第四節(jié)金屬材料_銅及其化合物明考綱要求理主干脈絡(luò)1.了解常見金屬活動(dòng)性順序。2.了解合金的概念及其重要應(yīng)用。3.了解銅及其重要化合物的主要性質(zhì)及其應(yīng)用。合金及常見的金屬材料1合金(1)概念：合金是指兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。(2)性能：多數(shù)合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬的熔點(diǎn)低；合金的硬度一般比它的各成分金屬的硬度大。2常見金屬材料(1)黑色金屬材料鋼鐵。鋼是用量最大，用途最廣的合金。(2)有色金屬材料銅和鋁。我國使用最早的合金是青銅，常見的銅合金有黃銅和白銅。鋁合金：成分元素主要特性主要用途Al、Mg、Cu、Si等密度小、強(qiáng)度高用于汽車、飛機(jī)、火箭、船舶制造1 / 161.判斷下列描述的正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)。(1)鋁合金的熔點(diǎn)比純鋁的高。()(2)合金材料中不可能含有非金屬元素。()(3)四川地震災(zāi)區(qū)重建使用了大量鋼材，鋼材是合金。()(4)合金中的金屬元素以化合物的形式存在。()(5)合金中各元素的含量一定，所以合金是純凈物。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2將下列合金與其用途連線青銅A不銹鋼鉻鎳合金 B司母戊鼎低碳鋼 C門窗框架鋁合金 D鋼絲、鋼管答案：B，A，D，C3化學(xué)興趣小組對(duì)某“金牌”的成分提出了猜想：一是由純金制成，二是由黃銅(銅鋅合金)制成。請(qǐng)用化學(xué)方法判斷哪種猜想是正確的。提示：用鹽酸(或稀硝酸)溶解，若“金牌”部分溶解(或全部溶解)則是由黃銅制成，若“金牌”不溶解，則是由純金制成。4鋁鎂合金因堅(jiān)硬、輕巧、美觀、潔凈、易于加工而成為新型建筑裝潢材料，主要用于制作窗框、卷簾門、防護(hù)欄等。鋁合金的這些用途是利用了它的哪些性質(zhì)？提示：利用了鋁合金的密度小、強(qiáng)度高、不易生銹等特性。定量測(cè)定合金成分與含量的兩種方法(1)定量集氣法：定量集氣法是指收集合金中某種物質(zhì)溶于酸或堿溶液時(shí)所產(chǎn)生的氣體的量，應(yīng)用化學(xué)方程式或關(guān)系式來判斷合金的組成。其原理的關(guān)鍵點(diǎn)是根據(jù)某組分的特殊性質(zhì)(特別是與酸或堿反應(yīng)能產(chǎn)生氣體)，其操作要點(diǎn)和注意事項(xiàng)有：保證裝置的氣密性良好，注意收集氣體的讀數(shù)方法。(2)沉淀法：沉淀法測(cè)定物質(zhì)含量是常用的一種方法，采用沉淀法時(shí)，涉及到的基本實(shí)驗(yàn)操作和主要問題有：稱量、溶解(溶解試劑)；沉淀(重點(diǎn)是沉淀試劑的選擇)；過濾、沉淀洗滌、沉淀的干燥、稱量；數(shù)據(jù)的處理(包括測(cè)定結(jié)果的誤差分析)。1.某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)測(cè)量m g銅銀合金樣品中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：下列說法中不正確的是()A合金的熔點(diǎn)比其成分金屬低，通常比成分金屬具有更優(yōu)良的金屬特性B銅銀都能與稀硝酸反應(yīng)，收集到的V L氣體可能全為NOC操作是過濾，操作是洗滌，操作應(yīng)是烘干D根據(jù)反應(yīng)收集到的氣體體積可以計(jì)算銅和銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)2(2013重慶高考)航母螺旋槳主要由銅鋁合金制造。800 g CuAl合金用鹽酸完全溶解后，在溶液中加入過量氨水，過濾后得到白色沉淀39.0 g，則合金中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_。答案專區(qū)1.解析：不論是濃HNO3還是稀HNO3，用排水法收集到的氣體一定全部是NO；W g固體為AgCl，由于AgCl具有熱不穩(wěn)定性，故操作應(yīng)是低溫干燥而不是烘干，C項(xiàng)錯(cuò)誤。根據(jù)反應(yīng)收集的氣體體積，利用電子守恒及質(zhì)量關(guān)系列式可求得Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。答案：C2.解析：反應(yīng)過程為：Al(OH)3故39.0 g為Al(OH)3的質(zhì)量。因此合金中m(Al)27 gmol113.5 g，合金中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：100%83.1%。答案：83.1%金屬礦物的開發(fā)利用1金屬在自然界中的存在形式金、鉑等化學(xué)性質(zhì)不活潑的金屬，在自然界以游離態(tài)存在；化學(xué)性質(zhì)較活潑的金屬在自然界中以化合態(tài)存在。2金屬冶煉的一般步驟(1)富集：除去雜質(zhì)，提高礦石中有用成分的含量。(2)冶煉：利用氧化還原反應(yīng)，用還原劑把金屬礦石中的金屬離子還原成金屬單質(zhì)。(3)精煉：提純金屬。3金屬的冶煉方法(1)熱分解法：加熱分解HgO和Ag2O的化學(xué)方程式分別為：2HgO2HgO2；2Ag2O4AgO2。(2)熱還原法：焦炭還原法：用C還原CuO的化學(xué)方程式：C2CuO2CuCO2。一氧化碳還原法：工業(yè)上煉鐵的反應(yīng)原理：3COFe2O32Fe3CO2。H2還原法：用H2還原WO3的化學(xué)方程式：3H2WO3W3H2O?；顫娊饘龠€原法：用Al還原Cr2O3的化學(xué)方程式：2AlCr2O32CrAl2O3。(3)電解法：電解熔融Al2O3、MgCl2冶煉Al、Mg的化學(xué)方程式分別為：2Al2O3(熔融)4Al3O2，MgCl2(熔融)MgCl2。1.判斷下列描述的正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)。(1)(2012重慶高考)鋼鐵廠用熱還原法冶煉鐵。()(2)(2012廣東高考)工業(yè)上電解熔融狀態(tài)的Al2O3制備Al涉及氧化還原反應(yīng)。()(3)(2011山東高考)電解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液時(shí)，陰極上依次析出Cu、Fe、Al。()(4)(2010上海高考)電解氯化鎂溶液制取金屬鎂。()(5)用金屬鈉置換四氯化鈦(TiCl4)溶液中的鈦來制取單質(zhì)鈦。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2將下列金屬的制備與冶煉方法用短線連接起來。金屬的制備冶煉方法a電解法電解熔融NaCl得到金屬鈉 b還原法工業(yè)上將焦炭和鐵礦石放入煉鐵高爐中冶煉鐵 c熱分解法加熱分解HgO獲得水銀答案：b，a，b，c3能否用電解熔融AlCl3、MgO的方法冶煉Al、Mg？為什么？提示：不能；原因是AlCl3是共價(jià)化合物，熔融時(shí)不電離、不導(dǎo)電；MgO雖是離子化合物，但其熔點(diǎn)太高，熔融時(shí)會(huì)消耗大量的能量。4鋁是地殼中含量最高的金屬元素，但為什么人類對(duì)鋁的使用要比鐵、銅晚得多？提示：鋁的活動(dòng)性比Fe、Cu強(qiáng)，冶煉時(shí)需要電解。而古代未發(fā)明和使用電冶金技術(shù)，故活潑性越強(qiáng)的金屬，人們使用的年代越晚。一、金屬冶煉三方法金屬冶煉的本質(zhì)是金屬離子得到電子，被還原成金屬原子的過程。金屬活動(dòng)性順序中的不同金屬，因金屬離子結(jié)合電子的能力不同，其冶煉方法也不同。1電解法在金屬活動(dòng)性順序中Al之前(含鋁)的金屬，用電解的方法冶煉。如電解熔融NaCl制Na，電解熔融MgCl2制鎂，電解熔融Al2O3制鋁。2熱還原法在金屬活動(dòng)性順序中，Al之后，Cu之前(含Cu)的金屬一般用還原法冶煉。常使用的還原劑有焦炭、CO和H2。用焦炭作還原劑冶煉的金屬會(huì)混有一定量的炭，如鋼鐵。用CO作還原劑時(shí)產(chǎn)物的純度較高，但CO有毒，污染環(huán)境。用H2作還原劑時(shí)產(chǎn)物的純度高、對(duì)環(huán)境無污染，但H2不易獲得，且難以貯存和運(yùn)輸。3加熱分解法在金屬活動(dòng)性順序中，Cu之后的金屬(如Hg、Ag)一般可采用加熱分解氧化物的方法冶煉。如加熱HgO、Ag2O制得Hg、Ag。1.下列金屬冶煉的反應(yīng)原理，錯(cuò)誤的是()AMgCl2(熔融)MgCl2BAl2O33H22Al3H2OCFe3O44CO3Fe4CO2D2HgO2HgO22冶煉金屬一般有以下幾種方法：熱分解法；焦炭法；水煤氣法(CO或H2)；活潑金屬置換法；電解法。這幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，它們?cè)诠I(yè)上均有應(yīng)用。古代有：a.火燒孔雀石煉銅；b.濕法煉銅；現(xiàn)代有：c.鋁熱法煉鐵；d.光鹵石法煉鎂。對(duì)它們的冶煉方法分析不正確的是()Aa用 Bb用Cc用 Dd用二、鋁熱反應(yīng)及應(yīng)用(1)原理：高溫下鋁將較不活潑的金屬從其氧化物中還原出來。(2)實(shí)驗(yàn)裝置：鋁粉還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)裝置：如圖所示。(3)反應(yīng)特點(diǎn)：高溫條件；劇烈燃燒，放出大量的熱；新生成的液態(tài)金屬單質(zhì)易與Al2O3(固態(tài))分離。(4)引燃劑和鋁熱劑：引燃劑：鎂條、氯酸鉀。鋁熱劑：鋁粉和金屬氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)組成的混合物。(5)應(yīng)用：鋁熱反應(yīng)常用于冶煉難熔金屬，如V、Cr、Mn等；焊接鋼軌等。(6)注意：不能利用鋁熱反應(yīng)冶煉活潑性比Al強(qiáng)的金屬。如Al與MgO高溫下不反應(yīng)。,3.某同學(xué)對(duì)“鋁熱反應(yīng)”的現(xiàn)象有這樣的描述：“反應(yīng)放出大量的熱，并放出耀眼的光芒”、“紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中”。查閱化學(xué)手冊(cè)知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下：物質(zhì)AlAl2O3FeFe2O3熔點(diǎn)/6602 0541 5351 462沸點(diǎn)/2 4672 9802 750(1)該同學(xué)推測(cè)，鋁熱反應(yīng)所得到的熔融物應(yīng)是鐵鋁合金。理由是：該反應(yīng)放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點(diǎn)比鐵低，此時(shí)液態(tài)的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金。你認(rèn)為他的解釋是否合理：_(填“合理”或“不合理”)。(2)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實(shí)驗(yàn)所用試劑是_，反應(yīng)的離子方程式為_。(3)實(shí)驗(yàn)室溶解該熔融物，下列試劑中最好的是_(填序號(hào))。A濃硫酸B稀硫酸C稀硝酸 D氫氧化鈉溶液答案專區(qū)1.解析：A項(xiàng)，Mg是活潑金屬，一般用電解法制取；B項(xiàng)，由于Al的還原性強(qiáng)于H2，B中反應(yīng)不能發(fā)生；C項(xiàng)，F(xiàn)e的活動(dòng)性介于Zn與Cu之間，一般用熱還原法制取；D項(xiàng)，Hg的活動(dòng)性排在Cu后面，一般用熱分解法制取。答案：B2.解析：鐵、銅、鎂的冶煉方法，要根據(jù)它們的金屬活動(dòng)性來選擇。火燒孔雀石煉銅是用焦炭作還原劑進(jìn)行冶煉，A正確；濕法煉銅是在溶液中進(jìn)行的，故不能用水煤氣法，B不正確；鋁熱法煉鐵屬于活潑金屬置換法，C正確；鎂的活潑性較強(qiáng)，用電解法比較適宜，D正確答案：B。3.解析：(1)這種解釋是合理的，它體現(xiàn)了鋁熱反應(yīng)的特點(diǎn)之一放熱較多，并且結(jié)合了表格中提供的熔點(diǎn)數(shù)據(jù)。(2)證明某固體是不是含有鋁，只要加入足量的NaOH溶液即可，若含有鋁，則固體部分溶解，有氣泡產(chǎn)生。相應(yīng)的離子方程式為2Al2OH2H2O=2AlO3H2。(3)鐵鋁熔融物在一定條件下與濃硫酸或稀硝酸反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，而且消耗的兩種酸量又多；熔融物中鐵不能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，故最好選用稀硫酸。答案：(1)合理(2)NaOH溶液2Al2OH2H2O=2AlO3H2(3)B銅及其化合物的性質(zhì)和應(yīng)用1銅的物理性質(zhì)銅是一種有金屬光澤的紫紅色固體，有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性(僅次于銀，可用于制電纜)，良好的延展性。2銅的化學(xué)性質(zhì)銅的化學(xué)性質(zhì)不太活潑，自然界中有少量單質(zhì)銅存在，在潮濕的環(huán)境下，銅能發(fā)生銹蝕生成銅綠Cu2(OH)2CO3。在一定條件下銅能與多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，寫出下列有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O；Cu4HNO3(濃)=Cu(NO3)22NO22H2O；Cu2H2SO4(濃)CuSO4SO22H2O；CuCl2CuCl2；2CuO22CuO；2CuSCu2S；Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag；Cu2FeCl3=CuCl22FeCl2。3銅的化合物(1)無水硫酸銅(CuSO4)是白色粉末，吸水后變?yōu)樗{(lán)色的晶體(CuSO45H2O)，俗稱藍(lán)礬。銅鹽能殺死某些細(xì)菌，并能抑制藻類生長(zhǎng)，因此游泳館常用硫酸銅作池水消毒劑。稀的硫酸銅溶液還可用于殺滅魚體上的寄生蟲，治療魚類皮膚病和鰓病。(2)氫氧化銅Cu(OH)2是藍(lán)色不溶于水的固體，受熱易分解，生成黑色的氧化銅，化學(xué)方程式為Cu(OH)2CuOH2O。1.判斷下列描述的正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)。(1)Cu2(OH)2CO3是銅銹的主要成分，在干燥的空氣中不易生成。()(2)過量的銅與濃硝酸反應(yīng)一定沒有一氧化氮生成。()(3)利用無水硫酸銅遇水變成藍(lán)色這一性質(zhì)，來檢驗(yàn)水的存在。()(4)將鐵片置于CuSO4溶液中，鐵片上有紅色物質(zhì)析出，說明鐵比銅活潑。()答案：(1)(2)(3)(4)2將下列物質(zhì)與顏色用短線連接起來。a藍(lán)色Cu2S b黑色Cu(OH)2 c白色Cu2(OH)2CO3 d紅色CuSO45H2O e綠色CuCuSO4提示：b，d，b，a，e，a，d，c3銅綠的主要成分是什么？寫出銅在潮濕空氣中銹蝕生成銅綠的化學(xué)方程式。提示：Cu2(OH)2CO3；2CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO3。4由銅屑制備硫酸銅時(shí)，一般不用銅與濃硫酸反應(yīng)，而是將熱空氣通入銅和稀硫酸的混合物中，為什么？提示：銅與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水，Cu2H2SO4(濃)CuSO4SO22H2O；將熱空氣通入到稀硫酸中發(fā)生的反應(yīng)為2CuO22CuO，CuOH2SO4=CuSO4H2O。兩種方法相比較，前一種方法會(huì)產(chǎn)生有毒的SO2，且制取相同質(zhì)量的硫酸銅，消耗的硫酸較多，故制備硫酸銅時(shí)，一般用第二種方法。銅的冶煉“三方法”(1)濕法煉銅：FeCuSO4=FeSO4Cu(2)高溫?zé)掋~：工業(yè)上用高溫冶煉黃銅礦的方法獲得銅(粗銅)：2CuFeS24O2Cu2S3SO22FeO(爐渣)2Cu2S3O22Cu2O2SO22Cu2OCu2S6CuSO2粗銅中銅的含量為99.5%99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等雜質(zhì)，粗銅通過電解精煉可得到純度達(dá)99.95%99.98%的銅。電解精煉銅的原理是用粗銅作陽極，失電子變?yōu)镃u2，用純銅棒作陰極即可得精銅。(3)生物煉銅：“吃巖石的細(xì)菌”能耐受銅鹽的毒性，并能利用空氣中的氧氣氧化硫化亞銅礦石，然后把不溶性的硫化銅轉(zhuǎn)化為可溶性的硫酸銅。生物煉銅的優(yōu)點(diǎn)：a.成本低；b.污染?。籧.反應(yīng)條件簡(jiǎn)單；d.含量(品位)很低的礦石也可以被利用。1.Cu2S是火法煉銅的重要原料之一，下面是由Cu2S冶煉銅及制取CuSO45H2O的流程圖。Cu2SCuCu2O、CuOAB膽礬Cu2S中銅元素的化合價(jià)為_，火法煉銅的反應(yīng)原理是_(用化學(xué)方程式表示)。2孔雀石的主要成分為Cu2(OH)2CO3。某同學(xué)設(shè)計(jì)的從孔雀石中冶煉銅的方案如下(假設(shè)孔雀石中雜質(zhì)不溶于水和稀硫酸)： (1)反應(yīng)能觀察到的現(xiàn)象是_，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(2)反應(yīng)加入的金屬可能是_，有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為_。答案專區(qū)1.解析：Cu2S中銅元素的化合價(jià)為1；Cu2S在加熱條件下與O2反應(yīng)生成Cu，依據(jù)氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)判斷硫元素對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物是SO2。反應(yīng)方程式為：Cu2SO22CuSO2。答案：1Cu2SO22CuSO22.解析：孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐漸溶解，溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色，且有氣泡產(chǎn)生；反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu2(OH)2CO32H2SO4=2CuSO4CO23H2O。經(jīng)過濾除去難溶于水和稀硫酸的雜質(zhì)，則濾液中主要含有CuSO4，加入的金屬粉末要能將Cu2從溶液中置換出來即可，故金屬可能是Fe或Zn等。答案：(1)固體逐漸消失，溶液由無色變成藍(lán)色，有氣泡產(chǎn)生Cu2(OH)2CO32H2SO4=2CuSO4CO23H2O(2)鐵粉FeCu2=Fe2Cu以“由黃銅礦冶煉銅的工藝流程”為載體串聯(lián)金屬冶煉的常用方法高考載體(2012山東高考T28)工業(yè)上由黃銅礦(主要成分CuFeS2)冶煉銅的主要流程如下：知識(shí)串聯(lián)設(shè)計(jì)(1)寫出用電解法冶煉鈉和鋁的化學(xué)方程式_，_。(2)工業(yè)上冶煉鐵用的還原劑是什么？寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。_(3)由泡銅(Cu2O、Cu)冶煉粗銅的化學(xué)方程式是_。(4)已知Cu2O能與稀H2SO4反應(yīng)生成CuSO4和Cu，泡銅中的Cu2O和Cu均是紅色物質(zhì)，如何通過實(shí)驗(yàn)鑒別Cu2O與Cu？_。(5)冰銅(mCu2SnFeS)中銅元素的化合價(jià)是多少？將冰銅中的Cu2S在O2中灼燒能冶煉出銅，試寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。_。 (6)由粗銅電解精煉銅時(shí)，粗銅接電源的正極還是負(fù)極？_。(7)設(shè)計(jì)由粗銅、濃H2SO4，水等物質(zhì)制備CuSO4的實(shí)驗(yàn)方案。_。答案：(1)2NaCl(熔融)2NaCl22Al2O3(熔融)4Al3O2(2)CO3COFe2O32Fe3CO2(3)3Cu2O2Al6CuAl2O3(4)將少量紅色物質(zhì)放入稀H2SO4中，若溶液變成藍(lán)色，說明紅色物質(zhì)為Cu2O，若溶液不變藍(lán)，則紅色物質(zhì)為Cu(5)1價(jià)Cu2SO22CuSO2(6)電解精煉銅時(shí)，粗銅作陽極(接電源正極)，純銅作陰極，CuSO4溶液作電解質(zhì)溶液(7)由粗銅制備CuSO4的實(shí)驗(yàn)流程為CuCuOCuSO4 希望對(duì)大家有所幫助，多謝您的瀏覽！