高考化学一轮复习 讲义 第四章　第14讲　金属材料及金属冶炼　铜（基础版）

第14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↑1.合金材料中不可能含有非金属元素()2.合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属()3.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()4.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()5.火烧孔雀石炼铜采用的是焦炭法冶炼金属()6.合金的物理性质和化学性质相比于成分金属均发生改变()7.并非所有的金属都能形成合金()8.所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应()9.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()10.人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高()11.镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料()答案1.×2.√3.×4.√5.√6.×7.√8.×9.√10.×11.√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.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.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.(2024·甘肃，1)下列成语涉及金属材料的是()A.洛阳纸贵 B.聚沙成塔C.金戈铁马 D.甘之若饴答案C2.下列叙述正确的是()A.铝的金属活泼性强，可用于制作铝金属制品[2020·江苏，3A]B.氧化铝熔点高，可用作电解冶炼铝的原料[2020·江苏，3B]C.青铜比纯铜熔点低、硬度大，古代用青铜铸剑[2022·江苏，7C]D.奋斗者号潜水器载人舱外壳使用了钛合金，钛合金属于无机非金属材料[2021·天津，1B]答案C解析铝的金属活泼性强与可用于制作铝金属制品无对应关系，A错误；铝是活泼金属，用电解法冶炼，选择氧化铝作原料是因为氧化铝是离子化合物，B错误；钛合金属于金属材料，D错误。3.(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。4.(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-+H2课时精练[分值：50分](1~6题，每小题6分)1.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.《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.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.下列古诗或古文中的描述与化学方程式对应关系不正确的是()A.丹砂烧之成水银：HgSHg+SB.爆竹声中一岁除：S+2KNO3+3CK2S+3CO2↑+N2↑C.炉火照天地，红星乱紫烟：Cu2(OH)2CO3+2H22Cu+CO2+3H2OD.曾青得铁则化为铜：CuSO4+Fe=FeSO4+Cu答案C解析“丹砂烧之成水银”指硫化汞加热生成汞，化学方程式正确，A不符合题意；“爆竹声中一岁除”涉及黑火药爆炸，化学方程式正确，B不符合题意；“炉火照天地，红星乱紫烟”描述的是古代火法炼铜的场景，化学方程式错误，C符合题意；“曾青得铁则化为铜”指湿法炼铜，化学方程式正确，D不符合题意。5.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。6.一种利用废铜渣(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，结合元素守恒可知，“转化”后所得滤液中含有的主要阳离子有NH4+、H+、Cu2+，故7.(14分)铜及其化合物在工农业生产领域有着重要的用途，氯化铜、氯化亚铜经常用作催化剂。其中CuCl广泛应用于化工和印染等行业。【查阅资料】ⅰ.氯化铜：从水溶液中结晶时，在15℃以下得到四水物，在15~25.7℃得到三水物，在26~42℃得到二水物，在42℃以上得到一水物，在100℃得到无水物。(1)实验室用如图所示的实验仪器及药品制备纯净、干燥的氯气并与铜反应(夹持、加热装置略)制备氯化铜。①按气流方向连接各仪器接口的顺序是a→。②本套装置有两个仪器需要加热，加热的顺序为(填字母)。(2)印刷电路板是由高分子材料和铜箔复合而成，刻制印刷电路板时，要用FeCl3溶液作为“腐蚀液”。现欲从废腐蚀液中获得纯净的CuCl2·2H2O，进