2020届一轮复习鲁科版第3章第11讲铜　金属材料学案

2020届一轮复习鲁科版第3章第11讲铜　金属材料学案

第11讲　铜　金属材料 考纲要求　1.了解常见金属的活动顺序。2.了解合金的概念及其重要应用。3.了解铜及其重要化合物的制备方法、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 ‎①常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里则会被锈蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的________。有关化学方程式___________________________________________。‎ ‎②写出下列化学方程式：‎ 铜在空气中加热：______________________________________________________________；‎ 铜丝在硫蒸气中反应： _________________________________________________________。‎ 答案　①铜锈　2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3‎ ‎②2Cu＋O22CuO　2Cu＋SCu2S ‎2．铜的重要化合物 ‎(1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿、孔雀石的主要成分，受热分解可生成黑色的氧化铜，化学方程式：Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O，可溶于稀硫酸，离子方程式：Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O。‎ ‎(2)黑色氧化铜在高温下分解为砖红色的Cu2O，化学方程式为4CuO2Cu2O＋O2↑。‎ ‎(3)蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末，化学方程式为CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O。‎ ‎(4)砖红色的Cu2O与稀硫酸反应，溶液变蓝，同时生成红色的单质铜，离子方程式为Cu2O＋‎ ‎2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。‎ ‎(1)CuO是黑色固体，与水反应生成Cu(OH)2(　　)‎ ‎(2)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物(　　)‎ ‎(3)无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水(　　)‎ ‎(4)将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀(　　)‎ ‎(5)CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化(　　)‎ 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×‎ 某研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案：‎ ‎(1)CuCuSO4硫酸铜溶液CuSO4·5H2O ‎(2)CuCuO硫酸铜溶液CuSO4·5H2O ‎(3)‎ 对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？为什么？‎ 答案　方案(1)：产生污染性气体，且消耗硫酸较多。‎ 方案(2)：消耗能量较多，且步骤复杂。‎ 方案(3)：不产生污染性气体，原料利用率高，节约能源。‎ 因此方案(3)更经济合理。‎ 题组一　铜及其化合物的转化 ‎1．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，下列操作正确且能达到实验目的的是(　　)‎ A．将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后再加入水，观察硫酸铜溶液的颜色 B．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成 C．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体 D．将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿 答案　D 解析　铜丝与浓硫酸反应后，仍有大量浓硫酸存在，不能把水加入反应器中，否则会发生危险，A项错误；Cu与Cl2在常温下不反应，需要加热才能发生反应，B项错误；CuCl2水解生成的HCl易挥发，加热蒸干能促进CuCl2的水解而得不到CuCl2固体，C项错误。‎ ‎2．已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H＋ 发生反应：‎ Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。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Cu2O B．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 解析　解答此题的关键是明确稀硝酸具有酸性和强氧化性，能溶解CuO、Cu2O和单质Cu，因而该实验结果无法说明CuO分解的程度。‎ ‎3．(2018·河北邯郸教学质量检测)某化合物M由两种常见的元素组成，为了测定其组成进行如下实验：‎ M的化学式可能为(　　)‎ A．Cu2S B．CuS C．FeS2 D．Fe3S4‎ 答案　A 解析　由题意并结合选项可知，1.60 g M在高温下反应生成的气体是二氧化硫，二氧化硫被双氧水氧化为硫酸，根据滴定过程消耗的氢氧化钠，可以求出n(S)＝n(SO2)＝n(H2SO4)＝n(NaOH)＝×20.00×10－3 L×0.1 mol·L－1×＝0.01 mol，所以m(S)＝0.32 g，则m(金属)＝1.60 g－0.32 g＝1.28 g，假若是铜，则n(Cu)＝0.02 mol，M可能为Cu2S；假若是铁，则n(Fe)≈0.023 mol，没有与之对应的选项。综上所述，A项正确。‎ 题组二　铜及其化合物的制取 ‎4．(2019·西安调研)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CuCl2·2H2O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1 mol CuS则消耗3 mol O2‎ B．焙烧后的废气能够使酸性高锰酸钾溶液退色 C．滤渣中主要含铁的氧化物 D．将获得的CuCl2·2H2O晶体加热可制得CuCl2固体 答案　B 解析　A项，2CuS＋3O22CuO＋2SO2，由方程式可知，1 mol CuS消耗1.5 mol O2，错误；B项，废气中含有 SO2，能使酸性高锰酸钾溶液退色，正确；C项，调节pH时，Fe3＋水解转化为Fe(OH)3而除去，错误；D项，将CuCl2·2H2O直接加热脱水，Cu2＋水解，HCl挥发会产生Cu(OH)2，无法得到CuCl2，错误。‎ ‎5．(2018·安顺检测)工业上由黄铜矿(主要成分为CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下：‎ ‎(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的______吸收。‎ a．浓硫酸 b．稀硝酸 c．NaOH溶液 d．氨水 ‎(2)由泡铜冶炼粗铜的化学方程式为___________________________________________。‎ ‎(3)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______________________________________________________________。‎ a．电能全部转化为化学能 b．粗铜接电源正极，发生氧化反应 c．溶液中Cu2＋向阳极移动 d．从阳极泥中可回收Ag、Pt、Au等金属 ‎(4)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为________________________________________________________。‎ 答案　(1)cd　(2)3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu ‎(3)bd　(4)4H＋＋O2＋4e－===2H2O 解析　(1)气体A中的大气污染物为SO2，可以用NaOH溶液或氨水吸收。(2)依据图示，泡铜中的Cu2O与Al高温下发生铝热反应制得铜。(3)电解精炼铜过程中，电能转变为化学能的同时，部分电能也转化为热能，a错；电解精炼粗铜时，粗铜做阳极，与电源正极相连，发生氧化反应，b对；电解过程中Cu2＋向阴极移动，c错；粗铜中Ag、Pt、Au的放电能力比铜的弱，形成阳极泥，可以回收，d对。(4)根据总反应，O2发生还原反应，因此正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。‎ 铜的冶炼“两方法”‎ ‎(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＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)‎ ‎2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2‎ ‎2Cu2O＋Cu2S6Cu＋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做阳极，失电子变为Cu2＋，用纯铜棒做阴极即可得精铜。‎ 考点二　合金　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)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。‎ ‎2．常见金属材料及应用 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 铝及铝合金 铜及铜合金 ‎3．金属的性质与金属冶炼 ‎(1)应用金属活动顺序表整合金属的性质 金属活动性顺序 K、Ca、Na Mg Al、Zn Fe、Sn、Pb(H)‎ Cu、Hg、Ag Pt、Au 与O2反应 常温下一般生成致密的氧化膜 加热化合 不反应 常温下易被氧化，点燃生成过氧化物或其他复杂氧化物 ‎(铁在潮湿的空气中生成疏松的铁锈，不能保护内部金属)‎ 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 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 ‎(2)金属活动顺序与金属冶炼的关系 ‎①热分解法：适用于不活泼的金属，如Hg和Ag。写出由HgO、Ag2O冶炼Hg、Ag的化学方程式：_____________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎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。‎ 完成冶炼铁、锌、钨的化学方程式：‎ a．CO还原Fe3O4：______________________________________________________；‎ b．C还原ZnO：________________________________________________________；‎ c．H2还原WO3：_______________________________________________________。‎ ‎③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 ‎________________________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　①2HgO2Hg＋O2↑　2Ag2O4Ag＋O2↑‎ ‎②Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2　ZnO＋CZn＋CO↑‎ WO3＋3H2W＋3H2O　③2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑　MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑　2Al2O34Al＋3O2↑‎ ‎(1)金属冶炼：将金属从其化合物中还原出来，即用化学方法将金属由化合态转变为游离态(　　)‎ ‎(2)金属单质在化学反应中只作为还原剂失去电子(　　)‎ ‎(3)合金材料中不可能含有非金属元素(　　)‎ ‎(4)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属(　　)‎ ‎(5)合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属(　　)‎ ‎(6)生铁、普通钢和不锈钢中的含碳量依次降低(　　)‎ ‎(7)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高(　　)‎ 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√　(7)×‎ 已知：‎ 化合物 MgO Al2O3‎ MgCl2‎ AlCl3‎ 类型 离子化合物 离子化合物 离子化合物 共价化合物 熔点/℃‎ ‎2 800‎ ‎2 050‎ ‎714‎ ‎191‎ 工业制镁时，电解MgCl2而不电解MgO的原因是_______________________________；‎ 制铝时，电解Al2O3而不电解AlCl3的原因是____________________________________。‎ 答案　MgO的熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本　AlCl3是共价化合物，熔融态不导电 解析　氯化镁和氧化镁均为离子化合物，电解熔融态时均可制得镁，但氧化镁的熔点高，熔融时耗费能源多，成本高，而氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，无法制得铝，只能通过电解熔融氧化铝来制取。‎ 题组一　金属的性质及应用 ‎1．(2018·厦门期末)下列金属用途和有关性质的对应关系错误的是(　　)‎ 选项 金属用途 金属的有关性质 A 金可以制成比纸还薄的金箔 延展性 B 生活用铁锅 导热性 C 用铁回收照相定影废液中的银 氧化性 D 用铜制作印刷电路 导电性 答案　C 解析　A项，金可制成比纸还薄的金箔是金属的延展性，所以对应的关系正确；B项，利用金属的导热性可用铁做铁锅，所以对应的关系正确；C项，用铁粉回收照相定影废液中的银利用了铁的还原性，而不是氧化性，错误；D项，根据铜的导电性用铜制作印刷电路，所以对应的关系正确。‎ ‎2．下列关于金属性质的叙述正确的是(　　)‎ A．所有的金属常温下都是固态 B．根据金属与酸反应置换出氢的难易程度可比较金属的活泼性 C．金属都能在空气中形成致密的保护膜 D．金属都能与盐酸发生置换反应 答案　B 解析　汞常温下为液态，钠、钾等活泼的金属不能形成致密的氧化膜，排在金属活动顺序表H后面的金属不能从盐酸中置换出氢气。‎ 题组二　金属材料与合金 ‎3．(2018·武汉调研)下列生活用品中主要由黑色金属材料制造的是(　　)‎ A．塑钢门窗 B．不锈钢刀 C．纯铜导线 D．18K金首饰 答案　B 解析　冶金工业上习惯把铁、铬、锰以及它们的合金(主要指合金钢及钢铁)叫做黑色金属材料。塑钢门窗是以聚氯乙烯树脂为主要原料制造的，A项错误；不锈钢刀为铁的合金，主要由黑色金属材料制造而成，B项正确；纯铜导线为铜单质，铜属于有色金属，C项错误；18K金首饰为金的合金，属于有色金属材料，D项错误。‎ ‎4．C919大型飞机的制造采用了大量新材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是(　　)‎ A．铝锂合金是铝与锂形成的混合物 B．铝锂合金的硬度比锂大 C．铝锂合金的熔沸点比铝低 D．铝锂合金耐酸碱腐蚀 答案　D 解析　铝锂合金中的铝既能与酸反应，又能与碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。‎ ‎5．(2018·唐山调研)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：Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑)(　　)‎ 样品 A．Al、Mg、Si、Zn B．Al、Fe、Zn、Na C．Al、Na、Cu、Fe D．Al、Cu、Mg、Si、Mn 答案　D 解析　通过反应①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之后的金属或其他非金属；由反应②知合金中必须含有Si及排在金属活动性顺序中H之后的金属或其他非金属。‎ 题组三　金属冶炼方法的选择 ‎6．(2018·芜湖质检)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，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。‎ ‎7．金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有非常重要的应用。‎ 完成下列填空：‎ ‎(1)镓(Ga)与铝同主族。写出镓的氯化物与氨水反应的化学方程式：______________________‎ ‎__________________________________________________。‎ ‎(2)用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。如：‎ ‎2Al＋4BaO3Ba↑＋BaO·Al2O3‎ 常温下Al的金属性比Ba的金属性________(填“强”或“弱”)。利用上述方法可制取Ba的主要原因是______________________________________________________。‎ a．高温时Al的活泼性大于Ba b．高温有利于BaO分解 c．高温时BaO·Al2O3比Al2O3稳定 d．Ba的沸点比Al的低 答案　(1)GaCl3＋3NH3·H2O===Ga(OH)3↓＋3NH4Cl　(2)弱　d 解析　(1)由AlCl3与NH3·H2O的反应可推出化学方程式。(2)依据元素周期律可知Al的金属性弱于Mg，Mg的金属性弱于Ba。应从化学平衡移动的观点分析此反应发生的原因。‎ 有些很活泼的金属也可以用还原法来冶炼，如 Na＋KClK↑＋NaCl ‎2RbCl＋MgMgCl2＋2Rb↑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。‎ ‎1．(2016·浙江理综，7)下列说法不正确的是(　　)‎ A．储热材料是一类重要的能量存储物质，单位质量的储热材料在发生熔融或结晶时会吸收或释放较大的热量 B．Ge(32号元素)的单晶可以作为光电转换材料用于太阳能电池 C．Ba2＋浓度较高时危害健康，但BaSO4可服入体内，作为造影剂用于X射线检查肠胃道疾病 D．纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的Pb2＋、Cu2＋、Cd2＋、Hg2＋等重金属离子，其本质是纳米铁粉对重金属离子较强的物理吸附 答案　D 解析　A项，储热材料具有在熔融或结晶时会吸收或释放较大热量的特点，正确；B项，Ge是一种优质的光电转换材料，可用于太阳能电池，正确；C项，硫酸钡具有无毒、不溶于水、不溶于酸、不能被X射线透过的特点，可用于造影，正确；D项，纳米铁粉属于单质，能把Cu2＋、Hg2＋等重金属离子置换出来，属于化学变化，错误。‎ ‎2．(2018·海南，24)铜是人类发现最早并广泛使用的一种金属。回答下列问题：‎ ‎(1)实验室使用稀硫酸和H2O2溶解铜片，该反应的化学方程式为_____________________‎ ‎___________________________________________________。‎ ‎(2)电子工业使用FeCl3溶液刻蚀印刷电路板铜箔，写出该过程的离子方程式_______________‎ ‎_________________________________________________________，‎ 配制的FeCl3溶液应保持________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，原因是____________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(3)溶液中Cu2＋的浓度可采用碘量法测得：‎ ‎①2Cu2＋＋5I－===2CuI↓＋I ‎②I＋2S2O===S4O＋3I－‎ 反应①中的氧化剂为__________。现取20.00 mL含有Cu2＋的溶液，加入足量的KI充分反应后，用0.100 0 mol·L－1的Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液25.00 mL，此溶液中Cu2＋的浓度为________ mol·L－1。‎ 答案　(1)Cu＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋2H2O ‎(2)Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋　酸性　防止Fe3＋水解生成Fe(OH)3　(3)Cu2＋　0.125 0‎ ‎3．(2018·全国卷Ⅱ，26)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：‎ 相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：‎ 金属离子 Fe3＋‎ Fe2＋‎ Zn2＋‎ Cd2＋‎ 开始沉淀的pH ‎1.5‎ ‎6.3‎ ‎6.2‎ ‎7.4‎ 沉淀完全的pH ‎2.8‎ ‎8.3‎ ‎8.2‎ ‎9.4‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为____________________________________ ‎ ‎(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是________________________，‎ 若不通入氧气，其后果是_________________________________________________。‎ ‎(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为__________________‎ ‎______________________________________________________。‎ ‎(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为__________________；沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。‎ 答案　(1)2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2‎ ‎(2)PbSO4　调节溶液的pH　无法除去杂质Fe2＋‎ ‎(3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋　(4)Zn2＋＋2e－===Zn　溶浸 解析　(1)闪锌矿的主要成分是ZnS，所以高温焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2。‎ ‎(2)闪锌矿焙烧后的主要成分变为ZnO，还存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO，加稀H2SO4后，发生一系列化学反应：ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O、Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、CdO＋H2SO4===CdSO4＋H2O、PbO＋H2SO4===PbSO4＋H2O。其中SiO2和PbSO4不溶于水，以沉淀的形式沉降下来，所以滤渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH在2.8～6.2，使Fe3＋完全转变为Fe(OH)3沉淀；通入O2的目的是使溶液中的Fe2＋转化为Fe3＋，有利于除杂，若不通入O2，无法除去溶液中的杂质Fe2＋。‎ ‎(3)溶液中的Cd2＋与加入的Zn粉反应而被除去，反应的离子方程式为Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd。‎ ‎(4)电解ZnSO4溶液制备单质Zn时，阴极放电的是Zn2＋和H＋。因为溶液中的Zn2＋浓度较大，所以阴极电极反应式应该是Zn2＋＋2e－===Zn，阳极放电的是OH－，电极反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。沉积锌后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循环使用。‎