金属材料及金属矿物的开发利用(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)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．下列生活用品中主要由黑色金属材料制造的是( )A．塑钢门窗B．不锈钢刀C．纯铜导线D．18K金首饰B [冶金工业上习惯把铁、铬、锰以及它们的合金(主要指合金钢及钢铁)叫做黑色金属材料。塑钢门窗是以聚氯乙烯树脂为主要原料制造的，A项错误；不锈钢刀为铁的合金，主要由黑色金属材料制造而成，B项正确；纯铜导线为铜单质，铜属于有色金属，C项错误；18K金首饰为金的合金，属于有色金属材料，D项错误。]3．下列应用不符合金属冶炼原理的是( )A．焊接钢轨：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3B．工业制铝：2Al2O3＋3C4Al＋3CO2↑C．湿法炼铜：CuSO4＋Fe===Cu＋FeSO4D．从海水中制镁：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑B [利用铝热反应，可以焊接钢轨，A项符合金属冶炼原理；铝为活泼金属，工业制铝采用的是电解熔融氧化铝，B项不符合金属冶炼原理；Cu的活动性比Fe弱，可以利用Fe从CuSO4溶液中置换出Cu，C项符合金属冶炼原理；从海水中得到氯化镁，电解熔融氯化镁可以制镁，D项符合金属冶炼原理。]4．明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“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，…冷淀，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CC．冶炼Zn的化学方程式：ZnCO3＋2CZn＋3CO↑D．该冶炼锌的方法属于热还原法-8-\nA [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。]5．用铝热反应还原下列物质，制得金属各1mol时，消耗铝最少的是( )A．MnO2B．Cr2O3C．V2O5D．Fe3O4D [制得1mol金属需要电子最少的消耗铝最少。A～D项制得1mol金属需要电子的物质的量依次为4mol、3mol、5mol、mol。]6．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Cu2SC [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。]7．(2019·吉林省实验中学模拟)工业上用洗净的废铜屑作原料来制备硝酸铜。为了节约原料和防止污染环境，最宜采用的方法是( )A．Cu＋HNO3(浓)―→Cu(NO3)2B．Cu＋HNO3(稀)―→Cu(NO3)2C．Cu→CuO→Cu(NO3)2D．Cu→CuSO4→Cu(NO3)2C [A项产生二氧化氮气体，污染环境；B项产生NO气体，污染环境；C项不产生有害气体，且节约原料；D项会生成二氧化硫气体，污染环境，且浪费原料。]8．(2020·山东肥城升级考)实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是( )A．将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuSB．向Cu与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察CuSO4溶液的颜色C．向CuSO4溶液中加入适量的NaOH，过滤洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取CuOD．在淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热水解，再加入少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热，产生砖红色沉淀C [硫的氧化性较弱，只能将铜氧化为＋1价生成Cu2S，A项错误；铜与过量浓硫酸反应后稀释，应将反应后的溶液缓慢加入水中，并不断搅拌，B项错误；CuSO4与NaOH溶液反应生成Cu(OH)2-8-\n沉淀，过滤、洗涤、灼烧后可得CuO，C项正确；淀粉水解后应先加NaOH溶液至溶液呈碱性，然后加入新制Cu(OH)2悬浊液并加热，才会产生砖红色沉淀，D项错误。]9．下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是( )选项陈述Ⅰ陈述Ⅱ判断A铜绿的主要成分是碱式碳酸铜可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿Ⅰ对；Ⅱ对；无B铜表面易形成致密的氧化膜铜容器可以盛放浓硫酸Ⅰ对；Ⅱ对；有C向硫酸铜溶液通入氨气，有深蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑Ⅰ对；Ⅱ对；有D蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂Ⅰ错；Ⅱ对；无D10．(2019·江西重点中学联考)某学习小组以废催化剂(主要成分为SiO2、ZnO、ZnS和CuS)为原料，制备锌和铜的硫酸盐晶体。设计的实验方案如下：下列说法正确的是( )A．步骤①中能溶于稀硫酸的是ZnO、ZnS和CuSB．步骤①、③中发生的反应均为氧化还原反应C．步骤③涉及的离子反应可能为CuS＋H2O2＋2H＋△,Cu2＋＋S＋2H2OD．步骤②和④均采用蒸发结晶的方法获取粗晶体C [ZnO、ZnS可与稀硫酸反应，CuS不溶于稀硫酸，A项错误；步骤①中主要发生反应ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O、ZnS＋H2SO4===ZnSO4＋H2S↑，均不是氧化还原反应，B项错误；步骤③中主要发生反应CuS＋H2O2＋H2SO4CuSO4＋S＋2H2O，离子反应为CuS＋H2O2＋2H＋Cu2＋＋S＋2H2O，C项正确；步骤②和④均采用蒸发浓缩、冷却结晶法获得粗晶体，D项错误。]11．(2019·湖南长沙长郡中学调研)部分被氧化的Fe－Cu合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共5.76g，经如下处理：下列说法正确的是( )-8-\nA．滤液A中的阳离子为Fe2＋、Fe3＋、H＋B．样品中Fe元素的质量为2.24gC．样品中CuO的质量为4.0gD．V＝896B [根据题意，3.2g滤渣一定是铜，而铜与Fe3＋不共存，则A项错误；最后的3.2g固体为Fe2O3，其中Fe元素的质量为2.24g，B项正确；样品中Cu元素和O元素共5.76g－2.24g＝3.52g，则C项错误；2.24gFe元素不可能全是单质铁，故生成的氢气的体积小于896mL，则D项错误。]12．下列是部分矿物资源的利用流程，有关说法不正确的是( )A．粗铜电解精炼时，粗铜作阳极B．生产铝、铜、高纯硅及玻璃过程中都涉及氧化还原反应C．利用黄铜矿冶炼铜时，副产物SO2可用于生产硫酸，FeO可用作冶炼铁的原料D．粗硅制高纯硅时，提纯四氯化硅可用多次分馏的方法B [电解精炼铜时，用粗铜作阳极，纯铜作阴极，A正确；制备铝、铜、硅单质涉及氧化还原反应；制玻璃的主要反应是SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑和SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑，各元素化合价未发生变化，均不属于氧化还原反应，B错误；SO2可以转化成SO3，进而生成H2SO4；FeO与CO在高温下反应可生成Fe，故C正确；制备硅的过程中，利用沸点不同通过分馏可以将SiCl4从杂质中提取出来，再与H2发生置换反应得到高纯硅，D正确。]13．某同学这样描述“铝热反应”的现象：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”，“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如表所示：物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/℃660205415351462沸点/℃246729802750—(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理：________(填“合理”或“不合理”)。-8-\n(2)该同学设计实验证明了所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是________，反应的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是________(填字母)。A．浓硫酸 B．稀硫酸C．稀硝酸D．氢氧化钠溶液解析： (1)根据铁、铝的熔点和沸点，不难判断在一定温度下Fe、Al能熔合。(2)根据Al与NaOH溶液反应生成H2，可证明Al的存在，故选用NaOH溶液。(3)Fe、Al均为活泼金属，可以用稀硫酸溶解；浓硫酸在常温下使铁、铝钝化，加热时有污染性气体生成，稀硝酸与铁、铝反应有污染性气体生成，故不选A、C；氢氧化钠溶液只能溶解铝，不能溶解铁，故不选D。答案： (1)合理 (2)NaOH溶液 2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑ (3)B14．(1)将少量铜丝放入适量的稀硫酸中，温度控制在50～60℃，加入H2O2，反应一段时间后可制得硫酸铜，发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3溶液和NaCl溶液加热，生成CuCl沉淀，写出生成CuCl的离子方程式：_________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)某小组同学在做铜与浓硫酸反应的实验时，发现铜片表面有黑色固体生成。①甲同学猜想：黑色固体是未来得及溶解于酸的CuO，其猜想可用化学方程式表示为Cu＋H2SO4_________________________________________________________。②乙同学认为：黑色固体除CuO外，还可能含有Cu2S和CuS，其理由可能是________(填字母)。a．Cu2S和CuS都是黑色的b．铜与浓硫酸在加热条件下反应，还可能放出O2c．浓硫酸是氧化剂，铜是还原剂，Cu的化合价升高与S的化合价降低有多种可能解析： (1)H2O2在硫酸溶液中能把铜氧化生成硫酸铜，而双氧水被还原为水，反应的离子方程式为Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O；根据氧化还原原理，Cu2＋把SO氧化为SO，而自身被还原为Cu＋，反应的离子方程式为2Cu2＋＋2Cl－＋SO＋H2O2CuCl↓＋SO＋2H＋。(2)①浓硫酸把铜氧化为CuO，本身被还原为SO2，同时生成水，反应的化学方程式为Cu＋H2SO4CuO＋SO2↑＋H2O；②从物质的颜色判断：Cu2-8-\nS和CuS的颜色也是黑色的，故a项正确；Cu单质可被氧化为＋2价或＋1价铜，浓硫酸中的S元素也可被还原为多种低价态，故c项正确。答案： (1)Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O2Cu2＋＋2Cl－＋SO＋H2O2CuCl↓＋SO＋2H＋(2)①CuO＋SO2↑＋H2O ②ac15．为研究红色固体产物的组成，进行如下实验(以下每步均充分反应)：已知：Cu2O[Cu(NH3)4]＋(无色)[Cu(NH3)4]2＋(蓝色)。(1)摇动锥形瓶ⅰ的目的是________________________________________________________________________。(2)锥形瓶ⅱ中固体完全溶解得深蓝色溶液的离子方程式为________________________________________________________________________。(3)将容量瓶ⅱ中的溶液稀释100倍后，溶液的颜色与容量瓶ⅰ相近。由此可知固体产物的组成及物质的量之比约__________。解析： (1)由题给信息“Cu2O溶于浓氨水生成无色的[Cu(NH3)4]＋，[Cu(NH3)4]＋在空气中被氧化为蓝色的[Cu(NH3)4]2＋”，可知摇动锥形瓶的目的是为了使溶液充分接触空气。(2)ⅱ中剩余固体为Cu，加浓氨水并摇动锥形瓶，最终生成蓝色的[Cu(NH3)4]2＋，Cu元素的化合价升高，说明被空气中的O2氧化，反应物为Cu、O2、NH3·H2O，生成物有[Cu(NH3)4]2＋，根据电子守恒配平有：2Cu＋O2＋NH3·H2O―→2[Cu(NH3)4]2＋，后有4个正电荷，由于溶液呈碱性(氨水)，利用OH－平衡电荷有：2Cu＋O2＋NH3·H2O―→2[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－，最后根据原子守恒配平即可。(3)说明容量瓶ⅱ中[Cu(NH3)4]2＋的浓度是ⅰ中的100倍，容量瓶ⅰ中铜元素来自于Cu2O，容量瓶ⅱ中铜元素来自于Cu，则n(Cu2O)∶n(Cu)＝1∶200。答案： (1)使溶液与空气中O2充分接触(2)2Cu＋O2＋8NH3·H2O===2[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－＋6H2O (3)n(Cu2O)∶n(Cu)＝1∶20016．(2019·重庆一调)氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工和印染等行业。以硫化铜精矿为原料生产CuCl的工艺过程如下：-8-\n已知：①CuCl难溶于乙醇和水，可溶于氯离子浓度较大的体系②CuCl在潮湿空气中易氧化，在热水中易水解Ⅰ.制海绵铜(1)经测定氧化酸浸过程中有单质S生成，写出此过程中的化学方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。Ⅱ.制CuCl(2)熔融态的CuCl导电性极差，则CuCl属于________(填“离子”或“共价”)化合物；CuCl固体应________保存。(3)步骤①中溶解温度应控制在60～70℃，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)写出步骤③中主要反应的离子方程式________________；步骤③中如果先加NH4Cl再加入(NH4)2SO3时无沉淀产生，则产生沉淀的进一步操作是________。(5)上述工艺中，步骤⑥不能省略，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析： 在氧化酸浸过程中CuS在O2和H2SO4共同作用下生成S、H2O和CuSO4，其化学方程式为2CuS＋2H2SO4＋O2===2CuSO4＋2S＋2H2O。(2)根据熔融态的CuCl导电性极差，可知CuCl为共价化合物；根据题中信息CuCl在潮湿空气中易氧化，可知CuCl固体应密封或充氮保存。(3)温度过低溶解速度慢，温度过高铵盐会分解，故应将温度控制在60～70℃。(4)步骤③中，亚硫酸铵将Cu2＋还原为Cu＋，Cu＋与Cl－结合生成CuCl沉淀，反应的离子方程式为2Cu2＋＋SO＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SO＋2H＋。根据题中信息可知步骤③中产生沉淀的进一步操作是加水稀释。(5)水洗后CuCl表面会有水分，烘干时，CuCl会水解氧化，故要再用醇洗，加快除去CuCl表面水分，同时可以防止其水解氧化。答案： (1)2CuS＋2H2SO4＋O2===2CuSO4＋2S＋2H2O (2)共价 密封或充氮 (3)温度过低溶解速率慢，温度过高硝酸铵会分解(4)2Cu2＋＋SO＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SO＋2H＋ 加水稀释-8-\n(5)醇洗有利于去除CuCl表面水分，防止其水解氧化-8-
