1、第五讲 金属材料及金属矿物的开发利用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：根据以上数据判断其中不能形成合金的是()A Cu和Al B Fe和CuC Fe和Na D Al和Na【答案】C【解析】两种金属若形成合金，一种金属的熔点不能超过另一种金属的沸点。2.下列有关金属及其合金的说法正确的是()A 锡青铜的熔点比纯铜高B 生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加C 将NH3通入热的CuSO4溶液中能使Cu2还原成CuD 目前我国流通的硬币是由合金材料制造的【答案】D【解析】锡青铜属于合金，根据合金的特性，熔点比任何一种纯金属的熔点低
2、， A错误；生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次降低，B项错误；溶液中该反应难以发生，先是2NH32H2OCuSO4=Cu(OH)2(NH4)2SO4，接着Cu(OH)2CuOH2O，溶液中NH3不能还原CuO为Cu，要还原必须是干燥的固态，C错误。3.钛和钛合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”，它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工，耐腐蚀等，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是()A 用来做保险丝B 用于制造航天飞机C 用来制造人造骨D 用于家庭装修，做钛合金装饰门【答案】A【解析】由于钛和钛合金密度小，可塑
3、性好，因此可用于航天领域，B正确；由于钛和钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”，可与人体的组织相容，不引起排异反应，因此可以用来制造人造骨，C正确；由于其密度小，可塑性好，易于加工，因此可用于家庭装修，做钛合金装饰门，D正确；只有A错误，由于其熔点高，不适合做保险丝。4氢化亚铜(CuH)是一难溶物质，用CuSO4溶液和另一种“反应物”在4050 时反应可生成它。CuH不稳定，易分解；CuH在氯气中能燃烧，跟盐酸反应能产生气体。下列有关推断中错误的是 ()。A这里的“另一种反应物”具有还原性BCuH可作氧化剂、还原剂CCuHCl2=CuClHCl(燃烧)DCuHHCl=CuClH2(常温)【
4、答案】C【解析】C项中Cl2具有强氧化性，产物应为CuCl2和HCl。5下列有关金属的说法中，不正确的是()A青铜、不锈钢、硬铝都是合金B铜表面易形成致密的氧化膜C工业上用电解熔融MgCl2的方法制取金属镁D铝是活泼金属，但在空气中耐腐蚀【答案】B【解析】通常情况下Cu表面生成铜绿(碱式碳酸铜)，该物质非常疏松；Al易氧化生成致密的Al2O3薄膜，防止内部Al继续氧化。6硝酸铜是一种重要的工业产品，化学上有很多方法可以制取硝酸铜：将铜溶于硝酸中、先将铜与O2反应生成CuO，再溶于硝酸中、将铜溶于N2O4的乙酸乙酯(溶剂，不参加反应)溶液中生成硝酸铜和一氧化氮。下列认识或判断错误的是 ()。A方
5、法是最经济和环保的B方法中，若从经济和环保的角度考虑，用稀硝酸比用浓硝酸好C方法需要消耗能源，对环境不产生污染D方法中N2O4既是氧化剂又是还原剂【答案】A【解析】、都生成污染性气体，不生成污染性气体且HNO3全部转化为Cu(NO3)2。7.某化学兴趣小组对金牌成分提出猜想：甲认为金牌是由纯金制造；乙认为金牌是由金银合金制成；丙认为金牌是由黄铜(铜锌合金)制成。为了验证他们的猜想，请你选择一种试剂来证明甲、乙、丙猜想的正误()A 硫酸铜溶液 B 稀硝酸C 盐酸 D 硝酸银溶液【答案】B【解析】当金牌是纯金时遇到稀硝酸不溶解；当金牌是金银合金时遇到稀硝酸会部分溶解；当金牌是黄铜时遇到稀硝酸会全部
6、溶解。8.铁和铁合金是生产、生活中常用的材料，下列说法中错误的是()A 不锈钢比生铁抗腐蚀能力强B 以铁作阴极、铜片作阳极、硫酸铜溶液为电镀液可以实现铁制品镀铜C 铁与稀硫酸反应，铁与浓硫酸不能反应D 利用铝热反应可以焊接铁轨【答案】C【解析】A项，生铁易发生电化学腐蚀，正确；B项，电镀时，镀层金属作阳极，被镀金属作阴极，含镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液，此题中铜为镀层金属，铁为被镀金属，硫酸铜溶液为电镀液，完全符合，正确；C项，铁能与稀硫酸发生置换反应，铁与冷的浓硫酸反应在铁表面生成一层致密氧化物薄膜而发生钝化，在加热条件下，2Fe6H2SO4(浓),Fe2(SO4)33SO26H2O，
7、错误；D项，Al和氧化铁在高温条件下发生反应：2AlFe2O3Al2O32Fe，放出大量热，正确。9随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金的维生素”。为回收利用含钒催化剂(含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣)，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，回收率达91.7%以上。部分含钒物质在水中的溶解性如表所示：物质VOSO4V2O5NH4VO3(VO2)2SO4溶解性可溶难溶难溶易溶该工艺的主要流程如下。请回答下列问题：(1)请写出加入Na2SO3溶液发生反应的离子方程式_。(2)催化氧化所使用的催化剂钒触媒(V2O15)能加快二氧化硫的氧化速率，此
8、过程中产生了一连串的中间体(如图1)。其中a、c两步的化学方程式可表示为_，_。(3)该工艺中沉钒率是回收钒的关键之一，沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵的系数(NH4Cl加入质量与料液中V2O15的质量比)和温度。根据图2和图3，试建议控制氯化铵系数和温度的适宜值分别为_、_。【答案】(1)V2O5SO4H=2VO2SO2H2O(2)SO2V2O5=SO3V2O44VOSO4O2=2V2O54SO3(3)480 【解析】(1)根据表格信息，V2O15难溶于水，被亚硫酸钠还原成可溶于水的VOSO4，离子方程式为V2O15SO4H=2VO2SO2H2O。(2)V2O15是催化剂，反
9、应前后质量和化学性质不变。依题意和物质转化图知，a反应：五氧化二钒与二氧化硫反应生成三氧化硫和四氧化二钒；c反应：VOSO4在氧气作用下生成V2O15和SO3。(3)根据图像知，加氯化铵系数为4、温度为80 时沉钒率最大。 10.铜是生活中常见的金属，请回答下列问题：(1)Cu不活泼，通常情况下不与稀硫酸反应，但向Cu和稀硫酸的混合物中滴入H2O2溶液后，溶液很快变蓝色，试写出该反应的离子方程式：_。(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出Cu2(OH)2CO3绿色固体，试写出该反应的离子方程式：_。(3)火法炼铜的原理：Cu2SO22CuSO2，在该反应中每生成1 mol Cu，转移_mo
10、l e。(4)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是_(填选项字母)。a粗铜接电源正极，发生氧化反应b溶液中Cu2向阴极移动c电解过程中，阳极和阴极的质量变化相等d利用阳极泥可回收Al、Zn等金属(5)据报道，有一种叫Thibacillus Ferroxidans的细菌在有氧气存在的酸性溶液中，可将黄铜矿CuFeS2氧化成硫酸盐：4CuFeS22H2SO417O2=4CuSO42Fe2(SO4)32H2O。利用反应后的溶液，按如下流程可制备胆矾(CuSO45H2O)：检验溶液B中Fe3是否被除尽的实验方法_。在实验室中，设计两个
11、原理不同的方案，从溶液B中提炼金属铜(要求：一种方案只用一个反应来完成)。写出两种方案中涉及的化学方程式。方案一：_；方案二：_。【答案】(1)CuH2O22H=Cu22H2O(2)2Cu22COH2O=Cu2(OH)2CO3CO2(3)3(4)ab(5)加入KSCN溶液若变红，证明含有铁离子；若加入后溶液不变红，证明不含铁离子CuSO4Fe=FeSO4Cu2CuSO42H2O2CuO22H2SO4【解析】(1)Cu和稀硫酸的混合物中滴入H2O2溶液很快变蓝色，说明铜被氧化生成Cu2。(2)结合反应物和生成物从质量守恒的角度书写化学方程式。(3)反应中Cu元素化合价由1价降低到0价，O元素化合
12、价由0价降低到2价，S元素化合价由2价升高到4价。(4)a、精炼铜时，粗铜做阳极，发生氧化反应；b、溶液中Cu2向阴极移动；c、比铜活泼的金属先放电；d、反应中有热能产生，Ag、Pt、Au不如铜活泼，铜放电后，Ag、Pt、Au从粗铜脱落。(5)据铁离子的性质进行验证，铁离子遇到硫氰酸钾溶液变红色，若无红色出现，那么铁离子除净。溶液B为硫酸铜溶液，可以加入铁粉置换铜，也可以通过电解硫酸铜溶液得到铜。11.某同学对Cu的常见化合物的性质进行实验探究，研究的问题和过程如下：(1)为探究Cu(OH)2是否和Al(OH)3一样具有两性，除选择Cu(OH)2外，必须选用的试剂为_(填字母)。a氨水 b氢氧
13、化钠溶液c稀硫酸 d冰醋酸(2)为探究不同价态铜的稳定性，进行如下实验：将CuO粉末加热至1 000 以上完全分解成红色的Cu2O粉末，该实验说明：在高温条件下，1价的Cu比2价Cu更_(填“稳定”或“不稳定”)。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)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。实验开始时，打开分液漏斗的活塞K，发现浓氨水没有滴下，如果各仪器导管均没有堵塞，则可能
14、的原因是_。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_。装置C中的球形装置的作用是_。【答案】(1)b、c(2)稳定Cu2O2H=Cu2CuH2O不稳定(3)gfbcde(b、c位置可互换)没有将分液漏斗颈上的玻璃塞打开3CuO2NH33CuN23H2O防倒吸【解析】(1)为证明Cu(OH)2显两性，须分别使其与强酸和强碱溶液作用，若均发生溶解，则证明Cu(OH)2显两性，应选氢氧化钠溶液和稀硫酸。(2)将CuO粉末加热至1 000 分解为Cu2O，说明1 000 下Cu2O比CuO更稳定。Cu2O中加适量稀硫酸，得到蓝色溶液是硫酸铜溶液，生成的红色固体为单质铜，故离子方程式为Cu2O2H=Cu2CuH2O。(3)氨气还原CuO的实验，A用以制取氨气，经D碱石灰干燥，在B中反应，反应后的气体经C洗去剩余的氨气，用E收集生成的气体。所以各仪器接口顺序为agfbcdeh(b、c位置可互换)。分液漏斗的上口不与大气相通时，内部液体也不容易流出。氨气与氧化铜反应生成的无色无味气体是氮气，另有水生成，化学方程式为3CuO2NH33CuN23H2O。装置C的球形漏斗可防止因氨气极易溶于水而导致倒吸。 7
