第4章　第15讲　金属材料及金属冶炼　铜

第15讲金属材料及金属冶炼铜[复习目标]1.了解金属材料的性能及其在生产、生活中的应用。2.了解金属矿物的综合利用，知道常见金属冶炼的一般方法。3.了解铜及其重要化合物的性质和应用。考点一金属材料及金属冶炼1.金属材料分类2.合金3.金属冶炼(1)金属冶炼的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：Mn++ne-=M(写反应通式，用M表示金属)。(2)金属冶炼的一般方法冶炼方法主要反应原理(举例)热分解法2HgO2Hg+O2↑热还原法Fe2O3+3CO2Fe+3CO2(高炉炼铁)WO3+3H2W+3H2OFe2O3+2Al2Fe+Al2O3(铝热法炼铁)电解法2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑一、合金的性能与用途1.(2025·济南模拟)明末科学家宋应星出版的《天工开物》中记载了有关“五金”的内容：“……黄金美者，其值去黑铁(生铁)一万六千倍，然使釜、鬵(xín，一种炊具)、斤(这里指菜刀、镰刀、锄头等)、斧不呈效于日用之间……贸迁有无……”下列解释正确的是()A.明代使用的釜、鬵一类的炊具都属于青铜合金B.添加了铬、镍的不锈钢菜刀和农具使用后即使不保养，也不会生锈C.金属的另一个用途就是铸成钱币作为贸易交往中的流通手段D.黑铁在空气中发生的腐蚀主要是化学腐蚀答案C解析明代使用的釜、鬵一类的炊具都属于铁合金，故A错误；不锈钢制作就是在普通钢中添加铬、镍等元素改变了钢铁内部结构，不锈钢不容易生锈，家里用的农具是铁合金，如果没及时洗干净后晾干，铁与氧气、水同时接触，容易发生电化学腐蚀，容易生锈，故B错误；生铁的腐蚀主要是析氢腐蚀和吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D错误。2.(2025·吉林高三期中)下列说法不正确的是()A.硬铝密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机的理想材料B.储氢合金的发现和应用，开辟了氢气储存、运输的新途径C.“山东舰”上用于舰载机降落的拦阻索是一种特种钢缆，属于新型无机非金属材料D.不锈钢是一种主要含Fe、Cr、Ni且不易生锈的合金钢答案C解析硬铝具有密度小、硬度大、抗腐蚀能力强的特性，是制造飞机的理想材料，故A正确；储氢合金是高效、安全的储氢载体，其发现和应用开辟了氢气储存、运输的新途径，故B正确；“山东舰”上用于舰载机降落的拦阻索是一种特种钢缆，属于金属材料，故C错误；不锈钢不易生锈，主要含有铁、铬、镍，故D正确。二、金属冶炼的一般方法3.下列关于金属的冶炼方法叙述不正确的是()选项金属存在形式冶炼方法A金游离态金子比沙子密度大，利用水洗法直接分离B银化合态银的金属活动性弱，用加热Ag2O的方法冶炼C铁化合态铝的金属活动性比铁强，可用铝热法炼铁D钠化合态钠的金属活动性强，一般还原剂很难将其还原出来，所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼答案D解析一般认为铁是由CO还原Fe2O3制得，但在实际生活中，在铁轨焊接等方面，是用铝热反应来制取的，C正确；钠一般是由电解熔融NaCl的方法来制取，而电解饱和食盐水得到的是NaOH、H2和Cl2，D错误。4.不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是()A.钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制B.铝及其合金是电气、工业、家庭中广泛使用的材料，是因为铝的冶炼方法比较简单C.由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质D.炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制造还原剂一氧化碳答案D解析通常用CO还原法炼制铁，A错误；因为Al有良好的性能，才被广泛使用，B错误；氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，工业上用电解熔融氧化铝的方法制取铝，C错误；高炉炼铁中焦炭的作用为与氧气反应产生热量和制造还原剂一氧化碳，D正确。考点二铜及其化合物1.熟记铜及其常见化合物的颜色物质颜色物质颜色Cu紫红色CuSO4白色CuO黑色CuSO4·5H2O蓝色Cu2O砖红色Cu2(OH)2CO3绿色Cu2S黑色Cu(OH)2蓝色2.铜及其重要化合物的转化关系完成上述转化关系中指定变化的化学方程式或离子方程式。(1)铜在潮湿的空气中生锈：2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3。(2)FeCl3溶液腐蚀铜板：Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+。(3)将氨水逐滴滴入CuSO4溶液过程中所发生的反应：Cu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2↓+2NH4+；Cu(OH)2+4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2(4)胆矾加热分解：CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O。3.Cu+的性质(1)+1价铜有较强的还原性，易被氧化剂氧化为+2价。(2)+1价铜在酸性条件下，易发生歧化反应生成Cu和Cu2+，如Cu2O加入稀H2SO4反应的离子方程式：Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O。1.铁、铜在潮湿的空气中均易形成金属氧化物()2.无水CuSO4既可检验水蒸气的存在又可作干燥剂()3.Cu2O在高温下比CuO稳定的原因是Cu2O中Cu+的3d轨道电子全充满()4.Cu与Fe3+反应说明Cu的还原性比Fe的强()5.Cu(OH)2溶于氨水生成[Cu(NH3)4]2+()6.CuSO4·5H2O呈蓝色是因为存在[Cu(H2O)4]2+()答案1.×2.×3.√4.×5.√6.√1.(2025·河北邯郸检测)CuSO4用途广泛，以Cu为原料制CuSO4有多种方法。(1)实验室可用Cu与浓硫酸反应制CuSO4。①Cu与浓硫酸反应的化学方程式是。②该方法制CuSO4存在的不足是(任写一条)。(2)实验小组采取如下方法制CuSO4。实验表明，Fe3+能加快生成CuSO4的反应速率，原理可表述为ⅰ.2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ⅱ.……ⅱ的离子方程式是。答案(1)①Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O②反应产生SO2，对环境有污染(或氧化剂浓硫酸利用率不高，其他合理答案均可)(2)4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O2.(2025·河北唐山质检)工业上由黄铜矿(主要成分为CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下：(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的(填字母)吸收。a.浓硫酸 b.稀硝酸c.NaOH溶液 d.氨水(2)由泡铜冶炼粗铜的化学方程式为。(3)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是(填字母)。a.电能全部转化为化学能b.粗铜接电源正极，发生氧化反应c.溶液中Cu2+向阳极移动d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属答案(1)cd(2)3Cu2O+2AlAl2O3+6Cu(3)bd解析(1)气体A中的大气污染物为SO2，可以用NaOH溶液或氨水吸收。(2)根据题图可知，泡铜中的Cu2O与Al高温下发生铝热反应制得铜。(3)电解精炼铜过程中，电能转化为化学能和热能，a错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连，发生氧化反应，b正确；电解过程中Cu2+向阴极移动，c错误；粗铜中的Ag、Pt、Au的放电能力比铜的弱，形成阳极泥，可以回收，d正确。1.(2021·河北，1)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献，陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢。下列说法错误的是()A.钢是以铁为主的含碳合金B.钢的含碳量越高，硬度和脆性越大C.生铁由于含碳量高，熔点比熟铁高D.冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3答案C解析钢是含碳量低的铁合金，故A正确；钢的硬度和脆性与含碳量有关，随着含碳量的增加而增大，故B正确；由题意可知，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢，说明生铁的熔点低于熟铁，故C错误；赤铁矿的主要成分是Fe2O3，可用于冶炼铁，故D正确。2.(2024·福建，5)从废线路板(主要成分为铜，含少量铅锡合金、铝、锌和铁)中提取铜的流程如下：已知：“滤液2”主要含SnO32-和HPbOA.“机械粉碎”将铅锡合金转变为铅和锡单质B.“酸溶”时产生Al3+、Fe3+和Zn2+C.“碱溶”时存在反应：Sn+2OH-+O2=SnO32-D.“电解精炼”时，粗铜在阴极发生还原反应答案C解析废线路板先机械粉碎，可以增加其反应的接触面积，加入稀盐酸后铝、锌、铁溶解，进入滤液1，通入氧气、加入氢氧化钠，可以溶解锡和铅，最后电解精炼得到铜。机械粉碎的目的是增大接触面积，加快反应速率，A错误；酸溶的过程中Al、Fe、Zn转化为对应的Al3+、Fe2+和Zn2+，B错误；“碱溶”时根据滤液2中含SnO32-，存在反应：Sn+2OH-+O2=SnO32-+H23.(2024·山东，14改编)钧瓷是宋代五大名瓷之一，其中红色钧瓷的发色剂为Cu2O。为探究Cu2O的性质，取等量少许Cu2O分别加入甲、乙两支试管，进行如下实验。下列说法正确的是()实验操作及现象试管甲滴加过量0.3mol·L-1HNO3溶液并充分振荡，砖红色沉淀转化为另一颜色沉淀，溶液显浅蓝色；倒掉溶液，滴加浓硝酸，沉淀逐渐消失试管乙滴加过量6mol·L-1氨水并充分振荡，沉淀逐渐溶解，溶液颜色为无色；静置一段时间后，溶液颜色变为深蓝色A.试管甲中新生成的沉淀为金属CuOB.试管甲中沉淀的变化均体现了HNO3的氧化性C.试管乙实验可证明Cu(Ⅰ)与NH3形成无色配合物D.上述两个实验表明Cu2O为两性氧化物答案C解析Cu(Ⅰ)在酸性条件下易发生歧化反应，根据试管甲中的现象溶液显浅蓝色，说明Cu2O转化成Cu2+，Cu元素的化合价由+1价升至+2价，推理Cu元素的化合价由+1价降至0价，再根据沉淀可溶于浓硝酸，确定新生成的沉淀为金属Cu，A错误；Cu2O与0.3mol·L-1HNO3发生的反应为Cu2O+2HNO3=Cu(NO3)2+Cu+H2O，该过程中HNO3表现酸性，后滴加浓硝酸发生的反应为Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，该过程中HNO3体现酸性和氧化性，B项错误；Cu2O中滴加过量6mol·L-1氨水充分振荡，沉淀逐渐溶解得到无色溶液，静置一段时间无色溶液变为深蓝色，说明Cu(Ⅰ)与NH3形成的无色配合物易被空气中的O2氧化成深蓝色的[Cu(NH3)4]2+，C项正确。课时精练[分值：50分](1~5题，每小题8分)1.(2025·青岛二中检测)航空航天领域成果的取得离不开金属材料的贡献。下列关于金属材料的说法中不正确的是()A.金属材料包括纯金属和它们的合金B.合金的硬度一般比其成分金属大，但熔点一般比其成分金属低C.铝合金应用十分广泛，因为它不仅价格合适，耐酸、碱腐蚀，而且具有优良的机械性能D.新型钛合金强度高、质量轻、耐高温，广泛应用于航空航天领域答案C解析铝易与酸、碱溶液发生反应，不耐酸、碱腐蚀，C错误。2.(2025·福建五校联考)《天工开物》中记载了铜的开采与冶炼：“凡铜砂……淘洗去土滓，然后入炉煎炼，其熏蒸傍溢者，为自然铜……色似干银泥……凡铜质有数种……有与铅同体者，其煎炼炉法，傍通高低二孔，铅质先化，从上孔流出。”下列有关说法错误的是()A.“淘洗去土滓”属于原料的富集B.炼制所得自然铜为合金C.铜与铅混合物的分离过程利用了物质的熔点不同D.可用热分解法冶炼铜答案D解析“淘洗去土滓”，使矿石和土分离属于原料的富集，A正确；纯铜为紫红色固体，“自然铜……色似干银泥”为合金，B正确；铜与铅混合物的分离过程中，“铅质先化，从上孔流出”，利用了物质的熔点不同，C正确；不能用热分解法冶炼铜，应用热还原法冶炼铜，D错误。3.(2025·石家庄检测)北宋沈括《梦溪笔谈》中记载：“信州铅山县有苦泉，流以为涧。挹其水熬之则成胆矾，烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜，久之亦化为铜。”下列有关叙述错误的是()A.胆矾的化学式为CuSO4B.胆矾可作为湿法冶铜的原料C.“熬之则成胆矾”是浓缩结晶过程D.“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”是发生了置换反应答案A解析胆矾的化学式为CuSO4·5H2O，A项错误；湿法冶铜的原理是CuSO4+Fe=FeSO4+Cu，即胆矾可作为湿法冶铜的原料，B项正确；CuSO4溶液经熬制可以得到胆矾，是CuSO4溶液浓缩结晶的过程，C项正确；熬胆矾铁釜中发生的反应为CuSO4+Fe=FeSO4+Cu，属于置换反应，D项正确。4.铝热反应的实验装置如图所示，下列有关说法错误的是()A.X物质为KClO3B.镁条燃烧提供引发反应所需的热量C.若转移0.3mol电子，被还原的Fe2O3为16gD.可利用铝热反应冶炼铁答案C解析KClO3受热分解产生氧气，助燃，图示装置中X物质为助燃剂KClO3，A正确；镁条燃烧放出大量热，可为铝热反应提供引发反应所需的热量，B正确；反应2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe中，Fe元素化合价从+3价变为0价，还原1molFe2O3转移6mol电子，则转移0.3mol电子还原Fe2O3的物质的量为0.3mol6=0.05mol，其质量为160g·mol-1×0.05mol=8g，C错误；Fe的活泼性小于Al，可利用铝热反应冶炼铁，D正确。5.(2026·陕西渭南模拟)一种利用废铜渣(主要成分为CuO，还有少量Fe2O3、SiO2等杂质)制备超细铜粉的流程如图：下列说法正确的是()A.“酸浸”所得滤渣的主要成分为H2SiO3B.“沉铁”时发生反应的离子方程式为Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓C.“沉铜”发生的反应为复分解反应D.“转化”后所得滤液中含有的主要阳离子：NH4+、H+、答案D解析废铜渣(主要成分为CuO，还有少量Fe2O3、SiO2等杂质)在“酸浸”时CuO、少量Fe2O3与H2SO4反应生成硫酸铜、硫酸铁，SiO2不溶于H2SO4，所以滤渣的成分是SiO2，滤液中加过量氨水“沉铁”除去Fe3+，铜离子转化为[Cu(NH3)4]2+，向所得滤液通二氧化硫“沉铜”，过滤出产生的CuNH4SO3沉淀，加稀硫酸转化，+1价铜发生歧化反应得到铜离子和Cu。“酸浸”所得滤渣的主要成分为SiO2，故A错误；NH3·H2O是弱碱，在离子方程式中不能拆，故B错误；“沉铜”时向含有[Cu(NH3)4]2+和过量氨水的混合溶液中通入二氧化硫生成CuNH4SO3沉淀，铜元素化合价降低，则发生氧化还原反应，不是复分解反应，故C错误；转化时，CuNH4SO3在稀硫酸中发生歧化反应，得到铜离子和Cu，结合元素守