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1、第四讲 用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物一、选择题12011年日本地震，导致福岛第一核电站引发的核危机。核反应堆的第一层护罩是锆锡合金外壳，第二层护罩是压力仓，第三层护罩用最坚固的钢和混凝土制成的非常厚的球体。下列叙述错误的()A锆锡合金、钢、混凝土都属于混合物B钢的硬度和熔沸点都高于纯铁C锆锡合金和钢属于金属材料，混凝土属于传统的硅酸盐材料D在高温下，钢和水蒸气可发生反应产生氢气解析钢是铁碳合金，其硬度大于纯铁，但熔点低于纯铁。答案B2自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO4溶液，向地下深层渗透，遇到难溶的ZnS或PbS，慢慢转变为铜蓝(CuS)。下列分析正确的是 ()
2、ACuS的溶解度大于PbS的溶解度B原生铜的硫化物具有还原性，而铜蓝没有还原性CCuSO4与ZnS反应的离子方程式是Cu2S2=CuSD整个过程涉及的反应类型有氧化还原反应和复分解反应解析CuSO4与PbS反应可以生成CuS，所以CuS的溶解度小于PbS的，A错误；硫化物中硫的化合价为2，均具有还原性，B错误；ZnS难溶于水，不能写成离子形式，C错误；铜的硫化物首先被氧化成CuSO4，然后硫酸铜与ZnS、PbS发生复分解反应生成更难溶的CuS，D正确。答案D3下列叙述正确的是 ()A将CO2通入BaCl2溶液中至饱和，无沉淀产生；再通入SO2，产生沉淀B在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解；再加入C
3、u(NO3)2固体，铜粉仍不溶解C向AlCl3溶液中滴加氨水，产生白色沉淀；再加入过量NaHSO4溶液，沉淀消失D纯锌与稀硫酸反应产生氢气的速率较慢；再加入少量CuSO4固体，速率不改变解析A项，BaCO3、BaSO3都与H反应，不可能存在于强酸性环境中；B项，加Cu(NO3)2固体后会发生：3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O的离子反应，铜粉会溶解；C项，发生的反应依次为Al33NH3H2O=Al(OH)33NH，Al(OH)33H=Al33H2O；D项，ZnCu2=Zn2Cu，生成的少量Cu附着在Zn粒上，形成CuZn原电池，会加速产生H2的速率。答案C4氢化亚铜(CuH)是一难溶物质
4、，用CuSO4溶液和另一种“反应物”在40 50 时反应可生成它。CuH不稳定，易分解；CuH在氯气中能燃烧，跟盐酸反应能产生气体。下列有关推断中错误的是 ()A这里的另一种“反应物”具有还原性BCuH可作氧化剂、还原剂CCuHCl2CuClHCl(燃烧)DCuHHClCuClH2(常温)解析C项中Cl2具有强氧化性，产物应为CuCl2和HCl。答案C5以氮化硅(Si3N4)和氧化铝(Al2O3)为原料，采用常压烧结或热压工艺制备赛伦(Sialan)。赛伦的化学通式为Si6xAlxOxN8x，以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等性能为主要特征，因此，在冶金、机械、光学、医学等领域有重要应
5、用。它属于 ()A金属材料 B有机高分子材料C新型无机非金属材料 D无机高分子材料解析赛伦是Si、Al、O、N形成的化合物，不属于金属材料，A项错；由赛伦的化学式可知，其分子中氮原子数不超过8，故B、D项均错。答案C6已知酸性条件下有如下反应：2Cu=Cu2Cu。由于反应温度不同，用氢气还原氧化铜时，可能产生Cu或Cu2O，两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物作了验证，实验操作和实验现象记录如下：加入试剂稀硫酸浓硫酸、加热稀硝酸浓硝酸实验现象有红色固体剩余和溶液变为蓝色产生无色气体产生无色气体和溶液变为蓝色产生红棕色气体和溶液变为绿色由此推出本次氢气还原氧化铜实
6、验的产物是()ACu BCu2OC一定有Cu，可能有Cu2O D一定有Cu2O，可能有Cu解析此题是通过实验现象推测反应的本质。H2还原CuO生成红色固体，可能是Cu和Cu2O中的一种或两种，加入稀H2SO4溶液变蓝色和得到红色固体，证明原固体中一定含有Cu2O而Cu不能证明其有无。答案D7钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”，它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、耐腐蚀等，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是 ()A用来做保险丝B用于制造航天飞机C用来制造人造骨D用于家庭装修，做钛合金装饰门解析由于
7、钛和钛的合金密度小、可塑性好，因此可用于航天领域，B正确；由于钛和钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”，可与人体的组织相容，不引起排异反应，因此可以用来制造人造骨，C正确；由于其密度小、可塑性好、易于加工，因此可用于家庭装修，做钛合金装饰门，D正确；只有A错误，由于其熔点高，不适合做保险丝。答案A8某合金(仅含铜、铁)中铜和铁的物质的量之和为y mol，其中Cu的物质的量分数为a，将其全部投入50 mL b molL1的硝酸溶液中，加热使其充分反应(假设NO是唯一的还原产物)。下列说法正确的是 ()A若金属有剩余，在溶液中再滴入硫酸后，金属又开始溶解B若金属全部溶解，则溶液中一定含有Fe3
8、C若金属全部溶解，且产生336 mL气体(标准状况)，则b0.3D当溶液中金属离子只有Fe3、Cu2时，则a与b的关系为：b80y解析A项中铁铜合金与硝酸反应除生成NO外，还要生成相应的硝酸铁、硝酸铜等盐，即溶液中存在NO，当在其中加入H2SO4时，H和NO可继续氧化剩余的金属，A正确；B项中，因Fe3也可以氧化Cu而被还原为Fe2，因此当金属全部溶解时也可能只有Fe2、Cu2，B错；C项中，因没有告诉溶液中所含的铁离子是Fe2、Fe3，还是两者都有，故无法计算b；D项中，根据题设条件，n(Cu)ay，n(Fe)(1a)y，所以当溶液中只有Cu2和Fe3时它们对应的n(NO)2ay3(1a)y
9、(3a)y，因此根据硝酸中的N守恒，硝酸的浓度b至少应等于80y，故D错。答案A二、非选择题90.80 g CuSO45H2O样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如下图所示。请回答下列问题：(1)试确定200 时固体物质的化学式_ (要求写出推断过程)；(2)取270 所得样品，于570 灼烧得到的主要产物是黑色粉末和一种氧化性气体，该反应的化学方程式为_。把该黑色粉末溶解于稀硫酸中，经浓缩、冷却，有晶体析出，该晶体的化学式为_，其存在的最高温度是_；(3)上述氧化性气体与水反应生成一种化合物，该化合物的浓溶液与Cu在加热时发生反应的化学方程式为_；(4)在0.10 molL
10、1硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液充分搅拌，有浅蓝色氢氧化铜沉淀生成，当溶液的pH8时，c(Cu2)_molL1(KspCu(OH)22.21020)。若在0.1 molL1硫酸铜溶液中通入过量H2S气体，使Cu2完全沉淀为CuS，此时溶液中的H浓度是_molL1。解析该题考查铜及其化合物的性质及其相关化学方程式的书写。(1)由图像可知：200 时，0.80 g CuSO45H2O分解后剩余固体为0.57 g，可分析出结晶水未完全失去。由CuSO45H2OCuSO4(5n)H2OnH2O可求出n等于4。(2)由图像可看出270 时固体质量为0.51 g，经过计算分析该固体为CuSO4，当加热到1
11、02 时CuSO45H2O质量减少，说明该温度时晶体已开始分解，其存在的最高温度是102 。(4)由pH8知c(OH) molL1106 molL1，再根据KspCu(OH)22.21020c(Cu2)c2(OH)可求出c(Cu2)；H2SCuSO4=CuSH2SO4，由题给数据可求出c(H)0.2 molL1。答案(1)CuSO45H2OCuSO4(5n)H2OnH2O25018n0.80 g0.80 g0.57g0.23 gn4200 时该固体物质的化学式为CuSO4H2O(2)CuSO4CuOSO3CuSO45H2O 102 (3)2H2SO4(浓)CuCuSO4SO22H2O(4)2.
12、2108 0.210物质AG有下图所示转化关系(部分反应物、生成物没有列出)。其中A为某金属矿的主要成分，经过一系列反应可得到B和C。单质C可与E的浓溶液发生反应，G为红色沉淀。请回答下列问题：(1)写出下列物质的化学式：B_、E_、G_；(2)利用电解可提纯C物质，在该电解反应中阳极物质是_，阴极物质是_，电解质溶液是_；(3)反应的化学方程式是_。解析(1)由G为红色沉淀及F转化为G的条件可知，G为Cu2O，则C为Cu，E为浓硫酸或者硝酸，结合题中所给的信息可知，矿物A应为Cu2S，则B为SO2，D为SO3，E为浓硫酸而不是硝酸，F为CuSO4。(2)用电解法提纯金属铜的方法是将粗铜作为电
13、解池的阳极，精铜作为电解池的阴极，一般用CuSO4溶液作电解质溶液。(3)反应的化学方程式：Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O。答案(1)SO2H2SO4Cu2O(2)粗铜精铜CuSO4溶液(3)Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O11铜合金是人类使用最早的金属材料，铜在化合物中的常见化合价为1、2。已知Cu2O与稀硫酸反应，溶液呈蓝色。现向Cu、Cu2O和CuO组成的混合物中，加入1 L 0.6 molL1 HNO3溶液恰好使混合物溶解，同时收集到2 240 mL NO气体(标准状况)。请回答下列问题：(1)写出Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式_。(2)若将上述混合物用足量的H2加热还原，所得到固体的质量为_。(3)若混合物中含0.1 mol Cu，将该混合物与稀硫酸充分反应，至少消耗H2SO4
