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第4節(jié) 金屬材料及金屬礦物的開發(fā)利用 一、選擇題 1．中國銀行發(fā)行的中國航天普通紀念幣，面額為10元，直徑為27毫米，材質為雙色銅合金。下列關于合金的敘述不正確的是(　　) A．銅合金和單質銅一樣，具有良好的導電性、導熱性和延展性 B．銅合金的硬度比單質銅大 C．銅合金的熔點比單質銅低 D．該紀念幣能完全溶解于稀硫酸中 解析：選D。合金有別于成分金屬的特性是熔點低、硬度大，共性是具有金屬的物理通性，但是化學性質沒有改變，故D項錯誤。 2．在冶金工業(yè)上，下列均不能用化學還原劑制得的一組金屬是(　　) A．Na、Mg、Al 　　 B．Na、K、Zn、Fe C．Zn、Fe、Cu、Ag D．Mg、Al、Zn、Fe 解析：選A。Na、Mg、Al的冶煉方法為電解法；Zn、Fe、Cu的冶煉方法為化學還原劑還原法；Ag的冶煉方法為熱分解法，故選A項。 3．明代《天工開物》記載“火法”冶煉鋅：“爐甘石十斤，裝載入一泥罐內(nèi)…然后逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發(fā)火煅紅…冷淀，毀罐取出…即倭鉛也”(注：爐甘石的主要成分為碳酸鋅，泥罐中摻有煤炭)。下列說法不正確的是(　　) A．倭鉛是指金屬鋅和鉛的混合物 B．煤炭中起作用的主要成分是C C．冶煉Zn的化學方程式：ZnCO3＋2CZn＋3CO↑ D．該冶煉鋅的方法屬于熱還原法 解析：選A。由題意可知，倭鉛是指金屬鋅，不是混合物，故A錯誤；煤炭的主要成分是碳，反應中碳作還原劑，故B、C、D均正確。 4．(2018泉州模擬)下列幾種關于金屬冶煉方法的敘述中，正確的是(　　) A．蒸發(fā)海水制成飽和食鹽水，將其電解可制得金屬鈉 B．煉鐵高爐中，利用焦炭作為還原鐵礦石的還原劑 C．高爐煉鐵能得到純鐵 D．鋁熱法能夠使氧化鐵跟鋁在高溫條件下煉出鐵來 解析：選D。電解食鹽水得到的是NaOH，得不到Na；煉鐵高爐中利用焦炭與空氣反應生成的CO作為還原鐵礦石的還原劑；高爐煉鐵得到的是含碳等元素的生鐵。 5．下列說法中正確的是(　　) A．Cu→CuO→Cu(OH)2每步轉化均能通過一步反應實現(xiàn) B．鋁合金是一種混合物，它比純鋁的熔點高 C．金屬銅放置在潮濕的空氣中會被銹蝕，生成綠色的銅銹——堿式碳酸銅 D．金屬鋁、鐵、銅都有一定的抗腐蝕性能，其抗腐蝕的原因都是表面形成氧化物薄膜，阻止反應的進一步進行 解析：選C。A選項，CuO→Cu(OH)2不能通過一步實現(xiàn)，錯誤；B選項，鋁合金比純鋁的熔點低，錯誤；D選項，鐵、銅表面不能形成致密的氧化膜，錯誤。 6．釣魚島群島的東海海域及部分太平洋海域探明為海底熱水礦床。海底熱水礦床是沉積著由巖漿熱氣從地底噴出的金、銅、鋅、稀有金屬等區(qū)域。下列說法正確的是(　　) A．金不溶于任何溶液 B．銅、鋅在潮濕的空氣中均能被氧化成對應的氧化物 C．銅鋅合金的熔點低于銅或鋅的熔點 D．Cu的質子數(shù)和中子數(shù)之差為34 解析：選C。金能夠溶于王水，A項錯誤；銅在潮濕的空氣中被腐蝕生成銅綠，主要成分是Cu2(OH)2CO3，B項錯誤；合金的熔點一般比成分金屬的都低，C項正確；Cu的質子數(shù)和中子數(shù)之差為(63－29)－29＝5，D項錯誤。 7．已知酸性條件下有反應：2Cu＋===Cu2＋＋Cu。氫氣還原氧化銅實驗由于反應溫度不同，可能產(chǎn)生Cu或Cu2O，兩者都是紅色固體。某同學對某次氫氣還原氧化銅的紅色固體產(chǎn)物做了如下實驗，實驗操作和實驗現(xiàn)象列表如下： 加入試劑 稀硫酸 濃硫酸并加熱 稀硝酸 濃硝酸 實驗現(xiàn)象 紅色固體不反應 無色氣體 無色氣體、 藍色溶液 紅棕色氣體、 藍色溶液 由此推出本次氫氣還原氧化銅實驗的產(chǎn)物(　　) A．是Cu B．是Cu2O C．一定有Cu，可能有Cu2O D．一定有Cu2O，可能有Cu 解析：選A。由題目提供的信息可知Cu2O在酸性條件下發(fā)生反應生成Cu和Cu2＋，而向該紅色固體中加入稀硫酸后紅色固體不反應，故該紅色固體中不存在Cu2O，全部為Cu。 8．如圖所示的反應均是在高溫或引燃條件下進行，選項中的物質表示A和B，不合理的是(　　) A．CO2、Mg B．MgO、Al C．Fe2O3、Al D．CuO、H2 解析：選B。A項，Mg高溫下與CO2反應生成C和MgO，C、Mg與足量氧氣引燃分別能生成CO2與MgO，故A項正確；B項，Al的還原性比Mg弱，故不能置換出Mg，故B項錯誤；C項，Al與Fe2O3高溫下反應生成Al2O3與Fe，F(xiàn)e與氧氣在高溫加熱條件下生成Fe2O3，故C項正確；D項，H2還原CuO生成H2O與Cu，H2、Cu與氧氣引燃反應分別生成H2O和CuO，故D項正確。 9．某同學設計了如下實驗測量m g銅、銀合金樣品中銅的質量分數(shù)： 下列說法中不正確的是(　　) A．合金的熔點比其成分金屬低，通常比成分金屬具有更優(yōu)良的金屬特性 B．銅、銀都能與硝酸反應，收集到的V L氣體全為NO C．操作Ⅰ是過濾，操作Ⅱ是洗滌，操作Ⅲ應是烘干 D．根據(jù)反應收集到的氣體體積可以計算銅和銀的質量分數(shù) 解析：選D。實驗中過濾、洗滌、烘干得到的W g沉淀是AgCl，根據(jù)“銀”質量守恒，可確定合金中Ag的質量分數(shù)，而合金與硝酸反應生成的氣體不一定全是NO(有可能含有NO2，NO2能溶于水生成NO)，故用排水法收集的氣體體積不能用于計算Cu、Ag的質量分數(shù)。 10．CuSO4是一種重要的化工原料，有關制備途徑及性質如圖所示。下列說法錯誤的是(　　) A．途徑①所用混酸中H2SO4與HNO3物質的量之比最好為3∶2 B．相對于途徑①、③，途徑②更好地體現(xiàn)了綠色化學思想 C．生成等量的硫酸銅，三個途徑中參加反應的硫酸的物質的量：①＝②<③ D．利用途徑②制備16 g硫酸銅，被還原的硫酸的物質的量為0.1 mol 解析：選D。三種途徑制得CuSO4的原理為 ①3Cu＋3H2SO4＋2HNO3===3CuSO4＋2NO↑＋4H2O； ②2Cu＋O22CuO，CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O； ③Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。 A項，根據(jù)途徑①的總方程式可得n(H2SO4)∶n(HNO3)＝3∶2最好； B項，途徑①產(chǎn)生NO，途徑③產(chǎn)生SO2，均有污染； C項，生產(chǎn)1 mol CuSO4消耗H2SO4的量：途徑①為1 mol，途徑②為1 mol，途徑③為2 mol； D項，途徑②中H2SO4沒有發(fā)生化合價變化，不被還原。 二、非選擇題 11．冶煉金屬常用以下幾種方法： ①熱分解法?、谝曰顫娊饘貼a、Mg等作還原劑　 ③以C、CO或H2作還原劑?、茈娊夥ā、堇娩X熱反應原理還原 下列金屬各采用哪種方法還原最佳(用序號填寫下列空白)。 (1)Fe、Zn、Cu等中等活潑金屬________。 (2)Na、Mg、Al等活潑或較活潑金屬________。 (3)Hg、Ag等不活潑金屬________。 (4)V、Cr、Mn、W等高熔點金屬________。 答案：(1)③　(2)④　(3)①　(4)⑤ 12．銅器久置，表面會生成一層綠色固體，為了解銅在空氣中的腐蝕情況，某化學興趣小組收集家中銅器表面的綠色固體進行探究。 查閱相關資料后，猜想該綠色物質可能是銅的碳酸鹽。 ①對試管內(nèi)的綠色固體進行加熱，至完全分解，觀察到A裝置中綠色固體逐漸變成黑色，B裝置中無水硫酸銅變成藍色，C裝置中澄清石灰水變渾濁。 ②取少量加熱后生成的黑色固體于試管中，加入稀硫酸，觀察到黑色固體逐漸溶解，溶液變成藍色。 ③取少量上述藍色溶液于試管中，浸入一根潔凈的鐵絲，觀察到鐵絲表面有紅色物質析出。 請回答下列問題： (1)綠色固體中含有的元素是______________(填元素符號)。 (2)加熱后試管中剩余的黑色物質是________。 (3)假設該綠色物質是一種純凈物，則其化學式可能是________，加熱分解的化學方程式為________________________________________________________________________。 (4)上述實驗步驟③中反應的離子方程式為____________________________________。 (5)實驗裝置最后的干燥管的作用是_________________________________________。 (6)如果將B、C兩裝置對調(diào)，能否達到實驗目的？________，為什么？________________________________________________________________________。 解析：無水硫酸銅變藍，說明有H2O生成，澄清石灰水變渾濁，說明有CO2生成，所以綠色固體中含有H、C、O；由②可知黑色固體為CuO。 答案：(1)Cu、H、O、C　(2)CuO (3)Cu2(OH)2CO3　Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑ (4)Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋ (5)防止空氣中的CO2進入C裝置 (6)不能　對調(diào)后無法說明反應中有水生成 13．某課外研究小組，用含有較多雜質的銅粉，通過不同的化學反應精制CuO，其設計的實驗過程為 (1)雜銅經(jīng)灼燒后得到的產(chǎn)物是氧化銅及少量銅的混合物，灼燒后含有少量銅的可能原因是________。 A．灼燒過程中部分氧化銅被還原 B．灼燒不充分銅未被完全氧化 C．氧化銅在加熱過程中分解生成銅 D．該條件下銅無法被氧氣氧化 (2)由粗制氧化銅通過兩種途徑制取純凈CuO，與途徑Ⅰ相比，途徑Ⅱ有明顯的兩個優(yōu)點：_______________________________________________________________________。 (3)有同學指出，由CuSO4溶液到生成CuO少了一個環(huán)節(jié)，即應先生成Cu(OH)2沉淀，過濾洗滌后再加熱分解Cu(OH)2得CuO。以下說法不可能成為減少該環(huán)節(jié)的理由的是__________。 A．CuO比Cu(OH)2顆粒粗大，更易于過濾從溶液中分離 B．Cu(OH)2分解溫度較低，加熱其濁液即可使其分解 C．干態(tài)下分解Cu(OH)2，溫度難以控制，可能因溫度過高導致CuO進一步分解生成Cu2O D．過濾分離出的CuO不需洗滌就已非常純凈 解析：(1)灼燒后含有少量銅，其原因可能是灼燒不充分，銅未被完全氧化，也可能是灼燒過程中部分氧化銅被還原。 (2)根據(jù)途徑Ⅰ的反應方程式：Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O和途徑Ⅱ的反應方程式：2Cu＋O2＋2H2SO42CuSO4＋2H2O，可以看出途徑Ⅱ的優(yōu)點是①產(chǎn)生等量的CuSO4，比途徑Ⅰ消耗硫酸少；②途徑Ⅱ不產(chǎn)生污染大氣的SO2氣體。 (3)顯然過濾得到的不溶物不經(jīng)洗滌是不會純凈的，故D項錯誤。 答案：(1)AB　(2)耗酸少；無污染性氣體SO2產(chǎn)生　(3)D 14．(2018濰坊模擬)銅及其化合物在生產(chǎn)生活中有廣泛應用，銅在化合物中的常見化合價有＋1、＋2。已知Cu2O與稀硫酸反應，溶液呈藍色。 (1)工業(yè)上可用Cu2S＋O22Cu＋SO2反應制取粗銅，該反應中________元素被還原。 (2)將少量銅絲放入適量的稀硫酸中，溫度控制在 50 ℃，加入H2O2溶液，一段時間后，升溫到60 ℃，再反應一段時間后可制得硫酸銅，該反應的離子方程式為______________。 溫度控制在50～60 ℃的原因除了加快反應速率外，還有___________________。 在CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl溶液加熱，生成CuCl沉淀，寫出生成CuCl的離子方程式：___________________________________________________________。 (3)現(xiàn)向Cu、Cu2O和CuO組成的混合物中，加入2 L 0.6 molL－1 HNO3溶液恰好使混合物溶解，同時收集到4 480 mL NO氣體(標準狀況)。Cu2O跟稀硝酸反應的離子方程式為 ________________________________________________________________________。 若將上述混合物用足量的H2加熱還原，所得到固體的質量為__________g。若混合物中含0.2 mol Cu，將該混合物與稀硫酸充分反應，消耗H2SO4的物質的量為________mol。 解析：(1)在該反應中銅、氧元素的化合價降低，得到電子，被還原。(3)Cu2O 跟稀硝酸反應的離子方程式為3Cu2O＋2NO＋14H＋===6Cu2＋＋2NO↑＋7H2O。硝酸發(fā)生反應后氮元素的存在形式是Cu(NO3)2和NO，由2 L0.6 molL－1＝2n[Cu(NO3)2]＋ 4.480 L22.4 Lmol－1，得n[Cu(NO3)2]＝0.5 mol，n(Cu2＋)＝0.5 mol，所以若將上述混合物用足量的H2加熱還原，所得到固體的質量為0.5 mol64 gmol－1＝32 g。若混合物中含0.2 mol Cu，則根據(jù)銅原子守恒可得：2n(Cu2O)＋n(CuO)＝0.3 mol；根據(jù)得失電子守恒可得：2n(Cu)＋2n(Cu2O)＝3(4.480 L22.4 Lmol－1)，解得n(CuO)＝0.1 mol，n(Cu2O)＝0.1 mol，消耗H2SO4的物質的量為 0.1 mol＋0.1 mol＝0.2 mol。 答案：(1)銅、氧 (2)Cu＋H2O2＋2H＋Cu2＋＋2H2O　防止H2O2分解　2Cu2＋＋2Cl－＋SO＋H2O2CuCl↓＋SO＋2H＋ (3)3Cu2O＋2NO＋14H＋===6Cu2＋＋2NO↑＋7H2O　32　0.2