高考化学一轮复习第3章金属及其重要化合物第3讲金属材料及金属矿物的开发利用集训含解析

第3讲 金属材料及金属矿物的开发利用

一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。

1．据《本草纲目》记载：“生熟铜皆有青，即是铜之精华，大者即空绿，以次空青也，铜青则是铜器上绿色者，淘洗用之。”这里的“铜青”指的是(　　)

A．CuO B．Cu2O

C．Cu D．Cu2(OH)2CO3

解析：选D。铜在空气中长时间放置，会与空气中的氧气、二氧化碳、水反应生成碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]，发生的反应为2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3，则这里的“铜青”指的是Cu2(OH)2CO3。

2．镁是一种活泼的金属单质，下列关于金属镁的说法中正确的是(　　)

A．镁能与NaOH溶液反应生成Mg(OH)2沉淀

B．大量镁条燃烧引起的火灾不能用干冰灭火器灭火

C．镁在任何条件下都不能与水反应

D．镁能在N2中燃烧，生成MgN

解析：选B。镁不是两性金属，不能与NaOH溶液反应，故A错误；镁能在CO2中燃烧，故B正确；镁能与沸水反应生成氢氧化镁和氢气，故C错误；镁能在N2中燃烧，生成Mg3N2，故D错误。

3．下列关于铝及其化合物的说法不正确的是(　　)

A．Al既可用于食品包装，也可用作建筑材料

B．Al2O3既可用来冶炼金属Al，也可用作耐火材料

C．明矾[KAl(SO4)2·12H2O]既可用作净水剂，也可用作消毒剂

D．Al(OH)3既可用作治疗胃酸过多的药物，也可用来制备一些铝盐

解析：选C。A项，金属铝具有良好的延展性，因此铝可以制成铝箔用于食品包装，金属铝也可用作建筑材料，如铝合金门窗等，正确；B项，电解熔融的Al2O3可冶炼金属Al，由于Al2O3具有耐高温的性质，也可用作耐火材料，正确；C项，明矾[KAl(SO4)2·12H2O]溶于水后，Al3＋能发生水解反应，生成的Al(OH)3胶体具有吸附作用，可用作净水剂，但Al(OH)3 并不具有消毒作用，错误；D项，Al(OH)3与胃酸中的盐酸反应生成氯化铝和水，正确。

4．中国银行发行的中国航天普通纪念币，面额为10元，直径为27毫米，材质为双色铜合金。下列关于合金的叙述不正确的是(　　)

A．铜合金和单质铜一样，具有良好的导电性、导热性和延展性

B．铜合金的硬度比单质铜大

C．铜合金的熔点比单质铜低

D．该纪念币能完全溶解于稀硫酸中

解析：选D。合金有别于其成分金属的特性是熔点低、硬度大，共性是具有金属的物理通性，化学性质没有改变，故D项错误。

5．(2021·九江质检)下列说法正确的是(　　)

A．工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气

B．钢铁厂用热还原法冶炼铁

C．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al不涉及氧化还原反应

D．MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg

解析：选B。电解NaCl溶液生成NaOH、H2和Cl2，得不到单质钠，A错误；电解熔融Al2O3发生的是氧化还原反应，C错误；工业上冶炼镁是电解熔融MgCl2而不是MgO，D错误。

6．下列通过制取硫酸铝、氢氧化铝获得氧化铝的装置和原理能达到实验目的的是(　　)

解析：选C。常温下浓硫酸能使铝钝化，得不到硫酸铝，选项A错误；过量氢氧化钠溶液与硫酸铝溶液反应生成偏铝酸钠，得不到氢氧化铝，选项B错误；氢氧化铝不溶于水，可通过过滤的方法使其与溶液分离，且过滤操作正确，选项C正确；灼烧固体用坩埚，不能用蒸发皿，选项D错误。

7．如图所示的反应均在高温或点燃条件下进行，选项中的物质表示A和B，不合理的是(　　)

A．CO2、Mg   B．MgO、Al

C．Fe3O4、Al D．CuO、H2

解析：选B。A项，Mg与CO2在点燃条件下反应生成C和MgO，C、Mg在足量氧气中燃烧分别生成CO2、MgO，故A项正确；B项，Al的还原性比Mg弱，故不能置换出Mg，故B项错误；C项，Al与Fe3O4在高温下反应生成Al2O3与Fe，Fe、Al与氧气在点燃条件下反应分别生成Fe3O4、Al2O3，故C项正确；D项，H2在高温下还原CuO生成H2O与Cu，H2、Cu在足量氧气中燃烧分别生成H2O、CuO，故D项正确。

8．(2021·深圳模拟)用CuCl2·2H2O制取无水CuCl2的实验装置如图所示，下列说法错误的是(　　)

A．通入HCl可以抑制CuCl2的水解

B．先滴入浓硫酸，再点燃c处酒精灯

C．硬质玻璃管内部右侧会出现白雾

D．装置d中上层为苯，下层为NaOH溶液

解析：选D。A项，氯化铜水解：CuCl2＋2H2OCu(OH)2＋2HCl，生成的氯化氢易挥发，通入HCl可以抑制CuCl2的水解，正确；B项，CuCl2·2H2O加热失去结晶水的过程必须在HCl的气流中进行，所以先滴入浓硫酸产生HCl气体，使硬质玻璃管中充满HCl气体后再点燃c处酒精灯，正确；C项，硬质玻璃管内部右侧有生成的水蒸气和通入的氯化氢，由于氯化氢极易溶于水，会产生白雾，正确；D项，氯化氢极易溶于水，为了防止倒吸，装置d中下层应为有机溶剂，可以是四氯化碳，上层为氢氧化钠溶液，错误。

二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。

9．通过观察化学实验现象，分析归纳出正确的结论，是学习化学科学最基本的技能之一。下列由实验现象得出的结论正确的是(　　)

解析：选D。A项，比较金属性的强弱是比较金属单质与水或酸反应产生H2的快慢程度，错误；B项，由于生成了熔点很高的氧化铝，起到隔绝空气的作用，错误；C项，产生的气体应为H2和NH3的混合气体，错误。

10．(2021·滨州高三一模)CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．途径①所用混酸中H2SO4与HNO3的物质的量之比最好为3∶2

B．利用途径③制备16 g硫酸铜，消耗硫酸的物质的量为0.1 mol

C．生成等量的硫酸铜，三个途径中参加反应的硫酸的物质的量：①＝②＝③

D．与途径①③相比，途径②更好地体现了绿色化学思想

解析：选AD。Cu与混酸反应，硝酸根离子由硝酸提供，氢离子由硝酸和硫酸提供，H2SO4与HNO3的物质的量之比最好为3∶2，故A正确；利用途径③制备16 g硫酸铜，这一过程中消耗硫酸的物质的量为0.2 mol，故B错误；三个途径中①②参加反应的硫酸的物质的量相等，而③生成SO2，消耗更多的硫酸，则①＝②<③，故C错误；途径②无污染性气体产生，更好地体现了绿色化学思想，故D正确。

11．(2021·临沂高三联考)为了探究铁、铜及其化合物的性质，某同学设计并进行了下列实验。下列说法错误的是(　　)

A．高温加热装置中发生的反应为2Fe＋3H2O(g)Fe2O3＋3H2

B．虚线框处宜选择的装置是乙

C．实验时将螺旋状铜丝加热变黑后再趁热迅速伸入试管中，可观察到铜丝由黑色变为红色

D．实验后，可用铝粉在高温下还原玻璃管中的固体获得铁单质

解析：选A。A项，高温加热装置中铁粉与水蒸气反应生成四氧化三铁与氢气，化学方程式为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2，故A错误；B项，氢气的密度比空气的密度小，虚线框处宜选择装置乙，故B正确；C项，氧化铜与氢气在加热条件下反应生成铜和水，发生反应的化学方程式为CuO＋H2Cu＋H2O，所以铜丝由黑色变为红色，故C正确；D项，玻璃管中的固体含有Fe3O4，高温下铝粉与Fe3O4发生铝热反应生成氧化铝和铁单质，故D正确。

12．下列是部分矿物资源铝土矿(主要含有氧化铝、氧化铁)和黄铜矿(主要成分是CuFeS2)的利用及产品生产流程，有关说法不正确的是(　　)

A．除杂过程中铝元素的存在形式的变化可以为Al2O3→AlO→Al(OH)3→Al2O3

B．Al和Cu(精)均在电解槽的阴极获得

C．粗铜炼制过程中发生反应2CuFeS2＋O2Cu2S＋2FeS＋SO2，每转移1.2 mol电子，则有0.2 mol硫元素被还原

D．若电解法分别制铝和铜的过程中转移电子数相等，理论上获得的铝和铜的物质的量之比为3∶2

解析：选CD。C项，根据得失电子守恒，每转移1.2 mol电子，则有0.2 mol硫元素被氧化，错误；D项，电解法制铝过程中Al～3e－，制铜过程中Cu～2e－，当转移电子数相等时，理论上获得的铝和铜的物质的量之比为2∶3，错误。

三、非选择题

13．某无色溶液中可能含有H＋、OH－、Na＋、NO，加入铝粉后，只产生H2，试探究该无色溶液中能大量存在哪几种离子。

(1)加入铝粉产生H2，说明铝具有________(填“氧化性”或“还原性”)。

(2)若H＋大量存在，则NO不能大量存在。设计实验证实如下：

①盐酸溶解Al2O3薄膜的离子方程式是________________________________________。

②根据现象Ⅱ，推测溶液中产生了NO，为进一步确认，进行如下实验：

a.浅棕色气体是____________________。

b．实验1的目的是________________________________________________________________________。

c．实验1、2说明反应生成了NO，将生成NO的离子方程式补充完整：

________Al＋________NO＋________===Al3＋＋________NO↑＋________

(3)再假设：若OH－大量存在，则NO也可能不能大量存在。重新设计实验证实如下：

为确认“刺激性气味”气体，进行如下实验：用湿润淀粉KI试纸检验，试纸未变蓝；用湿润红色石蕊试纸检验，试纸变蓝。

①刺激性气味的气体是________。

②产生该气体的离子方程式是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)在NaOH溶液中加入铝粉，结果只检验出有H2生成，其化学方程式是________________________________________________________________________。

解析：(1)加入铝粉产生H2, Al为还原剂，具有还原性。

(2)①盐酸与氧化铝反应的离子方程式为6H＋＋Al2O3===2Al3＋＋3H2O。

②液面上方呈浅棕色，一定不是氢气，应为氮的氧化物，将湿润淀粉KI试纸置于空气中，试纸未变蓝，说明KI在空气中不能被氧化，而用湿润淀粉KI试纸检验浅棕色气体，试纸变蓝，说明KI被氧化，即二氧化氮与水反应生成硝酸，硝酸再将碘离子氧化，生成碘单质。

a．由上述分析可知，浅棕色气体是NO2；

b．实验1的目的是对比实验，排除氧气使湿润的淀粉KI试纸变蓝的可能；

c．Al与H＋、NO发生反应的离子方程式为Al＋NO＋4H＋===Al3＋＋NO↑＋2H2O。

(3)①用湿润淀粉KI试纸检验，试纸未变蓝；用湿润红色石蕊试纸检验，试纸变蓝，则该气体为NH3。

②由上述分析可知，碱性条件下Al与NO发生反应的离子方程式为8Al＋3NO＋5OH－＋2H2O===3NH3↑＋8AlO。

(4)NaOH溶液中加入铝粉，反应的化学方程式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。

答案：(1)还原性　(2)①6H＋＋Al2O3===2Al3＋＋3H2O　②a.NO2　b．对比实验，排除氧气使湿润的淀粉KI试纸变蓝的可能性　c．1　1　4H＋　1　2H2O　(3)①NH3　②8Al＋3NO＋5OH－＋2H2O===3NH3↑＋8AlO

(4)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

14．铜及其化合物在生产生活中有广泛应用，铜在化合物中的常见化合价有＋1价、＋2价。已知Cu2O与稀硫酸反应，溶液呈蓝色。

(1)工业上可用Cu2S＋O22Cu＋SO2反应制取粗铜，该反应中________元素被还原。

(2)将少量铜丝放入适量的稀硫酸中，温度控制在 50 ℃，加入H2O2溶液，一段时间后，升温到60 ℃，再反应一段时间后可制得硫酸铜，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

温度控制在50～60 ℃的原因除了加快反应速率外，还有________________。在CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl溶液加热，生成CuCl沉淀，写出生成CuCl的离子方程式：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)现向Cu、Cu2O和CuO组成的混合物中，加入2 L 0.6 mol·L－1 HNO3溶液恰好使混合物溶解，同时收集到4 480 mL NO气体(标准状况)。Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

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________g。若混合物中含0.2 mol Cu，将该混合物与稀硫酸充分反应，消耗H2SO4的物质的量为________mol。

解析：(1)在该反应中铜、氧元素的化合价降低，得到电子，被还原。(3)Cu2O 跟稀硝酸反应的离子方程式为3Cu2O＋2NO＋14H＋===6Cu2＋＋2NO↑＋7H2O。硝酸发生反应后氮元素的存在形式是Cu(NO3)2和NO，由元素守恒可知2 L×0.6 mol·L－1＝2n[Cu(NO3)2]＋ 4.480 L÷22.4 L·mol－1，得n[Cu(NO3)2]＝0.5 mol，则n(Cu2＋)＝0.5 mol，所以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0.5 mol×64 g·mol－1＝32 g。若混合物中含0.2 mol Cu，则根据铜原子守恒可得：2n(Cu2O)＋n(CuO)＝0.3 mol；根据得失电子守恒可得：2n(Cu)＋2n(Cu2O)＝3×(4.480 L÷22.4 L·mol－1)，解得n(CuO)＝0.1 mol，n(Cu2O)＝0.1 mol，将该混合物与稀硫酸充分反应，消耗H2SO4的物质的量为 0.1 mol＋0.1 mol＝0.2 mol。

答案：(1)铜、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

15．已知：Mg能在NO2中燃烧，可能产物为Mg3N2、MgO和N2。Mg3N2容易与水反应。

(1)某实验小组探究Mg与NO2反应的固体产物成分，对固体产物提出三种假设：

假设Ⅰ：固体产物为MgO；

假设Ⅱ：________________________________________________________________________；

假设Ⅲ：________________________________________________________________________。

(2)该小组通过如下实验装置来验证Mg在NO2中燃烧的产物(夹持装置省略，部分仪器可重复使用)。

①实验装置连接的顺序为____________(填字母)。

②B装置中盛装的试剂可以是________ (填字母)。

a．浓硫酸　　　　　　　 b．碱石灰

c．无水CaCl2 d．五氧化二磷

③确定产物中有N2生成的实验现象为____________________。

(3)设计实验证明产物中存在Mg3N2：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)已知C装置中初始加入Mg粉的质量为13.2 g，在足量的NO2中充分燃烧，实验结束后，硬质玻璃管冷却至室温、称量，测得硬质玻璃管中剩余固体的质量为21.0 g，产生N2的体积为 1 120 mL(标准状况)。写出硬质玻璃管中发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)根据已知Mg在NO2中燃烧产物的可能性分析判断，假设Ⅰ：固体产物为MgO；假设Ⅱ：固体产物为Mg3N2；假设Ⅲ：固体产物为MgO和Mg3N2的混合物。

(2)①A装置中铜与浓硝酸反应产生二氧化氮，用B装置中干燥剂干燥后，通入C装置硬质玻璃管中与镁粉反应，用E装置中NaOH溶液除去多余的二氧化氮，最后用D装置中排水法收集氮气，为确保C装置中无水蒸气，在C装置和E装置之间应连接干燥装置，故装置的连接顺序为ABCBED；②二氧化氮不能用碱性干燥剂干燥，U形管盛装的是固体干燥剂，故B装置中盛装的试剂可以是无水氯化钙或五氧化二磷，选cd；③从C装置中导出的气体通过NaOH溶液吸收后，仍有气体将D装置中试剂瓶中的水压入烧杯中，则确定产物中有N2生成。

(3)Mg3N2能与水反应生成氨，氨是具有刺激性气味的碱性气体，所以取少量反应后的固体产物，加入水中产生有刺激性气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则证明产物中存在Mg3N2。

(4)13.2 g镁的物质的量为0.55 mol，设生成Mg3N2的物质的量为x mol，MgO的物质的量为y mol，根据镁原子守恒得①3x＋y＝0.55 mol；根据反应完后剩余固体质量得②100x＋40y＝21.0 g，联立①②解得x＝0.05，y＝0.4；氮气的物质的量为1.12 L÷22.4 L·mol－1＝0.05 mol，综上分析反应物为Mg和NO2，生成物为Mg3N2、MgO和N2，且物质的量之比为1∶8∶1，所以化学方程式为11Mg＋4NO2Mg3N2＋8MgO＋N2。

答案：(1)固体产物为Mg3N2　固体产物为MgO和Mg3N2的混合物

(2)①ABCBED　②cd　③D装置中试剂瓶中的水被气体压入烧杯中

(3)取少量C装置中反应后的固体产物，加入水中产生有刺激性气味的气体，该气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝

(4)11Mg＋4NO2Mg3N2＋8MgO＋N2