20202021年高考化学一轮复习讲解金属材料与金属矿物利用pdf

2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《金属材料与金属矿物利用》【知识梳理】一、铜及其化合物铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一。铜元素在元素周期表中位于第四周期第ⅠB族，原子结构示意图为：。铜是硬度较小的紫红色金属，具有良好的延展性、导电性和导热性。铜在电气和电子工业中主要用于制造电线、通讯电缆等。这方面应用占铜的工业总用量的一半左右，半导体器件中的硅芯片上用铜代替铝线；建筑业上用铜制造水管及其它排水设施，具有独特的杀菌功能，抑制细菌生长。1．铜及其化合物的颜色2．铜的化学性质(1)与非金属单质反应2Cu＋O22CuO2Cu＋SCu2SCu＋Cl2CuCl2(2)与酸反应①与非氧化性酸（稀盐酸、稀硫酸）不反应。②与氧化性酸反应Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2OCu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O(3)与盐溶液反应Cu＋2FeCl3＝CuCl2＋2FeCl2△△△(4)铜在干燥空气中性质稳定，但在潮湿空气中会被腐蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。2Cu＋O2＋H2O＋CO2＝Cu2(OH)2CO33．铜的化合物的化学性质(1)氧化铜：CuO为黑色不溶于水的固体。①氧化铜有金属氧化物的性质。CuO＋2HCl＝CuCl2＋H2O②氧化铜具有氧化性，可与某些还原剂反应。H2＋CuOCu＋H2OC＋2CuO2Cu＋CO2↑③氧化铜在高温下可发生分解反应：4CuO2Cu2O＋O2↑（2）氢氧化铜：Cu(OH)2为蓝色不溶于水的絮状沉淀。①与酸反应：Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O②受热分解：Cu(OH)2CuO＋H2O③检验醛基：CH3CHO+2Cu(OH)2＋NaOHCH3COONa+Cu2O+3H2O(3)硫酸铜：CuSO4晶体与无水CuSO4之间可以相互转化。CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2OCuSO4＋5H2O＝CuSO4·5H2O实验内容实验现象结论CuSO4·5H2O→CuSO4向饱和的CuSO4溶液中慢慢滴入浓硫酸，静置液体分为两层，上层蓝色，下层无色，有白色固体析出浓硫酸具有吸水性，可使饱和的CuSO4溶液析出白色CuSO4固体CuSO4→CuSO4·5H2O向无水CuSO4中通入水蒸气白色粉末变为蓝色晶体CuSO4＋5H2O＝CuSO4·5H2O例题1、下列说法正确的是。①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高温高温高温②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③将铜粉加入1−0mol·L－1Fe2(SO4)3溶液中，现象是溶液变蓝，有黑色固体出现④铁比铜活泼，铆在铜板上的铁钉在潮湿空气中不易生锈⑤氧化铜可作为制造玻璃、搪瓷的红色颜料⑥硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂⑦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⑧1molCu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO3分子⑨冶炼铜的反应为8CuFeS2＋21O28Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2，若CuFeS2中Fe的化合价为+2，反应中被还原的元素是Cu和O⑩CuSO4溶液与过量浓氨水反应的离子方程式：Cu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2↓+2NH4+⑪将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体⑫H2通过灼热的CuO粉末，反应后固体物质增重【指点迷津】（1）波尔多液消毒：主要应用在农业植物杀菌和公共场合的消毒。其主要成分组分CuSO4溶液、石灰水，原理是重金属盐能使蛋白质变性。（2）制备CuSO4方案的选择：方法如下：一是Cu→CuO→CuSO4,二是用铜和浓硫酸的反应。方案的选择主要从绿色化学概念角度进行：一是原料利用率高，节约成本；二是不产生有毒气体，不造成大气污染。与之相同的还有Cu(NO3)2的制备。（3）CuCl2溶液的蒸干、和含有结晶水时除去结晶水，分别对应的操作是加入盐酸，和在HCl气氛中加热。（4）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-=Ni2+；阴极反应：Cu2++e-=Cu，硫酸铜溶液浓度降低。二、合金与金属冶炼1．合金及新材料（1）合金概念：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。（2）合金特性：合金比它的成分金属具有良好的物理和化学等多方面性能。如合金的熔点一般比它的成分金属熔点低，合金适宜铸造；又如硬铝合金的强度和硬度都比纯铝大，几乎相当钢材，且密度小。高温（3）钛合金：金属钛是一种新型的结构材料。钛的密度为4−54g·cm-3，比钢轻，可是，钛的机械性能与钢相似。钛恰好兼有钢和铝的优点。液体钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。将钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛的表面容易形成致密的、钝性的氧化物保护膜，使得钛具有优良的抗腐蚀性，特别是对海水的抗腐蚀性很强。由于金属钛具有优良的性能，在国防和高能技术中，钛占有重点地位，在航海和航空制造业中得到广泛的应用。2．金属的冶炼(1)从矿石中提取金属的一般步骤有三步：①矿石的富集：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；⑧精炼：采用一定的方法，提炼纯金属。(2)冶炼金属的实质：用还原的方法，使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子−(3)金属冶炼的一般方法：①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+SO2↑2Ag2O4Ag+O2↑②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+3H2OCr2O3+2Al2Cr+A12O3(制高熔点的金属)③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。2A12O34Al+3O2↑2NaCl2Na+C12↑④湿法冶金(又叫水法冶金)：利用在溶液中发生的化学反应(如置换、氧化还原、中和、水解等)，对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程．湿法冶金可用于提取Zn、U(铀)及稀土金属等。3．金属的回收：地球上的金属矿产资源是有限的，而且是不能再生的。随着人们的不断开发利用，矿产资源将会日渐减少。金属制品在使用过程中会被腐蚀或损坏，同时由于生产的发展，新的产品要不断替代旧的产品，因而每年就有大量废旧金属产生。废旧金属是一种固体废弃物，会污染环境。要解决以上两个问题，最好的方法是把废旧金属作为一种资源，加以回收利用。这样做，既减少了垃圾量，防止污染环境，又缓解了资源短缺的矛盾。回收的废旧金属，大部分可以重新制成金属或它们的化合物再用。例题2、下列说法正确的是。①金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性②金属元素的单质在常温下均为固体③工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气④钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制⑤合金的性质与其成分金属的性质不完全相同⑥由铁矿石炼成铁是化学变化，由生铁炼成钢是物理变化⑦工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al不涉及氧化还原反应⑧金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子⑨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⑩单质铝在空气中比较耐腐蚀，所以铝是不活泼金属⑪FeO投入稀H2SO4和稀HNO3中均得到浅绿色溶液⑫向一定量的Cu、Fe2O3的混合物中加入300mL1mol·L－1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2−4g【指点迷津】（1）不同冶炼方法有不同的特点，如用气态物质还原时，气体与矿石充分接触，反应速率快，无残留，得到的金属纯度高；电解冶炼需消耗大量的电能；铝热反应适用于高熔点金属的冶炼。（2）当一种金属可用多种方法冶炼时，工业上一般采用经济效率高的方法。即热分解法优于焦炭还原法，焦炭还原法优于铝热还原法，铝热还原法优于电解法。从环保角度考虑，H2还原法又优于C、CO还原法。（3）用还原剂还原法制得的金属一般含有较多的有害杂质，如含其它金属或非金属。为了满足金属的多种用途，除去金属中的有害杂质是必要的。低沸点金属(如锌和汞)可以用蒸馏法与较不易挥发的有害杂质分离而达到提纯；电解法精炼金属是使用最广泛的金属精炼法，铜、银、金、铅等都可以用这种方法精炼。【课时练习】1．2019年江西南昌“海昏侯墓”出土了一件青铜白酒蒸馏器。下列说法不正确的是（）A．在实验室进行蒸馏时，必须使用圆底烧瓶、直形冷凝管、酒精灯、锥形瓶等仪器B．我国古代人民常用明水矾除去铜器表面的铜绿（铜锈）C．青铜文物和铁质文物在潮湿的土壤环境中容易发生电化学腐蚀D．与火法冶铜（以Cu2S为原料）相比，采用湿法冶铜（以CuSO4为原料）的优点是减少了环境污染和能源的消耗2．下列有关金属的工业制法中，正确的是A．制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液B．制铁：以铁矿石为原料，CO还原得铁C．制镁：用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得镁D．制铝：从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝3．A、B、C、D、E分别是Cu、Ag、Fe、Al、Mg五种金属中的一种。已知：（1）将A、C用导线相连后放入稀H2SO4中，C的表面有气泡产生；（2）将B放入D的硝酸盐中，B的表面析出单质D；（3）将C、E放入冷浓硫酸中，均无明显现象，由此可以推断五种金属A、B、C、D、E依次可能为A．Fe、Cu、Al、Ag、MgB．Mg、Cu、Al、Ag、FeC．Al、Cu、Mg、Ag、FeD．Mg、Ag、Al、Cu、Fe4．类推的思维方法在化学学习与研究中有时会产生错误结论，因此类推的结论最终要经过实践的检验，才能决定其正确与否，下列几种类推结论中，错误的是（）①钠与水反应生成NaOH和H2；所有金属与水反应都生成碱和H2②铁露置在空气中一段时间后就会生锈；性质更活泼的铝不能稳定存在于空气中③化合物KC1的焰色为紫色；K2CO3的焰色也为紫色④生铁比纯铁的熔点低；钠钾合金的熔点也应介于Na和K熔点之间A．①②B．①④C．①②③④D．①②④5．《证类本草》中记载：“鸡屎矾(碱式碳酸铜)不入药用,惟堪镀作,以合熟铜；投苦酒(醋)中，涂铁皆作铜色，外虽铜色，内质不变。”下列关于该描述的说法正确的是A．“不入药用”的主要原因是鸡屎矾溶于胃酸，产生重金属离子Cu2＋B．“惟堪镀作，以合熟铜”指的是电镀铜技术C．“投苦酒(醋)中，涂铁皆作铜色”涉及两个化学反应且都为氧化还原反应D．“外虽铜色，内质不变”描述的是铁和铜的钝化过程6．银铜合金广泛应用于航空工业。从银铜合金的切割废料中回收银和制备CuAlO2的流程如下。已知：Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450℃和80℃。下列说法错误的是A．电解精炼时，粗银做阳极，纯银做阴极B．为提高原料利用率，流程中应加过量的稀NaOHC．滤渣B煅烧时发生的反应为4CuO+4Al(OH)3高温4CuA1O2+O2↑+6H2OD．若用1−0kg银铜合金（铜的质量分数为64%)最多可生成10−0molCuA1O27．碱式氯化铜ab2CuCl(OH)xHO是一种重要的无机杀虫剂，它可以通过以下步骤制备。步骤1：将铜粉加入稀盐酸中，并持续通空气反应生成2CuCl。已知3Fe对该反应有催化作用，其催化原理如图所示。步骤2：在制得的2CuCl溶液中，加入石灰乳充分反应后即可制得碱式氯化铜。下列有关说法错误的是()A．a、b、c之间的关系式为a=2b+2cB．图中M、N分别为3Fe、2FeC．为了除去2Cu