2022届高考统考化学人教版一轮复习教师用书：第1部分 第3章 第4节　金属材料　铜与常见过渡金属教案

这是一份2022届高考统考化学人教版一轮复习教师用书：第1部分 第3章 第4节　金属材料　铜与常见过渡金属教案，共21页。

合金与金属矿物的开发利用
知识梳理
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，属于混合物。
(2)性能：合金具有许多优良的物理、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。
注意：并非所有的金属都能形成合金，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。如Cu与Na，Fe与Na等不能形成合金。
2．常见的金属材料
(1)金属材料的工业分类
(2)常见合金材料
[辨易错]
(1)合金是一种混合物，任何金属均可熔合为合金。( )
(2)合金是一类金属材料，不含非金属元素。( )
(3)钢的熔点比铁的低。( )
(4)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)×
3．金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在形态
①在自然界中绝大多数金属以化合态的形式存在。
②少数化学性质不活泼的金属存在游离态。
(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)常见冶炼方法(对于金属活动性顺序表中金属)
①电解法——K～Al
Na：2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑；
Mg：MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑；
Al：2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d6(冰晶石))4Al＋3O2↑。
②热还原法——Zn～Cu
高炉炼铁：3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(△))2Fe＋3CO2；
铝热反应制铬：2Al＋Cr2O3eq \(=====,\s\up7(高温))2Cr＋Al2O3；
焦炭还原铜：C＋2CuOeq \(=====,\s\up7(高温))2Cu＋CO2↑。
③热分解法——Hg、Ag
Hg：2HgOeq \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；
Ag：2Ag2Oeq \(=====,\s\up7(△))4Ag＋O2↑。
[辨易错]
(1)任何金属在自然界中均以化合态存在。( )
(2)任何金属在常温下均为固态。( )
(3)电解NaCl溶液可以得到Na和Cl2。( )
(4)热还原法可以冶炼Fe、Cu、Zn等金属。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√
知识应用
1．工业上冶炼铝为什么用电解熔融Al2O3而不用电解熔融AlCl3？冶炼镁为什么用电解熔融MgCl2而不用电解熔融MgO?
[答案] AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，故不能用电解AlCl3的方法冶炼铝。尽管MgO属于离子化合物，但其熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本，而MgCl2的熔点较低，更易熔融，故工业冶炼镁使用电解熔融MgCl2的方法。
2．热还原法用到的还原剂有焦炭、CO和H2，试从所得产物纯度及对环境污染的角度考虑哪种还原剂更好？
[答案] 最好的还原剂是H2；原因是焦炭会使产品的纯度降低，CO会污染环境。
命题点 金属材料与金属矿物的开发利用
1．(2020·湛江调研考试)东汉时期的马踏飞燕充分体现了我国光辉灿烂的古代科技。下列说法错误的是( )
A．青铜是我国使用最早的合金，含铜、锡、铅等元素
B．青铜的机械性能优良，硬度和熔点均高于纯铜
C．铜器皿表面的铜绿可用明矾溶液清洗
D．“曾青得铁则化为铜”的过程发生了置换反应
B [青铜是以铜为主的合金，还含有锡、铅等元素，A项正确；合金比它的各成分金属的硬度大、熔点低，B项错误；铜绿的主要成分为CuCO3·Cu(OH)2，明矾[KAl(SO4)2·12H2O]中的Al3＋水解使其溶液显酸性，可清洗铜锈，C项正确；“曾青得铁则化为铜”涉及的反应是Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，该反应属于置换反应，D项正确。]
2．金属、金属材料的性质在很大程度上决定了它们的用途。下列相关说法中不正确的是( )
A．钛合金与人体具有很好的“相容性”，可以用来制造人造骨骼
B．铁具有良好的导热性，可以用于制造炊具
C．不锈钢的抗腐蚀性好，常用于制造医疗器械
D．钛及其合金熔点高，可用作保险丝
D [熔点低可以作保险丝，熔点高不可作保险丝。]
3．胡粉[主要成分是2PbCO3·Pb(OH)2]具有败毒抗癌、杀虫疗疮的功效，东汉炼丹理论家魏伯阳所著的《周易参同契》中记载：“胡粉投火中，色坏还为铅”，下列说法错误的是( )
A．胡粉不溶于水
B．胡粉可与盐酸或硝酸反应
C．“火”中含有炭、CO
D．“色坏还为铅”的原理是PbO被氧化为Pb
D [PbO可能被C或CO还原为Pb，D项错误。]
4．氧化还原反应广泛应用于金属冶炼，下列说法不正确的是( )
A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，Na＋被还原
B．冶炼镁、铝采用电解法
C．用磁铁矿炼铁的反应中，1 ml Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 ml电子
D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化
C [1 ml Fe3O4被还原成Fe，转移电子1×3×(eq \f(8,3)－0)＝8 ml。]
5．下列是部分矿物资源铝土矿(主要含有氧化铝、氧化铁)和黄铜矿(主要成分CuFeS2)的利用及产品生产流程，有关说法不正确的是( )
A．除杂过程中铝元素的存在形式的变化可以如下：
Al2O3―→AlOeq \\al(－,2)―→Al(OH)3―→Al2O3
B．Al和Cu(精)均在电解槽的阴极获得
C．粗铜炼制过程中反应2CuFeS2＋O2高温,Cu2S＋2FeS＋SO2，每转移1.2 ml电子，则有0.2 ml硫被氧化
D．若电解法分别制铝和铜的过程中转移电子数相等，理论上获得的铝和铜的物质的量之比为3∶2
D [制铝过程中Al～3e－，制铜过程Cu～2e－，当转移电子数相等时，铝和铜的物质的量之比为2∶3。]
(1)合金的熔点一般低于它的成分金属的熔点。
(2)常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。
(3)成分金属与合金的物理性质相比有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。
(4)金属越活泼，一般发现或使用的越晚。
(5)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如
Na＋KCleq \(=====,\s\up7(850 ℃))K↑＋NaCl、2RbCl＋Mgeq \(==========,\s\up7(700～800 ℃))MgCl2＋2Rb↑等，在此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。
(6)活泼金属用电解法冶炼时，不能用其化合物的水溶液进行电解。
铜及其化合物
知识梳理
1．铜的主要性质
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＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3。
②化学方程式：2Cu＋Seq \(=====,\s\up7(△))Cu2S。
③与氧化性酸反应
a．与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)eq \(=====,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O；
b．与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；
c．与浓硝酸反应的离子方程式：Cu＋4H＋＋2NOeq \\al(－,3)===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。
④与某些盐溶液反应
a．与硝酸银溶液反应的离子方程式：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋；
b．与FeCl3溶液反应的离子方程式：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。
2．铜的重要化合物的性质及应用
(1)氧化物
(2)氢氧化铜——蓝色难溶物，是一种弱碱。
(3)铜盐
①Cu2(OH)2CO3
Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，呈绿色，是铜锈的主要成分，受热易分解的方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。
②CuSO4
a．CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾。受热或遇浓硫酸，蓝色晶体变为白色粉末。
b．无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水或水蒸气的检验试剂。
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，因此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病菌。
[辨易错]
(1)铁、铜在潮湿的空气中均易形成金属氧化物。( )
(2)无水CuSO4既可检验水蒸气的存在又可作干燥剂。( )
(3)Cu2O和CuO在稀硫酸中反应原理相同。( )
(4)铜盐和“84”消毒液的杀菌消毒原理相同。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)×
知识应用
某研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案：
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。
命题点1 铜及其化合物的性质及实验探究
1．(2020·嘉祥一中月考)某化学兴趣小组进行了有关Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．实验①中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生，说明稀硝酸被Cu还原为NO2
B．实验③中滴加稀硫酸，铜片继续溶解，说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强
C．实验③发生反应的化学方程式为3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4===4CuSO4＋2NO↑＋4H2O
D．由上述实验可得出结论：Cu在常温下既可以和稀硝酸反应，也可以和稀硫酸反应
C [A项，稀硝酸与Cu反应的产物为NO，在试管口与O2反应生成NO2，错误；B项，实验③中滴加稀硫酸，溶液中有NOeq \\al(－,3)，发生3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，错误；D项，由B项知实验③中铜溶解仍然是NOeq \\al(－,3)在酸性条件下氧化Cu，Cu不与稀硫酸反应，错误。]
2．已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H＋发生：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，说明样品全部生成了Cu2O
B．溶液中最终可能有紫红色固体出现
C．这种实验的结果无法说明CuO分解的程度
D．如果溶液变成蓝色，最终没有紫红色固体出现，说明CuO没有分解
C [Cu2O可以被稀硝酸氧化为Cu2＋，不会生成Cu，A、B、D错误。]
3．氯化亚铜(CuCl)可用作催化剂、杀菌剂、媒染剂、脱色剂等。某化学学习小组同学设计如图装置(夹持仪器略)，通过热分解CuCl2·2H2O(易水解)制备氯化亚铜，下列说法正确的是( )
A．先通入N2，再点燃酒精灯，制备实验结束，持续通入N2至装置甲冷却至室温
B．装置乙中的试剂Y为浓硫酸
C．装置丙中的湿润蓝色石蕊试纸变红
D．装置丁中的NaOH溶液吸收尾气，只发生一个化学反应
B [该制备反应的化学方程式是2(CuCl2·2H2O)2CuCl＋Cl2↑＋4H2O。为抑制CuCl2·2H2O水解，开始和反应过程中需通入HCl，制备实验结束，再通入N2将装置中残留的HCl排出，A项错误；装置乙中盛放浓硫酸，防止丙中水蒸气进入装置甲中，B项正确；湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色，C项错误；NaOH溶液吸收通入的HCl和生成的Cl2，发生2个化学反应，D项错误。]
(1)Cu与稀硫酸不反应，但在通入O2的条件下，Cu可在稀硫酸中逐渐溶解：2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O。
(2)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。
(3)＋1价铜在酸性条件下能发生歧化反应生成Cu和Cu2＋，利用这一原理可区别Cu和Cu2O。向红色物质中加入稀硫酸(但注意不能用硝酸检验)，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。
命题点2 涉及Fe、Cu等金属的化工流程试题分析
4．CuCl是有机合成的重要催化剂，并用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料(含Fe、Al及SiO2杂质)，生产CuCl的工艺流程如下：
已知：CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成CuCleq \\al(－,2)，CuCleq \\al(－,2)的溶液用水稀释后可生成CuCl沉淀。
(1)煅烧的主要目的是 。
(2)操作Ⅰ为调节溶液的pH，范围为 ，加入的物质X可以是 (填字母)。
A．CuO B．Cu(OH)2
C．NaOH溶液 D．CaCO3
(3)滤渣Ⅱ的主要成分是 。
(4)往滤液Ⅱ中加入食盐并通入SO2可生成CuCleq \\al(－,2)，请写出反应的离子方程式：__________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(5)工业上常用CuSO4来制备CuCl，在提纯后的CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl，加热生成CuCl沉淀，该反应的离子方程式是 。
[解析] (1)铜在废铜料中主要以铜单质的形式存在，从流程图知CuCl需从溶液中提取，故煅烧的目的是将铜转化为溶于酸的氧化物。(2)调节溶液的pH时，应保证Fe3＋、Al3＋完全沉淀，而Cu2＋不能沉淀，溶液的pH应在4.7≤pH