2019年高考化学一轮复习 专题3.4 用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物教学案.doc

专题3.4 用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物【考试说明】1掌握铜的主要性质及其应用。2掌握铜的重要化合物的主要性质及其应用。3了解铜及其重要化合物的制备方法。4了解合金的概念及重要应用。5了解常见金属的活动顺序及金属冶炼的一般方法。6了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用。【命题规律】铜及其化合物是高考的热点，有选择和填空两种题型。以铜及其化合物为载体，与电解质溶液中离子方程式的书写、电化学知识、实验探究融合在一起综合考查。 一、铜及其化合物1单质铜(1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。(2)化学性质写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：化学方程式：2CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO3(绿色固体)。化学方程式：2CuSCu2S。与氧化性酸反应a与浓硫酸共热的化学方程式：Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O；b与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O。与盐溶液反应(写离子方程式)a与硝酸银溶液：Cu2Ag=2AgCu2；b与FeCl3溶液：Cu2Fe3=2Fe2Cu2。2氧化铜和氧化亚铜名称氧化铜氧化亚铜颜色黑色砖红色与酸反应(H)CuO2H=Cu2H2OCu2O2H=Cu2CuH2O与H2反应CuOH2CuH2OCu2OH22CuH2O转化关系4CuO2Cu2OO23.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4CuSO45H2OCuSO45H2O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。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、NaMgAl、ZnFe、Sn、Pb(H)Cu、Hg、AgPt、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反应有碱存在与水反应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不反应与盐溶液反应先与水反应，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。熔点：一般比它的各成分金属的低；硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。3常见金属材料金属材料(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：Mnne=M。3金属冶炼的一般步骤4金属冶炼方法(1)热分解法例如：2HgO2HgO2，2Ag2O4AgO2。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)热还原法冶炼金属焦炭还原法。例如：C还原ZnO、CuO，其化学方程式依次为C2ZnO2ZnCO2，C2CuO2CuCO2。一氧化碳还原法。例如：CO还原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为3COFe2O32Fe3CO2，COCuOCuCO2。氢气还原法。例如：H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为3H2WO3W3H2O,4H2Fe3O43Fe4H2O。活泼金属还原法。例如：Al还原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为2AlCr2O3Al2O32Cr,10Al3V2O56V5Al2O3。(3)电解法冶炼金属例如：电解Al2O3、MgCl2、NaCl，其化学方程式依次为2Al2O3(熔融)4Al3O2，MgCl2(熔融)MgCl2，2NaCl(熔融)2NaCl2。高频考点一铜及其化合物的性质例1、铜在自然界多以化合态的形式存在于矿石中。常见的铜矿石有：黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿(Cu2S)、孔雀石CuCO3Cu(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【变式探究】已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H发生反应：Cu2O2H=CuCu2H2O。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Cu2OB.溶液中最终可能有紫红色固体出现C.该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没有分解答案C高频考点二铜的冶炼方法例2、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：FeH2CuCuOCuSO4Cu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答案A解析制备1molCu需要1molCuO，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，即消耗的Fe、H2SO4均比第种方法多。【变式探究】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)反应能观察到的现象是_，有关反应的化学方程式为_。(2)反应加入的金属可能是_，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)2CO32H2SO4=2CuSO4CO23H2O(2)铁粉(答案合理即可)FeCu2=Fe2Cu高频考点三铜及其化合物的转化关系例3. 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()选项陈述陈述判断A铜绿的主要成分是碱式碳酸铜可用稀盐酸除铜器表面的铜绿对；对；无B铜表面易形成致密的氧化膜铜制容器可以盛放浓硫酸对；对；有C向硫酸铜溶液中通入氨气，有深蓝色沉淀产生，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，铜丝表面变黑对；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错；对；无答案D解析稀盐酸可以与碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3反应，而且稀盐酸不与Cu反应，所以可用稀盐酸除铜器表面的铜绿Cu2(OH)2CO3，、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。【变式探究】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()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CuCl22H2O晶体加热可制得CuCl2固体答案B【变式探究】铜及其化合物在生产生活中有着广泛的应用，铜在化合物中的常见化合价有1、2。(1)工业上可利用反应Cu2SO22CuSO2制取粗铜，反应中被氧化的元素是_，当消耗32gCu2S时，转移电子数目是_(设NA为阿伏加德罗常数的值)。(2)将少量铜丝放入适量的稀硫酸中，温度控制在5060，通入O2，反应一段时间后可制得硫酸铜，发生反应的离子方程式为_。CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3溶液和NaCl溶液加热，生成CuCl沉淀，写出生成CuCl的离子方程式：_。(3)某小组同学在做铜与浓硫酸反应的实验时，发现铜片表面有黑色固体生成。甲同学猜想：黑色固体是未来得及溶解于酸的CuO，其猜想可用化学方程式表示：CuH2SO4_。乙同学认为：黑色固体除CuO外，还可能含有Cu2S和CuS，其理由可能是_(填字母)。a.Cu2S和CuS都是黑色的b.铜与浓硫酸在加热条件下反应，还可能放出O2c.浓硫酸是氧化剂，铜是还原剂，Cu的化合价升高与S的化合价降低有多种可能答案(1)S1.2NA(2)2Cu4HO22Cu22H2O2Cu22ClSOH2O2CuClSO2H(3)CuOSO2H2Oac解析(1)Cu2SO22CuSO2反应制取粗铜，硫元素的化合价从2升到4，被氧化，反应中被氧化的元素是S，当消耗32gCu2S时，转移电子数目是6NAmol11.2NA。(2)将少量铜丝放入适量的稀硫酸中，温度控制在5060，通入O2，反应一段时间后可制得硫酸铜，发生反应的离子方程式为2Cu4HO22Cu22H2O。CuSO4溶液中加入一定量的NaSO3溶液和NaCl溶液加热，生成CuCl沉淀，离子方程式：2Cu22ClSOH2O2CuClSO2H。(3)按照甲同学猜想：铜被氧化生成CuO，硫酸被还原为SO2，化学方程式为CuH2SO4CuOSO2H2O。分析可能的理由时，应该从反应现象和氧化还原反应原理入手，ac符合。高频考点四金属与合金的性质和应用例4.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答案D【变式探究】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：Si2OHH2O=SiO2H2)()样品A.Al、Mg、Si、ZnB.Al、Fe、Zn、NaC.Al、Na、Cu、FeD.Al、Cu、Mg、Si、Mn答案D解析通过反应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。高频考点五金属冶炼方法的选择例5.下列说法正确的是()A.工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气B.钢铁厂用热还原法冶炼铁C.工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al不涉及氧化还原反应D.MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg答案B解析电解NaCl溶液生成NaOH、H2和Cl2，而得不到单质钠，A错误；电解熔融Al2O3发生的是氧化还原反应，C错误；工业上冶炼镁是电解熔融MgCl2而不是MgO，D错误。【变式探究】如图是某课外小组从初选后的方铅矿主要成分PbS，含少量黄铜矿(CuFeS2)中提取硫黄、铜、铅的工艺流程图：已知：CuFeS24FeCl3=2S5FeCl2CuCl2、PbS2FeCl3=SPbCl22FeCl2(1)黄铜矿(CuFeS2)中Fe元素的化合价为_；提高方铅矿酸浸效率的措施有_(写出两种方法即可)。(2)过滤过程中用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、_；单质A是_；在此工艺操作中可循环利用的物质有铅、_。(3)在酸性的FeCl2溶液中加入H2O2溶液，其反应的离子方程式为_。(4)PbSO4与PbS加热条件下反应的化学方程式为_。答案(1)2价搅拌、适当提高酸的浓度(或加热、将矿石粉碎、延长浸取时间)(2)漏斗硫黄(或S)盐酸和氯化铁溶液 (3)2Fe2H2O22H=2Fe32H2O(4)PbSO4PbS2Pb2SO21. （2018年江苏卷）下列有关物质性质的叙述一定不正确的是A. 向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液，溶液显红色B. KAl(SO4) 212H2O溶于水可形成 Al(OH)3胶体C. NH4Cl与Ca(OH)2混合加热可生成NH3D. Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2【答案】A【解析】FeCl2溶液中含Fe2+，NH4SCN用于检验Fe3+，向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液，溶液不会显红色，A错误； KAl（SO4）212H2O溶于水电离出的Al3+水解形成Al（OH）3胶体，离子方程式为Al3+3H2OAl（OH）3（胶体）+3H+，B正确；实验室可用NH4Cl和Ca（OH）2混合共热制NH3，反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca（OH）2CaCl2+2NH3+2H2O，C正确； Cu与FeCl3溶液反应生成CuCl2和FeCl2，反应的化学方程式为Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2，D正确。1【2017海南】下列叙述正确的是A. 稀硫酸和铜粉反应可制备硫酸铜B. 碘化钾与浓硫酸反应可制备碘化氢C. 过氧化钠与二氧化碳反应可制备氧气D. 铝箔在氯气中燃烧可制备无水三氯化铝【答案】CD12016四川高考CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl22H2O制备CuCl，并进行相关探究。【资料查阅】【实验探究】该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。请回答下列问题：(1)仪器X的名称是_。(2)实验操作的先后顺序是a_e(填操作的编号)。a检查装置的气密性后加入药品b熄灭酒精灯，冷却c在“气体入口”处通入干燥HCld点燃酒精灯，加热e停止通入HCl，然后通入N2(3)在实验过程中，观察到B中物质由白色变为蓝色，C中试纸的颜色变化是_。(4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是_。【探究反思】(5)反应结束后，取出CuCl产品进行实验，发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信息分析：若杂质是CuCl2，则产生的原因是_。若杂质是CuO，则产生的原因是_。答案(1)干燥管(2)cdb (3)先变红，后褪色(4)Cl22OH=ClOClH2O(5)加热时间不足或温度偏低通入HCl的量不足是通入HCl的量不足。1【2015新课标卷理综化学】下列实验中，对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是（ ）选项实 验现 象结 论A将稀硝酸加入过量铁粉中，充分反应后滴加KSCN溶液有气体生成，溶液呈血红色稀硝酸将Fe氧化为Fe3B将铜粉加1.0 molL1 Fe2(SO4)3溶液中溶液变蓝、有黑色固体出现金属铁比铜活泼C用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热熔化后的液态铝滴落下来金属铝的熔点较低D将0.1molL1MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生，再滴加0.1molL1CuSO4溶液先有白色沉淀生成后变为浅蓝色沉淀Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的小【答案】D【2015上海化学】与氢硫酸反应有沉淀生成的电解质是（ ）A硫酸铜B氢氧化钠C硫酸亚铁D二氧化硫【答案】A【解析】A. CuSO4是盐，属于电解质，加入氢硫酸，会发生反应：CuSO4+H2S=CuS+H2SO4，产生黑色沉淀，正确。B氢氧化钠是碱，属于电解质，与氢硫酸发生反应：2NaOH+H2S=Na2S+2H2O，产生的Na2S是可溶性的物质，没有沉淀产生，错误。C硫酸亚铁是盐，属于电解质，由于酸性：硫酸氢硫酸，属于二者不能发生反应，无沉淀产生，错误。D二氧化硫与硫化氢会发生反应：SO2+2H2S=3S+2H2O，产生沉淀，但是SO2是非电解质，不符合题意，错误。【2014年高考新课标卷第8题】化学与社会、生活密切相关。对下列现象或事实的解释正确的是选项现象或事实解释A用热的纯碱溶液洗去油污 Na2CO3可直接和油污反应B漂白粉在空气中久置变质漂白粉中的CaCl2 与空气中的CO2反应生成CaCO3C施肥时，草木灰(有效成分为K2CO3)不能与NH4Cl混合使用K2CO3与NH4Cl反应生成氨气会降低肥效DFeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作FeCl3能从含有Cu2的溶液中置换出铜【答案】C【2014年高考广东卷第22题】下列实验操作、现象和结论均正确的是选项实验操作现象结论A向苏打和小苏打溶液中分别加入盐酸均冒气泡两者均能与盐酸反应B向AgNO3溶液中滴加过量氨水溶液澄清Ag+与NH3H2O能大量共存C将可调高度的铜丝伸入到稀NHO3中溶液变蓝Cu与稀HNO3发生置换反应D将KI和FeCl3溶液在试管中混合后，加入CCl4，震荡，静置下层溶液显紫红色氧化性：Fe3+I2【答案】AD 【解析】A、向苏打与小苏打的溶液中分别加盐酸，均冒气泡，说明二者均与盐酸反应，生成二氧化碳气体，正确；B、向硝酸银溶液中滴加过量氨水，溶液澄清，说明硝酸银与氨水生成的AgOH又溶于氨水生成银氨溶液，而银离子与一水合氨是不能大量共存的，错误；C、铜与稀硝酸发生氧化还原反应生成硝酸铜，溶液变蓝，不是置换反应，错误；D、下层溶液为紫红色，说明有碘单质生成，即Fe3+氧化I-为I2，根据同一氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性判断，氧化性：Fe3+ I2，正确，答案选AD。【2014年高考海南卷第9题】下列关于物质应用的说法错误的是A玻璃容器可长期盛放各种酸 B纯碱可用于清洗油污C浓氨水可检验氯气管道漏气 DNa2S可除去污水中的Cu2+【答案】A【解析】A.玻璃容器可长期盛放不能与酸发生反应的各种酸，但是由于氢氟酸能够腐蚀玻璃，所以不能盛装氢氟酸。错误。B.纯碱水解是溶液显碱性，可以促进油脂的水解，因此可用于清洗油污。正确。C. 氯气管道漏气，挥发出的氯气与浓氨水挥发出的氨气可产生白烟。因此可检验检验氯气管道漏气。正确。D. 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+。故可以治理污水。正确。【2014年高考北京卷第9题】下列解释事实的方程式不正确的是（ ）A测0.1mol/L氨水的pH为11：NH3H2ONH4+OH-B将Na块放入水中，产生气体：2Na+2H2O=2NaOH+H2C用CuCl2溶液做导电实验，灯泡发光：CuCl2 Cu2+2Cl- DAl片溶于NaOH溶液中，产生气体：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2【答案】C 【2014年高考福建卷第9题】常温下，下列各组物质中，Y既能与X反应又能与Z反应的是XYZNaOH溶液Al(OH)3稀硫酸 KOH溶液 SiO2稀盐酸O2N2H2FeCl3溶液Cu浓硝酸A B C D 【答案】B【解析】第组YAl(OH)3为两性氢氧化物，既能与强碱又能与强酸反应，正确；第组SiO2不与盐酸反应，错误；第组常温下N2既不与O2反应，又不与H2反应，错误；第组常温下Cu既与FeCl3反应，又与浓硝酸反应，正确。【2013山东理综，28】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_。aFe2O3bNaClcCu2SdAl2O3(2)辉铜矿(Cu2S)可发生反应：2Cu2S2H2SO45O2=4CuSO42H2O，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)Cu2S4H2【2013广东理综】银铜合金广泛用于航空工业，从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：(1)电解精炼银时，阴极反应式为_；滤渣A与稀HNO3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该气体变色的化学反应方程式为_。(2)固体混合物B的组成为_；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为_。(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：_CuO_Al2O3_CuAlO2_。(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上5.0kg废料中的铜可完全转化为_molCuAlO2，至少需要1.0molL1的Al2(SO4)3溶液_L。(5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是_、过滤、洗涤和干燥。【答案】(1)Age=Ag2NOO2=2NO2(2)Al(OH)3、Cu(OH)2Al(OH)3OH=AlO2H2O(3)424O2(4)5025(5)蒸发结晶【解析】根据电解原理、物质的性质及工艺流程、氧化还原反应、守恒计算等分析。(1)电解精炼银时，阴极反应式为Age=Ag。气体变色发生的反应为2NOO2=2NO2。(2)固体B含有Cu(OH)2、Al(OH)3。若NaOH过量，则Al(OH)3会转化为NaAlO2。(3)该反应为氧化还原反应，根据得失电子守恒、原子守恒确定缺项物质，然后配平化学方程式。(4)生成CuAlO2的物质的量为