2019版高考化学一轮复习第3章金属及其化合物第4节用途广泛的金属材料开发利用金属矿物学案11156.doc

第4节用途广泛的金属材料开发利用金属矿物考试说明1了解合金的概念及重要应用。2了解常见金属的活动性顺序及金属冶炼的一般方法。3了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用。命题规律化学与自然资源的综合利用，关乎社会可持续发展，因此开发利用金属矿物在历届各地高考中常考。考查形式一般为以某种矿石(或工业废渣)为素材，设计工艺流程图结合新信息考查金属的冶炼、方程式书写、实验操作、电化学知识及溶度积和化学计算等。考点1合金、金属材料及其应用1合金(1)概念：合金是指由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。(2)性能：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。熔点：一般比它的各成分金属的低；硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。2常见金属材料(1)重要的黑色金属材料钢钢铁是用量最大、用途最广的合金。钢(2)几种有色金属材料(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。(2)合金的物理性质相比于成分金属有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。(3)黑色金属材料和有色金属材料不是从材料的颜色上分的，铁、铬、锰及其合金材料不是黑色的，仍为银白色，而有色金属中除金为黄色，铜为红色外，其他的也都是银白色的。【基础辨析】判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)下列物质或材料都属于合金：钢、青铜、铝镁合金、水银、硅钢。()(2)合金中的金属元素以化合物的形式存在。()(3)合金的硬度低于成分金属，合金的熔点一般高于其成分金属。()(4)合金比纯金属的导电性更强。()(5)合金比纯金属的应用范围更广。()(6)不锈钢中铁的含量比生铁中铁的含量高。()1中国自主研发的C919大型飞机采用了大量新材料铝锂合金。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铝锂合金的熔点比铝低D铝锂合金耐酸碱腐蚀答案D解析铝锂合金是铝与锂形成的混合物，A正确；合金的硬度比组成金属的硬度大，熔沸点比组成金属的熔沸点低，B、C正确；铝和锂都能与酸反应，铝还能与碱反应，D错误。2某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：还知该合金耐腐蚀、强度大，从以上性能看，该合金不适合做()A导线 B门窗框C炉具 D飞机外壳答案A解析该合金与铁的性质比较可知，其导电性比Fe差很多，不适合做导线。考点2金属矿物的开发利用1金属在自然界中存在的形态除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。2金属冶炼的实质使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：Mnne=M。3金属冶炼的一般步骤(1)富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。(2)冶炼：利用氧化还原反应，用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质。(3)精炼：提纯金属。4金属冶炼方法(1)热分解法(适用于Hg、Ag等不活泼金属)例如：2HgO2HgO2，2Ag2O4AgO2。用热分解冶炼法冶炼金属的特点：金属元素的金属性弱，金属元素的原子不易失去电子，其金属离子容易得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差。(2)热还原法焦炭还原法。例如：C还原CuO，其化学方程式为C2CuO2CuCO2。一氧化碳还原法。例如：CO还原Fe2O3，其化学方程式为3COFe2O32Fe3CO2。氢气还原法。例如：H2还原WO3，其化学方程式为3H2WO3W3H2O。活泼金属还原法。例如：Al还原Cr2O3，其化学方程式为2AlCr2O3Al2O32Cr。(3)电解法(适用于Al以前的活泼金属)例如：Al2O3的电解，其化学方程式为 2Al2O3(熔融)4Al3O2。(1)冶炼Mg时只能电解MgCl2，不能电解MgO，原因是MgO的熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本。(2)冶炼Al时只能电解Al2O3，不能电解AlCl3(原因是AlCl3是共价化合物，熔融态不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。(3)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如NaKCl850 ,KNaCl2RbClMgMgCl22Rb等，在此主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，汽化离开反应体系，使化学平衡得以向正反应方向移动。【基础辨析】判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛。()(2)炼铁：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。()(3)制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液。()(4)用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜。()(5)将MgO与铝粉混合发生铝热反应制备镁。()(6)MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg，在给定条件下制取金属镁。()1下列金属冶炼的反应原理中错误的是()AMgCl2(熔融)MgCl2BAl2O33H22Al3H2OCFe2O33CO2Fe3CO2D2Ag2O4AgO2答案B解析Al活动性比H2强，不能用H2还原法进行冶炼，而应用电解法进行冶炼。2下列关于金属冶炼的说法中正确的是()A金属银、汞可用热分解法冶炼B将金属钠加入TiCl4溶液中制得金属钛C金属Mg、Al都可以用电解熔融氯化物的方法制得D电解法是冶炼活泼金属(如钾、钠、镁、铝等)的唯一方法答案A解析银、汞为不活泼金属，工业上可用热分解其氧化物的形式制得，A正确；Na能与溶液中的水发生反应，B错误；AlCl3为共价化合物，工业上制备金属Al是用电解熔融Al2O3的方法，C错误；工业上冶炼钾可以用钠还原法：NaKCl850 以上,NaClK(蒸气)，反应制得的钾蒸气遇冷即得到金属钾，D错误。1.2015福建高考下列制作铅笔的材料与相应工业不对应的是()A橡皮擦橡胶工业B铝合金片冶金工业C铅笔芯电镀工业D铅笔漆涂料工业答案C解析制作铅笔芯的材料是石墨与黏土的混合物，与电镀工业没有关系。22017江苏高考铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_。(2)向“过滤”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH_(填“增大”“不变”或“减小”)。(3)“电解”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是_。(4)铝粉在1000 时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是_。答案(1)Al2O32OH=2AlOH2O(2)减小(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化(4)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜解析(1)强碱条件下，Al2O3与OH发生反应的离子方程式为Al2O32OH=2AlOH2O。(2)“过滤”所得滤液的主要成分是NaAlO2，显强碱性，加入NaHCO3后，NaAlO2可与NaHCO3发生反应：AlOHCOH2O=Al(OH)3CO，溶液碱性减弱，pH减小。(3)石墨具有还原性，电解熔融Al2O3，阳极O2被氧化为O2，阳极上产生的O2会氧化电极石墨。(4)Al表面容易形成致密的氧化铝薄膜，NH4Cl受热易分解产生HCl，生成的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜，有利于AlN的制备。32015天津高考废旧印刷电路板是一种电子废弃物，其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下：回答下列问题：(1)反应是将Cu转化为Cu(NH3)，反应中H2O2的作用是_。写出操作的名称：_。(2)反应是铜氨溶液中的Cu(NH3)与有机物RH反应，写出该反应的离子方程式：_。操作用到的主要仪器名称为_，其目的是_(填序号)。a富集铜元素b使铜元素与水溶液中的物质分离c增加Cu2在水中的溶解度(3)反应是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和_。若操作使用如图装置，图中存在的错误是_。答案(1)作氧化剂过滤(2)Cu(NH3)2RH=2NH2NH3CuR2分液漏斗ab(3)RH分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁、液体过多解析(1)反应中Cu元素被氧化，是还原剂，则H2O2是氧化剂。由于操作得到溶液和残渣(难溶物)，所以操作是过滤。(2)反应得到CuR2，则Cu(NH3)中2个NH3与RH中的H结合为NH，另外2个则仍以NH3的形式存在，据此即可写出反应的离子方程式。操作得到水层和有机层，所以操作是分液，主要仪器是分液漏斗。该操作的主要目的是将铜氨溶液中的铜元素转化为有机物CuR2，并通过萃取得以富集。(3)CuR2与稀硫酸发生复分解反应，生成CuSO4和有机物RH。萃取时，分液漏斗尖端要紧靠烧杯内壁以防止液体溅出，并且所盛液体不能过多，否则无法进行振荡、放气等操作。42015重庆高考我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第_周期。(2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119 g、20.7 g，则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为_。(3)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为_。答案(1)四(2)101(3)Ag2O2CuCl=2AgClCu2O解析(1)Cu的核电荷数为29，大于18，小于36，所以位于第四周期。(2)119 g Sn的物质的量1 mol,20.7 g Pb的物质的量0.1 mol，则该青铜器中Sn、Pb原子数目之比为101。(3)根据复分解反应的概念，CuCl与Ag2O反应时生成AgCl、Cu2O: Ag2O2CuCl=2AgClCu2O。时间：45分钟满分：100分一、选择题(每题6分，共72分)1化学与生活密不可分，下列说法错误的是()A变压器铁芯是含硅4%的硅钢，有很高的导磁性B还原铁粉可用作食品保鲜剂C甲醛溶液可以用作食品防腐剂D合金的硬度一般比成分金属大答案C解析含硅4%的硅钢具有导磁性，可用作变压器铁芯，A正确；铁与氧气和水反应生成了铁锈，消耗了氧气，阻止了食品与氧气的反应，达到了食品保鲜的目的，B正确；甲醛溶液有毒，不能用作食品防腐剂，C错误；根据合金的性质可知，合金的硬度一般比成分金属大，D正确。2下列关于资源的开发利用说法不正确的是()A目前世界上冶炼铜的主要方法是电解法B海水淡化最常用的方法之一是蒸馏法C海带中提取碘的过程中需要氧化剂把碘离子氧化成碘单质D电解法冶炼铝的过程中加入冰晶石的目的是降低氧化铝的熔点以节约电能答案A解析目前世界上冶炼金属铜的主要方法是火法炼铜和湿法炼铜，A错误；海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等，B正确；海带中碘以I的形式存在，要变成单质碘需要加氧化剂氧化，C正确；电解法冶炼铝的过程中加入冰晶石可降低氧化铝的熔点，减少能耗，D正确。3我国晋代抱朴子中描述了大量的化学反应，其中有：“丹砂(HgS)烧之成水银，积变又还成丹砂”；“以曾青涂铁，铁赤色如铜”。下列有关叙述正确的是 ()A中描述的化学反应是可逆反应B“曾青”是含有Cu2的溶液，如硫酸铜溶液C“积变又还成丹砂”中的“还”可理解为“被还原”D水银能跟“曾青”发生置换反应生成单质铜答案B解析中描述的化学反应为HgSHgS、HgS=HgS，两个反应的反应条件不同，不是可逆反应，A错误；“铁赤色如铜”，说明铁置换出铜，故“曾青”应为可溶性铜盐的水溶液，B正确；“积变又还成丹砂”，发生的反应是HgS=HgS，Hg发生了氧化反应，“还”是指恢复原来的状态，C错误；Hg的活动性比Cu弱，因此水银不能与“曾青”发生置换反应生成单质铜，D错误。4铅的冶炼大致过程如下：富集：将方铅矿(PbS)进行浮选；焙烧：2PbS3O22PbO2SO2；制粗铅：PbOCPbCO；PbOCOPb CO2。下列说法正确的是()A浮选法富集方铅矿的过程属于化学变化B方铅矿焙烧反应中，PbS是还原剂，还原产物只有PbOC整个冶炼过程中，制取1 mol Pb共转移2 mol电子D将1 mol PbS完全冶炼成Pb理论上至少需要6 g碳答案D解析富集方铅矿的过程属于物理变化，A错误；B项中还原产物除PbO外还有SO2；整个冶炼过程中，制取1 mol Pb共转移8 mol电子，C错误。5下列制备金属单质的方法或原理正确的是()A在高温条件下，用H2还原MgO制备单质MgB在通电条件下，电解熔融Al2O3制备单质AlC在通电条件下，电解饱和食盐水制备单质NaD加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu答案B解析Mg的活泼性强，不能用H2还原制备Mg，而应用电解熔融MgCl2的方法制备，A错误；电解饱和食盐水得到NaOH而不是单质Na，C错误；CuO加强热分解生成Cu2O而不是Cu，D错误。6美国“海狼”潜艇上的核反应堆内使用了液体铝钠合金(单质钠和单质铝熔合而成)作载热介质，下列有关说法不正确的是 ()A该铝钠合金的熔点低于金属钠B铝钠合金若投入一定量的水中可得无色溶液，则n(Al)n(Na)C铝钠合金投入足量氯化铜溶液中，会有氢氧化铜沉淀生成，也可能有铜析出D若m g不同组成的铝钠合金投入足量盐酸中，放出的H2越多，则铝的质量分数越小答案D解析合金的熔点低于其组成金属，A正确；铝钠合金投入水中，发生2Na2H2O=2NaOHH2，2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，当n(Na)n(Al)时，金属全部溶解，得到无色溶液，B正确；铝钠合金投入到足量氯化铜溶液中，钠和水反应生成的NaOH可以和CuCl2反应生成Cu(OH)2沉淀，若n(Al)n(Na)，金属铝也会置换出金属铜，C正确；2Al3H2，2NaH2，等质量的金属钠和金属铝比较，Al产生的氢气量多，所以放出的H2越多，铝的质量分数越大，D错误。7下列说法中正确的是()A纯铁易被腐蚀，可以在纯铁中混入碳元素制成“生铁”，以提高其抗腐蚀能力B我们使用合金是因为它比纯金属具有更优良的化学性质C我国首艘航母“辽宁舰”上用于舰载机降落的拦阻索是特种钢缆，属于金属材料DNa、Al、Cu可以分别用电解冶炼法、热还原法和热分解法得到答案C解析纯铁抗腐蚀能力很强，生铁易腐蚀，A错误；合金比其成分金属具有更加优良的物理机械性能，B错误；Na、Al用电解法冶炼，Cu可以用热还原法冶炼得到，D错误。8如图所示的反应均是在高温引燃后进行，选项中的物质表示A和B，不合理的是()AMgOAlBCO2MgCFe3O4AlDCuOH2答案A解析Mg的活泼性强于Al，若A为MgO，B为Al，二者不能发生铝热反应，A错误；CO2与Mg反应生成C(即C)和MgO(即D)，Mg与O2反应生成MgO，C与足量O2反应生成CO2，B正确；Fe3O4与Al能发生铝热反应，生成Fe(即C)和Al2O3(即D)，C正确；H2还原CuO生成Cu(即C)和H2O(即D)，D正确。9CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如图所示。下列说法不正确的是()A将CuSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾晶体B相对于途径、，途径更好地体现了绿色化学思想CCuSO4在1100 分解所得气体X可能是SO2和SO3的混合气体DY具有还原性答案C解析将CuSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾晶体，A正确；途径有污染性气体产生，相对于途径，途径的优点是制取等质量CuSO4需要的硫酸少并且无污染性气体产生，途径更好地体现了绿色化学思想，B正确；由流程图知硫酸铜分解生成了Cu2O，若X是SO2和SO3的混合气体，则铜元素、硫元素化合价降低，无元素化合价升高，根据2CuSO4Cu2OSO2SO3O2知，X可能是O2、SO2和SO3的混合气体，C错误；由Cu(OH)2到Cu2O，铜元素化合价降低，被还原，D正确。10某混合物X由Al2O3、Fe2O3、Cu、SiO2中的一种或几种物质组成。进行如下实验：下列有关说法正确的是 ()A步骤中减少的3 g固体一定是混合物B步骤中质量减少的物质一定是CuC根据步骤、可以判断混合物X的成分为Al2O3、Fe2O3、Cu、SiO2D根据步骤可以得出m(Fe2O3)m(Cu)11答案D解析步骤中，加入过量氢氧化钠溶液固体质量减少了3 g，溶解的物质可能是Al2O3和SiO2中的一种或两种，故A、C错误；步骤中加入过量盐酸，Fe2O3溶解后又和Cu发生反应，故减少的固体是Fe2O3和Cu，B错误；步骤中发生的总反应为Fe2O3Cu6HCl=2FeCl2CuCl23H2O，溶解的固体(6.41.924.48 g)中，Fe2O3和Cu的物质的量相等，又因为盐酸过量，Fe2O3完全溶解，剩余的固体为Cu，可计算出Fe2O3和Cu的质量相等，D正确。11某同学设计了如下实验测量m g铜银合金样品中铜的质量分数：下列说法中不正确的是()A合金的熔点比其成分金属低，通常比成分金属具有更优良的金属特性B铜银都能与稀硝酸反应，收集到的V L气体全为NOC操作是过滤，操作是洗涤D铜的质量分数为100%答案D解析不论是浓硝酸还是稀硝酸与Cu、Ag反应生成的气体用排水法收集到的一定全部是NO，B正确；W g固体应该是干燥纯净的AgCl，故为过滤，由于过滤后的氯化银附着一些离子，应洗涤附着的物质，防止影响氯化银的质量测定，故为洗涤，C正确；氯化银的质量为W g，所以合金中银的质量为W g g，故合金中铜的质量分数为100%100%，故D错误。12部分氧化的FeCu合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共5.92 g，经如下处理：下列说法中正确的是()滤液A中的阳离子为Fe2、Fe3、H样品中氧元素的物质的量为0.03 mol溶解样品的过程中消耗H2SO4的总的物质的量为0.04 molV224 mLV336 mLA B C D答案B解析由滤液A中不含Cu2可知，样品中加入足量稀硫酸发生的反应有FeH2SO4=FeSO4H2，Fe2O33H2SO4=Fe2(SO4)33H2O，CuOH2SO4=CuSO4H2O，FeCu2=Fe2Cu，Fe2Fe3=3Fe2。溶液中阳离子只有Fe2、H，无Fe3，错误；因滤液A中不含Cu2，故3.2 g滤渣只是Cu(物质的量是0.05 mol)，滤液经处理最终得到的3.2 g固体是Fe2O3。由2FeFe2O3可知，该5.92 g样品中，铁元素的总质量为2.24 g(物质的量是0.04 mol)，故混合物中氧元素的质量为5.92 g2.24 g3.2 g0.48 g，即样品中氧元素的物质的量是0.03 mol，正确；消耗的H2SO4以FeSO4的形式存在，故消耗的H2SO4的物质的量为0.04 mol，正确；因5.92 g样品中含0.03 mol O、0.04 mol Fe、0.05 mol Cu，则样品可以看作Fe、FeO、Cu的形式，因氧元素的物质的量是0.03 mol，故FeO的物质的量为0.03 mol、Fe的物质的量为0.01 mol，与足量的稀硫酸反应可生成0.01 mol的H2，标准状况下H2的体积为224 mL，正确、错误。二、非选择题(共28分)13(14分)工业上用黄铜矿冶炼铜及对炉渣综合利用的一种工艺流程如图所示：(1)冶炼过程中得到Cu2O和Cu的混合物称为“泡铜”，其与金属Al在高温条件下混合反应可得粗铜，反应化学方程式为_。(2)传统炼铜的方法主要是火法炼铜，其主要反应为：2CuFeS24O2Cu2S3SO22FeO2Cu2S3O22Cu2O2SO22Cu2OCu2S6CuSO2每生成1 mol Cu，共消耗_mol O2。反应中的氧化剂是_。(3)炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。根据流程回答下列问题：加入适量NaClO溶液的目的是_(用离子方程式表示)。除去Al3的离子方程式是_。选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。提供的试剂有：稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、KMnO4溶液、NaOH溶液、碘水。所选试剂是_，实验设计：_。答案(1)3Cu2O2AlAl2O36Cu(2)2.5Cu2O和Cu2S(3)2Fe2ClO2H=2Fe3ClH2OAl34OH=AlO2H2O稀硫酸、KMnO4溶液取少量高锰酸钾溶液于试管中，滴加经稀硫酸溶解的炉渣溶液，若高锰酸钾溶液的紫色褪去，证明含有Fe2解析(1)Al和Cu2O反应生成Cu，化学方程式为3Cu2O2AlAl2O36Cu。(2)由题中的化学方程式知，生成6 mol Cu，需要3 mol Cu2S,2 mol Cu2O，共需要O2 15 mol, 每生成1 mol Cu，共消耗O2 2.5