第11講用途廣泛的金屬材料開發(fā)利用金屬礦物

1、第4講用途廣泛的金屬材料開發(fā)利用金屬礦物1. 掌握銅及其重要化合物的性質(zhì)?？季V要2.了解合金的概念及重要應(yīng)用。法。3. 了解常見金屬的活動順序及金屬冶煉的一般方4.了解化學(xué)科學(xué)發(fā)展對自然資源開發(fā)利用的作用?？键c一合金及常見金屬材料知識整合1. 合金概念性質(zhì)由兩種或兩種以上的金屬(或金屈與非金屬)熔合而成 的貝有金屬轄性的物質(zhì)/熔點:多數(shù)合金的熔點比它的各成分金屬的熔點愜 、碇度：合金的硬度一般比它的各成分金屬的®度大2. 常見金屬材料金屬黑色金屬材料鐵、癥、倂以及它們的今金材料業(yè)金慣曲除黑色金屬以外的其他各種金屬及貝:介金(1)鋼鐵碳素鋼合金鋼具何各種不同的優(yōu)良性能紡用丁制不銹鋼及各

2、種特種鋼鋁合金種類硅鋁合金、鎂鋁合金、硬鋁等特性:密度小強(qiáng)度高塑(造)性好易于加丁1用途:建筑業(yè)、容器包裝業(yè)、交通運輸業(yè)等銅合金青銅(主要含Cu我國展電便nii黃銅(主要含Cm勺等)口銅(主耍禽Cu,Ni ,Zn等)【感悟測評】判斷正誤(正確的打“，錯誤的打(1) 合金的成分都是金屬，屬于混合物。(2) 任何不同的金屬都可熔合為合金。(3) 鋼和生鐵的熔點都比純鐵低。(4) 常見的銅合金有青銅、黃銅和白銅。“X”(5) 合金的化學(xué)性質(zhì)一般與其各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)不同。()答案：(1)X (2)X (3)V (4)V (5)X(1)合金屬于混合物。(2)合金具有許多良好的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，在

3、許多方面不低碳鋼：韌性.焊接性好強(qiáng)度低 中碳鋼：強(qiáng)度高韌性及加工性好 嵩碳鋼：碩酣脆熱處理后彈性好 同于其成分金屬，不是簡單的加合，但在化學(xué)性質(zhì)上，一般認(rèn)為合金 體現(xiàn)的是各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)。典題示例考向一合金的性質(zhì)及應(yīng)用1. 2016年在上海首飛的C919大型飛機(jī)采用了大量新材料鋁鋰合金。下列關(guān)于鋁鋰合金的說法不正確的是 （）A .鋁鋰合金是鋁與鋰形成的混合物B.鋁鋰合金的硬度比鋰大C .鋁鋰合金的熔點比鋁低D .鋁鋰合金耐酸堿腐蝕解析：鋁鋰合金中的鋁能與酸和堿反應(yīng)， 鋰能與酸反應(yīng)，故鋁鋰 合金不耐酸堿腐蝕。答案：D2. 2015年6月24日中國載人潛水器“蛟龍”號在西太平洋的馬里亞納海溝試

4、驗海域成功創(chuàng)造了載人深潛新的歷史記錄，首次突破7 000米，最深達(dá)到7 020米海底。“蛟龍”號載人潛水器的外殼是耐超高壓的鈦合金，下列有關(guān)合金的說法中正確的是（）A .鈦合金是一種新型的金屬單質(zhì)B.鈦合金的熔點比成分金屬的低，硬度小C .鈦合金的化學(xué)性質(zhì)與鈦單質(zhì)相同D .青銅、碳素鋼、合金鋼和硬鋁均是合金解析：合金是指兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬熔合而成 的具有金屬特性的物質(zhì)，不屬于新型金屬單質(zhì)，A錯誤；合金的熔點般比成分金屬的熔點低但硬度大，B錯誤；合金的化學(xué)性質(zhì)與其成 分金屬的化學(xué)性質(zhì)是相同的，鈦合金除具備鈦單質(zhì)的性質(zhì)外，還具有其他成分的性質(zhì)，C錯誤。答案：D考向二合金成分的分析3

5、. 取硬鋁樣品進(jìn)行如下實驗（每一步試劑均過量），由此可以推 知硬鋁的組成可能為（）溶液樣品浪ft稀鹽酸1>氣休I難溶物濃柿舊溶液丿溶液A. Al、Mg、Si、ZnB. Al、Fe、Zn、NaC. Al、Na、Cu、Fe解析：硬鋁中一定含有Al，D. Al、Cu、Mg、Si、Mn樣品加入足量稀鹽酸后有難溶物存在，說明有金屬活動性在 H之后的金屬或非金屬存在，再加入濃NaOH溶液后有氣體生成和難溶物存在，根據(jù)題目信息可知硬鋁樣品 中含有Si,最終的難溶物為Cu, D項中含有上述三種物質(zhì)。4.部分氧化的答案：DFe Cu合金樣品（氧化產(chǎn)物為Fe2O3、CuO）共5.76 g,經(jīng)如下處理:樣足量

6、I ( ni稀 H.Sf),標(biāo)準(zhǔn)狀況下V niL氣體f濾液AC不含（M * 址本'小祥叫濾cgMA-體:七2 S過濾下列說法正確的是（）A.濾液A中的陽離子為Fe2+、Fe3+、HB.樣品中Fe元素的質(zhì)量為224 gC .樣品中CuO的質(zhì)量為4.0 g解析：因為氧化性：Fe3+ >Cu2+>H +，還原性：Fe>Cu,有氣體 產(chǎn)生，則該氣體是H2,所以濾液A中陽離子不可能有Fe3+,而是Fe2 +、H +，則A項錯誤；最后的3.2 g固體為Fe2O3,其中Fe元素的質(zhì) 量為2.24 g, B項正確；樣品中Cu元素和O元素共5.76 g 2.24 g =3.52 g,

7、C項錯誤；224 g Fe元素不可能全是單質(zhì)，故生成的 H?標(biāo)準(zhǔn)狀況的體積小于896 mL, D項錯誤。答案：B考點二銅及其化合物1.位置與物理性質(zhì)銅位于元素周期表的第四周期第I B族，主要化合價為+J、土2。銅是紫紅色固體，其導(dǎo)電性僅次于銀。2.化學(xué)性質(zhì)Cu/OHbCOj 分氣中非氧化性叭不反應(yīng)CuClzCiiSE非金屬（Cl?E單質(zhì)'s寫出圖中有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式2CU + O2 + CO2 + H2O=Cu2（OH） 2CO3（綠色固體） S+ 2Cu=Cu2S Cu + 2H2SO4(濃)=CuSO4 + SO2 f+ 2H2O Cu + 2Fe3+ =2Fe2+

8、+ Cu2+3. 銅的重要化合物(1)氧化物和氫氧化物學(xué)式氧化銅CuO難溶于水的黑色固體(粉末)氫氧化銅Cu(OH)2難溶于水的藍(lán)色固體氧化亞銅CU2O不溶于水的紅色固體CuO + 2H + =Cu2+ + H2OCU2O + 2HCuO + H2='Cu(OH) 2+ 2H + =Cu2 + +=Cu2+ + Cu+ H2OCu + H2O2H2OCuO +CO=:Cu(OH)2=CuO + H2OCu2O +H2=2Cu+ H2OCu + CO2(2)CuSO4 5H2O :藍(lán)色晶體，俗稱藍(lán)磯、膽磯。無水CuSO4遇水變藍(lán)色(生成CuSO4 5H2O),可作為水的檢驗依據(jù)。CuSO

9、4和石灰乳的混合液即為無機(jī)農(nóng)藥波爾多液，是一種良 好的殺菌劑，可以用來防治多種作物的病害?！径嗑S思考】1.黃銅和金的顏色均為黃色，如何鑒別？提示：測密度 是否溶于稀硝酸 測硬度2.波爾多液是一種殺菌劑，它是由 CuS04、生石灰和水按一定比例配制而成的天藍(lán)色膠狀懸濁液，其殺菌的可能原因是什么?提示：CuS04是重金屬鹽，能使蛋白質(zhì)變性。3.某研究小組用廢銅粉制取膽磯，設(shè)計了如下幾個實驗方案:濃硫酸加水硫酸銅蒸發(fā)(1)Cu> CuS04 、宀、亠加熱稀釋溶液結(jié)晶CuS04 5H 2O。02稀硫酸蒸發(fā)(2)Cu>Cu0>硫酸銅溶液灼燒結(jié)晶CuS04 5H2O。Cu熱空氣稀硫酸蒸發(fā)

10、結(jié)晶>硫酸銅溶液 > CuS04 5H2O。對三個方案進(jìn)行評價，你認(rèn)為最好的是哪個方案?提示：考點闡釋(1)通常利用反應(yīng)2Cu + 02=2Cu0除去混合氣體中的少量(2)常利用CuS04轉(zhuǎn)化為CuS04 5H2O時固體由白色粉末變成藍(lán)色晶體檢驗少量水的存在。(3)銅在通入氧氣的情況下，可在稀的非氧化性酸 (稀鹽酸、稀硫 酸)中逐漸溶解：2Cu + O2 + 2H 2SO4=2CuSO4 + 2出0。典題示例冷考向一 銅及其化合物的性質(zhì)和應(yīng)用1銅在自然界多以化合態(tài)的形式存在于礦石中。常見的銅礦石有：黃銅礦(CuFeS2)、斑銅礦(CusFeSj、輝銅礦(CU2S)、孔雀石CuC03

11、 Cu(0H)2。下列說法不正確的是A .可用稀鹽酸除去銅器表面的銅綠B.硫酸銅溶液可用作游泳池的消毒劑C .工業(yè)上常采用電解法制取粗銅D .在上述幾種含銅化合物中，銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的是Cu2S答案：C+ 2H +2.已知CuO經(jīng)高溫灼燒生成Cu2O,Cu2O與H +發(fā)生反應(yīng)：Cu2OCu + Cu2 + H2O。將經(jīng)高溫灼燒后的CuO樣品投入足量的熱的稀硝酸溶液中，下列有關(guān)說法中正確的是A .如果溶液變?yōu)樗{(lán)色，同時有紫紅色固體出現(xiàn)，說明樣品全部生成CU2OB.溶液中最終可能有紫紅色固體出現(xiàn)C .該實驗的結(jié)果無法說明 CuO分解的程度D.如果溶液中出現(xiàn)藍(lán)色，最終沒有紫紅色固體出現(xiàn)，說明CuO沒

12、有分解答案：C3.氫化亞銅(CuH)是一種難溶物質(zhì)，用CuSO4溶液和另一種 應(yīng)物”在4050 C時反應(yīng)可生成它。CuH不穩(wěn)定，易分解；“反CuH在氯氣中能燃燒，跟鹽酸反應(yīng)能產(chǎn)生氣體。下列有關(guān)推斷中錯誤的是()A .這里的“另一種反應(yīng)物”具有還原性B. CuH可作氧化劑、還原劑C. CuH + Cl2=CuCI 十 HCI(燃燒)D. CuH + HCI=CuCI + H2 f （常溫）解析：C項中CI2具有強(qiáng)氧化性，產(chǎn)物應(yīng)為 CuCl2和HCI。答案：C考向二 銅的冶煉方法4在實驗室里用鐵屑、氧化銅、稀硫酸為原料制備單質(zhì)銅，有列兩種途徑：H2SO4 CuOFe> H2>CuH2S

13、O4Fe CuO> CuSO4> Cu若用這兩種方法制得等量的銅， 則下列有關(guān)說法符合實際情況的是()A .消耗氧化銅的質(zhì)量相同B.消耗鐵的質(zhì)量相同C .消耗硫酸的質(zhì)量相同D .生成硫酸亞鐵的質(zhì)量相同解析：制備1 mol Cu需要1 mol CuO ,而H2還原CuO時需要 先用H2排除體系內(nèi)的空氣，冷卻時也需要繼續(xù)通 H2，因此需要H2的量遠(yuǎn)大于1 mol,即消耗的Fe、H2SO4均比第種方法多。答案： A5.孔雀石的主要成分為Cu2（OH）2CO3。某同學(xué)設(shè)計的從孔雀石中冶煉銅的方案如下 （假設(shè)孔雀石中雜質(zhì)不溶于水和稀硫酸 ）：足量金屬粉末孔雀石粉碎師過踰硫酸詢液操作"

14、;（1）反應(yīng)能觀察到的現(xiàn)象是 有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為i(b（2）反應(yīng)加入的金屬可能是 為,有關(guān)反應(yīng)的離子方程式解析：（1）孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐漸溶解，溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色，且有氣泡產(chǎn)生；反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu2（OH）2CO3+ 2H2SO4=2CuSO4 + CO2 f +彳出。經(jīng)過濾除去難溶于水和稀 硫酸的雜質(zhì)，是濾液中主要含有 CuSO4，加入的金屬粉末能將Cu2+從溶液中置換出來即可，故金屬可能是 Fe或Zn等。答案：（1）固體逐漸消失，溶液由無色變成藍(lán)色，有氣泡產(chǎn)生CU2（OH）2CO3 + 2H2SO4=2CuSO4 + CO 2 f + 3戰(zhàn)0鐵粉（答案合理即可）Fe+

15、 Cu2+=Fe2 + + Cu考向三 銅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系6. （2018邯鄲調(diào)研）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(chǎn) CuCl2 2H2O晶體的工藝流程如下：F列說法正確的是（）A .焙燒過程中每消耗1 mol CuS則消耗3 mol 02B.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CuCl2 2H2O晶體加熱可制得CuCl2固體高溫解析：A 項，2CuS + 3O2=2CuO + 2SO2，由方程式可知，1 mol CuS消耗1.5 mol 02; B項，廢氣中含有S02,能使酸性高錳酸 鉀溶液褪色，正確；調(diào)

16、節(jié) pH時，F(xiàn)e3+水解轉(zhuǎn)化為Fe(0H)3而除去， 因而C項錯誤；將CuCl2 2H2O直接加熱脫水，Cu2"水解，HCl揮 發(fā)產(chǎn)生Cu(OH) 2,無法得到CuCl2，因而D項錯誤。答案：B考點三金屬礦物的開發(fā)和利用知識整合1. 金屬在自然界中的存在金、鈉等極少數(shù)金屬在金屈化合物中'金屬元素都顯正價2. 金屬冶煉的一般步驟(M)CZ> lcz> 13. 金屬冶煉的方法(用化學(xué)方程式表示)MgCl2（熔融）電解 2Na+Cl2 f 2Al2O3（熔融）電解 Mg+CI 2 f電解冰晶石4AI+3O2f2Al2O3（熔融）Fe2O3+3CO 高溫 2Fe+3CO2

17、 fC+2CU0 高溫 2Cu+CO2f»N扒2N宜門（熔融）2Na+C14 由鯉AMg:M肌以熔融）Mg+ClJF1:2A1D（熔融）=4AU3O,t冰晶石熱還原法£i2Fe+3CO2高爐煉鐵：止20尹3C0A 焦炭還原制銅：C+2CiiO= 2CIJ+C0, t*Hg： 2HgO= 2Hg+O2fAg: 2Ag0 4Ag+O2t4.鋁熱反應(yīng)實驗鎂帶：為鋁熱反應(yīng)的起始反應(yīng)提供 高溫條件，作引發(fā)劑=(裝置鎂帶劇烈燃燒，放出一定的熱，并發(fā)出耀眼的白光,實驗現(xiàn)象氧化鐵和鋁粉在較高溫度下發(fā)生劇烈的反應(yīng);紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中實驗結(jié)論原理應(yīng)用高溫下，鋁與氧化鐵發(fā)生反應(yīng)

18、，放出大量的熱，反應(yīng)的高溫化學(xué)方程式為 2AI + Fe2O3=AI2O3 + 2Fe 制取熔點較高、活潑性弱于 AI的金屬鉻、錳、鎢等; 金屬焊接，如野外焊接鋼軌等【多維思考】1.冶煉Mg時只能電解MgCI2，為什么不電解 MgO? 提示：MgO熔點太高，難熔化。2.冶煉Al時只能電解AI2O3,為什么不電解 AICI3?加入冰晶石的目的是什么?提示：AICI3是共價化合物，熔融時不導(dǎo)電，加入冰晶石的目的是降低AI2O3的熔化溫度。3. 鋁熱反應(yīng)的本質(zhì)是利用鋁的還原性，是否所有的金屬氧化物都能和鋁發(fā)生鋁熱反應(yīng)?提示：否，判斷鋁熱反應(yīng)能否發(fā)生，應(yīng)看金屬的活動性?？键c闡釋pg1.金屬的活動性與冶

19、煉方法的選擇金屬活 動性順序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、 Pb(H)、CuHg、Ag冶煉方法電解法熱還原法熱分解法2鋁熱反應(yīng)的三個注意事項(1) 鋁熱反應(yīng)是在高溫干態(tài)下進(jìn)行的置換反應(yīng)，鋁只能與排在金屬活動性順序中鋁后的金屬的氧化物反應(yīng)。(2) 鋁熱反應(yīng)常出現(xiàn)在推斷題中。(3) 鋁熱反應(yīng)不能用來冶煉大量的金屬鐵、銅等(要考慮冶煉成本)。典題示例考向一金屬冶煉原理1.工業(yè)上由含釩、鉻和錳的礦物冶煉難熔的金屬釩、鉻和錳,通常采用的方法是()A .碳還原法B.鋁熱法還原C .直接加熱法D .鹽的水溶液與活潑金屬置換法 解析：冶煉難熔金屬通常用鋁熱法還原。答案：B2.F列金屬冶煉的反應(yīng)原

20、理中錯誤的是()電解MgCl2(熔融)=Mg + Cl21B.AI2O3 + 3H 2=2Al + 3H 2。咼溫C. Fe2O3 + 3CO=2Fe + 3CO2D. 2Ag2O=4Ag + O2 f解析：Al活動性比H2強(qiáng)，不能用H2還原法進(jìn)行冶煉，而應(yīng)用電解法進(jìn)行冶煉。答案：B考向二鋁熱反應(yīng)及應(yīng)用B.該反應(yīng)會產(chǎn)生高溫，發(fā)出強(qiáng)光C .根據(jù)鋁熱反應(yīng)的原理，可以冶煉某些金屬D .若反應(yīng)中轉(zhuǎn)移3 mol電子，消耗氧化劑的物質(zhì)的量是1 mol解析：A項，鋁是活潑金屬，高溫條件下可置換出氧化鐵中的鐵,正確；B項，鋁熱反應(yīng)放出大量的熱，產(chǎn)生高溫、發(fā)出強(qiáng)光，正確;C項，高熔點的金屬可采用鋁熱法冶煉，正確

21、； D項，鐵元素的化合價從+ 3價降低到0價，因此1 mol Fe2O3在反應(yīng)中得到6 mol電子,則若反應(yīng)中轉(zhuǎn)移3 mol電子，貝昨肖耗氧化劑的物質(zhì)的量是 05 mol,錯誤。答案：D4. 把鋁粉和四氧化三鐵粉末配成鋁熱劑，分成兩等份。第一份在高溫下恰好完全反應(yīng)，然后將生成物和足量鹽酸反應(yīng)；第二份直接投入足量的NaOH溶液中，充分反應(yīng)。則前后兩種情況下生成氣體的體積之比是（相同狀態(tài)下）（）B. 9 : 8解析：根據(jù)鋁粉和四氧化三鐵恰好完全反應(yīng)可得,Fe3O4 與 Al（1）儀器X的名稱是O的物質(zhì)的量之比為3 : 8,故反應(yīng)后的鐵粉和反應(yīng)前鋁粉的物質(zhì)的量之比為9 : 8,再通過鐵粉與鹽酸的反應(yīng)

22、，以及鋁粉與 NaOH溶液的反應(yīng)可知，生成氣體的體積之比為9 : 12,即3 ： 4。答案：CI為J；*題逋關(guān)1. （2016四川理綜）CuCI廣泛應(yīng)用于化工和印染等行業(yè)。 某研究 性學(xué)習(xí)小組擬熱分解 CuCl2 2H2O制備CuCI，并進(jìn)行相關(guān)探究。CuCk - 2H2（）丫化CuCh丄"" JcuCl + Cb資料查閱140900 VCu2（ o H）2 c U c （）實驗探究該小組用下圖所示裝置進(jìn)行實驗（夾持儀器略）氣休入口CuCli - 2吐0AC無水CuSOi<濕潤藍(lán)色aOlT請回答下列問題:亍e(填操作的編號)。(2)實驗操作的先后順序是a-_a.檢查裝

23、置的氣密性后加入藥品 b.熄滅酒精燈，冷卻C.在“氣體入口”處通入干燥 HCI d點燃酒精燈，加熱 e.停止通入HCI，然后通入N2(3) 在實驗過程中,觀察到 B 中物質(zhì)由白色變?yōu)樗{(lán)色, C 中試紙 的顏色變化是(4) 裝置 D 中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的離子方程式是探究反思(5) 反應(yīng)結(jié)束后, 取出 CuCI 產(chǎn)品進(jìn)行實驗, 發(fā)現(xiàn)其中含有少量的CuCl2或CuO雜質(zhì)。根據(jù)資料信息分析：若雜質(zhì)是CuCl2,則產(chǎn)生的原因是若雜質(zhì)是CuO,則產(chǎn)生的原因是 解析： (1)根據(jù)儀器 X 的構(gòu)造特點知其名稱為干燥管；(2)加熱CuCl2 2H2O制備CuCI，為防止生成的 CuCI被空氣中 的氧氣氧化和C

24、u"水解，必須要先通入干燥的 HCI氣體趕走裝置中 的空氣再加熱,且要在 HCl 氣流中加熱制備,反應(yīng)結(jié)束后先熄滅酒精燈,繼續(xù)通入氮氣直至裝置冷卻,所以操作順序為：acdbe；(3)B中有白色變?yōu)樗{(lán)色，說明有水生成，產(chǎn)物中還有CI2,所以C 中石蕊試紙先逐漸變?yōu)榧t色,后褪色；(4)D中是CI2和NaOH反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，反應(yīng) 的離子方程式為：Cl2 + 2OH - =C+ CIO + H2O;(5)根據(jù)題給信息知若雜質(zhì)是 CuCl2，說明CuCl2沒能完全反應(yīng), 原因為加熱時間不足或溫度偏低；若雜質(zhì)是氧化銅，說明 CuCI2水解生成Cu2(OH) 2CI2,進(jìn)一步分解生成 CuO，原因是通入HCI的量不足。答案：干燥管 (2)cdb (3)先變紅，后褪色 (4)Cl2 + 2OH - =C+ CIO+ H2O(5)加熱時間不足或溫度偏低通入HCI的量不足2. (2015天津理綜)廢舊印刷電路板是一種電子廢棄物，其中銅的含量達(dá)到礦石中的幾十倍。濕法技術(shù)是將粉碎的印刷電路板經(jīng)溶解、萃取、電解等操作得到純銅等產(chǎn)品。某化學(xué)小組模擬該方法回收銅和制取膽磯，流程簡圖如下:Cii等膽磯回答下列問題:(1)反應(yīng)I是將Cu轉(zhuǎn)化為cu(nh3)4+，反應(yīng)中H2O2的作用是。寫出操作的名