高考化学一轮复习 考点过关 金属元素及其化合物 专题4 金属材料及应用.doc

金属元素及其化合物 专题4 金属材料及应用【复习目标】1.了解合金的概念及其重要应用。2.了解金属铜及其重要化合物的主要性质及应用。3.了解金属矿物综合利用。【考点过关】1.金属铜及其化合物（1）金属铜原子结构铜元素在元素周期表中位于第四周期第b族，铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一物理性质紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性，不能被磁铁吸引化学性质与o2反应常温下，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，反应的化学方程式为2cuo2co2h2o=cu2(oh)2co3铜在空气中加热：2cuo22cuo与cl2反应cu+c12cucl2与s反应2cuscu2s与酸反应与非氧化性酸（稀盐酸、稀硫酸）不反应cu 2h2so4(浓) cuso4 so2 2h2ocu 4hno3 (浓) cu(no3)2 2no2 2h2o3cu 8hno3 (稀) 3cu(no3)2 2 no 4h2o与盐溶液的反应cu2fecl3 cucl2 2fecl制备湿法炼铜：fecuso4=feso4cu高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)。2cufes24o2cu2s3so22feo(炉渣)2cu2s3o22cu2o2so22cu2ocu2s6cuso2粗铜的精炼：电解池中，粗铜作阳极，精铜作阴极，电解质为硫酸铜溶液。阳极反应：cu- 2e- = cu2+、fe-2e-=fe2+、ni-2e-= ni 2+；阴极反应：cu2+ e- =cu，硫酸铜溶液浓度降低（2）铜的化合物氧化铜cuo为黑色不溶于水的固体氧化铜有金属氧化物的性质。cuo2hcl cucl2 h2o氧化铜具有氧化性，可与某些还原剂反应。h2 cuo cu h2oc 2cuo 2cu co2 氧化铜在高温下可发生分解反应： 4cuo 2cu2oo2氢氧化铜蓝色不溶于水的固体与酸反应：cu(oh)22h= cu22h2o受热分解：cu(oh)2cuoh2o检验醛基：ch3cho+2cu(oh)2naoh ch3coona+cu2o+3h2o铜盐cu2(oh)2co3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿、孔雀石的主要成分，是铜在潮湿空气中被腐蚀的结果，其受热分解的化学方程式为cu2(oh)2co32cuoh2oco2cuso45h2o为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾，其受热分解的化学方程式为cuso45h2ocuso45h2o，蓝色晶体受热转化为白色粉末。无水cuso4遇水变蓝色(生成cuso45h2o)，据此可用来检验水的存在【巩固演练】下列说法正确的是 。铜绿的主要成分是碱式碳酸铜，可用稀盐酸除铜器表面的铜绿除去cu粉中混有cuo的方法是加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤、干燥将铜粉加入1.0 moll1 fe2(so4)3溶液中，现象是溶液变蓝，有黑色固体出现铁比铜活泼，铆在铜板上的铁钉在潮湿空气中不易生锈氧化铜可作为制造玻璃、搪瓷的红色颜料硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂为了避免青铜器生成铜绿，在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜1 mol cu和足量热浓硫酸反应可生成na个so3分子冶炼铜的反应为8cufes221o28cu4feo2fe2o316so2，若cufes2中fe的化合价为+2，反应中被还原的元素是cu和ocuso4溶液与过量浓氨水反应的离子方程式：cu2+2nh3h2o=cu(oh)2+2nh4+将cucl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水cucl2固体h2通过灼热的cuo粉末，反应后固体物质增重解析：铜绿主要成分是cu2(oh)2co3，可视为cu(oh)2cuco3，所以铜绿能和盐酸反应，正确；铜与稀硝酸会反应，应该用稀盐酸，错误；cu与硫酸铁发生氧化还原反应，生成硫酸铜和硫酸亚铁，无黑色固体出现，错误；铁铜在潮湿的空气中能组成原电池，发生电化学腐蚀，铁做负极被腐蚀，错误；氧化铜是黑色物质，不能作为红色颜料，错误；因为cu2是重金属离子，可使蛋白质变性，有杀菌能力，故能作游泳池的消毒剂，正确；铜绿是生活中常见现象，反应原理为2cu+o2+co2+h2o=cu2co3(oh)2，故青铜器应保存在干燥的环境中或表面覆盖一层防渗的高分子膜防止被腐蚀，正确；cu和足量热浓硫酸反应生成的是so2，不是so3，错误；若cufes2中fe的化合价为+2,则cu化合价为+2,s化合价为-2，分析化学方程式两边元素化合价的变化可知，化合价降低的元素被还原，有cu和o元素，正确；过量浓氨水反应产生cu(nh3)42+，错误；cu2水解，加热cucl2溶液不能得到cucl2固体，错误；氢气通过灼热的cuo粉末发生的反应为cuo+h2cu+h2o，固体由cuo变为cu，1molcuo的质量为80g，1molcu的质量为64g，反应后固体质量减小，错误。答案：2. 合金与金属冶炼（1）合金定义两种或两种以上金属(或金属与非金属)熔化而成的具有金属特性的物质叫合金(合金为混合物)。如钢铁为铁碳合金特性合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能，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常见合金铜合金的主要类型有青铜、黄铜和白铜等。青铜主要含有铜和锡，具有良好的强度和塑性，易加工、耐腐蚀；黄铜主要含有铜和锌，有良好的强度和塑性，易加工、耐腐蚀；白铜主要含有铜和镍，不易产生铜绿，但导电、导热性能差钢是用量最大、用途最广的合金，按其化学成分，可以分为两大类：碳素钢和合金最常见的铝合金为硬铝，硬铝含cu4%、mg0.5%、mn0.5%、si0.7%，主要用于火箭、飞机、轮船等制造业钛的合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点，主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等尖端领域（2）金属冶炼实质金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即：mnne=m(写反应通式，用m表示金属)步骤矿石的富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量冶炼：利用氧化还原反应原理，在一定条件下，用还原剂将金属矿石中的金属离子还原成金属单质精炼：采用一定的方法，提炼纯金属方法加热法:适用于冶炼在金属活动顺序表中，位于氢之后的金属(如hg、ag等)。2hgo2hg + o2 hgs + o2hg + so22ag2o4ag + o2热还原法：适用于冶炼金属活动顺序表中zn、fe、sn、pb等中等活泼的金属，常用的还原剂有c、co、h2、al等。fe2o3 + 3co2fe + 3co2(炼铁) zno + czn + co(伴生co2)wo3 + 3h2w + 3h2o cr2o3 + 2al2cr + a12o3(制高熔点的金属)熔融电解法：适用于冶炼活动性强的金属如k、ca、na、mg、a1等活泼的金属，通过电解其熔融盐或氧化物的方法来制得。2a12o3 4al + 3o2 2nacl 2na + c12（3）铝热反应实验装置实验现象镁带剧烈燃烧，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；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fe2o32al2feal2o3原理应用制取熔点较高、活动性弱于al的金属，如铁、铬、锰、钨等；金属焊接，如野外焊接钢轨等【巩固演练】下列说法正确的是 。金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性金属元素的单质在常温下均为固体工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制合金的性质与其成分金属的性质不完全相同由铁矿石炼成铁是化学变化，由生铁炼成钢是物理变化工业上电解熔融状态的al2o3制备al不涉及氧化还原反应金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子在人类对金属材料的使用过程中，性质活泼的金属单质最早被人们冶炼和使用单质铝在空气中比较耐腐蚀，所以铝是不活泼金属feo投入稀h2so4和稀hno3中均得到浅绿色溶液向一定量的cu、fe2o3的混合物中加入300 ml 1 moll1的盐酸，恰好使混合物完全溶解，所得溶液中不含fe3。若用过量的co在高温下还原相同质量的原混合物，固体减少的质量为2.4 g解析：金属离子中的中间价态离子，比如fe2，既有氧化性又有还原性，错误；常温下金属汞呈液态，错误；电解nacl溶液生成naoh、h2和cl2，而得不到单质钠，错误；铁用co还原法炼制，用铝热反应成本太高，错误；合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低，正确；铁矿石炼铁和生铁炼钢都是化学变化，错误；电解熔融al2o3制取al的反应为2al2o3(熔融)4al3o2，该反应属于氧化还原反应，错误；金属冶炼就是把金属阳离子还原为金属原子，越活泼的金属，其阳离子的氧化性越弱，越难被还原，正确；性质活泼的金属很难以游离态存在，一般被人们发现使用得较晚，错误；单质铝不易被腐蚀，是因为其与氧气反应在其表面形成致密的氧化膜，保护内部金属不被腐蚀，错误。答案：【过关演练】1. (2016届济宁模拟)明代天工开物记载“火法”冶炼锌：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内，然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，冷淀，毁罐取出，即倭铅也”(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭)。下列说法不正确的是()a.倭铅是指金属锌和铅的混合物b.煤炭中起作用的主要成分是cc.冶炼zn的化学方程式：znco32czn3cod.该冶炼锌的方法属于热还原法2. (2016届唐山调研)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：si2ohh2o=sio2h2)()样品a.al、mg、si、zn b.al、fe、zn、nac.al、na、cu、fe d.al、cu、mg、si、mn3. (2017届邯郸调研)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cucl22h2o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1 mol cus则消耗3 mol o2b.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cucl22h2o晶体加热可制得cucl2固体4. (2016届辽宁师大附中期中)用下列装置进行相应实验，不能达到有关实验目的的是()a.用甲图装置电解精炼铝 b.用乙图装置制备fe(oh)2c.用丙图装置制取金属锰 d.用丁图装置验证nahco3和na2co3的热稳定性5. (2016届海口校级模拟)铜的冶炼大致可分为：富集，将硫化物矿进行浮选；焙烧，主要反应为2cufes24o2=cu2s3so22feo(炉渣)；制粗铜，在1200 发生的主要反应为2cu2s3o2=2cu2o2so2,2cu2ocu2s=6cuso2；电解精炼铜。下列说法不正确的是()a.上述灼烧过程的尾气回收后可用来制硫酸b.上述过程中，由6 mol cufes2制取6 mol cu时共消耗15 mol o2c.在反应2cu2ocu2s=6cuso2中，氧化产物与还原产物的物质的量之比为16d.在反应2cu2ocu2s=6cuso2中，只有cu2o作氧化剂6. 下表中，对陈述、的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是()选项陈述陈述判断a铜绿的主要成分是碱式碳酸铜可用稀盐酸除铜器表面的铜绿对；对；无b铜表面易形成致密的氧化膜铜制容器可以盛放浓硫酸对；对；有c向硫酸铜溶液中通入氨气，有深蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑对；对；有d蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂错；对；无7. cuso4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b相对于途径，途径更好地体现了绿色化学思想ccuso4在1 100 分解所得气体x可能是so2和so3的混合气体dy可能是葡萄糖8. (2017届长沙模拟)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)工业上可用cu2so2=2cuso2反应制取粗铜，反应中被氧化的元素是_，当消耗32 g cu2s时，转移电子数目是_(用na表示，na表示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5060 ，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。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为：cuh2so4(浓)_。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)。acu2s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o2c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9. (2017届葫芦岛调研)niso46h2o是一种绿色易溶于水的晶体，广泛应用于化学镀镍、生产电池等，可由电镀废渣(除含镍外，还含有cu、fe、cr等杂质)为原料获得。工艺流程如图：稀硫酸 h2o2溶液 naoh溶液 na2co3溶液 niso46h2o已知：25 时，几种金属氢氧化物的溶度积常数和完全沉淀的ph范围如下表所示。fe(oh)2fe(oh)3cr(oh)3ni(oh)2ksp8.010164.010386.010316.51018完全沉淀ph9.63.25.68.4请回答下列问题：(1)下列措施可行，且能提高废渣浸出率的有_。a.升高反应温度b.增大压强c.在反应过程中不断搅拌(2)在滤液中加入6%的h2o2溶液，其作用是_(用离子方程式表示)；加入naoh溶液调节ph的范围是_，目的是除去溶液中的_离子。(3)滤液的主要成分是_。(4)操作的实验步骤依次为_；向沉淀中滴加稀硫酸，直至恰好完全溶解蒸发浓缩、冷却结晶，过滤得niso46h2o晶体用少量乙醇洗涤niso46h2o晶体并晾干10. (2016届湖北龙泉中学、宜昌一中联考)铜是与人类关系非常密切的常见金属。.已知常温下，在溶液中cu2稳定，cu易在酸性条件下发生反应：2cu=cu2cu。(1)cuh中h元素化合价为_。(2)目前制备纳米级cu2o的一种方法：在氢氧化铜悬浊液中滴入n2h4h2o水溶液，充分反应后即可得到cu2o，同时产生无色无味的气体。上述制备过程中总反应的化学方程式为_。(3)一定条件下，在cuso4中加入nh4h反应生成氢化亚铜(cuh)。将cuh溶解在足量稀硫酸中，当产生6.72 l h2(标准状况下)时，参加反应的硫酸的物质的量为_。.孔雀石呈绿色，是一种名贵的宝石。其主要成分是xcu(oh)2ycuco3。某兴趣小组为探究孔雀石组成，利用下图所示的装置(夹持仪器省略)进行实验：步骤1：检查装置的气密性，将研细的样品置于硬质玻璃管中。步骤2：称量相关装置的质量，打开活塞k，鼓入空气，一段时间后关闭。步骤3：加热装置b直至装置c中无气泡产生。步骤4：_。步骤5：冷却至室温，称量相关装置的质量。(1)请补充步骤4操作内容：_。(2)若无装置e，则实验测定的的值将_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。(3)某同学在实验过程中采集了如下数据：a反应前硬质玻璃管与样品的质量163.8 gb反应后硬质玻璃管中残留固体质量20 gc装置c实验后增重2.25 gd装置d实验后增重5.5 g为测定的值，你认为可以选用上述所采集数据中的_ (写出所有组合的字母代号)任一组即可进行计算，并根据你的计算结果，写出孔雀石组成的化学式_。11. (2016届南昌模拟)铜是与人类关系非常密切的有色金属。已知，常温下，在溶液中cu2稳定，cu易在酸性条件下发生反应：2cu=cu2cu。大多数1价铜的化合物多数不溶于有机溶剂，如cu2o(砖红色)、cui、cucl、cuh等。(1)在cucl2溶液中逐滴滴加过量的ki溶液可能发生：a.2cu24i=2cui(白色)i2b.2cu22cl2i=2cucl(白色)i2为顺利观察到白色沉淀可以加入的最佳试剂是_。a.so2 b.苯 c.naoh溶液 d.乙醇(2)一定条件下，在cuso4中加入nh5反应生成氢化亚铜(cuh)。已知nh5是离子化合物且所有原子都达到稀有气体的稳定结构，请写出nh5的电子式： _；写出cuh在过量稀盐酸中有气体生成的离子方程式：_。(3)纳米级cu2o具有特殊的光学、电学及光电化学性质，在太阳能电池、传感器、超导体等方面有着潜在的应用，研究制备纳米氧化亚铜的方法已成为当前的热点研究之一。方法一：在新制cu(oh)2浊液中滴入n2h4h2o水溶液，蓝色沉淀逐渐转化为砖红色，同时产生无污染无色气体。写出上述制备过程中的总反应方程式：_。方法二：以铜作阳极，石墨作阴极电解。已知：铜作阳极时，铜先被氧化生成cu，后cu继续氧化生成cu2；在碱性溶液中cucl浊液易转化为cu2o。以nacl和含少量naoh的溶液作为电解质溶液，电解时阳极区会产生白色沉淀，写出阳极反应方程式：_。电解一段时间后，溶液中可能产生的现象：_，写出转化的离子方程式：_。这样制得的cu2o中往往含有cucl，请设计实验证明cucl的存在：_。参考答案1.解析：由题意可知，倭铅是指金属锌，不是混合物，故a错误；煤炭的主要成分是碳，反应中碳作还原剂，故b、c、d均正确。答案：a2.解析：通过反应知合金中必须含有排在金属活动性顺序中h之前的金属和h之后的金属；由反应知合金中必须含有si及排在金属活动性顺序表h之后的金属或其他非金属。答案：d3. 解析：a项，2cus3o22cuo2so2，由方程式可知，1 mol cus消耗1.5 mol o2；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cucl22h2o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。答案：b4.解析：因为al3得电子能力小于水溶液中的h，所以电解alcl3溶液不能得到al单质，a项错误；feso4溶液上面加入煤油，可防止空气中的氧气氧化生成的fe(oh)2，有利于得到纯净的fe(oh)2，b项正确；利用铝热反应可把mno2还原为金属锰，c项正确；碳酸氢钠放在小试管中，碳酸钠放在大试管中同时加热，可以验证nahco3和na2co3的热稳定性，d项正确。答案：a6.解析：稀盐酸可以与碱式碳酸铜(铜绿的主要成分)反应，而且稀盐酸不与cu反应，所以可用稀盐酸除铜器表面的铜绿，、有因果关系，a错误；铜表面不能形成致密的氧化膜，铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应，所以不能用铜制容器盛放浓硫酸，b错误；硫酸铜与氨水反应生成cu(oh)2，cu(oh)2受热分解生成黑色cuo，、均正确，但没有因果关系，c错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末，属于化学变化，cuso4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，d正确。答案：d7.解析：将cuso4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾，a项说法正确；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项说法正确；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项说法错误；碱性条件下，葡萄糖与新制氢氧化铜反应会生成cu2o，所以y可能是葡萄糖，d项说法正确。答案：c8.解析：(1)硫元素的化合价从2升到4，被氧化，当消耗32 g cu2s时，转移电子数目是6na1.2na。(2)h2so4、cu和o2反应的离子方程式为2cu4ho22cu22h2o。cuso4溶液中加入一定量的na2so3溶液和nacl溶液加热，生成cucl沉淀，离子方程式：2cu22clsoh2o=2cuclso2h。(3)按照甲同学猜想：铜被氧化得cuo，硫酸还原为so2，化学方程式表示为cuh2so4(浓),cuoso2h2o。从化合价上分析，铜有可能升高到1价，而硫也有可能从6价降到2价，结合cu2s和cus均为黑色固体，故a、c符合。答案：(1)s1.2na(2)2cu4ho22cu22h2o 2cu22clsoh2o=2cuclso2h(3)cuoso2h2oac10.解析：.(1)氢化铜是金属氢化物，因此氢的化合价为1。(2)铜元素的化合价由2降为1，同时产生无色无味气体，该气体一定是氮气，氮元素的化合价由2价升高到0价，根据得失电子守恒和原子守恒配平即得：4cu(oh)2n2h4h2o=2cu2on27h2o。(3)根据化学方程式2cuhh2so4=cucuso42h2，产生6.72 l h2，即h2物质的量为0.3 mol，则消耗硫酸为0.15 mol。.(1)根据题给信息，