2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《金属材料与金属矿物利用》

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2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《金属材料与金属矿物利用》

2020-2021 年新高三化学一轮复习讲解《金属材料与金属矿 物利用》 【知识梳理】 一、铜及其化合物 铜是人类发现最早的金属之一,也是最好的纯金属之一。铜元素在元素周期表中位于第四周 期第ⅠB 族,原子结构示意图为: 。 铜是硬度较小的紫红色金属,具有良好 的延展性、导电性和导热性。铜在电气和电子工业中主要用于制造电线、通讯电缆等。这方 面应用占铜的工业总用量的一半左右,半导体器件中的硅芯片上用铜代替铝线;建筑业上用 铜制造水管及其它排水设施,具有独特的杀菌功能,抑制细菌生长。 1.铜及其化合物的颜色 2.铜的化学性质 (1)与非金属单质反应 2Cu+O2 2CuO 2Cu+S Cu2S Cu+Cl2 CuCl2 (2)与酸反应 ①与非氧化性酸(稀盐酸、稀硫酸)不反应。 ②与氧化性酸反应 Cu+ 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2 ↑+ 2H2O Cu+ 4HNO3 (浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2 ↑+ 2H2O 3Cu+ 8HNO3 (稀) = 3Cu(NO3)2 +2 NO ↑+ 4H2O (3)与盐溶液反应 Cu+2FeCl3 = CuCl2 +2FeCl2 △ (4)铜在干燥空气中性质稳定,但在潮湿空气中会被腐蚀,在其表面逐渐形成一层绿色的铜 锈。 2Cu+ O2 +H2O + CO2 = Cu2 ( O H ) 2 CO3 3.铜的化合物的化学性质 (1)氧化铜:CuO 为黑色不溶于水的固体。 ①氧化铜有金属氧化物的性质。 CuO+2HCl= CuCl2 +H2O ②氧化铜具有氧化性,可与某些还原剂反应。 H2+CuO Cu+ H2O C+2CuO 2Cu+ CO2 ↑ ③氧化铜在高温下可发生分解反应: 4CuO 2Cu2O+ O2 ↑ (2)氢氧化铜:Cu(OH)2 为蓝色不溶于水的絮状沉淀。 ①与酸反应:Cu(OH)2+2H+=== Cu2++2H2O ②受热分解:Cu(OH)2 CuO+H2O ③检验醛基:CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOH CH3COONa+Cu2O+3H2O (3)硫酸铜:CuSO4 晶体与无水 CuSO4 之间可以相互转化。 CuSO4·5H2O CuSO4 + 5H2O CuSO4 + 5H2O = CuSO4·5H2O 实验内容 实验现象 结论 CuSO4·5H2O → CuSO4 向饱和的 CuSO4 溶液中慢慢滴入浓 硫酸,静置 液体分为两层,上 层蓝色,下层无色, 有白色固体析出 浓硫酸具有吸水性,可使 饱和的 CuSO4 溶液析出 白色 CuSO4 固体 CuSO4→ CuSO4·5H2O 向无水 CuSO4 中 通入水蒸气 白色粉末变为蓝色 晶体 CuSO4+5H2O= CuSO4·5H2O 例题1、下列说法正确的是 。 ①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 高温 ②除去 Cu 粉中混有 CuO 的方法是加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤、干燥 ③将铜粉加入 1−0 mol·L-1 Fe2(SO4)3 溶液中,现象是溶液变蓝,有黑色固体出现 ④铁比铜活泼,铆在铜板上的铁钉在潮湿空气中不易生锈 ⑤氧化铜可作为制造玻璃、搪瓷的红色颜料 ⑥硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂 ⑦为了避免青铜器生成铜绿,在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜 ⑧1 mol Cu 和足量热浓硫酸反应可生成 NA 个 SO3 分子 ⑨冶炼铜的反应为 8CuFeS2+21O2 8Cu+4FeO+2Fe2O3+16SO2,若 CuFeS2 中 Fe 的 化合价为+2,反应中被还原的元素是 Cu 和 O ⑩CuSO4 溶液与过量浓氨水反应的离子方程式:Cu2++2NH3·H 2O=Cu(OH)2↓+2NH4+ ⑪将 CuCl2 溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水 CuCl2 固体 ⑫H2 通过灼热的 CuO 粉末,反应后固体物质增重 【指点迷津】 (1)波尔多液消毒:主要应用在农业植物杀菌和公共场合的消毒。其主要成分组分 CuSO4 溶液、石灰水,原理是重金属盐能使蛋白质变性。 (2)制备 CuSO4 方案的选择:方法如下:一是 Cu→CuO→CuSO4,二是用铜和浓硫酸的反应。 方案的选择主要从绿色化学概念角度进行:一是原料利用率高,节约成本;二是不产生有毒 气体,不造成大气污染。与之相同的还有 Cu(NO3)2 的制备。 (3)CuCl2 溶液的蒸干、和含有结晶水时除去结晶水,分别对应的操作是加入盐酸,和在 HCl 气氛中加热。 (4)粗铜的精炼:电解池中,粗铜作阳极,精铜作阴极,电解质为硫酸铜溶液。阳极反应: Cu- 2e- = Cu2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-= Ni 2+;阴极反应:Cu2++ e- =Cu,硫酸铜溶液浓度降低。 二、合金与金属冶炼 1.合金及新材料 (1)合金概念:两种或两种以上金属(或金属与非金属)熔化而成的具有金属特性的物质叫 合金(合金为混合物)。如:钢铁为铁碳合金。 (2)合金特性:合金比它的成分金属具有良好的物理和化学等多方面性能。如合金的熔点 一般比它的成分金属熔点低,合金适宜铸造;又如硬铝合金的强度和硬度都比纯铝大,几乎 相当钢材,且密度小。 高温 (3)钛合金:金属钛是一种新型的结构材料。钛的密度为 4−54g·cm-3,比钢轻,可是,钛 的机械性能与钢相似。钛恰好兼有钢和铝的优点。液体钛几乎能溶解所有的金属,因此可以 和多种金属形成合金。将钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛的表面容易形成致密的、 钝性的氧化物保护膜,使得钛具有优良的抗腐蚀性,特别是对海水的抗腐蚀性很强。由于金 属钛具有优良的性能,在国防和高能技术中,钛占有重点地位,在航海和航空制造业中得到 广泛的应用。 2.金属的冶炼 (1)从矿石中提取金属的一般步骤有三步:①矿石的富集:除去杂质,提高矿石中有用成分 的含量;②冶炼:利用氧化还原反应原理,在一定条件下,用还原剂将金属矿石中的金属离 子还原成金属单质;⑧精炼:采用一定的方法,提炼纯金属。 (2)冶炼金属的实质:用还原的方法,使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子− (3)金属冶炼的一般方法: ①加热法:适用于冶炼在金属活动顺序表中,位于氢之后的金属(如 Hg、Ag 等)。 2HgO 2Hg + O2↑ HgS + O2 Hg + SO2↑ 2Ag2O 4Ag + O2↑ ②热还原法:适用于冶炼金属活动顺序表中 Zn、Fe、Sn、Pb 等中等活泼的金属.常用的还 原剂有 C、CO、H2、Al 等。 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2(炼铁) ZnO + C Zn + CO↑(伴生 CO2) WO3 + 3H2 W + 3H2O Cr2O3 + 2Al 2Cr + A12O3(制高熔点的金属) ③熔融电解法:适用于冶炼活动性强的金属如 K、Ca、Na、Mg、A1 等活泼的金属,通过 电解其熔融盐或氧化物的方法来制得。 2A12O3 4Al + 3O2↑ 2NaCl 2Na + C12↑ ④湿法冶金(又叫水法冶金):利用在溶液中发生的化学反应(如置换、氧化还原、中和、水解 等),对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程.湿法冶金可用于提取 Zn、U(铀)及稀土 金属等。 3.金属的回收:地球上的金属矿产资源是有限的,而且是不能再生的。随着人们的不断开 发利用,矿产资源将会日渐减少。金属制品在使用过程中会被腐蚀或损坏,同时由于生产的 发展,新的产品要不断替代旧的产品,因而每年就有大量废旧金属产生。废旧金属是一种固 体废弃物,会污染环境。要解决以上两个问题,最好的方法是把废旧金属作为一种资源,加 以回收利用。这样做,既减少了垃圾量,防止污染环境,又缓解了资源短缺的矛盾。回收的 废旧金属,大部分可以重新制成金属或它们的化合物再用。 例题2、下列说法正确的是 。 ①金属元素的单质只有还原性,其离子只有氧化性 ②金属元素的单质在常温下均为固体 ③工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气 ④钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制 ⑤合金的性质与其成分金属的性质不完全相同 ⑥由铁矿石炼成铁是化学变化,由生铁炼成钢是物理变化 ⑦工业上电解熔融状态的 Al2O3 制备 Al 不涉及氧化还原反应 ⑧金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子 ⑨在人类对金属材料的使用过程中,性质活泼的金属单质最早被人们冶炼和使用 ⑩单质铝在空气中比较耐腐蚀,所以铝是不活泼金属 ⑪FeO 投入稀 H2SO4 和稀 HNO3 中均得到浅绿色溶液 ⑫向一定量的 Cu、Fe2O3 的混合物中加入 300 mL 1 mol·L-1 的盐酸,恰好使混合物完全溶解, 所得溶液中不含 Fe3+。若用过量的 CO 在高温下还原相同质量的原混合物,固体减少的质量 为 2−4 g 【指点迷津】 (1)不同冶炼方法有不同的特点,如用气态物质还原时,气体与矿石充分接触,反应速率 快,无残留,得到的金属纯度高;电解冶炼需消耗大量的电能;铝热反应适用于高熔点金属 的冶炼。 (2)当一种金属可用多种方法冶炼时,工业上一般采用经济效率高的方法。即热分解法优 于焦炭还原法,焦炭还原法优于铝热还原法,铝热还原法优于电解法。从环保角度考虑, H2 还原法又优于 C、CO 还原法。 (3)用还原剂还原法制得的金属一般含有较多的有害杂质,如含其它金属或非金属。为了 满足金属的多种用途,除去金属中的有害杂质是必要的。低沸点金属(如锌和汞)可以用蒸馏 法与较不易挥发的有害杂质分离而达到提纯;电解法精炼金属是使用最广泛的金属精炼法, 铜、银、金、铅等都可以用这种方法精炼。 【课时练习】 1.2019 年江西南昌“海昏侯墓”出土了一件青铜白酒蒸馏器。下列说法不正确的是( ) A.在实验室进行蒸馏时,必须使用圆底烧瓶、直形冷凝管、酒精灯、锥形瓶等仪器 B.我国古代人民常用明水矾除去铜器表面的铜绿(铜锈) C.青铜文物和铁质文物在潮湿的土壤环境中容易发生电化学腐蚀 D.与火法冶铜(以 Cu2S 为原料)相比,采用湿法冶铜(以 CuSO4 为原料)的优点是减少 了环境污染和能源的消耗 2.下列有关金属的工业制法中,正确的是 A.制钠:用海水为原料制得精盐,再电解纯净的 NaCl 溶液 B.制铁:以铁矿石为原料,CO 还原得铁 C.制镁:用海水为原料,经一系列过程制得氧化镁固体,H2 还原得镁 D.制铝:从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体,电解熔融的氯化铝得到铝 3.A、B、C、D、E 分别是 Cu、Ag、Fe、Al、Mg 五种金属中的一种。已知:(1)将 A、 C 用导线相连后放入稀 H2SO4 中,C 的表面有气泡产生;(2)将 B 放入 D 的硝酸盐中,B 的表面析出单质 D;( 3)将 C、E 放入冷浓硫酸中,均无明显现象,由此可以推断五种金属 A、B、C、D、E 依次可能为 A.Fe、Cu、Al、Ag、Mg B.Mg、Cu、Al、Ag、Fe C.Al、Cu、Mg、Ag、Fe D.Mg、Ag、Al、Cu、Fe 4.类推的思维方法在化学学习与研究中有时会产生错误结论,因此类推的结论最终要经过 实践的检验,才能决定其正确与否,下列几种类推结论中,错误的是( ) ①钠与水反应生成 NaOH 和 H2;所有金属与水反应都生成碱和 H2 ②铁露置在空气中一段时间后就会生锈;性质更活泼的铝不能稳定存在于空气中 ③化合物 KC1 的焰色为紫色;K2CO3 的焰色也为紫色 ④生铁比纯铁的熔点低;钠钾合金的熔点也应介于 Na 和 K 熔点之间 A.①② B.①④ C.①②③④ D.①②④ 5.《证类本草》中记载:“鸡屎矾(碱式碳酸铜)不入药用,惟堪镀作,以合熟铜;投苦酒(醋)中, 涂铁皆作铜色,外虽铜色,内质不变。”下列关于该描述的说法正确的是 A.“不入药用”的主要原因是鸡屎矾溶于胃酸,产生重金属离子 Cu2+ B.“惟堪镀作,以合熟铜”指的是电镀铜技术 C.“投苦酒(醋)中,涂铁皆作铜色”涉及两个化学反应且都为氧化还原反应 D.“外虽铜色,内质不变”描述的是铁和铜的钝化过程 6.银铜合金广泛应用于航空工业。从银铜合金的切割废料中回收银和制备 CuAlO2 的流程 如下。 已知:Al(OH) 3 和 Cu(OH) 2 开始分解的温度分别为 450℃和 80℃。 下列说法错误的是 A.电解精炼时,粗银做阳极,纯银做阴极 B.为提高原料利用率,流程中应加过量的稀 NaOH C.滤渣 B 煅烧时发生的反应为 4CuO+4Al(OH)3  高 温 4CuA1O2+ O2↑+6H2O D.若用 1−0 kg 银铜合金(铜的质量分数为 64%) 最多可生成 10−0mol CuA1O2 7.碱式氯化铜 a b 2Cu Cl (OH) xH O 是一种重要的无机杀虫剂,它可以通过以下步骤制备。 步骤 1:将铜粉加入稀盐酸中,并持续通空气反应生成 2C u C l 。已知 3Fe  对该反应有催化 作用,其催化原理如图所示。步骤 2:在制得的 溶液中,加入石灰乳充分反应后即可 制得碱式氯化铜。下列有关说法错误的是( ) A.a、b、c 之间的关系式为 a=2b+2c B.图中 M、N 分别为 、 2Fe  C.为了除去 溶液中的杂质 ,可加入过量的CuO 、过滤 D.若制备1mol a b 2Cu Cl (OH) xH O,理论上消耗11.2a 2L(STP)O 8.CuCl 是应用广泛的有机合成催化剂,可从黄铜矿(主要成分为 CuFeS2)中制取。 已知:CuCl 是一种白色粉末,微溶于水,难溶于乙醇,在空气中易被氧化,在水溶液中存 在平衡:CuCl(s)+2Cl-(aq)⇌[CuCl3]2-(aq)(无色溶液)。下列叙述正确的是 A.“浸取”过程中的主要反应为 CuFeS2+4CuCl2=4CuCl+FeCl2+2S B.浸取所得到的 FeCl2 溶液,可用来腐蚀覆在绝缘板上的铜箔制造印刷电路板 C.加水有利于 CuCl(s) +2Cl-(aq)⇌[CuCl3]2-(aq)平衡逆向移动,析出 CuCl,Cl-浓度增大 D.为提高产率和纯度,可采用乙醇洗涤、真空干燥 9.工业上综合利用铝土矿(主要成分为 Al2O3,还含有 Fe2O3、FeO、SiO2)的部分工艺流 程如下: 铝土矿 稀硫酸 过滤滤渣 氢氧化钠固体 焙烧 硅酸钠 实验室模拟上述流程中,用不到的装置是( ) A. B. C. D. 10.CuSO4 是一种重要的化工原料,其有关制备途径及性质如图所示。下列说法不正确的是 A.途径①所用混酸中 H2SO4 与 HNO3 物质的量之比最好为 3:2 B.相对于途径①、③,途径②更好地体现了绿色化学思想 C.1molCuSO4 在 1100℃所得混合气体 X 中 O2 可能为 0−75mol D.Y 可以是甲酸钠 11.某科学兴趣小组查阅资料得知,反应温度不同,氢气还原氧化铜的产物就不同,可能是 Cu 或 Cu2O,Cu 和 Cu2O 均为不溶于水的红色固体,但 Cu2O 能与稀硫酸发生反应: Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O。为探究反应后的红色固体的成分,他们提出了以下假设: 假设一:红色固体只有 Cu 假设二:红色固体只有 Cu2O 假设三:红色固体中有 Cu 和 Cu2O 下列判断正确的是 A.取少量红色固体,加入足量的稀硫酸,若溶液无明显现象,则假设一和二都成立 B.少量红色固体与足量稀硫酸反应,若溶液呈蓝色且仍有红色固体,则只有假设三成立 C.若将 7−2 克红色固体通入足量的 H2 还原,最后得到固体 6−4 克,则假设二成立 D.实验室可用向新制 Cu(OH)2 悬浊液(碱性)中加入葡萄糖后加热,来制取 CuO 12.碱式碳酸铝镁[MgaAlb(OH)c(CO3)d]在一定条件下的转化如下图所示,下列说法正确的是 A.a、b、c、d 符合关系式:2a+3b=c+3d B.X 可能为 NaOH C.Q 可能为 NH3 D.工业上用 CO 还原 Al2O3 的方法制取金属 Al 13.某化学小组设计实验,探究“NO2 是否能与炽热的铜反应生成氧化铜和氮气”。 已知:①NO 和 FeSO4 溶液反应:NO+FeSO4=FeSO4·NO(棕色) ②酸性 KMnO4 溶液吸收 NO 生成 NO 3  和 Mn2+ ③Cu2O 在酸性条件下能发生反应:Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O 设计实验所需装置如图所示(每个装置中液态试剂均足量,且不考虑 A 装置挥发出的硝酸对 后续装置的影响)。 回答下列问题: (1)该实验装置较复杂,检查气密性时采用分段检查的方法,请写出 A 装置气密性的检验 方法___。 (2)该实验装置的连接顺序为:___(填装置字母代号),C 装置中盛装试剂是___(填名称)。 (3)开始实验先引发 A 中反应,一段时间后再点燃 D 处酒精灯,这样操作的目的是___。 (4)实验过程中观察到下列现象,请回答: ①B 中浅绿色溶液变棕色得出实验结论是___ a−二氧化氮与铜反应的还原产物一定有 NO b−二氧化氮与铜反应的还原产物一定无 NO c−二氧化氮与铜反应的还原产物可能有 NO ②E 中有明显现象,该现象是___,写出发生反应的离子方程式___。 (5)当 D 中铜粉完全反应时冷却至室温,停止 A 中反应,测得反应后 D 中固体粉末质量 为 ag, ①当 a=___(用含 m 的代数式表示)时,铜被氧化的产物全部是 CuO; ②设计最简单的实验方案,验证反应后 D 中固体是否含有 Cu2O___(试剂选任) 14.某校化学小组同学研究 Cu 与 H2SO4 溶液反应,小伟同学实验记录如下: 实验 编号 实验操作 实验现象 Ⅰ 取螺旋状铜丝在酒精灯上烧至红热,迅速伸入装 有 10 mL 3 mol/L H2SO4 溶液的试管中 产生大量白雾;溶液颜色变为浅 蓝色;试管中出现红色浑浊 Ⅱ 步骤一:取螺旋状铜丝在酒精灯上烧至红热, 迅 速伸入装有 10 mL 蒸馏水的试管中; 步骤二:冷却后加入 5 mL 3 mol/L H2SO4 步骤一:产生少量白雾;试管中 出现黑色浑浊,略带红色 步骤二:浑浊全部为红色;溶液 略显蓝色 (1)实验一:探究白雾的成分 ①波波同学收集实验Ⅰ中白雾,加入品红溶液,溶液褪色,得出结论:白雾成分包含 SO2。 可能是因为局部温度过高产生,写出有关化学方程式 ________。 ②艳艳同学认为不妥,补充实验Ⅲ: 实验编 号 实验操作 实验现象 Ⅲ 步骤一:取品红溶液,加 3 mol/L H2SO4 溶液, 加热; 步骤二:收集实验Ⅰ中白雾,加入品红溶液, 加热 步骤一:溶液褪色,加热无颜色 变化; 步骤二:溶液褪色,加热无颜色 变化 根据实验Ⅲ,可推断白雾成分是______,而并非 SO2。 (2)实验二:探究红色固体的成分。经过分析,实验Ⅰ和实验Ⅱ中的红色浑浊成分相同。 (资料)Cu2O 能溶在浓氨水中形成无色 Cu(NH3)2+,很容易被氧气氧化为蓝色 Cu(NH3)22+; Cu2O 能与一定浓度的酸溶液发生反应:Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O。 ①写出 Cu2O 溶在浓氨水中的离子方程式 _______。 ②对于红色浑浊的成分,谷哥设计实验并实施,证实了红色固体中只有 Cu2O。他的实验是: 将实验Ⅰ试管中固体过滤洗涤,得红色固体,__________。 ③结合实验Ⅰ和Ⅱ,吉吉同学确定铜丝烧至红热时生成了______。 (3)实验三:探究红色固体不溶的原因。经过检验,实验Ⅰ和实验Ⅱ反应后的溶液均显酸性, 对于体系中有 Cu2O 固体的原因: 龙校假设:在实验条件下,随着溶液酸性降低,Cu2O 与酸无法反应。 乔博假设:在实验条件下,随着溶液酸性降低,Cu2O 与酸反应速率变小。 邹邹同学继续实验: 实 验 编 号 实验操作 实验现象 Ⅳ 取 Cu2O 固体少量,加入到装有 10 mL3 mol/L H2SO4 溶液的试管中 溶液迅速变为蓝色;试管中出现少 量亮红色固体 Ⅴ 取 Cu2O 固体少量,加入到装有 10 mL 3 mol/L H2SO4 和少量 CuSO4 (浅蓝色)的试管中 现象同Ⅳ Ⅵ 重复实验Ⅰ,振荡试管,分为两等份。第一份立 刻加入浓硫酸至 c(H2SO4)=3 mol/L;第二份静置 4 h 之后,过滤,向固体中加入浓硫酸至 c(H2SO4)=3 mol/L 第一份加酸后红色固体明显减少, 溶液蓝色加深;第二份静置时,固 体减少,溶液缓慢变为蓝色,固体 加酸后无明显现象。 ①实验Ⅴ的目的是 ______。 ②通过以上实验,臧臧同学得出的结论是______。 15.某工厂的固体废渣中主要含 Cu 和 CuO,还含有少量 Cu2O 和 SiO2 等。利用该固体废渣 制取 Cu(NO3)2 的部分工艺流程如图所示: (1)Cu 与稀硝酸反应的离子方程式为___。 (2)酸溶时,反应温度不宜超过 70℃,其主要原因是___,若保持反应温度为 70℃,欲加 快反应速率可采取的措施为___(写出一种即可)。 (3)过滤后所得废渣的主要成分的化学式为___。 (4)Cu(NO3)2 晶体受热易分解成 CuO,同时产生 NO2 和 O2,该反应的化学方程式为___, 由 Cu(NO3)2 溶液制备 Cu(NO3)2 晶体的操作方法是:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、___、___。 16.氧化亚铜(Cu2O)是一种用途广泛的光电材料,某工厂以硫化铜矿石(含 CuFeS2、Cu2S 等)为原料制取 Cu2O 的工艺流程如下: 常温下几种物质开始形成沉淀与完全沉淀时的 pH 如下表: Fe(OH)2 Fe(OH)3 Cu(OH)2 开始沉淀 7−5 2−7 4−8 完全沉淀 9−0 3−7 6−4 (1)炉气中的有害气体成分是________,Cu2S 与 O2 反应时,氧化剂与还原剂的物质的量之比 为______。 (2)试剂 X 是 H2O2 溶液,当试剂 X 是___________时,更有利于降低生产成本。 (3)加入试剂 Y 调 pH 时,pH 的调控范围是________。 (4)“还原”步骤中为提高 N2H4 转化率可采取的措施有_________(填序号)。 a.不断搅拌,使 N2H4 和溶液充分接触 b.增大通入 N2H4 的流速 c.减少 KOH 的进入量 d.减小通入 N2H4 的流速 (5)写出用 N2H4 制备 Cu2O 的化学方程式为_______________ (6)操作 X 包括烘干,其中烘干时要隔绝空气,其目的是____________。 参考答案 例题 1、①⑥⑦⑨ 【解析】铜绿主要成分是 Cu2(OH)2CO3,可视为 Cu(OH)2·CuCO3,所以铜绿能和盐酸反应, ①正确;铜与稀硝酸会反应,应该用稀盐酸,②错误;Cu 与硫酸铁发生氧化还原反应,生 成硫酸铜和硫酸亚铁,无黑色固体出现,③错误;铁铜在潮湿的空气中能组成原电池,发生 电化学腐蚀,铁做负极被腐蚀,④错误;氧化铜是黑色物质,不能作为红色颜料,⑤错误; 因为 Cu2+是重金属离子,可使蛋白质变性,有杀菌能力,故能作游泳池的消毒剂,⑥正确; 铜绿是生活中常见现象,反应原理为 2Cu+O2+CO2+H2O==Cu2CO3(OH)2,故青铜器应保存在 干燥的环境中或表面覆盖一层防渗的高分子膜防止被腐蚀,⑦正确;Cu 和足量热浓硫酸反 应生成的是 SO2,不是 SO3,⑧错误;若 CuFeS2 中 Fe 的化合价为+2,则 Cu 化合价为+2,S 化 合价为-2,分析化学方程式两边元素化合价的变化可知,化合价降低的元素被还原,有 Cu 和 O 元素,⑨正确;过量浓氨水反应产生[Cu(NH3)4]2+,⑩错误;Cu2+水解,加热 CuCl2 溶 液不能得到 CuCl2 固体,⑪错误;氢气通过灼热的 CuO 粉末发生的反应为 CuO+H2=====△ Cu+H2O,固体由 CuO 变为 Cu,1molCuO 的质量为 80g,1molCu 的质量为 64g,反应后固 体质量减小,⑫错误。 答案:①⑥⑦⑨ 例题2、⑤⑧ 【解析】金属离子中的中间价态离子,比如 Fe2+,既有氧化性又有还原性,①错误;常温 下金属汞呈液态,②错误;电解 NaCl 溶液生成 NaOH、H2 和 Cl2,而得不到单质钠,③错 误;铁用 CO 还原法炼制,用铝热反应成本太高,④错误;合金的熔点比它的各成分金属的 熔点都低,⑤正确;铁矿石炼铁和生铁炼钢都是化学变化,⑥错误;电解熔融 Al2O3 制取 Al 的反应为 2Al2O3(熔融)=====电解 4Al+3O2↑,该反应属于氧化还原反应,⑦错误;金属冶炼 就是把金属阳离子还原为金属原子,越活泼的金属,其阳离子的氧化性越弱,越难被还原, ⑧正确;性质活泼的金属很难以游离态存在,一般被人们发现使用得较晚,⑨错误;单质铝 不易被腐蚀,是因为其与氧气反应在其表面形成致密的氧化膜,保护内部金属不被腐蚀,⑩ 错误。 1.A【解析】A.实验室进行蒸馏时,须使用蒸馏烧瓶、温度计、直形冷凝管、酒精灯、羊 角管、锥形瓶等仪器,A 选项错误; B.明矾中含有铝离子,铝离子水解使溶液显酸性,Cu(OH)2CO3 能与酸性溶液反应,所以 可用明水矾除去铜器表面的铜绿(铜锈),B 选项正确; C.青铜文物和铁质文物,在潮湿环境中易形成原电池发生电化学腐蚀,腐蚀速率更快,C 选项正确; D.火法冶铜(以 Cu2S 为原料)会产生 SO2,对环境造成污染,同时高温条件下耗能较高,而 湿法冶铜(以 CuSO4 为原料)采用电化学原理,相比火法冶铜减少了环境污染和能源的消耗, D 选项正确; 答案选 A。 2.B【解析】A.电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气、氯气,电解熔融的氯化钠可生成金 属钠和氯气,故 A 错误; B.CO 还原氧化铁可以生成铁和二氧化碳,故 B 正确; C.用海水为原料,经一系列过程制得氢氧化镁固体,氢氧化镁与盐酸反应生成氯化镁,电 解熔融的氯化镁生成镁和氯气,故 C 错误; D.从铝土矿中获得氧化铝,电解熔融的氧化铝得到铝和氧气,故 D 错误; 答案选 B。 3.B【解析】 (1)将 A、C 用导线相连后放入稀 H2SO4 中,C 的表面有气泡产生,说明 C 电 极上氢离子被还原成氢气,为正极,所以 A 比 C 活泼,且 A 为 Fe、Al、Mg 三者之一,且 C 不可能是 Mg; (2)将 B 放入 D 的硝酸盐中,B 的表面析出单质 D,说明 B 比 D 活泼; (3)将 C、E 放入冷浓硫酸中,均无明显现象,有两种可能,一种是发生钝化,如 Al 和 Fe, 一种是不反应,如 Cu 和 Ag,C、E 为 Cu、Fe、Al、Ag 中的两种; A.根据分析可知 E 不可能是 Mg 元素,且 A 比 C 活泼,而 Fe 不如 Al 活泼,故 A 错误; B.A 为 Mg,可以和稀硫酸反应,与 C(Al)和稀硫酸形成原电池时 Al 为负极,产生气泡;B 为 Cu 比 D(Ag)活泼;C(Al)和 E(Fe)在浓硫酸中钝化,故 B 符合题意; C.五种元素中最活泼的金属为 Mg,而 A 比 C 活泼,且根据(3)也可知 C 不可能是 Mg,故 C 错误; D.根据分析可知 B 比 D 活泼,而 Ag 不如 Cu 活泼,故 D 错误; 故答案为 B。 4.D【解析】①钠是活泼金属,与水反应生成 NaOH 和 H2,但铁需要在高温下与水蒸气反 应生成 Fe3O4 和 H2,所以①错误; ②铁因含有杂质,露置在空气中由于发生电化学反应而生锈,但性质更活泼的铝由于易被氧 化,在表面形成致密的氧化膜而得到保护,所以铝具有较好的抗腐蚀能力,可稳定存在于空 气中,即②错误; ③焰色反应是用来检验某些金属元素的,所以只要含有钾元素,焰色都是紫色的,即③正确; ④合金的熔点比构成合金的成分金属熔点都低,钠钾合金的熔点也比钠和钾的低,所以④错 误; 错误的为①②④;答案选 D。 5.A【解析】A− “不入药用”的主要原因是鸡屎矾溶于胃酸,产生重金属离子 Cu2+,能使蛋 白质变性,故 A 正确; B− “惟堪镀作,以合熟铜”指的活泼金属置换出铜,故 B 错误; C− “投苦酒(醋)中,涂铁皆作铜色”涉及两个化学反应,其中,发生盐与醋酸的复分解反应, 无元素的化合价变化,为非氧化还原反应,故 C 错误; D− “外虽铜色,内质不变”描述的是铁和铜的置换过程,铜覆盖在铁上面,故 D 错误; 故选 A。 6.B【解析】A− 电解精炼时,粗银做阳极、纯银做阴极、电解液选可溶性银盐,阳极上银 及比它活泼的金属溶解,阴极上电解液中银离子得到电子被还原析出银,A 正确; B− 流程中硫酸铜溶液中加硫酸铝和稀 NaOH、未煮沸之前得 Cu( OH) 2 和 A l(OH) 3 ,根 据 Al(OH) 3 和 Cu(OH) 2 开始分解的温度分别为 450 ℃ 和 80 ℃ 可知 B 为 Al(OH) 3 和 CuO 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 起的反应为:Al(OH) 3 +OH -= AlO2-+2H 2 O ,B 错误; C− 滤渣 B 为 Al(OH) 3 和 CuO 的混合物,煅烧时铜化合价降低到+1 价,则发生氧化还原反 应,反应方程式为 4CuO+4Al(OH)3  高温 4CuA1O2+ O2↑+6H2O,C 正确; D− 1−0 kg 银铜合金(铜的质量分数为 64%)中铜的物质的量为 1000.0g 64% 10.0mol64g/mol   ,则由铜元素守恒知最多可生成 10−0mol CuA1O2,D 正确; 答案选 B。 7.A【解析】由实验步骤及转化图可知,发生反应 2Cu+O2+4HCl===2CuCl2+2H2O, N 为 Fe2+,M 为 Fe3+,在制得在制得的 CuCl2 溶液中,加入石灰乳充分反应后即可制备碱式氯化 铜,且化合物中正负化合价代数和为 0,依此结合选项解答问题。 A.根据化合物中正负化合价的代数和为 0,可知 2a=b+c,A 选项错误; B.根据上述分析,N 为 Fe2+,M 为 Fe3+,B 选项正确; C.Fe3+水解使溶液显酸性,CuO 与 H+反应产生 Cu2+和水,当溶液的 pH 增大到一定程度, Fe3+形成 Fe(OH)3 而除去,从而达到除去 Fe3+的目的,C 选项正确; D.若制备 1mol ab2CuCl(OH)xHO ,转移的电子数为 2a mol,根据得失电子守恒,理论 上消耗 0−5a molO2,标准状况(STP)下的体积为 11−2a L,D 选项正确; 答案选 A。 8.D【解析】浸取时发生 CuFeS2+3CuCl2=4CuCl+FeCl2+2S,过滤分离出 CuCl、S,加浓盐 酸发生 CuCl(s) +2Cl-(aq)⇌[CuCl3]2-(aq),过滤分离出 S,加水使 CuCl(s) +2Cl-(aq)⇌[CuCl3]2 -(aq)逆向移动,抽滤、洗涤、干燥得到 CuCl。 A− 由图中反应物、生成物结合原子守恒可知浸取中的主要反应为 CuFeS2+3CuCl2=4CuCl+FeCl2+2S,故 A 错误; B− 浸取所得到的 FeCl2 溶液,与 Cu 不反应,不能用来腐蚀覆在绝缘板上的铜箔,故 B 错 误; C− 加水向离子浓度增大的方向移动,加水有利于 CuCl(s) +2Cl-(aq)⇌[CuCl3]2-(aq)平衡逆向 移动,析出 CuCl,Cl-浓度减小,故 C 错误; D− CuCl 难溶于乙醇,在空气中易被氧化,则为提高产率和纯度,可采用乙醇洗涤、真空干 燥,故 D 正确; 故选 D。 9.B【解析】A.稀硫酸溶解铝土矿时,需要将固体与液体分离,所以应使用过滤装置,A 不合题意; B.在整个操作过程中,没有将溶液浓缩或蒸发结晶的操作,所以不需要此装置,B 符合题 意; C.焙烧二氧化硅与氢氧化钠的固体混合物时,需要使用铁坩埚,C 不合题意; D.用稀硫酸溶解铝土矿时,需要使用烧杯进行溶解,D 不合题意; 故选 B。 10.C【解析】A.铜与硝酸根在酸性环境中反应的离子方程式为 3Cu+8H++2NO - 3 =3Cu2++2NO↑+4H2O,当 HNO3 和 H2SO4 的物质的量之比为 2:3 时,溶液中 H+和 NO 的物 质的量之比为 8:2,硝酸根恰好可以完全反应,得到全部为硫酸铜,故 A 正确; B.途径①、③过程中都会有污染空气的气体产生,途径②中 Cu 先与氧气反应生成氧化铜, 然后再和浓硫酸反应制取硫酸铜,过程中没有污染性气体产生,故 B 正确; C.1molCuSO4 可以生成 0−5molCu2O,若混合气体 X 中 O2 为 0−75mol,则剩余的氧原子为 4mol-0−75mol×2-0−5mol=2mol,恰好与 1molS 组成 1molSO2,但在高温条件下 SO2 会和 O2 反应生成 SO3,所以混合气体 X 中不可能只有 O2 和 SO2,故 C 错误; D.甲酸钠为 HCOONa,含有—CHO 结构,可以和新制的氢氧化铜反应生成 Cu2O,故 D 正 确; 故答案为 C。 11.C【解析】A− 取少量红色固体,加入足量的稀硫酸,若溶液无明显现象,说明红色固 体中不含氧化亚铜,则假设一成立,假设二、三不成立,A 错误; B− 若看到溶液变成蓝色,说明红色固体中含有氧化亚铜,仍有红色固体,说明反应后还有 红色固体铜存在,但不能说明原红色固体中含有铜,因为氧化亚铜和稀硫酸反应也能生成铜, 则假设二或三成立,B 错误; C− 假设二:红色固体只有Cu2O,则 7−2 g Cu2O 的物质的量n(Cu2O)= m7.2g M144g / mol =0−05 mol,和 H2 反应后生成铜的物质的量为 0−1 mol,质量为 6−4 g,所以假设二成立,C 正确; D− 葡萄糖含有醛基,可以与新制的含 NaOH 的 Cu(OH)2 悬浊液,加热后制取 Cu2O,D 错 误; 故合理选项是 C。 12.B【解析】A 项,化合物中 Mg 的化合价为+2、Al 的化合价为+3、氢氧根的化合价为-1、 碳酸根的化合价为-2,根据正负化合价代数和为 0 可得,2a+3b=c+2d,故 A 错误;B 项,根 据流程,烧渣主要为氧化镁和氧化铝,氧化铝具有两性能溶于强碱溶液,所以溶液 X 可能 为 NaOH 溶液,故 B 正确;C 项,由前面的分析并结合流程,溶液 Z 可能为 NaAlO2 溶液, 则气体 X 可能为 CO2,不可能为 NH3,故 C 错误;D 项,金属活动性顺序表中铝及排在铝 前面的金属一般用电解法制取,所以工业上用电解 Al2O3 的方法制取金属 Al,故 D 错误。 13.( 1)在分液漏斗中注入适量水,关闭止水夹,打开分液漏斗活塞,如果滴入少量水后很 快停止流下,则说明装置气密性良好(2)ACDBE;浓硫酸(3)排出装置中的空气,防止 氧气和铜发生反应(4)①c ②溶液紫色变浅;3 - 4M n O +4H++5NO=3Mn2++5 - 3NO +2H2O(5)① 1−25m 或 5m 4 ②取少量反应后固体溶于足量稀硫酸中,如果溶液中有红色固体,则说明固 体中含有 Cu2O 【解析】 (1) 若 A 装置气密性较好,则装置内外的大气压相等,检验方法:在分液漏斗中 注入适量水,关闭止水夹,打开分液漏斗活塞,如果滴入少量水后很快停止流下,则说明装 置气密性良好; (2) A 中浓硝酸与 Cu 反应生成二氧化氮,C 中盛放浓硫酸干燥二氧化氮,再通入 D 中反应, 用硫酸亚铁溶液检验有 NO 生成,用酸性高锰酸钾溶液吸收 NO,该实验装置的连接顺序为: ACDBE;C 为干燥气体装置,故选用浓硫酸来干燥,答案为:ACDBE;浓硫酸; (3) 由于装置中有空气,空气中氧气在加热条件下会与 Cu 反应影响实验。开始实验,先引 发 A 中反应,用生成的二氧化氮排出装置内空气,再点然 D 处酒精灯,故答案为:排出装 置内空气,防止氧气和铜发生反应; (4)①NO 和 FeSO4 溶液反应使溶液呈棕色,过量的二氧化氮在溶液中会将亚铁离子氧化为铁 离子使溶液呈棕色,B 中浅绿色溶液变棕色,得出实验结论是:NO2 的还原产物可能有 NO, 故答案为:c; ②酸性 KMnO4 溶液吸收 NO 生成 NO3-和 Mn2+,紫红色溶液变无色,反应离子方程式为: 3 +4H++5NO=3Mn2++5 +2H2O,故答案为:溶液紫色变浅;3 +4H++5NO=3Mn2++5 +2H2O; (5)①Cu 转化为 CuO,根据 Cu 原子守恒: mgm(CuO)(Cu)=mol 64g / mol 64nn , m 5ma= mol 80g / mol= g64 4 ,故答案为: ; ②当铜粉完全反应后,反应后的固体成分:①只有 CuO、②只有 Cu2O、③CuO 和 Cu2O, 可以用酸与 Cu2O 反应生成 Cu 进行检验是否含有 Cu2O,故验证是否含有 Cu2O 的方法:取 少量反应后固体溶于足量稀硫酸中,如果溶液中有红色固体,则说明固体中含有 Cu2O。 14.(1)①Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O②H2SO4(2)① Cu2O+4NH3•H2O=2Cu(NH3)2++2OH- +3H2O②加入到足量浓氨水中,固体全部溶解得无色溶 液,很快变成蓝色溶液③CuO 和 Cu2O(3)①证明 Cu2+对 Cu2O 与酸的反应没有干扰②随着溶 液酸性降低,Cu2O 与酸反应速率变小。 【解析】(1)①Cu 与浓硫酸共热,发生氧化还原反应,产生 CuSO4、SO2、H2O,反应的化学 方程式为:Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O; ②品红溶液中加入稀硫酸与实验 I 的白雾中加入品红溶液,操作相同,实验现象相同,证明 实验 I 中白雾成分是 H2SO4; (2)①Cu2O 与浓氨水中的 NH3·H 2O 反应产生 Cu(NH3)2+,根据电荷守恒、原子守恒,可得该 反应的离子方程式为:Cu2O+4NH3•H2O=2Cu(NH3)2++2OH- +3H2O; ②证明固体中只有 Cu2O,可利用 Cu2O 能溶在浓氨水中形成无色 Cu(NH3)2+,且很容易被氧 气氧化为蓝色 Cu(NH3)22+;若在酸性环境中,而 Cu2O 能与一定浓度的酸溶液发生反应: Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O。所以检验固体中只有 Cu2O 的方法是:将固体加入到足量浓氨水 中,固体全部溶解得无色溶液,很快变成蓝色溶液; ③根据实验一、二现象,及上述结论可知铜丝烧至红热时生成了 CuO 和 Cu2O; (3)①IV 只加入了 H2SO4 溶液,而实验 V 除了加入等体积、等浓度的硫酸外,还加入了一定 量的 CuSO4 溶液,进行对比,结果 IV、V 的实验现象相同,说明 Cu2+对 Cu2O 与酸的反应 没有干扰; ②第一份加酸后红色固体明显减少,溶液蓝色加深;第二份静置 4 h 时,固体减少,溶液缓 慢变为蓝色,固体加酸后无明显现象,说明随着溶液酸性降低,Cu2O 与酸反应速率变小。 15.( 1)3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O(2)防止温度过高 HNO3 分解(或者挥发); 搅拌、将固体废渣粉碎、适当提高硝酸的浓度(3)SiO2(4)2Cu(NO3)2 2CuO+4NO2↑+O2; 冰水洗涤;低温烘干 【解析】固体废渣中主要含 Cu 和 CuO,还含有少量 Cu2O 和 SiO2 等,加入稀硝酸酸溶发生 氧化还原反应生成 NO,铜和氧化亚铜被氧化得到硝酸铜,氧化铜溶解得到硝酸铜,二氧化 硅和稀硝酸不发生反应,加入氢氧化铜中和酸,过滤得到滤渣主要是二氧化硅,滤液主要是 硝酸铜溶液,据此分析解答; (1)Cu 与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水,反应的离子方程式为: 3Cu+8H++2NO3−=3Cu2++2NO↑+4H2O,故答案为:3Cu+8H++2NO3−=3Cu2++2NO↑+4H2O; (2)为了防止温度过高 HNO3 分解,所以酸溶时,反应温度不宜超过 70℃;根据影响化学反 应速率的因素,若保持反应温度为 70℃,欲加快反应速率可采取的措施为搅拌、将固体废 渣粉碎、适当提高硝酸的浓度,故答案为:防止温度过高 HNO3 分解(或者挥发);搅拌、 将固体废渣粉碎、适当提高硝酸的浓度; (3)Cu、CuO、Cu2O 和 SiO2 这四种物质,只有 SiO2 和硝酸不反应,所以过滤后所得废渣的 主要成分是二氧化硅,化学式为 SiO2,故答案为:SiO2; (4)Cu(NO3)2 晶体受热易分解成 CuO,同时产生 NO2 和 O2,则该反应的化学方程式为 2 Cu(NO3)2 2 CuO+4NO2↑+ O2;根据硝酸铜的溶解性特征及受热易分解的性质,由 Cu(NO3)2 溶液制 Cu(NO3)2 晶体的操作方法是:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤、低 温烘干,故答案为:2Cu(NO3)2 2 CuO+4NO2↑+ O2;冷水洗涤;低温烘干。 16.( 1)SO2;2∶1(2)空气或氧气(3)3−7≤pH<4−8(4)ad(5)4CuSO4+N2H4+8KOH 90 C2Cu2O+N2↑+4K2SO4+6H2O(6)防止 Cu2O 被空气中氧气氧化 【解析】根据流程:硫化铜矿石(含 CuFeS2、Cu2S 等)预处理后与氧气焙烧,根据后续流程 可知该过程中 Cu 元素全部转化为 CuO,铁元素转化为 FeO 和 Fe2O3,根据 S 元素的价态规 律可知其转化为 SO2;加入稀硫酸溶解金属氧化物,得到含有 Cu2+、Fe2+、Fe3+的酸性溶液, 加入试剂 X 将 Fe2+氧化为 Fe3+,加入试剂 Y 调节 pH 为 3−7~4−8 沉淀 Fe3+,过滤,将滤液 用 KOH、N2H4 还原,得到氧化亚铜沉淀,过滤,洗涤、隔绝空气烘干,制得 Cu2O,据此 分析作答。 (1)焙烧过程中 S 元素会被氧化成有害气体 SO2;Cu2S 与 O2 反应时 Cu 元素化合价由+1 价 升为+2 价,S 元素化合价由-2 价升为+4 价,所以 Cu2S 为还原剂,整体化合价升高 8 价, O2 为氧化剂,O 元素由 0 价降为-2 价,一个氧气降低 4 价,所以氧化剂和还原剂的物质的 量之比为 2:1; (2)酸性条件下,氧气也可将 Fe2+氧化为 Fe3+,而氧气或空气价格远低于过氧化氢,故可用 氧气或空气替代过氧化氢,降低成本; (3)加入试剂 Y 的目的是调节 pH 完全沉淀 Fe3+,但不沉淀 Cu2+,根据表中数据可知,pH 范 围为:3−7≤pH<4−8; (4)a.不断搅拌,使 N2H4 和溶液充分接触可以加快反应速率,提高单位时间内 N2H4 的转化 率,故 a 符合题意; b.流速过快 N2H4 不能充分反应,转化率减小,故 b 不符合题意; c.减少 KOH 的进入量会降低溶液对 N2H4 的吸收量,转化率减小,故 c 不符合题意; d.减小通入 N2H4 的流速可以使反应更充分,故 d 符合题意; 综上所述选 ad; (5)N2H4 制备 Cu2O 的反应物有 CuSO4、N2H4 和 KOH,产物有 N2 和 Cu2O 等,该过程中+2 价的铜元素将-2 价的 N 元素氧化,根据电子守恒和元素守恒可得化学方程式为 4CuSO4+ N2H4+8KOH 9 0 C 2Cu2O+N2↑+4K2SO4+6H2O; (6)因为 Cu2O 具有还原性,在加热条件下易被空气氧化,故烘干过程要隔绝空气。
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