第11讲用途广泛的金属材料开发利用金属矿物

1、第4讲用途广泛的金属材料开发利用金属矿物1. 掌握铜及其重要化合物的性质。考纲要2.了解合金的概念及重要应用。法。3. 了解常见金属的活动顺序及金属冶炼的一般方4.了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用。考点一合金及常见金属材料知识整合1. 合金概念性质由两种或两种以上的金属(或金屈与非金属)熔合而成 的貝有金属轄性的物质/熔点:多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点惬 、碇度：合金的硬度一般比它的各成分金属的®度大2. 常见金属材料金属黑色金属材料铁、症、倂以及它们的今金材料业金慣曲除黑色金属以外的其他各种金属及貝:介金(1)钢铁碳素钢合金钢具何各种不同的优良性能纺用丁制不锈钢及各

2、种特种钢铝合金种类硅铝合金、镁铝合金、硬铝等特性:密度小强度高塑(造)性好易于加丁1用途:建筑业、容器包装业、交通运输业等铜合金青铜(主要含Cu我国展电便nii黄铜(主要含Cm勺等)口铜(主耍禽Cu,Ni ,Zn等)【感悟测评】判断正误(正确的打“，错误的打(1) 合金的成分都是金属，属于混合物。(2) 任何不同的金属都可熔合为合金。(3) 钢和生铁的熔点都比纯铁低。(4) 常见的铜合金有青铜、黄铜和白铜。“X”(5) 合金的化学性质一般与其各成分金属的化学性质不同。()答案：(1)X (2)X (3)V (4)V (5)X(1)合金属于混合物。(2)合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在

3、许多方面不低碳钢：韧性.焊接性好强度低 中碳钢：强度高韧性及加工性好 嵩碳钢：硕酣脆热处理后弹性好 同于其成分金属，不是简单的加合，但在化学性质上，一般认为合金 体现的是各成分金属的化学性质。典题示例考向一合金的性质及应用1. 2016年在上海首飞的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解析：铝锂合金中的铝能与酸和碱反应， 锂能与酸反应，故铝锂 合金不耐酸碱腐蚀。答案：D2. 2015年6月24日中国载人潜水器“蛟龙”号在西太平洋的马里亚纳海沟试

4、验海域成功创造了载人深潜新的历史记录，首次突破7 000米，最深达到7 020米海底。“蛟龙”号载人潜水器的外壳是耐超高压的钛合金，下列有关合金的说法中正确的是（）A .钛合金是一种新型的金属单质B.钛合金的熔点比成分金属的低，硬度小C .钛合金的化学性质与钛单质相同D .青铜、碳素钢、合金钢和硬铝均是合金解析：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 的具有金属特性的物质，不属于新型金属单质，A错误；合金的熔点般比成分金属的熔点低但硬度大，B错误；合金的化学性质与其成 分金属的化学性质是相同的，钛合金除具备钛单质的性质外，还具有其他成分的性质，C错误。答案：D考向二合金成分的分析3

5、. 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（）溶液样品浪ft稀盐酸1>气休I难溶物浓柿旧溶液丿溶液A. Al、Mg、Si、ZnB. Al、Fe、Zn、NaC. Al、Na、Cu、Fe解析：硬铝中一定含有Al，D. Al、Cu、Mg、Si、Mn样品加入足量稀盐酸后有难溶物存在，说明有金属活动性在 H之后的金属或非金属存在，再加入浓NaOH溶液后有气体生成和难溶物存在，根据题目信息可知硬铝样品 中含有Si,最终的难溶物为Cu, D项中含有上述三种物质。4.部分氧化的答案：DFe Cu合金样品（氧化产物为Fe2O3、CuO）共5.76 g,经如下处理:样足量

6、I ( ni稀 H.Sf),标准状况下V niL气体f滤液AC不含（M * 址本'小祥叫滤cgMA-体:七2 S过滤下列说法正确的是（）A.滤液A中的阳离子为Fe2+、Fe3+、HB.样品中Fe元素的质量为224 gC .样品中CuO的质量为4.0 g解析：因为氧化性：Fe3+ >Cu2+>H +，还原性：Fe>Cu,有气体 产生，则该气体是H2,所以滤液A中阳离子不可能有Fe3+,而是Fe2 +、H +，则A项错误；最后的3.2 g固体为Fe2O3,其中Fe元素的质 量为2.24 g, B项正确；样品中Cu元素和O元素共5.76 g 2.24 g =3.52 g,

7、C项错误；224 g Fe元素不可能全是单质，故生成的 H?标准状况的体积小于896 mL, D项错误。答案：B考点二铜及其化合物1.位置与物理性质铜位于元素周期表的第四周期第I B族，主要化合价为+J、土2。铜是紫红色固体，其导电性仅次于银。2.化学性质Cu/OHbCOj 分气中非氧化性叭不反应CuClzCiiSE非金属（Cl?E单质's写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式2CU + O2 + CO2 + H2O=Cu2（OH） 2CO3（绿色固体） S+ 2Cu=Cu2S Cu + 2H2SO4(浓)=CuSO4 + SO2 f+ 2H2O Cu + 2Fe3+ =2Fe2+

8、+ Cu2+3. 铜的重要化合物(1)氧化物和氢氧化物学式氧化铜CuO难溶于水的黑色固体(粉末)氢氧化铜Cu(OH)2难溶于水的蓝色固体氧化亚铜CU2O不溶于水的红色固体CuO + 2H + =Cu2+ + H2OCU2O + 2HCuO + H2='Cu(OH) 2+ 2H + =Cu2 + +=Cu2+ + Cu+ H2OCu + H2O2H2OCuO +CO=:Cu(OH)2=CuO + H2OCu2O +H2=2Cu+ H2OCu + CO2(2)CuSO4 5H2O :蓝色晶体，俗称蓝矶、胆矶。无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4 5H2O),可作为水的检验依据。CuSO

9、4和石灰乳的混合液即为无机农药波尔多液，是一种良 好的杀菌剂，可以用来防治多种作物的病害。【多维思考】1.黄铜和金的颜色均为黄色，如何鉴别？提示：测密度 是否溶于稀硝酸 测硬度2.波尔多液是一种杀菌剂，它是由 CuS04、生石灰和水按一定比例配制而成的天蓝色胶状悬浊液，其杀菌的可能原因是什么?提示：CuS04是重金属盐，能使蛋白质变性。3.某研究小组用废铜粉制取胆矶，设计了如下几个实验方案:浓硫酸加水硫酸铜蒸发(1)Cu> CuS04 、宀、亠加热稀释溶液结晶CuS04 5H 2O。02稀硫酸蒸发(2)Cu>Cu0>硫酸铜溶液灼烧结晶CuS04 5H2O。Cu热空气稀硫酸蒸发

10、结晶>硫酸铜溶液 > CuS04 5H2O。对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案?提示：考点阐释(1)通常利用反应2Cu + 02=2Cu0除去混合气体中的少量(2)常利用CuS04转化为CuS04 5H2O时固体由白色粉末变成蓝色晶体检验少量水的存在。(3)铜在通入氧气的情况下，可在稀的非氧化性酸 (稀盐酸、稀硫 酸)中逐渐溶解：2Cu + O2 + 2H 2SO4=2CuSO4 + 2出0。典题示例冷考向一 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(CusFeSj、辉铜矿(CU2S)、孔雀石CuC03

11、 Cu(0H)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答案：C+ 2H +2.已知CuO经高温灼烧生成Cu2O,Cu2O与H +发生反应：Cu2OCu + 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CU2OB.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

12、有分解答案：C3.氢化亚铜(CuH)是一种难溶物质，用CuSO4溶液和另一种 应物”在4050 C时反应可生成它。CuH不稳定，易分解；“反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=CuCI 十 HCI(燃烧)D. CuH + HCI=CuCI + H2 f （常温）解析：C项中CI2具有强氧化性，产物应为 CuCl2和HCI。答案：C考向二 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，有列两种途径：H2SO4 CuOFe> H2>CuH2S

13、O4Fe CuO> CuSO4> Cu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解析：制备1 mol Cu需要1 mol CuO ,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均比第种方法多。答案： A5.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 ）：足量金属粉末孔雀石粉碎师过踰硫酸询液操作"

14、;（1）反应能观察到的现象是 有关反应的化学方程式为i(b（2）反应加入的金属可能是 为,有关反应的离子方程式解析：（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 f +彳出。经过滤除去难溶于水和稀 硫酸的杂质，是滤液中主要含有 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。答案：（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 + CO 2 f + 3战0铁粉（答案合理即可）Fe+

15、 Cu2+=Fe2 + + Cu考向三 铜及其化合物的转化关系6. （2018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：F列说法正确的是（）A .焙烧过程中每消耗1 mol CuS则消耗3 mol 02B.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固体高温解析：A 项，2CuS + 3O2=2CuO + 2SO2，由方程式可知，1 mol CuS消耗1.5 mol 02; B项，废气中含有S02,能使酸性高锰酸 钾溶液褪色，正确；调

16、节 pH时，Fe3+水解转化为Fe(0H)3而除去， 因而C项错误；将CuCl2 2H2O直接加热脱水，Cu2"水解，HCl挥 发产生Cu(OH) 2,无法得到CuCl2，因而D项错误。答案：B考点三金属矿物的开发和利用知识整合1. 金属在自然界中的存在金、钠等极少数金属在金屈化合物中'金属元素都显正价2. 金属冶炼的一般步骤(M)CZ> lcz> 13. 金属冶炼的方法(用化学方程式表示)MgCl2（熔融）电解 2Na+Cl2 f 2Al2O3（熔融）电解 Mg+CI 2 f电解冰晶石4AI+3O2f2Al2O3（熔融）Fe2O3+3CO 高温 2Fe+3CO2

17、 fC+2CU0 高温 2Cu+CO2f»N扒2N宜门（熔融）2Na+C14 由鯉AMg:M肌以熔融）Mg+ClJF1:2A1D（熔融）=4AU3O,t冰晶石热还原法£i2Fe+3CO2高炉炼铁：止20尹3C0A 焦炭还原制铜：C+2CiiO= 2CIJ+C0, t*Hg： 2HgO= 2Hg+O2fAg: 2Ag0 4Ag+O2t4.铝热反应实验镁带：为铝热反应的起始反应提供 高温条件，作引发剂=(装置镁带剧烈燃烧，放出一定的热，并发出耀眼的白光,实验现象氧化铁和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原理应用高温下，铝与氧化铁发生反应

18、，放出大量的热，反应的高温化学方程式为 2AI + Fe2O3=AI2O3 + 2Fe 制取熔点较高、活泼性弱于 AI的金属铬、锰、钨等; 金属焊接，如野外焊接钢轨等【多维思考】1.冶炼Mg时只能电解MgCI2，为什么不电解 MgO? 提示：MgO熔点太高，难熔化。2.冶炼Al时只能电解AI2O3,为什么不电解 AICI3?加入冰晶石的目的是什么?提示：AICI3是共价化合物，熔融时不导电，加入冰晶石的目的是降低AI2O3的熔化温度。3. 铝热反应的本质是利用铝的还原性，是否所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应?提示：否，判断铝热反应能否发生，应看金属的活动性。考点阐释pg1.金属的活动性与冶

19、炼方法的选择金属活 动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、 Pb(H)、CuHg、Ag冶炼方法电解法热还原法热分解法2铝热反应的三个注意事项(1) 铝热反应是在高温干态下进行的置换反应，铝只能与排在金属活动性顺序中铝后的金属的氧化物反应。(2) 铝热反应常出现在推断题中。(3) 铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。典题示例考向一金属冶炼原理1.工业上由含钒、铬和锰的矿物冶炼难熔的金属钒、铬和锰,通常采用的方法是()A .碳还原法B.铝热法还原C .直接加热法D .盐的水溶液与活泼金属置换法 解析：冶炼难熔金属通常用铝热法还原。答案：B2.F列金属冶炼的反应原

20、理中错误的是()电解MgCl2(熔融)=Mg + Cl21B.AI2O3 + 3H 2=2Al + 3H 2。咼温C. Fe2O3 + 3CO=2Fe + 3CO2D. 2Ag2O=4Ag + O2 f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。答案：B考向二铝热反应及应用B.该反应会产生高温，发出强光C .根据铝热反应的原理，可以冶炼某些金属D .若反应中转移3 mol电子，消耗氧化剂的物质的量是1 mol解析：A项，铝是活泼金属，高温条件下可置换出氧化铁中的铁,正确；B项，铝热反应放出大量的热，产生高温、发出强光，正确;C项，高熔点的金属可采用铝热法冶炼，正确

21、； D项，铁元素的化合价从+ 3价降低到0价，因此1 mol Fe2O3在反应中得到6 mol电子,则若反应中转移3 mol电子，贝昨肖耗氧化剂的物质的量是 05 mol,错误。答案：D4. 把铝粉和四氧化三铁粉末配成铝热剂，分成两等份。第一份在高温下恰好完全反应，然后将生成物和足量盐酸反应；第二份直接投入足量的NaOH溶液中，充分反应。则前后两种情况下生成气体的体积之比是（相同状态下）（）B. 9 : 8解析：根据铝粉和四氧化三铁恰好完全反应可得,Fe3O4 与 Al（1）仪器X的名称是O的物质的量之比为3 : 8,故反应后的铁粉和反应前铝粉的物质的量之比为9 : 8,再通过铁粉与盐酸的反应

22、，以及铝粉与 NaOH溶液的反应可知，生成气体的体积之比为9 : 12,即3 ： 4。答案：CI為J；*题逋关1. （2016四川理综）CuCI广泛应用于化工和印染等行业。 某研究 性学习小组拟热分解 CuCl2 2H2O制备CuCI，并进行相关探究。CuCk - 2H2（）丫化CuCh丄"" JcuCl + Cb资料查阅140900 VCu2（ o H）2 c U c （）实验探究该小组用下图所示装置进行实验（夹持仪器略）气休入口CuCli - 2吐0AC无水CuSOi<湿润蓝色aOlT请回答下列问题:亍e(填操作的编号)。(2)实验操作的先后顺序是a-_a.检查装

23、置的气密性后加入药品 b.熄灭酒精灯，冷却C.在“气体入口”处通入干燥 HCI d点燃酒精灯，加热 e.停止通入HCI，然后通入N2(3) 在实验过程中,观察到 B 中物质由白色变为蓝色, C 中试纸 的颜色变化是(4) 装置 D 中发生的氧化还原反应的离子方程式是探究反思(5) 反应结束后, 取出 CuCI 产品进行实验, 发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信息分析：若杂质是CuCl2,则产生的原因是若杂质是CuO,则产生的原因是 解析： (1)根据仪器 X 的构造特点知其名称为干燥管；(2)加热CuCl2 2H2O制备CuCI，为防止生成的 CuCI被空气中 的氧气氧化和C

24、u"水解，必须要先通入干燥的 HCI气体赶走装置中 的空气再加热,且要在 HCl 气流中加热制备,反应结束后先熄灭酒精灯,继续通入氮气直至装置冷却,所以操作顺序为：acdbe；(3)B中有白色变为蓝色，说明有水生成，产物中还有CI2,所以C 中石蕊试纸先逐渐变为红色,后褪色；(4)D中是CI2和NaOH反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，反应 的离子方程式为：Cl2 + 2OH - =C+ CIO + H2O;(5)根据题给信息知若杂质是 CuCl2，说明CuCl2没能完全反应, 原因为加热时间不足或温度偏低；若杂质是氧化铜，说明 CuCI2水解生成Cu2(OH) 2CI2,进一步分解生成 CuO，原因是通入HCI的量不足。答案：干燥管 (2)cdb (3)先变红，后褪色 (4)Cl2 + 2OH - =C+ CIO+ H2O(5)加热时间不足或温度偏低通入HCI的量不足2. (2015天津理综)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矶，流程简图如下:Cii等胆矶回答下列问题:(1)反应I是将Cu转化为cu(nh3)4+，反应中H2O2的作用是。写出操作的名