1、第11讲用途广泛的金属材料开发利用金属矿物课时集训测控导航表知识点基础能力挑战铜及其化合物3,4,59,1012合金及金属材料的利用27金属矿物的开发利用18综合应用6,11131.(2018吉林普通中学一调)下列物质中,不能用于冶炼铁的是(D)A.H2B.CC.CO D.H2O解析:铁在高温下与水反应,故D不符合。2.合金与纯金属制成的金属材料相比,优点是(A)合金的硬度一般比它的各成分金属的大一般地,合金的熔点比它的各成分金属的更低改变原料的配比、改变生成合金的条件,得到有不同性能的合金合金比纯金属的导电性更强合金比纯金属的应用范围更广A. B.C. D.解析:合金的硬度比其成分金属大,正
2、确;合金的熔点比成分金属低,正确;合金的性能与其原料配比及生成条件有关,正确;合金的导电能力比纯金属差,错误;合金由于性能好而应用更广泛,正确。3.(2018吉林四校联考)使用单质铜制硝酸铜,耗用原料最经济,而且对环境几乎没有污染的是(B)A.Cu+HNO3(稀)B.CuCuOCu(NO3)2C.Cu+HNO3(浓)D.CuCuCl2Cu(NO3)2解析:生成等物质的量的硝酸铜消耗硝酸最少的是方案B,而且B方案对环境无污染。4.(2018山东、湖北部分重点中学联考)下列对于Cu及其化合物的说法正确的是(C)A.在CuSO4溶液中加入H2S气体,溶液酸性增强,说明酸性H2S大于H2SO4B.电解
3、法精炼铜时,阴极析出的铜的质量与电路中通过电子没有确定关系C.向氯化铁溶液中加入适量氧化铜固体,可得到红褐色沉淀D.铜在潮湿空气中长时间放置,发生吸氧腐蚀,表面生成CuO解析:A项,CuSO4+H2SCuS+H2SO4,原理是 Ksp(CuS)小,CuS极易沉淀;B项,精炼铜时,阴极反应式为Cu2+2e-Cu,每析出1 mol Cu,转移电子为2 mol;D项,铜在空气中生成碱式碳酸铜。5.Cu2S是火法炼铜的重要原料之一,下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO45H2O的流程图:Cu2SCuCu2O、CuOAB胆矾(1)Cu2S中铜元素的化合价为 ,火法炼铜的反应原理是 (用化学方程式表示)。
4、(2)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的体系A中溶液呈蓝色,且有红色物质生成,请写出生成红色物质的离子方程式: 。(3)若将A中红色物质反应掉,操作中加入的试剂最好是(填字母)。A.适量的NaNO3 B.适量的HNO3C.适量的H2O2解析:(1)Cu2S中铜为+1价,火法炼铜中Cu、O被还原,S被氧化,反应的化学方程式为Cu2S+O22Cu+SO2。(2)依据信息知Cu2O在酸性条件下生成Cu2+(蓝色)和单质铜(红色),反应的离子方程式为Cu2O+2H+Cu2+Cu+H2O。(3)H2O2不产生污染物,不引入杂质。答案:(1)+1Cu2S+O22Cu+SO2(2)Cu2O+2H+Cu
5、2+Cu+H2O(3)C6.(2019河北石家庄模拟)已知下列转化关系中,M、N均为单质,则M可能是(D)M+NQQ溶液M+NA.NaB.AlC.FeD.Cu解析:Na、Al、Fe均为活泼金属,电解相关溶液不能制取其单质;电解铜盐溶液可以生成铜单质,题给转化是Cu+Cl2CuCl2CuCl2溶液Cu+Cl2。7.(2018北京海淀区一模)平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队用石墨烯制作了-20 能发热4 h的智能服饰;用铝合金管材和碳纤维制作了高2.35 m、质量仅为10 kg的熊猫木偶,向世界展现了新时代的中国形象。下列说法中,不正确的是(A)A.石墨烯是能导热的金属材料B.铝合金是密度较低的金
6、属材料C.碳纤维是耐低温的无机非金属材料D.新型材料种类多、用途广解析:石墨烯不属于金属材料,属于非金属材料,A不正确;铝的密度较小,因此铝合金是密度较低的金属材料,B正确;根据信息,用石墨烯制作了-20 能发热4 h的智能服饰,碳纤维是由碳单质构成的,碳纤维是耐低温无机非金属材料,C正确;新型材料包括合金材料、合成材料、无机非金属材料、复合材料等,用途广泛,如涉及军事、信息等领域,D正确。8.(2019河北石家庄模拟)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,发火煅红冷定,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
7、列说法不正确的是(A)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的过程中有氧化还原反应发生D.该冶炼锌的方法属于热还原法解析:A项,由题意可知,倭铅是指金属锌,不是混合物;B项,反应中C作还原剂,则煤炭中起作用的主要成分是C;C项,碳酸锌与碳在高温下反应生成锌和一氧化碳,有氧化还原反应发生;D项,该反应是利用碳还原碳酸锌生成锌单质,属于热还原法。9.铜是一种紫红色金属,被称作“电器工业的主角”,铜主要由黄铜矿炼制,焙烧时发生反应2CuFeS2+O2Cu2S+2FeS+SO2,其简单流程如图所示,下列说法正确的是(D)A.焙烧时硫元素全部转化为二氧化硫B.在焙烧时氧
8、化剂只有氧气C.粗铜精炼时用粗铜作阴极D.Cu2S可以用于火法炼制铜解析:焙烧时硫元素还生成金属硫化物,部分硫元素转化为二氧化硫,故A错误;焙烧时Cu元素由+2价降低为+1价,S元素由-2价升高到+4价,氧气中O元素由0价降低为-2价,则氧化剂为氧气和CuFeS2,故B错误;粗铜精炼时用粗铜与电源正极相连,则粗铜为阳极,故C错误;火法炼铜的原理为Cu2S+O22Cu+SO2,则Cu2S可用于火法炼制铜,故D正确。10.(2018福建泉州模拟)已知CuO经高温灼烧生成Cu2O,Cu2O与H+发生反应:Cu2O+2H+Cu+Cu2+H2O。将经高温灼烧后的CuO样品投入足量的热的稀硝酸中,下列有关
9、说法中正确的是(C)A.如果溶液变为蓝色,同时有紫红色固体出现,说明样品全部生成了Cu2OB.溶液中最终可能有紫红色固体出现C.这种实验的结果无法说明CuO分解的程度D.如果溶液变成蓝色,最终没有紫红色固体出现,说明CuO没有分解解析:Cu、Cu2O、CuO均能与稀硝酸反应生成 Cu(NO3)2,故不可能有紫红色固体出现,无法说明CuO分解的程度。11.(2018江西赣州质检)氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂,是一种白色粉末,微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸。工业上采用如下工艺流程,从某酸性废液(主要含Cu2+、Fe3+、H+、Cl-)中制备氯化亚铜。请回答下列问题:(1)写出步骤
10、中发生的两个主要反应的离子方程式:。(2)步骤的操作名称是 。(3)步骤中所加物质X为 。(4)步骤的操作是 。(5)步骤应调节溶液的pH呈酸性,且用乙醇洗涤CuCl晶体,目的是 。(6)在CuCl的生成过程中,可以循环利用的物质是,理论上 (填“需要”或“不需要”)补充(不考虑调节等消耗);理由是 。(7)工业上还可以采用以碳棒为电极电解CuCl2溶液得到CuCl。写出电解CuCl2溶液中的阴极上发生的电极反应: 。解析:(3)加CuO等调节pH,不会引入杂质。(4)在HCl气流中蒸发会抑制Cu2+的水解。(5)根据题中信息可知,CuCl不溶于稀H2SO4和乙醇,所以调节溶液的pH呈酸性,且
11、用乙醇洗涤CuCl晶体。(6)最终有H2SO4生成,浓H2SO4与Cu反应又生成SO2和CuSO4,所以H2SO4为可循环利用的物质,生成的H2SO4的量与消耗的H2SO4在理论上相同,所以不需要补充。(7)阴极发生还原反应,即Cu2+Cl-+e-CuCl。答案:(1)Cu2+FeCu+Fe2+、Fe+2Fe3+3Fe2+、Fe+2H+Fe2+H2(任写两个)(2)过滤、洗涤(不答洗涤也可)(3)CuO或Cu(OH)2等(4)在HCl气流中蒸发结晶(5)减少CuCl的损失(6)硫酸(或H2SO4)不需要Cu与浓硫酸反应生成 CuSO4和SO2的物质的量之比为11,而生产CuCl的过程中消耗Cu
12、SO4和SO2的物质的量之比也为11,所以理论上不需要补充H2SO4(7)Cu2+Cl-+e-CuCl12.(2018河南南阳一中月考)铜有两种常见的氧化物CuO和Cu2O。某学习小组取0.98 g(用精密天平测量)Cu(OH)2固体加热,有铜的氧化物生成,其质量随温度变化如图甲所示;另外,某同学绘制了三条表示金属氧化物与其所含金属元素的质量的关系曲线,如图乙所示。则下列分析正确的是(D)A.图甲中a点和b点对应物质的化学式分别为Cu2O和CuOB.图甲整个过程中共生成0.26 g水C.图乙三条曲线中,表示CuO和其中所含Cu元素质量关系的曲线是AD.图甲中,a到b的过程中有0.01 mol电
13、子发生了转移解析:0.98 g Cu(OH)2的物质的量为0.01 mol,若全部生成CuO,则质量为 0.01 mol80 gmol-1=0.80 g,所以a点对应的物质是CuO;若全部生成Cu2O,则质量为0.005 mol144 gmol-1=0.72 g,所以b点对应的物质是Cu2O,A项错误;根据化学方程式Cu(OH)2CuO+H2O、4CuO2Cu2O+O2可知,生成水的物质的量为0.01 mol,质量为 0.01 mol18 gmol-1=0.18 g,B项错误;CuO和其中所含Cu元素的质量关系(以CuO的质量为10 g计算)为:CuOCu80 6410 g 8 g观察图乙可知
14、,B曲线符合上述质量关系,表示的是CuO和其中所含Cu元素的质量关系,C项错误;根据反应方程式4CuO2Cu2O+O2可知,a到b的过程中有0.01 mol电子发生了转移,D项正确。13.(2018江西南昌第二中学模拟)黄铜矿(CuFeS2)是冶炼铜及制备铁氧化物的重要矿藏,常含有微量金、银等。如图是以黄铜矿为主要原料生产铜、铁红(氧化铁)颜料的工艺流程图:(1)CuCl难溶于水,但可与过量Cl-反应生成可溶于水的CuCl2-,该反应的离子方程式为 。(2)有大量Cl-存在时,Na2SO3可将CuCl2还原成CuCl2-,因此Na2SO3要缓慢滴入溶液中的原因是 。(3)反应中,属于非氧化还原
15、反应的是反应 。(4)已知反应中Cu+发生自身氧化还原反应,歧化为Cu2+和Cu,由此可推知溶液A中的溶质为 (填化学式)。(5)在酸性、有氧条件下,一种叫做 Thibacillus ferroxidans 的细菌能将黄铜矿转化成硫酸盐,该过程中发生反应的离子方程式为。(6)将一定量铁红溶于160 mL 5 molL-1盐酸中,再加入足量铁粉,待反应结束后共收集气体2.24 L(标准状况下),经检测,溶液中无Fe3+,则参加反应的铁粉的质量为 g。解析:氯化铁具有氧化性,能氧化黄铜矿,根据产物知反应为CuFeS2+3Fe3+Cl-4Fe2+CuCl+2S,然后过滤得到固体CuCl、S和滤液,向
16、滤液中加入碳酸钠发生反应,发生的离子反应方程式为Fe2+CFeCO3,过滤得到FeCO3,在空气中灼烧 FeCO3得到氧化铁,反应为4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2;向CuCl、S的混合物中加入NaCl溶液,发生反应为Cl-+CuClCuCl2-,过滤得到 NaCuCl2,再加入水发生反应生成Cu和溶液A,Cu+在反应中发生自身氧化还原反应,歧化为Cu2+和Cu,则溶液A中的溶质为CuCl2、NaCl。答案:(1)Cl-+CuClCuCl2-(2)如果加入过快,部分S会与生成的H+作用生成SO2导致原料损耗(3)、(4)CuCl2、NaCl(5)4CuFeS2+4H+17O24Cu2+4Fe3+8S+2H2O(6)11.2