2022高考化学专题复习 专题三 金属及其化合物 第4讲　用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物学案

这是一份2022高考化学专题复习 专题三 金属及其化合物 第4讲　用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物学案，共23页。学案主要包含了铜及其重要化合物，合金　金属的冶炼等内容，欢迎下载使用。

一、铜及其重要化合物
1.铜
(1)物理性质:铜是① 紫红 色金属,具有良好的② 导电 性、③ 导热 性和延展性。
(2)化学性质
2.氧化铜和氧化亚铜
3.氢氧化铜
(1)物理性质: 蓝色 不溶于水的固体。
(2)化学性质及应用
4.CuSO4·5H2O
CuSO4·5H2O为 蓝色 晶体,俗称蓝矾、胆矾。无水CuSO4为 白色 粉末,遇水变成 蓝色 (生成CuSO4·5H2O),可作为水的检验试剂。
二、合金 金属的冶炼
1.合金
2.常见金属材料
(1)黑色金属材料——钢铁
a. 钢 是用量最大、用途最广的合金。
b.
(2)有色金属材料——铜和铝
a.
b.
3.金属矿物的开发利用
(1)金属冶炼的一般步骤
(2)金属活动性与冶炼方法的关系
(3)金属冶炼的方法 (用化学方程式表示)
4.铝热反应
1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。
(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( )
(2)除去Cu粉中混有的CuO的方法是加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤、干燥( )
(3)将铜粉加入1.0ml·L-1Fe2(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)硫酸铜可用作游泳池的消毒剂( )
(6)CuSO4溶液与过量浓氨水反应的离子方程式:Cu2++2NH3·H2OCu(OH)2↓+2NH4+( )
(7)金属元素的单质只有还原性,其离子只有氧化性( )
(8)工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气( )
(9)合金的性质与其成分金属的性质不完全相同( )
(10)由铁矿石炼成铁是化学变化,由生铁炼成钢是物理变化( )
答案 (1)√ (2)✕ (3)✕ (4)✕ (5)√ (6)✕ (7)✕ (8)✕ (9)√ (10)✕
2.填写下列铜及其化合物的颜色。
①CuO ②Cu2O ③Cu2S
④CuS ⑤Cu2(OH)2CO3
⑥CuSO4·5H2O ⑦Cu
⑧CuSO4 ⑨Cu(OH)2
答案 ①黑色 ②砖红色 ③黑色 ④黑色 ⑤绿色 ⑥蓝色 ⑦紫红色 ⑧白色 ⑨蓝色
3.(1)根据金属的活动性不同,金属冶炼的方法分为 、 、 等。
(2)写出冶炼下列金属的化学方程式。
①Hg: ;
②Fe: ;
③Cr: ;
④Mg: ;
⑤Al: 。
答案 (1)电解法 热还原法 热分解法
(2)①2HgO2Hg+O2↑
②Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
③Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3
④MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
⑤2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
考点一 铜及其重要化合物
◆典例探究
例 氯化亚铜(CuCl)是白色粉末,微溶于水,酸性条件下不稳定,易生成金属Cu和Cu2+,广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl,并进行相关探究。下列说法正确的是( )
A.途径1中产生的Cl2可以回收循环利用,也可以通入饱和CaCl2溶液中除去
B.途径2中200℃时反应的化学方程式为Cu2(OH)2Cl22CuO+2HCl↑
C.X气体可以是N2,目的是做保护气,抑制CuCl2·2H2O在加热过程发生水解
D.CuCl与稀硫酸反应的离子方程式为2CuCl+4H++SO42-2Cu2++2Cl-+SO2↑+2H2O
答案 B 途径1中产生的Cl2可以转化为HCl,回收循环利用,Cl2在饱和CaCl2溶液中溶解度很小,不能被吸收除去,故A错误;Cu2(OH)2Cl2加热到200℃生成CuO,由原子守恒可知,还生成HCl,则化学方程式为Cu2(OH)2Cl22CuO+2HCl↑,故B正确;CuCl2水解生成氢氧化铜和HCl,X气体用于抑制CuCl2水解,则X为HCl,不是氮气,故C错误;CuCl在酸性条件下不稳定,易生成金属Cu和Cu2+,故D错误。
名师点拨
废铜利用的思维模式
◆题组训练
题组一 铜及其化合物的性质与应用
1.用毛笔蘸取少量30%FeCl3溶液在铜片上写一个“Cu”字,放置片刻,用少量水将铜片上的溶液冲到小烧杯中,下列说法正确的是( )
A.烧杯中的溶液呈黄色
B.铜片无任何变化
C.铜片上有凹陷的“Cu”字
D.发生了反应:Fe3++CuCu2++Fe2+
答案 C FeCl3溶液与铜片发生反应:2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2,FeCl2溶液是浅绿色的,CuCl2溶液是蓝色的,A错;FeCl3溶液与铜片发生了反应,B错;电荷不守恒,D错。

2.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
答案 B 由题给信息可知,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。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。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。根据分析可知B比D活泼,而Ag不如Cu活泼,故D错误。
题组二 化工流程中铜及其化合物的转化
3.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1mlCuS则消耗3mlO2
B.焙烧后的废气能够使酸性高锰酸钾溶液褪色
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 根据2CuS+3O22CuO+2SO2知,1mlCuS消耗1.5mlO2,A错误;焙烧后的废气中含SO2,能够使酸性高锰酸钾溶液褪色,B正确;滤渣中主要含氢氧化铁,C错误;Cu2+能够发生水解,加热CuCl2·2H2O晶体,不能制得CuCl2固体,D错误。
4.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+4CuCl24CuCl+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
答案 D 由题图中反应物、生成物结合原子守恒可知浸取中的主要反应为CuFeS2+3CuCl24CuCl+FeCl2+2S,故A错误;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;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;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。
考点二 合金 金属的冶炼
◆典例探究
例 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
答案 B 工业制钠是电解熔融NaCl:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑,而电解NaCl溶液:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,得不到钠,A错误;工业制镁是电解熔融氯化镁:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,C错误;工业制铝是电解熔融的氧化铝:2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑,氯化铝是共价化合物,在熔融状态下不导电,D错误。
名师点拨
(1)金属冶炼时,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,工业上一般优先采用经济效益高的方法。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,如含其他金属或非金属。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的目的;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。
◆题组训练
题组一 合金
1.镁铝合金质优体轻,又不易锈蚀,大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述中正确的是( )
A.此合金的熔点比镁和铝的熔点都高
B.此合金能全部溶解于稀盐酸中
C.此合金能全部溶解于氢氧化钠溶液中
D.此合金不能全部溶于过量FeCl3溶液中
答案 B 合金的熔点一般低于组成它的成分金属,A错误;镁铝合金具有镁、铝的化学性质,只有B正确。
2.(2020湖南怀化联考)下列有关金属的说法中正确的是( )
A.生铁比纯铁抗腐蚀能力更强
B.青铜、不锈钢、硬铝都是合金
C.性质越活泼的金属越早被人类冶炼和使用
D.单质铝在空气中比较耐腐蚀,所以铝是不活泼金属
答案 B 生铁容易被腐蚀,比纯铁抗腐蚀能力弱,A项错误;青铜、不锈钢、硬铝都是合金,B项正确;性质越不活泼的金属越早被人类冶炼和使用,C项错误;单质铝在空气中比较耐腐蚀,是因为其表面有一层致密的氧化膜,铝是活泼金属,D项错误。
题组二 金属的冶炼
3.下列说法不正确的是( )
A.[Cu(NH3)4]SO4可通过CuSO4溶液与过量氨水作用得到
B.“丹砂(HgS)烧之成水银”,该反应为吸热反应
C.钙单质可以从TiCl4中置换出Ti
D.可用H2还原MgO制备单质Mg
答案 D 硫酸铜溶液与氨水反应,当氨水过量时生成[Cu(NH3)4]SO4,A选项正确;由“丹砂(HgS)烧之成水银”可知,HgS受热分解过程中需要持续加热,由此可知该反应为吸热反应,B选项正确;钙还原性较强,钙单质可以从TiCl4中置换出Ti,C选项正确;镁属于较活泼金属,常用电解熔融MgCl2的方法制备镁,D选项错误。
4.碱式碳酸铝镁[MgaAlb(OH)c(CO3)d]在一定条件下的转化如图所示,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
答案 B 化合物中Mg元素的化合价为+2、Al元素的化合价为+3、氢氧根离子的化合价为-1、碳酸根离子的化合价为-2,根据正负化合价代数和为0可得,2a+3b=c+2d,故A错误;根据题给流程可知,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,而氧化镁不与碱反应,所以溶液X可能为NaOH溶液,故B正确;由前面的分析并结合题给流程可知,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;金属活动性顺序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。
题组三 铝热反应及其应用
5.利用下图装置做铝热反应实验。下列说法不正确的是( )
A.该反应的化学方程式是2Al+Fe2O32Fe+Al2O3
B.该反应会产生高温、发出强光
C.根据铝热反应的原理,可以冶炼某些金属
D.若反应中转移3ml电子,则消耗氧化剂的物质的量是1ml
答案 D 铁元素的化合价从+3降低到0,Fe2O3作氧化剂,1ml氧化铁在反应中得到6ml电子,若反应中转移3ml电子,则消耗氧化剂的物质的量是0.5ml,D错误。
6.实验室将9g铝粉跟一定量的金属氧化物粉末混合形成铝热剂。发生铝热反应之后,所得固体中含金属单质18g,则该氧化物粉末不可能是( )
A.Fe2O3和MnO2 B.Fe2O3和V2O5
C.Cr2O3和V2O5 D.Fe3O4和FeO
答案 C 9g铝粉可以提供1ml电子,则氧化物中的金属元素每得到1ml电子对应的质量就应该是18g。各金属得到1ml电子对应的质量为Fe+3:18.7g;Mn+4:13.75g;V+5:10.2g;Cr+3:17.3g;Fe+2:28g;Fe+8/3:21g,由平均值原则可知A、B可能,C不可能,铝粉不完全反应时,D可能。
1.(2020课标Ⅰ,26节选)钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
回答下列问题:
(1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是 。
(3)“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为V2O5·xH2O,随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、 ,以及部分的 。
(4)“沉淀转溶”中,V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是 。
(5)“调pH”中有沉淀生成,生成沉淀反应的化学方程是 。
答案 (1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)
(3)Mn2+ Al3+和Fe3+
(4)Fe(OH)3
(5)NaAl(OH)4+HClAl(OH)3↓+NaCl+H2O
解析 (1)加热的目的是使反应完全,加快酸浸速率。(3)pH=3.0~3.1时,Mn2+还未沉淀,所以滤液②中有Mn2+,另外Fe3+、Al3+在该pH范围内没有沉淀完全,部分留在滤液②中。(4)滤饼②中除了有V2O5·xH2O,还有少量Fe(OH)3和Al(OH)3,加NaOH调pH>13,V2O5·xH2O与NaOH反应生成NaVO3,Al(OH)3与NaOH反应生成NaAl(OH)4,Fe(OH)3不与NaOH反应,所以滤渣③是Fe(OH)3。
(5)“调pH”的目的是将NaAl(OH)4转化为Al(OH)3沉淀除去,反应的化学方程式为NaAl(OH)4+HClAl(OH)3↓+NaCl+H2O,则滤渣④为Al(OH)3。
2.(2020课标Ⅲ,27节选)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O):
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
回答下列问题:
(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是 。为回收金属,用稀硫酸将“滤液①”调为中性,生成沉淀。写出该反应的离子方程式 。
(2)“滤液②”中含有的金属离子是 。
(3)“转化”中可替代H2O2的物质是 。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即
， “滤液③”中可能含有的杂质离子为 。
答案 (1)除去油脂、溶解铝及其氧化物 Al(OH)4-+H+Al(OH)3↓+H2O
(2)Ni2+、Fe2+、Fe3+
(3)O2或空气 Fe3+
解析 (1)油脂可在NaOH溶液中发生水解反应生成可溶性的高级脂肪酸钠和甘油,并且NaOH溶液能溶解Al和Al2O3,2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑、Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O,故“碱浸”中NaOH的两个作用分别是除去油脂和溶解铝及其氧化物。“滤液①”中含有Na[Al(OH)4](也可写成NaAlO2),向其中加入稀H2SO4调为中性会生成Al(OH)3沉淀,反应的离子方程式为Al(OH)4-+H+Al(OH)3↓+H2O或AlO2-+H++H2OAl(OH)3↓。(2)“滤饼①”中含有Ni、Fe、NiO、FeO、Fe2O3以及少量其他不溶物,加入稀H2SO4后主要发生反应Ni+2H+Ni2++
H2↑、Fe+2H+Fe2++H2↑、NiO+2H+Ni2++H2O、FeO+2H+Fe2++H2O、Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O,故“滤液②”中含有的金属离子是Ni2+、Fe2+、Fe3+。(3)H2O2的作用是在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+(2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O),且在“转化”中不引入新杂质,故可替代H2O2的物质是O2或空气,发生反应4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O,也不引入新杂质。加NaOH溶液“调pH”的目的是生成Fe(OH)3沉淀除去Fe3+,为除尽Fe3+而又不生成Ni(OH)2沉淀,需控制pH范围:3.2≤pH<7.2,此时溶液中还存在Fe2+,H2O2可将Fe2+氧化为Fe3+,故“滤液③”中可能含有的杂质离子为Fe3+。
A组 基础达标
1.(2020河南八市联考)《天工开物》中记载:“凡铜供世用,出山与出炉只有赤铜。以炉甘石或倭铅参和,转色为黄铜,以砒霜等药制炼为白铜,矾、硝等药制炼为青铜”,其中涉及的物质中熔点最高的是( )
A.青铜 B.黄铜 C.赤铜 D.白铜
答案 C 赤铜是纯度较高的铜,熔点比其合金高,青铜是铜锡合金,黄铜是铜锌合金,白铜是铜镍合金,C正确。
2.(2020山西师大附中调研)下列对铝热反应的说法错误的是( )
A.铝热剂中的还原剂是铝粉
B.铝热剂是纯净物
C.铝与Fe2O3可组成铝热剂
D.铝热反应是放热反应
答案 B 铝热剂为铝和金属氧化物的混合物,故B项错误。
3.在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解,再加入下列物质:①FeCl3、②Fe2O3、③Cu(NO3)2、④KNO3,铜粉溶解的是( )
A.只有①② B.只有②④
C.只有①或②或③ D.上述物质中任意一种
答案 D ①铜能和氯化铁反应生成氯化亚铁和氯化铜,所以铜能在氯化铁溶液中溶解;②Fe2O3能与稀硫酸发生反应:Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O,硫酸铁能与铜粉发生反应:Fe2(SO4)3+Cu2FeSO4+CuSO4,铜粉溶解;③向稀硫酸中加入硝酸铜后,溶液中含有氢离子和硝酸根离子,所以相当于溶液中含有硝酸,硝酸能和铜发生反应:3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O,所以加入硝酸铜后铜能溶解;④依据③的分析可知,加入硝酸钾,溶液中含有硝酸根离子,也与硫酸中的氢离子构成硝酸使铜溶解;故选D。
4.(2020江西吉安模拟)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
答案 A 实验室进行蒸馏时,需要使用蒸馏烧瓶、温度计、直形冷凝管、酒精灯、牛角管、锥形瓶等仪器,A选项错误;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,所以可用明矾除去铜器表面的铜绿(铜锈),B选项正确;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;火法冶铜(以Cu2S为原料)过程中会产生SO2,对环境造成污染,同时高温条件耗能较高,而湿法冶铜(以CuSO4为原料)相比火法冶铜减少了环境污染和能源的消耗,D选项正确。
5.(2020山东东营模拟)不同的金属在冶炼方法上也有所不同。下列说法正确的是( )
A.钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制
B.铝及其合金是电气、工业、家庭广泛使用的材料,是因为铝的冶炼方法比较简单
C.由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼,人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质
D.炼铁时加入的焦炭除了用来生成还原剂一氧化碳外,还提供热量
答案 D A项,通常采用CO还原法炼制铁,错误;B项,铝及其合金是电气、工业、家庭广泛使用的材料,是因为铝具有良好的导电性且美观、坚固等,但其冶炼方法不简单,错误;C项,通常采用电解熔融状态下的氧化铝的方式来获取单质Al,而不是氯化铝,错误;D项,炼铁时加入的焦炭除了用来生成还原剂一氧化碳,还可以提供热量,正确。
6.(2020黑龙江哈尔滨模拟)下表中,对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是( )
答案 D 稀盐酸可以与Cu2(OH)2CO3反应,而且稀盐酸不与Cu反应,所以可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿,Ⅰ、Ⅱ均正确,且有因果关系,A错误;铜表面不能形成致密的氧化膜,B错误;硫酸铜与氨水反应生成Cu(OH)2,Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO,Ⅰ、Ⅱ均正确,但没有因果关系,C错误;蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末有新物质生成,属于化学变化,CuSO4可用作消毒剂,Ⅰ错、Ⅱ对,且没有因果关系,D正确。
7.(2020湖南长沙一模)实验室利用废弃旧电池的铜帽(Zn、Cu总含量约为99%)回收Cu并制备ZnO的部分实验过程如图所示:
下列叙述错误的是( )
A.合理处理废弃旧电池的铜帽既有利于节约资源,又有利于保护环境
B.“溶解”操作中可用酸性条件下不断鼓入O2代替H2O2
C.加入锌粉时反应的离子为Cu2+
D.“过滤”操作后直接将溶液蒸发结晶、高温灼烧得到ZnO
答案 D D项,“过滤”后直接将溶液蒸发结晶得硫酸锌和硫酸钠的混合物,实验室中高温灼烧时,硫酸锌和硫酸钠均不分解,错误。
8.(2020山东临沂联考)为了探究铁、铜及其化合物的性质,某同学设计并进行了下列实验。下列说法错误的是( )
A.高温加热装置中发生的反应为2Fe(s)+3H2O(g)Fe2O3(s)+3H2(g)
B.虚线框处宜选择的装置是乙
C.实验时将螺旋状铜丝加热变黑后再趁热迅速伸入试管中,可观察到铜丝由黑色变为红色
D.实验后,可用铝粉在高温下还原玻璃管中的固体获得铁单质
答案 A 高温加热装置中铁粉与水蒸气反应生成四氧化三铁与氢气,化学方程式为3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g),故A错误;氢气的密度比空气的密度小,虚线框处宜选择装置乙,故B正确;氧化铜与氢气反应生成铜和水,发生反应的化学方程式为CuO+H2Cu+H2O,所以可观察到铜丝由黑色变为红色,故C正确;实验后玻璃管中的固体含有Fe3O4,铝粉与Fe3O4发生铝热反应生成氧化铝和铁单质,故D正确。
9.(2020山西太原模拟)历史上金、银、铜主要作为货币或装饰品被应用。
(1)金、银、铜常被作为钱币流通,从化学角度来看,主要是利用它的 (填字母)。
A.硬度适中
B.密度适中
C.在自然界都可得到纯净的单质
D.不活泼性
(2)一位收藏者有一枚表面是黑色,且有少量绿色锈状物的货币,这肯定是 币,黑色物质是 ,形成这种物质的化学方程式为 ,绿色物质是 ,形成这种物质的化学方程式为 ,这枚金属币的真面目为 色。另外一枚是闪闪发光的黄色金属币,它肯定是 币,表面一直未被氧化的原因是 。
(3)不法分子有时用铜锌合金制成假金币行骗。下列方法中能有效鉴别其真假的是 (填字母)。
A.观察颜色
B.查看图案
C.用手掂量轻重
D.滴一滴硝酸在币的表面,观察现象
答案 (1)D (2)铜 氧化铜 2Cu+O22CuO Cu2(OH)2CO3 2Cu+O2+CO2+H2OCu2(OH)2CO3 紫红 金 金不活泼,不易被氧化 (3)D
解析 (1)金、银、铜都属于不活泼金属,易加工,因此在历史上都曾经用作货币。(2)与金、银相比,铜稳定性略差一些,容易与氧气等物质反应而“生锈”。金的化学性质不活泼,在空气中很稳定。(3)有些假金币外形逼真,看上去也是“金光闪闪”,密度和真金币差不太多,手不太容易掂出来,假金币中含有Zn、Cu等,可与硝酸反应产生大量气泡,而Au不与硝酸反应。
10.(2020广西桂林模拟)某小组进行铝热反应实验,装置如图所示。
(1)铝热反应原理 (写化学方程式);试剂A为 (写化学式)。
(2)该实验现象为 , ,
放出大量的热,纸漏下端被烧穿,沙子上落下红热状液珠,液珠冷却后变为黑色固体。
(3)对黑色固体物质的组成,小组进行了如下探究:
假设Ⅰ:该黑色物质为铁;
假设Ⅱ:该黑色物质为铁与四氧化三铁的混合物。
【设计方案并实验】
【交流评价】
你认为上述结论是否合理,并说明理由: 。
(4)取上述实验所得溶液,滴入适量氯水,溶液变成红色。此时涉及的离子反应方程式: 、 。
答案 (1)Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe KClO3
(2)火星四射 发出耀眼的强光(或放出大量的热)
(3)不合理,Fe3O4与酸反应生成的Fe3+会与Fe反应生成Fe2+,滴入KSCN溶液后也不变色
(4)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl- Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
解析 (1)铝热反应的原理是铝与金属氧化物反应制取其他金属单质,所以铝与氧化铁反应的化学方程式为Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe;试剂A为镁的燃烧提供氧化剂,所以试剂A是KClO3。
(2)实验现象为火星四射、发出耀眼的强光、放出大量的热、纸漏斗下端被烧穿。
(3)该实验方案不合理,因为若假设Ⅱ成立,则在步骤①中Fe过量,四氧化三铁与盐酸反应生成的Fe3+会与Fe反应生成Fe2+,滴入KSCN溶液后也不变色,所以不合理。
(4)氯水中的氯气可以将亚铁离子氧化为铁离子,铁离子与SCN-反应溶液变成红色,离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-;Fe3++3SCN-Fe(SCN)3。
B组 综合提升
11.铁、铜混合粉末18.0g加入100mL5.0ml·L-1FeCl3溶液中,剩余固体质量为3.2g。下列说法正确的是( )
A.剩余固体是铁、铜混合物
B.原固体混合物中铜的质量是9.6g
C.反应后溶液中n(Fe3+)=0.10ml
D.反应后溶液中n(Fe2+)+n(Cu2+)=0.5ml
答案 B 铁的还原性大于铜,铁、铜混合粉末加入到FeCl3溶液中,铁先反应,FeCl3的物质的量为0.5ml,设0.5ml铁离子完全反应消耗铜m1g、消耗铁m2g,则有Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+,根据Cu~2Fe3+,得m164∶0.5=1∶2,m1=16;Fe+2Fe3+3Fe2+,根据Fe~2Fe3+,m256∶0.5=1∶2,m2=14,溶解的金属质量为18.0g-3.2g=14.8g,因为14<14.8<16,所以铁完全反应,铜部分反应,且铁离子完全反应。设反应消耗铜的物质的量为xml,消耗铁的物质的量为yml,则有64g·ml-1×xml+56g·ml-1×yml=14.8g,xml+yml=0.25ml,解得x=0.1、y=0.15,原混合物中铜的质量是0.1ml×64g·ml-1+3.2g=9.6g,根据反应的离子方程式可知反应后的溶液中:n(Fe2+)=2n(Cu)反应+3n(Fe)=2×0.1ml+3×0.15ml=0.65ml;反应后溶液中铜离子的物质的量n(Cu2+)=0.1ml,n(Fe2+)+n(Cu2+)=0.65ml+0.1ml=0.75ml;综上分析,剩余固体全部为铜,溶液中不可能含有Fe3+,A、C均错误;反应后溶液中n(Fe2+)+n(Cu2+)=0.75ml,D错误。
12.(2020河北石家庄模拟)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3,还含有少量FeS2)为原料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下,下列叙述不正确的是( )
A.加入CaO可以减少SO2的排放同时生成建筑材料CaSO4
B.向滤液中通入过量CO2、过滤、洗涤、灼烧沉淀可制得Al2O3
C.隔绝空气焙烧时理论上反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=1∶5
D.烧渣分离时可以选择用磁铁将烧渣中的Fe3O4分离出来
答案 C FeS2焙烧时会生成SO2,加入CaO会与SO2反应,减少SO2的排放,而且CaSO3最后也会转化为CaSO4,A正确;滤液中含有NaAlO2,通入CO2,生成Al(OH)3,过滤、洗涤、灼烧沉淀可以得到Al2O3,B正确;隔绝空气焙烧时,发生的反应的化学方程式为FeS2+16Fe2O32SO2↑+11Fe3O4,理论上反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=1∶16,C错误;Fe3O4具有磁性,能够被磁铁吸引,D正确。
13.(2020河北保定质检)工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:
对上述流程的判断正确的是( )
A.试剂X可以为氨水,沉淀中含有铁的化合物
B.CO2可以用H2SO4溶液或稀盐酸代替
C.反应Ⅱ中的离子方程式为CO2+AlO2-+2H2OAl(OH)3↓+HCO3-
D.工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al,成本更低
答案 C A项,试剂X应为强碱溶液,使Al2O3溶解,错误;B项,若用强酸代替CO2,强酸过量时,Al(OH)3会溶解,不能保证生成Al(OH)3沉淀,错误;D项,因Al比Fe活泼,不能用Fe置换Al,错误。
14.(2020广东深圳模拟)一种高硫矿含有ZnS、Pr2S3、FeS、SiO2等,利用该矿制取PrCl3并获得Fe3O4的工艺流程如下:
已知:①PrCl3(s)+2Cl-(aq)PrCl52-(aq) ΔH>0;②2FeCl3+ZnSZnCl2+2FeCl2+S;③2FeCl3+FeS3FeCl2+S。
(1)溶浸时ZnS发生的离子方程式为 ;氧化的目的是 。
(2)滤渣3的主要成分有 ;滤液4可以循环使用到的工序为 ;某工序是物理变化,则该工序利用了Fe3O4的 。
(3)滤渣2在缺氧条件下与FeS2混合焙烧生成Fe3O4和SO2,该反应的化学反应方程式是 。
(4)用化学平衡移动的原理解释,在“搅拌,80℃”时加入饱和食盐水和蒸发浓缩后使用冰水浴的原因: 。
(5)PrCl3晶体经过处理可以得到制取镨蓄电池的物质PrF3,镨蓄电池具有稳定性高等优点,充电后两个电极上沉积的PrF3分别转化为PrO2和Pr,充电时阳极的电极反应式为 。
答案 (1)2Fe3++ZnSZn2++2Fe2++S 将亚铁离子氧化为铁离子,利于沉淀 (2)S、SiO2 搅拌 磁性 (3)32Fe(OH)3+FeS211Fe3O4+2SO2+48H2O (4)加入饱和食盐水,提高溶液中的Cl-浓度,使反应PrCl3(s)+2Cl-(aq)PrCl52-(aq) ΔH>0正向移动,利于PrCl3(s)溶解;该反应为吸热反应,冰水浴使温度降低,平衡逆向移动,使PrCl52-不断转化为PrCl3晶体而析出 (5)PrF3-
e-+2H2OPrO2+3HF+H+
解析 (1)加入H2O2的作用是将亚铁离子氧化为铁离子,离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O。
(2)加入的FeCl3溶液会与ZnS、Pr2S3、FeS发生反应生成沉淀S和PrCl3,SiO2不反应且不溶于水;滤液4为NaCl溶液,可以循环利用到搅拌工序中。
考试要点
核心素养
1.了解常见金属的活动性顺序。
2.理解铜及其重要化合物的主要性质及其应用,了解铜及其重要化合物的制备方法。
3.了解合金的概念及其重要应用。
1.宏观辨识与微观探析:通过对铜及其合金的性质的了解,理解金属材料在工业中的应用。
2.科学精神与社会责任:了解金属材料的性质,激发学生对金属矿物的开发利用的热情与积极性。
反应物质
化学方程式
O2
潮湿的空气中:2Cu+O2+CO2+H2OCu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜,绿色)
加热条件下与O2反应:④ 2Cu+O22CuO
Cl2
⑤ Cu+Cl2CuCl2
S
⑥ 2Cu+SCu2S
浓硫酸
⑦ Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
浓硝酸
⑧ Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
稀硝酸
⑨ 3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
AgNO3溶液
Cu+2AgNO32Ag+Cu(NO3)2
FeCl3溶液
2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2
氧化铜
氧化亚铜
颜色
黑色
砖红色
与酸反应(H+)
CuO+2H+Cu2++H2O
Cu2O+2H+Cu2++Cu+H2O
与H2反应
CuO+H2Cu+H2O
Cu2O+H22Cu+H2O
转化关系
4CuO2Cu2O+O2↑
实验装置
实验现象
a.镁带剧烈燃烧,放出热量,并发出耀眼的白光
b.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Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3
原理应用
a.制取熔点较高、活动性弱于Al的金属,如铁、铬、锰等
b.金属焊接,如野外焊接钢轨等
金属离子
Fe3+
Fe2+
Al3+
Mn2+
开始沉淀pH
1.9
7.0
3.0
8.1
完全沉淀pH
3.2
9.0
4.7
10.1
金属离子
Ni2+
Al3+
Fe3+
Fe2+
开始沉淀时(c=0.01ml·L-1)的pH
7.2
3.7
2.2
7.5
沉淀完全时(c=1.0×10-5ml·L-1)的pH
8.7
4.7
3.2
9.0
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
铜绿的主要成分是碱式碳酸铜
可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿
Ⅰ对;Ⅱ对;无
B
铜表面易形成致密的氧化膜
铜制容器可以盛放浓硫酸
Ⅰ对;Ⅱ对;有
C
向硫酸铜溶液中通入少量氨气,有蓝色沉淀产生,过滤后灼烧滤渣,最后变成黑色固体
把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧,铜丝表面变黑
Ⅰ对;Ⅱ对;有
D
蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化
硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
Ⅰ错;Ⅱ对;无
实验步骤
现象
结论
①取少量黑色固体于试管中加稀盐酸
固体全部溶解,有气泡产生
假设Ⅰ成立,假设Ⅱ不成立
②滴入几滴0.01ml/LKSCN溶液
溶液不变色