2018届一轮复习人教版金属材料及金属矿物的开发利用学案

2018届一轮复习人教版金属材料及金属矿物的开发利用学案

金属材料及金属矿物的开发利用 考点一　铜及其化合物 ‎【基础知识梳理】‎ ‎1．单质铜 ‎(1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。‎ ‎(2)化学性质 ‎①常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里则会被锈蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的____________。有关化学方程式__________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②写出下列化学方程式：‎ 铜在空气中加热：_______________________________________________________；‎ 铜丝在硫蒸气中反应：___________________________________________________。‎ ‎2．铜的重要化合物 ‎(1)Cu2(OH)2CO3的名称为____________，是铜绿、孔雀石的主要成分，受热分解可生成黑色的氧化铜，化学方程式：______________________________________________________，‎ 可溶于稀硫酸，离子方程式：__________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O，化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末，化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)红色的Cu2O与稀硫酸反应，溶液变蓝，同时生成红色的单质铜，离子方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ 深度思考 正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)CuO是黑色固体，与水反应生成Cu(OH)2(　　)‎ ‎(2)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物(　　)‎ ‎(3)无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水(　　)‎ ‎(4)将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀(　　)‎ ‎(5)CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化(　　)‎ ‎(6)用稀硝酸清除铜制品上的铜锈(　　)‎ ‎(7)过量铜与浓硝酸反应，产生的气体中有NO2、NO和H2(　　)‎ ‎(8)铜是导电性最好的金属材料(　　)‎ ‎【解题探究】‎ 题组一　铜及其化合物的性质和应用 ‎1．铜在自然界多以化合态的形式存在于矿石中。常见的铜矿石有：黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿(Cu2S)、孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]。下列说法不正确的是(　　)‎ A．可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿 B．硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂 C．工业上常采用电解法制取粗铜 D．在上述几种含铜化合物中，铜的质量分数最高的是Cu2S ‎2．已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H＋发生反应：‎ Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。‎ 将经高温灼烧后的CuO样品投入足量的热的稀硝酸溶液中，下列有关说法中正确的是(　　)‎ A．如果溶液变为蓝色，同时有紫红色固体出现，说明样品全部生成Cu2O B．溶液中最终可能有紫红色固体出现 C．该实验的结果无法说明CuO分解的程度 D．如果溶液中出现蓝色，最终没有紫红色固体出现，说明CuO没有分解 ‎3．氢化亚铜(CuH)是一种难溶物质，用CuSO4溶液和另一种“反应物”在40～50℃时反应可生成它。CuH不稳定，易分解；CuH在氯气中能燃烧，跟盐酸反应能产生气体。下列有关推断中错误的是(　　)‎ A．这里的“另一种反应物”具有还原性 B．CuH可作氧化剂，还原剂 C．CuH＋Cl2===CuCl＋HCl(燃烧)‎ D．CuH＋HCl===CuCl＋H2↑(常温)‎ ‎【反思归纳】‎ ‎(1)＋1价的铜有较强的还原性，易被氧化剂氧化为＋2价。‎ ‎(2)＋1价铜，在酸性条件下能发生歧化反应生成Cu和Cu2＋，利用这一原理可区别Cu和Cu2O。向红色物质中加入稀硫酸，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu2O，否则为Cu。反应的化学方程式为Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O。‎ 题组二　铜的冶炼方法 ‎4．在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备单质铜，有下列两种途径：‎ ‎①FeH2Cu ‎②CuOCuSO4Cu 若用这两种方法制得等量的铜，则下列有关说法符合实际情况的是(　　)‎ A．消耗氧化铜的质量相同 B．消耗铁的质量相同 C．消耗硫酸的质量相同 D．生成硫酸亚铁的质量相同 ‎5．孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。某同学设计的从孔雀石中冶炼铜的方案如下(假设孔雀石中杂质不溶于水和稀硫酸)：‎ ‎(1)反应①能观察到的现象是_________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________，‎ 有关反应的化学方程式为___________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)反应②加入的金属可能是__________，有关反应的离子方程式为 ‎_______________________________________________________________________。‎ 题组三　铜及其化合物的转化关系 ‎6．(2017·邯郸调研)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1molCuS则消耗3molO2‎ 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 ‎7．铜及其化合物在生产生活中有着广泛的应用，铜在化合物中的常见化合价有＋1、＋2。‎ ‎(1)工业上可利用反应Cu2S＋O22Cu＋SO2制取粗铜，反应中被氧化的元素是________，当消耗32gCu2S时，转移电子数目是________(设NA为阿伏加德罗常数的值)。‎ ‎(2)将少量铜丝放入适量的稀硫酸中，温度控制在50～60℃，通入O2，反应一段时间后可制得硫酸铜，发生反应的离子方程式为______________________________________________。‎ CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3溶液和NaCl溶液加热，生成CuCl沉淀，写出生成CuCl的离子方程式：________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)某小组同学在做铜与浓硫酸反应的实验时，发现铜片表面有黑色固体生成。‎ ‎①甲同学猜想：黑色固体是未来得及溶解于酸的CuO，其猜想可用化学方程式表示：‎ Cu＋H2SO4______________________________________________________________。‎ ‎②乙同学认为：黑色固体除CuO外，还可能含有Cu2S和CuS，其理由可能是________(填字母)。‎ a．Cu2S和CuS都是黑色的 b．铜与浓硫酸在加热条件下反应，还可能放出O2‎ c．浓硫酸是氧化剂，铜是还原剂，Cu的化合价升高与S的化合价降低有多种可能考 点二　金属材料与金属矿物的开发利用 ‎【基础知识梳理】‎ ‎1．合金 ‎(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有____________的物质。‎ ‎(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。‎ ‎①熔点：一般比它的各成分金属的______；‎ ‎②硬度和强度：一般比它的各成分金属的______。‎ ‎2．常见金属材料 ‎(1)重要的黑色金属材料——钢 钢是用量最大、用途最广的合金。‎ 钢 ‎(2)几种有色金属材料 ‎3．金属矿物的开发利用 ‎(1)金属在自然界中的存在 在地壳中除了金、铂等少数极不活泼的金属外，绝大多数金属元素以________________形式存在。‎ ‎(2)金属冶炼的实质 金属元素只有正价，没有负价，所以金属的冶炼过程就是把金属从其化合物中____________出来的过程。‎ ‎(3)金属冶炼的方法 ‎①热分解法。‎ 如由HgO、Ag2O冶炼Hg、Ag：______________________、_______________________。‎ ‎②热还原法。‎ a．CO还原Fe3O4：____________________________________________________________；‎ b．H2还原WO3：_____________________________________________________________；‎ c．C还原ZnO：ZnO＋CZn＋CO↑。‎ ‎③电解法。‎ 工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为 ‎________________________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎4．铝热反应实验中的有关问题 实验装置 实验现象 ‎①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发生耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②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Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3‎ 原理应用 ‎①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等。‎ ‎3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3；‎ ‎②金属焊接，如野外焊接钢轨等 深度思考 正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)铝合金的熔点比纯铝的高(　　)‎ ‎(2)合金材料中不可能含有非金属元素(　　)‎ ‎(3)地震灾区重建要使用大量钢材，钢材是合金(　　)‎ ‎(4)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属(　　)‎ ‎(5)用金属钠能置换氯化铜溶液中的铜(　　)‎ ‎(6)工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应(　　)‎ ‎(7)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高(　　)‎ ‎(8)用黄铜矿经电解精炼得到纯度99.9%的铜(　　)‎ ‎(9)电解氯化镁溶液制取金属镁(　　)‎ ‎(10)用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物(　　)‎ ‎【解题探究】‎ 题组一　金属与合金的性质和应用 ‎1．下列关于金属元素的叙述正确的是(　　)‎ A．金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性 B．金属元素的单质在常温下均为固体 C．金属元素在不同化合物中化合价均相同 D．大多数金属元素的单质为电的良导体 ‎2．C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是(　　)‎ A．铝锂合金是铝与锂形成的混合物 B．铝锂合金的硬度比锂大 C．铝锂合金的熔、沸点比铝低 D．铝锂合金耐酸碱腐蚀 ‎3．(2016·唐山调研)现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取硬铝样品进行如下实验(每一步试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成可能为(提示：Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑)(　　)‎ 样品 A．Al、Mg、Si、Zn B．Al、Fe、Zn、Na C．Al、Na、Cu、Fe D．Al、Cu、Mg、Si、Mn 题组二　金属冶炼方法的选择 ‎4．下列说法正确的是(　　)‎ A．工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气 B．钢铁厂用热还原法冶炼铁 C．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al不涉及氧化还原反应 D．MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg ‎5．(2016·唐山二模)如图是某课外小组从初选后的方铅矿[主要成分PbS，含少量黄铜矿(CuFeS2)]中提取硫黄、铜、铅的工艺流程图：‎ 已知：CuFeS2＋4FeCl3===2S＋5FeCl2＋CuCl2、PbS＋2FeCl3===S＋PbCl2＋2FeCl2‎ ‎(1)黄铜矿(CuFeS2)中Fe元素的化合价为____________________________________________；‎ 提高方铅矿酸浸效率的措施有_____________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________(写出两种方法即可)。‎ ‎(2)过滤过程中用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、______；单质A是________；在此工艺操作中可循环利用的物质有铅、__________________。‎ ‎(3)在酸性的FeCl2溶液中加入H2O2溶液，其反应的离子方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)PbSO4与PbS加热条件下反应的化学方程式为______________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎【归纳总结】‎ ‎1．金属活泼性与冶炼方法的关系：‎ ‎2．有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如 Na＋KClK↑＋NaCl ‎2RbCl＋MgMgCl2＋2Rb↑等，‎ 在此主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，气化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。‎ 题组三　铝热反应及应用 ‎6．铝热反应的本质是利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来，关于铝热反应解答下列问题：‎ ‎(1)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有________。‎ A．KCl B．KClO3‎ C．MnO2 D．Mg ‎(2)用等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物在一定条件下与Al粉进行铝热反应。‎ ‎①引发铝热反应的操作是___________________________________________________。‎ ‎②产物中单质是________(写名称)。‎ ‎(3)取少量(1)中铝热反应所得的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象，________(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3，理由是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________(用离子方程式说明)。‎ ‎7．金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有非常重要的应用。‎ 完成下列填空：‎ ‎(1)镓(Ga)与铝同主族。写出镓的氯化物与氨水反应的化学方程式：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。如：‎ ‎2Al＋4BaO3Ba↑＋BaO·Al2O3‎ 常温下Al的金属性比Ba的金属性________(填“强”或“弱”)。利用上述方法可制取Ba的主要原因是__________________________________________________________________。‎ a．高温时Al的活泼性大于Ba b．高温有利于BaO分解 c．高温时BaO·Al2O3比Al2O3稳定 d．Ba的沸点比Al的低 答案精析 考点一 基础知识梳理 ‎1．①铜锈　2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3‎ ‎②2Cu＋O22CuO　2Cu＋SCu2S ‎2．(1)碱式碳酸铜　Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O ‎(2)4CuO2Cu2O＋O2↑‎ ‎(3)CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O ‎(4)Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O 深度思考 ‎(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×‎ 解题探究 ‎1．C　2.C ‎3．C　[C项中Cl2具有强氧化性，产物应为CuCl2和HCl。]‎ ‎4．A　[制备1 mol Cu需要1 molCuO，而H2还原CuO时需要先用H2排除体系内的空气，冷却时也需要继续通H2，因此需要H2的量远大于1 mol，即消耗的Fe、H2SO4均比第②种方法多。]‎ ‎5．(1)固体逐渐消失，溶液由无色变成蓝色，有气泡产生 Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O ‎(2)铁粉(答案合理即可)　Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 解析　(1)孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，且有气泡产生；反应的化学方程式为Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O。(2)经过滤除去难溶于水和稀硫酸的杂质，则滤液中主要含有CuSO4，加入的金属粉末能将Cu2＋从溶液中置换出来即可，故金属可能是Fe或Zn等。‎ ‎6．B　[A项，2CuS＋3O22CuO＋2SO2，由方程式可知，1molCuS消耗1.5molO2；B项，废气中含有SO2，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，正确；调节pH时，Fe3＋水解转化为Fe(OH)3而除去，因而C项错误；将CuCl2·2H2O直接加热脱水，Cu2＋水解，HCl挥发会产生Cu(OH)2，无法得到CuCl2，因而D项错误。]‎ ‎7．(1)S　1.2NA ‎(2)2Cu＋4H＋＋O22Cu2＋＋2H2O ‎2Cu2＋＋2Cl－＋SO＋H2O2CuCl↓＋SO＋2H＋‎ ‎(3)①CuO＋SO2↑＋H2O　②ac 解析　(1)Cu2S＋O22Cu＋SO2反应制取粗铜，硫元素的化合价从－2升到＋4，被氧化，反应中被氧化的元素是S，当消耗32gCu2S时，转移电子数目是×6NAmol－1＝1.2NA。‎ ‎(2)将少量铜丝放入适量的稀硫酸中，温度控制在50～60℃，通入O2，反应一段时间后可制得硫酸铜，发生反应的离子方程式为2Cu＋4H＋＋O22Cu2＋＋2H2O。CuSO4溶液中加入一定量的NaSO3溶液和NaCl溶液加热，生成CuCl沉淀，离子方程式：2Cu2＋＋2Cl－＋SO＋H2O2CuCl↓＋SO＋2H＋。‎ ‎(3)①按照甲同学猜想：铜被氧化生成CuO，硫酸被还原为SO2，化学方程式为Cu＋H2SO4CuO＋SO2↑＋H2O。‎ ‎②分析可能的理由时，应该从反应现象和氧化还原反应原理入手，ac符合。‎ 考点二 基础知识梳理 ‎1．(1)金属特性　(2)①低　②大 ‎3．(1)化合物　(2)还原　(3)①2HgO2Hg＋O2↑　2Ag2O4Ag＋O2↑　②Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2　WO3＋3H2W＋3H2O　③2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑　MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑　2Al2O34Al＋3O2↑‎ 深度思考 ‎(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×　(8)×(9)×　(10)√‎ 解题探究 ‎1．D　2.D　3.D ‎4．B　[电解NaCl溶液生成NaOH、H2和Cl2，而得不到单质钠，A错误；电解熔融Al2O3发生的是氧化还原反应，C错误；工业上冶炼镁是电解熔融MgCl2而不是MgO，D错误。]‎ ‎5．(1)＋2价　搅拌、适当提高酸的浓度(或加热、将矿石粉碎、延长浸取时间)‎ ‎(2)漏斗　硫黄(或S)　盐酸和氯化铁溶液 ‎(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O ‎(4)PbSO4＋PbS2Pb＋2SO2↑‎ ‎6．(1)BD　(2)①加少量KClO3，插上镁条并将其点燃　②Fe ‎(3)不能　Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋‎ 解析　(1)做铝热反应的实验时，需要KClO3作助燃剂，且用镁条引燃。(2)在混合物上加少量 KClO3固体并插上Mg条，点燃Mg条后放出热量，使KClO3固体分解放出O2，进一步加剧Mg的燃烧，可在短时间内使混合物温度迅速升高，引发反应。MgO不能与铝发生铝热反应，所以产物中单质B为Fe。(3)反应后固体混合物中若有Fe2O3，因发生反应：Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O和Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe3＋转化为Fe2＋，KSCN溶液也不会变红。‎ ‎7．(1)GaCl3＋3NH3·H2O===Ga(OH)3↓＋3NH4Cl　(2)弱　d 解析　(1)由AlCl3与NH3·H2O的反应可推出要求的化学方程式。(2)依据元素周期律可知Al的金属性弱于Mg，Mg的金属性弱于Ba；应从化学平衡移动的观点分析此反应发生的原因。‎