第09講-金屬材料與金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用(講義)(原卷版)

第09第09講金屬材料與金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用考綱要求：考綱要求：1．了解常見(jiàn)金屬活動(dòng)順序。2．了解合金的概念及重要應(yīng)用。3．了解銅及其重要化合物的主要性質(zhì)及其應(yīng)用?？键c(diǎn)一銅及其化合物1．單質(zhì)銅(1)物理性質(zhì)：紫紅色固體，具有良好的延展性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。(2)化學(xué)性質(zhì)寫(xiě)出圖中有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式：①化學(xué)方程式：2Cu＋O2＋CO2＋H2O=Cu2(OH)2CO3。②化學(xué)方程式：2Cu＋Seq\o(=,\s\up7(△))Cu2S。③與氧化性酸反應(yīng)與濃硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式：3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O與濃硝酸反應(yīng)的離子方程式：Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O④與鹽溶液反應(yīng)(寫(xiě)離子方程式)與AgNO3溶液反應(yīng)的離子方程式：Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋與FeCl3溶液反應(yīng)的離子方程式：Cu＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Cu2＋2．銅的重要化合物(1)氧化銅和氧化亞銅名稱氧化銅氧化亞銅顏色黑色磚紅色與酸反應(yīng)(H＋)CuO＋2H＋=Cu2＋＋H2OCu2O＋2H＋=Cu2＋＋Cu＋H2O與H2反應(yīng)CuO＋H2eq\o(=,\s\up7(△))Cu＋H2OCu2O＋H2eq\o(=,\s\up7(△))2Cu＋H2O轉(zhuǎn)化關(guān)系4CuOeq\o(=,\s\up7(高溫))2Cu2O＋O2↑3．氫氧化銅(1)物理性質(zhì)：藍(lán)色不溶于水的固體。(2)化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用：4．銅鹽(1)Cu2(OH)2CO3的名稱為堿式碳酸銅，是銅綠的成分，是銅在潮濕的空氣中被腐蝕的結(jié)果，其受熱分解的化學(xué)方程式為Cu2(OH)2CO3eq\o(=,\s\up7(△))2CuO＋H2O＋CO2。(2)CuSO4·5H2O為藍(lán)色晶體，俗稱藍(lán)礬、膽礬，其受熱分解的化學(xué)方程式為CuSO4·5H2Oeq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋5H2O，藍(lán)色晶體受熱轉(zhuǎn)化為白色粉末。無(wú)水CuSO4遇水變藍(lán)色(生成CuSO4·5H2O)，可作為檢驗(yàn)水的依據(jù)。(3)銅鹽溶液有毒，主要是因?yàn)镃u2＋作為一種重金屬離子能與蛋白質(zhì)作用，使蛋白質(zhì)變性失去生理活性，因此可將膽礬、熟石灰、水配成波爾多液，用來(lái)殺滅植物的病毒。5．銅的冶煉(1)濕法煉銅：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu。(2)高溫?zé)掋~：工業(yè)上用高溫冶煉黃銅礦的方法獲得銅(粗銅)：2CuFeS2＋4O2eq\o(=,\s\up7(800℃))Cu2S＋3SO2＋2FeO(爐渣)2Cu2S＋3O2eq\o(=,\s\up7(1200℃))2Cu2O＋2SO22Cu2O＋Cu2Seq\o(=,\s\up7(1200℃))6Cu＋SO2↑粗銅中銅的含量為99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等雜質(zhì)，粗銅通過(guò)電解精煉可得到純度達(dá)99.95%～99.98%的銅。電解精煉銅的原理是用粗銅作陽(yáng)極，銅在陽(yáng)極上失電子變?yōu)镃u2＋，用純銅棒作陰極，Cu2＋在陰極上得電子生成銅。基礎(chǔ)通關(guān)練基礎(chǔ)通關(guān)練1．焊接兩根漆包銅線(銅線表面有絕緣油漆)的操作是：①先把漆包銅線放在火上灼燒，②立即在酒精中蘸一下，③然后焊接銅線頭。有關(guān)敘述正確的是A．①中只有銅發(fā)生了氧化反應(yīng)B．②中的乙醇做溶劑C．經(jīng)歷①②的變化后銅線的質(zhì)量不變D．長(zhǎng)期使用后的酒精會(huì)有香味2．下列有關(guān)物質(zhì)的用途與化學(xué)原理具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的是選項(xiàng)用途化學(xué)原理A用氫氟酸雕刻玻璃氫氟酸顯弱酸性B用FeCl3溶液蝕刻印刷電路板FeCl3溶液顯酸性C用SiO2制造坩堝SiO2熔點(diǎn)高D用HNO3制備硝酸銨HNO3具有強(qiáng)氧化性A．A B．B C．C D．D3．2022年春晚上，《只此青綠》驚艷了許多觀眾，生動(dòng)還原了北宋名畫(huà)——《千里江山圖》。下列說(shuō)法合理的是A．《千里江山圖》中青色來(lái)自藍(lán)銅礦顏料[]可表示為B．《千里江山圖》中綠色顏料銅綠的主要成分是氫氧化銅C．《千里江山圖》中的紅色來(lái)自赭石(Fe2O3)，其性質(zhì)穩(wěn)定，不易被空氣氧化D．《千里江山圖》的畫(huà)布材質(zhì)為麥青色的蠶絲織品——絹，絹的主要成分是纖維素4．向2mL0.2mol/LCuSO4溶液中滴加0.2mol/LNa2SO3溶液時(shí)溶液變綠，繼續(xù)滴加產(chǎn)生棕黃色沉淀，經(jīng)檢驗(yàn)棕黃色沉淀中不含。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究棕黃色沉淀的成分。實(shí)驗(yàn)1：向棕黃色沉淀中加入稀硫酸，觀察到溶液變藍(lán)，產(chǎn)生紅色固體實(shí)驗(yàn)2：已知：，(白色)。下列同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析正確的是A．實(shí)驗(yàn)1中加入稀后溶液變藍(lán)可證實(shí)棕黃色沉淀中含有B．實(shí)驗(yàn)2中加入KI溶液后產(chǎn)生白色沉淀，可證實(shí)棕黃色沉淀中含有C．實(shí)驗(yàn)2中加入淀粉溶液后無(wú)明顯現(xiàn)象，說(shuō)明不存在D．在的存在下，與發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生CuI沉淀和，說(shuō)明棕黃色沉淀中含有和5．部分含銅物質(zhì)的分類與相應(yīng)化合價(jià)關(guān)系如圖所示。下列推斷錯(cuò)誤的是A．d的代表物質(zhì)高銅酸鉀具有強(qiáng)氧化性 B．將c加入濃堿液中可制得e的膠體C．的轉(zhuǎn)化可用于檢驗(yàn)葡萄糖 D．存在的轉(zhuǎn)化關(guān)系(1)通常利用反應(yīng)：2Cu＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CuO除去混合氣體中的少量O2。(2)Cu與稀H2SO4不反應(yīng)，但在通入O2的條件下，Cu可在稀H2SO4中逐漸溶解：2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O。(3)無(wú)水CuSO4只能作為檢驗(yàn)水的試劑，不能作為水蒸氣的吸收試劑而用于除雜。(4)銅為變價(jià)金屬，與Cl2反應(yīng)生成CuCl2，與S反應(yīng)生成Cu2S，由此可知氧化性：Cl2>S。(5)區(qū)別紅色物質(zhì)Cu和Cu2O的方法向紅色物質(zhì)中加入稀硫酸，若溶液由無(wú)色變成藍(lán)色，則該紅色物質(zhì)為Cu2O，否則為Cu。反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu2O＋H2SO4=CuSO4＋Cu＋H2O。查缺補(bǔ)漏練查缺補(bǔ)漏練1．某同學(xué)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象ⅰ將銅粉加入試管中，再加入稀溶液變藍(lán)，液面上方呈淺紅棕色；至不再產(chǎn)生氣泡時(shí)，銅粉有剩余，余液呈酸性ⅱ繼續(xù)向ⅰ中試管加入少量固體又產(chǎn)生氣泡，銅粉減少，液面上方呈淺紅棕色ⅲ取飽和溶液，加入少量固體和銅粉無(wú)明顯變化下列說(shuō)法不正確的是A．氧化性的強(qiáng)弱與其濃度大小有關(guān)B．ⅰ、ⅱ中銅粉減少的原因能用相同的離子反應(yīng)解釋C．ⅰ中余液呈酸性的主要原因是D．用一定濃度的與也能使銅粉溶解2．CuSO4是一種重要的化工原料，有關(guān)制備途徑及性質(zhì)如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．途徑①所用混酸中H2SO4與HNO3物質(zhì)的量之比最好是1:1B．生成等量的硫酸銅，三個(gè)途徑中參加反應(yīng)的硫酸的物質(zhì)的量：①=②<③C．硫酸銅在1100℃分解反應(yīng)的方程式可能為2CuSO4Cu2O+SO2↑+SO3↑+O2↑D．Y為葡萄糖或甲酸甲酯，均可實(shí)現(xiàn)這一步的轉(zhuǎn)化3．下列轉(zhuǎn)化不能通過(guò)一步實(shí)現(xiàn)的是（）A．FeFe3O4 B．AlNaAlO2C．CuCuSO4 D．CuCuS4．C和CuO在高溫下反應(yīng)生成Cu、Cu2O、CO2、CO。現(xiàn)將1g碳粉跟8gCuO混合，在硬質(zhì)試管中隔絕空氣高溫加熱，將生成的氣體全部通入足量NaOH溶液中，并收集殘余的氣體，測(cè)得溶液增加的質(zhì)量為1.1g，殘余氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為560mL。下列說(shuō)法不正確的是A．反應(yīng)后硬質(zhì)試管中碳粉有剩余B．反應(yīng)后生成Cu2O為0.025molC．該氧化還原反應(yīng)共轉(zhuǎn)移電子0.2molD．反應(yīng)后硬質(zhì)試管中剩余的固體混合物的總質(zhì)量為7.2g5．已知在酸性條件下能發(fā)生下列反應(yīng)：Cu＋→Cu＋Cu2＋（未配平）。NH4CuSO3與足量的10mol?L?1硫酸溶液混合微熱，產(chǎn)生下列現(xiàn)象：①有紅色金屬生成；②有刺激性氣味氣體產(chǎn)生；③溶液呈藍(lán)色。據(jù)此判斷下列說(shuō)法一定合理的是A．該反應(yīng)顯示硫酸具有酸性B．NH4CuSO3中硫元素被氧化C．刺激性氣味的氣體是氨氣D．反應(yīng)中硫酸作氧化劑廢銅綜合利用常見(jiàn)化工流程能力提升練能力提升練1．某小組利用含銅刻蝕廢液制備無(wú)水，并電解飽和溶液探究其陰極產(chǎn)物以便回收銅。I．制備無(wú)水。制備流程如下：(1)實(shí)驗(yàn)室中，“結(jié)晶”時(shí)使用的陶瓷儀器是_______，“脫水”最適宜的方法為_(kāi)______。(2)已知“過(guò)濾”后的濾液中主要溶質(zhì)為，則“反應(yīng)①”的離子方程式為_(kāi)______。II．探究電解飽和溶液的陰極產(chǎn)物。用下圖所示裝置電解飽和溶液，一段時(shí)間后，觀察到陰極電極表面附著白色固體，電極底部有少量紅色固體生成，電極附近的溶液呈“黑色”。(3)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)白色固體是CuCl。則生成CuCl的陰極電極反應(yīng)為_(kāi)______。(4)為抑制陰極副反應(yīng)的發(fā)生，該小組繼續(xù)探究影響CuCl固體析出量的因素，實(shí)驗(yàn)如下：編號(hào)電解液陰極電極析出固體量白色固體紅色固體15%溶液無(wú)較多215%溶液少量較多3飽和溶液較多少4飽和溶液，適量鹽酸無(wú)較多實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，為減少電解過(guò)程中CuCl的析出，可采取的措施有_______、_______。(5)為探究溶液呈“黑色”的原因，該小組查閱含銅物質(zhì)的顏色后有如下猜想：猜想1：“黑色”物質(zhì)是細(xì)小的CuO粉末；猜想2：“黑色”物質(zhì)是納米銅粉；猜想3：“黑色”物質(zhì)是與、形成的絡(luò)合離子。為驗(yàn)證猜想，該小組進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)，得出初步結(jié)論：編號(hào)操作現(xiàn)象初步結(jié)論1取2mL“黑色”溶液于試管中，加入適量①_______，振蕩無(wú)明顯現(xiàn)象猜想1不成立2取2mL“黑色”溶液于試管中，加入適量稀硝酸，振蕩②_______猜想2成立有同學(xué)認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)2的現(xiàn)象不能證明猜想2一定成立，理由是③_______，因此，關(guān)于“黑色”物質(zhì)的成分還需進(jìn)一步研究。2．實(shí)驗(yàn)室利用廢棄舊電池的銅帽(Zn、Cu總含量約為99%)回收Cu并制備納米ZnO的部分實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖所示：(1)在“溶解”步驟中，提高銅帽溶解速率的措施_______(例舉兩種)。(2)有同學(xué)提出溶解步驟中可在酸性條件下不斷鼓入并加熱，這種情況下，銅發(fā)生溶解的離子方程式為_(kāi)______。(3)“過(guò)濾”步驟中使用的玻璃儀器有_______。(4)生成的沉淀需經(jīng)充分洗滌，檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈的方法是_______。(5)在封閉的高溫電爐中焙燒，焙燒后的ZnO粉末用去離子水洗凈，再用乙醇洗滌3次，減壓過(guò)濾，干燥，得到純凈的納米級(jí)ZnO。用乙醇洗滌的目的是_______。(6)有同學(xué)提出用純堿代替溶液，在實(shí)際生產(chǎn)中得到的是一種堿式碳酸鋅[]，取該樣品6.82g，充分灼燒后測(cè)得殘留物質(zhì)量為4.86g，將所得氣體通入足量澄清石灰水中，得到2.00g沉淀，則此堿式碳酸鋅的化學(xué)式是_______?？键c(diǎn)二合金金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用1．合金(1)概念：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)。(2)特性：合金具有不同于各成分金屬的物理性能、化學(xué)性能或機(jī)械性能。①熔點(diǎn)：一般比它的各成分金屬的低；②硬度和強(qiáng)度：一般比它的各成分金屬的大。易錯(cuò)提醒：(1)常溫下，多數(shù)合金是固體，但鈉鉀合金是液體。(2)合金的物理性質(zhì)相比于成分金屬有所改變，但合金中各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)仍然不變。2．常見(jiàn)的金屬材料(1)金屬材料黑色金屬材料有色金屬材料鐵、鉻、錳以及它們的合金除黑色金屬以外的其他金屬材料及其合金(2)黑色金屬材料——鋼鐵①鋼是用量最大，用途最廣的合金。(3)有色金屬材料——銅和鋁3.金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用(1)金屬在自然界中的存在形式(2)金屬冶煉的一般步驟(3)金屬冶煉的實(shí)質(zhì)金屬冶煉的過(guò)程就是把金屬?gòu)幕蠎B(tài)還原為游離態(tài)的過(guò)程，即：Mn＋＋ne－=M。(4)金屬冶煉的方法(用化學(xué)方程式表示)①電解法Na：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(通電))2Na＋Cl2↑；Mg：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(通電))Mg＋Cl2↑；Al：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(通電),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑。②熱還原法高爐煉鐵：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2；鋁熱反應(yīng)制鉻：2Al＋Cr2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))Al2O3＋2Cr；焦炭還原銅：C＋2CuOeq\o(=,\s\up7(高溫))2Cu＋CO2↑。③熱分解法Hg：2HgOeq\o(=,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；Ag：2Ag2Oeq\o(=,\s\up7(△))4Ag＋O2↑。金屬活動(dòng)性與冶煉方法的關(guān)系：易錯(cuò)提醒：①冶煉Mg時(shí)只能電解MgCl2不能電解MgO，原因是MgO的熔點(diǎn)高，熔融時(shí)耗費(fèi)更多能源，增加生產(chǎn)成本。②冶煉Al時(shí)只能電解Al2O3不能電解AlCl3，原因是AlCl3是共價(jià)化合物，熔融態(tài)難導(dǎo)電。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化溫度。③用熱還原法得到的銅還要經(jīng)過(guò)電解精煉才能得到精銅?；A(chǔ)通關(guān)練基礎(chǔ)通關(guān)練1．工業(yè)上以鋁土礦(主要成分是氧化鋁，含氧化鐵雜質(zhì))為原料冶煉鋁的工藝流程如下：下列敘述正確的是A．反應(yīng)①中試劑X是稀硫酸溶液B．試劑Y是二氧化碳，它與AlO反應(yīng)生成氫氧化鋁C．圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)中包含2個(gè)氧化還原反應(yīng)D．將X與Y試劑進(jìn)行對(duì)換，最終可以達(dá)到相同結(jié)果2．鋁土礦主要成分為Al2O3，主要雜質(zhì)為Fe2O3、SiO2，某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖流程制備鋁：下列說(shuō)法不正確的是A．步驟①過(guò)濾得到的濾渣主要為SiO2B．步驟②的沉淀劑可以選用NaOH、氨水或Ca(OH)2，考慮成本，Ca(OH)2最合適C．步驟④加入冰晶石的目的是降低Al2O3熔融的溫度，降低能耗D．該方案的缺陷在于未能很好的將Fe2O3雜質(zhì)除去3．下列金屬冶煉的反應(yīng)原理，不恰當(dāng)?shù)氖恰．2NaCl(熔融) B．C． D．4．化學(xué)創(chuàng)造美好生活。下列生產(chǎn)活動(dòng)中，沒(méi)有運(yùn)用相應(yīng)化學(xué)原理的是選項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)化學(xué)原理A食品中添加適量二氧化硫SO2可以起到