第九讲 铜及其化合物 金属材料
(时间：45分钟 满分：100分)
考 点
题 号
金属材料 复合材料
1、2、3、4、8、10
铜及其化合物性质
5、6、7、9、11
一、选择题(本题共7个小题，每题6分，共42分，每个小题只有一个选项符合题意)
1．(2013·山东青岛测试)所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔融状态下形成的一种熔合物。根据下列四种金属的熔、沸点，判断其中不能形成合金的是 ( )。
Na
Cu
Al
Fe
熔点/℃
97.5
1 083
660
1 535
沸点/℃
883
2 595
2 200
3 000
A．Cu和Al B．Fe和Cu
C．Fe和Na D．Al和Na
解析 分析数据得出，铁的熔点(1 535 ℃)高于Na的沸点(883 ℃)，无法制得合金。
答案 C
2．合金比纯金属制成的金属材料的优点是 ( )。
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大 ②一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低 ③改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有不同性能的合金 ④合金比纯金属的导电性更强 ⑤合金比纯金属的应用范围更广泛
A．①②③⑤ B．②③④
C．①②④ D．①②④⑤
解析 合金的机械性能比各成分金属的大，故①正确；根据教材知识，②③是正确的；合金的电阻率比纯金属要大，故④是错误的；合金由于性能好而应用更广泛，⑤是正确的。
答案 A
3．(2013·内江调研)氢化亚铜(CuH)是一难溶物质，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
B．CuH可作氧化剂、还原剂
C．CuH＋Cl2===CuCl＋HCl(燃烧)
D．CuH＋HCl===CuCl＋H2↑(常温)
解析 C项中Cl2具有强氧化性，产物应为CuCl2和HCl。
答案 C
4．(2013·云南曲靖二模)部分氧化的Fe-Cu合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共5.76 g，经如下处理：
下列说法正确的是 ( )。
A．滤液A中的阳离子为Fe2＋、Fe3＋、H＋
B．样品中Fe元素的质量为2.24 g
C．样品中CuO的质量为4.0 g
D．V＝896 mL
解析 根据题意，3.2 g滤渣一定是铜，而铜与Fe3＋不共存，则A项错误；最后的3.2 g固体为Fe2O3，其中Fe元素的质量为2.24 g，B正确；样品中Cu元素和O元素共5.76 g－2.24 g＝3.52 g，则C项错误；2.24 g Fe元素不可能全是单质，故生成的氢气的体积小于896 mL，D错误。
答案 B
5．(2013·黑龙江质检)硝酸铜是一种重要的工业产品，化学上有很多方法可以制取硝酸铜：①将铜溶于硝酸中、②先将铜与O2反应生成CuO，再溶于硝酸中、③将铜溶于N2O4的乙酸乙酯(溶剂，不参加反应)溶液中生成硝酸铜和一氧化氮。下列认识或判断错误的是 ( )。
A．方法③是最经济和环保的
B．方法①中，若从经济和环保的角度考虑，用稀硝酸比用浓硝酸好
C．方法②需要消耗能源，对环境不产生污染
D．方法③中N2O4既是氧化剂又是还原剂
解析 ①、③都生成污染性气体，②不生成污染性气体且HNO3全部转化为Cu(NO3)2。
答案 A
6．(2012·泉州五校质检)为了比较铁和铜金属活动性强弱，某研究小组的同学设计了如下一些方案，并将实验结果记录如下：
方案
现象或产物
①将铁片置于CuSO4溶液中
铁片上有亮红色物质析出
②将铁丝和铜丝分别在氯气中燃烧
产物分别为FeCl3和CuCl2
③将铁片和铜片分别放入热浓硫酸中
产物分别为Fe2(SO4)3和CuSO4
④将铁片和铜片分别置于稀硫酸溶液中
铁片上有气泡，铜片上不产生气泡
⑤将铁片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接
铁片溶解，铜片上有气泡产生
能根据以上各种现象或产物证明铁的金属活动性比铜强的方案一共有
( )。
A．2种 B．3种
C．4种 D．5种
解析 ①铁能置换出铜，证明铁比铜活泼；②不能证明；③不能证明；④铁能置换出稀硫酸中的氢，铜不能，证明铁比铜活泼；⑤铁与铜形成原电池，铁作负极，铜作正极，证明铁比铜活泼，共有3种方案，选项B正确。
答案 B
7．(2013·宜宾调研)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 mol·L－1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＋
C．若金属全部溶解，且产生336 mL气体(标准状况)，则b＝0.3
D．当溶液中金属离子只有Fe3＋、Cu2＋时，则a与b的关系为：b<80y
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＋还是Fe3＋，或两者都有，故无法计算b；D项中，根据题设条件，n(Cu)＝ay，n(Fe)＝(1－a)y，所以当溶液中只有Cu2＋和Fe3＋时它们对应的n(NO)＝2ay＋3(1－a)y＝(3－a)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(本题共4个小题，共58分)
8．(9分)美国航天飞机“哥伦比亚号”爆炸，是震惊世界的航天惨案。专家推测“哥伦比亚”航天飞机的失事原因之一是覆盖在航天飞机外层的一片微不足道的隔热瓦脱离，引起飞机外表金属温度迅速升高而熔化解体。
(1)其中照片显示，在“哥伦比亚号”机翼下方有几片小瓷片脱落，引起了科学家的注意，这是一种覆盖在航天飞机表面的特殊的陶瓷片，其主要作用是__________________________________________________________。
A．增加航天飞机的强度，防止流星和太空垃圾撞击而损坏航天飞机
B．将太阳能转化为电能供航天飞机使用
C．便于雷达跟踪，接受地面指挥中心的指令
D．在返回大气层时，陶瓷耐高温隔热，有效地保护航天飞机平安返回地面
(2)隔热瓦是一种金属陶瓷，金属陶瓷是由陶瓷和黏结金属组成的非匀质的复合材料。陶瓷主要是Al2O3、ZrO2等耐高温氧化物，黏结金属主要是Cr、Mo、W、Ti等高熔点金属。下列关于复合材料的说法不正确的是________。
A．由两种或两种以上金属(或金属与非金属)熔合而成的物质叫复合材料
B．复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在综合性能上超过了单一材料
C．玻璃钢是以玻璃纤维和树脂组成的复合材料，它可做船体、汽车车身等，也可做印刷电路板
D．复合材料的熔、沸点一般比它的各组成成分的熔、沸点低
(3)将陶瓷和黏结金属研磨，混合均匀，成型后在不活泼气氛中烧结，就可制得金属陶瓷。金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点，其密度小、硬度高、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂。实验室有一金属陶瓷制成的容器，可用来盛放下列哪些物质________。
A．NaOH溶液 B．KNO3溶液
C．氢氟酸 D．盐酸
解析 (1)从题干信息看出，特殊陶瓷片的主要作用是隔热、防止机体与空气摩擦产生高温而熔化。故D正确。(2)复合材料是由基体和增强体组合而成。A项叙述的物质是合金而不是复合材料。复合材料一般具有各成分的性质，又比各成分的性能优良，强度高、密度小、耐高温、耐腐蚀等。故A、D错。(3)金属陶瓷具有金属的性质和硅酸盐的性质，所以不能用来盛放酸性或碱性物质。
答案 (1)D (2)A、D (3)B
9．(15分)(2012·山东理综，28)工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下：
(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的________吸收。
a．浓H2SO4 b．稀HNO3
c．NaOH溶液 d．氨水
(2)用稀H2SO4浸泡熔渣B，取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈红色，说明溶液中存在__________(填离子符号)，检验溶液中还存在Fe2＋的方法是__________(注明试剂、现象)。
(3)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为________________________________________________________________________。
(4)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是________________________________________________________________________。
a．电能全部转化为化学能
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．溶液中Cu2＋向阳极移动
d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
(5)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应为________。
解析 (1)冰铜(mCu2S·nFeS)加入石英砂并通入空气焙烧生成泡铜(Cu2O、Cu)、熔渣和SO2气体(A)。SO2是一种酸性氧化物，可用NaOH溶液或氨水吸收。(2)溶液中滴加KSCN溶液呈红色，说明含有Fe3＋。可利用Fe2＋的还原性来检验溶液中其是否存在，加入酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液褪色，说明还存在Fe2＋。(3)Al具有较强还原性，高温下与Cu2O反应可制得Cu：2Al＋3Cu2OAl2O3＋6Cu。(4)以CuSO4溶液为电解质溶液电解精炼铜时，粗铜作阳极(发生氧化反应)，精铜作阴极(Cu2＋发生还原反应)，较活泼金属(Al、Zn、Cu)在阳极被氧化，不活泼金属(Au、Pt、Ag)在阳极附近沉积，形成阳极泥，电解质溶液中Cu2＋向阴极移动。电解过程中，电能转化为化学能和热能。(5)据电池反应可知，Cu作负极，电极反应为2Cu－4e－===2Cu2＋，则正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
答案 (1)cd (2)Fe3＋ 取少量溶液，滴加KMnO4溶液，KMnO4褪色 (3)3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu
(4)bd (5)4H＋＋O2＋4e－===2H2O
10．(17分)(2013·原创)随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金的维生素”。为回收利用含钒催化剂(含有V2O15、VOSO4及不溶性残渣)，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，回收率达91.7%以上。部分含钒物质在水中的溶解性如表所示：
物质
VOSO4
V2O15
NH4VO3
(VO2)2SO4
溶解性
可溶
难溶
难溶
易溶
该工艺的主要流程如下。
请回答下列问题：
(1)请写出加入Na2SO3溶液发生反应的离子方程式
________________________________________________________________________。
(2)催化氧化所使用的催化剂钒触媒(V2O15)能加快二氧化硫的氧化速率，此过程中产生了一连串的中间体(如图1)。其中a、c两步的化学方程式可表示为________________________，________________________________。
(3)该工艺中沉钒率是回收钒的关键之一，沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵的系数(NH4Cl加入质量与料液中V2O15的质量比)和温度。根据图2和图3，试建议控制氯化铵系数和温度的适宜值分别为________、________。
解析 (1)根据表格信息，V2O15难溶于水，被亚硫酸钠还原成可溶于水的VOSO4，离子方程式为V2O15＋SO＋4H＋===2VO2＋＋SO＋2H2O。(2)V2O15是催化剂，反应前后质量和化学性质不变。依题意和物质转化图知，a反应：五氧化二钒与二氧化硫反应生成三氧化硫和四氧化二钒；c反应：VOSO4在氧气作用下生成V2O15和SO3。(3)根据图像知，加氯化铵系数为4、温度为80 ℃时沉钒率最大。
答案 (1)V2O15＋SO＋4H＋===2VO2＋＋SO＋2H2O (2)SO2＋V2O15SO3＋V2O4 4VOSO4＋O22V2O15＋4SO3 (3)4 80 ℃
11．(17分)(2013·菏泽模拟)埋藏在地下的青铜器锈蚀过程可以表示为：X由两种物质X1和X2组成，且都由四种元素构成，定性实验表明：X1热分解的产物能使澄清石灰水变浑浊，而X2热分解的产物不能使澄清石灰水变浑浊，但两者均有水珠产生。为了定量测定X1和X2组成，某兴趣小组用如图实验装置对X1和X2分别做热分解实验(夹持装置已省去)，实验结束后，硬质玻璃管内均残留黑色固体，分别称重，装置B和C中的质量均增加。
试回答下列问题：
(1)青铜器出土后防止青铜器继续锈蚀的关键是________________________________________________________________________
________________。
(2)利用上述装置进行热分解实验时，对判断A装置中反应是否完全进行带来困难，为解决此问题，要对B装置进行改装。B应改为内装有________(填试剂名称)的洗气瓶，判断反应完全的现象为________________________。用经改装的装置，某同学进行正确操作，最终得出的测定结果仍有误差，原因是____________________________________________________
________________________________________________________________________(回答一点即可)。
(3)在实验装置和实验操作正确的前提下，重做X1的热分解实验，测得装置B和C中质量增重之比Δm(B)∶Δm(C)＝9∶22，________(填“能”或“否”)求出X1的化学式，若能求出X1的化学式，则化学式为______________________(若不能求出X1的化学式，此空不填)。
(4)若测得X2中铜元素的质量分数为59.5%(铜元素的相对原子质量为63.5)，则X2的化学式为____________________________________________。
X2热分解的化学方程式为________________________________________。
解析 先通过定性实验判断X1和X2的元素组成，加热分解均有水珠生成，说明都是碱式盐，X1受热分解产生CO2气体，说明X1中含有CO，因此X1的组成可表示为Cuz(OH)x(CO3)y，X2(由4种元素构成)受热分解无CO2气体生成，根据题中铜腐蚀过程变化示意图，可推测X2中含有的另一元素为Cl，X2的组成可表示为Cum(OH)nClp。
(3)根据Δm(B)∶Δm(C)＝9∶22＝m(H2O)∶m(CO2)，推出n(OH－)∶n(CO)＝2∶1，根据化合价代数和等于0可得出X1的化学式为Cu2(OH)2CO3。
(4)X2的组成为Cum(OH)nClp，铜元素的质量分数的表达式为Cu%＝×100%＝59.5%，又根据化合价代数和等于0可得2m＝n＋p，解得n∶p＝3∶1，故X2的化学式为Cu2(OH)3Cl。结合题中性质和现象不难写出热分解的化学方程式。
答案 (1)与H2O和O2隔绝 (2)浓硫酸 洗气瓶中不再有气泡冒出 实验前装置内空气中的某些成分干扰了实验或反应结束后装置内的气体没有被B和C完全吸收 (3)能 Cu2(OH)2CO3 (4)Cu2(OH)3Cl Cu2(OH)3Cl2CuO＋H2O↑＋HCl↑
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