高考化学一轮复习第3章金属及其化合物第4节用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物教师用书新人教版

第四节用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物
考纲定位考情播报
1.了解合金的概念及其重要应用。

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。

2016·全国甲卷T13(C)/全国丙卷T7(B) 2015·全国卷ⅠT10(B、D)
2014·全国卷ⅠT8(D)/全国卷ⅡT9(A、D)
考点1| 合金与金属矿物的开发利用
[基础知识自查]
1．常见金属材料
(1)分类
(3)常见合金材料
2．金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在形态
①在自然界中绝大多数金属以化合态的形式存在。

②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：M n ＋＋n e －
===M 。

(3)常见冶炼方法
①电解法——K ～Al
Na ：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热还原法——Zn ～Cu
高炉炼铁：3CO ＋Fe 2O 3=====△
2Fe ＋3CO 2；
铝热反应制铬：2Al ＋Cr 2O 3=====高温
2Cr ＋Al 2O 3；
焦炭还原铜：C ＋2CuO=====△
2Cu ＋CO 2↑。

③热分解法——Hg 、Ag
Hg ：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。

2．铝热反应的本质是利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来，关于铝热反应思考下列问题：
(1)是否所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应？哪些金属氧化物与Al 可发生铝热反应？
(2)在铝热反应中，镁条、KClO 3的作用是什么？
[提示] (1)不是。

活泼性比Al 弱的难熔金属，如钒、铬、锰、铁、铜的氧化物与Al 可以发生铝热反应。

(2)镁条为引燃剂、KClO3为助燃剂。

[考点多维探究]
角度1 合金的形成与性能
1．所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物，下表为四种金属的熔、沸点：
Na Cu Al Fe
熔点(℃) 97.5 1 083 660 1 535
沸点(℃) 883 2 595 2 200 3 000
A．Cu和Al B．Fe和Cu
C．Fe和Na D．Al和Na
C [Fe熔点比Na的沸点高，当Fe熔化时，Na已汽化，不能熔合成为合金。

]
2．2015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( )
【导学号：95812053】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
D [铝、锂均是活泼金属，与酸均易反应。

]
3．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 [制造货币的金属应具备性质稳定，不易被腐蚀，易成型。

]
合金的认识
(1)常温下，多数合金是固态，但钠钾合金呈液态。

(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)并非所有的金属都能形成合金。

因为两种金属必须熔合在一起才能形成合金。

如果
一种金属还未熔化时，另一种金属已经汽化，则一般不能熔合在一起，如Cu 与Na 、Fe 与Na 等不能形成合金。

角度2 金属矿物的开发利用
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(TiCl 4)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 ．制镁：用Al 和MgO 在高温下发生铝热反应制Mg
B [A 项，Na 与TiCl 4溶液中的H 2O 反应，不能置换出Ti ；
C 项，电解纯净NaCl 溶液得不到Na ；
D 项，铝热反应不能制取Mg ，Mg 比Al 活泼。

]
5．(2017·日照模拟)下列说法中正确的是( )
A ．氯化铝是一种电解质，可用电解法制铝
B ．工业上通过电解氯化钾溶液制备金属钾和氯气
C ．工业上电解熔融状态的Al 2O 3制备Al 涉及氧化还原反应
D ．MgCl 2(aq)――→石灰乳Mg(OH)2――→煅烧MgO ――→电解
Mg ，在给定条件下能实现
C [A 项，AlCl 3熔化不电离，电解AlCl 3熔融物不导电，不能生成Al ；B 项，电解KCl 溶液不能生成K ；
D 项，MgO 熔点很高，制Mg 时不是电解MgO 而是电解MgCl 2。

]
6．(2017·柳州模拟)氧化还原反应广泛应用于金属冶炼，下列说法不正确的是 ( )
【导学号：95812054】
A ．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，Na ＋
被还原
B ．湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应
C ．用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe 3O 4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
C [C 项，1 mol Fe 3O 4被还原为Fe ，转移电子1×3×83
mol ＝8 mol 。

]
金属冶炼与金属活动性顺序表的关系
角度3 铝热反应的实验问题分析
7．(2014·山东高考改编)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有________(填字母)，其作用是____________________________。

a．KCl B．KClO3
c．MnO2D．Mg
取少量铝热反应所得的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象，________(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3，理由是___________________________________________(用离子方程式说明)。

[解析]做铝热反应的实验时，需要KClO3作助燃剂，且用镁条引燃；即使固体混合物中有Fe2O3，因发生反应Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O和Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，使Fe3＋转化为Fe2＋，KSCN溶液也不会变红。

[答案]bd KClO3作助燃剂，Mg作引燃剂不能Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋(或只写Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋)
8．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，并放出耀眼的光芒”、“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的熔点、沸点数据如表所示：
【导学号：95812055】
物质Al Al2O3Fe Fe2O3
熔点/℃660 2 054 1 535 1 462
沸点/℃ 2 467 2 980 2 750 ——
(1)
铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。

你认为他的解释是否合理：________(填“合理”或“不合理”)。

(2)将铝与Fe2O3混合后放入漏斗中，然后引发铝热反应的实验操作是____。

(3)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________，反应的离子方程式为______________________。

(4)实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是________(填序号)。

A ．浓硫酸
B ．稀硫酸
C ．稀硝酸
D ．氢氧化钠溶液
[解析] (1)在一定温度范围内，Fe 和Al 均为熔融状态，可以熔合形成Fe­Al 合金。

(2)加助燃剂KClO 3和引燃剂镁条，点燃镁条。

(3)利用Al 与碱液反应。

(4)熔融物为金属及其金属氧化物，用稀酸溶解。

[答案] (1)合理
(2)加少量KClO 3，插上镁条并将其点燃
(3)NaOH 溶液 2Al ＋2OH －＋2H 2O===2AlO －
2＋3H 2↑
(4)B
考点2| 铜及其化合物的性质及其应用
[基础知识自查]
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：
①化学方程式：2Cu ＋O 2＋H 2O ＋CO 2===Cu 2(OH)2CO 3。

②化学方程式：2Cu ＋S=====△
Cu 2S 。

③与氧化性酸反应
a ．与浓硫酸共热的化学方程式：
Cu ＋2H 2SO 4(浓)=====△
CuSO 4＋SO 2↑＋2H 2O ；
b ．与稀硝酸反应的离子方程式：
3Cu ＋8H ＋＋2NO －3===3Cu 2＋
＋2NO↑＋4H 2O ；
c ．与浓硝酸反应的离子方程式：
Cu ＋4H ＋＋2NO －3===Cu 2＋＋2NO 2↑＋2H 2O 。

④与盐溶液反应
a ．与硝酸银溶液反应的离子方程式：Cu ＋2Ag ＋===2Ag ＋Cu 2＋；
b ．与FeCl 3溶液反应的离子方程式：Cu ＋2Fe 3＋===2Fe 2＋＋Cu 2＋。

2．铜的重要化合物的性质及其应用 (1)氧化物⎩⎪⎨⎪⎧ CuO ：黑色难溶于水的固体，与酸可以反应，可以用
H 2、CO 、Al 还原出Cu 。

Cu 2O ：砖红色难溶于水的固体，与一般酸反应为Cu 2O ＋2H ＋===Cu ＋Cu 2＋＋H 2O ，遇到HNO 3发生氧化反应生成Cu 2＋。

(2)氢氧化铜——蓝色难溶物，是一种弱碱。

(3)铜盐
①Cu 2(OH)2CO 3
Cu 2(OH)2CO 3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
Cu 2(OH)2CO 3=====△
2CuO ＋H 2O ＋CO 2↑。

②CuSO 4
a ．CuSO 4·5H 2O 为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾。

受热或遇浓H 2SO 4，蓝色晶体变为白色粉末。

b ．无水CuSO 4遇水变蓝色(生成CuSO 4·5H 2O)，可作为水或水蒸气的检验试剂。

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。

[应用体验]
1．铜和Cu 2O 的颜色相近，如何证明Cu 中含有Cu 2O?
[提示] 取样品少许于试管中，加入稀H 2SO 4，若溶液呈蓝色则说明含有Cu 2O 。

2．向含有2 mol H 2SO 4的浓H 2SO 4中加入足量的Cu 共热，充分反应可生成1 mol SO 2吗？为什么？
[提示] 不能生成1 mol SO 2。

因为浓H 2SO 4变成稀H 2SO 4后不再反应。

[考点多维探究]
角度1 铜及其化合物的性质与应用
1．(2016·成都诊断)下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确
的是( )
选
项
陈述Ⅰ陈述Ⅱ判断
A
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
Ⅰ对；Ⅱ对；无
B
铜表面易形成致密的
氧化膜
铜制容器可以盛放浓
硫酸
Ⅰ对；Ⅱ对；有
C
向硫酸铜溶液中通入
少量氨气，有蓝色沉
淀产生，过滤后灼烧
滤渣，最后变成黑色
固体
把铜丝放在酒精灯火
焰上灼烧，铜丝表面
变黑
Ⅰ对；Ⅱ对；有
D
蓝色硫酸铜晶体受热
转化为白色硫酸铜粉
末是物理变化
硫酸铜溶液可用作游
泳池的消毒剂
Ⅰ错；Ⅱ对；无
D 24C 项，陈述Ⅰ、Ⅱ无因果关系；D项，陈述Ⅰ为化学变化。

]
2．下列有关铜的化合物的性质的叙述中正确的是( )
A．CuSO4变成CuSO4·5H2O是化学变化
B．一定条件下，新制的Cu(OH)2悬浊液能与葡萄糖反应但不能与乙酸反应
C．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成
D．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体
A [B项，Cu(OH)2与乙酸发生中和反应；C项，Cu与Cl2反应需要点燃或加热；D项，CuCl2在蒸干过程中水解生成Cu(OH)2。

]
3．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溶液中，下列有关说法中正确的是( )
【导学号：95812056】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Cu2O
B．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．如果溶液中出现蓝色，最终没有紫红色固体出现，说明CuO没有分解
C [Cu2O的检验不能用稀HNO3，HNO3能氧化Cu2O为Cu2＋。

]
铜及其化合物的颜色
Cu 紫红色CuSO4白色
CuO 黑色CuSO4·5H2O 蓝色
Cu2O 砖红色Cu2(OH)2CO3绿色
Cu2S 黑色Cu(OH)2蓝色
角度2 以铜的重要化合物制备为载体的综合试题
4．(2017·重庆模拟)CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如图所示。

下列说法正确的是( )
A．相对于途径①③，途径①更好地体现了绿色化学思想
B．途径①发生的反应可能是3Cu＋2HNO3＋3H2SO4===3CuSO4＋2NO↑＋4H2O
C．将CuSO4溶液蒸发，利用余热蒸干，可制得胆矾晶体
D．1 mol CuSO4在1 100 ℃所得混合气体X为SO3和O2，其中O2可能为0.75 mol
B [A项，途径①有污染气体NO生成，不能更好地体现绿色化学思想；C项，胆矾晶体不能通过蒸干得到，应冷却结晶，过滤得到；D项，1 mol CuSO4被还原成Cu2O转移1 mol 电子，应得氧气0.25 mol，错误。

]
5．(2016·全国名校联盟百校联考)某实验小组利用Fe2O3、Cu2O的混合物制取较纯净的胆矾(CuSO4·5H2O)，实验方案如图所示：
【导学号：95812057】
(1)稀硫酸溶解混合物时发生反应的离子方程式为
Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O、______________________。

(2)加H2O2的目的是________________，其反应的离子方程式为
_____________________________________________。

(3)溶液乙中加入适量CuO时发生反应的离子方程式为_______________。

(4)操作Ⅰ主要包括________、________、过滤、洗涤、晾干等步骤。

[解析](1)Fe2O3、Cu2O中加入过量酸，Fe2O3生成Fe3＋，Cu2O生成Cu和Cu2＋，Fe3＋又氧化Cu为Cu2＋；(2)溶液甲中含有Fe2＋，加H2O2的目的就是氧化Fe2＋为Fe3＋；(3)加入CuO 的目的是调节pH，使Fe3＋水解成Fe(OH)3而除去。

[答案](1)Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋
(2)氧化Fe2＋为Fe3＋H2O2＋2H＋＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2H2O
(3)3CuO＋2Fe3＋＋3H2O===2Fe(OH)3＋3Cu2＋
(4)蒸发浓缩冷却结晶
废铜利用的思维模式
[课堂小结·反馈达标1＋1] 全新理念探究高考明确考向1．一组判断，展示高考易误点
(1)(2016·全国甲卷)除去Cu粉中混有CuO的操作是加入稀HNO3溶解，过滤、洗涤、干燥。

( )
(2)(2016·全国丙卷)铁比铜金属性强的实际应用是FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板。

( )
(3)(2015·全国卷Ⅰ)将铜粉加入1.0 mol·L－1Fe2(SO4)3溶液中，现象是溶液变蓝、有黑色固体出现。

( )
(4)(2014·全国卷Ⅱ)铝与Fe2O3发生铝热反应后固体物质增重。

( )
(5)(2014·全国卷Ⅱ)H2通过灼热的CuO粉末，反应后固体物质增重。

( )
(6)(2014·全国卷Ⅰ)FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作的原理是FeCl3能从含Cu2＋的溶液中置换出铜。

( )
(7)(2015·四川高考)CuSO4溶液中通入CO2气体产生蓝色沉淀。

( )
(8)(2015·四川高考)CuSO4溶液与H2S反应的离子方程式为Cu2＋＋S2－===CuS↓。

( )
(9)(2015·天津高考)气体通过无水CuSO4粉末变蓝，证明原气体中含有水蒸气。

( )
(10)浓HNO3中加入过量的Cu，反应生成的气体有NO2和NO。

( )
(11)用稀盐酸除去铜锈的离子方程式为CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O。

( )
(12)镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料。

( )
[答案](1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×(8)×(9)√(10)√(11)×(12)√
2．一题串知，覆盖高考考什么
(2017·郑州模拟)某化学兴趣小组用只含有铝、铁、铜的工业合金制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体(FeSO4·7H2O)和胆矾晶体，其实验方案如图所示：
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(1)合金属于________(填“纯净物”或“混合物”)，与足量稀H 2SO 4、NaOH 溶液反应的离子方程式为_________________________________________。

[考查合金的组成与性质]
(2)方案中途径②的离子方程式________________________________，
D 中加入适量盐酸的离子方程式为___________。

[考查铝及其化合物的性质]
(3)滤渣F 为________，途径③、④的化学方程式分别为______，
途径③④相比，途径________更好，理由是____________。

[考查Cu 及其化合物的性质]
(4)CuSO 4溶液中获得胆矾的操作为____________________________，洗涤、自然干燥。

[考查溶液的结晶方法]
(5)写出CuO 与Al 、H 2反应的化学方程式为____________。

[考查Cu 的冶炼]
(6)Cu 在潮湿的空气中放置较长时间，最后得到绿色的铜锈，其化学式为_____________________________________________________。

[考查Cu 的性质]
[答案] (1)混合物 2Al ＋6H ＋===2Al 3＋＋3H 2↑、Fe ＋2H ＋===Fe 2＋＋H 2↑、2Al ＋2OH －
＋2H 2O===2AlO －2＋3H 2↑
(2)AlO －2＋CO 2＋2H 2O===Al(OH)3↓＋HCO －3 Al(OH)3＋3H ＋===Al 3＋＋3H 2O
(3)Cu Cu ＋2H 2SO 4(浓)=====△
CuSO 4＋SO 2↑＋2H 2O
2Cu ＋O 2＋2H 2SO 4=====△
2CuSO 4＋2H 2O ④
④相对③来说H 2SO 4的利用率高且无污染
(4)蒸发浓缩，冷却结晶、过滤
(5)3CuO ＋2Al=====高温3Cu ＋Al 2O 3 CuO ＋H 2=====△
Cu ＋H 2O
(6)Cu 2(OH)2CO 3。