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2022版高考化学一轮复习 限时集训9 金属的冶炼 铝、铜及其化合物

2022版高考化学一轮复习 限时集训9 金属的冶炼 铝、铜及其化合物

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- 12 -

金属的冶炼　铝、铜及其化合物
(建议用时：40分钟)

1．《天工开物》中记载：凡铜供世用，出山与出炉只有亦铜。以炉甘石或倭铅参合，转色为黄铜，以砒霜等药制炼为白铜，矾、硝等药制炼为青铜。其中涉及的物质中熔点最高的是(　　)
A．青铜 B．黄铜 C．赤铜 D．白铜
C　[青铜(Cu—Sn合金)，黄铜(Cu—Zn合金)，赤铜为纯铜，白铜(Cu—Ni合金)，纯铜比合金铜熔点高。]
2．明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷定，毁罐取出……即倭铅也”(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭)。下列说法不正确的是(　　)
A．倭铅是指金属锌和铅的混合物
B．煤炭中起作用的主要成分是C
C．冶炼Zn的过程中发生氧化还原反应
D．该冶炼锌的方法属于热还原法
A　[A项，由题意可知，倭铅是指金属锌，不是混合物；B项，反应中C作还原剂，则煤炭中起作用的主要成分是C；C项，碳酸锌与碳在高温下反应生成锌和一氧化碳，发生氧化还原反应；D项，该反应是利用碳还原碳酸锌生成锌单质，属于热还原法。]
3．(2020·通州区模拟)向铜屑、稀盐酸和铁盐的混合溶液中持续通入空气可制备氯化铜。其反应过程如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．Fe3＋对该反应有催化作用
B．该过程中的Fe3＋可由Fe(NO3)3提供
C．可用K3[Fe(CN)6]溶液区分Fe2＋与Fe3＋
D．制备CuCl2的总反应为2Cu＋O2＋4HCl===2CuCl2＋2H2O
B　[依据题图可知，Cu与Fe3＋反应生成Fe2＋和Cu2＋，Fe2＋与O2、HCl反应生成Fe3＋与H2O，所以Fe3＋作催化剂，故A正确；Fe(NO3)3溶液为强酸弱碱盐，NO酸性环境下能够氧化Cu，本身被还原为NO，NO会引起空气污染，故B错误；K3[Fe(CN)6]溶液遇到Fe2＋反应生成蓝色沉淀，所以可以用K3[Fe(CN)6]溶液区分Fe3＋与Fe2＋，故C正确；依据题图可知，Cu与Fe3＋反应生成Fe2＋和Cu2＋，Fe2＋与O2、HCl反应生成Fe3＋和H2O，将两步反应联立得2Cu＋O2＋4HCl===2CuCl2＋2H2O，故D正确。]
4．根据如图的转化关系判断，下列说法正确的是(反应条件已略去) (　　)

A．生成等质量H2时，①和②反应消耗n(HCl)＝n(NaOH)　
B．反应③中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3
C．反应③和④消耗等量的Al时，生成的n(Cu)∶ n(Fe)＝3∶2　
D．等浓度等体积的稀HCl和NaOH溶液与足量Al反应，①②生成H2的分子数之比为3∶1
C　[A项，根据方程式可知n(HCl)＝3n(NaOH)，错误；B项，根据电子守恒，n(氧化剂)×2＝n(还原剂)×3；可知n(氧化剂)∶n(还原剂)＝3∶2，错误；D项，根据方程式可知生成H2的分子数比为1∶3，错误。]
5．工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示：

下列叙述正确的是 (　　)
A．试剂X可以是NaOH溶液，也可以是盐酸
B．反应①过滤后所得沉淀为Fe(OH)3
C．图中所有转化反应都不是氧化还原反应
D．反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3
D　[A项，试剂X不可以是盐酸；B项，过滤后所得沉淀为Fe2O3；C项，电解Al2O3生成Al是氧化还原反应。]
6．(2020·唐山质检)某学生探究0.25 mol·L－1Al2(SO4)3溶液与0.5 mol·L－1Na2CO3溶液的反应，实验如下。
实验1

实验2

下列分析不正确的是(　　)
A．实验1中，白色沉淀a是Al(OH)3
B．实验2中，白色沉淀b中含有CO
C．实验1、2中，白色沉淀成分不同与混合后溶液的pH有关
D．检验白色沉淀a、b是否洗涤干净，不可使用相同的检验试剂
D　[实验1在过量的Al2(SO4)3溶液中加入Na2CO3溶液，过滤、洗涤得到白色沉淀a，加入稀硫酸，沉淀溶解，没有气泡，说明白色沉淀a是Al(OH)3；实验2在过量的Na2CO3溶液中加入Al2(SO4)3溶液，过滤、洗涤得到白色沉淀b，加入稀硫酸，沉淀溶解并产生少量气泡，说明白色沉淀b中含有Al(OH)3和碳酸盐。由以上分析可知，A、B两项正确；实验1、2中加入试剂的顺序不同，混合后溶液的pH不同，生成的沉淀不同，说明白色沉淀的成分不同与混合后溶液的pH有关，C项正确；检验白色沉淀a、b是否洗涤干净，都可通过检验最后一次洗涤液中是否含有SO的方法，故可使用相同的检验试剂，D项错误。 ]
7．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 (　　)

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Al＋Cu2＋===Al3＋＋Cu
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 mol·L－1的盐酸和硫酸溶液反应，后者更剧烈
C　[A项，Al比Cu活泼，错误；B项，离子方程式电荷不守恒，错误；C项，比较实验1、实验2可知二者的不同之处为二者中分别含有SO、Cl－，故二者现象不同是由于二者所含阴离子种类不同，正确；D项，由C项可知SO能使反应速率变慢，故Al与盐酸反应剧烈，错误。]
8．实验室利用废弃旧电池的铜帽(Zn、Cu总含量约为99%)回收Cu并制备ZnO的部分实验过程如图所示：

下列叙述错误的是 (　　)
A．合理处理废弃旧电池的铜帽既有利于节约资源，又有利于保护环境
B．“溶解”操作中可用酸性条件下不断鼓入O2代替H2O2
C．加入锌粉反应的离子为Cu2＋
D．“过滤”操作后直接将溶液蒸发结晶、高温灼烧得到ZnO
D　[过滤后所得溶液中含有Na2SO4等溶质，蒸发结晶得到的晶体不是Zn(OH)2，是ZnSO4和Na2SO4的混合物，不能得到纯净的ZnO，D项错误。]
9．KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废易拉罐(主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题：

(1)为尽量少引入杂质，试剂①应选用 (填标号)。
a．HCl溶液　　　　　　 b．H2SO4溶液
c．氨水 d．NaOH溶液
(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为
。
(3)沉淀B的化学式为 ；将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是
。
[解析]　(1)易拉罐的主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质，试剂①的作用是将Al溶解并除去Fe、Mg杂质，HCl溶液和H2SO4溶液均可溶解Al及Fe、Mg杂质，会引入Fe2＋、Mg2＋，氨水不溶解Al；NaOH溶液可溶解Al，但不溶解Fe、Mg杂质，故d项符合。(2)选用NaOH溶液溶解易拉罐，主要发生的反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。(3)滤液A中铝元素以AlO形式存在，与溶液中HCO发生反应为AlO＋HCO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO，故沉淀B为Al(OH)3，明矾溶于水时，KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO，Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋，使溶液呈弱酸性。
[答案]　(1)d　(2)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑　(3)Al(OH)3　Al3＋水解，使溶液中H＋浓度增大
10．(2020·荆州模拟)某同学对Cu的常见化合物的性质进行实验探究，探究的问题和过程如下：
(1)为探究不同价态铜的稳定性，进行如下实验：
①将CuO粉末加热至1 000 ℃以上完全分解成红色的Cu2O粉末，该实验说明：在高温条件下，＋1价Cu比＋2价Cu更 (填“稳定”或“不稳定”)。
②向Cu2O中加适量稀硫酸，得到蓝色溶液和一种红色固体，该反应的离子方程式为 ，
由此可知，在酸性溶液中，＋1价Cu比＋2价Cu更 (填“稳定”或“不稳定”)。
③向Cu2O中加适量稀硝酸，反应的离子方程式为
。
(2)为了探究氨气能否和氢气一样还原CuO，他根据所提供的下列装置进行实验(夹持装置未画)，装置A产生氨气，按气流方向连接各仪器接口，顺序为a→ → → → → → →h。

①实验结束后，装置B中固体由黑色变为红色，装置E中收集到无色无味的气体，在空气中无颜色变化，点燃的镁条可以在其中燃烧，则B装置中发生反应的化学方程式为
。
②装置C中的球形装置的作用是 。
[答案]　(1)①稳定　②Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O　不稳定
③3Cu2O＋14H＋＋2NO===6Cu2＋＋2NO↑＋7H2O
(2)g　f　b　c　d　e(bc可互换)
①3CuO＋2NH33Cu＋N2＋3H2O　②防倒吸

11．某同学通过如下流程制备氧化亚铜：

已知：CuCl难溶于水和稀硫酸；Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
下列说法不正确的是 (　　)
A．步骤②中的SO2可用Na2SO3替换
B．步骤③中为防止CuCl被氧化，可用SO2水溶液洗涤
C．步骤④发生反应的离子方程式为2CuCl＋2OH－Cu2O＋2Cl－＋H2O
D．如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质，用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应，根据反应前、后固体质量可计算试样纯度
D　[试样用足量稀硫酸溶解后，得到的固体中有CuCl和Cu，无法计算其中Cu的质量，故无法计算试样纯度，D不正确。]
12．如图是物质间发生化学反应的颜色变化，其中物质a、b、c、d对应的物质正确的是(　　)

选项
物质a
物质b
物质c
物质d
A
Cu2(OH)2CO3
Ba(OH)2
Fe(OH)3
酚酞溶液
B
CuO
NaAlO2
Fe2O3
紫色石蕊溶液
C
CuO
BaCl2
FeO
酚酞溶液
D
Cu(OH)2
Ba(NO3)2
FeO
紫色石蕊溶液
D　[稀硫酸与Fe(OH)3反应得到的Fe2(SO4)3溶液呈黄色，稀硫酸遇酚酞溶液不变色，A、C项错误；稀硫酸与Fe2O3反应得到的Fe2(SO4)3溶液呈黄色，B项错误；稀硫酸与Cu(OH)2反应得到的CuSO4溶液呈蓝色，稀硫酸与Ba(NO3)2反应得到的BaSO4是白色沉淀，稀硫酸与FeO反应得到的FeSO4溶液呈浅绿色，稀硫酸遇紫色石蕊溶液变红，D项正确。]
13．铝鞣剂主要成分为Al(OH)2Cl，主要用于鞣制皮革。利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备铝鞣剂的一种工艺流程如图所示：

请回答下列问题：
(1)气体A、气体C的分子式为 、 。
(2)产生气体B的化学方程式为 。
(3)氧化时，发生反应的离子方程式为 。
(4)废渣的主要成分为 (填化学式)。
(5)某同学设计如下方案测定铝鞣剂样品中Al(OH)2Cl的质量分数。
操作Ⅰ：准确称取所制备的铝鞣剂样品m g放入烧杯中。
操作Ⅱ：加入 (填试剂名称)，并用玻璃棒搅拌至固体全部溶解。
操作Ⅲ：加入足量 (填化学式)溶液，充分反应，过滤、 、 ，得固体n g。则样品中Al(OH)2Cl的质量分数为 (用含m、n的代数式表示)。
[解析]　(1)铝灰的主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等，能水解的只有AlN，AlN水解生成Al(OH)3和NH3，则气体A为NH3。在“酸溶”过程中Al、Al2O3、Al(OH)3和FeO转化为Al3＋、Fe2＋；“氧化”过程中H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋；“除杂”过程中加入纯碱，则“酸溶”过程中加入的稀酸与纯碱反应可生成CO2，气体C为CO2。(2)“酸溶”过程中，Al、Al2O3、Al(OH)3和FeO与稀酸反应， 其中生成气体B的反应是Al与稀酸的反应，结合Al(OH)2Cl中含有氯元素可知，所用稀酸为稀盐酸，则生成气体B的反应是Al与HCl反应生成H2和AlCl3。(3)“酸溶”时，FeO溶于盐酸生成Fe2＋，则“氧化”过程中，在酸性条件下，Fe2＋被H2O2氧化为Fe3＋。(4)“除杂”过程中，加入纯碱，调节溶液pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3，以除去Fe3＋，故废渣的主要成分是Fe(OH)3。(5)可通过测定铝鞣剂样品中Cl－的含量测定铝鞣剂样品中Al(OH)2Cl的质量分数，加入酸溶解Al(OH)2Cl，因此操作Ⅱ应加入稀硝酸溶解铝鞣剂样品，操作Ⅲ应加入足量AgNO3溶液沉淀Cl－，充分反应后，通过过滤、洗涤、干燥得到AgCl。n[Al(OH)2Cl]＝n(Cl－)＝n(AgCl)＝，Al(OH)2Cl的质量分数为×96.5 g·mol－1÷m g×100%＝×100%。
[答案]　(1)NH3　CO2
(2)2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
(3)2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O
(4)Fe(OH)3
(5)稀硝酸　AgNO3　洗涤　干燥　×100%
14．钠离子电池由于成本低、资源丰富，成为取代锂离子电池在大规模储能领域应用的理想选择。作为钠离子电池的正极材料之一，束状碳包覆K3V2(PO4)3纳米线电极材料成为关注焦点之一。其制备工艺流程如图：

【资料】
①石煤的主要成分为V2O3，含有Al2O3、CaO、Fe2O3等杂质。
②＋5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如下表。
pH
4～6
6～8
主要离子
VO
VO
(1)K3V2(PO4)3中V的化合价为 。
(2)焙烧时，向石煤中加生石灰，将V2O3转化为Ca(VO3)2。焙烧过程中主要反应的化学方程式为
。
(3)加入的草酸晶体是过量的，其中只有的草酸为还原剂，将VO还原成VO2＋，的草酸以C2O的形式存在，此过程中反应的离子方程式为
。
(4)“氩气中煅烧”时，氩气的作用是 。
(5)某工厂利用上述工艺流程，用10 t石煤生产束状碳包覆K3V2(PO4)3纳米线0.8064 t，若整个过程中钒的总回收率为80%，则石煤中钒元素的质量分数为 。
[解析]　石煤的主要成分为V2O3，含有Al2O3、CaO、Fe2O3等杂质，在空气中焙烧，生成Ca(VO3)2，固体进行酸浸，生成Fe3＋、Al3＋、Ca2＋、VO等，加入萃取剂将含VO的物质萃取，然后进行反萃取操作将含VO的物质提纯，向所得溶液中加入沉淀剂生成NH4VO3，NH4VO3与KOH、H3PO4反应后得到棕红色透明含VO溶液，然后向溶液中加入过量草酸晶体发生氧化还原反应，将VO还原成VO2＋，然后进行干燥，将固体在氩气中煅烧制备束状碳包覆K3V2(PO4)3纳米线。
(3)只有的草酸为还原剂，草酸被氧化为CO2，并将VO还原成VO2＋，的草酸以C2O的形式存在，根据氧化还原转移电子守恒、电荷守恒以及原子守恒可知该离子反应方程式为：2H＋＋2VO＋3H2C2O4·2H2O===2VO2＋＋2C2O＋2CO2↑＋10H2O。
(5)根据V元素守恒可得
＝，ω＝2.04%。
[答案]　(1)＋3　(2)CaO＋O2＋V2O3Ca(VO3)2
(3)2H＋＋2VO＋3H2C2O4·2H2O===2VO2＋＋2C2O＋2CO2↑＋10H2O
(4)防止K2V2(PO4)3被氧化　(5)2.04%
15．铍铜是力学、化学综合性能良好的合金，广泛应用于制造高级弹性元件。以下是从某废旧铍铜元件(含BeO 25%、CuS 71%、少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的流程。

已知：铍、铝元素处于周期表中的对角线位置，化学性质相似。
(1)滤液A的主要成分除NaOH外，还有 (填化学式)，写出反应Ⅰ中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式：
。
(2)滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl，为提纯BeCl2，选择合理步骤并排序 (填字母代号)。
a．加入过量的NaOH　　 b．通入过量的CO2
c．加入过量的氨水 d．加入适量的盐酸
e．过滤 f．洗涤
(3)①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为单质硫，写出反应Ⅱ中CuS发生反应的化学方程式：
。
②若用浓硝酸溶解金属硫化物，缺点是
(任写一条)。
[解析]　(1)根据流程图以及废旧铍铜元件含有的成分，铍与铝的化学性质相似，SiO2为酸性氧化物，可知滤液A中含有的主要成分是NaOH、Na2BeO2、Na2SiO3；反应Ⅰ中含铍的化合物是Na2BeO2，Na2BeO2与过量盐酸反应的离子方程式为BeO＋4H＋===Be2＋＋2H2O。(2)提纯BeCl2，应先将BeCl2转化成沉淀Be(OH)2，Be(OH)2为两性氢氧化物，能与过量的NaOH溶液反应，不与氨水反应，即先加过量氨水，然后过滤，对沉淀进行洗涤，再加入适量的盐酸，得到BeCl2，因此顺序是cefd。(3)①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为单质硫，CuS、MnO2在硫酸的作用下发生反应的化学方程式为CuS＋MnO2＋2H2SO4===S＋MnSO4＋CuSO4＋2H2O；②用浓硝酸溶解金属硫化物，浓硝酸作氧化剂，被还原成NO2等有毒气体，对环境有污染，因此浓硝酸溶解金属硫化物的缺点是产生污染环境的气体。
[答案]　(1)Na2SiO3、Na2BeO2　BeO＋4H＋===Be2＋＋2H2O
(2)cefd
(3)①MnO2＋CuS＋2H2SO4===S＋MnSO4＋CuSO4＋2H2O　②产生污染环境的气体