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第11讲用途广泛的金属材料 开发利用金属矿物课时集训测控导航表知识点基础能力挑战合金及金属材料1金属活动性及应用27,9铜及其化合物3,48,10,11综合应用5612,131.(2018山东烟台期中)下列有关金属及金属材料的说法不正确的是(B)A.合金的性能一般优于纯金属B.碳素钢是目前用量最大的合金,碳素钢在空气中比纯铁耐腐蚀C.酒精灯加热铝箔至熔化,铝并不滴落,说明铝表面生成一层致密的氧化膜D.用金属铝与V2O5反应冶炼钒,主要是因为铝的还原能力比钒强解析:合金与组成它的成分相比,一般具有熔点低、硬度大、抗腐蚀性强等方面的优点,性能一般优于纯金属,故A正确;碳素钢在空气中更容易形成原电池,发生电化学腐蚀,所以碳素钢在空气中比纯铁耐腐蚀性差,故B不正确;将一片铝箔置于酒精灯外焰上灼烧生成氧化铝,氧化铝的熔点高,包裹在Al的外面,所以铝箔熔化但不滴落,故C正确;铝热反应可冶炼高熔点金属,可用金属铝与V2O5在高温下冶炼矾,铝作还原剂,常温下不反应,故D正确。2.(2017上海静安区二模)大规模开发利用铁、铜、铝,由早到晚的时间顺序是(A)A.铜、铁、铝B.铁、铝、铜C.铝、铜、铁D.铁、铜、铝解析:人类从石器时代先进入青铜器时代,继而进入铁器时代,而铝的利用要比铜和铁晚得多,所以利用的先后顺序为铜、铁、铝。3.(2017福建晋江校级模拟)工业上用洗净的废铜作原料来制备硝酸铜。为了节约原料和防止污染环境,宜采取的方法是(B)A.CuCuSO4Cu(NO3)2B.CuCuO Cu(NO3)2C.CuCu(NO3)2D.CuCu(NO3)2解析:因Cu与浓硫酸反应生成二氧化硫污染环境,且消耗酸较多,故不选A;空气为原料,可节约原料,且整个过程不产生有害物质,故选B;Cu与稀硝酸反应生成硝酸铜,同时生成NO,污染环境,故不选C;Cu与浓硝酸反应生成硝酸铜,同时生成NO2,污染环境,故不选D。4.如图是物质间发生化学反应的颜色变化,其中物质a、b、c、d对应的物质正确的是(D)选项物质a物质b物质c物质dACu2(OH)2CO3Ba(OH)2Fe(OH)3酚酞溶液BCuONaAlO2Fe2O3紫色石蕊溶液CCuOBaCl2FeO酚酞溶液DCu(OH)2Ba(NO3)2FeO紫色石蕊溶液解析:稀硫酸与Fe(OH)3反应得到的Fe2(SO4)3溶液呈黄色,稀硫酸遇酚酞溶液不变色,A项错误,C项错误;稀硫酸与Fe2O3反应得到的Fe2(SO4)3溶液呈黄色,B项错误;稀硫酸与Cu(OH)2反应得到的CuSO4溶液呈蓝色,稀硫酸与Ba(NO3)2反应得到的BaSO4是白色沉淀,稀硫酸与FeO反应得到的FeSO4溶液呈浅绿色,稀硫酸遇紫色石蕊溶液变红,D项正确。5.冶炼金属常用以下几种方法:热分解法;以活泼金属Na、Mg等作还原剂;以C、CO或H2作还原剂;电解法;利用铝热反应原理还原。下列金属各采用哪种方法还原最佳(用序号填写下列空白)。(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属: 。(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属: 。(3)Hg、Ag等不活泼金属: 。(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属: 。解析:(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属用热还原法冶炼,以C、CO或H2作还原剂;(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属的化合物与C、CO或H2等不反应,故用电解法冶炼;(3)Hg、Ag等不活泼金属的氧化物不稳定,受热易分解,热分解法冶炼;(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属利用铝热反应原理还原。答案:(1)(2)(3)(4)6.(2018河北丛台区校级二模)明代宋应星著的天工开物中有关于“火法”冶炼锌的工艺记载:“炉甘石十斤,装载入一泥罐内然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红冷淀,毁罐取出即倭铅也,”下列说法不正确的是(注:炉甘石的主要成分为碳酸锌) (D)A.该冶炼锌的反应属于置换反应B.煤炭中起作用的主要成分是CC.冶炼Zn的反应方程式为ZnCO3+2CZn+3COD.倭铅是指金属锌和铅的混合物解析:碳酸锌与碳在高温下反应生成锌和一氧化碳,反应的方程式为ZnCO3+2CZn+3CO,该冶炼锌的反应属于置换反应,故A正确、C正确;反应中C作还原剂,则煤炭中起作用的主要成分是C,故B正确;由题意可知,倭铅是指金属锌,故D不正确。7.(2017陕西宝鸡质检)已知下列转化关系中,M、N均为单质,则M可能是(D)M+NQQ溶液M+NA.Na B.Al C.Fe D.Cu解析:Na、Al、Fe均为活泼金属,电解相关溶液不能制取其单质;电解铜盐溶液可以生成铜单质,题给转化是Cu+Cl2CuCl2CuCl2溶液Cu+Cl2。8.导学号 96656070铜的冶炼大致可分为:富集,将硫化物矿进行浮选;焙烧,主要反应为2CuFeS2+4O2Cu2S+3SO2+2FeO(炉渣);制粗铜,在1 200 发生的主要反应为2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2, 2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2;电解精炼铜。下列说法不正确的是(D)A.上述灼烧过程的尾气回收后可用来制硫酸B.上述过程中,由6 mol CuFeS2制取6 mol Cu时共消耗 15 mol O2C.在反应2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2中,氧化产物与还原产物的物质的量之比为16D.在反应2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2中,只有Cu2O作氧化剂解析:A项,二氧化硫能用来制取硫酸;B项,根据最终产物为Cu、SO2和FeO可写出总反应方程式为6CuFeS2+15O26Cu+12SO2+6FeO,则由 6 mol CuFeS2制取6 mol Cu时共消耗15 mol O2;在反应2Cu2O+Cu2S 6Cu+SO2中,Cu元素化合价由+1价变为0价,S元素化合价由-2价变为+4价,则氧化剂是Cu2O、Cu2S,还原剂是Cu2S,氧化产物是SO2,还原产物是Cu,C项正确,D项不正确。9.为了探究金属单质M与盐溶液的反应,某同学进行了下列实验,实验过程及现象如图所示,结合实验现象判断,该同学得出的下列结论中正确的是(C)A.向滤液中滴加盐酸的实验现象是产生白色沉淀B.滤渣可能是两种金属单质的混合物C.滤渣在足量的稀硝酸中能完全溶解D.加入的金属M可能是镁或钠解析:由于Ag或Cu均不能与稀盐酸反应,故由题意可知,滤渣中含有Ag、Cu和过量的金属M,B项错误;由于Na能够与冷水反应,故金属M不可能是Na,D项错误;滤液为(较)活泼金属M的硝酸盐溶液,向其中滴加盐酸不会产生白色沉淀,A项错误;Ag、Cu和金属M均能够溶解在足量的稀硝酸中,C项正确。10.铜、银、金是人类认识最早的三种金属,因为很早就被人们用作钱币,因而有“货币金属”之称。由于铁的金属性比铜、银、金强,相对而言,人类认识铁稍晚。某研究性学习小组为了证明铁的金属活动性比铜强,设计了如下方案:铁片置于硫酸铜溶液中有铜析出。铁、铜和氯气反应分别生成FeCl3和CuCl2。足量的铁粉和铜粉分别与浓硫酸反应生成FeSO4和CuSO4。铜片置于FeCl3溶液中铜片逐渐溶解。把铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中,并且用导线连接,铁片上无气泡产生,而铜片上有气泡产生。把铁片和铜片置于盛有浓硝酸的烧杯中,并用导线连接,铁片上有气泡产生,而铜片上无气泡产生。以上设计合理的有(A)A.两种方案 B.三种方案C.四种方案 D.五种方案解析:铁置换铜,由氧化还原方程式可知还原性FeCu;金属的活动性与得失电子的数目没有直接的关系,故不能据此判断;与浓硫酸反应无法比较铁和铜的活动性;据此反应只能判断Cu的还原性强于Fe2+,但不能判断Fe和Cu的还原性;铁、铜与稀硫酸组成原电池,铁作负极,证明金属活动性铁比铜强;铁、铜与浓HNO3组成原电池,Fe发生钝化,所以Fe作正极,不能说明铁比铜活泼。故、两种方案合理。11.导学号 96656071铜是生活中常见的金属,请回答下列问题:(1)Cu不活泼,通常情况下不与稀硫酸反应,但向Cu和稀硫酸的混合物中滴入H2O2溶液后,溶液很快变蓝色,试写出该反应的离子方程式: 。(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合,会析出Cu2(OH)2CO3绿色固体,试写出该反应的离子方程式: 。(3)火法炼铜的原理:Cu2S+O22Cu+SO2,在该反应中每生成1 mol Cu,转移 mol e-。(4)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是 (填选项字母)。a.粗铜接电源正极,发生氧化反应b.溶液中Cu2+向阴极移动c.电解过程中,阳极和阴极的质量变化相等d.利用阳极泥可回收Al、Zn等金属(5)据报道,有一种叫Thibacillus Ferroxidans的细菌在有氧气存在的酸性溶液中,可将黄铜矿CuFeS2氧化成硫酸盐:4CuFeS2+2H2SO4+17O24CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O,利用反应后的溶液,按如下流程可制备胆矾(CuSO45H2O):检验溶液B中Fe3+是否被除尽的实验方法: 。在实验室中,设计两个原理不同的方案,从溶液B中提炼金属铜(要求:一种方案只用一个反应来完成)。写出两种方案中涉及的化学方程式:方案一: ;方案二: 。解析:(1)金属铜投入稀硫酸中不发生反应,但再加入H2O2溶液后铜开始溶解,溶液逐渐变为蓝色,说明过氧化氢在酸性溶液中具有氧化性,能溶解铜,离子方程式为Cu+H2O2+2H+Cu2+2H2O。(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合,会析出Cu2(OH)2CO3,反应的离子方程式为2Cu2+C+2H2OCu2(OH)2CO3+2H+。(3)反应中Cu元素化合价由+1价降低到0价,O元素化合价由0价降低到-2价,S元素化合价由-2价升高到+4价,由方程式可知生成2 mol Cu,转移6 mol电子,则该反应中每生成1 mol Cu,转移3 mol电子。(4)精炼铜时,粗铜作阳极,连接电源正极,发生氧化反应,故a正确;溶液中Cu2+向阴极移动,故b正确;比铜活泼的金属先放电,所以阳极和阴极的质量变化不相等,故c错误;Al、Zn比Cu活泼,在阳极会生成Zn2+和Al3+,故不能利用阳极泥回收Al、Zn金属,故d错误。(5)检验溶液B中Fe3+是否被除尽的试剂是KSCN溶液,加入KSCN溶液,若变红证明含有Fe3+,若加入后溶液不变红证明不含Fe3+;硫酸铜溶液得到金属铜的方法,可以加入铁粉置换铜,反应的化学方程式为CuSO4+FeFeSO4+Cu;也可用惰性电极通电电解硫酸铜溶液,反应的化学方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4。答案:(1)Cu+H2O2+2H+Cu2+2H2O(2)2Cu2+C+2H2OCu2(OH)2CO3+2H+(3)3(4)ab(5)加入KSCN溶液,若变红证明含有Fe3+,若加入后溶液不变红证明不含Fe3+CuSO4+FeFeSO4+Cu2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO412.氧化铜矿用稀硫酸溶解后所得酸浸液(含Cu2+、H+、S、Mg2+、Al3+、Fe2+)经下列流程可制得高纯度硫酸铜晶体:已知:该实验条件下,各金属离子沉淀的pH如图所示。下列判断正确的是(A)A.沉淀1的主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3B.溶液2中所含金属阳离子只有Mg2+C.将溶液3蒸干即得CuSO45H2O晶体D.若不加入NaClO溶液,对制得硫酸铜晶体的纯度将无影响解析:酸浸液中含Cu2+、H+、S、Mg2+、Al3+、Fe2+,加入NaClO溶液,Fe2+被氧化为Fe3+,调节溶液的pH=4.7,由图可知,Al3+、Fe3+转化为Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀,过滤,沉淀1为Al(OH)3和Fe(OH)3,溶液1主要含有Cu2+、H+、S、Mg2+,调节pH=6.7,Cu2+转化为Cu(OH)2沉淀,过滤,沉淀2为Cu(OH)2,溶液2主要含有Mg2+、Na+,Cu(OH)2与硫酸反应生成溶液3为硫酸铜溶液,然后加热浓缩、冷却结晶得到硫酸铜晶体。A项,沉淀1的主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3,正确;B项,溶液 2主要含有阳离子为Mg2+、Na+,还有少量的Cu2+、Al3+、Fe3+,因为Cu2+、Al3+、Fe3+不能全部转化为沉淀,错误;C项,从溶液中制得CuSO45H2O晶体,应加热浓缩、冷却结晶,不能蒸干,错误;D项,若不加入NaClO溶液,调节pH=4.7时,Fe2+不能转化为沉淀,再调节pH=6.7,Cu2+转化为Cu(OH)2沉淀,虽然此时Fe2+不能转化为沉淀,但Fe2+具有很强的还原性,在操作过程中会有部分Fe2+被氧化,进而混入硫酸铜晶体中,影响硫酸铜晶体的纯度,错误。13.导学号 96656072氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂,是一种白色粉末;微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸。工业上采用如下工艺流程,从某酸性废液(主要含Cu2+、Fe3+、H+、Cl-)中制备氯化 亚铜。请回答下列问题:(1)写出步骤中发生的两个主要反应的离子方程式:。(2)步骤的操作名称是 。(3)步骤中所加物质X为 。(4)步骤的操作是 。(5)步骤应调节溶液pH呈酸性,且用乙醇洗涤CuCl晶体,目的是。(6)在CuCl的生成过程中,可以循环利用的物质是 ,理论上 (填“需要”或“不需要”)补充(不考虑调节等消耗),理由是 。解析:(3)加CuO等调pH,不会引入杂质。(4)在HCl气流中蒸发会抑制Cu2+的水解。(5)根据题中信息可知,CuCl不溶于稀H2SO4和乙醇,所以调成酸性,且用乙醇洗涤CuCl晶体。(6)最终有H2SO4生成,浓H2SO4与Cu反应又生成SO2和CuSO4,所以H2SO4为可循环利用的物质,生成H2SO4与消耗H2SO4在理论上相同,所以不需要补充。答案:(1)Cu2+FeCu+Fe2+、Fe+2Fe3+3Fe2+或Fe+2H+Fe2+H2(2)过滤、洗涤(不答洗涤也可)(3)CuO或Cu(OH)2等(4)在HCl气流中蒸发结晶(5)减少CuCl的损失(6)硫酸(或H2SO4)不需要Cu与浓硫酸反应生成 CuSO4 和SO2的物质的量比为11,而生产CuCl的过程中消耗CuSO4和SO2的物质的量比也为11,所以理论上不需要补充H2SO4
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