第09讲金属材料与金属矿物的开发利用-2023年高考化学一轮复习四点卓越讲义4

第0第09讲金属材料与金属矿物的开发利用考纲要求：考纲要求：1．了解常见金属活动顺序。2．了解合金的概念及重要应用。3．了解铜及其重要化合物的主要性质及其应用。考点一铜及其化合物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：①化学方程式：2Cu＋O2＋CO2＋H2O=Cu2(OH)2CO3。②化学方程式：2Cu＋Seq\o(=,\s\up7(△))Cu2S。③与氧化性酸反应与浓硫酸反应的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O与浓硝酸反应的离子方程式：Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O④与盐溶液反应(写离子方程式)与AgNO3溶液反应的离子方程式：Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋与FeCl3溶液反应的离子方程式：Cu＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Cu2＋2．铜的重要化合物(1)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＋)CuO＋2H＋=Cu2＋＋H2OCu2O＋2H＋=Cu2＋＋Cu＋H2O与H2反应CuO＋H2eq\o(=,\s\up7(△))Cu＋H2OCu2O＋H2eq\o(=,\s\up7(△))2Cu＋H2O转化关系4CuOeq\o(=,\s\up7(高温))2Cu2O＋O2↑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．铜盐(1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，是铜在潮湿的空气中被腐蚀的结果，其受热分解的化学方程式为Cu2(OH)2CO3eq\o(=,\s\up7(△))2CuO＋H2O＋CO2。(2)CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾，其受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2Oeq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋5H2O，蓝色晶体受热转化为白色粉末。无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为检验水的依据。(3)铜盐溶液有毒，主要是因为Cu2＋作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此可将胆矾、熟石灰、水配成波尔多液，用来杀灭植物的病毒。5．铜的冶炼(1)湿法炼铜：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu。(2)高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)：2CuFeS2＋4O2eq\o(=,\s\up7(800℃))Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)2Cu2S＋3O2eq\o(=,\s\up7(1200℃))2Cu2O＋2SO22Cu2O＋Cu2Seq\o(=,\s\up7(1200℃))6Cu＋SO2↑粗铜中铜的含量为99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%～99.98%的铜。电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极，铜在阳极上失电子变为Cu2＋，用纯铜棒作阴极，Cu2＋在阴极上得电子生成铜。基础通关练基础通关练1．焊接两根漆包铜线(铜线表面有绝缘油漆)的操作是：①先把漆包铜线放在火上灼烧，②立即在酒精中蘸一下，③然后焊接铜线头。有关叙述正确的是A．①中只有铜发生了氧化反应B．②中的乙醇做溶剂C．经历①②的变化后铜线的质量不变D．长期使用后的酒精会有香味2．下列有关物质的用途与化学原理具有对应关系的是选项用途化学原理A用氢氟酸雕刻玻璃氢氟酸显弱酸性B用FeCl3溶液蚀刻印刷电路板FeCl3溶液显酸性C用SiO2制造坩埚SiO2熔点高D用HNO3制备硝酸铵HNO3具有强氧化性A．A B．B C．C D．D3．2022年春晚上，《只此青绿》惊艳了许多观众，生动还原了北宋名画——《千里江山图》。下列说法合理的是A．《千里江山图》中青色来自蓝铜矿颜料[]可表示为B．《千里江山图》中绿色颜料铜绿的主要成分是氢氧化铜C．《千里江山图》中的红色来自赭石(Fe2O3)，其性质稳定，不易被空气氧化D．《千里江山图》的画布材质为麦青色的蚕丝织品——绢，绢的主要成分是纤维素4．向2mL0.2mol/LCuSO4溶液中滴加0.2mol/LNa2SO3溶液时溶液变绿，继续滴加产生棕黄色沉淀，经检验棕黄色沉淀中不含。通过实验探究棕黄色沉淀的成分。实验1：向棕黄色沉淀中加入稀硫酸，观察到溶液变蓝，产生红色固体实验2：已知：，(白色)。下列同学对实验现象的分析正确的是A．实验1中加入稀后溶液变蓝可证实棕黄色沉淀中含有B．实验2中加入KI溶液后产生白色沉淀，可证实棕黄色沉淀中含有C．实验2中加入淀粉溶液后无明显现象，说明不存在D．在的存在下，与发生了氧化还原反应，产生CuI沉淀和，说明棕黄色沉淀中含有和5．部分含铜物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断错误的是A．d的代表物质高铜酸钾具有强氧化性 B．将c加入浓碱液中可制得e的胶体C．的转化可用于检验葡萄糖 D．存在的转化关系(1)通常利用反应：2Cu＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CuO除去混合气体中的少量O2。(2)Cu与稀H2SO4不反应，但在通入O2的条件下，Cu可在稀H2SO4中逐渐溶解：2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O。(3)无水CuSO4只能作为检验水的试剂，不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。(4)铜为变价金属，与Cl2反应生成CuCl2，与S反应生成Cu2S，由此可知氧化性：Cl2>S。(5)区别红色物质Cu和Cu2O的方法向红色物质中加入稀硫酸，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu2O，否则为Cu。反应的化学方程式为Cu2O＋H2SO4=CuSO4＋Cu＋H2O。查缺补漏练查缺补漏练1．某同学进行如下实验：实验实验现象ⅰ将铜粉加入试管中，再加入稀溶液变蓝，液面上方呈浅红棕色；至不再产生气泡时，铜粉有剩余，余液呈酸性ⅱ继续向ⅰ中试管加入少量固体又产生气泡，铜粉减少，液面上方呈浅红棕色ⅲ取饱和溶液，加入少量固体和铜粉无明显变化下列说法不正确的是A．氧化性的强弱与其浓度大小有关B．ⅰ、ⅱ中铜粉减少的原因能用相同的离子反应解释C．ⅰ中余液呈酸性的主要原因是D．用一定浓度的与也能使铜粉溶解2．CuSO4是一种重要的化工原料，有关制备途径及性质如图所示。下列说法错误的是A．途径①所用混酸中H2SO4与HNO3物质的量之比最好是1:1B．生成等量的硫酸铜，三个途径中参加反应的硫酸的物质的量：①=②<③C．硫酸铜在1100℃分解反应的方程式可能为2CuSO4Cu2O+SO2↑+SO3↑+O2↑D．Y为葡萄糖或甲酸甲酯，均可实现这一步的转化3．下列转化不能通过一步实现的是（）A．FeFe3O4 B．AlNaAlO2C．CuCuSO4 D．CuCuS4．C和CuO在高温下反应生成Cu、Cu2O、CO2、CO。现将1g碳粉跟8gCuO混合，在硬质试管中隔绝空气高温加热，将生成的气体全部通入足量NaOH溶液中，并收集残余的气体，测得溶液增加的质量为1.1g，残余气体在标准状况下的体积为560mL。下列说法不正确的是A．反应后硬质试管中碳粉有剩余B．反应后生成Cu2O为0.025molC．该氧化还原反应共转移电子0.2molD．反应后硬质试管中剩余的固体混合物的总质量为7.2g5．已知在酸性条件下能发生下列反应：Cu＋→Cu＋Cu2＋（未配平）。NH4CuSO3与足量的10mol∙L−1硫酸溶液混合微热，产生下列现象：①有红色金属生成；②有刺激性气味气体产生；③溶液呈蓝色。据此判断下列说法一定合理的是A．该反应显示硫酸具有酸性B．NH4CuSO3中硫元素被氧化C．刺激性气味的气体是氨气D．反应中硫酸作氧化剂废铜综合利用常见化工流程能力提升练能力提升练1．某小组利用含铜刻蚀废液制备无水，并电解饱和溶液探究其阴极产物以便回收铜。I．制备无水。制备流程如下：(1)实验室中，“结晶”时使用的陶瓷仪器是_______，“脱水”最适宜的方法为_______。(2)已知“过滤”后的滤液中主要溶质为，则“反应①”的离子方程式为_______。II．探究电解饱和溶液的阴极产物。用下图所示装置电解饱和溶液，一段时间后，观察到阴极电极表面附着白色固体，电极底部有少量红色固体生成，电极附近的溶液呈“黑色”。(3)查阅文献发现白色固体是CuCl。则生成CuCl的阴极电极反应为_______。(4)为抑制阴极副反应的发生，该小组继续探究影响CuCl固体析出量的因素，实验如下：编号电解液阴极电极析出固体量白色固体红色固体15%溶液无较多215%溶液少量较多3饱和溶液较多少4饱和溶液，适量盐酸无较多实验结果表明，为减少电解过程中CuCl的析出，可采取的措施有_______、_______。(5)为探究溶液呈“黑色”的原因，该小组查阅含铜物质的颜色后有如下猜想：猜想1：“黑色”物质是细小的CuO粉末；猜想2：“黑色”物质是纳米铜粉；猜想3：“黑色”物质是与、形成的络合离子。为验证猜想，该小组进行以下实验，得出初步结论：编号操作现象初步结论1取2mL“黑色”溶液于试管中，加入适量①_______，振荡无明显现象猜想1不成立2取2mL“黑色”溶液于试管中，加入适量稀硝酸，振荡②_______猜想2成立有同学认为，实验2的现象不能证明猜想2一定成立，理由是③_______，因此，关于“黑色”物质的成分还需进一步研究。2．实验室利用废弃旧电池的铜帽(Zn、Cu总含量约为99%)回收Cu并制备纳米ZnO的部分实验过程如图所示：(1)在“溶解”步骤中，提高铜帽溶解速率的措施_______(例举两种)。(2)有同学提出溶解步骤中可在酸性条件下不断鼓入并加热，这种情况下，铜发生溶解的离子方程式为_______。(3)“过滤”步骤中使用的玻璃仪器有_______。(4)生成的沉淀需经充分洗涤，检验沉淀是否洗涤干净的方法是_______。(5)在封闭的高温电炉中焙烧，焙烧后的ZnO粉末用去离子水洗净，再用乙醇洗涤3次，减压过滤，干燥，得到纯净的纳米级ZnO。用乙醇洗涤的目的是_______。(6)有同学提出用纯碱代替溶液，在实际生产中得到的是一种碱式碳酸锌[]，取该样品6.82g，充分灼烧后测得残留物质量为4.86g，将所得气体通入足量澄清石灰水中，得到2.00g沉淀，则此碱式碳酸锌的化学式是_______。考点二合金金属矿物的开发利用1．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)特性：合金具有不同于各成分金属的物理性能、化学性能或机械性能。①熔点：一般比它的各成分金属的低；②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。易错提醒：(1)常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。(2)合金的物理性质相比于成分金属有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。2．常见的金属材料(1)金属材料黑色金属材料有色金属材料铁、铬、锰以及它们的合金除黑色金属以外的其他金属材料及其合金(2)黑色金属材料——钢铁①钢是用量最大，用途最广的合金。(3)有色金属材料——铜和铝3.金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中的存在形式(2)金属冶炼的一般步骤(3)金属冶炼的实质金属冶炼的过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程，即：Mn＋＋ne－=M。(4)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)①电解法Na：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑；Mg：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑；Al：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑。②热还原法高炉炼铁：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2；铝热反应制铬：2Al＋Cr2O3eq\o(=,\s\up7(高温))Al2O3＋2Cr；焦炭还原铜：C＋2CuOeq\o(=,\s\up7(高温))2Cu＋CO2↑。③热分解法Hg：2HgOeq\o(=,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；Ag：2Ag2Oeq\o(=,\s\up7(△))4Ag＋O2↑。金属活动性与冶炼方法的关系：易错提醒：①冶炼Mg时只能电解MgCl2不能电解MgO，原因是MgO的熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本。②冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3，原因是AlCl3是共价化合物，熔融态难导电。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。③用热还原法得到的铜还要经过电解精炼才能得到精铜。基础通关练基础通关练1．工业上以铝土矿(主要成分是氧化铝，含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：下列叙述正确的是A．反应①中试剂X是稀硫酸溶液B．试剂Y是二氧化碳，它与AlO反应生成氢氧化铝C．图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应D．将X与Y试剂进行对换，最终可以达到相同结果2．铝土矿主要成分为Al2O3，主要杂质为Fe2O3、SiO2，某实验小组设计了如图流程制备铝：下列说法不正确的是A．步骤①过滤得到的滤渣主要为SiO2B．步骤②的沉淀剂可以选用NaOH、氨水或Ca(OH)2，考虑成本，Ca(OH)2最合适C．步骤④加入冰晶石的目的是降低Al2O3熔融的温度，降低能耗D．该方案的缺陷在于未能很好的将Fe2O3杂质除去3．下列金属冶炼的反应原理，不恰当的是。A．2NaCl(熔融) B．C． D．4．化学创造美好生活。下列生产活动中，没有运用相应化学原理的是选项生产活动化学原理A食品中添加适量二氧化硫SO2可