化學第三章 金屬及其化合物 3.4 用途廣泛的金屬材料 開發(fā)利用金屬礦物

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1、第四節(jié)用途廣泛的金屬材料 開發(fā)利用金屬礦物考點一金屬材料與金屬礦物的開發(fā)和利用【基礎回顧】1.合金: 金屬與非金屬低大2.常見金屬材料:(1)分類。合金(2)常見合金材料。高碳中碳低碳Cu、Sn、PbCu、Zn鋁合金:密度_,強度高,塑性好,易于加工。應用于建筑業(yè)、容器包裝業(yè)、交通運輸業(yè)等。小3.金屬礦物的開發(fā)利用:(1)金屬在自然界中的存在形態(tài)。在自然界中絕大多數金屬以_的形式存在。少數化學性質_的金屬存在游離態(tài)。化合態(tài)不活潑(2)金屬冶煉的實質。使金屬化合物中的金屬離子_電子被_為金屬單質的過程:Mn+ne-=M。(3)金屬冶煉的一般步驟。得還原(4)金屬冶煉的方法(用化學方程式表示)。2

2、HgO 2Hg+O22Ag2O 4Ag+O2=Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2WO3+3H2 W+3H2OCr2O3+2Al 2Cr+Al2O3高溫=高溫=2NaCl(熔融) 2Na+Cl2電解=2Al2O3(熔融) 4Al+3O2MgCl2(熔融) Mg+Cl2電解=電解=冰晶石(5)鋁熱反應。原理:Al作還原劑,另一種氧化物作氧化劑,用鋁將氧化物中的金屬置換出來。反應特點:在高溫下進行,反應迅速并放出大量的熱,新生成的金屬單質呈熔融態(tài)且易與Al2O3分離。實驗裝置。實驗現象:a.鎂條劇烈燃燒,放出一定量的熱,并發(fā)出耀眼的白光,氧化鐵和鋁粉在較高溫度下發(fā)生劇烈的反應;b.紙漏斗的下部被燒

3、穿,有熔融物落入沙中。實驗結論:高溫下,鋁與氧化鐵發(fā)生反應,放出大量的熱,反應的化學方程式為_原理應用:a.制取熔點較高、活潑性弱于Al的金屬(如鉻、錳、鎢等);b.金屬焊接,如野外焊接鋼軌等。 高溫=2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3【思維診斷】(正確的打“”,錯誤的打“”)(1)任何金屬都能形成合金。()提示:。并非所有的金屬都能形成合金,兩種金屬形成合金,其前提是兩種金屬在同一溫度范圍內都能熔化,若一種金屬的熔點大于另一種金屬的沸點,則二者不能形成合金。(2)所有的金屬氧化物都能和鋁發(fā)生鋁熱反應。()提示:?；顫娦员華l弱的難熔金屬,如釩、鉻、錳、鐵、銅的氧化物與Al可以發(fā)生鋁熱反應

4、。(3)用焦炭和空氣反應產生的CO在高溫下還原鐵礦石中鐵的氧化物。()提示:。工業(yè)制鐵即CO還原鐵礦石,3CO+Fe2O32Fe+3CO2。 高溫=(4)電解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液時,陰極上依次析出Cu、Fe、Al。()提示:。陰極上析出Cu后,生成的是氫氣。【題組過關】1.(RJ必修1P68改編題)下列有關說法中,不正確的是()A.鋼與純鐵相比較不易生銹B.冶煉鋁和鈉都可以用電解法C.青銅、不銹鋼、硬鋁都是合金D.缺鈣會引起骨質疏松,缺鐵會引起貧血【解析】選A。鋼中含有碳等雜質容易形成原電池,腐蝕更快,A錯誤;冶煉鋁和鈉都是用電解法,B正確;青銅為銅錫等形成的合金,不銹

5、鋼為鐵鎳等形成的合金,硬鋁為鎂鋁等形成的合金,C正確;鈣是組成骨骼的重要元素,缺鈣會使骨質疏松,血紅蛋白中含有鐵元素,缺鐵會引起缺鐵性貧血,D正確。2.某同學設計了如下實驗測量m g銅銀合金樣品中銅的質量分數:下列說法中不正確的是()導學號79100040A.合金的熔點比其成分金屬低,通常比成分金屬具有更優(yōu)良的金屬特性B.銅銀都能與稀硝酸反應,收集到的V L氣體可能全為NOC.操作是過濾,操作是洗滌,操作應是烘干D.根據反應收集到的氣體體積可以計算銅和銀的質量分數【解析】選C。合金的熔點比其成分金屬低,A正確;不論是濃硝酸還是稀硝酸,用排水法收集到的氣體一定全部是NO,B正確;W g固體為Ag

6、Cl,由于AgCl具有熱不穩(wěn)定性,故操作應是低溫干燥而不是烘干,C錯誤;根據反應收集的氣體體積,利用電子守恒及質量關系列式可求得銅和Ag的質量分數,D正確。3.鋁熱反應的本質是利用鋁的還原性,將難熔金屬從其氧化物中置換出來,關于鋁熱反應解答下列問題:(1)用鋁粉和Fe2O3做鋁熱反應實驗,需要的試劑還有_。 A.KClB.KClO3C.MnO2D.Mg(2)用等物質的量的MgO和Fe2O3組成的混合物在一定條件下與鋁粉進行鋁熱反應。引發(fā)鋁熱反應的操作是_。 產物中單質是_(寫名稱)。 【解析】(1)做鋁熱反應的實驗時,需要KClO3作助燃劑,且用鎂條引燃。(2)在混合物上加少量KClO3固體并

7、插上鎂條,點燃鎂條后放出熱量,使KClO3固體分解放出O2,進一步加劇Mg的燃燒,可在短時間內使混合物溫度迅速升高,引發(fā)反應。MgO不能與鋁發(fā)生鋁熱反應,所以產物中單質為Fe。答案:(1)BD (2)加少量KClO3,插上鎂條并將其點燃鐵【加固訓練】1.下列說法中正確的是()A.氯化鋁是一種電解質,可用電解氯化鋁制鋁B.工業(yè)上通過電解氯化鉀溶液制備金屬鉀和氯氣C.電解熔融氯化鈉制取金屬鈉的反應中,Na+被還原D.MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg,在給定條件下能實現【解析】選C。AlCl3是共價化合物,電解AlCl3熔融物,不能生成Al,A錯誤;電解KCl溶液不能生成K,B錯誤;電解熔

8、融氯化鈉制取金屬鈉,Na+被還原,C正確;MgO熔點很高,制Mg時不是電解MgO而是電解MgCl2,D錯誤。2.用鋅、氧化銅、稀硫酸做原料制取銅,有下列兩種途徑:若用這兩種方法制得相同質量的銅時,下列敘述符合實際實驗結果的是()A.生成的硫酸鋅質量相同B.消耗相同質量的硫酸C.消耗相同質量的鋅D.消耗相同質量的氧化銅【解析】選D。H2還原CuO時H2的消耗量比理論值要多,則(1)中消耗Zn、H2SO4和生成的ZnSO4的量都多,A、B、C錯誤;得相同質量的銅時,消耗相同質量的氧化銅,D正確。考點二銅及其化合物的性質 【基礎回顧】1.銅:(1)物理性質。_色固體,具有良好的延展性、導熱性和導電性

9、。紫紅(2)化學性質。常溫下,銅在干燥的空氣中性質穩(wěn)定,但在潮濕的空氣里則會被銹蝕,在其表面逐漸形成一層綠色的_。有關化學方程式:_。銅銹2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3寫出下列化學方程式。銅在空氣中加熱:_。銅絲在硫蒸氣中反應:_。銅絲在Cl2中反應:_。=2Cu+O2 2CuO2Cu+S Cu2SCu+Cl2 CuCl2與氧化性酸反應。a.與濃硫酸共熱的化學方程式:_;b.與稀硝酸反應的離子方程式:_;c.與濃硝酸反應的離子方程式:_。3NO3NO=Cu+2H2SO4(濃) CuSO4+SO2+2H2O3Cu+8H+2 =3Cu2+2NO+4H2OCu+4H+2 =Cu

10、2+2NO2+2H2O與鹽溶液反應。a.與硝酸銀溶液反應的離子方程式:_b.與FeCl3溶液反應的離子方程式:_。Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+;Cu+2Fe3+=2Fe2+Cu2+2.銅的重要化合物: (1)氧化物。CuO:_色難溶于水的固體,與酸反應, 可以用H2、CO、Al還原出Cu。黑Cu2O:a._色難溶于水的固體。b.與酸反應(H+)為Cu2O+2H+=Cu+Cu2+H2O 。c.Cu2O遇到HNO3發(fā)生氧化反應生成Cu2+。d.與H2反應: Cu2O+H2 2Cu+H2O。e.CuO加強熱的反應:4CuO 2Cu2O+O2。紅=高溫=(2)氫氧化銅_色難溶物,是一種弱堿。藍Cu

11、(OH)2+2H+=Cu2+2H2O。(3)銅鹽。Cu2(OH)2CO3。Cu2(OH)2CO3的名稱為_,是銅綠、孔雀石的主要成分,受熱分解可生成黑色的氧化銅,化學方程式:_,可溶于稀硫酸,離子方程式:_。堿式碳酸銅=Cu2(OH)2CO3 2CuO+CO2+H2OCu2(OH)2CO3+4H+=2Cu2+CO2+3H2OCuSO4。_色的硫酸銅晶體受熱分解為白色的硫酸銅粉末,化學方程式為_。藍=CuSO45H2O CuSO4+5H2O銅鹽的毒性。銅鹽溶液有毒,主要是因為銅離子能與蛋白質作用,使蛋白質變性失去生理活性,因此人們利用這一性質用膽礬、熟石灰、水配成了波爾多液,用來殺滅植物的病毒。

12、【思維診斷】(正確的打“”,錯誤的打“”)(1)Cu2S+O2 2Cu+SO2制取粗銅,反應中被氧化的元素是Cu。()提示:。硫元素從-2+4,被氧化的元素是S。=(2)將鐵片置于CuSO4溶液中,鐵片上有紅色物質析出,說明鐵比銅活潑。()提示:。鐵片從CuSO4溶液中置換出銅。(3)利用無水硫酸銅遇水變成藍色這一性質,來檢驗水的存在。()提示:。無水硫酸銅遇水生成藍色的CuSO45H2O。(4)將銅絲插入濃硫酸加熱,反應后把水加入反應器中,觀察硫酸銅溶液的顏色。()提示:。應把反應液倒入水中?！镜漕}探究】【典題】CuCl是有機合成的重要催化劑,并用于顏料、防腐等工業(yè)。工業(yè)上由廢銅料(含Fe、

13、Al及SiO2雜質),生產CuCl的工藝流程如下:已知:CuCl溶于NaCl的濃溶液可生成 , 的溶液用水稀釋后可生成CuCl沉淀。導學號791000412CuCl2CuCl(1)煅燒的主要目的是_。 (2)操作為調節(jié)溶液的pH,范圍為_,加入的物質X可以是_(填字母)。 A.CuOB.Cu(OH)2C.NaOH溶液D.CaCO3(3)濾渣的主要成分是_。 (4)往濾液中加入食鹽并通入SO2可生成 ,請寫出反應的離子方程式:_。 2CuCl【解析】(1)銅在廢銅料中主要以銅單質的形式存在,從流程圖知CuCl需從溶液中提取,故煅燒的目的是將銅轉化為溶于酸的氧化物。(2)調節(jié)溶液的pH時,應保證F

14、e3+、Al3+完全沉淀,而Cu2+不能沉淀,溶液的pH應在4.7pH5.6,加入物質X的目的是消耗H+調節(jié)溶液的pH,但不能引入新雜質。(3)溶液的pH在4.7pH5.6時,Fe3+和Al3+完全轉化為相應的氫氧化物沉淀,濾渣的主要成分為Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)根據題給的反應物和生成物,再結合氧化還原反應的基本規(guī)律可寫出反應的方程式:2H2O+2Cu2+SO2+4Cl-=2 + +4H+。2CuCl24SO答案:(1)使銅轉化為可溶于酸的氧化物(2)4.7pH5.6ABC(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)2H2O+2Cu2+SO2+4Cl-=2 + +4H+2CuCl2

15、4SO【母題變式】(1)向廢銅料中直接加入稀硫酸和H2O2混合溶液,溶液很快變藍色,試寫出該反應的離子方程式_。 提示:Cu+H2O2+2H+=Cu2+2H2O。(2)工業(yè)上常用CuSO4來制備CuCl,在提純后的CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl,加熱,生成CuCl沉淀,該反應的離子方程式是_。 提示:2Cu2+ +2Cl-+H2O 2CuCl+ +2H+。23SO=24SO(3)在鹽酸中CuCl能吸收CO,發(fā)生CuCl+CO+H2OCu(CO)ClH2OH0,要加大CO的吸收率,適宜的條件是_。 提示:低溫、高壓。該反應是氣體體積減小的放熱反應?！練w納提升】廢銅利用的思維模

16、式【題組過關】1.(RJ必修1P68改編)下列說法中正確的是()A.CuCuOCu(OH)2每步轉化均能通過一步反應實現B.鋁合金是一種混合物,它比純鋁的熔點高C.金屬銅放置在潮濕的空氣中會被腐蝕,生成綠色的銅銹堿式碳酸銅D.金屬鋁、鐵、銅都有一定的抗腐蝕性能,其抗腐蝕的原因都是表面形成氧化物薄膜,阻止反應的進一步進行【解析】選C。CuOCu(OH)2不能通過一步實現,A錯誤;鋁合金比純鋁的熔點低,B錯誤;銅、鐵表面不能形成致密的氧化膜,D錯誤。2.(2018貴陽模擬)CuSO4是一種重要的化工原料,其有關制備途徑及性質如圖所示。下列說法不正確的是()導學號79100042A.途徑所用混酸中H

17、2SO4與HNO3物質的量之比最好為3 2B.相對于途徑、,途徑更好地體現了綠色化學思想C.CuSO4在1 100 所得的Cu2O,投入足量熱稀硝酸中,若溶液變?yōu)樗{色,同時有紫紅色固體出現,說明樣品全部生成Cu2OD.Y可以是葡萄糖【解析】選C。根據途徑中的離子反應方程式:3Cu+8H+2 =3Cu2+2NO+4H2O,可知n( ) n(H+)=2 8,即n(H2SO4) n(HNO3)=3 2,A正確;途徑的反應為2Cu+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O,不產生污染性氣體,符合綠色化學思想,B正確;Cu2O的檢驗不能用稀硝酸,硝酸能氧化Cu2O為Cu2+,C錯誤;葡萄糖與新制Cu(

18、OH)2懸濁液生成Cu2O,D正確。3NO3NO=3.某煉鐵廢渣中含有大量CuS及少量鐵的化合物,工業(yè)上以該廢渣為原料生產CuCl22H2O晶體的工藝流程如下:下列說法正確的是導學號79100043()A.焙燒過程中每消耗1 mol CuS則消耗3 mol O2B.焙燒后的廢氣能夠使酸性高錳酸鉀溶液褪色C.濾渣中主要含鐵的氧化物D.將獲得的CuCl22H2O晶體加熱可制得CuCl2固體【解析】選B。根據2CuS+3O2 2CuO+2SO2知,1 mol CuS則消耗1.5 mol O2,A錯誤;廢氣含SO2能夠使酸性高錳酸鉀溶液褪色,B正確;濾渣中主要是氫氧化鐵,C錯誤;Cu2+水解,CuCl

19、22H2O晶體加熱,不能得CuCl2固體,D錯誤。高溫=【加固訓練】1.下列生產、生活中的事實不能用金屬活動性順序表解釋的是()A.鋁制器皿不宜盛放酸性食物B.電解飽和食鹽水陰極產生氫氣得不到鈉C.鐵制容器盛放和運輸濃硫酸D.鍍鋅鐵桶鍍層破損后鐵仍不易被腐蝕【解析】選C。A項鋁和強酸反應生成鹽和氫氣,能用金屬活動性順序解釋;B項用惰性電極電解飽和食鹽水時,陰極生成氫氣而得不到鈉,說明Na的活動性大于氫,能用金屬活動性順序解釋;C項常溫下,濃硫酸和鐵發(fā)生鈍化反應,與金屬活動性順序無關;D項Fe、Zn和電解質構成原電池,Zn易失電子作負極、Fe作正極,則Fe被保護,所以能用金屬活動性順序解釋。2.下列有關CuSO4溶液的敘述正確的是()A.該溶液中Na+、 、 、Mg2+不可以大量共存B.通入CO2氣體產生藍色沉淀C.與H2S反應的離子方程式:Cu2+S2-=CuSD.Na2S可除去污水中的Cu2+3NO4NH【解析】選D。CuSO4溶液顯酸性,Na+、 、 、Mg2+可大量共存,A錯誤;CO2與CuSO4溶液不發(fā)生反應, B錯誤;H2S屬于弱電解質應寫化學式,C錯誤;Na2S電離產生的S2-與污水中Cu2+發(fā)生沉淀反應,從而可降低污水中的Cu2+濃度,故可以治理污水,D正確。3NO4NH