.铜的重要化合物: (1)氧化物。 CuO:_色难溶于水的固体,与酸反应, 可以用 H2、CO、Al还原出Cu。,黑,Cu2O: a._色难溶于水的固体。 b.与酸反应(H+)为Cu2O+2H+=Cu+Cu2+H2O 。 c.Cu2O遇到HNO3发生氧化反应生成Cu2+。 d.与H2反应: Cu2O+H2 2Cu+H2O。 e.CuO加强热的反应:4CuO 2Cu2O+O2。,红,(2)氢氧化铜_色难溶物,是一种弱碱。,蓝,Cu(OH)2+2H+=Cu2+2H2O。,(3)铜盐。 Cu2(OH)2CO3。 Cu2(OH)2CO3的名称为_,是铜绿、孔雀石的 主要成分,受热分解可生成黑色的氧化铜,化学方程 式:_,可溶于稀硫酸, 离子方程式:_。,碱式碳酸铜,Cu2(OH)2CO3 2CuO+CO2+H2O,Cu2(OH)2CO3+4H+=2Cu2+CO2+3H2O,CuSO4。 _色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末, 化学方程式为_。,蓝,CuSO45H2O CuSO4+5H2O,铜盐的毒性。 铜盐溶液有毒,主要是因为铜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。,【思维诊断】(正确的打“”,错误的打“”) (1)Cu2S+O2 2Cu+SO2制取粗铜,反应中被氧化的 元素是Cu。() 提示:。硫元素从-2+4,被氧化的元素是S。,(2)将铁片置于CuSO4溶液中,铁片上有红色物质析出,说明铁比铜活泼。() 提示:。铁片从CuSO4溶液中置换出铜。,(3)利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质,来检验水的存在。() 提示:。无水硫酸铜遇水生成蓝色的CuSO45H2O。 (4)将铜丝插入浓硫酸加热,反应后把水加入反应器中,观察硫酸铜溶液的颜色。() 提示:。应把反应液倒入水中。,【典题探究】 【典题】CuCl是有机合成的重要催化剂,并用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料(含Fe、Al及SiO2杂质),生产CuCl的工艺流程如下:,已知:CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成 , 的 溶液用水稀释后可生成CuCl沉淀。 导学号79100041,(1)煅烧的主要目的是_。 (2)操作为调节溶液的pH,范围为_,加入的物质X可以是_(填字母)。 A.CuOB.Cu(OH)2 C.NaOH溶液D.CaCO3,(3)滤渣的主要成分是_。 (4)往滤液中加入食盐并通入SO2可生成 , 请写出反应的离子方程式:_。,【解析】(1)铜在废铜料中主要以铜单质的形式存在,从流程图知CuCl需从溶液中提取,故煅烧的目的是将铜转化为溶于酸的氧化物。 (2)调节溶液的pH时,应保证Fe3+、Al3+完全沉淀,而Cu2+不能沉淀,溶液的pH应在4.7pH5.6,加入物质X的目的是消耗H+调节溶液的pH,但不能引入新杂质。,(3)溶液的pH在4.7pH5.6时,Fe3+和Al3+完全转化为 相应的氢氧化物沉淀,滤渣的主要成分为Fe(OH)3和 Al(OH)3。 (4)根据题给的反应物和生成物,再结合氧化还原反应 的基本规律可写出反应的方程式:2H2O+2Cu2+SO2+4Cl- =2 + +4H+。,答案:(1)使铜转化为可溶于酸的氧化物 (2)4.7pH5.6ABC (3)Fe(OH)3和Al(OH)3 (4)2H2O+2Cu2+SO2+4Cl-=2 + +4H+,【母题变式】 (1)向废铜料中直接加入稀硫酸和H2O2混合溶液,溶液很快变蓝色,试写出该反应的离子方程式_。 提示:Cu+H2O2+2H+=Cu2+2H2O。,(2)工业上常用CuSO4来制备CuCl,在提纯后的CuSO4溶 液中加入一定量的Na2SO3和NaCl,加热,生成CuCl沉淀, 该反应的离子方程式是_。 提示:2Cu2+ +2Cl-+H2O 2CuCl+ +2H+。,(3)在盐酸中CuCl能吸收CO,发生CuCl+CO+H2O Cu(CO)ClH2OH0,要加大CO的吸收率,适宜的条件是_。 提示:低温、高压。该反应是气体体积减小的放热反应。,【归纳提升】废铜利用的思维模式,【题组过关】 1.(RJ必修1P68改编)下列说法中正确的是() A.CuCuOCu(OH)2每步转化均能通过一步反应实现 B.铝合金是一种混合物,它比纯铝的熔点高,C.金属铜放置在潮湿的空气中会被腐蚀,生成绿色的铜锈碱式碳酸铜 D.金属铝、铁、铜都有一定的抗腐蚀性能,其抗腐蚀的原因都是表面形成氧化物薄膜,阻止反应的进一步进行,【解析】选C。CuOCu(OH)2不能通过一步实现,A错误;铝合金比纯铝的熔点低,B错误;铜、铁表面不能形成致密的氧化膜,D错误。,2.(2018贵阳模拟)CuSO4是一种重要的化工原料,其有关制备途径及性质如图所示。下列说法不正确的是 () 导学号79100042,A.途径所用混酸中H2SO4与HNO3物质的量之比最好为32 B.相对于途径、,途径更好地体现了绿色化学思想,C.CuSO4在1 100 所得的Cu2O,投入足量热稀硝酸中,若溶液变为蓝色,同时有紫红色固体出现,说明样品全部生成Cu2O D.Y可以是葡萄糖,【解析】选C。根据途径中的离子反应方程式: 3Cu+8H+2 =3Cu2+2NO+4H2O,可知n( ) n(H+)=28,即n(H2SO4)n(HNO3)=32,A正确;途 径的反应为2Cu+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O,不产生 污染性气体,符合绿色化学思想,B正确;Cu2O的检验不 能用稀硝酸,硝酸能氧化Cu2O为Cu2+,C错误;葡萄糖与 新制Cu(OH)2悬浊液生成Cu2O,D正确。,3.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CuCl22H2O晶体的工艺流程如下:,下列说法正确的是导学号79100043() A.焙烧过程中每消耗1 mol CuS则消耗3 mol O2 B.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CuCl22H2O晶体加热可制得CuCl2固体,【解析】选B。根据2CuS+3O2 2CuO+2SO2知,1 mol CuS则消耗1.5 mol O2,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,CuCl22H2O晶体加热,不能得CuCl2固 体,D错误。,【加固训练】 1.下列生产、生活中的事实不能用金属活动性顺序表解释的是() A.铝制器皿不宜盛放酸性食物 B.电解饱和食盐水阴极产生氢气得不到钠 C.铁制容器盛放和运输浓硫酸 D.镀锌铁桶镀层破损后铁仍不易被腐蚀,【解析】选C。A项铝和强酸反应生成盐和氢气,能用金属活动性顺序解释;B项用惰性电极电解饱和食盐水时,阴极生成氢气而得不到钠,说明Na的活动性大于氢,能用金属活动性顺序解释;C项常温下,浓硫酸和铁发生钝化反应,与金属活动性顺序无关;D项Fe、Zn和电解质构成原电池,Zn易失电子作负极、Fe作正极,则Fe被保护,所以能用金属活动性顺序解释。,2.下列有关CuSO4溶液的叙述正确的是() A.该溶液中Na+、 、 、Mg2+不可以大量共存 B.通入CO2气体产生蓝色沉淀 C.与H2S反应的离子方程式:Cu2+S2-=CuS D.Na2S可除去污水中的Cu2+,【解析】选D。CuSO4溶液显酸性,Na+、 、 、 Mg2+可大量共存,A错误;CO2与CuSO4溶液不发生反应, B错误;H2S属于弱电解质应写化学式,C错误;Na2S电离 产生的S2-与污水中Cu2+发生沉淀反应,从而可降低污 水中的Cu2+浓度,故可以治理污水,D正确。,
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