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第四节用途广泛金属材料与开发利用金属矿物[根底知识自查]1．常见金属材料(1)分类(3)常见合金材料2．金属矿物开发利用(1)金属在自然界中存在形态①在自然界中绝大多数金属以化合态形式存在。
②少数化学性质不活泼金属存在游离态。
(2)金属冶炼实质使金属化合物中金属离子得电子被复原为金属单质过程：M n＋＋n e－===M。
(3)常见冶炼方法①电解法——K～AlNa ：2NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑；Mg ：MgCl 2(熔融)=====电解Mg ＋Cl 2↑；Al ：2Al 2O 3(熔融)=====电解4Al ＋3O 2↑。
②热复原法——Zn ～Cu高炉炼铁：3CO ＋Fe 2O 3=====△2Fe ＋3CO 2；铝热反响制铬：2Al ＋Cr 2O 3=====高温2Cr ＋Al 2O 3；焦炭复原铜：C ＋2CuO=====△2Cu ＋CO 2↑。
③热分解法——Hg 、AgHg ：2HgO=====△2Hg ＋O 2↑；Ag ：2Ag 2O=====△4Ag ＋O 2↑。
[应用体验]1．任何金属都能形成合金吗？请具体说明。
[提示] 并非所有金属都能形成合金，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，假设一种金属熔点大于另一种金属沸点，那么二者不能形成合金。
2．铝热反响本质是利用铝复原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来，关于铝热反响思考以下问题：(1)是否所有金属氧化物都能与铝发生铝热反响？哪些金属氧化物与Al可发生铝热反响？(2)在铝热反响中，镁条、KClO3作用是什么？[提示](1)不是。
活泼性比Al弱难熔金属，如钒、铬、锰、铁、铜氧化物与Al可以发生铝热反响。
(2)镁条为引燃剂、KClO3为助燃剂。
[考点多维探究]角度1 合金形成与性能1．所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成一种熔合物，下表为四种金属熔、沸点：A．Cu与Al B．Fe与CuC．Fe与Na D．Al与NaC [Fe熔点比Na沸点高，当Fe熔化时，Na已汽化，不能熔合成为合金。
2021年高考化学一轮复习第三章第四讲用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物[考纲展示]1．了解常见金属的活动顺序及金属冶炼的一般方法。
2.了解合金的概念及重要应用。
3.知道铜及其重要化合物的性质。
4.了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用。
考点一铜及其重要化合物[学生用书P62]一、铜的化学性质反应物化学方程式非金属O2(1)潮湿的空气中：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜，绿色) (2)2Cu＋O2=====△2CuO(黑色固体)Cl2Cu＋Cl2=====点燃CuCl2(棕黄色烟)S 2Cu＋S=====△Cu2S氧化性酸浓硫酸Cu＋2H2SO4(浓)=====△CuSO4＋SO2↑＋2H2O 浓硝酸Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 稀硝酸3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O盐AgNO3、FeCl3Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag、Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2物质氧化铜氢氧化铜化学式CuO Cu(OH)2颜色状态黑色固体(粉末) 蓝色固体水溶性不溶不溶化学性质CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O CuO＋H2=====△Cu＋H2O CuO＋CO=====△Cu＋CO2Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2OCu(OH)2=====△CuO＋H2O三、硫酸铜1．CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾，受热易分解为白色粉末CuSO4和水。
2．无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验试剂，但不适于作干燥剂。
(1)Cu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。
通用2021版高考化学微一轮复习第讲用途广泛的金属材料开发利用金第11讲用途广泛的金属材料开发利用金属矿物一、多项选择题1．下列有关金属材料及其合金的说法正确的是()a．所有的铝材都属于黑色金属b、铝合金是熔点低于纯铝的混合物c．我国在2000多年前就掌握了铁的冶炼技术，这是因为铁元素含量丰富易被发现且化学性质活泼容易冶炼d、镁铝合金在冷浓硫酸中“钝化”。
因此，镁铝合金容器可以在室温下盛装浓硫酸。
分析：铝是有色金属，不是黑色金属；该合金是熔点低于其组成金属熔点的混合物；金属越活跃，冶炼就越困难；镁可以在室温下与浓硫酸反应。
答案：b2.（2022年盐城勘测）出土的锡青铜（铜锡合金）文物通常覆盖着Cu2（OH）3CL。
以下陈述不正确（）a．锡青铜的熔点比纯铜的高b、在自然环境中，锡青铜中的锡保护铜。
C.锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀速度快于干燥环境。
D.生成的Cu2（OH）3CL盖在加热时可能会得到黑色材料解析：合金的熔点一般低于其成分金属的熔点；锡的金属性强于铜，形成原电池时，作负极，铜是正极，被保护；潮湿的环境更容易发生电化学腐蚀；cu2(oh)3cl受热分解生成的h2o和hcl挥发，故得到黑色cuo。
答：a3．我国明代宋应星所著《天工开物》中有关于“升炼倭铅”的记载：“炉甘石(碳酸锌)十斤，装载入一泥罐内，封裹泥固，……，然后逐层用煤炭饼垫盛，其底辅薪，发火煅红，……，冷定毁罐取出，……，即倭铅也，……，以其似铅而性猛，故名之曰倭”，下列对这段话中描述的理解不正确的是()a、在中国历史上，铅的使用早于锌。
B.锌和铅有相似之处，但锌更活跃。
C.将所得产品与煤混合。
D.属于热还原熔炼金属解析：由“似铅而性猛”知，我国历史上铅的使用早于锌，a正确；在金属活动性表中锌在铅前面，b正确；由题中信息可知c中的产品不可能含有煤炭，c错误；碳酸锌受热分解，得到氧化锌，与碳高温下反应，置换出锌单质，属于还原法冶炼金属，d正确。
用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物1.随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金的维生素”。
为回收利用含钒催化剂(含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣)，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，回收率达91.7%以上。
部分含钒物质在水中的溶解性如表所示：物质VOSO4V2O5NH4VO3(VO2)2SO4溶解性可溶难溶难溶易溶该工艺的主要流程如下。
请回答下列问题：(1)请写出加入Na2SO3溶液发生反应的离子方程式_______________。
(2)催化氧化所使用的催化剂钒触媒(V2O5)能加快二氧化硫的氧化速率，此过程中产生了一连串的中间体(如图1)。
其中a、c两步的化学方程式可表示为____________________，____________________。
(3)该工艺中沉钒率是回收钒的关键之一，沉钒率的高低除受溶液pH 影响外，还需要控制氯化铵的系数(NH4Cl加入质量与料液中V2O5的质量比)和温度。
根据图2和图3，试建议控制氯化铵系数和温度的适宜值分别为_____________、_______________。
【解析】(1)根据表格信息，V2O5难溶于水，被亚硫酸钠还原成可溶于水的VOSO4，离子方程式为V2O5+S+4H+2VO2++S+2H2O。
(2)V2O5是催化剂，反应前后质量和化学性质不变。
依题意和物质转化图知，a反应：五氧化二钒与二氧化硫反应生成三氧化硫和四氧化二钒；c反应：VOSO4在氧气作用下生成V2O5和SO3。
(3)根据图象知，加氯化铵系数为4、温度为80 ℃时沉钒率最大。
答案：(1)V2O5+S+4H+2VO2++S+2H2O(2)SO2+V2O5SO3+V2O44VOSO4+O22V2O5+4SO3(3)4 80 ℃2.为了确定一批合金废料的成分并加以回收利用，某同学拟定了以下实验方案：(已知Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2↑)请回答下列问题：(1)从上述信息可确定该合金中一定含有Fe和________(填化学式)。
第4节 用途广泛的金属材料 开发利用金属矿物[考试说明] 1.了解合金的概念及重要应用。
2.了解常见金属的活动性顺序及金属冶炼的一般方法。
3.了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用。
[命题规律] 化学与自然资源的综合利用，关乎社会可持续发展，考查形式一般为以某种矿石(或工业废渣)为素材设计工艺流程图，结合新信息考查金属的冶炼、方程式书写、实验操作、电化学知识及溶度积和化学计算等。
考点1 合金、金属材料及其应用知识梳理1.合金(1)概念：合金是指由两种或两种以上的金属(或□01金属与非金属)熔合而成的具有□02金属特性的物质。
(2)性能：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。
①熔点：一般比它的各成分金属的□03低； ②硬度和强度：一般比它的各成分金属的□04大。
2．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——钢铁 钢铁是用量最大、用途最广的合金。
钢⎩⎪⎨⎪⎧碳素钢⎩⎪⎨⎪⎧低碳钢：韧性、焊接性好，强度低中碳钢：强度高，韧性及加工性好高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好合金钢：具有各种不同的优良性能，常见的有不锈钢 及各种特种钢(2)有色金属材料——铜和铝(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。
(2)合金的物理性质相比于成分金属有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。
(3)黑色金属材料和有色金属材料不是从材料的颜色上分的，铁、铬、锰及其合金材料不是黑色的，仍为银白色，而有色金属中除金为黄色，铜为红色外，其他绝大多数是银白色的。
(4)金属活动性顺序中存在“一强一弱”规律。
金属单质的还原性越弱，对应阳离子的氧化性越强，即常见离子的氧化性由强到弱的顺序是Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋。
姓名，年级：时间：第4讲 用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物单科命题 考试要点素养链接1。
了解常见金属的活动性顺序.2.理解铜及其重要化合物的主要性质及其应用,了解铜及其重要化合物的制备方法。
3.了解合金的概念及其重要应用。
宏观辨识与微观探析:通过对铜及其合金的性质的了解,理解金属材料在工业中的应用.科学精神与社会责任：了解金属材料的性质，激发学生对金属矿物的开发利用的热情与积极性。
考点一 铜及其重要化合物1。
铜（1)物理性质:铜是① 紫红色金属，具有良好的② 导电 性、③ 导热 性和延展性。
(2)化学性质 反应物质化学方程式O 2潮湿的空气中：2Cu+O 2+CO 2+H 2O Cu 2（OH ）2CO 3(碱式碳酸铜，绿色)加热条件下与O 2反应：④ 2Cu+O 22CuOCl2⑤Cu+Cl2 CuCl2S⑥2Cu+S Cu2S浓硫酸⑦Cu+2H(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O2SO4浓硝酸⑧Cu+4HNO 3（浓） Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O稀硝酸⑨3Cu+8HNO 3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OAgNO 3溶液Cu+2AgNO3 2Ag+Cu(NO3)2FeCl 3溶液2FeCl3+Cu 2FeCl2+CuCl22.氧化铜和氧化亚铜氧化铜氧化亚铜颜色黑色砖红色与酸反应CuO+2H+ Cu2++H2O Cu2O+2H+ Cu2++Cu+H2O （H+）与H 2反应CuO+HO Cu2O+H2 2Cu+H2O2 Cu+H2转化关系4CuO 2Cu 2O+O2↑3.氢氧化铜（1)物理性质:蓝色不溶于水的固体。
（2)化学性质及应用4.CuSO4·5H2OCuSO 4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。
无水CuSO4为白色粉末,遇水变蓝色（生成CuSO 4·5H2O)，可作为水的检验试剂。
1。
易错易混辨析（正确的画“√”,错误的画“✕"）.（1)电解CuCl2溶液的化学方程式:CuCl2Cu2++2Cl—( )（2）H2还原CuO时，应先加热后通H2（)（3)常温下,Fe和Cu与浓硝酸反应产生的气体体积相同( )(4)将铁片和铜片用导线连接后置于稀H2SO4中,铜片上有气泡产生，说明铜比铁活泼（）(5)Cu2O遇硝酸会被氧化成Cu2+（)(6）利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质,来检验水的存在（）（7）CuCO3是铜锈的主要成分,可用盐酸除去铜锈( )（8）农业上配制波尔多液时可在铁桶或铝桶中进行( )1.答案（1）✕(2）✕(3）✕（4）✕(5）√(6)√(7)✕（8）✕2.【深度思考】填写下列铜及其化合物的颜色。
用途广泛的金属材料开发利用金属矿物
Cu2S是火法炼铜的重要原料之一,下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4·5H2O的流程图:
Cu2S Cu Cu2O、CuO A B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)。
(2)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的体系中A溶液呈蓝色,且有紫红色固体物质生成,请写出生成紫红色固体物质的离子方程式:__。
(3)若将A中紫红色固体物质反应掉,操作Ⅰ中加入的试剂最好是________(填字母)。
A.适量的NaNO3
B.适量的HNO3
C.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,反应原理为
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(紫红色),写出反应物和生成物,配平方程式。
(3)H2O2不产生污染物且不引入杂质。
答案:(1)+1 Cu2S+O22Cu+SO2
(2)Cu2O+2H+Cu+Cu2++H2O (3)C
【加固训练】
1.在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备单质铜,有下列两种途径:
①Fe H2Cu
②CuO CuSO4Cu
若用这两种方法制得等量的铜,则下列有关说法符合实际情况的是( )
A.消耗氧化铜的质量相同
B.消耗铁的质量相同
C.消耗硫酸的质量相同
D.生成硫酸亚铁的质量相同
【解析】选A。
制备1 mol Cu 需要 1 mol CuO故A正确,而H2还原 CuO 时需要先用 H2排除体系内的空气,冷却时也需要继续通 H2,因此需要 H2的量远大于 1 mol,即第①种方法消耗的Fe、H2SO4均比第②种方法多故B、C、D错误。
2.(2019·兰州模拟)下列关于铜的化合物的说法正确的是( )
A.蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是化学变化
B.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,有棕黄色的烟生成
C.用稀盐酸除去铜锈的离子方程式为CuO+2H+Cu2++H2O
D.向CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后,将混合物倒入蒸发皿加热煮沸一会儿,然后冷却、过滤,滤纸上的物质为“蓝色固体”
【解析】选A。
蓝色硫酸铜晶体受热失去结晶水转化为白色硫酸铜粉末是化学变化,A正确;常温下铜与氯气不反应,需在点燃条件下才能反应,观察到有棕色的烟生成,B错误;铜锈的成分是碱式碳酸铜,不是氧化铜,C错误;CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后生成Cu(OH)2沉淀,加热后过滤,滤纸上留下的是黑色物质CuO,D错误。
3.某同学通过系列实验,探究Cu及其化合物的性质,下列操作正确且能达到目的的是
( )
A.将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuS
B.将Cu片放入过量浓硫酸中,一段时间后加水以观察CuSO4溶液的颜色
C.向CuSO4溶液中加入NaOH溶液,过滤洗涤并收集沉淀,加热以制取CuO
D.设计Cu-Al-浓硝酸原电池,以证明金属活动性:Cu<Al
【解析】选C。
铜粉和硫粉反应生成Cu2S,故A项错误;Cu与浓硫酸的反应需要加热,故B项错误;Al在浓硝酸中发生钝化,在Cu-Al-浓硝酸原电池中,Cu发生氧化反应,作负极,不能证明金属活动性:Cu<Al,故D项错误。
4.(2019·南宁模拟)下列是部分矿物资源的利用及产品流程,有关说法不正确的是 ( )
A.粗铜电解精炼时,粗铜作阳极
B.生产铝、铜、高纯硅及玻璃过程中都涉及氧化还原反应
C.黄铜矿冶炼铜时,副产物SO2可用于生产硫酸,FeO可用作冶炼铁的原料
D.粗硅制高纯硅时,提纯四氯化硅可用多次分馏的方法
【解析】选B。
电解精炼铜时,粗铜作阳极,自身可以溶解,故A正确;制备单质时涉及化合价变化,是氧化还原反应,制玻璃的反应是SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑和
SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑,元素化合价未发生变化,均不属于氧化还原反应,故B错误;SO2可以转化成SO3,进而生成H2SO4,FeO与CO在高温下可生成Fe,故C正确;制备硅的过程中,利用沸点不同进行分馏,将SiCl4从杂质中提取出来,再与H2发生置换反应得到高纯硅,故D正确。
5.(2019·贵阳模拟)据央视新闻报道,考古人员在江西发掘一座距今2 000多年、迄今保存最完好的西汉古墓。
在古墓中有10余吨西汉铜钱。
这些铜钱锈迹斑斑,铜锈的主要成分可表示为Cu2H2CO5。
下列有关判断正确的是 ( )
A.铜锈中Cu和C的化合价均为+2
B.铜质文物表面的铜锈可用稀硝酸除去
C.铜锈易溶于水
D.32 g铜生成铜锈转移1 mol电子
【解析】选D。
铜锈中Cu为+2价,C为+4价,A项错误;稀硝酸能够溶解铜锈,也能溶解铜,除去铜质文物表面的铜锈应用稀硫酸或稀盐酸,B项错误;铜锈难溶于水,C项错误;铜生成铜锈时,铜由0价变为+2价,32 g(0.5 mol)铜生成铜锈时,转移1 mol电子,D项正确。
6.(2019·海口模拟)CuCl是有机合成中常用的一种催化剂,在乙醇中溶解度较小。
实验室可用氯化铜溶液、铜粉、浓盐酸反应制备,其反应原理和流程为CuCl2+Cu+2HCl2HCuCl2(无色)2CuCl↓(白色)+2HCl。
已知反应过程中可能存在的副反应有CuCl+H2O CuOH+HCl。
(1)“反应”步骤中加入氯化钠的目的是 __。
(2)用乙醇洗涤产品的原因,一是_ __ _,
二是_ ___。
(3)“反应”步骤中往往使用过量的浓盐酸,其主要目的是__ 。
(4)CuCl在潮湿的环境中易被氧化为Cu2(OH)3Cl,反应的化学方程式为__ 。
(5)若实验时用到3 mL 0.5 mol·L-1 CuCl2溶液,最终得到产品0.21 g,则该实验的产率为
________(列出算式并计算出结果,结果保留小数点后两位)。
【解析】(1)从平衡移动角度考虑,增大Cl-浓度,有利于平衡正向移动,增大反应物的转化率。
(2)氯化亚铜在乙醇中的溶解度小,使用乙醇洗涤可减少产品损失。
乙醇的沸点低,易挥发,“烘干”可以在较低温度下进行,不但可以缩短时间,还可以节约能源。
(3)根据勒夏特列原理,盐酸能抑制氯化亚铜的水解。
(4)根据元素守恒可知,反应中需要水,生成物中含有HCl。
(5)根据题目所给的方程式可知CuCl2～2CuCl,结合提供数据求得理论上应生成产品的质量,可以进一步计算出产率。
答案:(1)增大Cl-浓度,有利于生成HCuCl2
(2)减少洗涤过程中的产品损失乙醇的沸点低,既可缩短烘干时间,又能降低能耗
(3)抑制“稀释”过程中CuCl的水解(或抑制CuCl的水解)
(4)4CuCl+4H2O+O22Cu2(OH)3Cl+2HCl
(5)×100%≈70.35%。
