1、第五讲 金属材料及金属矿物的开发利用【真题速递】1.(2019全国卷3)化学与生活密切相关。下列叙述错误的是（ ）A. 高纯硅可用于制作光感电池B. 铝合金大量用于高铁建设C. 活性炭具有除异味和杀菌作用D. 碘酒可用于皮肤外用消毒【答案】C【解析】A、硅是半导体，高纯硅可用于制作光感电池，A正确；B、铝合金硬度大，可用于高铁建设，B正确；C、活性炭具有吸附性，可用于除异味，但不能杀菌消毒，C错误；D、碘酒能使蛋白质变性，可用于皮肤外用消毒，D正确。2下列说法错误的是()A工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应(2012广东理综，10B)B四川灾区重建使用了大量钢材，钢材是合金
2、(2009广东，5)C金属材料都是导体，非金属材料都是绝缘体(2008山东理综，9A)D合金材料中可能含有非金属元素(2009山东理综，9A)【答案】C【解析】金属材料都是导体，非金属材料石墨是导体。3(2013上海 )用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。如：2Al4BaO3BaBaOAl2O3常温下Al的金属性比Ba的金属性_(选填“强”、“弱”)。利用上述方法可制取Ba的主要原因是_。A高温时Al的活泼性大于BaB高温有利于BaO分解C高温时BaOAl2O3比Al2O3稳定DBa的沸点比Al的低【答案】弱D【解析】依据元素周期律和金属活动顺序表，Al的金属性比Ba的金属性
3、弱，利用上述方法可制取Ba，利用高沸点金属制备低沸点金属，Ba的沸点比Al的低。4（2013山东理综）金属冶炼与处理常涉及氧化还原反应。(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是_。aFe2O3 bNaCl cCu2S dAl2O3(2)辉铜矿(Cu2S)可发生反应：2Cu2S2H2SO45O2=4CuSO42H2O，该反应的还原剂是_。当1 mol O2发生反应时，还原剂所失电子的物质的量为_ mol。向CuSO4溶液中加入镁条时有气体生成，该气体是_。【答案】(1)bd(2)Cu2S4H2【解析】(1)Na、K、Mg、Al等活泼金属的冶炼均采用电解法，Fe、Cu的冶炼采用热还原法。(2)
4、在辉铜矿和H2SO4、O2的反应中，O2作氧化剂，所以1 mol O2得到4 mol e，还原剂失去4 mol e，Cu22H2O=Cu(OH)22H，Mg2H=Mg2H2，所以放出的气体应为H2。5(2013广东理综)银铜合金广泛用于航空工业，从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：(1)电解精炼银时，阴极反应式为_；滤渣A与稀HNO3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该气体变色的化学反应方程式为_。(2)固体混合物B的组成为_；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为_。(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：_CuO_A
5、l2O3_CuAlO2_。(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上5.0 kg废料中的铜可完全转化为_ mol CuAlO2，至少需要 1.0 molL1的Al2(SO4)3溶液_ L。(5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是_、过滤、洗涤和干燥。【答案】(1)Age=Ag2NOO2=2NO2(2)Al(OH)3、Cu(OH)2Al(OH)3OH=AlO2H2O(3)424O2(4)5025(5)蒸发结晶【解析】根据电解原理、物质的性质及工艺流程、氧化还原反应、守恒计算等分析。(1)电解精炼银时，阴极反应式为Age=Ag。气体变色发生的反应为2NOO2=2NO2。(2)固体
6、B含有Cu(OH)2、Al(OH)3。若NaOH过量，则Al(OH)3会转化为NaAlO2。(3)该反应为氧化还原反应，根据得失电子守恒、原子守恒确定缺项物质，然后配平化学方程式。(4)生成CuAlO2的物质的量为50 mol，据Al元素守恒可知，至少需要Al2(SO4)3的物质的量为 25 mol，则需溶液体积为25 L。(5)CuSO4从饱和溶液中结晶生成CuSO45H2O(胆矾)，由CuSO4溶液制备胆矾需要的操作为蒸发结晶、过滤、洗涤和干燥。【考纲解读】考点内容说明金属材料及金属矿物的开发利用1. 了解合金的概念及重要应用。2. 了解常见金属的活动顺序及金属冶炼的一般方法。3. 了解化
7、学科学发展对自然资源开发利用的作用。高考必考点之一，常以选择题的形式出现【考点精讲】考点一、物质的组成与分类1熟记金属活动性顺序金属活动性顺序K、Ca、NaMgAl、ZnFe、Sn、Pb(H)Cu、Hg、AgPt、Au与O2反应常温下易被氧化，点燃生成过氧化物或其他复杂氧化物常温生成氧化膜加热化合不反应与H2O反应常温下生成碱和氢气与热水反应有碱存在与水反应与高温水蒸气反应不反应与非氧化性酸反应生成盐和氢气不反应与盐溶液反应先与水反应，生成的碱再与盐反应排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来自然界存在形态化合态(Fe有游离态)游离态2.合金(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属
8、(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。熔点：一般比它的各成分金属的低；硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。3常见金属材料金属材料(1)重要的黑色金属材料钢钢是用量最大、用途最广的合金。钢(2)几种有色金属材料 【典例1】1下列关于金属元素的叙述正确的是()A金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性B金属元素的单质在常温下均为固体C金属元素在不同化合物中化合价均相同D大多数金属元素的单质为电的良导体【答案】D【解析】金属离子中的中间价态离子，比如Fe2，既有氧化性又有还原性，A错；常温下金属汞呈液态，B错；有的金属元素
9、存在变价，比如Fe、Cu等，C错。【典例2】32015年底将在上海首飞的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()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【答案】D【解析】铝锂合金中的铝能与酸和碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。【考点一精练】1下列说法中正确的是()A铁是人类在生产、生活中最早使用的金属材料B金、银、铜是应用最广泛的金属材料C钛被誉为“21世纪的金属”，应用前景很广阔D铜是导电性、导热性最好的有色金属【答案】C【解析】铜是人类使用最早的金属材料，A错；铁、铝及铝合金是应用最
10、广泛的金属材料，B错；银的导电性比铜好，D错。2金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。下列关于金属的一些说法不正确的是()A合金的性质与其成分金属的性质不完全相同B工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的C金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子D越活泼的金属越难冶炼【答案】B【解析】合金的化学性质与成分金属的化学性质相似，物理性质略有不同，A正确；Mg在工业上用电解法冶炼，Cu用热还原法冶炼，B错误；金属冶炼的实质是Mnne=M，C正确；金属越活泼，则金属离子的氧化性越弱，越难被还原，D正确。3钓鱼岛群岛的东海海域及部分太平洋海域探明为海底热水矿床。海底热水矿床是沉积着由岩浆热气
11、从地底喷出的金、铜、锌、稀有金属等区域。下列说法正确的是()A金不溶于任何溶液B铜、锌在空气中均能被氧化成对应的氧化物C铜锌合金的熔点低于铜或锌的熔点D.Cu的质子数和中子数之差为34【答案】C【解析】金能够溶于王水，A项错误；铜在空气中被腐蚀生成铜绿，主要成分是Cu2(OH)2CO3，B项错误；合金的熔点一般比成分金属的都低，C项正确，Cu的质子数和中子数之差为(6329)295，D项错误。4现代建筑的门窗架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取硬铝样品进行如下实验(每一步试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成可能为(提示：Si2OHH2O=SiO2H2)()样品AAl、Mg、Si、Zn BAl、
12、Fe、Zn、NaCAl、Na、Cu、Fe DAl、Cu、Mg、Si、Mn【答案】D【解析】通过反应知合金中必须含有排在金属活动性顺序中H之前的金属和H之后的金属；由反应知合金中必须含有Si及排在金属活动性顺序表H之后的金属或其他非金属。5某同学设计了如下实验测量m g铜银合金样品中铜的质量分数：下列说法中不正确的是()A合金的熔点比其成分金属低，通常比成分金属具有更优良的金属特性B铜银都能与稀硝酸反应，收集到的V L气体一定全为NOC操作是过滤，操作是洗涤，操作是烘干D根据反应收集到的气体体积可以计算铜和银的质量分数【答案】D【解析】解答本题要注意以下两点：没有告诉硝酸的浓度，合金与硝酸反应放
13、出的气体中可能含有NO2；W g固体应该是干燥纯净的AgCl，由此确定三步操作。考点二、金属的冶炼1金属在自然界中存在的形态除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。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：Mnne=M。3金属冶炼的一般步骤4金属冶炼方法(1)热分解法例如：2HgO2HgO2，2Ag2O4AgO2。用热分解冶炼法冶炼金属的特点：金属元素的金属性弱，金属元素的原子不易失去电子，其金属离子容易得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差。(2)热还原法冶炼金属焦炭还原法。例如：C还原Z
14、nO、CuO，其化学方程式依次为C2ZnO2ZnCO2，C2CuO2CuCO2。一氧化碳还原法。例如：CO还原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为3COFe2O32Fe3CO2，COCuOCuCO2。氢气还原法。例如：H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为3H2WO3W3H2O,4H2Fe3O43Fe4H2O。活泼金属还原法。例如：Al还原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为2AlCr2O3Al2O32Cr,10Al3V2O56V5Al2O3。(3)电解法冶炼金属例如：电解Al2O3、MgCl2、NaCl，其化学方程式依次为2Al2O3(熔融)4Al3O2，MgCl2(熔融)Mg
15、Cl2，2NaCl(熔融)2NaCl2。【典例1】1.氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法不正确的是()A 冶炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭、空气、石灰石等，其中石灰石的作用是除去铁矿石中的脉石(二氧化硅)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 工业上Mg可由电解熔融的MgO制取，Na也可由电解熔融的NaCl制取D 铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化【答案】C【解析】工业上用电解熔融MgCl2的方法冶炼金属镁。【知识拓展】金属冶炼1选择金属冶炼的方法要依据金属在自然界中的存在形态和金属的活动性。金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，越容易被还原；金属的位置越靠前，越
16、难被还原。2化学性质很稳定的金属如Au、Pt等，在自然界中呈游离态，用物理方法即可得到。3有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如NaKClKNaCl2RbClMgMgCl22Rb等，在此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。【典例2】2粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验：取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；另取20 g A全部溶于0.15 L 6.0 molL1盐酸中，得溶液C；将中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12 L(标况)气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；用KSCN溶
17、液检验时，溶液D不变色。请填空：(1)中引发铝热反应的实验操作是_，产物中的单质B是_。(2)中所发生的各反应的化学方程式是_。(3)中所发生的各反应的离子方程式是_。(4)若溶液D的体积仍视为0.15 L，则该溶液中c(Mg2)为_，c(Fe2)为_。【答案】(1)加少量KClO3，插上镁条并将其点燃Fe(2)Fe2O36HCl=2FeCl33H2O、MgO2HCl=MgCl2H2O(3)Fe2Fe3=3Fe2、Fe2H=Fe2H2(4)0.67 molL12.3 molL1【解析】此题将实验操作与元素化合物知识巧妙结合在一起考查，增大了试题的容量，增强了试题的测试能力。(1)铝热反应是指单
18、质Al和某些金属氧化物发生的反应，反应过程中放出大量热，但该反应需要较高的温度才能引发。在混合物上加少量KClO3固体并插上Mg条，点燃Mg条后放出热量，使KClO3固体分解放出O2，进一步加剧Mg的燃烧，可在短时间内使混合物温度迅速升高，引发反应。发生的反应为Fe2O32AlAl2O32Fe，所以产物中单质B为Fe。(2)Fe2O3和MgO都是碱性氧化物，能和酸反应生成盐和水：Fe2O36HCl=2FeCl33H2O、MgO2HCl=MgCl2H2O。(3)混合物中只有Fe2O3能和Al发生铝热反应，生成Fe单质。C溶液中有反应生成的FeCl3，还有未反应的HCl。发生的离子反应为Fe2H=
19、Fe2H2、Fe2Fe3=3Fe2。(4)假设步骤用去的20 g固体中，MgO的物质的量为x，则Fe2O3的物质的量也为x，则40 gmol1x160 gmol1x20 g，解得：x0.1 mol。根据MgOMgCl2的关系，则溶液中MgCl2的浓度为0.1 mol0.15 L0.67 molL1。步骤说明溶液中没有Fe3，也就是溶质为FeCl2和MgCl2。根据Cl守恒的关系，可知MgCl2和FeCl2的总的物质的量等于0.45 mol，所以，FeCl2的浓度为2.3 molL1。【考点二精炼】1.江西某铜业公司在火法炼铜时也生产硫酸。下列叙述不正确的是()A自然界中化合态的硫以FeS2、C
20、uFeS2等形式存在B火法炼铜的矿石原料主要含Cu2SC该公司炼铜产生的SO2可用于生产H2SO4D1 molL1H2SO4溶液可储存于铁制或铝制容器中【答案】D【解析】1 molL1 H2SO4是稀硫酸，会腐蚀铁、铝，D项错误。2化学美无处不在，下图是物质间发生化学反应的颜色变化，其中物质a、b、c、d对应的物质正确的是()选项物质a物质b物质c物质dACu2(OH)2CO3Ba(OH)2Fe(OH)3酚酞试液BCuONaAlO2Fe2O3紫色石蕊试液CCu2OBaCl2Fe2O3和Cu酚酞试液DCu(OH)2Ba(NO3)2Fe(OH)2紫色石蕊试液【答案】D【解析】稀硫酸与Fe(OH)3
21、反应得到的Fe2(SO4)3溶液呈黄色，稀硫酸遇酚酞试液显无色，A项错误，C项错误；稀硫酸与Fe2O3反应得到的Fe2(SO4)3溶液呈黄色，B项错误；稀硫酸与Cu(OH)2反应得到的CuSO4溶液呈蓝色，稀硫酸与Ba(NO3)2反应得到的BaSO4是白色沉淀，稀硫酸与Fe(OH)2反应得到的FeSO4溶液呈浅绿色，稀硫酸遇紫色石蕊试液变红，D项正确。3下列化学反应在冶金工业中没有得到广泛应用的是()AMgCl2(熔融)MgCl2BAl2O33C2Al3COCFe2O33CO2Fe3CO2DHgSO2HgSO2【答案】B【解析】Al为活泼金属，不能用炭还原法冶炼，应用电解法冶炼。4为了比较铁和
22、铜金属活动性强弱，某研究小组的同学设计了如下一些方案，并将实验结果记录如下：方案现象或产物将铁片置于CuSO4溶液中铁片上有亮红色物质析出将铁丝和铜丝分别在氯气中燃烧产物分别为FeCl3和CuCl2将铁片和铜片分别放入热浓硫酸中产物分别为Fe2(SO4)3和CuSO4将铁片和铜片分别置于稀硫酸溶液中铁片上有气泡，铜片上不产生气泡将铁片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接铁片溶解，铜片上有气泡产生能根据以上各种现象或产物证明铁的金属活动性比铜强的方案一共有()。A2种 B3种 C4种 D5种【答案】B【解析】铁能置换出铜，证明铁比铜活泼；不能证明；不能证明；铁能置换出稀硫酸中的氢，铜不
23、能，证明铁比铜活泼；铁与铜形成原电池，铁作负极，铜作正极，证明铁比铜活泼，共有3种方案，选项B正确。5.铜在自然界存在于多种矿石中，如：请回答下列问题：(1)上表所列铜化合物中，铜的质量百分含量最高的是_。(2)工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应：2Cu2OCu2S6CuSO2，反应的氧化剂是_。(3)SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是_；处理该尾气可得到有价值的化学品，写出其中1种酸和1种盐的名称_。(4)黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe，Ag，Au等金属杂质，需进一步采用电解法精制。请简述粗铜电解得到精铜的原理：_。【答案】(1)Cu2S(2)Cu2O和Cu2S(3)形成酸雨硫酸，硫酸铵(4)电解池中，粗铜作阳极，纯铜作阴极，电解质为硫酸铜溶液。阳极上发生氧化反应，Cu失去电子，使Cu单质变为Cu2进入溶液中，Cu2e=Cu2；阴极上发生还原反应，Cu2得到电子在阴极上析出Cu单质，Cu22e=Cu，从而达到精制Cu的目的【解析】(2)Cu2O，Cu2S的Cu由1价被还原为0价，作氧化剂；Cu2S的S由2价被氧化为4价，作还原剂。(3)处理SO2尾气一般为循环制备硫酸，或用氨水吸收，最后可得到(NH4)2SO4等化学品。11
