备战2021 高考化学 考点17 用途广泛的金属材料 开发利用金属矿物（原卷版）

备战2021 高考化学 考点17 用途广泛的金属材料 开发利用金属矿物（原卷版）

考点 17 用途广泛的金属材料 开发利用金属矿物 一、铜及其重要化合物 1．铜 （1）物理性质 纯净的铜为紫红色，属于有色金属，密度较大，硬度较小，熔、沸点较高，具有良好的导电、导热性。 （2）化学性质 与非金属单质 反应 Cl2 Cu +Cl2 CuCl2 O2 2Cu+O2 2CuO S 2Cu +S Cu2S 与酸反应 非氧化性酸 不反应 氧化性酸 Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+ 2H2O 3Cu+8HNO3 (稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+ 4H2O 与盐溶液反应 Cu+2Fe3+ 2Fe2++Cu2+ 潮湿空气中 形成铜锈 2Cu+O2+H2O+CO2 Cu2(OH)2CO3 2．氧化铜和氧化亚铜 名称 氧化铜 氧化亚铜 与酸反应(H+) CuO+2H+ Cu2++H2O Cu2O+2H+ Cu2++Cu+H2O 与 H2 反应 CuO+H2 Cu+H2O Cu2O+H2 2Cu+H2O 转化关系 4CuO 2Cu2O+O2↑ 3．氢氧化铜 Cu(OH)2 是一种不溶于水的蓝色固体。其化学性质主要有弱碱性，不稳定性和弱氧化性等。 Cu(OH)2 的化学性质 （1）弱碱性：Cu(OH)2+2H+ Cu2++2H2O （2）不稳定性：Cu(OH)2 CuO+H2O （3）弱氧化性：能氧化醛基。 4．铜盐 ①Cu2(OH)2CO3：名称为碱式碳酸铜，是铜绿、孔雀石的主要成分。 ②CuSO4：白色粉末，可由蓝色的硫酸铜晶体受热分解得到，化学方程式为 CuSO4·5H2O CuSO4 ＋5H2O。CuSO4·5H2O 为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。无水 CuSO4 为白色粉末，遇水变蓝色(生成 CuSO4·5H2O)， 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，使蛋白质变性失活，利用这一性 质用胆矾、熟石灰、水配成波尔多液，杀灭植物的病毒。 二、合金及金属材料 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．常见的金属材料 （3）几种有色金属材料 铝及铝合金 铝 性能：良好的延展性和导电性 用途：制导线 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 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 铜及铜合金 铜 性能：良好的导电性和导热性 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 三、金属矿物的开发利用 1．金属在自然界中存在的形态 除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属元素以化合态的形式存在于自然界中。在这些金属化合物 中，金属元素都显正化合价。 2．金属冶炼的实质 使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。 3．金属冶炼的一般步骤 4．金属冶炼方法 （1）热分解法冶炼金属 例如：2HgO===== △ 2Hg＋O2↑，2Ag2O===== △ 4Ag＋O2↑。 用热分解法冶炼金属的特点：金属元素的金属性弱，金属元素的原子不易失去电子，其金属离子容易 得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差。 （2）热还原法冶炼金属 ①焦炭还原法。例如：C 还原 ZnO、CuO，其化学方程式依次为 C＋2ZnO===== △ 2Zn＋CO2↑，C＋ 2CuO===== △ 2Cu＋CO2↑。 ②一氧化碳还原法。例如：CO 还原 Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为 3CO＋Fe2O3===== 高温 2Fe＋3CO2， CO＋CuO===== 高温 Cu＋CO2。 ③氢气还原法。例如：H2 还原 WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为 3H2＋WO3===== 高温 W＋3H2O，4H2＋ Fe3O4===== 高温 3Fe＋4H2O。 ④活泼金属还原法。例如：Al 还原 Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为 2Al＋Cr2O3===== 高温 Al2O3＋2Cr， 10Al＋3V2O5===== 高温 6V＋5Al2O3。 （3）电解法冶炼金属 例如：电解 Al2O3、MgCl2、NaCl，其化学方程式依次为 2Al2O3(熔融) ===== 电解 冰晶石 4Al＋3O2↑，MgCl2(熔 融)===== 电解 Mg＋Cl2↑，2NaCl(熔融)===== 电解 2Na＋Cl2↑。 金属活动性顺序表中隐含的重要信息 比较 金属活动性顺序 K、Ca、Na Mg Al Zn Fe、Sn、 Pb(H) Cu Hg、Ag Pt、Au 自然界存 在形态 化合态 多数是化合态，极少数是游离态 游离态 主要冶炼 方法 电解法 热还原法 热分解法 物理方法 与 O2 反应 常温下易反应 常温下生成氧化膜 加热化合 不反应 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 H+反应 从酸中把氢置换出来，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 5．铝热反应 实验 装置 实验 现象 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 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 实验 结论 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 2Al＋ Fe2O3 2Fe＋Al2O3 原理 应用 ①制取熔点较高、活泼性弱于 Al 的金属铬、锰、钨等； ②金属焊接，如野外焊接钢轨等 考向一 合金的性质及其应用 典例 1 所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物，根据下列四种金 属的熔沸点： Na Cu Al Fe 熔点 97.5 ℃ 1 083 ℃ 660 ℃ 1 535 ℃ 沸点 883 ℃ 2 595 ℃ 2 200 ℃ 3 000℃ 其中不能形成合金的是 A．Cu 和 Na B．Fe 与 Cu C．Fe 与 Al D．Al 与 Na 1．下列有关金属的说法中，不正确的是（ ） A．青铜、不锈钢、硬铝都是合金 B．合金的硬度一般比它的各成分金属的大 C．金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性 D．一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低 考向二 合金成分的检验与测定 典例 2 部分氧化的 Fe Cu 合金样品(氧化产物为 Fe2O3、CuO)共 5.76 g，经如下处理： 下列说法正确的是 A．滤液 A 中的阳离子为 Fe2＋、Fe3＋、H＋ B．样品中 Fe 元素的质量为 2.24 g C．样品中 CuO 的质量为 4.0 g D．V＝896 2．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 A．Al、Mg、Si、Zn B．Al、Fe、Zn、Na C．Al、Na、Cu、Fe D．Al、Cu、Mg、Si、Mn 合金成分的定性分析 形成合金的各种成分的特殊化学性质仍按单一组分的性质(例如铝合金中的铝既能溶于酸又能溶于碱的 性质不变，铜能溶于稀硝酸，且硝酸的还原产物为 NO 气体等性质不变)，一般是将合金酸溶或碱溶，根据 反应中的特殊现象或根据溶解后所得溶液继续加沉淀剂产生的现象判断其成分。此类试题常以流程图的形 式呈现，解答的关键是理清每一步加入的物质和生成物质的成分。 考向三 铜及其化合物的性质 典例 3 某同学通过系列实验探究 Cu 及其化合物的性质，操作正确且能达到的目的是 A．将铜粉与硫粉混合均匀加热以制取 CuS B．向 Cu 与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察 CuSO4 溶液的颜色 C．向 CuSO4 溶液中加入过量的 NaOH，过滤洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取 CuO D．在淀粉溶液中加入适量稀 H2SO4 微热，再加少量新制 Cu(OH)2 悬浊液并加热，产生红色沉淀 3．已知酸性条件下有如下反应：2Cu+ Cu2++Cu↓。由于反应温度不同，用氢气还原氧化铜时，可能产 生 Cu 或 Cu2O，两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物作了验证， 实验操作和实验现象记录如下： 加入试剂 稀硫酸 浓硫酸、 加热 稀硝酸 浓硝酸 实验现象 红色固体和蓝色 溶液 无色气体 无色气体和 蓝色溶液 红棕色气体 和绿色溶液 由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是 A．Cu B．Cu2O C．一定有 Cu，可能有 Cu2O D．一定有 Cu2O，可能有 Cu 考向四 铜及其化合物转化关系综合考查 典例 4 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 物质的量之比最好为 3∶2 B．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＜③ C．硫酸铜在 1 100 ℃分解的方程式为 2CuSO4===== 高温 Cu2O＋SO2↑＋SO3↑＋O2↑ D．当 Y 为葡萄糖时，葡萄糖发生还原反应 4．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。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＋O2===== 高温 2Cu＋SO2，在该反应中每生成 1 mol Cu，转移_______mol 电子。 （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＋17O2===4CuSO4＋2Fe2(SO4)3＋2H2O。利用反应后的溶液，按 如下流程可制备胆矾(CuSO4·5H2 O)： ①检验溶液 B 中 Fe3＋是否被除尽的实验方法是____________________。 ②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：___________________________。 考向五 金属冶炼原理 典例 5 下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是 选项 金属 存在形式 冶炼方法 A 金 游离态 金子比沙子密度大，利用水洗法直接分离 B 银 化合态 银的金属性弱，用加热 Ag2O 的方法冶炼 C 铁 化合态 用焦炭和空气反应产生的 CO 在高温下还原铁矿石 中铁的氧化物 D 钠 化合态 钠的金属性强，一般还原剂很难将其还原出来，所 以用电解饱和 NaCl 溶液的方法冶炼 5．下列金属冶炼的反应原理，错误的是 A．2NaCl(熔融) 通电 2Na＋Cl2↑ B．MgO＋H2  Mg＋H2O C．Fe3O4＋4CO 高温 3Fe＋4CO2 D．2HgO  2Hg＋O2↑ 1．合金在生产及科研中具有广泛的作用。下列材料属于合金的是 A．陶瓷 B．塑料 C．水泥 D．不锈钢 2．下列说法正确的是 A．绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染 B．由于铝的活泼性强，工业上通常用电解熔融氯化铝的方法制取铝 C．空气吹出法是海水提溴的常用方法，其中用到氯气作还原剂 D．工业上从海水中提取镁的过程：海水 2Mg(OH) MgO Mg  石灰乳 灼烧 电解 3．以下关于合金的说法，正确的是( ) A．合金的硬度一般比组成它的纯金属硬度大 B．合金的熔点一般比组成它的纯金属熔点高 C．硬铝是使用量最大，用途最广的合金 D．增加或减少某一合金元素的含量，合金的性能不会改变 4．新型镁合金被大量应用于制成笔记本电脑外壳、竞赛自行车框架等，这说明镁合金具有的优异性能是 ①熔点低 ②硬度大 ③延展性好 ④导电性强 ⑤密度小 ⑥耐腐蚀 A．①②③ B．②③④ C．①③⑥ D．②⑤⑥ 5．下列关于金属及其化合物，说法错误的是 A．黑色金属材料包括铁、铬、锰及其化合物 B．明矾为金属铝的化合物，可用作净水剂 C．俗语“真金不怕火炼”说明某些金属在高温的条件下也不与氧气发生反应 D．金属钠具有强还原性，可与 TiCl4 反应制取金属 Ti 6．明代《天工开物》中记载：“凡铸钱每十斤,红铜居六七,倭铅(锌的古称)居三四。”下列金属的冶炼原理与 倭铅相同的是（ ） A．Na B．Ag C．Mg D．Fe 7．中国的传统文化彰显人类文明，对人类进步有巨大贡献。下列说法正确的是（ ） A．《天工开物》记载制造青瓦“窑泥周寒其孔，浇水转釉。”红瓦转化为青瓦的原因是 Fe2O3 转化为其他的铁 的氧化物 B．《梦溪笔谈》中对宝剑的记载：“古人以剂钢为刃，柔铁为茎干，不尔则多断折。”铁的合金硬度比纯铁 的大，熔点比纯铁的高 C．《本草纲目拾遗》中对强水的记载：“性最烈，能蚀五金，其水甚强，惟玻璃可盛。”强水指氢氟酸 D．《物理小识》记载：“青矾（绿矾）厂气熏人，衣服当之易烂，栽木不茂。”“青矾厂气”是 CO 和 CO2 8．下列有关金属的说法中，不正确的是（ ） A．青铜、不锈钢都是合金 B．铜在空气中会生成铜锈 C．金属钠着火时可使用煤油灭火 D．铝是活泼金属，但在空气中耐腐蚀 9．下列有关金属的说法中，正确的是（ ） ①纯铁较生铁不易生锈 ②冶炼铝和钠都可以用电解法 ③KSCN 溶液可以检验 Fe3+离子 ④缺钙会引起骨质疏松，缺铁会引起贫血 ⑤青铜、不锈钢、硬铝都是合金 ⑥铜与硫反应，生成黑色的 CuS A．①②③④⑤ B．②③④⑤⑥ C．①③④⑤ D．①②③④⑤⑥ 10．珠港澳大桥设计寿命 120 年，对桥体钢构件用多种防腐方法。下列分析错误．．的是（ ） A．防腐原理主要是避免发生反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 B．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等防止形成原电池 C．采用外加电流的阴极保护时需直接在钢构件上绑上锌块 D．钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀 11．我国古代曾用火烧孔雀石的方法炼铜。孔雀石的主要成分是 Cu2(OH)2CO3，其冶炼方法是（ ） A．焦炭还原法 B．湿法炼铜 C．铝热还原法 D．电解冶炼法 12．我国高铁列车的车厢大部分采用铝合金材料，其原因是铝合金( ) A．化学性质活泼 B．比纯铝熔点高，耐高温 C．质量轻、强度大、有较好的抗腐蚀能力 D．在自然界的含量丰富，容易获得 13．下图表示人类使用不同金属的大致年代。这个先后顺序跟下列有关的是（ ） ①地壳中金属元素的含量；②金属活动性顺序；③金属的导电性；④金属冶炼的难易程度； ⑤金属的延展性； A．①③ B．②⑤ C．③⑤ D．②④ 14．金属和合金是生活中常用的材料。下列说法正确的是 A．不锈钢是铁合金，只含金属元素 B．镧镍（La-Ni）合金能大量吸收 H2 形成金属氢化物，可作储氢材料 C．目前世界上使用量最大的合金是铝合金 D．常温下，铁粉可以和水发生置换反应得到氢气 15．中华优秀传统文化涉及很多化学知识。下列有关说法不正确的是( ) A．“火树银花合，星桥铁锁开”中的“火树银花”涉及金属元素的焰色 B．古剑沈卢“以剂钢为刃，柔铁为茎干，不尔则多断折”中的“剂钢”是铁的合金 C．“以曾青涂铁，铁赤色如铜”中的“曾青”是铜盐 D．《天工开物》中有“至于矾现五金色之形，硫为群石之将，皆变化于烈火”，其中的“矾”指的是金属硫化 物 16．下列有关说法不正确的是( ) A．《天工开物》中有“凡石灰经火焚炼为用”，其中涉及的基本反应类型是分解反应 B．《旧唐书》中有“朝坛雾卷，曙岭烟沉”，其中的“雾”是一种胶体，能产生丁达尔效应 C．《肘后备急方》中有“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之”，该过程属于化学变化 D．《吕氏春秋·别类篇》中有“金柔锡柔，合两柔则为刚”，这体现了合金的硬度大于其成分金属的硬度 17．下列说法正确的是 A．用来制造储存氢气所用钢瓶的合金是储氢合金 B．不锈钢是最常见的新型合金 C．新型合金主要应用于航天航空﹑生物工程等领域 D．碳纤维复合材料属于新型合金材料 18．钛和钛的合金具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工，尤其是钛合金与人体 器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是（ ） A．用来做保险丝 B．用于制造航天飞机 C．用来制造人造骨 D．用于家庭装修，做钛合金装饰门 19．将 5.0 g 某金属合金放入足量的稀盐酸中，共收集氢气在标准状况下的体积为 2.24 L，则该金属合金可 能是( ) A．Mg－Al 合金 B．Fe－Al 合金 C．Fe－Zn 合金 D．Cu－Zn 合金 1．[2018 年 11 月浙江选考]下列物质因发生水解而使溶液呈酸性的是 A．HNO3 B．CuCl2 C．K2CO3 D．NaCl 2．［2015·四川］下列有关 CuSO4 溶液的叙述正确的是 A．该溶液中 Na+、 4NH  、 3NO 、Mg2+可以大量共存 B．通入 CO2 气体产生蓝色沉淀 C．与 H2S 反应的离子方程式：Cu2++ S2−===CuS↓ D．与过量浓氨水反应的离子方程式：Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2 4NH  3．[2019 浙江选考]固体化合物 X 由 3 种元素组成。某学习小组进行了如下实验： 请回答： （1）由现象 1 得出化合物 X 含有________元素(填元素符号)。 （2）固体混合物 Y 的成分________(填化学式)。 （3）X 的化学式________。X 与浓盐酸反应产生黄绿色气体，固体完全溶解，得到蓝色溶液，该反应的 化学方程式是________。 4．［2017·江苏］碱式氯化铜是重要的无机杀菌剂。 （1）碱式氯化铜有多种制备方法 ①方法 1： 45 ~ 50℃时，向 CuCl 悬浊液中持续通入空气得到 Cu2(OH)2Cl2·3H2O，该反应的化学方程 式为_________________________。 ②方法 2： 先制得 CuCl2，再与石灰乳反应生成碱式氯化铜。Cu 与稀盐酸在持续通入空气的条件下反 应生成 CuCl2，Fe3+对该反应有催化作用，其催化原理如图所示。M'的化学式为______。 （2）碱式氯化铜有多种组成，可表示为 Cua(OH)bClc·xH2O。为测定某碱式氯化铜的组成，进行下列实 验：①称取样品 1.1160 g，用少量稀 HNO3 溶解后配成 100.00 mL 溶液 A；②取 25.00 mL 溶液 A，加入 足量 AgNO3 溶液，得 AgCl 0.1722 g；③另取 25.00 mL 溶液 A，调节 pH 4 ~ 5，用浓度为 0.08000 mol·L−1 的 EDTA(Na2H2Y·2H2O)标准溶液滴定 Cu2+ (离子方程式为 Cu2++ H2Y2− CuY2−+2H+)，滴定至终点， 消耗标准溶液 30.00 mL。通过计算确定该样品的化学式(写出计算过程)。