2024年高考化学一轮复习讲练测（全国通用）第10讲 金属材料及金属矿物的开发利用（讲）-（原卷版

第10讲金属材料及金属矿物的开发利用目录第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆第三部分：典型例题剖析高频考点1考查铜及其化合物的性质和应用高频考点2考查铜及其化合物的制备高频考点3考查合金的性质及应用高频考点4考查金属矿物的开发与利用高频考点5考查以金属及其化合物化工生产为背景的工艺流程分析正文第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆知识点一 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生成铜绿的化学方程式：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3(绿色固体)。②Cu和S反应的化学方程式：2Cu＋Seq\o(=====,\s\up7(△))Cu2S。③与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=====,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O。④与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。⑤与浓硝酸反应的离子方程式：Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(－,3)===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。⑥与FeCl3溶液反应的离子方程式：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。a．与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O；b．与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。④与盐溶液反应(写离子方程式)a．与硝酸银溶液：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋；b．与FeCl3溶液：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。2．氧化铜和氧化亚铜名称氧化铜氧化亚铜颜色黑色砖红色与酸反应(H＋)CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2OCu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O与H2反应H2＋CuOCu＋H2OH2＋Cu2O2Cu＋H2O转化关系4CuOeq\o(=====,\s\up11(高温),\s\do4( ))2Cu2O＋O2↑【注意】区别红色物质Cu和Cu2O的方法：向红色物质中加入稀硫酸，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu2O，否则为Cu。反应的化学方程式为Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O。3.氢氧化铜(1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。(2)化学性质及应用：反应①的化学方程式：Cu(OH)2CuO＋H2O；反应②的离子方程式：Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。4．铜盐(1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，其受热分解的化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。(2)CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾，其受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O，蓝色晶体受热转化为白色粉末。无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验依据。(3)铜盐的毒性：铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去_生理活性__，因此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。铜盐溶液有毒，主要是因为Cu2＋作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。【特别提醒】(1)通常利用反应2Cu+O22CuO除去某些混合气体中的少量O2。(2)铜为变价金属,与Cl2反应生成CuCl2,与S反应生成Cu2S,由此可知氧化性:Cl2>S。(3)Cu与稀硫酸不反应,但在通入O2的条件下,Cu可在稀硫酸中逐渐溶解:2Cu+O2+2H2SO4==2CuSO4+2H2O。(4)无水CuSO4只能作为检验水的试剂，不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。5．铜的冶炼(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)：2CuFeS2＋4O2eq\o(=====,\s\up7(800℃))Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)2Cu2S＋3O2eq\o(======,\s\up7(1200℃))2Cu2O＋2SO22Cu2O＋Cu2Seq\o(======,\s\up7(1200℃))6Cu＋SO2↑(3)电解精炼铜：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。电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极，铜在阳极上失电子变为Cu2＋，用纯铜棒作阴极，Cu2＋在阴极上得电子生成铜。6．废铜综合利用常见化工流程知识点二 金属材料与金属矿物的开发利用1．合金(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。【特别提醒】①构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。合金一定是混合物。②常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。③合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。2．常见金属材料(1)黑色金属材料——钢铁①钢是用量最大、用途最广的合金。②钢eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(碳素钢\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(低碳钢：韧性、焊接性好，强度低,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)),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)有色金属材料——铜和铝①铝及铝合金eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(铝\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：良好的延展性和导电性,用途：制导线)),铝合金\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉,用途：主要用于建筑业、容器和包装业、交通运输业、电子行业等))))②铜及铜合金eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(铜\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：良好的导电性和导热性,用途：主要用于电器和电子工业、建筑业)),铜合金：青铜是我国使用最早的合金，常见的还有黄铜和白铜))【特别提醒】合金的组成与性质(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。合金一定是混合物。(2)常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。(3)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。3．金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中的存在(2)金属冶炼的实质金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即：Mn＋＋ne－===M(写反应通式，用M表示金属)。(3)金属冶炼的一般步骤(4)金属冶炼的方法——金属活动顺序与金属冶炼的关系①热分解法：适用于不活泼的金属，如Hg和Ag。由HgO冶炼Hg的化学方程式：2HgOeq\o(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；由Ag2O冶炼Ag的化学方程式：2Ag2Oeq\o(=====,\s\up7(△))4Ag＋O2↑。②热还原法：用还原剂(C、CO、H2、Al等)还原金属氧化物，适合较活泼的金属。a．CO还原Fe3O4：Fe3O4＋4COeq\o(=====,\s\up7(高温))3Fe＋4CO2；b．C还原ZnO：ZnO＋Ceq\o(=====,\s\up7(高温))Zn＋CO↑；c．H2还原WO3：WO3＋3H2eq\o(=====,\s\up7(高温))W＋3H2O。【注意】在高炉炼铁中，加入的还原剂是焦炭，但反应中真正作还原剂的是CO。③电解法：适合冶炼金属活动性很强的金属(一般指在金属活动性顺序中排在锌前面的金属)。工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为2NaCl(熔融)eq\o(=====,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑、MgCl2(熔融)eq\o(=====,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑、2Al2O3eq\o(=====,\s\up7(通电),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑。(5)铝热反应实验原理Al和某些金属氧化物在高温下进行,反应迅速并放出大量的热,新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离实验装置实验现象①镁带剧烈燃烧，放出一定的热，并发出耀眼的白光，氧化铁和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中实验结论高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，反应的化学方程式为2Al＋Fe2O3eq\o(=====,\s\up11(高温),\s\do4( ))2Fe＋Al2O3原理应用①制取熔点较高、活泼性弱于Al的金属铬、锰、钨等；②金属焊接，如野外焊接钢轨等【特别提醒】铝热反应的三个注意事项①铝热反应是在高温干态下进行的置换反应，铝只能与金属活动性顺序中排在铝之后的金属的氧化物反应。②铝热反应会放出大量的热(这一特性常出现在推断题中)。Mg条、KClO3的作用是产生高温，引发铝热反应。③铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。知识点三镁 海水提镁1．镁的存在自然界中的镁主要以化合态的形式存在于地壳和海水中，海水中镁的总储量约为1.8×1015t。2．镁的性质分别写出镁与①O2、②N2、③Cl2、④H＋、⑤NH4Cl溶液反应的化学方程式，是离子反应的写离子方程式：①2Mg＋O2eq\o(=====,\s\up7(点燃))2MgO；②3Mg＋N2eq\o(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2；③Mg＋Cl2eq\o(=====,\s\up7(点燃))MgCl2；④Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑；⑤Mg＋2NHeq\o\al(＋,4)===Mg2＋＋2NH3↑＋H2↑。3．镁的提取(1)从海水中提取镁的流程(2)主要化学反应①制石灰乳：CaCO3eq\o(=====,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2；②沉淀Mg2＋：Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋Ca2＋；③制备MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O、MgCl2·6H2Oeq\o(=====,\s\up7(HCl),\s\do5(△))MgCl2＋6H2O；④电解MgCl2：MgCl2(熔融)eq\o(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑。4．镁的重要化合物氧化镁碱性氧化物MgO＋2H＋===Mg2＋＋H2O氢氧化镁中强碱Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O难溶于水Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓溶解度小于碳酸镁MgCO3＋H2Oeq\o(=====,\s\up7(△))Mg(OH)2＋CO2↑热稳定性Mg(OH)2eq\o(=====,\s\up7(△))MgO＋H2O氯化镁用于冶炼金属镁MgCl2(熔融)eq\o(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑知识点四工艺流程题的解读1．工艺流程题过程解读(1)读流程图①箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出