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)。2了解合金的概念及重要應用。 考綱要3. 了解常見金屬的活動順序及金屬冶煉的一般方 求法。4了解化學科學發(fā)展對自然資源開發(fā)利用的作用考點一合金及常見金屬材料知識整合1. 合金由兩種或兩種以上的金屬(或金屈坊E金屈)熔合而成 的具有金屬轄性的物質(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厲的硬度史2. 常見金屬材料金屬材料黑色金屬材料鐵、鎰、鋸以及它們的合金有色金屬材料除黑色金屬以外的其他各種金屬及苴介金(1)鋼鐵廠低碳鋼：韌性、焊接性好,強度低 碳素鋼I中碳鋼：強度高，韌性及

2、加工性好匚爲碳鋼：硬而脆，熱處理后彈性好,具有各種不同的優(yōu)良性能，用于制不 合金鋼一門"銹鋼及各種特種鋼廠種類 硅鋁合金、鎂鋁合金、硬鋁等 鋁合金I特性:密度小強度高，塑(造)性好易于加工1-用途：建筑業(yè)、容器包裝業(yè)、交通運輸業(yè)等I青銅(主要含Cu.SnsPb)我國最甲使川 銅合金黃銅(主更含(hi sZn等) |I-白銅(主要含等)【感悟測評】判斷正誤(正確的打“，錯誤的打“X” )(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。()(5) 合金的化學性質(zhì)一般與其各成

3、分金屬的化學性質(zhì)不同。()答案： x (2)X (3)V (4)V (5)X考點闡釋(1)合金屬于混合物(2)合金具有許多良好的物理、化學和機械性能，在許多方面不 同于其成分金屬，不是簡單的加合，但在化學性質(zhì)上，一般認為合金 體現(xiàn)的是各成分金屬的化學性質(zhì)。典題示例考向一合金的性質(zhì)及應用1. 2016年在上海首飛的C919大型飛機采用了大量新材料鋁鋰合金。下列關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， 鋰能與酸反應，故鋁鋰 合金不耐酸堿腐蝕。答案：D2. 201

4、5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，最深達到7 020米海底?！膀札垺碧栞d人潛水器的外殼是 耐超高壓的鈦合金，下列有關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 一般比成分金屬的熔點低但硬度大，B錯誤；合金的化學性質(zhì)與其成 分金屬的化學性質(zhì)是相同的，鈦合金除具備鈦單

5、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. 取硬鋁樣品進行如下實驗（每一步試劑均過量），由此可以推 知硬鋁的組成可能為（）樣品溶液足量稀鹽酸SQ偉溶物濃溶液:氣體Y溶液難溶物A. Al、Mg、Si、ZnC. Al、Na、Cu、FeB. Al、Fe、Zn、NaD. Al、Cu、Mg、Si、Mn解析：硬鋁中一定含有Al，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)。答案：D4.部分氧化的Fe Cu合金樣

6、品（氧化產(chǎn)物為Fe2O3、CuO）共5.76 g,經(jīng)如下處理:樣足量1 i nil稀 H2SO4f標準狀況F V mb氣體f濾渣3.2 gP液A（梧。嚴）牛怦濾渣筈周體3.2 g灼燒過濾下列說法正確的是（）A.濾液A中的陽離子為Fe2十、Fe3+> HB.樣品中Fe元素的質(zhì)量為2.24 gC .樣品中CuO的質(zhì)量為4.0 gD. V = 896解析：因為氧化性：Fe3+ >Cu2+>H十，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十，則A項錯誤；最后的3.2 g固體為Fe2O3，其中Fe元素的質(zhì) 量

7、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, C項錯誤；2.24 g Fe元素不可能全是單質(zhì)，故生成的 H? 標準狀況的體積小于896 mL, D項錯誤。答案：B考點二銅及其化合物知識整合1. 位置與物理性質(zhì)B族，主要化合價為七、土2銅位于元素周期表的第四周期第I銅是紫紅色固體，其導電性僅次于銀。2. 化學性質(zhì)Cu2(OH)2CO3 . 仝氣中非氧化性酸士匕宀CuCL非金屬氧化性酸-C0+非金（濃H2SO4）屬氧化物IB；嚴寫出圖中有關反應的化學方程式或離子方程式2Cu + O2 + CO2 + H2O=Cu2（OH） CO3（綠色固體） S

8、+ 2Cu=Cu2S Cu + 2H2SO4(濃)=CuS04 + SO2 f+ 2出0 Cu + 2Fe3+ =2Fe2+ + Cu2+3. 銅的重要化合物(1) 氧化物和氫氧化物物質(zhì)氧化銅氫氧化銅氧化亞銅化學式Cu0Cu(0H)2Cu2。狀難溶于水的黑難溶于水的不溶于水的態(tài)色固體（粉末）藍色固體紅色固體化學性質(zhì)Cu0 + 2H + =Cu2+ + 出0Cu0 + H2Cu(0H) 2+ 2H + =Cu2 + +CU2O + 2H=Cu2+ + Cu+ H2OCu + H 2。Cu0 +2出0Cu(0H)2CU2。+C 11 1 cH2CO2Cu+ H2OCu + CO2（2）CuSO4

9、5H2O :藍色晶體，俗稱藍磯、膽磯。無水CuS04遇水變藍色（生成CuS04 5出0）,可作為水的檢驗依據(jù)。CuS04和石灰乳的混合液即為無機農(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【多維思考】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，設計了如下幾個實驗方案：濃硫酸加水硫酸銅蒸發(fā)(1)Cu> CuS04>> CuS04 5H2O

10、。加熱稀釋溶液結晶02稀硫酸蒸發(fā)(2)Cu>Cu0> 硫酸銅溶液> CuS04 5出0。灼燒結晶Cu(3)執(zhí)空氣八、 I A Q稀硫酸蒸發(fā)結晶>硫酸銅溶液 > CuS04 5出0。對三個方案進行評價，你認為最好的是哪個方案?提示：(3)考點闡釋(1)通常利用反應2Cu + 02=2Cu0除去混合氣體中的少量。2 °(2)常利用CuS04轉(zhuǎn)化為CuS04 5出0時固體由白色粉末變成藍 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 + 02 + 2H 2S04=2CuS04 + 2出0 

11、6;典題示例考向一 銅及其化合物的性質(zhì)和應用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（CS）、孔雀石 CUCO3 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)量分數(shù)最高的是CU2S答案：C2. 已知CuO經(jīng)高溫灼燒生成CU2O,CU2O與H +發(fā)生反應：CU2O+ 2H +Cu + Cu2 十+ 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 列有關說法中正確的是（）A .如

12、果溶液變?yōu)樗{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 .該實驗的結果無法說明 CuO分解的程度D.如果溶液中出現(xiàn)藍色，最終沒有紫紅色固體出現(xiàn)，說明CuO 沒有分解答案：C3. 氫化亞銅（CuH）是一種難溶物質(zhì)，用CuSO4溶液和另一種“反 應物”在4050 C時反應可生成它。CuH不穩(wěn)定，易分解；CuH 在氯氣中能燃燒，跟鹽酸反應能產(chǎn)生氣體。下列有關推斷中錯誤的是（ ）A .這里的“另一種反應物”具有還原性B. CuH可作氧化劑、還原劑C. CuH + Cb=CuCI 十 HCI（燃燒）D. CuH + HCI=CuCI + H2 f （常溫）解

13、析：C項中Cl2具有強氧化性，產(chǎn)物應為 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 下列兩種途徑：H2SO4 CuO Fe> H2>CuH2SO4Fe CuO> CuSO4> Cu若用這兩種方法制得等量的銅， 則下列有關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 ,而出還原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 的量遠大于1 mol,即消耗的F

14、e、H2SO4均比第種方法多。答案： A5.孔雀石的主要成分為Cu2（OH）2CO3。某同學設計的從孔雀石 中冶煉銅的方案如下 （假設孔雀石中雜質(zhì)不溶于水和稀硫酸 ）：足臺金屬粉未孔雀石粉碑丿川過星稀硫酸（1）反應能觀察到的現(xiàn)象是 ,有關反應的化學方程式為（2）反應加入的金屬可能是，有關反應的離子方程式為解析：（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{色，且有氣泡產(chǎn)生；反應的化學方程式為Cu2（OH）2CO3+ 2H2SO4=2CuSO4 + CO2 f + 3出0。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

15、來即可，故金屬可能是 Fe或Zn等。答案：（1）固體逐漸消失，溶液由無色變成藍色，有氣泡產(chǎn)生Cu2（OH）2CO3 + 2H2SO4=2CuSO4 + CO? f + 3戰(zhàn)0（2）鐵粉（答案合理即可）Fe+ Cu2+=Fe2 + + Cu考向三 銅及其化合物的轉(zhuǎn)化關系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) CUCI2 2H2O晶體的工藝流程如下:空氣鹽酸-»*CuU2-2H2O廢氣濾渣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

16、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 O2; B項，廢氣中含有SO2,能使酸性高錳酸 鉀溶液褪色，正確；調(diào)節(jié) pH時，F(xiàn)e3+水解轉(zhuǎn)化為Fe(OH)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在金屈化合物中，金屬元素都顯巫價金、鉗等極少數(shù)金屬3.金屬冶煉的方法(用化學方程式表示)MgCW（熔融）電解 2

17、Na+CW f 2ABO3（熔融）電解 Mg+Cl 2 f電解2Al2O3（熔融）冰晶右 4AI+3O2 fFe2O3+3CO 高溫 2Fe+3CO2 fC+2CuO 高溫 2Cu+CO2f熔融）2Na+Cl2f"MfMgCld 熔融）=Mg+ClJ*Al:2Aied 熔融）電解冰晶石4A1+3O2高溫高爐煉鐵：Fe2O+3CO =2Fe+3CO2高溫a焦炭還原制銅：C+2CuO 2Cu+C6 f-Hg： 2HgO= 2Hg+O21 »Ag: 2Ag 0 = 4Ag+O2f4.鋁熱反應實驗裝置nZr-鎂帶：為鋁熱反應的起始反應提供 高溫條件，作引發(fā)劑嚴丄氯酸鉀：為鎂條繼續(xù)燃

18、燒提供氧氣 號一氧化鐵和鋁粉的混合物/K1實驗現(xiàn)象 鎂帶劇烈燃燒，放出一定的熱，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； 紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中實驗結論咼溫下，鋁與氧化鐵發(fā)生反應，放出大量的熱，反應的高溫化學方程式為2AI + Fe2O3SI2O3+ 2Fe原理應用 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MgCW，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

19、時不導電，加入冰晶石的目的 是降低AI2O3的熔化溫度。3. 鋁熱反應的本質(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？提示：否，判斷鋁熱反應能否發(fā)生，應看金屬的活動性?？键c闡釋1. 金屬的活動性與冶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鋁熱反應的三個注意事項（1）鋁熱反應是在高溫干態(tài)下進行的置換反應，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。（2）鋁熱反應常出現(xiàn)在推斷題中。（3）鋁熱反應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)

20、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. 下列金屬冶煉的反應原理中錯誤的是（）電解A. MgC*（熔融）=Mg +B. AI2O3 + 3H2=2AI + 3出0高溫C. Fe2O3 + 3CO=2Fe + 3CO2D. 2Ag2O=4Ag + 02 f解析：Al活動性比H2強，不能用H2還原法進行冶煉，而應用 電解法進行冶煉。答案：B考向二鋁熱反應及應用B.該反應會產(chǎn)生高溫，發(fā)出強光C .根據(jù)鋁熱反應的原理，可以冶煉某些金屬D .若反應中轉(zhuǎn)

21、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，鋁熱反應放出大量的熱，產(chǎn)生高溫、發(fā)出強光，正確； C項，高熔點的金屬可采用鋁熱法冶煉，正確； D項，鐵元素的化合 價從+ 3價降低到0價，因此1 mol FezOs在反應中得到6 mol電子， 則若反應中轉(zhuǎn)移3 mol電子，貝卩消耗氧化劑的物質(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，然后將生成物和足量鹽酸反應；第二份直接 投入足量的NaOH溶液中，充分反應。則前后兩種情況下生成氣體 的體積之比是

22、（相同狀態(tài)下）（）A. 1 : 1B. 9 : 8解析：根據(jù)鋁粉和四氧化三鐵恰好完全反應可得，F(xiàn)esO4與Al的物質(zhì)的量之比為3 : 8,故反應后的鐵粉和反應前鋁粉的物質(zhì)的量 之比為9 : 8,再通過鐵粉與鹽酸的反應，以及鋁粉與 NaOH溶液的反應可知，生成氣體的體積之比為9 : 12,即3 : 4答案：C|拓箱真題逋關一舟1. （2016四川理綜）CuCI廣泛應用于化工和印染等行業(yè)。 某研究 性學習小組擬熱分解 CuCl2 2H2O制備CuCI，并進行相關探究。資料查閱CuC12 2H2O140 V尸300+ Cl2200 °C(°H)少 Cl 少 Cu()實驗探究該小組

23、用下圖所示裝置進行實驗（夾持儀器略）氣體人口CuClj *IShOII 溶液請回答下列問題：（1）儀器X的名稱是(2) 實驗操作的先后順序是a亍e(填操作的編號)。a. 檢查裝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 HCId. 點燃酒精燈，加熱e. 停止通入HCI，然后通入 2(3) 在實驗過程中，觀察到 B 中物質(zhì)由白色變?yōu)樗{色， C 中試紙的顏色變化是 。_(4) 裝置 D 中發(fā)生的氧化還原反應的離子方程式是 探究反思(5) 反應結束后， 取出 CuCI 產(chǎn)品進行實驗， 發(fā)現(xiàn)其中含有少量的 CuCI2 或 CuO 雜質(zhì)。根據(jù)資料信息分析：若雜質(zhì)是CuCl2,則

24、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Cu +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 HCI 氣流中加熱制備，反應結束后先熄滅酒 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{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CW和NaOH反應生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，反應 的離子方程式為：C12 + 2OH - =C+ ClO _

25、+出0;(5) 根據(jù)題給信息知若雜質(zhì)是 CuCl2，說明CuCl2沒能完全反應, 原因為加熱時間不足或溫度偏低；若雜質(zhì)是氧化銅，說明 CuCl2 水解生成Cu2(OH) 2CI2,進一步分解生成 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) CI2 + 2OH - =C+ CIO _ + H20(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 的含量達到礦石中的幾十倍。濕法技術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。某化學小組模擬該方法回收銅和 制取膽磯，流程簡圖如下：Cu等腮磯回答下列問題：(1) 反應I是將 Cu轉(zhuǎn)化為Cu(NH3)2 +，反應中H2O2的作用是。寫出操作的名稱：