鲁科版高考化学一轮复习第3章第14讲金属材料与金属矿物的开发利用教学课时学案

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金属材料与金属矿物的开发利用
1．合金
(1)概念：合金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。
①熔点：一般比它的各成分金属的低；
②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。
①合金是混合物，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不变。
②并非所有的金属都能相互熔合形成合金，若一种金属的熔点高于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。
2．常见金属材料——黑色金属材料与有色金属材料
(2)铝合金：密度小，强度高，塑性好，易于加工，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
(3)新型合金
②其他：钛合金、耐热合金、形状记忆合金等。
合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能。如超级钢就是含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%的合金钢，强度很大。
3．金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在形式
(2)金属冶炼的实质
Mn＋＋ne－===M
①使金属化合物中的金属离子得电子还原为金属单质。
②化合态转化为游离态。
(3)金属的常见冶炼方法
①电解法
Na：2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑；
Mg：MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑；
Al：2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up10(电解),\s\d10(冰晶石))4Al＋3O2↑。
②热还原法：常用还原剂有焦炭、CO、H2、Al等
高炉炼铁：3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(△))2Fe＋3CO2；
铝热反应制铬：2Al＋Cr2O3eq \(=====,\s\up7(高温))2Cr＋Al2O3；
焦炭还原铜：C＋2CuOeq \(=====,\s\up7(高温))2Cu＋CO2↑。
③热分解法
Hg：2HgOeq \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；
Ag：2Ag2Oeq \(=====,\s\up7(△))4Ag＋O2↑。
(4)合理开发利用金属矿物的主要途径
①提高金属矿物的利用率，②开发环保高效的金属冶炼方法，③防止金属的腐蚀，④加强废旧金属的回收和再利用，⑤使用其他材料代替金属材料，等等。
①金属冶炼与金属活动性的关系：
②冶炼Mg时电解熔融MgCl2而不电解熔融MgO，原因是MgO的熔点高，熔融时会耗费更多能源，增加生产成本。
③冶炼Al时只能电解熔融Al2O3而不能电解熔融AlCl3，原因是AlCl3是共价化合物，熔融态不导电；加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。
1．下列关于铝锂合金的认识不正确的是( )
A．铝锂合金密度较小，强度较大，硬度大于纯铝，熔点低于锂单质
B．改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金
C．铝锂合金具有金属光泽，可导电导热
D．铝锂合金的性质与各成分金属的性质完全相同
D [合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度大于其成分金属，A正确；合金的性质与各成分金属的含量有关，所以改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金，B正确；铝锂合金具有金属材料的一些通性，有金属光泽，可导电导热，C正确；合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度大于其成分金属，所以铝锂合金的性质与各成分金属的性质不完全相同，D错误。]
2．不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是( )
A．钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热反应法炼制
B．铝及其合金是生产、生活中广泛使用的材料，因为铝的冶炼方法比较简单
C．由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质
D．炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制还原剂一氧化碳
D [A项，铁通常用CO还原法炼制，错误；B项，是因为Al有良好的性能，才被广泛使用，错误；C项，氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，工业上用电解氧化铝方法制取铝，错误；D项，高炉炼铁中焦炭的作用为与氧气反应产生热量和制还原剂一氧化碳，正确。]
3．明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“每炉甘石十斤，装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷定毁罐取出……即倭铅也”(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭)。下列说法不正确的是( )
A．倭铅是指金属锌和铅的混合物
B．煤炭中起作用的主要成分是C
C．冶炼Zn的化学方程式：ZnCO3＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Zn＋3CO↑
D．该冶炼锌的方法属于热还原法
A [由题意可知，倭铅是指金属锌，不是混合物，故A错误；煤炭的主要成分是碳，反应中碳作还原剂，故B、C、D均正确。]
4．明末科学家宋应星出版的《天工开物》中记载了有关“五金”的内容：“……黄金美者，其值去黑铁(生铁)一万六千倍，然使釜、鬵(xín，一种炊具)、斤(这里指菜刀、镰刀、锄头等)、斧不呈效于日用之间……贸迁有无，……”，下列解释正确的是( )
A．明代使用的釜、鬵一类的炊具都属于青铜合金
B．添加了铬、镍的不锈钢菜刀和农具使用后即使不保养，也不会生锈
C．金属的另一个用途就是铸成钱币作为贸易交往中的流通手段
D．黑铁在空气中发生的腐蚀主要是化学腐蚀
C [明代使用的釜、鬵一类的炊具都属于铁合金，故A错误；不锈钢制作就是在普通钢中添加铬、镍等元素改变了钢铁内部结构，不锈钢不容易生锈，家里用的农具是铁合金，如果没及时洗干净后晾干，铁能与氧气、水同时接触，容易发生电化学腐蚀，容易生锈，故B错误；金属可以用来铸成钱币作为贸易交往中的流通手段，故C正确；生铁的腐蚀主要是析氢腐蚀和吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D错误。]
有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如Na＋KCleq \(=====,\s\up7(850 ℃))K↑＋NaCl、2RbCl＋Mgeq \(=====,\s\up7(700～800 ℃))MgCl2＋2Rb↑等，主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。
铝、镁及其化合物
一、铝及其化合物
1．铝的存在与主要性质
(1)铝的结构和存在
铝位于元素周期表第3周期第ⅢA族，原子结构示意图为 。铝元素在地壳中含量丰富，仅次于氧、硅。自然界中的铝全部以化合态存在。
(2)铝的主要化学性质
③Al与碱液(NaOH)：2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑。
④Al与CuSO4溶液：2Al＋3CuSO4===3Cu＋Al2(SO4)3。
⑤铝热反应
a．原理：利用Al的还原性较强，高温下把金属氧化物中的金属置换出来。
b．应用：冶炼难熔金属，如Cr、Mn、V、W、Cu、Fe等；金属焊接，如野外焊接钢轨等。
2．铝的重要化合物
(1)铝的氧化物(Al2O3)——两性氧化物
①两性氧化物：既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。
②Al2O3的两性表现
(2)铝的氢氧化物[Al(OH)3]——两性氢氧化物
①两性氢氧化物：与酸或强碱均能反应生成盐和水的氢氧化物。
②Al(OH)3的两性表现
③Al(OH)3受热分解：2Al(OH)3eq \(=====,\s\up7(△))Al2O3＋3H2O。
(3)铝盐——明矾
①化学式为KAl(SO4)2·12H2O，为复盐。
②电离方程式为KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SOeq \\al(2－,4)。
③应用：净水，净水原理为明矾电离出的Al3＋在水中水解生成Al(OH)3胶体，吸附水中悬浮物而沉淀，使水净化，其离子方程式为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋。
(4)四羟基合铝酸钠(配合物)
①向Na[Al(OH)4]溶液中滴加盐酸至过量，反应现象为先生成白色沉淀，然后沉淀又逐渐溶解直至消失，反应的有关离子方程式为[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O，Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
②向Na[Al(OH)4]溶液中通入少量CO2，反应的离子方程式为2[Al(OH)4]－＋CO2===2Al(OH)3↓＋COeq \\al(2－,3)＋H2O。
二、镁及其化合物
1．镁的性质
(1)物理性质：具有银白色金属光泽的固体，密度、硬度均较小，熔点较低，有良好的导电、传热和延展性。
(2)化学性质(写出有关反应的化学方程式或离子方程式)
②2Mg＋CO2eq \(=====,\s\up7(点燃))2MgO＋C
③Mg＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(△))Mg(OH)2＋H2↑
④Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
2．镁的重要化合物[MgO和Mg(OH)2]
MgO和Mg(OH)2均难溶于水，不与水反应，均与H＋反应，常用于除去含Mg2＋溶液中的杂质Fe3＋。
3MgO＋3H2O＋2Fe3＋===2Fe(OH)3＋3Mg2＋
3Mg(OH)2＋2Fe3＋===2Fe(OH)3＋3Mg2＋
1．下列除去杂质的方法不正确的是( )
A．镁粉中混有少量铝粉：加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥
B．用过量氨水除去Fe3＋溶液中的少量Al3＋
C．Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤
D．MgO中混有少量Al2O3：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤、洗涤、干燥得到MgO
B [Al(OH)3不溶于氨水，故向含少量Al3＋的Fe3＋溶液中加过量氨水，Fe3＋、Al3＋均转化为氢氧化物沉淀达不到除杂的目的，B项不正确。]
2．利用菱镁矿MgCO3(含杂质Al2O3、FeCO3)制取镁的工艺流程如图，下列说法正确的是( )
A．“酸浸”时溶液中有电子转移
B．“氧化”时用稀硝酸代替更好
C．沉淀混合物为MgO、Al(OH)3和Fe(OH)3
D．电解MgCl2溶液可得到金属镁
C [A.“酸浸”时没有化合价变化，无电子转移，错误；B.用稀HNO3代替时会产生污染气体NO，错误；D.电解MgCl2溶液不能得到金属镁，错误。]
3．明矾[KAl(SO4)2·12H2O]是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。采用废易拉罐制备明矾的过程如图所示。下列叙述错误的是( )
A．合理处理易拉罐有利于环境保护和资源再利用
B．从易拉罐中可回收的金属元素有Al、Fe
C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋
D．上述流程中可用NaHSO4代替NaHCO3
D [NaHSO4电离出的H＋能溶解Al(OH)3，不能得到Al(OH)3，D错误。]
铝矿石提铝与海水提镁
1．铝矿石提铝的化工流程
铝土矿的主要成分是Al2O3，含有的杂质是Fe2O3、MgO和SiO2，由于Al2O3具有两性，而杂质SiO2是酸性氧化物，Fe2O3、MgO是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯Al2O3的方案。
主要反应：
①Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－
②Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
③[Al(OH)4]－＋CO2(过量)===Al(OH)3↓＋HCOeq \\al(－,3)
④Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)
⑤2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up9(电解),\s\d9(冰晶石))4Al＋3O2↑
2．从海水中提取镁的流程
主要化学反应：
①制石灰乳：CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2；
②沉淀Mg2＋：Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋Ca2＋；
③制备MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O；
④电解MgCl2：MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑。
1．工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图：
对上述流程中的判断正确的是( )
A．试剂X可以是氨水，沉淀中含有铁的化合物
B．工业上可采用Fe还原Al2O3的方法制Al，但成本较高
C．反应Ⅱ中CO2可以用CH3COOH溶液代替
D．反应Ⅰ中的反应为CO2＋2[Al(OH)4]－＋H2O===2Al(OH)3↓＋COeq \\al(2－,3)＋2H2O
C [分析流程图可知，试剂X是氢氧化钠溶液，Al2O3溶于氢氧化钠溶液得到Na[Al(OH)4]溶液，Fe2O3与氢氧化钠溶液不反应，所以反应Ⅰ过滤出的沉淀为Fe2O3，所得溶液乙为Na[Al(OH)4]溶液；向Na[Al(OH)4]溶液中通入过量CO2，化学方程式为Na[Al(OH)4]＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3，所以Y为NaHCO3溶液，Al(OH)3加热分解生成Al2O3，电解熔融Al2O3得到Al。试剂X不可以是氨水，因为沉淀中含有铁的化合物，还有铝的化合物，无法分离；故A错误；Fe不如Al活泼，与Al2O3不反应，故B错误；反应Ⅱ中CO2溶于水得碳酸，碳酸是弱酸，可以用CH3COOH溶液代替，故C正确；反应Ⅰ中的反应为Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－，故D错误。]
2．从海水中提取镁的工艺流程如图所示：
下列说法错误的是( )
A．用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富
B．步骤⑥电解MgCl2熔融时阴极产生氯气
C．步骤⑤可将晶体置于HCl气体氛围中脱水
D．上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应
B [电解MgCl2(熔融)时阳极产生Cl2，B错误。]
3．(2020·山东等级考，T9)以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下：
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是( )
A．浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O
B．浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C．流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
D．分离Mg2＋与Al3＋、Fe3＋是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
B [一水合氨受热易分解，沉镁时在较高温度下进行会造成一水合氨大量分解，挥发出氨气，降低利用率，故B错误。]
铜及其化合物
1．铜的主要性质(写出有关反应的化学方程式或离子方程式)
①2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3。
②2Cu＋Seq \(=====,\s\up7(△))Cu2S。
③与氧化性酸反应
a．与浓硫酸共热：Cu＋2H2SO4(浓)eq \(=====,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O；
b．与稀硝酸反应：3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；
c．与浓硝酸反应：Cu＋4H＋＋2NOeq \\al(－,3)===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。
④与某些盐溶液反应
a．与硝酸银溶液反应：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋；
b．与FeCl3溶液反应：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。
2．铜的重要化合物的性质及应用
(1)氧化物
①CuO：黑色难溶于水的固体，可以与酸反应，可以用H2、CO、Al还原出Cu。
②Cu2O：砖红色难溶于水的固体，与一般酸反应为Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O，遇到HNO3发生氧化反应生成Cu2＋。
③转化：4CuOeq \(=====,\s\up7(高温))2Cu2O＋O2↑，高温条件下Cu2O稳定。
(2)氢氧化铜——蓝色难溶物，是一种弱碱。
(3)铜盐
①Cu2(OH)2CO3
Cu2(OH)2CO3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Cu2(OH)2CO3eq \(=====,\s\up7(△))2CuO＋H2O＋CO2↑。
②CuSO4
a．CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾。
受热或遇浓硫酸，蓝色晶体变为白色粉末。
b．无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，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，用来杀灭植物的病菌。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)铁、铜在潮湿的空气中均易形成金属氧化物。( )
(2)无水CuSO4既可检验水蒸气的存在又可作干燥剂。( )
(3)Cu2O在高温下比CuO稳定的原因是Cu2O中Cu＋的3d轨道电子全充满。( )
(4)Cu2O在一般酸中可发生自身氧化还原反应。( )
(5)Cu与Fe3＋反应说明Cu的还原性比Fe的强。( )
(6)Cu2O溶于稀HNO3反应为3Cu2O＋2NOeq \\al(－,3)＋14H＋===6Cu2＋＋2NO↑＋7H2O。( )
(7)Cu(OH)2溶于氨水生成[Cu(NH3)4]2＋。( )
(8)CuSO4·5H2O呈蓝色是因为存在[Cu(H2O)4]2＋。( )
[答案] (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√ (7)√ (8)√
探究铜及其化合物的性质
1．某同学对Cu的常见化合物的性质进行实验探究，探究的问题和过程如下：
(1)为探究不同价态铜的稳定性，进行如下实验：
①将CuO粉末加热至1 000 ℃以上完全分解成砖红色的Cu2O粉末，该实验说明：在高温条件下，＋1价Cu比＋2价Cu更________(填“稳定”或“不稳定”)。
②向Cu2O中加适量稀硫酸，得到蓝色溶液和一种红色固体，该反应的离子方程式为_____________________________________________________________，
由此可知，在酸性溶液中，＋1价Cu比＋2价Cu更______(填“稳定”或“不稳定”)。
③向Cu2O中加适量稀硝酸，反应的离子方程式为_________________________。
(2)为了探究氨气能否和氢气一样还原CuO，他根据所提供的下列装置进行实验(夹持装置未画)，装置A产生氨气，按气流方向连接各仪器接口，顺序为a→________→________→________→________→________→________→h。

①实验结束后，装置B中固体由黑色变为红色，装置E中收集到无色无味的气体，在空气中无颜色变化，点燃的镁条可以在其中燃烧，则B装置中发生反应的化学方程式为____________________________________。
②装置C中的球形装置的作用是_______________________。
[答案] (1)①稳定 ②Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O 不稳定
③3Cu2O＋14H＋＋2NOeq \\al(－,3)===6Cu2＋＋2NO↑＋7H2O
(2)g f b c d e(bc可互换)
①3CuO＋2NH3eq \(=====,\s\up7(△))3Cu＋N2＋3H2O ②防倒吸
涉及铜及其化合物的化工流程
2．工业上用含有少量氧化铁杂质的废铜粉为原料，制取硫酸铜的主要过程如图所示：
下列有关说法不正确的是( )
A．“过量酸”不适合用硝酸或浓硫酸，固体B可以用CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3
B．通入的气体A可以是O2或Cl2
C．通入气体A之前的混合溶液中存在的阳离子是Fe2＋、Cu2＋、H＋
D．将从溶液中得到的硫酸铜晶体在空气中加热，可制得无水硫酸铜
B [通入的气体A不可以是Cl2，否则引入Cl－杂质，B错误。]
3．工业上以黄铜矿(主要成分是CuFeS2，含有少量SiO2)为主要原料制备CuCl的主要流程如下：
已知：CuCl难溶于水，难溶于乙醇，在空气中易被氧化，在水溶液中存在平衡：CuCl(白色固体)＋2Cl－[CuCl3]2－(无色溶液)。回答下列问题：
(1)溶液A中含有硫酸铜、硫酸铁，则在一定条件下黄铜矿与稀硫酸、氧气发生反应的化学方程式为___________________________________。
(2)沉淀D为______________________________________ (填化学式)。
(3)加过量CuO调pH的目的是_________________________________。
(4)若“①”处不加浓盐酸，此处的反应会较快停止，原因是___________________________________________________________________。
(5)“②”中的系列操作是_________________________________，过滤，用________洗涤，真空干燥。
(6)向溶液B中加入NaCl、NaHSO3，加热，也可生成CuCl，则该反应的离子方程式是______________________________。
[解析]
[答案] (1)4CuFeS2＋2H2SO4＋17O2eq \(=====,\s\up7(一定条件))4CuSO4＋2Fe2(SO4)3＋2H2O
(2)SiO2
(3)使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀除去
(4)生成的CuCl微溶于水会附着在Cu的表面，阻碍反应进一步发生
(5)向溶液C中加入大量的水 无水乙醇
(6)2Cu2＋＋2Cl－＋HSOeq \\al(－,3)＋H2Oeq \(=====,\s\up7(△))2CuCl↓＋SOeq \\al(2－,4)＋3H＋
废铜利用的一般流程模板
1．下列说法正确的是________(填序号)。
①(2022·广东选择性考试)技术人员开发高端耐腐蚀镀铝钢板涉及的化学知识为铝能形成致密氧化膜
②(2022·辽宁选择性考试)冬奥会“同心”金属奖牌属于合金材料
③(2022·海南等级考)MgCl2溶液中滴加NaOH溶液至过量，产生白色沉淀后沉淀消失
④(2022·全国乙卷)青铜和黄铜是不同结构的单质铜
[答案] ①②
2．(2021·河北选择性考试，T1)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献，陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢。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．冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
C [A.钢是含碳量低的铁合金，正确；B.钢的硬度和脆性与含碳量有关，随着含碳量的增大而增大，正确；C.由题意可知，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢，说明生铁的熔点低于熟铁，错误；D.赤铁矿的主要成分是Fe2O3，可用于冶炼铁，正确。]
3．(2021·湖北选择性考试，T2)“乌铜走银”是我国非物质文化遗产之一。该工艺将部分氧化的银丝镶嵌于铜器表面，艺人用手边捂边揉搓铜器，铜表面逐渐变黑，银丝变得银光闪闪。下列叙述错误的是( )
A．铜的金属活动性大于银
B．通过揉搓可提供电解质溶液
C．银丝可长时间保持光亮
D．用铝丝代替银丝铜也会变黑
D [铜的活动性比铝弱，氧化铝不能被铜还原为单质铝，因此铜不会变黑，D项错误。]
4．(2021·湖南选择性考试，T6)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MgCl2制备金属镁
C．“氯化”过程中发生的反应为MgO＋C＋Cl2eq \(=====,\s\up7(高温))MgCl2＋CO
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MgCl2
D [A.物质X的作用是使Mg2＋转化为Mg(OH)2，工业上常采用CaO，发生CaO＋H2O===Ca(OH)2，Ca(OH)2＋Mg2＋===Mg(OH)2＋Ca2＋，A正确；B.Mg是较活泼金属，工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁，B正确；C.由图可知“氯化”过程反应物为MgO、氯气、C，生成物之一为MgCl2，C在高温下能将二氧化碳还原为CO，则“气体”为CO，反应方程式为MgO＋C＋Cl2eq \(=====,\s\up7(高温))MgCl2＋CO，C正确；D.“煅烧”后得到MgO，MgO和盐酸反应得到MgCl2溶液，由于MgCl2在溶液中水解为氢氧化镁和HCl，将所得溶液加热蒸发HCl会逸出，MgCl2水解平衡正向移动，得到氢氧化镁，得不到无水MgCl2，D错误。]
5．(Ⅰ)(2022·海南等级考)胆矾(CuSO4·5H2O)是一种重要化工原料，某研究小组以生锈的铜屑为原料[主要成分是Cu，含有少量的油污、CuO、CuCO3、Cu(OH)2]制备胆矾。流程如下。
回答问题：
(1)步骤①的目的是_______________________________。
(2)步骤②中，若仅用浓H2SO4溶解固体B，将生成________(填化学式)污染环境。
(3)步骤②中，在H2O2存在下Cu溶于稀H2SO4，反应的化学方程式为______________________________________________________。
(4)经步骤④得到的胆矾，不能用水洗涤的主要原因是______________________。
(Ⅱ)(2022·全国乙卷)长期存放的CuSO4·5H2O中，会出现少量的白色固体，原因是____________________________________。
[答案] (Ⅰ)(1)除油污 (2)SO2
(3)Cu＋H2O2＋H2SO4(稀)===CuSO4＋2H2O
(4)防止CuSO4·5H2O溶于水，减少损失
(Ⅱ)CuSO4·5H2O失去结晶水生成白色无水CuSO4
课时分层作业(十四) 金属材料与金属矿物的开发利用
一、选择题(每小题只有一个选项符合题目要求)
1．《天工开物》中记载：凡铜供世用，出山与出炉，止有赤铜。以炉甘石或倭铅参和，转色为黄铜，以砒霜等药制炼为白铜，矾、硝等药制炼为青铜。其中涉及的物质中熔点最高的是( )
A．青铜 B．黄铜
C．赤铜 D．白铜
C [赤铜是纯度较高的铜，熔点比其合金高，青铜是铜锡合金，黄铜是铜锌合金，白铜是铜镍合金，C项正确。]
2．(2022·广州模拟)下列关于铝及其化合物的说法不正确的是 ( )
A．Al既可用于食品包装，也可用作建筑材料
B．Al2O3既可用来冶炼金属Al，也可用作耐火材料
C．明矾[KAl(SO4)2·12H2O]既可用作净水剂，也可用作消毒剂
D．Al(OH)3既可用作治疗胃酸过多的药物，也可用来制备一些铝盐
C [A项，金属铝具有良好的延展性，因此铝可以制成铝箔用于食品包装，金属铝也可用作建筑材料，如铝合金门窗等，正确；B项，电解熔融的Al2O3可冶炼金属Al，由于Al2O3具有耐高温的性质，也可用作耐火材料，正确；C项，明矾[KAl(SO4)2·12H2O]溶于水后，Al3＋能发生水解反应，生成的Al(OH)3胶体具有吸附作用，可用作净水剂，但Al(OH)3并不具有消毒作用，错误；D项，Al(OH)3与胃酸中的盐酸反应生成氯化铝和水，正确。]
3．中国银行发行的中国航天普通纪念币，面额为10元，直径为27毫米，材质为双色铜合金。下列关于合金的叙述不正确的是( )
A．铜合金和单质铜一样，具有良好的导电性、导热性和延展性
B．铜合金的硬度比单质铜大
C．铜合金的熔点比单质铜低
D．该纪念币能完全溶解于稀硫酸中
D [合金有别于成分金属的特性是熔点低、硬度大，共性是具有金属的物理通性，但是化学性质没有改变，故D项错误。]
4．(2022·滨州月考)氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工、印染、电镀等行业。CuCl难溶于水，可溶于氯离子浓度较大的体系，易氧化。以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料，生产CuCl的工艺如下：
下列说法错误的是 ( )
A．“溶解”过程发生氧化还原反应的离子方程式是3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
B．“反应”过程发生反应的离子方程式是2Cu2＋＋SOeq \\al(2－,3)＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SOeq \\al(2－,4)＋2H＋
C．“溶解”过程中硫酸可用浓盐酸代替
D．“烘干”需在隔绝空气的环境中进行
C [“溶解”过程中，硝酸铵中的硝酸根离子与硫酸电离出的氢离子构成硝酸，将铜氧化，离子方程式是3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，A正确；从后续操作看，“反应”过程生成CuCl，则溶液中的Cu2＋被SOeq \\al(2－,3)还原，发生反应的离子方程式是2Cu2＋＋SOeq \\al(2－,3)＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SOeq \\al(2－,4)＋2H＋，B正确；“溶解”过程中，若硫酸用浓盐酸代替，则“反应”过程中生成的CuCl会被Cl－溶解，难以得到CuCl沉淀，C不正确；“烘干”时，CuCl易被空气中的氧气氧化，所以需在隔绝空气的环境中进行，D正确。]
5．(2022·合肥模拟)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2、Fe2O3等杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下，对下述流程的判断正确的是( )
A．试剂X为稀硫酸，沉淀中含有硅的化合物
B．反应Ⅱ中生成Al(OH)3的反应为CO2＋[Al(OH)4]－===Al(OH)3↓＋HCOeq \\al(－,3)
C．结合质子(H＋)的能力由弱到强的顺序是OH－>COeq \\al(2－,3)>[Al(OH)4]－
D．Al2O3熔点很高，工业上还可采用电解熔融AlCl3的方法冶炼Al
B [由溶液乙通入过量的Y生成氢氧化铝沉淀、碳酸氢钠可知，溶液乙为偏铝酸钠溶液、气体Y为二氧化碳，故试剂X为氢氧化钠溶液，不可能为稀硫酸，故A错误；过量的二氧化碳与Na[Al(OH)4]反应生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，离子方程式为CO2＋[Al(OH)4]－===Al(OH)3↓＋HCOeq \\al(－,3)，故B正确；结合质子的能力越强，相应的酸提供质子的能力就越弱，其对应的酸的酸性就越弱，提供质子的能力：HCOeq \\al(－,3)>Al(OH)3>H2O，则结合质子的能力：OH－>[Al(OH)4]－>COeq \\al(2－,3)，故C错误；氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，不能采用电解熔融氯化铝的方法冶炼铝，故D错误。]
二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求)
6．以混有SiO2的MgCO3为原料制备氧化镁的实验流程如图：
下列说法错误的是( )
A．酸浸的离子方程式为COeq \\al(2－,3)＋2H＋===CO2↑＋H2O
B．浸出渣的成分是SiO2
C．母液的主要溶质是NH4Cl
D．固体X是Mg(OH)2
A [MgCO3是微溶物，不可拆成离子，故A错误；SiO2不溶于盐酸，浸出渣为SiO2，故B正确；加入氨水沉镁的化学方程式为MgCl2＋2NH3·H2O===Mg(OH)2↓＋2NH4Cl，母液主要溶质是NH4Cl，故C、D正确。]
7．金属材料的发展极大地促进了人类社会的文明程度。如图是两种金属及其化合物的转化关系。下列说法不正确的是 ( )
A．根据反应③可知氧化性：Fe3＋>H2O2
B．向X溶液中滴入K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀
C．反应③中稀硫酸表现酸性、氧化性
D．反应①的离子方程式为Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O
AC [根据题意知M为Cu，X为FeSO4，Y为Fe2(SO4)3，Z为Fe(OH)3。根据反应③可知氧化性H2O2>Fe3＋，A错误；反应③中稀H2SO4只表现酸性，不表现氧化性，C错误。]
8．某同学通过如下流程制备氧化亚铜：
已知：CuCl难溶于水和稀硫酸；Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O。
下列说法不正确的是 ( )
A．步骤②中的SO2可用Na2SO3替换
B．步骤③中为防止CuCl被氧化，可用SO2水溶液洗涤
C．步骤④发生反应的离子方程式为2CuCl＋2OH－eq \(=====,\s\up7(△))Cu2O＋2Cl－＋H2O
D．如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质，用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应，根据反应前、后固体质量可计算试样纯度
D [CuCl不溶于稀硫酸，Cu2O与稀硫酸反应生成Cu，故反应后的固体为CuCl与Cu的混合物，无法确定Cu的量，无法计算试样纯度，D错误。]
三、非选择题
9．工业上用铝土矿(主要成分是Al2O3，还含有Fe2O3、SiO2)提取氧化铝作冶炼铝的原料。其中一种提取方法的操作过程如下：
请回答下列问题：
(1)铝土矿中加NaOH溶液，反应的离子方程式有_________________________。
(2)沉淀乙是________。
(3)甲溶液中通入CO2得到的沉淀是否只有Al(OH)3？________(填“是”或“否”)，若否，从甲溶液中如何得到纯净Al(OH)3？写出流程图：________________________________________________________________。
(4)请写出甲溶液中通入过量CO2的离子方程式：_______________________。
[答案] (1)Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－、SiO2＋2OH－===SiOeq \\al(2－,3)＋H2O
(2)Fe2O3
(3)否
(4)[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq \\al(－,3)、
SiOeq \\al(2－,3)＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCOeq \\al(－,3)
10．CuCl是有机合成的重要催化剂，并用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料(含Fe、Al及SiO2杂质)，生产CuCl的工艺流程如下：
已知：CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成CuCleq \\al(－,2)，CuCleq \\al(－,2)的溶液用水稀释后可生成CuCl沉淀。
(1)煅烧的主要目的是_____________________________。
(2)操作Ⅰ为调节溶液的pH，范围为__________________________，加入的物质X可以是________(填字母)。
A．CuO B．Cu(OH)2
C．NaOH溶液 D．CaCO3
(3)滤渣Ⅱ的主要成分是_________________________________。
(4)往滤液Ⅱ中加入食盐并通入SO2可生成CuCleq \\al(－,2)，请写出反应Ⅰ的离子方程式：_________________________________________________________________。
(5)工业上常用CuSO4来制备CuCl，在提纯后的CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl，加热生成CuCl沉淀，该反应的离子方程式是__________________________________________________________________。
[解析] (1)铜在废铜料中主要以铜单质的形式存在，从流程图知CuCl需从溶液中提取，故煅烧的目的是将铜转化为可溶于酸的氧化物。(2)调节溶液的pH时，应保证Fe3＋、Al3＋完全沉淀，而Cu2＋不能沉淀，溶液的pH应为4.7≤pH<5.6，加入物质X的目的是消耗H＋调节溶液的pH，但不能引入新杂质。(3)溶液的pH在4.7≤pH<5.6时，Fe3＋和Al3＋完全转化为相应的氢氧化物沉淀，滤渣Ⅱ的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)根据题给的反应物和生成物，再结合氧化还原反应的基本规律可写出反应Ⅰ的离子方程式：2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－===2CuCleq \\al(－,2)＋SOeq \\al(2－,4)＋4H＋。(5)根据得失电子守恒配平即可。
[答案] (1)使铜转化为可溶于酸的氧化物
(2)4.7≤pH<5.6 ABC
(3)Fe(OH)3和Al(OH)3
(4)2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－===2CuCleq \\al(－,2)＋SOeq \\al(2－,4)＋4H＋
(5)2Cu2＋＋SOeq \\al(2－,3)＋2Cl－＋H2Oeq \(=====,\s\up7(△))2CuCl↓＋SOeq \\al(2－,4)＋2H＋
物质
开始沉淀时的pH
沉淀完全时的pH
Fe(OH)3
2.7
3.7
Cu(OH)2
5.6
6.7
Al(OH)3
3.8
4.7