1、第四节金属材料铜与常见过渡金属考纲定位要点网络1.了解合金的概念及其重要应用；了解化学与金属材料的关系。2.掌握金属铜及其重要化合物的主要性质及应用。3.了解铜及其重要化合物的制备方法。4.了解常见金属的活动性顺序和常见金属的冶炼方法。合金与金属矿物的开发利用知识梳理1合金(1)概念：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，属于混合物。(2)性能：合金具有许多优良的物理、化学性能或机械性能。熔点：一般比它的各成分金属的低；硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。注意：并非所有的金属都能形成合金，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。如Cu与
2、Na，Fe与Na等不能形成合金。2常见的金属材料(1)金属材料的工业分类黑色金属材料有色金属材料铁、铬、锰以及它们的合金除黑色金属以外的其他金属及其合金(2)常见合金材料辨易错(1)合金是一种混合物，任何金属均可熔合为合金。()(2)合金是一类金属材料，不含非金属元素。()(3)钢的熔点比铁的低。()(4)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高。()答案(1)(2)(3)(4)3金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中的存在形态在自然界中绝大多数金属以化合态的形式存在。少数化学性质不活泼的金属存在游离态。(2)金属冶炼的实质使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：Mnn
3、e=M。(3)金属冶炼的一般步骤(4)常见冶炼方法(对于金属活动性顺序表中金属)电解法KAlNa：2NaCl(熔融)2NaCl2；Mg：MgCl2(熔融)MgCl2；Al：2Al2O3(熔融)4Al3O2。热还原法ZnCu高炉炼铁：3COFe2O32Fe3CO2；铝热反应制铬：2AlCr2O32CrAl2O3；焦炭还原铜：C2CuO2CuCO2。热分解法Hg、AgHg：2HgO2HgO2；Ag：2Ag2O4AgO2。辨易错(1)任何金属在自然界中均以化合态存在。()(2)任何金属在常温下均为固态。()(3)电解NaCl溶液可以得到Na和Cl2。()(4)热还原法可以冶炼Fe、Cu、Zn等金属。
4、()答案(1)(2)(3)(4)知识应用1工业上冶炼铝为什么用电解熔融Al2O3而不用电解熔融AlCl3？冶炼镁为什么用电解熔融MgCl2而不用电解熔融MgO?答案AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，故不能用电解AlCl3的方法冶炼铝。尽管MgO属于离子化合物，但其熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本，而MgCl2的熔点较低，更易熔融，故工业冶炼镁使用电解熔融MgCl2的方法。2热还原法用到的还原剂有焦炭、CO和H2，试从所得产物纯度及对环境污染的角度考虑哪种还原剂更好？答案最好的还原剂是H2；原因是焦炭会使产品的纯度降低，CO会污染环境。命题点金属材料与金属矿物的开发利用1(2020湛
5、江调研考试)东汉时期的马踏飞燕充分体现了我国光辉灿烂的古代科技。下列说法错误的是()A青铜是我国使用最早的合金，含铜、锡、铅等元素B青铜的机械性能优良，硬度和熔点均高于纯铜C铜器皿表面的铜绿可用明矾溶液清洗D“曾青得铁则化为铜”的过程发生了置换反应B青铜是以铜为主的合金，还含有锡、铅等元素，A项正确；合金比它的各成分金属的硬度大、熔点低，B项错误；铜绿的主要成分为CuCO3Cu(OH)2，明矾KAl(SO4)212H2O中的Al3水解使其溶液显酸性，可清洗铜锈，C项正确；“曾青得铁则化为铜”涉及的反应是Cu2Fe=CuFe2，该反应属于置换反应，D项正确。2金属、金属材料的性质在很大程度上决定
6、了它们的用途。下列相关说法中不正确的是()A钛合金与人体具有很好的“相容性”，可以用来制造人造骨骼B铁具有良好的导热性，可以用于制造炊具C不锈钢的抗腐蚀性好，常用于制造医疗器械D钛及其合金熔点高，可用作保险丝D熔点低可以作保险丝，熔点高不可作保险丝。3胡粉主要成分是2PbCO3Pb(OH)2具有败毒抗癌、杀虫疗疮的功效，东汉炼丹理论家魏伯阳所著的周易参同契中记载：“胡粉投火中，色坏还为铅”，下列说法错误的是()A胡粉不溶于水B胡粉可与盐酸或硝酸反应C“火”中含有炭、COD“色坏还为铅”的原理是PbO被氧化为PbDPbO可能被C或CO还原为Pb，D项错误。4氧化还原反应广泛应用于金属冶炼，下列说
7、法不正确的是()A电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，Na被还原B冶炼镁、铝采用电解法C用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 mol电子D铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化C1 mol Fe3O4被还原成Fe，转移电子13(0)8 mol。5下列是部分矿物资源铝土矿(主要含有氧化铝、氧化铁)和黄铜矿(主要成分CuFeS2)的利用及产品生产流程，有关说法不正确的是()A除杂过程中铝元素的存在形式的变化可以如下：Al2O3AlOAl(OH)3Al2O3BAl和Cu(精)均在电解槽的阴极获得C粗铜炼制过程中反应2CuFeS2O2高温,Cu2S2FeSSO2，每转
8、移1.2 mol电子，则有0.2 mol硫被氧化D若电解法分别制铝和铜的过程中转移电子数相等，理论上获得的铝和铜的物质的量之比为32D制铝过程中Al3e，制铜过程Cu2e，当转移电子数相等时，铝和铜的物质的量之比为23。(1)合金的熔点一般低于它的成分金属的熔点。(2)常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。(3)成分金属与合金的物理性质相比有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。(4)金属越活泼，一般发现或使用的越晚。(5)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如NaKClKNaCl、2RbClMgMgCl22Rb等，在此主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，汽化离开
9、反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。(6)活泼金属用电解法冶炼时，不能用其化合物的水溶液进行电解。铜及其化合物知识梳理1铜的主要性质写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：化学方程式：2CuO2H2OCO2=Cu2(OH)2CO3。化学方程式：2CuSCu2S。与氧化性酸反应a与浓硫酸共热的化学方程式：Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O；b与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O；c与浓硝酸反应的离子方程式：Cu4H2NO=Cu22NO22H2O。与某些盐溶液反应a与硝酸银溶液反应的离子方程式：Cu2Ag=2AgCu2；b与FeCl3溶液反应的离子
10、方程式：Cu2Fe3=2Fe2Cu2。2铜的重要化合物的性质及应用(1)氧化物(2)氢氧化铜蓝色难溶物，是一种弱碱。(3)铜盐Cu2(OH)2CO3Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，呈绿色，是铜锈的主要成分，受热易分解的方程式为Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO2。CuSO4aCuSO45H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾。受热或遇浓硫酸，蓝色晶体变为白色粉末。b无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO45H2O)，可作为水或水蒸气的检验试剂。铜盐的毒性铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀
11、灭植物的病菌。辨易错(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和CuO在稀硫酸中反应原理相同。()(4)铜盐和“84”消毒液的杀菌消毒原理相同。()答案(1)(2)(3)(4)知识应用某研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案：对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？为什么？答案方案(1)：产生污染性气体，且消耗硫酸较多。方案(2)：消耗能量较多，且步骤复杂。方案(3)：不产生污染性气体，原料利用率高，节约能源。因此方案(3)更经济合理。命题点1铜及其化合物的性质及实验探究1(2020嘉祥一中月考)某化
12、学兴趣小组进行了有关Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示。下列有关说法正确的是()A实验中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生，说明稀硝酸被Cu还原为NO2B实验中滴加稀硫酸，铜片继续溶解，说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强C实验发生反应的化学方程式为3CuCu(NO3)24H2SO4=4CuSO42NO4H2OD由上述实验可得出结论：Cu在常温下既可以和稀硝酸反应，也可以和稀硫酸反应CA项，稀硝酸与Cu反应的产物为NO，在试管口与O2反应生成NO2，错误；B项，实验中滴加稀硫酸，溶液中有NO，发生3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O，错误；D项，由B项知实验中铜溶解仍然是NO在酸性条
13、件下氧化Cu，Cu不与稀硫酸反应，错误。2已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H发生：Cu2O2H=CuCu2H2O。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CCu2O可以被稀硝酸氧化为Cu2，不会生成Cu，A、B、D错误。3氯化亚铜(CuCl)可用作催化剂、杀菌剂、媒染剂、脱色剂等。某化学学习小组同学设计如图装置(夹持仪器略)，通过热分解CuCl22
14、H2O(易水解)制备氯化亚铜，下列说法正确的是()A先通入N2，再点燃酒精灯，制备实验结束，持续通入N2至装置甲冷却至室温B装置乙中的试剂Y为浓硫酸C装置丙中的湿润蓝色石蕊试纸变红D装置丁中的NaOH溶液吸收尾气，只发生一个化学反应B该制备反应的化学方程式是2(CuCl22H2O)2CuClCl24H2O。为抑制CuCl22H2O水解，开始和反应过程中需通入HCl，制备实验结束，再通入N2将装置中残留的HCl排出，A项错误；装置乙中盛放浓硫酸，防止丙中水蒸气进入装置甲中，B项正确；湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色，C项错误；NaOH溶液吸收通入的HCl和生成的Cl2，发生2个化学反应，D项错误。
15、(1)Cu与稀硫酸不反应，但在通入O2的条件下，Cu可在稀硫酸中逐渐溶解：2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O。(2)无水CuSO4只能作为检验水的试剂，不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。(3)1价铜在酸性条件下能发生歧化反应生成Cu和Cu2，利用这一原理可区别Cu和Cu2O。向红色物质中加入稀硫酸(但注意不能用硝酸检验)，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu2O，否则为Cu。反应的化学方程式为Cu2OH2SO4=CuSO4CuH2O。命题点2涉及Fe、Cu等金属的化工流程试题分析4CuCl是有机合成的重要催化剂，并用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料(含Fe、Al及SiO2杂质
16、)，生产CuCl的工艺流程如下：物质开始沉淀时的pH沉淀完全时的pHFe(OH)32.73.7Cu(OH)25.66.7Al(OH)33.84.7已知：CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成CuCl，CuCl的溶液用水稀释后可生成CuCl沉淀。(1)煅烧的主要目的是 。(2)操作为调节溶液的pH，范围为 ，加入的物质X可以是 (填字母)。ACuOBCu(OH)2CNaOH溶液 DCaCO3(3)滤渣的主要成分是 。(4)往滤液中加入食盐并通入SO2可生成CuCl，请写出反应的离子方程式：_。(5)工业上常用CuSO4来制备CuCl，在提纯后的CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl，加热
17、生成CuCl沉淀，该反应的离子方程式是 。解析(1)铜在废铜料中主要以铜单质的形式存在，从流程图知CuCl需从溶液中提取，故煅烧的目的是将铜转化为溶于酸的氧化物。(2)调节溶液的pH时，应保证Fe3、Al3完全沉淀，而Cu2不能沉淀，溶液的pH应在4.7pH5.6，加入物质X的目的是消耗H调节溶液的pH，但不能引入新杂质。(3)溶液的pH在4.7pH5.6时，Fe3和Al3完全转化为相应的氢氧化物沉淀，滤渣的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)根据题给的反应物和生成物，再结合氧化还原反应的基本规律可写出反应的离子方程式：2H2O2Cu2SO24Cl=2CuClSO4H。(5)根据得
18、失电子守恒配平即可。答案(1)使铜转化为可溶于酸的氧化物(2)4.7pH13的强碱性溶液中，V2O5xH2O转化为钒酸盐而溶解，Al(OH)3转化为NaAl(OH)4而溶解，Fe(OH)3不溶，故滤渣的主要成分是Fe(OH)3。(5)pH8.5时铝元素沉淀，故“调pH”时生成氢氧化铝沉淀，反应的化学方程式为NaAl(OH)4HCl=Al(OH)3NaClH2O。(6)“沉钒”时要使NH4VO3尽可能析出完全，利用同离子效应，加入过量NH4Cl可达到此目的。答案(1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)(2)Fe2VOMnO22H=VOMn2H2O(3)Mn2Al3和Fe3(4)Fe(OH)3
19、(5)NaAl(OH)4HCl=Al(OH)3NaClH2O(6)利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全新题预测金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀而被广泛用作高新科技材料。以钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛同时获得副产品甲的工业生产流程如图所示。请回答下列问题：(1)钛酸亚铁(用R表示)与碳在高温下反应的化学方程式为2RC2Fe2TiO2CO2，钛酸亚铁的化学式为 ；钛酸亚铁和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，该反应的化学方程式为 。(2)上述生产流程中加入铁屑的目的是 。此时溶液中含有Fe2、TiO2和少量Mg2等阳离子，常温下，其
20、对应氢氧化物的Ksp如表所示。氢氧化物Fe(OH)2TiO(OH)2Mg(OH)2Ksp8.010161.010291.81011若将含有Fe2、TiO2和Mg2的溶液加水稀释，立即析出大量白色沉淀，该反应的离子方程式为 。(3)除去所得金属钛中少量Mg，可选用的试剂是 。解析(1)由2RC2Fe2TiO2CO2，根据原子守恒，可推知钛酸亚铁的化学式为FeTiO3。钛酸亚铁和浓硫酸反应，生成TiOSO4，无气体生成，元素Ti的化合价不变，说明发生非氧化还原反应，则产物中还有FeSO4，故该反应的化学方程式为FeTiO32H2SO4(浓)=TiOSO4FeSO42H2O。 (2)钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是FeSO4，加入铁屑，可防止Fe2被氧化。根据题表提供的Ksp数据知，三种物质组成类型相同且TiO(OH)2的溶度积常数最小，则加水稀释，立即析出的白色沉淀为TiO(OH)2。答案(1)FeTiO3FeTiO32H2SO4(浓)=TiOSO4FeSO42H2O(2)防止Fe2被氧化TiO22H2O=TiO(OH)22H(或TiO22H2O=H2TiO32H)(3)稀盐酸
