第13讲 金属材料及金属矿物的开发利用
考点一 铜及其化合物
1.单质铜
(1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。 (2)化学性质
①常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里则会被锈蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的____________。有关化学方程式_____________________________________。 ②写出下列化学方程式：
铜在空气中加热：___________________________________________________________； 铜丝在硫蒸气中反应：_______________________________________________________。 答案 ①铜锈 2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3 △△
②2Cu＋O2=====2CuO 2Cu＋S=====Cu2S 2.铜的重要化合物
(1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿、孔雀石的主要成分，受热分解可生成黑色的△
氧化铜，化学方程式：Cu2(OH)2CO3=====2CuO＋CO2↑＋H2O，可溶于稀硫酸，离子方程式：Cu2(OH)2CO3＋4H===2Cu＋CO2↑＋3H2O。
＋
2＋
1
高温
(2)黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O，化学方程式为4CuO=====2Cu2O＋O2↑。 △
(3)蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末，化学方程式为CuSO4·5H2O=====CuSO4＋5H2O。
(4)红色的Cu2O与稀硫酸反应，溶液变蓝，同时生成红色的单质铜，离子方程式为Cu2O＋2H
＋
===Cu＋Cu＋H2O。
2＋
题组一 铜及其化合物的性质
1.下列有关铜的化合物的性质的叙述中正确的是( ) A.CuSO4变成CuSO4·5H2O是物理变化
B.一定条件下，新制的Cu(OH)2悬浊液能与乙醛反应但不能与乙酸反应 C.CuO是黑色固体，与水反应可生成Cu(OH)2 D.Cu2O遇硝酸可能会被氧化成Cu 答案 D
解析 CuSO4变成CuSO4·5H2O属于化学变化，A错；Cu(OH)2是碱，能与酸反应，B错；CuO不能与水反应，C错；Cu2O中铜处于低价态，能被强氧化剂硝酸氧化。
2.铜在自然界多以化合态的形式存在于矿石中。常见的铜矿石有：黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿(Cu2S)、孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]。下列说法不正确的是( ) A.可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿 B.硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂 C.工业上常采用电解法制取粗铜
D.在上述几种含铜化合物中，铜的质量分数最高的是Cu2S 答案 C
解析 CuSO4是重金属盐，能使蛋白质变性，B项正确；工业上常用电解法精炼铜，C项不正确。
3.已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H 发生反应： Cu2O＋2H===Cu＋Cu＋H2O。
将经高温灼烧后的CuO样品投入足量的热的稀硝酸溶液中，下列有关说法中正确的是( ) A.如果溶液变为蓝色，同时有紫红色固体出现，说明样品全部生成Cu2O B.溶液中最终可能有紫红色固体出现 C.这种实验的结果无法说明CuO分解的程度
D.如果溶液中出现蓝色，最终没有紫红色固体出现，说明CuO没有分解 答案 C
＋
2＋
＋
2＋
2
解析 解答此题的关键是，明确稀硝酸具有酸性和强氧化性，能溶解CuO、Cu2O和单质Cu，因而该实验结果无法说明CuO分解的程度。 题组二 铜及其化合物的制取
4.Cu2S是火法炼铜的重要原料之一，下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4·5H2O的流程图： O2焙烧足量稀硫酸操作Ⅰ蒸发、结晶、过滤Cu2S――→Cu――→Cu――→A――→B――→胆矾 2O、CuO△
(1)Cu2S中铜元素的化合价为________，火法炼铜的反应原理是__________________(用化学方程式表示)。
(2)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的体系A中溶液呈蓝色，且有红色物质生成，请写出生成红色物质的离子方程式：_________________________________________________。 (3)若将A中红色物质反应掉，操作Ⅰ中加入的试剂最好是________(填字母序号)。 A.适量的NaNO3 C.适量的H2O2
△
答案 (1)＋1 Cu2S＋O2=====2Cu＋SO2 (2)Cu2O＋2H===Cu＋Cu＋H2O (3)C
△
解析 (1)Cu2S中铜为＋1价，火法炼铜中Cu、O被还原，S被氧化，反应原理为Cu2S＋O2=====2Cu＋SO2。
(2)依据信息知Cu2O在酸性条件下生成Cu(蓝色)和单质铜(红色)，写出反应物和生成物，配平方程式。
(3)H2O2不产生污染物。
5.孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。某同学设计的从孔雀石中冶炼铜的方案如下(假设孔雀石中杂质不溶于水和稀硫酸)：
2＋
＋
2＋
B.适量的HNO3
(1)反应①能观察到的现象是__________________________________________________， 有关反应的化学方程式为____________________________________________________。 (2)反应②加入的金属可能是__________，有关反应的离子方程式为________________。 答案 (1)固体逐渐消失，溶液由无色变成蓝色，有气泡产生 Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O (2)铁粉(答案合理即可) Fe＋Cu===Fe＋Cu
解析 孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，且有气泡产生；反应的化学方程式为Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O。经过滤除去难溶于水和稀硫酸的杂质，则滤液中主要含有CuSO4，加入的金属粉末能将Cu从溶液中置换出来即可，
2＋
2＋
2＋
3
故金属可能是Fe或Zn等。
6.某课外研究小组用含有较多杂质的铜粉，通过不同的化学反应精制CuO，其设计的实验过程为
(1)杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物，灼烧后含有少量铜的可能原因是________(填字母)。
a.灼烧过程中部分氧化铜被还原 b.灼烧不充分铜未被完全氧化 c.氧化铜在加热过程中分解生成铜 d.该条件下铜无法被氧气氧化
(2)由粗制氧化铜通过两种途径制取纯净CuO，与途径Ⅰ相比，途径Ⅱ有明显的两个优点是 ________________________________________________________________________。 答案 (1)ab
(2)耗酸少；无污染性气体SO2产生
解析 (1)灼烧后含有少量铜，其原因可能是灼烧不充分，铜未被完全氧化，也可能是灼烧过程中部分氧化铜被还原。
△
(2)根据途径Ⅰ的反应方程式：Cu＋2H2SO4(浓)=====CuSO4＋SO2↑＋2H2O和途径Ⅱ的反应方程△
式：2Cu＋O2＋2H2SO4=====2CuSO4＋2H2O，可以看出途径Ⅱ的优点是①产生等量的CuSO4，比途径Ⅰ消耗硫酸少；②途径Ⅱ不产生污染大气的气体SO2。
1.熟记铜及其化合物的颜色
物质 Cu CuO Cu2O Cu2S
2.铜的冶炼“三方法”
(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)： 800 ℃
2CuFeS2＋4O2=====Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)
4
颜色 紫红色 黑色 砖红色 黑色 物质 CuSO4 CuSO4·5H2O Cu2(OH)2CO3 Cu(OH)2 颜色 白色 蓝色 绿色 蓝色 1 200 ℃
2Cu2S＋3O2=====2Cu2O＋2SO2 1 200 ℃
2Cu2O＋Cu2S=====6Cu＋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。
(3)生物炼铜：“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性，并能利用空气中的氧气氧化硫化铜矿石，然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。
生物炼铜的优点：a.成本低；b.污染小；c.反应条件简单；d.含量(品位)很低的矿石也可以被利用。
考点二 金属材料及合金概述
1.熟记金属活动性顺序
金属活动 性顺序 K、Ca、Na 常温下易被氧化，点与O2反应 燃生成过氧化物或其他复杂氧化物 与H2O 反应 与非氧化 性酸反应 常温下生成碱和氢气 与热水 反应 有碱存与高温不反应 常温生成氧化膜 Mg Al、 Zn Fe、Sn、 Cu、Hg、 Pb(H) Ag 加热化合 不 反 应 Pt、 Au 在与水 水蒸气反应 反应 生成盐和氢气 不反应 与盐溶液 先与水反应，生成的反应 自然界存在形态 2.合金
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 化合态(Fe有游离态) 游离 态 (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：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。 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。
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3.常见金属材料
(1)重要的黑色金属材料——钢 钢是用量最大、用途最广的合金。
低碳钢：韧性、焊接性好，强度低??
碳素钢?中碳钢：强度高，韧性及加工性好
??高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好钢
???
合金钢：具有各种不同的优良性能，用于制不锈钢?? 及各种特种钢
(2)几种有色金属材料 错误!
题组一 金属的性质和应用
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Fe，既有氧化性又有还原性，A错；常温下金属汞呈液态，B错；有的金属元素存在变价，比如Fe、Cu等，C错。 2.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广泛的金属材料，B错；银的导电性比铜好，D错。 题组二 合金的性能特点及应用
3.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
2＋
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