2020版《名师导学》高考新课标化学第一轮总复习讲义：第3章第四节　用途广泛的金属材料和开发金属矿物

第四节　用途广泛的金属材料和开发金属矿物

[高考备考指南]

　合金与金属矿物的开发利用

(对应复习讲义第34页)

1．常见金属材料

(1)分类

Ｋ

(2)合金

(3)常见合金材料

②铜合金

③铝合金：密度小，强度高，塑性好，易于加工。应用于建筑业、容器包装业、交通运输业等

2．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)常见冶炼方法 

①电解法——K～Al

Na：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑；

Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑；

Al：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。

②热还原法——Zn～Cu

高炉炼铁：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2；

铝热反应制铬：Cr2O3＋2Al2Cr＋Al2O3；

焦炭还原铜：C＋2CuO2Cu＋CO2↑。

③热分解法——Hg、Ag

Hg：2HgO2Hg＋O2↑；

Ag：2Ag2O4Ag＋O2↑。

角度1　合金与金属材料

1．C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。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

D　[Al、Li均与酸反应，不耐酸碱腐蚀。]

2．下列说法中正确的是(　　)

A．铁是人类在生产、生活中最早使用的金属材料

B．金、银、铜是应用最广泛的金属材料

C．钛被誉为“21世纪的金属”，应用前景很广阔

D．铜是导电性、导热性最好的有色金属

C　[铜是人类最早使用的金属材料，A错；铁是应用最广泛的金属材料，B错；银的导电性比铜好，D错。]

角度2　铝热反应与金属的冶炼

3．用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有________(填字母)，其作用________________________________________________________________________。

a．KCl　　　b．KClO3　　　c．MnO2　　　d．Mg

取少量铝热反应所得的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象，________(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3，理由是______________________(用离子方程式说明)。

[解析]　做铝热反应的实验时，需要KClO3作助燃剂，且用镁条引燃；即使固体混合物中有Fe2O3，因发生反应Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O和Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，使Fe3＋转化为Fe2＋，KSCN溶液也不会变红。

[答案]　bd　KClO3作助燃剂，Mg作引燃剂　不能　Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋(或只写Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋)

4．(2019·成都模拟)金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。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．利用焦炭煅烧孔雀石[Cu2(OH)2CO3]制得铜也属于还原法

C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子

D．工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的

D　[金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子，A、C均正确；煅烧孔雀石分解生成CuO，CuO被焦炭还原为单质Cu，属于还原法制取，B正确；工业上利用电解熔融MgCl2的方法来制得金属镁，D错误。]

　铜及其化合物

(对应复习讲义第35页)

1．铜的主要性质

(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铜锈，反应的化学方程式为2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。

(2)写出下列化学方程式：

①铜在空气中加热：2Cu＋O22CuO；

②铜丝在硫蒸气中反应：2Cu＋SCu2S；

③铜与浓H2SO4共热：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O；

④足量Cu与一定量浓HNO3反应的有关离子方程式为

Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。

2．铜的重要化合物的性质与应用

(1)氧化铜和氧化亚铜

(2)氢氧化铜——蓝色难溶物，是一种弱碱。

Cu(OH)2Cu(OH)2CuO＋H2O。Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。

(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＋CO2↑＋H2O。

②CuSO4

a．CuSO4· 5H2O为蓝色晶体，俗称胆矾或蓝矾。

受热或遇浓H2SO4，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，用来杀灭植物的病毒。

　(1)(2017·全国卷Ⅲ)向含Cl－的溶液中同时加入Cu和CuSO4，生成CuCl沉淀而除去Cl－的反应为Cu＋Cu2＋＋2Cl－===2CuCl。(　　)

(2)(2016·全国卷Ⅱ)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)(2015·全国卷Ⅰ)将铜粉加入1.0 mol·L－1Fe2(SO4)3溶液中，现象是溶液变蓝、有黑色固体出现。(　　)

(4)1 mol Cu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO3。(　　)

(5)中国古代利用明矾溶液的酸性清除铜镜表面的铜锈。(　　)

(6)气体通过无水硫酸铜，粉末变蓝，证明原气体中含有水蒸气。(　　)

(7)(2014·全国卷Ⅱ)H2通过灼热的CuO粉末，反应后固体物质增重。(　　)

[提示]　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√　(7)×

角度1　铜及其化合物的性质及应用

1．(2019·河南十校联考)据央视新闻报道，考古人员在江西发掘一座距今2000多年、迄今保存最完好的西汉古墓。在古墓中有10余吨西汉铜钱。这些铜钱锈迹斑斑，铜锈的主要成分可表示为Cu2H2CO5。下列有关判断正确的是(　　)

A．铜锈中Cu和C的化合价均为＋2

B．铜质文物表面的铜锈可用稀硝酸除去

C．铜锈易溶于水

D．32 g铜生成铜锈转移1 mol电子

D　[铜锈中Cu为＋2价，C为＋4价，A项错误；稀硝酸能够溶解铜锈，也能溶解铜，除去铜质文物表面的铜锈应用稀硫酸或稀盐酸，B项错误；铜锈难溶于水，C项错误；铜生成铜锈时，铜由0价变为＋2价，32 g(0.5 mol)铜生成铜锈时，转移1 mol电子，D项正确。]

2．下列关于铜的化合物的说法正确的是(　　)

A．蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是化学变化

B．一定条件下，新制的Cu(OH)2悬浊液能与葡萄糖反应但不能与乙酸反应

C．用稀盐酸除去铜锈的离子方程式为CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O

D．将用H2还原CuO所得的红色固体投入稀硫酸中充分反应后有红色固体剩余且溶液呈蓝色，可说明原红色固体中一定含有Cu和Cu2O

A　[B项，Cu(OH)2与乙酸发生中和反应；C项，铜锈的成分不是CuO而是Cu2(OH)2CO3；D项，实验结论不能说明一定含Cu。]

样品溶液呈蓝色―→证明Cu中含Cu2O

[注意]　不能加硝酸

角度2　以铜的重要化合物制备为载体的综合试题

3．(2019·莱州一中模拟)实验室以含有少量铁的粗铜粉和硫酸与硝酸的混合溶液为原料制备CuSO4·5H2O晶体。设计的工艺流程如图所示：

请回答下列问题：

(1)根据反应原理，操作①所需的混酸溶液中硝酸和硫酸的理论配比(物质的量之比)为________。操作②中需要把NO与________(气体)混合通入水中，混入该气体的目的是________________________________________________(用化学方程式表示)。

(2)溶液Ⅰ中存在一定浓度的Fe3＋、Cu2＋，在该浓度时生成氢氧化物沉淀的pH如下表。操作③中某学生设计物质X为H2O，若加水调节溶液pH，则Fe(OH)3开始沉淀的pH________1.9(填“<”“>”或“＝”)；而实际操作中一般不用此法调节溶液pH，其主要原因是________________________________________________________________________。

(3)操作④中物质Y为________。查阅资料知CuSO4·5H2O的溶解度曲线如图所示，则操作⑤应采取的措施是蒸发浓缩、________、过滤、洗涤、干燥等。

[解析]　(1)操作①是利用硝酸氧化而溶解铜，生成的Cu2＋与SO结合为CuSO4。根据3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O知，生成3 mol CuSO4消耗3 mol硫酸、2 mol硝酸。操作②中把NO与氧气混合通入水中生成硝酸以循环利用，并减少污染，反应方程式是4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。

(2)因加水使c(Fe3＋)降低，则Fe(OH)3开始沉淀的pH>1.9，而实际操作中一般不用此法调节溶液pH，其主要原因是加入的水较多不利于蒸发浓缩或蒸发浓缩消耗很多的能量。

(3)由溶液Ⅱ得到晶体需蒸发浓缩，而蒸发时硫酸铜会水解，因此加入硫酸抑制水解。根据CuSO4·5H2O的溶解度曲线知温度越高，其溶解度越大，即温度低时析出量多，而且30 ℃时CuSO4·5H2O失水变为CuSO4·3H2O，因此应冷却到30 ℃以下结晶。

[答案]　(1)2∶3　O2　4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3

(2)>　不利于蒸发浓缩(或蒸发浓缩消耗很多的能量)

(3)H2SO4　冷却到30 ℃以下结晶

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