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1、第4课时必备知识金属材料及金属矿物的开发利用知识清单重要物质铜；CuO和Cu2O；Cu(OH)2；CuSO4；合金基本规律合金的组成及性质；金属的冶炼方法与金属活动性的关系知识点1铜及其化合物1铜的性质及冶炼(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)化学性质分别写出Cu与稀硝酸、FeCl3溶液反应的离子方程式：3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O、2Fe3Cu=2Fe2Cu2。 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铜锈，发生反应为：2CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO3。(3)冶炼方法火法炼铜反应原理为Cu
2、2(OH)2CO32CuOCO2H2O、COCuOCuCO2。湿法炼铜反应原理为Cu2(OH)2CO34H=2Cu23H2OCO2、Cu2Zn=Zn2Cu。2氧化铜和氧化亚铜氧化铜氧化亚铜颜色、状态黑色固体砖红色固体与酸反应(H)CuO2H=Cu2H2OCu2O2H=Cu2CuH2O与H2反应H2CuO CuH2OH2Cu2O2CuH2O转化关系4CuO2Cu2OO23.氢氧化铜(1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。(2)化学性质及应用反应的化学方程式：Cu(OH)2CuOH2O；反应的离子方程式：Cu(OH)22HCu22H2O。反应乙醛与Cu(OH)2反应的化学方程式：CH3CHO2Cu(O
3、H)2NaOHCH3COONaCu2O3H2O。4重要的铜盐(1)Cu2(OH)2CO3是碱式碳酸铜，是铜绿的成分，是铜在潮湿的空气中被腐蚀的结果；受热易分解，化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO2。(2)CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾，受热分解，蓝色晶体受热转化为白色粉末。通关1 (易错排查)判断正误(1)(2020.7·浙江选考)工业上可采用高温冶炼黄铜矿的方法获得粗铜()(2)(2019·全国卷)向CuSO4溶液中加入足量Zn粉，溶液蓝色消失：ZnCuSO4=CuZnSO4()(3)(2018·江苏卷)向CuSO4溶
4、液中加入铁粉，有红色固体析出，则Fe2的氧化性强于Cu2的氧化性(×)(4)(2017·海南卷)稀硫酸和铜粉反应可制备硫酸铜(×)(5)(全国卷)除去Cu粉中混有的CuO：加入稀硝酸溶液，过滤、洗涤、干燥(×)(6)(全国卷)将铜粉加入1.0 mol·L1Fe2(SO4)3溶液中，溶液变蓝、有黑色固体出现，金属铁比铜活泼(×)通关2 (人教必修1·P63，10题改编)印刷电路板是由高分子材料和铜箔复合而成，刻制印刷电路时，要用FeCl3溶液作为“腐蚀液”。下列说法中不正确的是()A离子方程式为2Fe3Cu=2Fe2Cu2B该
5、反应中，FeCl3表现氧化性C若将“腐蚀液”换成Fe2(SO4)3溶液，反应的实质不变D若将“腐蚀液”换成稀硫酸，仍可完成刻制印刷电路D用FeCl3溶液腐蚀铜箔，发生的反应为：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2，离子方程式为2Fe3Cu=2Fe2Cu2，A项正确；该反应中，Fe元素由3价降低到2价，则FeCl3作氧化剂，表现氧化性，B项正确；若将“腐蚀液”换成Fe2(SO4)3溶液，反应实质仍为2Fe3Cu=2Fe2Cu2，C项正确；若将“腐蚀液”换成稀硫酸，铜与稀硫酸不发生反应，故不能完成刻制印刷电路，D项错误。通关3 (2020·全国卷)宋代千里江山图描绘了山清水秀的美丽景
6、色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石颜料(主要成分为Cu(OH)2·CuCO3)，青色来自蓝铜矿颜料(主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3)，下列说法错误的是()A保存千里江山图需控制温度和湿度B孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化C孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱DCu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3C 字画保存需要适宜的温度和湿度，温度过高会引起字画变色、褪色和翘曲、变形等，湿度过大时，极易滋生霉菌，A项正确；Cu(OH)2、CuCO3中Cu、H、C元素都处于最高价，无还原性，不易被O2氧化，B项正确；Cu(OH)2、
7、CuCO3都可与酸性物质反应，C项错误；由于Cu(OH)2中铜的质量分数高于CuCO3中铜的质量分数，故Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3中铜的质量分数，D项正确。通关4 (2021·辽宁实验中学检测)铜是一种紫红色金属，被称作“电器工业的主角”。铜主要是由黄铜矿炼制，焙烧时发生反应2CuFeS2O2Cu2S2FeSSO2，其简单流程如图所示，下列说法正确的是()A焙烧时硫元素全部转化为二氧化硫B在焙烧时氧化剂只有氧气C粗铜精炼时用粗铜作阴极DCu2S可以用于火法炼制铜D由焙烧时的化学方程式可知，焙烧时只有部分硫元素转化为二氧
8、化硫，A项错误；焙烧时Cu元素由2价降低到1价，S元素由2价升高到4价，氧气中O元素由0价降低到2价，则氧化剂为氧气和CuFeS2，B项错误；粗铜精炼时用粗铜作阳极，C项错误；火法炼铜的原理为Cu2SO22CuSO2，Cu2S可用于火法炼制铜，D项正确。通关5 (深度思考)铜是人类发现最早并广泛使用的一种金属。回答下列问题：(1)实验室使用稀硫酸和H2O2溶解铜片，该反应的化学方程式为_。(2)电子工业使用FeCl3溶液刻蚀印刷电路板铜箔，写出该过程的离子方程式_；配制的FeCl3溶液应保持_(填“酸性”“碱性”或“中性”)，原因是_。(3)溶液中Cu2的浓度可采用碘量法测定：2Cu25I=2
9、CuIII2S2O=S4O3I反应中的氧化剂为_；现取20.00 mL含Cu2的溶液，加入足量KI充分反应后，用0.100 0 mol·L1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液25.00 mL，此溶液中Cu2的浓度为_ mol·L1。解析(1)实验室使用稀硫酸和H2O2溶解铜片，反应中Cu被氧化为Cu2，则发生反应的化学方程式为：CuH2O2H2SO4=CuSO42H2O。(2)电子工业使用FeCl3溶液刻蚀印刷电路板铜箔，即Fe3将Cu氧化为Cu2，自身被还原为Fe2，所以过程中发生的反应为：Cu2Fe3=Cu22Fe2，FeCl3溶液中Fe3发生水
10、解使溶液呈酸性，需保持溶液为酸性抑制Fe3水解。(3)反应中Cu2将I氧化为I，所以氧化剂为Cu2，取20.00 mL含Cu2的溶液，加入足量KI充分反应后，用0.100 0 mol/L Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液25.00 mL，发生反应：I2S2O=S4O3I，则消耗n(I)×0.100 0 mol/L×25.00×103 L1.25×103 mol，根据I元素守恒，则20.00 mL溶液中c(Cu2) mol/L0.125 mol/L。答案(1)CuH2O2H2SO4=CuSO42H2O(2)Cu2Fe3=Cu22Fe
11、2酸性抑制Fe3水解生成Fe(OH)3(3)Cu20.125知识点2合金材料及金属矿物的开发利用1合金材料(1)合金及其性质定义：合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)高温熔合而成的具有金属特性的物质。成分：一种金属为主，另一种或几种是金属或非金属。特性：具有金属特性。 合金是混合物，没有固定的熔、沸点；合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。(2)合金的性质合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于其成分金属。合金的硬度一般大于其各成分金属。合金的熔点一般低于其各成分金属。 合金具有金属的一切共性。合金中成分元素的含量影响着合金的性能。2金属冶炼(1)实质：使金属离
12、子得到电子，被还原成金属单质的过程。(2)一般步骤(3)冶炼方法(写出相应化学方程式) “铝热法”是热还原法中的一种，以铝为还原剂，来冶炼金属活动性顺序中Al之后的金属。(4)铝热反应实验装置实验现象镁带剧烈燃烧，放出一定的热，并发出耀眼的白光，氧化铁和铝粉在较高温度下发生剧烈反应；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，反应的化学方程式为2AlFe2O32FeAl2O3原理应用制取熔点较高、活泼性弱于Al的金属，如铬、锰、钨等；金属焊接，如野外焊接钢轨等 利用铝热反应只能冶炼活泼性比Al弱的金属，如Al与MgO不能发生铝热反应。通关1 (易错排查
13、)判断正误(1)(2020.1·浙江选考)钙单质可以从TiCl4中置换出Ti()(2)(2020.1·浙江选考)可用H2还原MgO制备单质Mg(×)(3)(2019·全国卷)铝合金大量用于高铁建设()(4)(2019·天津卷)铝中添加适量锂，制得低密度、高强度的铝合金，可用于航空工业()(5)(2018·天津卷)商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎，该鼎属于铜合金制品() (6)(2017·上海卷)合金的熔、沸点一般比组成它们的各成分金属要高(×)通关2 (2020·北京卷)近年来，我国航空航天事业成果
14、显著。下列成果所涉及的材料为金属材料的是()A“天宫二号”航天器使用的质量轻强度高的材料钛合金B“北斗三号”导航卫星使用的太阳能电池材料砷化镓C“长征五号”运载火箭使用的高效燃料液氢D“C919”飞机身使用的复合材料碳纤维和环氧树脂A钛合金是合金材料，属于金属材料，A项正确；砷化镓是一种半导体材料，不是金属材料，B项错误；液氢是液态氢气单质，氢元素是非金属，不是金属材料，C项错误；D.碳纤维是碳元素组成的一种单质，是无机非金属材料，环氧树脂是有机高分子合成材料，都不是金属材料，D项错误。通关3 (2021·山东日照检测)金属材料的性质在很大程度上决定了它们的用途。下列相关说法不正确的
15、是()A钛合金密度小，硬度大、熔点高，可用于飞机、火箭、导弹等领域B铁具有良好的导热性，可以用于制造炊具C不锈钢抗腐蚀性好，常用于制造医疗器械D高碳钢硬而脆，常用于制造钢管、钢丝D高碳钢硬而脆，常用于制作器械、弹簧和刀具等，低碳钢韧性好，用于制造钢管、钢丝等，D错误。通关4 下列金属的工业制法正确的是()A制钛：用金属钠置换出氯化钛(TiCl4)溶液中的钛B炼铁：用焦炭和空气反应生成的一氧化碳在高温下还原铁矿石中的铁C制钠：用海水作原料制得精盐，再电解纯净氯化钠溶液得到金属钠D炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到铜B钠与水反应，应用金属钠置换出熔融氯化钛中的钛，A项错误； CO具有较强的还原性，工业上
16、用CO还原铁矿石得到铁，B项正确；电解熔融NaCl可得到金属钠，电解氯化钠溶液得不到钠，C项错误；利用黄铜矿与焦炭高温还原法冶炼铜，D项错误。通关5 (人教必修2·P86，6题改编)工业上以铝土矿(主要成分Al2O3·3H2O)为原料生产铝，主要包括下列过程：将粉碎、筛选后的铝土矿溶解在氢氧化钠溶液中；通入足量二氧化碳使所得溶液中析出氢氧化铝固体；使氢氧化铝脱水生成氧化铝；电解熔融氧化铝生成铝。下列说法中不正确的是()A步骤主要反应的离子方程式为Al2O32OH=2AlOH2OB步骤反应的离子方程式为2AlOCO23H2O=2Al(OH)3COC步骤发生的反应属于分解反应D
17、步骤中生成27 g金属铝，转移电子物质的量为3 molBAl2O3与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2O，离子方程式为Al2O32OH=2AlOH2O，A项正确；NaAlO2溶液中通入足量CO2，生成Al(OH)3和NaHCO3，离子方程式为AlOCO22H2O=Al(OH)3HCO，B项错误；步骤Al(OH)3受热分解生成Al2O3和H2O，C项正确；电解熔融Al2O3时，Al元素由3价降低到0价，则生成27 g金属铝(即1 mol)，转移电子物质的量为3 mol，D项正确。金属冶炼方法的选择利用金属活泼性的差异，可以采取不同的冶炼方法冶炼金属，常见金属的冶炼方法如下表：金属活动性顺序K
18、 Ca NaMg AlZn FeSn Pb(H)CuHgAgPt Au自然界中存在化合态(Fe有陨铁)少量游离态，主要化合态游离态冶炼方法电解法热还原法(H除外)热分解法富集 工业上通常利用CO还原氧化铁的方法来炼铁，采用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝，采用电解熔融氯化镁的方法冶炼镁。训练(十五)金属材料及金属矿物的开发利用1(2021·辽宁大连检测)下列关于合金的说法中正确的是()A改变原料的配比、变更制造合金的工艺，可以制得具有不同性能的合金B合金都是由不同金属单质组成的混合物C古代留下大量的青铜器文物是由于青铜比纯铜柔软，容易制成各种器皿D飞机机身使用的是镁铝合金而不是钢材，是因为
19、钢材价格高A合金可以由不同金属组成，也可以由金属和非金属组成，如生铁是铁和碳的合金，B错误；青铜是合金，其硬度大于纯铜，C错误；镁铝合金用于制造飞机利用了其硬度大、强度高、密度小等特点，D错误。2(2021·山东枣庄一中检测)2019年12月17日，我国第一艘国产航空母舰“山东舰”在海南三亚某军港交付海军，它宣告了中国海军的国产航母时代正式来临。据报道，该舰艇的“超级甲板”采用了大量新型铝锂合金和铝镁合金等航天材料，真正实现了“浴千度火仍无恙”。下列关于两种合金的说法正确的是()A铝锂合金是铝与锂形成的新型化合物B铝锂合金的硬度比铝大，熔、沸点比铝高C铝镁合金不能全部溶解于稀盐酸中D
20、铝镁合金焊接前用NaOH溶液处理氧化铝膜D铝锂合金是铝与锂在高温下熔合而形成的一种混合物，并未发生化学反应，不是化合物，A错误。铝锂合金的硬度比铝大，但其熔、沸点比组分金属铝的低，B错误。铝镁合金中Mg、Al都能与稀盐酸反应，故能全部溶解于稀盐酸中，C错误。Al2O3是两性氧化物，可与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2O，故铝镁合金焊接前用NaOH溶液处理氧化铝膜，D正确。3我国使用金属的历史可以追溯到4 500年以前。如图是两种金属及其化合物的转化关系。下列说法不正确的是()A金属M、E分别是铜和铁B反应的离子方程式为2Fe2H2O22H=2Fe32H2OC氧化性：H2O2Cu2Fe2D
21、向Y溶液中滴入K3Fe(CN)6溶液，生成特征蓝色沉淀D由图可知，红色金属M加入稀H2SO4、H2O2，得到MSO4蓝色溶液，则M是Cu；金属M与CuSO4溶液反应生成M(Cu)和X，X中加入稀H2SO4、H2O2得到Y，Y中加入KSCN溶液，得到红色溶液W，Y中加入氨水，得到红褐色固体Z，则Z为Fe(OH)3，从而推知X是FeSO4，Y是Fe2(SO4)3，E是Fe，A项正确。反应中Fe2与H2O2发生氧化还原反应生成Fe3，离子方程式为2Fe2H2O22H=2Fe32H2O，B项正确。反应中H2O2是氧化剂，Cu2是氧化产物，则氧化性：H2O2Cu2；反应为Cu2Fe=Fe2Cu，则氧化性
22、：Cu2Fe2，从而可得：H2O2Cu2Fe2，C项正确。含Fe2的溶液中K3Fe(CN)6溶液，产生特征蓝色沉淀，而Y是Fe2(SO4)3，故Y溶液滴入K3Fe(CN)6溶液，不生成蓝色沉淀，D项错误。4(2021·辽宁葫芦岛检测)液体铝钠合金(钠和铝熔合而成)可用于核反应堆的载热介质。下列有关说法不正确的是()A自然界中没有游离的钠和铝B若铝钠合金投入水中无固体剩余，则有n(Al)n(Na)C铝钠合金投入到氯化铜溶液中，一定有氢氧化铜沉淀，也可能有铜析出D相同质量不同组成的铝钠合金投入足量盐酸中，若放出的H2越多，则铝的质量分数越小D钠和铝都是活泼金属，在自然界中均以化合态形式存
23、在，A正确；钠与水反应生成NaOH和H2，NaOH与Al发生反应：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，若固体无剩余，则有n(Al)n(Na)，B正确；铝钠合金投入到氯化铜溶液中，Na与水反应生成NaOH，NaOH与CuCl2反应生成Cu(OH)2，则一定有氢氧化铜沉淀，Al可能与CuCl2发生置换反应生成Cu，C正确；生成1 mol H2时，消耗46 g Na或18 g Al，故相同质量不同组成的铝钠合金投入足量盐酸中，若放出的H2越多，则铝的质量分数越大，D错误。5(2021·福建厦门检测)粗制的CuSO4·5H2O晶体中含有Fe2。提纯时，为了除去Fe2，常
24、加入少量H2O2，然后再加入少量碱至溶液pH4，即可以除去Fe3而不损失硫酸铜。下列说法不正确的是()A溶解CuSO4·5H2O晶体时要加入少量稀H2SO4B加入H2O2除去Fe2的离子方程式为2Fe2H2O24OH=2Fe(OH)3C由于CuSO4的催化作用，会使部分H2O2分解而损失D调溶液pH4的依据是当pH4时Fe3沉淀完全，而Cu2还未开始沉淀BCuSO4·5H2O晶体溶解后Cu2会发生水解生成Cu(OH)2和H2SO4，所以溶解时加入少量的稀硫酸可抑制Cu2的水解，A项正确；因为氧化Fe2时，溶液为强酸性，在强酸性条件下，不可能大量存在OH，B项错误；Cu2对过
25、氧化氢的分解具有催化作用，所以使部分过氧化氢损失，C项正确；因为该操作的目的是除去Fe3且硫酸铜不损失，所以调节溶液的pH4，应是Fe3完全沉淀而Cu2还未开始沉淀，D项正确。6用辉铜矿(主要成分为 Cu2S，含少量Fe2O3、SiO2等杂质)制备难溶于水的碱式碳酸铜的流程如图所示：(1)下列措施是为了加快浸取速率，其中无法达到目的是_(填字母)。A延长浸取时间B将辉铜矿粉碎C充分搅拌 D适当增加硫酸浓度(2)滤渣中的主要成分是MnO2、S、SiO2，请写出“浸取”反应中生成S的离子方程式：_。(3)研究发现，若先除铁再浸取，浸取速率明显变慢，可能的原因是_。(4)“除铁”的方法是通过调节溶液
26、pH，使Fe3转化为Fe(OH)3，则加入的试剂A可以是_(填化学式)；“赶氨”时，最适宜的操作方法是_。(5)“沉锰”(除Mn2)过程中有关反应的离子方程式为_。(6)滤液经蒸发结晶得到的盐主要是_(填化学式)。解析(1)酸浸时，通过粉碎矿石或升高温度或进行搅拌都可以提高浸取率，延长浸取时间并不能提高速率。(2)浸取时，在酸性条件下二氧化锰氧化硫化亚铜得到硫沉淀、硫酸铜和硫酸锰，其反应的离子方程式为：2MnO2Cu2S8H=S2Cu22Mn24H2O。(3)浸取时氧化铁和稀硫酸反应生成硫酸铁和水，若先除铁再浸取，浸取速率明显变慢，氧化铁在浸取时其媒介作用， Fe3可催化Cu2S被MnO2氧化
27、。(4)加入的试剂A应用于调节溶液的pH，促进铁离子水解，但不能引入杂质，因最后要制备碱式碳酸铜，则可以加入CuO或Cu(OH)2，因氨气容易挥发，加热可以促进挥发，则可以用加热的方法。(5)沉锰过程中，加入碳酸氢铵和氨气，生成碳酸锰沉淀，离子方程式为：Mn2HCONH3=MnCO3NH 。 (6)滤液主要是硫酸铵溶液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到(NH4)2SO4晶体。答案(1)A(2)MnO2Cu2S8H=S2Cu22Mn24H2O(3)Fe3可催化Cu2S被MnO2氧化 (4)CuO或Cu(OH)2加热 (5)Mn2HCONH3=MnCO3NH(6)(NH4)2SO47( 2021
28、·山东潍坊中学检测)某课外兴趣小组为探究某种铝合金(合金元素Mg、Al)是否符合国家质量标准(国家规定其中铝含量不能低于78%)，设计如图装置进行实验。(1)检验该装置气密性的方法是_。(2)合金样品固体M与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为_。(3)倾斜左边装置使氢氧化钠溶液(足量)与a g合金粉末充分反应，待反应停止后，读取量气管液面之前进行的操作是_。进入量气管气体的体积为V mL(已折算成标准状况)，若量气管最大量程为50 mL，则固体M中铝的质量范围为_。此试验所采用的氢氧化钠溶液为0.1 mol·L1，若要配制450 mL氢氧化钠溶液，称量氢氧化钠的操作是先_，_待
29、天平平衡后，再_g砝码，在左盘慢慢加入氢氧化钠固体直至天平平衡。(4)若将装置中的氢氧化钠溶液替换为足量的盐酸，则反应停止后量气管内气体体积_(填“”“”或“”)V mL。(5)若a38 mg，V44.8 mL(标准状况)，该合金_(填“符合”或“不符合”)国家标准。解析(1)采用“压强差法”检验装置的气密性：向水准管中注入水，向下移动水准管，静置片刻，若水准管中液面与量气管中液面维持一定的高度差，说明装置的气密性良好。(2)铝合金中合金元素为Mg、Al，合金样品中Al与NaOH溶液反应，离子方程式为2Al2OH2H2O=2AlO3H2。(3)Al与NaOH溶液反应生成H2并放出热量，故读取量
30、气管液面前要冷却至室温，上下移动水准管，使量气管和水准管中液面相平。(4)合金中Mg、Al均能与盐酸反应，且都产生H2，故量气管内气体的体积大于V mL。(5)若a38 mg，V44.8 mL(标准状况)，则有n(H2)2×103 mol，结合反应可知，n(Al)×103 mol，m(Al)×103 mol×27 g/mol0.036 g36 mg，从而可得该铝合金中铝的含量为×100%94.7%>78%，故符合国家标准。答案(1)连接好装置，向水准管中注水，向下移动水准管，静置片刻。若水准管中液面与量气管中液面维持一定的高度差，说明装置气密性良好(2)2Al2OH2H2O=2AlO3H2(3)冷却至室温，量气管中与水准管中液面相平小于等于0.04 g在托盘天平左盘上放置一个小烧杯，称量小烧杯的质量在托盘天平右盘上放置2(4)(5)符合