第7讲-金属材料和金属矿物利用-2023年高考化学一轮复习名师精讲练(原卷版).docx

第7讲 金属材料和金属矿物利用
[考情分析]高考对本节内容的考查以金属及其化合物的性质、合金的性质、金属的冶炼、提纯在日常生活、生产中的应用为主，高考题型有选择题、实验题、化学工艺流程题等。尤其是以金属及其化合物化工生产为背景的工艺流程题和综合实验题将是考查的热点。
[考点过关]
考点一 铜及其化合物的性质
【落实基础】
铜元素位于元素周期表第 周期 族，简化电子排布式为 ，处于元素周期表 区，是过渡金属元素的代表。铜元素的第一电离能 （填大于或小于）锌元素，第二电离能 （填大于或小于）锌元素。
1、铜
(1)物理性质： ____色固体，具有良好的延展性、导____性和导____性。金属铜是____晶体，原子形成晶体时采用的堆积方式是____，配位数是____。
(2)化学性质：
与非金属反应
在加热条件下，与______反应生成____色的______，与Cl2反应生成_______
与盐溶液的反应
与AgNO3、Hg(NO3)2发生置换反应；与FeCl3反应生成________和________
与酸反应
与稀硝酸、浓硝酸、浓硫酸反应生成Cu2＋和NO、NO2、SO2
2、氧化铜和氧化亚铜
名称
氧化铜
氧化亚铜
颜色

与酸反应(H＋)

Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
与H2反应

稳定性

3、氢氧化铜
(1)物理性质：____色____溶于水的固体。
(2)化学性质：Cu(OH)2属于________碱，能与____反应生成盐和水；新制的Cu(OH)2悬浊液与含____的有机物共热可生成砖红色Cu2O。
4、铜盐：
（1）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，受热易分解，分解的化学方程式为________。
（2）CuSO4·5H2O为_____晶体，俗称蓝矾、胆矾，无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为___的检验依据。
（3）[Cu(NH3)4]SO4是_____晶体，阳离子中存在的化学键有________。

【考点突破】
例题1、下列说法正确的是 。
①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
②除去Cu粉中混有CuO的方法是加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤、干燥
③将铜粉加入1.0 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液中，现象是溶液变蓝，有黑色固体出现
④铁比铜活泼，铆在铜板上的铁钉在潮湿空气中不易生锈
⑤氧化铜可作为制造玻璃、搪瓷的红色颜料
⑥硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
⑦为了避免青铜器生成铜绿，在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜
⑧1 mol Cu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO3分子
⑨冶炼铜的反应为8CuFeS2＋21O28Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2，若CuFeS2中Fe的化合价为+2，反应中被还原的元素是Cu和O
⑩CuSO4溶液与过量浓氨水反应的离子方程式：Cu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2↓+2NH4+
⑪将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体
⑫H2通过灼热的CuO粉末，反应后固体物质增重
【易错指导】
（1）波尔多液消毒：主要应用在农业植物杀菌和公共场合的消毒。其主要成分组分CuSO4溶液、石灰水，原理是重金属盐能使蛋白质变性。
（2）制备CuSO4方案的选择：方法如下：一是Cu→CuO→CuSO4,二是用铜和浓硫酸的反应。方案的选择主要从绿色化学概念角度进行：一是原料利用率高，节约成本；二是不产生有毒气体，不造成大气污染。与之相同的还有Cu(NO3)2的制备。
（3）CuCl2溶液的蒸干、和含有结晶水时除去结晶水，分别对应的操作是加入盐酸，和在HCl气氛中加热。
（4）粗铜的精炼：电解池中，粗铜作阳极，精铜作阴极，电解质为硫酸铜溶液。阳极反应：Cu- 2e- = Cu2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-= Ni 2+；阴极反应：Cu2++ e- =Cu，硫酸铜溶液浓度降低。
【变式练习】
1、某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物，工业上以该废渣为原料生产CuCl2·2H2O晶体的工艺流程如下：

下列说法正确的是(　　)
A．焙烧过程中每消耗1 mol CuS则消耗3 mol O2
B．焙烧后的废气能够使酸性高锰酸钾溶液褪色
C．滤渣中主要含铁的氧化物
D．将获得的CuCl2·2H2O晶体加热可制得CuCl2固体
2、某工业含铜废料含有Cu、CuO、CuS、CuSO4等成分，利用该含铜废料可生产硝酸铜晶体[Cu(NO3)2·3H2O]，生产的工艺流程如图所示：

回答下列问题：
(1)“焙烧”过程中除生成SO2的反应外，另外一个反应的化学方程式是 。
(2)“酸化”过程为加快反应速率，可采用的措施有 (写出一条即可)，“酸化”的目的是 。
(3)若试剂a为Zn，则“置换”的离子方程式为 ，
滤液中溶质的化学式是 。
(4)“淘洗”的作用是 ，
若图中淘洗液的主要溶质与滤液的溶质相同，则试剂b是 。
(5)“反应”一步中使用20% HNO3和10% H2O2，整个过程无红棕色气体产生，则发生反应的化学方程式为 ；
若该步骤只使用20% HNO3，随着反应的进行，温度升高，出现大量红棕色气体，则还原剂与氧化剂的物质的量之比为 。
(6)“一系列操作”是指化学实验操作，这些操作的名称是 。
【归纳延伸】铜的冶炼“两方法”
(1)湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。
(2)高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)：
2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)
2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2
2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑
粗铜中铜的含量为99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%～99.98%的铜。电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极，失电子变为Cu2＋，用纯铜棒作阴极即可得精铜。
考点二 合金与金属冶炼
【落实基础】
1.合金
（1）定义：由_____或_______________________________熔合而成的具有_____特性的物质。
（2）性能：合金具有许多良好的_____、_____或_____性能，_____一般比它的各成分金属的大，_____一般比它的各成分金属的低。
2.金属矿物的开发和利用
（1）金属冶炼的实质：使金属化合物中的金属离子____电子被____为金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。
（2）金属冶炼的一般步骤：

步骤
目的
矿石的富集
除去杂质,提高矿石右的有用成分的含量
冶炼

利用氧化还原反应原理,在一定条件下,用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质
精炼
提高金属的纯度
（3）金属冶炼方法：

（4）金属的回收和资源的保护：废旧金属作为一种资源，加以回收再利用，这样做，既减少了垃圾量防止污染环境又解决了资源短缺的矛盾。
【考点突破】
例题2、下列说法正确的是 。
①金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性
②金属元素的单质在常温下均为固体
③工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
④钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制
⑤合金的性质与其成分金属的性质不完全相同
⑥由铁矿石炼成铁是化学变化，由生铁炼成钢是物理变化
⑦工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al不涉及氧化还原反应
⑧金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
⑨在人类对金属材料的使用过程中，性质活泼的金属单质最早被人们冶炼和使用
⑩单质铝在空气中比较耐腐蚀，所以铝是不活泼金属
⑪FeO投入稀H2SO4和稀HNO3中均得到浅绿色溶液
⑫向一定量的Cu、Fe2O3的混合物中加入300 mL 1 mol·L－1的盐酸，恰好使混合物完全溶解，所得溶液中不含Fe3＋。若用过量的CO在高温下还原相同质量的原混合物，固体减少的质量为2.4 g
【易错指导】
（1）不同冶炼方法有不同的特点，如用气态物质还原时，气体与矿石充分接触，反应速率快，无残留，得到的金属纯度高；电解冶炼需消耗大量的电能；铝热反应适用于高熔点金属的冶炼。
（2）当一种金属可用多种方法冶炼时，工业上一般采用经济效率高的方法。即热分解法优于焦炭还原法，焦炭还原法优于铝热还原法，铝热还原法优于电解法。从环保角度考虑，H2还原法又优于C、CO还原法。
（3）用还原剂还原法制得的金属一般含有较多的有害杂质，如含其它金属或非金属。为了满足金属的多种用途，除去金属中的有害杂质是必要的。低沸点金属(如锌和汞)可以用蒸馏法与较不易挥发的有害杂质分离而达到提纯；电解法精炼金属是使用最广泛的金属精炼法，铜、银、金、铅等都可以用这种方法精炼。
【变式练习】
1. (2021·新高考河北卷)“灌钢法”是我国古代劳动人民对冶炼技术的重大贡献，陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生作刀镰者”。“灌钢法”主要是将(含碳量约0.1%)混合加热，。下列说法错误的是(　　)
A．钢是以铁为主的含碳合金
B．钢的含碳量越高，硬度和脆性越大
C．生铁由于含碳量高，熔点比熟铁高
D.之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
2. 实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4·7H2O)，主要工艺流程如下。

(1)将过程②产生的气体通入下列溶液中，溶液会褪色的是________(填字母序号)。
A．品红溶液 B．紫色石蕊试液 C．酸性KMnO4溶液 D．溴水
(2)过程①中，FeS、O2和H2SO4反应的化学方程式为________。
(3)过程③中需加入的物质是________________。
(4)过程④中，蒸发结晶时需使用的仪器除酒精灯、三脚架外，还需要________________。
(5)过程⑤调节pH可选用下列试剂中的________(填序号)。
A．稀硫酸 B．CaCO3 C．NaOH溶液

【过关演练】
一、选择题（本小题共12小题，共48分，每小题只有一个正确选项）
1．（2022·广东·高考真题）中华文明源远流长，在世界文明中独树一帜，汉字居功至伟。随着时代发展，汉字被不断赋予新的文化内涵，其载体也发生相应变化。下列汉字载体主要由合金材料制成的是
汉字载体

选项
A．兽骨
B．青铜器
C．纸张
D．液晶显示屏
2．（2022·广东·模拟预测）广东南华寺还存有北齐孝昭帝皇建元年(公元560年)的铜佛造像，下列关于铜的电化学腐蚀与保护的说法正确的是
A．铜在潮湿空气中易发生析氢腐蚀
B．铜在潮湿空气发生化学腐蚀比发生电化学腐蚀更普遍
C．铜表面的铜绿的主要成分是
D．用稀硝酸可以清洗铜佛造像表面的铜绿
3．（2022·山东·高三阶段练习）实验室中进行浓硫酸与铜的反应，实验过程如下：①向试管中倒入约为试管二分之一体积的浓硫酸；②向盛有浓硫酸的试管中加入少量铜片；③用试管夹夹在距管口约三分之一处，用酒精灯先预热后集中加热；④加热至铜片开始溶解后，用手在管口轻轻扇动，使少量气体飘入鼻孔，嗅闻产生气体的气味；⑤反应完成后，趁热将试管中的液体倒入盛有蒸馏水的烧杯中，观察所得溶液颜色；⑥试管冷却后先用自来水冲洗，再用蒸馏水洗净。上述描述的操作中有几处错误
A．1处 B．2处 C．3处 D．4处
4．（2022·重庆市育才中学模拟预测）某化学兴趣小组通过查阅文献，设计了从阳极泥(成分为Cu2S、Ag2Se、Au、Pt)中回收贵重金属的工艺，其流程如图所示。已知：“酸溶”时Pt、Au分别转化为[PtCl6]2-和 [AuCl4]-，下列判断错误的是

A．“焙烧”时，Cu2S转化为CuO的反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为1:2
B．“酸浸氧化”时，O2的作用之一是防止NO排放到空气中污染环境
C．“酸溶”时，金溶解的离子方程式为
D．有机层中回收的金属元素是Pt，萃取分液用到的玻璃仪器是分液漏斗和烧杯
5．（2022·广东·高三专题练习）部分含铜物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断错误的是

A．d的代表物质高铜酸钾具有强氧化性
B．将c加入浓碱液中可制得e的胶体
C．的转化可用于检验葡萄糖
D．存在的转化关系
6．（2022·北京北京二模）某同学进行如下实验：

实验
实验现象
ⅰ
将铜粉加入试管中，再加入稀
溶液变蓝，液面上方呈浅红棕色；至不再产生气泡时，铜粉有剩余，余液呈酸性
ⅱ
继续向ⅰ中试管加入少量固体
又产生气泡，铜粉减少，液面上方呈浅红棕色
ⅲ
取饱和溶液，加入少量固体和铜粉
无明显变化
下列说法不正确的是A．氧化性的强弱与其浓度大小有关
B．ⅰ、ⅱ中铜粉减少的原因能用相同的离子反应解释
C．ⅰ中余液呈酸性的主要原因是
D．用一定浓度的与也能使铜粉溶解
7．（2022年茂名一中高三月考）下列实验装置用于铜与浓硫酸反应制取二氧化硫和硫酸铜晶体，能达到实验目的的是

A．用图甲装置制取并收集二氧化硫
B．用图乙装置向反应后的混合物中加水稀释
C．用图丙装置过滤出稀释后混合物中的不溶物
D．用图丁装置将硫酸铜溶液蒸发浓缩后冷却结晶
8．（2022·山西·太原五中高三阶段练习）纳米氧化亚铜(Cu2O，颗粒直径1~100nm)具有特殊的光学、光电和催化性能，采用化学沉淀法制备晶型结构完整、粒度分布均匀的纳米Cu2O(在潮湿空气中会慢慢氧化生成CuO)的合成路线如图所示。下列说法正确的是

A．反应Ⅰ为化合反应
B．操作X为过滤
C．反应Ⅱ中，每生成22.4L(标准状况)N2，转移4mol电子
D．“洗涤”时，无水乙醇可用蒸馏水代替
9．（2022·湖北武汉·高三阶段练习）为研究甲醛与新制反应的固体产物(固体A)成分，进行如下图所示实验。

已知：、CuO均能溶于浓氨水，分别产生(无色)、(蓝色)。下列说法错误的是
A．甲醛与新制反应时，作氧化剂
B．②→④无色溶液变蓝，说明固体A中一定存在
C．③→⑤的反应为
D．去掉试管①的橡胶塞，一段时间后溶液变蓝，也能确认固体A的成分
10．（2022·辽宁·大连二十四中三模）铜和氧形成的一种离子化合物晶胞、C60晶胞如图所示，下列说法中正确的是

A．C60晶体采用的是分子密堆积方式，与每个C60距离最近且等距离的C60有12个
B．铜和氧形成的离子化合物，铜离子的电荷数为+2
C．C60是分子晶体，石墨是共价晶体
D．基态铜原子的价层电子排布式为3d94s2
11．（2022·全国·高三专题练习）某铜矿石的主要成分是Cu2O还含有少量的Al2O3、Fe2O3和SiO2.某学习小组模拟化工生产设计了如下流程制备精铜。已知Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O。有关说法正确的是

A．滤渣1的主要成分是SiO2
B．加入氢氧化钠的目的是为了去除铝元素和铁元素
C．滤液1中铁元素的化合价是+2
D．滤液2中主要含有的是铝离子
12．（2021年湖南高考题）一种工业制备无水氯化镁的工艺流程如下：

下列说法错误的是
A．物质X常选用生石灰
B．工业上常用电解熔融制备金属镁
C．“氯化”过程中发生的反应为
D．“煅烧”后的产物中加稀盐酸，将所得溶液加热蒸发也可得到无水
二、非选择题（本小题共4题，共52分）
13．（2021年全国高考甲卷）胆矾()易溶于水，难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的(杂质为氧化铁及泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矾，并测定其结晶水的含量。回答下列问题：
(1)制备胆矾时，用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外，还必须使用的仪器有_______(填标号)。
A．烧杯 B．容量瓶 C．蒸发皿 D．移液管
(2)将加入到适量的稀硫酸中，加热，其主要反应的化学方程式为_______，与直接用废铜和浓硫酸反应相比，该方法的优点是_______。
(3)待完全反应后停止加热，边搅拌边加入适量，冷却后用调为3.5～4，再煮沸，冷却后过滤。滤液经如下实验操作：加热蒸发、冷却结晶、_______、乙醇洗涤、_______，得到胆矾。其中，控制溶液为3.5～4的目的是_______，煮沸的作用是_______。
(4)结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为，加入胆矾后总质量为，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置于干燥器中冷至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为。根据实验数据，胆矾分子中结晶水的个数为_______(写表达式)。
(5)下列操作中，会导致结晶水数目测定值偏高的是_______(填标号)。
①胆矾未充分干燥 ②坩埚未置于干燥器中冷却 ③加热时有少胆矾迸溅出来
14．（2022·全国乙卷·高考真题）二草酸合铜(Ⅱ)酸钾()可用于无机合成、功能材料制备。实验室制备二草酸合铜(Ⅱ)酸钾可采用如下步骤：
Ⅰ.取已知浓度的溶液，搅拌下滴加足量溶液，产生浅蓝色沉淀。加热，沉淀转变成黑色，过滤。
Ⅱ.向草酸()溶液中加入适量固体，制得和混合溶液。
Ⅲ.将Ⅱ的混合溶液加热至80-85℃，加入Ⅰ中的黑色沉淀。全部溶解后，趁热过滤。
Ⅳ.将Ⅲ的滤液用蒸汽浴加热浓缩，经一系列操作后，干燥，得到二草酸合铜(Ⅱ)酸钾晶体，进行表征和分析。
回答下列问题：
(1)由配制Ⅰ中的溶液，下列仪器中不需要的是________(填仪器名称)。

(2)长期存放的中，会出现少量白色固体，原因是________。
(3)Ⅰ中的黑色沉淀是________(写化学式)。
(4)Ⅱ中原料配比为，写出反应的化学方程式________。
(5)Ⅱ中，为防止反应过于剧烈而引起喷溅，加入应采取________的方法。
(6)Ⅲ中应采用________进行加热。
7)Ⅳ中“一系列操作”包括________。
15．（2022·湖北·蕲春县第一高级中学高三月考）某种电镀污泥主要含有碲化亚铜()、三氧化二铬()以及少量的金()，可用于制取溶液、金属铜和粗碲等，以实现有害废料的资源化利用，工艺流程如下：

已知：煅烧时，发生的反应为：
(1)元素在元素周期表中的位置为___________，该元素最高化合价___________。
(2)煅烧时，发生反应的化学方程式为___________。
(3)浸出液中除了含有(在电解过程中不反应)外，还含有___________(填化学式)。电解沉积过程中析出单质铜的电极为___________极。
(4)工业上用重铬酸钠()母液生产重铬酸钾()的工艺流程如图所示：

通过冷却结晶能析出大量的原因是___________。
(5)测定产品中含量的方法如下：称取试样配成溶液，取置于锥形瓶中，加入足量稀硫酸和几滴指示剂，用标准液进行滴定。滴定过程中发生反应的离子方程式为___________。若三次实验消耗标准液的体积平均为，则所得产品中的纯度为___________。
16．（2022年绵德中学高三月考）氯化亚铜是一种重要的化工原料，广泛应用于有机合成、石油、油脂、染料等工业。一种利用低品位铜矿(Cu2S、CuS及FeO和Fe2O3等)为原料制取CuCl的工艺流程如下：

已知：①CuCl难溶于醇和水，可溶于氯离子浓度较大的体系；
②CuCl在潮湿空气中易水解氧化；
③已知Cu2+、Mn2+、Fe2+、Fe3+开始生成沉淀和沉淀完全的pH如下表：

Cu(OH)2
Mn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
开始沉淀pH
4.7
8.3
8.1
1.2
完全沉淀pH
6.7
9.8
9.6
3.2
回答下列问题：
(1)“浸取”时加入MnO2的作用是_______
(2)滤渣1为_______，“中和”时调节pH的范围是_______
(3)“络合”时发生反应生成了配合物Cu(NH3)4CO3，该反应的化学方程式_______
(4)“反应”时的离子方程式_______，溶液2中存在的溶质主要有_______。
(5)“洗涤”时包括用pH=2的硫酸洗、水洗和乙醇洗，不能省略乙醇洗的理由是_______。
(6)准确称取所制备的氯化亚铜样品mg，将其置于过量的FeCl3溶液中，待样品完全溶解后，加入适量稀硫酸，用amol/L的K2Cr2O7溶液滴定到终点，消耗K2Cr2O7溶液bmL，反应中Cr2O被还原为Cr3+，样品中CuCl的质量分数为_______[杂质不参与反应；Mr(CuCl)=99.5，列出计算式即可]