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化学 课标版,第9讲 用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物,考点一 金属的冶炼 合金 1.金属矿物的开发和利用 (1)金属在自然界中的存在形式,(2)金属冶炼的一般步骤,金属冶炼的过程就是使金属化合物中的金属离子 得到 电子被 还原 为金属单质的过程,即:Mn+ne- M。 (3)金属冶炼的方法(用化学方程式表示),(4)铝热反应 1)原理:高温下铝将金属氧化物中的金属还原出来。 2)实验装置:如图所示。,3)实验现象 a.镁条剧烈燃烧,放出一定的热量,使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发 生剧烈的反应。 b.反应放出大量的热,并发出耀眼的强光。 c.纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中。,d.待熔融物冷却后,除去外层熔渣,仔细观察,可以发现落下的是铁珠。 4)铝热反应的应用 a.该反应为放热反应,在冶金工业上常用这一原理制取熔点较高的金属,如用铝热反应冶炼锰的化学方程式为 3MnO2+4Al 2Al2O3+3Mn 。 b.该反应原理可以应用在生产上,如焊接钢轨等。,2.合金,3.常见金属材料 (1)黑色金属材料(如钢铁) a. 钢 是用量最大、用途最广的合金。 (2)有色金属材料(如铜和铝) a.我国使用最早的合金是 青铜 ,常见的铜合金还有黄铜和白铜。,1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)铝合金的熔点比纯铝的高 ( ) (2)合金材料中不可能含有非金属元素 ( ) (3)合金中的金属元素以化合物的形式存在 ( ) (4)合金中各元素的含量一定,所以合金是纯净物 ( ) (5)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( ) (6)炼铜:用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜 ( ) (7)制镁:电解氯化镁溶液制取金属镁 ( ) (8)制钛:用金属钠置换四氯化钛(TiCl4)溶液中的钛来制取单质钛 ( ) (9)制钠:以海水为原料制得精盐,再电解纯净的NaCl溶液 ( ),答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9),2.【多维思考】 (1)能否用电解AlCl3、MgO的方法冶炼Al、Mg? (2)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? (3)热还原法用到的还原剂有焦炭、CO和H2,试从所得产物纯度及对环 境污染的角度考虑哪种还原剂更好? (4)化学兴趣小组对某“金牌”的成分提出了猜想:一是由纯金制成,二 是由黄铜(铜锌合金)制成。请用化学方法判断哪种猜想是正确的。,答案 (1)不能。因为AlCl3是共价化合物,熔融时无法电离出自由移动 的离子,不导电;而MgO虽是离子化合物,但其熔点太高,熔融会消耗大量 的电能,成本较高。 (2)铝的金属活动性比铁、铜强,难于冶炼,古代的技术条件达不到,故铝 的发现和大量使用比铁、铜晚得多。 (3)最好的还原剂是H2;原因是焦炭会使产品的纯度降低,CO会污染环境。 (4)用盐酸(或稀硝酸)溶解,若“金牌”部分溶解(或全部溶解),则是由黄 铜制成的;若“金牌”不溶解,则是由纯金制成的。,1.下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是 ( ),题组一 金属的冶炼方法,答案 D 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。,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,答案 B 冶炼铝的过程中,铝由化合态变为游离态,有化合价变化,属 于氧化还原反应,A正确;在工业上Mg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。,3.(2016吉林长春模拟)下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的 是 ( ) A.2HgO 2Hg+O2 B.2NaCl(熔融) 2Na+Cl2 C.2MgO(熔融) 2Mg+O2 D.Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,答案 C Hg为不活泼金属,可以直接用加热分解的方法冶炼,故A正 确;钠是活泼金属,应采用电解法制取,故B正确;镁是活泼金属,应采用电 解氯化镁的方法制取,氧化镁的熔点太高,消耗太多的能源,故C错误;Fe 的冶炼通常是用还原剂(C、CO、H2、活泼金属等)将铁从其化合物中 还原出来,故D正确。,题组二 合金的性质及应用,4.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 ( ) A.此合金的熔点、硬度比镁和铝的熔点、硬度都高 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,答案 B 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。,5.所谓合金,就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔融状态下形成的 一种熔合物。根据下列四种金属的熔、沸点,判断其中不能形成合金的 是 ( ),A.Cu和Al B.Fe和Cu C.Fe和Na D.Al和Na,答案 C 铁的熔点(1 535 )高于Na的沸点(883 ),无法制得铁钠合金。,考点二 铜及其重要化合物 1.铜的性质 (1)物理性质,(2)化学性质 写出有关反应的化学方程式或离子方程式: a.与潮湿空气反应: 2Cu+O2+CO2+H2O Cu2(OH)2CO3 (绿色固体)。 b.与S反应: 2Cu+S Cu2S 。 c.与氧化性酸反应,与浓硫酸共热: Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2+2H2O ; 与稀硝酸: 3Cu+8H+2N 3Cu2+2NO+4H2O (离子方程式)。 d.与盐溶液反应 与硝酸银溶液: Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+ ; 与FeCl3溶液: Cu+2Fe3+ 2Fe2+Cu2+ 。,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.CuSO45H2O CuSO45H2O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CuSO45H2O),可作为水的检验依据。,1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)铁锈和铜锈的成分都是金属氧化物 ( ) (2)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成 ( ) (3)检验CO2中是否含有H2O(g)可将气体通入装有无水CuSO4的干燥管 中 ( ) (4)浓H2SO4使CuSO4H2O失水是物理变化 ( ) (5)可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿 ( ) (6)硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂 ( ) (7)工业上常采用电解法制取粗铜 ( ),答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7),2.【多维思考】 由铜屑制备硫酸铜时,一般不用铜与浓硫酸反应,而是将热空气通入铜 和稀硫酸的混合物中,为什么?,答案 铜与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫和水,反应方程式为Cu+ 2H2SO4(浓) CuSO4+SO2+2H2O;将热空气通入到铜和稀硫酸的混 合物中发生的反应为2Cu+O2 2CuO、CuO+H2SO4 CuSO4+H2O。两种方法相比较,前一种方法会产生有毒的SO2,且制取相同质量的 硫酸铜,消耗的硫酸较多,故制备硫酸铜时,一般采用第二种方法。,3.【多维思考】 波尔多液是一种农业上应用广泛的杀菌剂,它是由硫酸铜、生石灰和水 按一定比例配成的天蓝色胶状悬浊液,思考下列问题: 波尔多液能否用铁桶盛放?为什么? 波尔多液能杀菌的可能原因是什么?,答案 不能。原因是铁能置换波尔多液中的Cu2+,降低杀菌能力。 Cu2+能使蛋白质变性。,题组一 铜及其化合物的性质及其应用,1.(2016河北衡水模拟)下表中,对陈述、的正确性及其有无因果关 系的判断都正确的是 ( ),答案 D 稀盐酸可以与Cu2(OH)2CO3反应,而且稀盐酸不能与Cu反应, 所以可用稀盐酸除铜器表面的铜绿,、有因果关系,A错误;铜表面 不能形成致密的氧化膜,铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应,所以不 能用铜制容器盛装浓硫酸,B错误;硫酸铜与氨水反应生成Cu(OH)2,Cu (OH)2受热分解生成黑色CuO,、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,CuSO4可用作消毒剂,但与前者没有因果关系,D正确。,2.(2016陕西榆林模拟)下列实验的前后,铜的质量一定发生变化的是 ( ) A.铜丝在空气中灼烧后立即插入乙醇中 B.铜片放入酸化的硝酸钠溶液中 C.铜和铁的混合物放入稀硝酸中 D.铜、锌、稀硫酸构成的原电池放电,答案 B A项,灼热的氧化铜能够和乙醇反应生成乙醛、水和铜,铜变 成氧化铜,氧化铜又被还原成铜,最终铜的质量没有变化,错误;B项,铜和 稀硝酸反应,质量一定减少,正确;C项,铁先参加反应,若铁足量,铜的质量 不变化,错误;D项,铜、锌、稀硫酸构成的原电池中,铜作正极不消耗,错 误。,3.某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质,操作正确且能达到实 验目的的是 ( ) A.将铜丝插入浓硫酸中并加热,反应后再加入水,观察硫酸铜溶液的颜色 B.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,观察CuCl2的生成 C.将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水CuCl2固体 D.将表面有铜绿Cu2(OH)2CO3的铜器放入盐酸中浸泡,除去铜绿,答案 D A项,浓硫酸溶于水时放热,应该是把反应后的溶液倒入水中, 故该项错误;B项,需要先加热,铜才能与氯气发生反应,故该项错误;C项, 氯化铜溶液中存在水解平衡,加热蒸干最终得不到CuCl2,故该项错误;D 项,铜和盐酸不反应,只有铜绿Cu2(OH)2CO3与盐酸反应,故该项正确。,4.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)含杂质的铜粉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 (填字母序号)。 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,题组二 铜及其重要化合物的综合应用,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硫酸铜,与途径相比,途径有明 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)途径的优点是:产生等量的CuSO4,比途径消耗硫酸少;不产 生污染大气的SO2气体。,5.(2016山东潍坊模拟)铜及其化合物在生产、生活中有广泛应用,铜在 化合物中的常见化合价有+1价、+2价。已知Cu2O与稀硫酸反应,溶液 呈蓝色。 (1)工业上可用Cu2S+O2 2Cu+SO2反应制取粗铜,该反应中 元素被还原。 (2)将少量铜丝放入适量的稀硫酸中,温度控制在50 ,加入H2O2溶液,一 段时间后,升温到60 ,再反应一段时间后可制得硫酸铜,该反应的离子 方程式为 。温度控制在5060 的原因 除了加快反应速率外,还有 。在 CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl溶液加热,生成CuCl沉淀,写 出生成CuCl的离子方程式: 。,(3)现向Cu、Cu2O和CuO组成的混合物中,加入2 L 0.6 molL-1HNO3溶液 恰好使混合物溶解,同时收集到4 480 mL NO气体(标准状况)。Cu2O跟 稀硝酸反应的离子方程式为 。 若将上述混合物用足量的H2加热还原,所得到固体的质量为 g。 若混合物中含0.2 mol Cu,将该混合物与稀硫酸充分反应,消耗H2SO4的 物质的量为 mol。,答案 (1)Cu、O (2)Cu+H2O2+2H+ Cu2+2H2O 防止H2O2分解 2Cu2+2Cl-+S +H2O 2CuCl+S +2H+ (3)3Cu2O+2N +14H+ 6Cu2+2NO+7H2O 32 0.2,解析 (1)在该反应中铜、氧元素的化合价降低,得到电子,被还原。(3) Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式是3Cu2O+2N +14H+ 6Cu2+2NO +7H2O。硝酸发生反应后得到的产物是Cu(NO3)2和NO,由2 L0.6 mol L-1=2nCu(NO3)2+4.480 L22.4 Lmol-1得nCu(NO3)2=0.5 mol,n(Cu2+)= 0.5 mol,所以若将上述混合物用足量的H2加热还原,所得到固体的质量 为0.5 mol64 gmol-1=32 g。若混合物中含0.2 mol Cu,则根据铜原子守 恒可得:2n(Cu2O)+n(CuO)=0.3 mol;根据得失电子守恒可得:2n(Cu)+ 2n(Cu2O)=3(4.480 L22.4 Lmol-1),解得n(CuO)=0.1 mol,n(Cu2O)=0.1 mol, 消耗H2SO4的物质的量为0.1 mol+0.1 mol=0.2 mol。,
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