1、第四讲 用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物第三章 金属及其重要化合物2017 高考导航考纲要求真题统计命题趋势1.了解常见金属的活动顺序及金属冶炼的一般方法。2了解合金的概念及其重要应用。3了解铜及其重要化合物的性质。4了解铜及其重要化合物的应用。5了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用。2015，卷 10T(B)；2014，卷 9T本部分内容涉及题型较多，有选择题、综合推断题及实验探究题，铜及其重要化合物知识往往结合电化学知识一起考查。由金属材料、铜及其重要化合物知识联系生活实际,近几年高考的考查有升温趋势。预计在2017年高考中还会继续考查本部分内容,在平时的复习过程中,多注重与实验探
2、究的结合。第三章 金属及其重要化合物考点一 铜及其重要化合物1铜(1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。(2)化学性质反应物化学方程式O2(1)潮湿的空气中：2CuO2CO2H2O=(碱式碳酸铜，绿色)(2)(黑色固体)Cl2CuCl2=点燃 CuCl2(棕黄色烟)非金属S2CuS=Cu2SCu2(OH)2CO32CuO2=2CuO反应物化学方程式浓硫酸 Cu2H2SO4(浓)=CuSO4SO22H2O浓硝酸Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O氧化性酸稀硝酸3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2OAgNO3 Cu2AgNO3=Cu(NO3
3、)22Ag盐FeCl3Cu2FeCl3=CuCl22FeCl22.氧化铜和氧化亚铜名称氧化铜氧化亚铜颜色 砖红色水溶性不溶不溶与酸反应(H)CuO2H=Cu2H2OCu2O2H=Cu2CuH2O与 H2 反应CuOH2=CuH2OCu2OH2=2CuH2O转化关系4CuO=高温 2Cu2OO2黑色3.氢氧化铜(1)物理性质：色 溶于水的固体。(2)化学性质及应用蓝不4铜盐(1)碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3 的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，它是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，它受热易分解：Cu2(OH)2CO3=2CuOH2OCO2。(2)硫酸铜CuSO45H2O 为蓝色晶体，俗称 。无水
4、CuSO4 为 色粉末，遇水变 色(生成 )，可作为水的检验依据。蓝矾、胆矾白蓝CuSO45H2O(3)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，因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。1下列说法中正确的是()A铁是人类在生产、生活中最早使用的金属材料B金、银、铜是应用最广泛的金属材料C钛被誉为“21 世纪的金属”，应用前景很广阔D铜是导电性、导热性最好的有色金属C2铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。从物理性质和化学性质的角度分析，铜常用于制造货币的说法正确的是()A铜来源广泛，易于从自然界冶炼得到B铜的化学性
5、质比较稳定，不易被腐蚀，铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型C铜的外观为紫红色，大方美观，易于被人们接受D铜的化学性质不稳定，在空气中易转化为铜绿，铜绿具有抗腐蚀能力，易于流通B名师点拨1Cu 在加热条件下与 O2 非常容易反应，利用这一性质，可把 Cu 作为 O2 的吸收剂。若在实验题中看到加热的铜网或铜粉，应想到这一作用。2无水 CuSO4 常用作水的检验试剂；由于其吸水效率不是太高，一般不作干燥剂使用。3铜盐属于重金属盐，可使蛋白质变性，故铜盐有毒。农业上常用石灰乳和 CuSO4 混合使用，是被称为“波尔多液”的农药。(2015高考天津卷)废旧印刷电路板是一种电子废弃物，其中铜的含量达到矿石
6、中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下：回答下列问题：(1)反应是将 Cu 转化为 Cu(NH3)24，反应中 H2O2 的作用是_。写出操作的名称：_。(2)反应是铜氨溶液中的 Cu(NH3)24 与有机物 RH 反应，写出该反应的离子方程式：_。操作用到的主要仪器名称为_，其目的是(填序号)_。a富集铜元素b使铜元素与水溶液中的物质分离c增加 Cu2在水中的溶解度作氧化剂过滤Cu(NH3)242RH=2NH42NH3CuR2分液漏斗ab(3)反应是有机溶液中的 CuR2 与稀硫酸反应生成 CuSO4
7、 和_。若操作使用右图装置，图中存在的错误是_。(4)操作以石墨作电极电解 CuSO4 溶液。阴极析出铜，阳极产物是_。操作由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是_。RH分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁、分液漏斗中的液体过多O2、H2SO4 加热浓缩、冷却结晶、过滤(5)流程中有三处实现了试剂的循环使用，已用虚线标出两处，第三处的试剂是_。循环使用的 NH4Cl 在反应中的主要作用是_。解析(1)Cu 转化为 Cu(NH3)24，化合价升高，发生氧化反应，故 H2O2 作氧化剂，将 Cu 氧化。从图中可以看出，经过操作得到溶液和残渣，故操作是过滤。H2SO4防止由于溶液中 c(OH)过高，生成 Cu(OH)
8、2 沉淀(2)铜氨溶液中的 Cu(NH3)24 与有机物 RH 反应生成 NH3 和NH4Cl 及溶解在有机层中的 CuR2，故反应的离子方程式为Cu(NH3)242RH=2NH32NH4CuR2。操作得到溶液和有机层，故该操作是分液，用到的主要仪器是分液漏斗。其目的是使铜元素与水溶液中的物质分离，富集铜元素。(3)根据反应可以判断出 CuR2 与稀硫酸反应生成 CuSO4和 RH。图中的错误是分液漏斗的尖端未紧靠烧杯内壁，分液漏斗中的液体太多。(4)电解 CuSO4 溶液，阳极是水放电，电极反应式为 2H2O4e=O24H，故阳极产物是 O2 和 H2SO4。将硫酸铜溶液加热浓缩、冷却结晶、
9、过滤即得胆矾晶体。(5)反应消耗 H2SO4，操作电解CuSO4 溶液产生 H2SO4，实现了 H2SO4 的循环使用。反应中 H2O2 将铜氧化为 Cu2，Cu2 与 NH3 产生Cu(NH3)24，因为 NH3 溶于水，溶液显碱性，如果 c(OH)过高，会产生 Cu(OH)2 沉淀，为了防止产生 Cu(OH)2 沉淀，在反应中加入了 NH4Cl。某研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案：(1)Cu 浓H2SO4加热CuSO4加水稀释 硫酸铜溶液蒸发结晶 CuSO45H2O。(2)CuO2灼烧 CuO 稀H2SO4硫酸铜溶液蒸发结晶 CuSO45H2O。(3)Cu热空气 稀硫酸硫酸
10、铜溶液 蒸发结晶CuSO45H2O。对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？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。因而方案(3)更经济合理。废铜综合利用的常见流程框图模式题组一 铜及其化合物的性质1下列有关铜的化合物的性质的叙述中正确的是()ACuSO45H2O 晶体加入浓硫酸中变成 CuSO4 是物理变化，体现了浓硫酸的脱水性B醋酸是弱酸，所以 Cu(OH)2 悬浊液与醋酸不能反应CCuO 是黑色固体，与水反应可生成 Cu(OH)2DCu2O 遇硝酸可能会被氧化成 Cu2D 解析：A
11、项：CuSO45H2O=CuSO45H2O 是化学变化，体现了浓硫酸的吸水性；B 项：在常温下，Cu(OH)2 与醋酸也能发生中和反应；C 项：CuO 与水不反应；D 项：Cu2OHNO3Cu2，利用硝酸的强氧化性。2(2015高考四川卷)下列有关 CuSO4 溶液的叙述正确的是()A该溶液中 Na、NH4、NO3、Mg2可以大量共存B通入 CO2 气体产生蓝色沉淀C与 H2S 反应的离子方程式：Cu2S2=CuSD与过量浓氨水反应的离子方程式：Cu2 2NH3H2O=Cu(OH)22NH4A 解析：A.CuSO4 溶液显酸性，Na、NH4、NO3、Mg2可以大量共存，A 项正确；B.CO2
12、与 CuSO4 溶液不发生反应，违背了强酸制弱酸的原理，B 项错误；C.H2S 属于弱电解质，书写离子反应方程式时，要写化学式，C 项错误；D.CuSO4溶液与过量浓氨水反应生成四氨基合铜离子，D 项错误。题组二 废铜的回收利用3(2016烟台莱州一中期末)实验室以含有少量铁的粗铜粉和硫酸与硝酸的混合溶液为原料制备 CuSO45H2O 晶体。设计的工艺流程如图所示：请回答下列问题：(1)根据反应原理，操作所需的混酸溶液中硝酸和硫酸的理论配比(物质的量之比)为_。操作中需要把 NO 与_(气 体)混 合 通 入 水 中，混 入 该 气 体 的 目 的 是_(用化学方程式表示)。23O24NO3O
13、22H2O=4HNO3(2)溶液中存在一定浓度的 Fe3、Cu2，在该浓度时生成氢氧化物沉淀的 pH 如下表。操作中某学生设计物质 X 为H2O，若加水调整溶液 pH，则 Fe(OH)3 开始沉淀的pH_1.9(填“”“”或“”)；而实际操作中一般不用此法调节溶液 pH，其主要原因是_。不利于蒸发浓缩(或蒸发浓缩消耗很多的能量)开始沉淀沉淀完全Fe31.93.2Cu24.76.7(3)操作中物质 Y 为_。查阅资料知CuSO45H2O 的溶解度曲线如上图所示，则操作应采取的措施是蒸发浓缩、_、过滤、洗涤、干燥等。H2SO4 冷却到 30 下结晶解析：(1)操作是利用硝酸氧化而溶解铜，生成的 C
14、u2与SO24 结合为 CuSO4。根据 3Cu8H2NO3=3Cu22NO4H2O 知，生成 3 mol CuSO4 消耗 3 mol 硫酸、2 mol硝酸。操作中把 NO 与氧气混合通入水中生成硝酸以循环利 用，并 减 少 污 染，反 应 方 程 式 是 4NO 3O2 2H2O=4HNO3。(2)因加水使 c(Fe3)降低，则 Fe(OH)3 开始沉淀的 pH1.9，而实际操作中一般不用此法调节溶液 pH，其主要原因是加入的水较多不利于蒸发浓缩或蒸发浓缩消耗很多的能量。(3)由溶液得到晶体需蒸发浓缩，而蒸发时硫酸铜会水解，因此加入硫酸抑制水解。根据 CuSO45H2O 的溶解度曲线知温度
15、越高，其溶解度越大，即温度低时析出量多，而且 30 时 CuSO45H2O 失水变为 CuSO43H2O，因此应冷却到 30 下结晶。(1)溶液中的 Cu2常为蓝色(浓 CuCl2 溶液为绿色，稀 CuCl2溶液为蓝色)，可作为 Cu2的鉴别依据。例如：CuSO4 溶液呈蓝色，在推断题中，“蓝色溶液”基本可作为 Cu2的存在依据。(2)Cu2与碱反应生成蓝色沉淀Cu(OH)2，这也是鉴定 Cu2的原理之一。考点二 金属矿物的开发及利用1金属在自然界中的存在形态除了、等极少数金属外，绝大多数金属以 的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显 化合价。金铂化合态正2金属的冶炼(1)实质
16、：。(2)一般步骤把金属从化合态还原为游离态(3)方法方法名称主要反应原理(举例)热分解法2HgO=2Ag2O=4AgO2热还原法C 作还原剂2ZnOC=高温 2ZnCO2CO 作还原剂 Fe2O33CO=高温 (高炉炼铁)2HgO22Fe3CO2 方法名称主要反应原理(举例)热还原法H2 作还原剂WO33H2=活泼金属作还原剂3MnO24Al=高温 电解法2Al2O3=电解冰晶石 MgCl2=电解 2NaCl=电解 2NaCl2W3H2O3Mn2Al2O34Al3O2MgCl23.合金(1)概念：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 的物质。(2)性能：合金具有不同于各成
17、分金属的物理、化学性能或机械性能。熔点：一般比它的各成分金属都_；硬度和强度：一般比它的各成分金属都_。金属特性低大4常见金属材料金属材料黑色金属材料：铁、铬、锰以及它们的合金有色金属材料：除黑色金属以外的其他金属及其合金(1)重要的黑色金属材料钢钢是用量最大、用途最广的合金。钢碳素钢 ：韧性、焊接性好，强度低 ：强度高，韧性及加工性好 ：硬而脆，热处理后弹性好 ：具有各种不同的优良性能，用于制不锈钢及各种特种钢 低碳钢中碳钢高碳钢合金钢(2)几种有色金属材料有色金属材料 铝及铝合金铝性能：良好的延展性和导电性用途：制导线铝合金性能：密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉用途
18、：主要用于建筑业、容器和包装业、交通运输业、电子行业等铜及铜合金铜性能：良好的导电性和导热性用途：主要用于电器和电子工业、建筑业铜合金：青铜是我国使用最早的合金，常见的还有黄铜和白铜1(2016高三金考卷单元滚动双测卷)下列关于金属的说法中，不正确的是()A合金比纯金属具有较好地性能，熔点比各成分金属的低B一般情况下，合金的硬度大于其各成分金属的硬度C常用电解法冶炼钠、镁、铝等活泼金属D由于铝在常温下不能与氧气反应，所以铝制品具有一定的抗腐蚀性，是一种应用广泛的金属材料D 解析：合金的熔点比成分金属的低，硬度比其成分金属的大，化学性质一般保持不变，A、B 项正确，活泼金属常用电解法冶炼，如钠、
19、镁、铝等，C 项正确；铝在常温下能与氧气反应，并在铝的表面形成一层致密的氧化铝保护膜，所以铝制品具有一定的抗腐蚀性，D 项错误。2某化学兴趣小组对奥运会金牌成分提出猜想：甲认为金牌是由纯金制造；乙认为金牌是由金银合金制成；丙认为金牌是由黄铜(铜锌合金)制成。为了验证他们的猜想，请你选择一种试剂来证明甲、乙、丙猜想的正误()A硫酸铜溶液 B稀硝酸C盐酸D硝酸银溶液解析：当金牌是纯金时，遇到稀硝酸不溶解；当金牌是金银合金时，遇到稀硝酸会部分溶解；当金牌是黄铜时，遇到稀硝酸会全部溶解。B 3下列金属冶炼的反应原理，错误的是()AMgCl2=电解 MgCl2BAl2O33H2=2Al3H2OCFe3O
20、44CO=高温 3Fe4CO2D2HgO=2HgO2解析：冶炼 Al 的反应原理是 2Al2O3=电解冰晶石4Al3O2。B 4下列有关金属的工业制法中正确的是()A制钛：用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛B炼铁：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C制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的 NaCl 溶液D炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为 99.9%的铜B 解析：A 中不能用 TiCl4 溶液，要用熔融状态的 TiCl4；电解NaCl 溶液得到 NaOH、Cl2 和 H2；电解法精炼铜的原料是粗铜。名师点拨(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也
21、可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。(2)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。(3)并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，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。(4)合金一定是混合物。(5)金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其阳离子越容易被还原，金属的位置越靠前，其阳离子越难被还原。(6)冶炼 Mg 时只能电解 MgCl2 不能电解 MgO(熔点太高)。(7)冶炼 Al 时只能电
22、解 Al2O3 不能电解 AlCl3(共价化合物，熔融时不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低 Al2O3 的熔化温度。(2016石家庄模拟)下列制备金属单质的方法或原理正确的是()A在高温条件下，用 H2 还原 MgO 制备单质 MgB在通电条件下，电解熔融 Al2O3 制备单质 AlC在通电条件下，电解饱和食盐水制备单质 NaD加强热，使 CuO 在高温条件下分解制备单质 Cu解析 A 项，Mg 的还原性大于 H2 的还原性；C 项，制取钠应电解熔融 NaCl；D 项，发生的反应为 4CuO=高温 2Cu2OO2，得不到单质 Cu。B1铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对
23、铝的使用比铁、铜晚得多？答案：铝的金属活动性比铁、铜强，难于冶炼，古代人们的技术条件达不到，不能冶炼铝，故铝的发现和大量使用比铁、铜晚得多。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。根据金属活动顺序表选择冶炼方法(1)电解法 KAl。(2)热还原法 ZnCu。(3)热分解法 HgAg。(4)富集法 PtAu(此为物理方法)。(5)有些活泼性很强的金属也可以用热还原法来冶炼，如NaKCl=850 KNaCl、2RbClMg=700800 MgCl22Rb等，在此主
24、要运用了化学平衡移动原理，利用 K、Rb 沸点低，汽化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。题组一 合金的组成、性质及应用1(2016德阳高三一诊)2015 年底在上海首飞的 C919 大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是()A铝锂合金是铝与锂形成的混合物B铝锂合金的硬度比锂大C铝锂合金的熔、沸点比铝低D铝锂合金耐酸碱腐蚀解析：铝锂合金中的铝能与酸和碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。D 2某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：熔点/密度(g/cm3)硬度(金刚石为 10)导电性(银为 100)某合金2 5003.007.42.3铁1 5357
25、.864.517还知该合金耐腐蚀、强度大，从以上性能看，该合金不适合做()A导线 B门窗框C炉具D飞机外壳A 解析：该合金与铁的性质比较可知，其导电性比 Fe 差很多，不适合做导线。题组二 有关金属冶炼的考查3(教材改编)下列关于金属冶炼的说法中正确的是()A金属银、汞可用热分解法冶炼B可用热分解法冶炼金、铂C金属 Mg、Al 都可以用电解熔融氯化物的方法制得D电解法是冶炼活泼金属(如钾、钠、镁、铝等)的唯一方法A 解析：银、汞为不活泼金属，工业上可用热分解其氧化物的形式制得，A 项正确；金、铂极不活泼，应用富集法(物理方法)冶炼，B 项错误；AlCl3 为共价化合物，工业上制备金属Al 是用
26、电解熔融 Al2O3 的方法，C 项错误；工业上冶炼钾可以用钠还原法：NaKCl=850 NaClK，反应制得的钾蒸气遇冷即得到金属钾，D 项错误。4铝热反应的化学方程式为 2AlFe2O3=高温 Al2O32Fe。某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。查阅化学手册知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔、沸点数据如下：物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/6602 0541 5351 462沸点/2 4672 9802 750(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。这种推测有一定的道理，理由是_
27、。(2)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是_，当观察到_的现象时，说明熔融物中含有金属铝。(3)实验室溶解该熔融物，最好选用下列试剂中的_(填序号)。A浓硫酸B稀硫酸C稀硝酸D氢氧化钠溶液该反应温度下铝已熔化，未反应的铝可与生成的铁熔合在一起，形成合金NaOH 溶液有气泡生成B(1)熟记 2 个物理性质：合金的熔点比各成分金属低；合金的硬度比各成分金属大。(2)记住 2 种有色金属：铝、铜。(3)牢记 4 种物质的颜色：Cu紫红色，CuO黑色，CuSO4 粉末白色，CuSO45H2O蓝色。(4)熟记 5 个化学方程式2CuO2H2OCO2=Cu2(OH)2CO3(铜锈)，3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O，Cu2H2SO4(浓)=CuSO4SO22H2O，Cu(OH)2=CuOH2O。本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放
