1、练案 8 第三章金属及其化合物 第 8 讲用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物 A 组基础必做题(40 分) 一、选择题(本题包括 4 小题，每题 4 分，共 16 分) 1(2021湖北武汉模拟)某研究小组通过实验探究 Cu 及其化合物的性质，下列操作正 确且能达到目的的是(D) A将铜丝插入浓硫酸中加热，反应后把水加入反应器中，观察硫酸铜溶液的颜色 B常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察 CuCl2的生成 C将 CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水 CuCl2固体 D将表面有铜绿Cu2(OH)2CO3的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿 解析反应后，应将反应后液体倒入盛水的烧杯中，并不
2、断搅拌，A 错误；应将铜丝 加热到红热后伸入盛满氯气的集气瓶中，B 错误；CuCl2水解生成的 HCl 易挥发，加热蒸干 CuCl2溶液得不到无水 CuCl2固体，C 错误；铜绿与盐酸反应后可以除去，D 正确。 2(2021吉林长春联考)从铝热法冶炼金属铬的废渣(含 Al2O3和 Cr2O3等)中回收铬和铝 的工艺流程如图： 下列说法错误的是(D) A合理处理废渣有利于保护环境和资源再利用 B滤渣 2 主要成分为 Al(OH)3并可能含少量 NaHCO3 C滤液 3 中含 Na2SO4、(NH4)2SO4及 Na2CO3等 D流程中发生氧化还原反应的步骤有 解析本题考查从铝热法冶炼金属铬的废渣
3、中回收铬和铝的工艺流程分析。铬、铝是 重要的金属资源，铬是重金属，会造成环境污染，合理处理废渣有利于保护环境和资源再利 用，A 正确；根据得到含 CrO 2 4等的滤液和滤渣 2，结合流程通入过量 CO2，则发生反应 AlO 2CO22H2O=Al(OH)3HCO 3，NaHCO3溶解度较小，则滤渣 2 中主要成分是 Al(OH)3和少量的 NaHCO3，B 正确；CrO 2 4中 Cr 显6 价，Cr2O3中 Cr 显3 价，过程 发生氧化还原反应，CrO 2 4作氧化剂，被还原成 Cr3 ，S2O2 3被氧化成 SO2 4，用浓氨水沉铬 时，Cr2(SO4)3与 NH3H2O 反应生成 C
4、r(OH)3，同时生成(NH4)2SO4，Cr(OH)3经热分解生成 Cr2O3，根据 B 项分析，含 CrO 2 4等的滤液中还含有 NaHCO3，NaHCO3与氨水反应转化为 Na2CO3，C 正确；步骤中 Cr2O3转化为 CrO2 4，Cr 的化合价由3 价变为6 价，存在化 合价变化， 属于氧化还原反应， 步骤没有元素化合价变化， 步骤存在元素化合价的变化， 属于氧化还原反应，D 错误。 3(2021江西九江模拟)下列有关金属及其化合物的说法中，正确的个数为(A) 在人类对金属材料的使用过程中，性质活泼的金属单质最早被人们冶炼和使用 纯铁比生铁抗腐蚀性更强 单质铝在空气中比较耐腐蚀，
5、所以铝是不活泼金属 向紫色石蕊试液中加入过量的 Na2O2粉末，振荡，溶液变为蓝色并有气泡产生 青铜、不锈钢、硬铝都是合金 可通过焰色反应区分钾元素和钠元素 将 FeCl3溶液滴入 KI 淀粉溶液中，溶液变蓝色 铝粉和氧化镁粉末混合，高温能发生铝热反应 A4B5 C6D7 解析在人类对金属材料的使用过程中，性质不活泼的金属单质最早被人们冶炼和使 用，错误；铝是活泼金属，错误；向紫色石蕊试液中加入过量的 Na2O2粉末，振荡，溶 液先变为蓝色后褪色，并有气泡产生，错误；铝粉和氧化镁粉末混合，镁比铝活泼，不能 发生铝热反应，错误。 4(2021经典习题选萃)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源
6、汽车的动力电池之一。采用 湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下： 下列叙述错误的是(D) A合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用 B从“正极片”中可回收的金属元素有 Al、Fe、Li C“沉淀”反应的金属离子为 Fe3 D上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠 解析由于废旧电池中含有重金属离子等物质，所以合理处理废旧电池有利于保护环 境和资源再利用，A 正确；根据流程可知，正极片中的金属元素主要有 Al、Fe、Li 三种， 所以从“正极片”中可回收的金属元素有 Al、Fe、Li，B 正确；由于含磷酸亚铁锂滤渣被 混酸溶解，而混酸具有强氧化性，所以溶解后铁元素以 Fe3 的
7、形式存在，故“沉淀”反应 的金属离子为 Fe3 ，C 正确；由于硫酸锂是可溶性盐，所以用硫酸钠代替碳酸钠无法沉淀锂 离子，D 错误。 二、非选择题(本题包括 2 小题，共 24 分) 5(2021江西南昌模拟)为了确定一批合金废料的成分并加以回收利用，某同学拟定了 以下实验方案： (已知 Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2) 请回答下列问题： (1)从上述信息可确定该合金中一定含有 Fe 和Cu(填化学式)。 (2)“试剂 a”是一种不引入杂质的绿色氧化剂，该氧化剂的化学式为H2O2；滤渣 D 与稀硫酸和试剂 a 总反应的化学方程式为CuH2O2H2SO4=CuSO42H2O。 (3)
8、若反应产生的气体是 H2，则验证滤液 A 只含 NaAlO2不含 Na2SiO3的方法是：取 少量滤液 A 于试管中，逐滴滴加稀盐酸(或稀硫酸)至过量，先产生白色沉淀，然后沉淀完 全溶解；如果滤液 A 只含 NaAlO2而不含 Na2SiO3，则反应的离子方程式为2Al2OH 2H2O=2AlO 23H2。 解析(1)最终生成胆矾，一定含有铜。 (2)H2O2是绿色氧化剂；H2O2在酸性条件下，氧化铜的方程式为 CuH2O2 H2SO4=CuSO42H2O。 (3)如果含有 Na2SiO3， 则 Na2SiO3与酸反应生成 H2SiO3沉淀， 此沉淀不与过量的酸反应， 所以最终白色沉淀不消失。
9、 6(2021福建三明高三检测)铜是一种重要的金属元素，其单质、合金和化合物具有广 泛的用途。黄铜色如黄金，成分为铜锌合金。某学校化学学习小组的同学在实验室中对黄铜 与浓硫酸的反应进行了下面的探究。 (1)写出 Cu 与浓硫酸反应生成 SO2的化学方程式： Cu2H2SO4(浓)= CuSO4SO22H2O。 (2)黄铜与浓硫酸反应可选用下列装置中的乙、丁。 (3)同学甲采用下列装置验证产生的混合气体中含有 H2。 装置装置中的试剂装置作用实验现象 ANaOH 浓溶液.除去 SO2 B品红溶液.检验 SO2是否除尽 C.浓硫酸干燥作用 DCuO.黑色固体变为红色 E无水 CuSO4.白色固体变
10、为蓝色 F碱石灰 .防止空气中的水蒸气 对实验结果造成影响 .黄铜与浓硫酸反应生成的混合气体中含有 H2的原因是随着反应的进行，浓硫酸变 为稀硫酸，黄铜中的 Zn 与稀硫酸反应生成 H2。 解析(1)在加热的条件下，Cu 与浓硫酸发生氧化还原反应生成 CuSO4、SO2、H2O。 (2)浓硫酸与黄铜的反应中，浓硫酸为液体，实验室中用试管作反应器，加热液体时， 一般试管口略向上倾斜，故可采用装置乙；装置丁也可采用。 (3)因实验的目的是检验 H2的存在，故需要除去混合气体中的 SO2，故在装置 A 中盛 NaOH 浓溶液以除去 SO2，用品红溶液检验 SO2是否除尽；装置 C 中盛浓硫酸，除去
11、H2中 的水蒸气；装置 D 中干燥的 H2与 CuO 在加热条件下反应生成 Cu；无水硫酸铜可检验生成 的水蒸气。 B 组能力提升题(60 分) 一、选择题(本题包括 4 小题，每题 6 分，共 24 分) 1(2021江西九江调研)某同学利用下列实验探究金属铝与铜盐溶液的反应： 下列说法正确的是(C) A由实验 1 可以得出结论：金属铝的活泼性弱于金属铜 B实验 2 中生成红色物质的离子方程式为 AlCu2 =Al3Cu C溶液中阴离子种类不同是导致实验 1、2 出现不同现象的原因 D由上述实验可推知：用砂纸打磨后的铝片分别与 H 浓度均为 0.2 molL1的盐酸和 硫酸反应，后者更剧烈
12、解析A 项，金属铝的活泼性强于铜；B 项，电荷不守恒，正确的离子方程式为：3Cu2 2Al=3Cu2Al3；C 项，对比实验 1,2 可知，产生不同现象的原因是溶液中的阴离子 不同；D 项，由实验知，Cl 可以加快 Al 的反应，所以用砂纸打磨后的铝片与盐酸反应更剧 烈，故正确选项为 C。 2(2021河北衡水高三联考)以铜银合金(含少量铁)废料为原料回收银和铜的工艺流程 如下： 下列说法正确的是(D) A粗铜溶于过量稀硝酸，过滤、低温干燥得纯铜 B电解时用粗银作阴极，硝酸银溶液为电解质溶液 C用稀硫酸处理渣料时主要发生了氧化还原反应 D从滤液 B 中可以提取绿矾(FeSO47H2O) 解析由
13、流程可知，粗铜中含有少量铁，铁和铜都能溶于过量的稀硝酸中，过滤后低 温干燥得不到纯铜，选项 A 错误；电解时，粗银作阳极，纯银作阴极，选项 B 错误；渣料 的主要成分为氧化铜，还含有少量的氧化铁，两种金属氧化物均能与稀硫酸反应，元素化合 价均没有发生变化，没有发生氧化还原反应，选项 C 错误；滤液 B 中的溶质是硫酸亚铁， 采用蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥等操作，可得到绿矾，选项 D 正确。 3(2021山东六地市联考)下列物质的转化在给定条件下能实现的是(C) Al2O3 NaOHaq NaAlO2(aq) CO2 Al(OH)3 S O2/点燃 SO3 H2O H2SO4 饱和 N
14、aCl(aq) NH3，CO2NaHCO 3 Na2CO3 Fe2O3 HClaq FeCl3(aq) 无水 FeCl3 MgCl2(aq) 石灰乳 Mg(OH)2 煅烧 MgO AB CD 解析本题以物质之间的转化为载体，综合考查了元素及其化合物的性质，体现了基 础性、综合性的考查要求。Al2O3为两性氧化物，与 NaOH 反应生成 NaAlO2，向 NaAlO2 溶液中通入 CO2，发生反应：AlO 2CO22H2O=Al(OH)3HCO 3，故能够实现； S 与 O2反应生成 SO2，不能直接生成 SO3，故不能实现；相同温度下 NaHCO3溶解度小 于 Na2CO3，则 NaClNH3
15、CO2H2O=NaHCO3NH4Cl，碳酸氢钠不稳定，受热易分 解成 Na2CO3，故能够实现；FeCl3属于强酸弱碱盐，Fe3 可发生水解，加热 FeCl3溶液 得不到无水 FeCl3，需要在氯化氢的氛围中加热才能得到无水 FeCl3，故不能实现； Mg(OH)2比 Ca(OH)2更 难 溶 ， MgCl2溶 液 中 加 入 石 灰 乳 ， 发 生 反 应 ： MgCl2 Ca(OH)2=Mg(OH)2CaCl2，Mg(OH)2受热分解成 MgO，故能够实现。综上所述，能够 实现的是，故选项 C 正确。 点拨侯氏制碱法中为什么会生成 NaHCO3沉淀？ 侯氏制碱法是依据离子反应发生的原理进行
16、的， 离子反应会向着离子浓度减小的方向进 行(实质为勒夏特列原理)。制备纯碱(Na2CO3)时，利用 NaHCO3在溶液中溶解度较小先制得 NaHCO3，再利用碳酸氢钠的不稳定性分解得到纯碱。要制得碳酸氢钠就要有大量 Na 和 HCO 3，所以在饱和食盐水中通入氨气，形成饱和氨盐水，再向其中通入二氧化碳，在溶液 中就有了大量的钠离子、铵根离子、氯离子和碳酸氢根离子，这其中 NaHCO3溶解度最小， 所以析出。 4(2021河南郑州第一次质量预测)某学习小组在实验室中用废易拉罐(主要成分为 Al， 含有少量的 Fe、Mg 杂质)制备明矾KAl(SO4)212H2O的过程如图所示。 易拉罐 试剂
17、微热，过滤 滤液 A NH4HCO3溶液 沉淀 B 稀 H2SO4 K2SO4 溶液 C 明矾 下列说法正确的是(C) A为尽量少引入杂质，试剂应选用氨水 B滤液 A 中加入 NH4HCO3溶液产生 CO2 C沉淀 B 的成分为 Al(OH)3 D将溶液 C 蒸干得到纯净的明矾 解析本题以工艺流程的形式考查物质的制备，考查的核心素养是证据推理与模型认 知。因 Fe、Mg、Al 均不与氨水反应，故试剂不能为氨水，A 项错误；滤液 A 的主要成 分为 AlO 2，加入 NH4HCO3溶液后，NH 4和 HCO 3均能与 AlO 2反应生成 Al(OH)3：NH 4 AlO 2H2O=NH3Al(O
18、H)3、HCO 3AlO 2H2O=Al(OH)3CO2 3，则滤液 A 中 加入 NH4HCO3溶液不能产生 CO2，B 项错误；沉淀 B 为 Al(OH)3，C 项正确；溶液 C 经蒸 发浓缩、冷却结晶、过滤即可分离出明矾，D 项错误。 二、非选择题(本题包括 2 小题，共 36 分) 5(2021湖北荆州模拟)铜及其化合物在工农业生产领域有着重要的用途，氯化铜、氯 化亚铜经常用作催化剂。其中 CuCl 广泛应用于化工和印染等行业。 【查阅资料】 ()氯化铜： 从水溶液中结晶时， 在 15 以下得到四水物， 在 1525.7 得到三水物，在 2642 得到二水物，在 42 以上得到一水物，
19、在 100 得到无水物。 () (1)实验室用如图所示的实验仪器及药品制备纯净、干燥的氯气并与铜反应(铁架台、铁 夹略)制备氯化铜。 按气流方向连接各仪器接口的顺序是 ad、eh、if、g b。 本套装置有两个仪器需要加热，加热的顺序为先A后D。 (2)印刷电路板是由高分子材料和铜箔复合而成，刻制印刷电路板时，要用 FeCl3溶液作 为“腐蚀液”，写出该反应的化学方程式：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2。 (3)现欲从(2)所得溶液获得纯净的 CuCl22H2O，进行如下操作： 首先向溶液中加入 H2O2溶液然后再加试剂 X 用于调节 pH，过滤，除去杂质，X 可 选用下列试剂中的c(
20、填序号)。 aNaOHbNH3H2OcCuOdCuSO4 要获得纯净 CuCl22H2O 晶体的操作步骤：向所得滤液中加少量盐酸，蒸发浓缩、 冷却到 2642 结晶、过滤、洗涤、干燥。 (4)用 CuCl22H2O 为原料制备 CuCl 时，发现其中含有少量的 CuCl2或 CuO 杂质，若杂 质是 CuCl2，则产生的原因是加热温度低(或加热时间不够)。 (5)设计简单的实验验证 0.1 molL 1 的 CuCl2溶液中的 Cu2 对 H2O2 的分解具有催化作 用： 取两支试管， 加入等体积、 等浓度的过氧化氢溶液， 一支加入几滴 0.1 molL 1的 CuCl2 溶液，另一支加入几滴
21、 0.2 molL 1的 NaCl 溶液，滴加氯化铜溶液的试管产生气泡的速率快 (其他合理答案也可)。 解析(1)用装置 A 制备 Cl2，制得的 Cl2中混有 HCl、H2O(g)，所以将气体先通过 盛饱和食盐水的装置 C 除去 HCl，再通过盛浓硫酸的装置 E 干燥 Cl2，用纯净、干燥的 Cl2 与 Cu 反应制备 CuCl2；由于 Cl2会污染大气，最后用盛放 NaOH 溶液的装置 B 吸收尾气； 同时注意洗气时导气管应长进短出； 按气流方向连接各仪器接口的顺序是： ad、 eh、 if、 gb。实验室用 MnO2和浓盐酸加热制 Cl2，Cu 与 Cl2加热反应制备 CuCl2，则装置
22、 A 和 装置 D 需要加热；为了防止 Cu 与空气中的 O2反应生成 CuO，所以实验时必须先加热装置 A 产生 Cl2，用生成的 Cl2赶尽装置中的空气后再加热装置 D。 (2)Cu 与 FeCl3溶液反应生成 CuCl2和 FeCl2。 (3)向(2)所得溶液中加入 H2O2溶液将 Fe2 氧化成 Fe3，加入试剂 X 调节 pH 除去 Fe3 。a 项，加入 NaOH 可调节 pH 除去 Fe3，但引入新杂质 Na；b 项，加入 NH3H2O 可调 节 pH 除去 Fe3 ，但引入新杂质 NH 4；c 项，加入 CuO 可调节 pH 除去 Fe3 ，且不引入新杂 质；d 项，加入 Cu
23、SO4不能除去 Fe3 。根据题给资料()要获得 CuCl22H2O 需控制温度 在 2642 。 (4)根据资料()，CuCl22H2O 在 HCl 气流中加热到 140 失去结晶水生成 CuCl2，继 续加热到温度大于 300 时生成 CuCl 和 Cl2，若发现 CuCl 中含有杂质 CuCl2，产生的原因 是加热温度低或加热时间不够。 (5)要证明0.1 molL 1 CuCl2溶液中的Cu2 对H2O2的分解具有催化作用可采用控制变量 法，控制 H2O2溶液等浓度、等体积，两溶液中 Cl 浓度相同。 6(2021北京朝阳区模拟)钨是我国的丰产元素，是熔点最高的金属，广泛用于拉制灯 泡
24、的灯丝，钨在自然界主要以钨(W)酸盐的形式存在。有开采价值的钨矿石之一白钨矿的主 要成分是 CaWO4，含有二氧化硅、氧化铁等杂质，工业冶炼钨的流程如下： 已知： 钨酸酸性很弱，难溶于水 离子完全沉淀的 pH：SiO 2 3为 8，WO 2 4为 5 碳和金属钨在高温下会反应生成碳化钨 (1)根据铝热反应的原理可以用 WO3制取钨，化学方程式为WO32Al= 高温 W Al2O3。 (2)CaWO4与纯碱发生的化学反应方程式为 CaWO4Na2CO3= 1 000 Na 2WO4CaOCO2。 (3)滤渣 B 的主要成分是H2SiO3(写化学式)。调节 pH 可选用的试剂是C(填字母 序号)。 A氨水B氢氧化钠溶液 C盐酸D碳酸钠溶液 (4)母液中加入盐酸的离子方程式为WO2 42H =H2WO4 。检验沉淀 C 是否洗 涤干净的操作是取最后一次的洗涤液少量于试管中，滴入 12 滴稀硝酸，再滴加 12 滴 AgNO3溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净，若出现白色沉淀则表明沉 淀未洗涤干净。 (5)为了获得可以拉制灯丝的高纯度金属钨，不宜用碳而必须用氢气作还原剂的原因是 若用碳作还原剂， 混杂在金属中的碳不易除去， 而且碳会在高温下和金属钨反应形成碳化钨， 不容易获得纯的金属钨，用氢气作还原剂可避免产生以上问题。
