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文档简介
第11讲铜金属矿物的开发利用
目录
考情分析考向2考查铜及其化合物的制备
网络构建
2考点二金属矿物的开发利用
1考点一铜及其化合物
【夯基・必备基础知识梳理】
【夯基・必备基础知识梳理】
知识点1金属材料
知识点1铜的性质
知识点2金属冶炼
知识点2氧化铜和氧化亚铜
【提升•必考题型归纳】
知识点3氢氧化铜
考向1合金性质与金属材料的应用
知识点4铜盐
考向2金属矿物的开发利用
知识点5铜及其化合物的性质应用
【提升•必考题型归纳】真题感悟
考向1考查铜及其化合物的性质与应用
考点要求考题统计考情分析
从近三年高考试题来看,铜及其化合物的性质与应用和
2023湖北卷18题,14分合金的组成、性质和应用仍是高考的命题点;只有浙江
铜及其化合物
2022山东卷12题,4分卷考查了金属矿物的开发利用。考查内容以金属及其化
的性质与应用
2021湖北卷2题,3分合物的性质、合金的性质、金属的冶炼、提纯以及在日
常生活、生产中的应用为主。题型以选择题和化工流程
题为主。预测新的一年高考可能会可能会在选择题中考
2023湖南卷1题,3分
金属矿物的开查合金的性质和应用及金属矿物的开发利用,题目难度
2022广东卷1题,2分
发利用较小;在工艺流程图题中考查铜及其化合物的转化与应
2021河北卷1题,3分
用,题目综合性较强,难度较大。
金属的存在
金属冶炼的实质
冶炼步骤
金属冶炼
电解法
冶炼方法热还原法
热分解法
考点一铜及其化合物
■夯基•必备基础知识梳理
知识点1铜的性质
1.存在及位置:
(1)存在:在自然界中铜大多数主要以硫化铜存在,主要是辉铜矿(CU2S)、黄铜矿(CuFeS.)和斑铜矿
(Cu5FeS4)»铜还以游离态的形式存在自然铜是一种含铜矿石,成分是铜单质。
(2)位置:铜位于元素周期表中第4周期IB族,是人类最早使用的金属之一;铜元素是一种的变价金属
元素(+1、+2)o
2.结构
铜(Cuprum)是一种金属元素,也是一种过渡元素,化学符号Cu,英文copper,原子序数29,原子结构示
意图为:
3.物理性质:紫红色固体,具有良好的延展性、导热性和导电性。
4.化学性质
不反应
Cu?++非
金属氧化物
①生成铜绿的化学方程式:2Cu+Ch+CO2+H2O=CU2(OH)2c。3遂色固体)。
②Cu和S反应的化学方程式:2CU+S=、CU2S。
③与浓硫酸共热的化学方程式:Cu+2H2SO4(浓)/=CuSO4+SO2f+2H20。
+2+
与稀硝酸反应的离子方程式:3Cu+8H+2N0?=3CU+2N0$+4H2O。
+2+
与浓硝酸反应的离子方程式:Cu+4H+2N0F=Cu+2N02T+2H2O。
④与FeCb溶液反应的离子方程式:Cu+2Fe3+^=2Fe2++Cu2\
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):
800℃
2CuFeS2+4O2^=CU2S+3SO2+2FeO(炉渣)
1200℃
2CU2S+302=^=200+2SO2
1200℃
2CU2O+CU2S^==6CU+SO2T
(3)电解精炼铜:
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Q改,用纯铜作阴
极,C/+在阴极上得电子生成铜。
知识点2氧化铜和氧化亚铜
1.氧化铜
(1)物理性质:黑色筵溶于水的固体。
(2)化学性质:与酸反应,可以用Hz、CO、Al还原出Cu。
+2+
①与酸反应(H+):CuO+2H=CU+H2O
②与H2反应:H2+CUO=CU+H20;
③与CO反应:CO+CuO)Cu+CO2
2.氧化亚铜
Cl)物理性质:组色难溶于水的固体。
(2)化学性质:
①与酸反应(父)为CU2O+2H+=CU+CU2++H2。。
2+
②CU2。遇到HNO3发生氧化反应生成Cuo
△
③与H2反应:Cu2O+H2-2CU+H2O=
④CuO加强热的反应:4CuO里迪2Cu20+02to
知识点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:
②弱碱性,加H:
,——,不稳定性Cu2+
)
CU(0H2③弱氧化隹丽醛圜
反应①的化学方程式:CU(OH)2=CUO+H2O;
+2+
反应②的离子方程式:Cu(0H)2+2H=CU+2H2OO
反应③的化学方程式:RCHO+2Cu(OH)2+NaOH-^-RCOONa+Cu2O;+3H2O
知识点4铜盐
1.CU2(OH)2c。3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锈蚀的结果,其受热分解的化
学方程式为CU2(OH)2CO3=2CuO+H2O+CO2To
I-CU(OH)JCO,===2CuO+COf+14,0
Cu.(OH>,CO,J2J
2
^^iCu2(OH)ICO,+4H-=2Cu+COJ+3H.O
2.CuSC)4・5H2O为蓝色晶体,俗称蓝矶、胆矶,其受热分解的化学方程式为CUSO4-5H2(XC11SO4+5H2O,蓝
色晶体受热转化为白色粉末。无水CuSC>4遇水变蓝色(生成CuSOQHzO),可作为水的检验依据。
3.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.生理活性一,因此
人们利用这一性质用胆帆、熟石灰、水配成了波尔多液,用来杀灭植物的病毒。铜盐溶液有毒,主要是因
为C/+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,因此人们利用了它的这一性质
用胆矶、熟石灰、水配成了波尔多液,用来杀灭植物的病毒。
知识点5铜及其化合物的性质应用
1.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C112O+H2sO4=CUSO4+CU+H2。。
2.通常利用反应2CU+O2=2CUO除去混合气体中的少量02。
3.Cu与稀H2s不反应,但在通入。2的条件下,Cu可在稀H2s。4中逐渐溶解:
2Cu+02+2H2SO4=2CUSO4+2H2O。
4.无水硫酸铜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。
5.CuO用于有机化合物中的元素分析一李比希法
将准确称量的样品置于一燃烧管中,经红热的氧化铜氧化后,再将其彻底燃烧成二氧化碳和水,用纯
的氧气流把它们分别赶入烧碱石棉剂(附在石棉上粉碎的氢氧化钠)及高氯酸镁的吸收管内,前者将排出
的二氧化碳变为碳酸钠,后者吸收水变为含有结晶水的高氯酸镁,这两个吸收管增加的重量分别表示生成
的二氧化碳和水的重量,由此即可计算样品中的碳和氢的含量。
6.利用新制Cu(0H)2悬浊液检验有机化合物中含有的一CHO,如乙醛与CU(OH)2反应的化学方程式:
CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOH-CH3COONa+Cu2O;+3H2O
7.Cu用作醇催化氧化的催化剂。
.提升•必考题型归纳
考向1考查铜及其化合物的性质与应用
例1.(2023•山东淄博•校联考二模)探究铜与硝酸反应的生成NO时的硝酸浓度。如图所示,先通N?一段
时间后关闭活塞K,将铜丝伸入溶液中,当A中气体变为无色时,上提铜丝,再将B中溶液稀释至200mL,
取20.00mL,用0.20mol-LT的NaOH溶液滴定至终点时消耗15.00mL(忽略硝酸的挥发、分解及溶液体积变
化)。下列说法正确的是
接尾气
吸收装置
HNC>3溶液
A.可用盛有NaOH溶液的洗气瓶进行尾气吸收
B.铜与硝酸反应主要生成NO时的硝酸浓度不大于Smol-LT1
C.若不通N2,可能导致所得实验结果偏高
D.若通过直接滴定A中剩余酸的量(掩蔽掉Cu?+的干扰)进行求算,所得实验结果偏低
【分析】A瓶中的反应为4HNO3(浓)+CU=2NO2?+2H2O+CU(NO3)2。B中发生的反应为
3NO2+H2O=2HNO3+NO„用0.20mol-LT的NaOH溶液滴定至终点时消耗15.00mL,即
33
n(NaOH)=0.20xl5.00xlO-mol=3xlO-mol,有关系式为NaOH~HNO3则B瓶中产生的n(HNO3)=
3
3xl0-3molxl0=3xl0-2mol,又3NC)2~2HNO3贝UA瓶中产生的NCh为3xl0-2molxj=4.5xl{y2moi。由关系式得
4HNC)3(浓)~2NO2则消耗的浓硝酸为4.5xl0-2x2=9xl0-2mol„
【解析】A.NaOH溶液不能直接与NO反应,所以它不能吸收尾气,A项错误;B.溶液中剩余的硝酸浓
度为(20x12.5x103一?x10Dmol=%应mol/L=8mol/L。但当反应产生无色NO气体时停止反应,即硝酸浓度
20x10%0.02
1
大于Smol-L也产生了NO,B项错误;C.若不同如N2,B瓶中NO也转变为HNO3,从而导致消耗的HNO3
偏大,A中剩余HNO3偏低,结果偏低,C项错误;D.当A中气体变为无色时停止反应,产生NO的浓度
应该比A瓶的大。所以直接测定A瓶中的酸可能导致结果偏低,D项正确;故选D。
【答案】D
【变式训练1】(2023•北京朝阳•统考二模)小组同学探究Cu和物质A的反应,实验如下。
装置序号物质A实验现象
铜粉溶解,溶液变为深棕色[经检
/物质A①0.6mol-I?Fe(NO3)3溶液(调pH=l)
验含Fe(NO产]
一铜粉
②OSmoLL-iFeCl,溶液铜粉溶解,溶液变为蓝绿色
③1.8molL'NaNO3溶液(调pH=l)无明显变化
下列分析不正确的是
A.②中铜粉溶解的原因:Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+
B.①中产生NO的原因:pH=l时直接将NO?还原为NO
C.若向③中加入FeSO4固体,推测铜粉会溶解
D.①②③现象的差异不仅与物质氧化性(或还原性)强弱有关,也与反应速率有关
【解析】A.实验②中,铜与铁离子反应生成蓝色铜离子和绿色亚铁离子,A正确;B.经检验含Fe(NO)2+,
说明加入铜粉后铜与铁离子反应生成蓝色铜离子和绿色亚铁离子,酸性条件下亚铁离子与硝酸根离子反应
产生NO,选项B不正确;C.若向③中加入Fes。,固体,因酸性条件下亚铁离子与硝酸根离子发生氧化还
原反应生成铁离子,产生了硝酸铁,根据实验①的条件,推测铜粉会溶解,选项C正确;D.①②③现象的
差异不仅与物质氧化性(或还原性)强弱有关,如铁离子、硝酸根离子等氧化性强弱,亚铁离子还原性等;也
与反应速率有关,也氯离子、硝酸根离子,氢离子浓度等对反应速率的影响有关,选项D正确;答案选B。
【答案】B
【变式训练2】(2023•河北邢台・统考一模)中国古代涉及的“铜”文化丰富多彩。下列说法错误的是
A.“青铜器时期”早于“铁器时期”的原因之一是铜比铁稳定
B.诗句“庐山山南刷铜绿”中的“铜绿”借指的是CU2(OH)2CO3的颜色
C.铸造“铜钱儿”用的材料黄铜是单质铜
D.“石胆化铁为铜”中涉及金属键的断裂
【解析】A.“青铜器时期”早于“铁器时期”的原因之一是铜比铁不活泼,化学性质比铁稳定,A正确;B.“铜
绿”的主要成分为C%(OH)2co3,呈绿色,B正确;
C.单质铜呈紫红色,黄铜是铜锌合金、呈黄色,C不正确;D.“石胆化铁为铜”指铁和硫酸铜溶液发生置
换反应,铁属于金属晶体,反应中金属键断裂,D正确;答案选C。
【答案】C
【变式训练3】(2023•广东湛江・统考二模)部分含铜物质的分类与相应铜元素的化合价关系如图所示。下
列说法正确的是
t化合价
+2-acd
+1-b
0-f
单质氧化物氢氧化物硫化盐类别
A.a、d均易溶于水B.b既有氧化性又有还原性
C.常温下,f与单质硫反应生成eD.向固体c中通入H2s气体生成e
【分析】a为CuO,b为CU2O,c为CU(OH)2,d为CUS,e为C112S,f为Cu。
【解析】A.a为CuO,d为CuS,二者均为难溶于水的黑色粉末,A错误;B.b为Cu?。,Cu的化合价为
+1价,处于中间价态,既有氧化性又有还原性,B正确;C.Cu在常温下不与S反应,需要加热才能反应,
所以C错误;D.向固体Cu(OH)2中通入H2s气体生成CuS,所以D错误;故答案选B。
【答案】B
考向2考查铜及其化合物的制备
例2.(2023•山东济宁•统考一模)碱式碳酸铜[Cu2(OH)2co3]是一种用途广泛的化工原料,实验室中以废铜
屑为原料,制取碱式碳酸铜的流程如下。下列说法错误的是
稀HNOaNa2cO3溶液0.4moLIJ'NaOH溶液
废铜屑一►酸浸一►过滤一►加热(7(TC)f调pH为8.5—>过滤f……f碱式碳酸铜
气上滤渣滤液
A.“加热”步骤可选用水浴加热
B.“酸浸”产生的气体可用NaOH溶液吸收
C.“滤液”中溶质的主要成分为NaNC)3
D.可用盐酸和BaCl,溶液检验“滤液”中是否有CO:
【分析】废铜屑与稀硝酸反应,产生的气体为一氧化氮;过滤除去难溶性滤渣,滤液中含硝酸铜和硝酸,
加入碳酸钠溶液加热,与硝酸、硝酸铜反应,生成硝酸钠和铜盐,再加氢氧化钠溶液调节适当pH值,经过
一系列反应得到碱式碳酸铜。
【解析】A.加热的温度为7CPC,可选用水浴加热,A正确;B.酸浸产生的气体为NO,与NaOH溶液不
反应,不能用NaOH溶液吸收,B错误;C.由分析可知,“滤液”中溶质的主要成分为NaNC>3等,C正确;
D.COj的检验是先加氯化钢溶液,产生白色沉淀,再往白色沉淀中加入盐酸,沉淀完全溶解,且产生无色
无味气体,D正确;故选B。
【答案】B
【变式训练】(2023•福建三明•统考模拟预测)实验室制取NO和CU(NC>3)2固体,下列装置能达到实验目
的的是
A.用装置甲制取NO气体
B.用装置乙除去NO中少量的NO?
C.用装置丙收集NO气体
D.用装置丁灼烧CU(NC>3)2-6旦。得到CU(NC>3)2
【解析】A.浓硝酸和铜片反应生产二氧化氮,故A错误;B.二氧化氮和水反应生成一氧化氮和硝酸,可以
除去二氧化氮,故B正确;C.二氧化氮和氧气反应生成二氧化氮,不可以用排空气法收集一氧化氮,故C
错误;D.CU(NO3)2-6H2。灼烧会水解生产氢氧化铜,氢氧化铜又会受热生产氧化铜,灼烧CU(NO3)2-6HZO
得不到CU(NC)3)2,故D错误;故选:Bo
【答案】B
【题后归纳】铜及其化合物的颜色、状态及溶解性
物质颜色状态及溶解性物质颜色状态及溶解性
紫红色,有固态,难溶于非氧化性粉末,易溶于水,水溶液呈蓝
CuCuSO4白色
金属光泽酸,易溶于强氧化性酸色
晶体
CuO黑色粉末,可溶于酸溶液CUSO4-5H2O蓝色
固体,难溶于水,可溶
粉末,难溶于水,可溶于酸溶
CU2。砖红色于酸溶液(生成Cu和CU(OH)CO绿色
223液
Cu2+)
CuCl
白色粉末,难溶于水蓝色难溶于水,可溶于酸溶液
CU(OH)2
Cui
粉末,难溶于水及非氧
黑色2+
CuS[CU(NH3)4]深蓝色络合离子,溶于水
化性强酸
考点二金属矿物的开发利用
・夯基•必备基础知识梳理
知识点1金属材料
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)成分:一种金属为主,另一种或几种是金属或非金属。即合金中一定含金属元素,可能含非金属元素(如钢
中含碳)。
(3)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。
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。
【特别提醒】①构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属,也可以是金属与非金属,合金中一定含
金属元素。合金一定是混合物。
②常温下,多数合金是固,但钾、钠合金呈液态。
③合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能,在许多方面不同
于各成分金属,不是简单加和;但在化学性质上,一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
(4)新型合金及重要应用
①“蛟龙”号载人潜水器的耐压球壳用钛合金制造,利用了钛合金的硬度大、机械强度高、耐腐蚀等性质。
②喷气式飞机的发动机叶片由银钻合金制造,利用了其熔点高、耐高温的性质。
2.常见金属材料及应用
(1)金属材料的工业分类
黑色金属材料有色金属材料
铁、铭、锦以及它们的合金除黑色金属以外的其他金属及其合金
(2)黑色金属材料——钢铁
①钢是用量最大、用途最广的合金。
[低碳钢:韧性、焊接性好,强度低
碳素钢《中碳钢:强度高,韧性及加工性好
②钢《
〔高碳钢:硬而脆,热处理后弹性好
、合金钢:具有各种不同的优良性能,用于制不锈钢及各种特种钢
(3)有色金属材料——铜和铝
性能:良好的延展性和导电性
铝
用途:制导线
①铝及铝合金,
性能:密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉
铝合金,
用途:主要用于建筑业、容器和包装业、交通运输业、电子行业等
f[性能:良好的导电性和导热性
铜
②铜及铜合金J〔用途:主要用于电器和电子工业、建筑业
【铜合金:青铜是我国使用最早的合金,常见的还有黄铜和白铜
【特别提醒】合金的组成与性质
(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属,也可以是金属与非金属,合金中一定含金属元素。合
金一定是混合物。
(2)常温下,多数合金是固态,但钾、钠合金呈液态。
(3)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能,在许多方面不同
于各成分金属,不是简单加和;但在化学性质上,一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
知识点2金属冶炼
1.金属在自然界中的存在
2.金属冶炼的实质
金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即:M"++〃e——M(写反应通式,用M表示金
属)。
3.金属冶炼的一般步骤
富集治炼精炼
利用氧化还原反应,用
除去杂质,提高矿石提纯
还原剂把矿石中的金属
中有用成分的含量金属
离子还原成单质
4.金属冶炼的方法——金属活动顺序与金属冶炼的关系
电解热还原热分解
,_____A______、A
----------金属活动性逐渐减弱--------------►
KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAg
电解|A
NaCl(熔融)Fe2O3HgO
①电解法:适合冶炼金属活动性很强的金属(一般指在金属活动性顺序中排在锌前面的金属)。
工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为
_通申
a.2NaCl(熔融)=====2Na+CbT、
_通由
b.MgCb(熔融)仝基Mg+Cbf、
通电,
c.2A12O3^^4A1+3O2TO
②热还原法:用还原剂(C、CO、H2、Al等)还原金属氧化物,适合较活泼的金属。
a.CO还原Fe3C>4:Fe3O4+4CO=^==3Fe+4CO2;
b.C还原ZnO:ZnO+C=旦理=Zn+COf;
c.压还原W03:wo3+3H2=^===W+3H2O»
【注意】在高炉炼铁中,加入的还原剂是焦炭,但反应中真正作还原剂的是CO。
③热分解法:适用于不活泼的金属,如Hg和Ag。由HgO冶炼Hg的化学方程式:2HgO==2==2Hg+O2f;
A
由Ag2O冶炼Ag的化学方程式:2Ag2。4Ag+O2To
5.铝热反应
A1和某些金属氧化物在高温下进行,反应迅速并放出大量的热,新生成的金属
实验原理
单质呈熔融态且易与A12O3分离
镁带:为铝热反应的起始反
应提/高温条件,作引发剂
/氯酸钾:为镁条继
实验尸=”续燃烧提供氧气
零一氧化铁和铝粉
装置
—一的混合物
尸
实验①镁带剧烈燃烧,放出一定的热,并发出耀眼的白光,氧化铁和铝粉在较高
现象温度下发生剧烈的反应;②纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中
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2A1+
实验
高温
结论
Fe2C)3-------2Fe+AI2O3
原理①制取熔点较高、活泼性弱于AI的金属铭、锦、鸨等;②金属焊接,如野外
应用焊接钢轨等
【特别提醒】铝热反应的三个注意事项
①铝热反应是在高温干态下进行的置换反应,铝只能与金属活动性顺序中排在铝之后的金属的氧化物反应。
②铝热反应会放出大量的热(这一特性常出现在推断题中)。Mg条、KCICh的作用是产生高温,引发铝热反
应。
③铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。
6.特殊金属的冶炼方法:
有些很活泼的金属也可以用还原法来冶炼,如
850℃
Na+KCl^=KT+NaCl
700―850℃
2RbCl+MgMgCh+2Rbf等,
主要运用了化学平衡移动原理,利用K、Rb沸点低,汽化离开反应体系,使化学反应得以向正反应方向进
行。
.提升•必考题型归纳
考向1合金性质与金属材料的应用
例1.(2023・上海宝山•统考二模)关于生铁和钢的区别正确的是
A.生铁属于纯净物,钢属于混合物B.生铁比钢的含碳量更高
C.生铁比钢弹性更好D.生铁属于铁-碳合金,钢也是合金但不含碳
【解析】A.生铁也是混合物,且含碳量更高,A错误;B.生铁比钢的含碳量更高(生铁:>2%,钢:0.03-2%),
B正确;C.钢弹性更好,C错误;D.钢中含碳,D错误。
故答案:Bo
【答案】B
【变式训练】《考工记》:金(青铜)有六齐,六分其金而锡居一,谓之钟鼎之齐;五分其金而锡居一,谓之
斧斤之齐;四分其金而锡居一,谓之戈戟之齐;三分其金而锡居一,谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,
谓之削杀矢之齐;金锡半,谓之鉴燧之齐。下列有关说法错误的是
A.六齐是铜锡合金6种配比B.大刃硬度大于斧斤
C.六齐之金,日久也会有铜绿生成D.依据铜锡不同比例可以配成黄铜
【解析】A.根据题意,六齐是指青铜中铜和锡的六种不同比例形成的不同器具,故A正确;B.迁移铁合
金的知识:铁碳也有不同比例,碳含量越高,硬度越大,故B正确;C.出土青铜都有铜绿,故C正确;
D.黄铜是铜锌合金,铜锡不同比例仍为青铜,故D错误;故选D。
【答案】D
考向2金属矿物的开发利用
例1.(2023•河北邯郸•统考一模)“太空金属”钛广泛应用于新型功能材料等方面,工业上用钛铁矿(主要成
分是TiCh,含少量FeO和FezCh)冶炼金属钛的工艺流程如图所示,下列说法正确的是
A.基态钛原子核外有4个未成对电子
B.金属Mg与TiCk可在氮气气氛条件下进行反应
C.步骤II加热可促进TQ2+的水解
A
D.步骤皿中可能发生的反应为TiCh+2C12+C=TiC14+CO
【分析】钛铁矿(主要成分是TiCh,含少量FeO和FezCh)加硫酸酸浸,浸出液中含铁离子、亚铁离子和TiO2+,
加适量铁发生还原,将铁离子转变为亚铁离子,蒸发浓缩冷却结晶提取出绿矶晶体,滤液经加热TQ2+水解
得TiChHzO,分解得到粗TiCh后,加焦炭、氯气反应得到TiCU,用Mg还原得到Ti。
【解析】A.基态钛原子核外电子排布式为[Ar]3d24s:有2个未成对电子,A错误;B.Mg为活泼金属,
能与CO?、。2、N?、Ji?。等物质发生反应,故金属Mg与TiCl’必须在稀有气体氛围条件下进行反应,B
错误;C.TiO2+会水解,步骤n加热可促进TQ2+的水解,c正确;D.方程式未配平,步骤III中可能发
A
生的反应为TiO2+2C12+2C=TiC14+2CO,D错误;答案选C。
【答案】C
【变式训练1】(2023・上海嘉定・统考一模)下列金属冶炼的反应原理,不恰当的是
电解小△
A.2NaCl(熔融)^=2Na+CLTB.MgO+H2+H2O
电解心高温
C.2A1,O,^^=4A1+3O?TD.Fe70,+3C02Fe+3C07
冰晶石
【分析】金属冶炼的方法与金属的活泼性相关,金属越是活泼,越难冶炼,其中活泼金属Na、Mg、Al要
用电解法来冶炼,而Fe、Cu可用还原法来冶炼;
【解析】A.Na是活泼金属,利用电解熔融的氯化钠获得金属Na,A正确,不符合题意;B.Mg是活泼金
属,利用电解熔融的氯化镁获得金属Mg,B错误,符合题意;C.A1是活泼金属,利用电解熔融的氧化铝
获得金属Al,C正确,不符合题意;D.Fe是较活泼金属,利用热还原法来获得Fe,其中可以使用的还原
剂有C、CO、凡和Al,D正确,不符合题意;故合理选项为B。
【答案】B
【变式训练2】(2023•山东烟台•统考二模)一种锦矿的主要成分为MnCOs,杂质为SiO?、CaCO3,MnS、
FeS、CuS、NiS等。研究人员设计了如下流程制备金属锦,可能用到的数据见下表。
溶液、
NaOH02H2SO4MnOMnS
JLJL1__
镒矿_^1脱硫1-------T酸浸卜》调pH=4T除杂>MnSO4溶液-电解f金属镒
滤液S和物质X滤渣Y滤渣Z
Fe(OH)3CU(OH)2Ni(OH)2Mn(OH)2
开始沉淀pH1.94.26.57.6
沉淀完全pH3.26.78.59.8
下列说法正确的是
A.“脱硫”过程中FeS发生反应:4FeS+3O2+6H2O=4S+4Fe(OH)3
B.物质X为滤渣Y为Fe(OH)3
C.上述流程表明:4p(CuS)>Ksp(MnS),/(NiS)>舄(MnS)
D.“电解”所得阳极产物均可循环利用
【分析】镒矿(主要成分为MnCOs,杂质为Si。?、CaCOs、MnS、FeS、CuS、NiS)在催化剂条件下与氢
氧化钠、空气反应生成硫单质、硅酸钠和金属氢氧化物,过滤,向滤渣中加入硫酸进行酸浸,生成硫酸盐,
过滤,滤渣1为硫和硫酸钙,向滤液中加入MnO调节pH=4从而沉淀铁离子,过滤,向滤液中加入MnS
沉淀铜和银元素后再过滤得到主要含有MnSO4的溶液,将该溶液电解得到金属锦。
【解析】A.“脱硫”过程中FeS被氧气氧化在碱性条件下生成硫单质与氢氧化铁,
4FeS+3O2+6H2O=4S+4Fe(OH)3,AIE^;B.脱硫过程二氧化硅与氢氧化钠溶液发生反应转化为硅酸钠,
硅酸钠与硫酸反应会生成硅酸,滤渣中还含有硫酸钙,B错误;C.难溶沉淀会像更难溶沉淀转化,“除杂”
过程中加入MnS的目的是为了使Ni2+与CM+转化为NiS和CuS,推知Ksp(CuS)</rsp(MnS)、
%(NiS)V%(MnS),C错误;D.惰性电极“电解”MnSCU,会产生氧气和硫酸,这些所得阳极产物均可循
环利用,D正确;故选AD。
【答案】AD
真
1.(2023・湖南•统考高考真题)中华文化源远流长,化学与文化传承密不可分。下列说法错误的是
A.青铜器“四羊方尊”的主要材质为合金
B.长沙走马楼出土的竹木简牍主要成分是纤维素
C.蔡伦采用碱液蒸煮制浆法造纸,该过程不涉及化学变化
D.铜官窑彩瓷是以黏土为主要原料,经高温烧结而成
【答案】C
【解析】A.四羊方尊由青铜制成,在当时铜的冶炼方法还不成熟,铜中常含有一些杂质,因此青铜属合金
范畴,A正确;B.竹木简牍由竹子、木头等原料制成,竹子、木头的主要成分为纤维素,B正确;C.蔡
伦用碱液制浆法造纸,将原料放在碱液中蒸煮,原料在碱性环境下发生反应使原有的粗浆纤维变成细浆,
该过程涉及化学变化,C错误;D.陶瓷是利用黏土在高温下烧结定型生成硅酸铝,D正确;故答案选C。
二氧化碳,是非氧化还原反应,反应III是Na2s03和CuSCU反应生成CU2。,是氧化还原反应,故A错误;
B.低温真空蒸发主要目的是防止Na2sO3被氧化,而不是NaHSO一故B错误;C.经分析溶液Y的成分
是Na2sCh溶液,可循环用于反应H的操作单元吸收S02气体(气体I),故C正确;D.制取C%。总反应方
n(X)
程式是2CuSCU+3Na2s03=CU2O+2SO2T+3Na2so4,化合物X是指Na2so3,若Cuz。产量不变,增大“晨卜)
比,多的Na2s03会消耗氢离子,用于控制pH值,可减少NaOH的量,故D正确;答案CD。
2.(2023・山东・统考高考真题)利用热再生氨电池可实现CuSO,电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示,
甲、乙两室均预加相同的CuSO”电镀废液,向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是
CuSO4
溶液
A.甲室Cu电极为正极
B.隔膜为阳离子膜
2+2+
C.电池总反应为:CU+4NH3=[CU(NH3)4]
D.NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
【答案】CD
【解析】A.向甲室加入足量氨水后电池开始工作,则甲室Cu电极溶解,变为铜离子与氨气形成
2+
[CU(NH3)4],因此甲室Cu电极为负极,故A错误;B.再原电池内电路中阳离子向正极移动,若隔膜为
阳离子膜,电极溶解生成的铜离子要向右侧移动,通入氨气要消耗铜离子,显然左侧阳离子不断减小,明
显不利于电池反应正常进行,故B错误;C,左侧负极是Cu-2e-+4NH3=[Cu(NH3)J+,正极是
2+2+2+
Cu+2e-=Cu,则电池总反应为:CU+4NH3=[CU(NH3)4],故C正确;D.NH3扩散到乙室会与铜
离子反应生成[CU(NH3)/2+,铜离子浓度降低,铜离子得电子能力减弱,因此将对电池电动势产生影响,
故D正确。综上所述,答案为CD。
3.(2022•浙江・统考
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