第3章 第3讲 金属材料 金属矿物的开发利用-【金版教程】2025年高考化学一轮复习创新方案word（新教材，创新版）

金版教程　高考科学复习创新方案　化学 第3讲　金属材料　金属矿物的开发利用 【复习目标】　1.知道镁、铝、铜单质及其重要化合物的性质、用途和制备方法。2.结合真实情境中的应用实例认识合金的概念及金属材料的重要应用。3.掌握金属矿物开发利用的方法，认识物质转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要作用。 一、镁的性质及制取 1．单质镁的性质及用途 (1)物理性质 银白色、具有金属光泽的固体，密度小，熔、沸点高，具有良好的导电性、导热性、延展性、韧性。 (2)化学性质 镁是第三周期ⅡA族元素，容易失电子，是活泼的金属元素。 ①与非金属单质反应 与O2：2Mg＋O22MgO(在空气中燃烧的现象：发出耀眼白光) 与N2：3Mg＋N2Mg3N2。 [提醒]　氮化镁能与水剧烈反应生成Mg(OH)2沉淀并放出氨气：Mg3N2＋6H2O 3Mg(OH)2↓＋2NH3↑。 ②与沸水反应，化学方程式为Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑。 ③在CO2中燃烧，化学方程式为2Mg＋CO22MgO＋C。 ④与稀盐酸、稀硫酸反应，离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑。 ⑤与某些盐溶液反应 与NH4Cl溶液：Mg＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2↑。 与CuSO4溶液：Mg＋CuSO4===MgSO4＋Cu。 (3)用途：制造镁合金，用于制造飞机、汽车、航天器、导弹、科学仪器等；冶金工业上，镁常用作还原剂和脱氧剂。 2．镁的制取——从海水中提取镁 (1)工艺流程 (2)基本步骤及主要反应 制熟石灰 CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)2 沉淀 Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋ 酸化 Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O 蒸发结晶 析出MgCl2·6H2O 脱水 在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁 电解 电解熔融氯化镁制得镁：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ [强调]　由于氧化镁的熔点很高，工业上不用电解熔融氧化镁的方法制取金属镁，而采用电解熔融氯化镁的方法。 判断正误。正确的打“√”，错误的打“×”并指明错因。 (1)工业上制造镁粉时，可将镁蒸气在N2中冷却。(×) 错因：Mg与N2反应生成Mg3N2，故Mg不能在N2中冷却。 (2)大量镁条燃烧引起的火灾用干冰灭火器灭火。(×) 错因：Mg与CO2可反应，不能用干冰灭火器灭火。 (3)工业上用电解熔融氧化镁的方法制备金属镁。(×) 错因：氧化镁熔点很高，会增加能耗和成本。 (4)镁不能与冷水反应。(×) 错因：镁能与冷水反应，只是很缓慢，加热条件下反应较快。 (5)氧化镁性质稳定，故可作耐火材料。(×) 错因：氧化镁熔点较高，可作耐火材料。 二、铝及其重要化合物 1．铝的性质 (1)铝的物理性质 银白色、具有金属光泽的固体，熔、沸点高，密度小。质地柔软，具有良好的延展性、导电性、导热性。铝是地壳中含量最多的金属元素。 (2)铝的化学性质 铝是第三周期ⅢA族元素，容易失电子，是活泼的金属元素。 ①与非金属单质反应 与O2：4Al＋3O22Al2O3(常温下在空气中形成氧化膜)； 与Cl2：2Al＋3Cl22AlCl3。 ②与稀盐酸、稀硫酸反应，离子方程式为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。 ③与强氧化性酸(如浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸)反应 a．常温下，在浓硫酸、浓硝酸中发生钝化。 b．与稀硝酸反应：Al＋4HNO3(稀)=== Al(NO3)3＋NO↑＋2H2O。 ④与强碱溶液(如NaOH溶液)反应：2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑。 ⑤与某些金属氧化物反应(铝热反应)：如8Al＋3Fe3O44Al2O3＋9Fe。 (3)工业制法：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 [强调]　Al与NaOH反应的实质是：2Al＋6H2O===2Al(OH)3＋3H2↑、Al(OH)3＋NaOH=== Na[Al(OH)4]，故该反应电子转移的方向和数目应表示为：===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑。 2．氧化铝和氢氧化铝 (1)氧化铝 ①物理性质：白色固体，难溶于水，熔点很高。 ②化学性质 ③用途：作耐火材料，作冶炼铝的原料。 (2)氢氧化铝 ①物理性质：白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。 ②化学性质 写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式： a.Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。 b.Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－。 c.2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。 ③用途 a．作胃酸中和剂。 b．Al(OH)3胶体具有净水作用。 ④氢氧化铝的制备方法(用离子方程式表示) a．向铝盐中加入氨水：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋。 b．Na[Al(OH)4]溶液中通入足量CO2： [Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋。 3．常见的铝盐——明矾 硫酸铝钾的结晶水合物是无色晶体，俗称明矾，其化学式为KAl(SO4)2·12H2O，可溶于水，常温下其水溶液的pH<7。明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，因Al(OH)3胶体吸附水中的悬浮杂质形成沉淀而起到净水作用。 判断正误。正确的打“√”，错误的打“×”并指明错因。 (1)铝与氢氧化钠的反应中NaOH是氧化剂。(×) 错因：水是氧化剂。 (2)铝与Fe3O4发生铝热反应，反应后固体质量增加。(×) 错因：反应前后固体质量不变。 (3)Al2O3的熔点高，可做耐高温材料，实验室可用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3固体等。(×) 错因：Al2O3能与NaOH、Na2CO3等反应。 (4)实验室通常用可溶性铝盐溶液和NaOH溶液反应制备Al(OH)3。(×) 错因：Al(OH)3能溶于NaOH溶液，实验室通常用可溶性铝盐溶液和氨水反应制备Al(OH)3。 (5)明矾可作净水剂，起到杀菌消毒的作用。(×) 错因：明矾能净水，但不能杀菌消毒。 (6)[Al(OH)4]－、HCO在水溶液中因发生双水解反应而不能大量共存。(×) 错因：[Al(OH)4]－与HCO在水溶液中因发生反应[Al(OH)4]－＋HCO===Al(OH)3↓＋CO＋H2O而不能大量共存，不是因为双水解。 三、铜及其化合物 1．铜的性质 (1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。 (2)化学性质 ①在潮湿的空气中铜表面逐渐形成一层绿色的铜锈，化学方程式：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。 ②铜丝在硫蒸气中反应：2Cu＋SCu2S。 ③铜与氯化铁溶液反应：Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2。 2．铜的化合物 (1)氧化铜和氧化亚铜 ①氧化铜是黑色固体，与盐酸反应的离子方程式为CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O。 ②氧化亚铜是砖红色固体，与盐酸反应：Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O。 ③转化关系：4CuO2Cu2O＋O2↑。 (2)氢氧化铜 蓝色固体，受热发生分解，可表示为Cu(OH)2CuO＋H2O，新制的Cu(OH)2与含醛基(—CHO)的有机物共热可生成砖红色Cu2O。 (3)碱式碳酸铜和硫酸铜 ①碱式碳酸铜是铜绿、孔雀石的主要成分。 ②CuSO4·5H2O俗称蓝矾、胆矾。无水CuSO4为白色固体，遇水变蓝色，可用于检验水的存在。 [提醒]　铜盐溶液有毒，因为Cu2＋是一种重金属离子，能使蛋白质变性而失去生理活性，可利用此性质配制波尔多液作杀菌剂。 判断正误。正确的打“√”，错误的打“×”并指明错因。 (1)常用灼热的铜粉除去CO2中的CO。(×) 错因：用灼热的CuO除去CO2中的CO。 (2)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物。(×) 错因：铜锈主要成分为Cu2(OH)2CO3，不是铜的氧化物。 (3)Al、Cu的单质放置在空气中均只生成氧化物。(×) 错因：铜的单质放置在空气中生成铜绿。 (4)农业上配制波尔多液可以在铁桶或铝桶中进行。(×) 错因：Fe或Al均可置换出CuSO4中的Cu。 (5)CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化。(×) 错因：CuSO4·5H2O失去结晶水属于化学变化。 (6)除去Cu粉中的CuO可加稀硝酸溶解。(×) 错因：Cu也能与稀硝酸反应。 四、金属材料　金属矿物的开发和利用 1．金属材料　合金 (1)合金 (2)常见的金属材料 ①金属材料分类 ②几种常见的合金 2．金属矿物的开发和利用 (1)金属在自然界中存在的形态 除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。 (2)金属冶炼的实质 利用氧化还原反应将金属从金属化合物中还原出来：Mn＋＋ne－===M。 (3)金属的冶炼方法 ①热分解法 Hg：2HgO2Hg＋O2↑ Ag：2Ag2O4Ag＋O2↑ ②热还原法(常用H2、CO、焦炭、活泼金属作还原剂) a．氢气还原法。如H2还原WO3：3H2＋WO3W＋3H2O。 b．焦炭还原法。如C还原CuO：C＋2CuO2Cu＋CO2↑。 c．活泼金属还原法。如Al还原Fe3O4：8Al＋3Fe3O44Al2O3＋9Fe。 d．一氧化碳还原法。如CO还原Fe2O3：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。 ③电解法 Na：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑； Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑； Al：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 ④湿法冶金(又叫水法冶金) 如湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。 [强调]　工业上不能用电解熔融AlCl3的方法制取金属Al，是因为AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电。 判断正误。正确的打“√”，错误的打“×”并指明错因。 (1)合金的熔点一般高于成分金属。(×) 错因：合金的熔点一般低于成分金属。 (2)合金材料中不可能含有非金属元素。(×) 错因：碳素钢就含有碳元素。 (3)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属材料。(×) 错因：铜是人类使用最早的金属材料。 (4)工业上电解熔融的AlCl3制取Al。(×) 错因：AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电，故不能采用该方法制取Al。 (5)工业上金属Mg、Cu、Ag都是用热还原法制得的。(×) 错因：在工业上用电解法冶炼Mg，用热还原法冶炼Cu，用热分解法冶炼Ag。 (6)铝热反应可用于冶炼Fe、Mn、Cr等金属。(√) 错因：________________________________________________________________________ (7)高炉炼铁的还原剂是碳单质。(×) 错因：高炉炼铁的原理：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，还原剂是CO。 考点1　认知与探究镁的性质及制取 1．已知MgO、MgCl2的熔点分别为2800 ℃、604 ℃，将MgO、MgCl2加热熔融后通电电解，都可得到金属镁。海水中含有MgCl2，工业上从海水中提取镁正确的方法是(　　) A．海水Mg(OH)2Mg B．海水MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)Mg C．海水Mg(OH)2MgOMg D．海水Mg(OH)2MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)Mg 答案　D 2．镁及其化合物在现代工业、国防建设中有着广泛的应用。回答下列问题： (1)单质镁在空气中燃烧的主要产物是白色的________，还生成少量的____________。(填化学式) (2)CH3MgCl是一种重要的有机合成剂，其中镁的化合价为________，CH3MgCl水解时除生成甲烷外，还生成一种碱和一种盐。写出该反应的化学方程式：_____________________ _____________。 (3)Mg(OH)2是常用的阻燃材料。以白云石(CaCO3、MgCO3，不考虑杂质)为原料制备Mg(OH)2和CaCO3的工艺流程如下： ①溶解度：Ca(OH)2________(填“>”或“<”)Mg(OH)2。 ②“煅烧”时称取27.6 g白云石，高温加热到质量不再变化，收集到的CO2为6.72 L(标准状况下)，若工艺中不考虑Ca、Mg损失，则Mg(OH)2和CaCO3的质量分别为________、________。 答案　(1)MgO　Mg3N2 (2)＋2　2CH3MgCl＋2H2O===2CH4↑＋MgCl2＋Mg(OH)2↓ (3)①>　②8.7 g　15 g 解析　(3)②“煅烧”时称取27.6 g白云石，高温加热到质量不再变化，收集到的CO2为6.72 L(标准状况下)，则CO2的物质的量为0.3 mol。由碳原子守恒可得，n(CaCO3)＋n(MgCO3)＝0.3 mol，100 g·mol－1×n(CaCO3)＋84 g·mol－1×n(MgCO3)＝27.6 g，解得n(CaCO3)＝0.15 mol，n(MgCO3)＝0.15 mol，若工艺中不考虑Ca、Mg损失，则Mg(OH)2的质量为58 g·mol－1×0.15 mol＝8.7 g，CaCO3的质量为100 g·mol－1×0.15 mol＝15 g。 考点2　认知与归纳铝及其重要化合物 1．下列除去杂质的方法不正确的是(　　) A．铁粉中混有少量铝粉：加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥 B．用过量氨水除去Fe3＋溶液中的少量Al3＋ C．Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤 D．MgO中混有少量Al2O3：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤、洗涤、干燥 答案　B 解析　氨水与Fe3＋、Al3＋均反应生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，故B不正确。 2．(2023·陕西安康高三第一次联考)铝及其部分化合物的“价—类二维图”如图所示。下列说法错误的是(　　) A．反应⑤⑥基本类型相同 B．反应①⑥所加试剂可能相同 C．1 mol a完全转化为b时失去3 mol电子 D．物质的类别处“ ”代表四羟基合铝酸盐 答案　B 解析　根据“价—类二维图”可知a为Al，b为Al2O3，c为铝盐，e为Al(OH)3，c与d、d与e可以相互转化，根据含有铝元素物质之间的相互转化可以得出d为四羟基合铝酸盐。 工业炼铝的流程 工业上常以铝土矿为原料冶炼铝，铝土矿的主要原料为Al2O3、SiO2、Fe2O3等。 方案一：碱溶法 方案二：酸溶法 考点3　认知与探析铜及其化合物 1．下列关于铜及其化合物的说法正确的是(　　) A．加热条件下将铜丝伸入硫蒸气的硬质试管中，可以观察到黑色的CuS固体生成 B．蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是化学变化 C．用稀盐酸除去铜锈的离子方程式为CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O D．电解精炼铜时，粗铜作阴极，精铜作阳极 答案　B 解析　加热条件下铜与硫蒸气反应的生成物是黑色Cu2S，A错误；铜锈的成分是Cu2(OH)2CO3，与盐酸反应的离子方程式为Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O，C错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，D错误。 2．(2023·陕西安康高三第一次联考)CuSO4在工业、农业、药物合成等领域应用广泛，其制备方法有废铜粉法、辉铜矿法、碱性蚀刻废液回收法等。回答下列问题： (1)废铜粉法：将含有少量铝粉的废铜粉加入过量NaOH溶液中，充分反应后过滤、洗涤，再加入稀硫酸、H2O2溶液的混合溶液中，充分反应后经系列操作得到CuSO4。 ①铝粉与NaOH溶液反应的离子方程式为________________________，判断该反应充分进行的方法是________________________。 ②Cu与稀硫酸、H2O2溶液反应时，若消耗32 g Cu，则消耗________ mol H2O2，该反应不宜在较高温度下进行，其原因是______________________________。 (2)辉铜矿法：辉铜矿(Cu2S)与稀硫酸、H2O2溶液反应可以制得CuSO4，该反应的化学方程式为______________________________________________。 (3)碱性蚀刻废液回收法：从某碱性蚀刻废液[主要含[Cu(NH3)4]2＋等]中回收CuSO4的工艺流程如图所示。 ①步骤Ⅰ中[Cu(NH3)4]2＋反应生成Cu(OH)Cl沉淀的离子方程式为_______________________。 ②“滤液”的用途为______________(填一条)。 ③步骤Ⅴ中加入乙醇的目的是______________________________________。 答案　(1)①2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑　不再有气泡冒出　 ②0.5　防止H2O2受热分解 (2)Cu2S＋5H2O2＋H2SO4===2CuSO4＋6H2O (3)①[Cu(NH3)4]2＋＋3H＋＋Cl－＋H2O===Cu(OH)Cl↓＋4NH ②制铵态氮肥 ③降低硫酸铜的溶解度，有利于硫酸铜结晶析出，提高回收率 铜的冶炼“三方法” (1)火法炼铜(还原法炼铜)：Cu2S＋O22Cu＋SO2。 粗铜中铜的含量为99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%～99.98%的铜。 (2)湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。 (3)生物炼铜：“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性，并能利用空气中的氧气氧化硫化铜矿石，然后将不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。 考点4　金属材料　金属矿物的开发和利用 题组一　宏观识别金属材料、合金 1．合金种类繁多，应用广泛。下列不属于合金的是(　　) A．黄金 B．黄铜 C．硬铝 D．生铁 答案　A 2．“拟晶”是一种具有凸多面体规则外形但不同于晶体的固态物质。Al65Cu23Fe12是二十世纪发现的几百种拟晶之一，具有合金的某些优良物理性能。下列有关这种拟晶的说法正确的是(　　) A．无法确定Al65Cu23Fe12中三种金属的化合价 B．Al65Cu23Fe12的硬度小于金属铁 C．1 mol Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去265 mol电子 D．Al65Cu23Fe12不可用作长期浸泡在海水中的材料 答案　D 解析　拟晶Al65Cu23Fe12由三种金属元素组成，由于金属无负价，根据化合价代数和为0的原则，三种金属的化合价均可视作0价，A错误；合金的硬度一般比各成分金属大，B错误；Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时，Al与Fe均变为＋3价，Cu变为＋2价，故1 mol Al65Cu23Fe12失电子的物质的量＝(65×3＋2×23＋12×3) mol＝277 mol，C错误。 题组二　探究与归纳金属的冶炼 3．下列说法不正确的是(　　) A．工业上通过电解熔融氯化钠制备金属钠和氯气 B．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子 C．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应 D．MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg 答案　D 解析　工业上冶炼镁是电解熔融MgCl2而不是MgO，D错误。 4．铁砂的主要成分是微粒状的磁性氧化铁、石英、石灰石的混合物。我校某化学小组从铁砂中分离出磁性氧化铁，并进行铝热反应实验。 (1)取磁性氧化铁按图示装置进行铝热反应，引发铝热反应的实验操作是________________，取少量生成的“铁块”溶于盐酸，向其中滴加KSCN溶液，发现溶液变红色。出现此结果的原因，除了可能混有没有反应完的磁性氧化铁外，还有一个原因是____________________ __________________________。请设计一个简单的实验方案，证明上述所得“铁块”中含有金属铝。该实验所用的试剂是________，反应的离子方程式是__________________________________。 (2)此铝热反应的化学方程式为________________________________，每摩尔单质铝参与反应，转移的电子数为________。 (3)除磁性氧化铁可做铝热反应实验外，下列哪些试剂也可以________。 A．Na2O2 B．CuO C．MgO D．Cr2O3 答案　(1)点燃镁条　可能是生成的红热的铁在掉落到蒸发皿的过程中表面被空气中的氧气氧化成了Fe3O4　NaOH溶液　2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑ (2)3Fe3O4＋8Al9Fe＋4Al2O3　3NA (3)BD 铝热反应 (1)原理 利用铝的还原性，在高温下，将难熔金属从其氧化物中置换出来。 (2)应用 ①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等。 ②金属焊接，如野外焊接钢轨等。 (3)注意事项 ①纸漏斗一定要用水润湿，以防止高温物质从四周溅出，同时损坏纸漏斗。 ②蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人。 ③实验装置不要距人群太近，应远离易燃物。 　金属化合物的热重分析 1．分析方法 金属化合物的热重分析研究对象一般为各种金属含氧酸盐、金属氢氧化物、金属氧化物的热分解过程，一般为先失水、再分解、后氧化。 如CoC2O4·2H2O在空气中加热时，受热分解过程分为三个阶段： 第一阶段，失去结晶水生成盐：CoC2O4·2H2O→CoC2O4。 第二阶段，盐受热分解生成氧化物：CoC2O4→CoO。 第三阶段，低价态氧化物与空气中的氧气反应生成高价态氧化物：CoO→Co2O3(或Co3O4)。 注意：①每个阶段有可能还分为不同步骤，如第一阶段中可能分步失去不同的结晶水，而不是一步失去所有的结晶水。 ②如果是变价金属元素，则在空气中加热产物可能为多种价态的金属氧化物。 2．基本方法和思路 (1)设晶体(金属化合物)为1 mol，其质量为m。 (2)失重一般是先失水，再失非金属氧化物。 (3)计算每步固体剩余的质量m(余)，则固体残留率＝×100%。 (4)晶体中金属质量不会减少，仍在m(余)中。 (5)失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m(氧元素)，由n(金属)∶n(氧原子)，即可求出失重后物质的化学式。 1．称取45.7 mg Zn3(PO4)2·4H2O进行热重分析，化合物质量随温度的变化关系如图所示，为获得Zn3(PO4)2·2H2O和Zn3(PO4)2·H2O的混合产品，烘干时的温度范围为(　　) A．90～145 ℃ B．145～195 ℃ C．195～273 ℃ D．＞273 ℃ 答案　B 2．铜有两种常见的氧化物CuO和Cu2O。某学习小组取0.98 g(用精密天平测量)Cu(OH)2固体，将其加热有铜的氧化物生成，其质量随温度变化的曲线如图1所示。另外，某同学绘制了三条表示金属氧化物与其所含金属元素质量的关系曲线，如图2所示。则下列分析正确的是(　　) A．图1中产物a、b的化学式分别为Cu2O和CuO B．图1整个过程中共生成0.26 g H2O C．图2三条曲线中，表示CuO和其中所含Cu元素质量的关系曲线是曲线A D．图2中绘制错误的曲线共2条 答案　D 解析　0.98 g Cu(OH)2的物质的量为0.01 mol，若全部生成CuO，则质量为0.01 mol×80 g·mol－1＝0.80 g，所以a点是CuO；若全部生成Cu2O，则质量为0.005 mol×144 g·mol－1＝0.72 g，所以b点是Cu2O，A错误；从开始到a点时，发生的反应为Cu(OH)2CuO＋H2O，a点到b点发生的反应为4CuO2Cu2O＋O2↑，结合图1可知，整个过程中共生成0.18 g H2O，B错误；CuO和其所含铜元素的质量关系(以CuO的质量为10 g计算)为10 g CuO中含8 g铜元素，观察图2知，曲线B符合，而曲线A上的任何一点都表示金属氧化物的质量小于其所含金属元素的质量，这是错误的，曲线C不符合Cu2O和其中所含的铜元素的质量关系，C错误，D正确。 3．在加热固体NH4Al(SO4)2·12H2O时，固体质量随温度的变化曲线如图所示。已知a点物质为NH4Al(SO4)2，b点物质为Al2(SO4)3，下列判断正确的是(　　) A．0～T ℃的过程变化是物理变化 B．a→b反应中生成物只有Al2(SO4)3和NH3两种 C．c点物质是工业上冶炼铝的原料 D．Al2(SO4)3能够净水，可用离子方程式表示为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓ 答案　C 解析　因为a点物质为NH4Al(SO4)2，则0～T ℃的过程是失去结晶水生成NH4Al(SO4)2，是化学变化，A错误；a→b发生的反应为硫酸铝铵分解生成Al2(SO4)3、NH3、H2O和SO3，B错误；b点物质为硫酸铝，继续加热分解则在c点生成氧化铝，所以c点物质是工业上冶炼铝的原料，C正确；硫酸铝能够净水，其原理是铝离子水解生成氢氧化铝胶体，氢氧化铝胶体具有吸附性，可以吸附水中悬浮的杂质，离子方程式为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，D错误。 4．(2023·陕西高三联考节选)CrO3具有强氧化性，热稳定性较差，加热时逐步分解，其固体残留率随温度的变化如图所示。A点所示固体的化学式是________。 答案　Cr2O3 解析　根据图中数据可知，A点固体残留率为76.00%，设CrO3的起始质量为100 g(1 mol)，则固体残留的质量为76 g，固体中一定含1 mol Cr其质量为52 g，其余为O元素，所以O原子的物质的量为＝1.5 mol，则Cr与O原子的个数比为1∶1.5＝2∶3，所以剩余固体的化学式为Cr2O3。 5．MnCO3在空气中加热易转化为不同价态的锰的氧化物，其固体残留率(纵坐标)随温度的变化如图所示。 (1)300 ℃时，剩余固体中n(Mn)∶n(O)为________。 (2)图中点D对应固体的成分为________________(填化学式)。 答案　(1)1∶2　(2)Mn3O4和MnO 解析　设MnCO3的物质的量为1 mol，即质量为115 g。 (1)A点剩余固体质量为115 g×75.65%≈87 g，减少的质量为115 g－87 g＝28 g，可知MnCO3失去的物质组成为“CO”，故剩余固体的成分为MnO2，则n(Mn)∶n(O)为1∶2。 (2)C点剩余固体质量为115 g×61.74%≈71 g，据锰元素守恒知m(Mn)＝55 g，则m(O)＝71 g－55 g＝16 g，则n(Mn)∶n(O)＝1∶1，故剩余固体的成分为MnO，同理，B点剩余固体质量为115 g×66.38%≈76 g，因m(Mn)＝55 g，则m(O)＝76 g－55 g＝21 g，则n(Mn)∶n(O)＝∶≈3∶4，故剩余固体的成分为Mn3O4，因D点介于B、C之间，故D点对应固体的成分为Mn3O4与MnO的混合物。 1．(2023·浙江1月选考)硫酸铜应用广泛，下列说法不正确的是(　　) A．Cu元素位于周期表p区 B．硫酸铜属于强电解质 C．硫酸铜溶液呈酸性 D．硫酸铜能使蛋白质变性 答案　A 解析　Cu的价电子排布式为3d104s1，位于周期表ds区，A错误；硫酸铜属于盐，溶于水或熔融状态下完全电离，属于强电解质，B正确；硫酸铜为强酸弱碱盐，由于Cu2＋水解溶液呈酸性，C正确；硫酸铜属于重金属盐，能使蛋白质变性，D正确。 2．(2023·广东卷)部分含Na或含Cu物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是(　　) A．可存在c→d→e的转化 B．能与H2O反应生成c的物质只有b C．新制的d可用于检验葡萄糖中的醛基 D．若b能与H2O反应生成O2，则b中含共价键 答案　B 解析　由图可知a、b、c对应物质分别为钠、氧化钠(或过氧化钠)、氢氧化钠或a、b、e、d对应物质分别为铜、氧化亚铜、氧化铜、氢氧化铜。钠和氧化钠(或过氧化钠)都能与H2O反应生成氢氧化钠，B不合理。 3．(2022·全国乙卷)化合物(YW4X5Z8·4W2Z)可用于电讯器材、高级玻璃的制造。W、X、Y、Z为短周期元素，原子序数依次增加，且加和为21。YZ2分子的总电子数为奇数，常温下为气体。该化合物的热重曲线如图所示，在200 ℃以下热分解时无刺激性气体逸出。下列叙述正确的是(　　) A．W、X、Y、Z的单质常温下均为气体 B．最高价氧化物的水化物酸性：Y<X C．100～200 ℃阶段热分解失去4个W2Z D．500 ℃热分解后生成固体化合物X2Z3 答案　D 解析　W、X、Y、Z为短周期元素，原子序数依次增加，且加和为21。该化合物在200 ℃以下热分解时无刺激性气体逸出，再结合化合物的组成可推知失去的是水，即W为H，Z为O；YZ2分子的总电子数为奇数，常温下为气体，则Y为N，X为B。X(B)的单质常温下为固体，故A错误；最高价氧化物的水化物酸性：X(H3BO3)＜Y(HNO3)，故B错误；根据分析可知200 ℃以下热分解时失去的是水，若100～200 ℃阶段热分解失去4个H2O，则质量保留百分数＝×100%≈73.6%，故C错误；化合物(NH4B5O8·4H2O)在500 ℃热分解后若生成固体化合物X2Z3(B2O3)，根据硼原子守恒，得到关系式2(NH4B5O8·4H2O)～5B2O3，则固体化合物B2O3质量分数为×100%≈64.1%，故D正确。 4．(2022·山东高考)高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下，可能用到的数据见下表。 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 沉淀完全pH 3.2 6.7 8.2 下列说法错误的是(　　) A．固体X主要成分是Fe(OH)3和S；金属M为Zn B．浸取时，增大O2压强可促进金属离子浸出 C．中和调pH的范围为3.2～4.2 D．还原时，增大溶液酸度有利于Cu的生成 答案　D 解析　CuS精矿(含Zn、Fe元素的杂质)在高压O2作用下，用硫酸溶液浸取，CuS反应后的产物为CuSO4、S、H2O，Fe2＋被氧化为Fe3＋，然后加入NH3调节溶液pH，使Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀，而Cu2＋、Zn2＋仍以离子形式存在于溶液中，过滤得到的滤渣中含有S、Fe(OH)3；然后向滤液中通入高压H2，Cu2＋被还原为Cu单质，通过过滤分离出来；而Zn2＋仍然以离子形式存在于溶液中，再经一系列处理可得到Zn单质。经过上述分析可知固体X主要成分是S、Fe(OH)3，金属M为Zn，A正确；CuS难溶于硫酸，在溶液中存在沉淀溶解平衡CuS(s)Cu2＋(aq)＋S2－(aq)，增大O2的浓度，可以反应消耗S2－，使之转化为S，从而使沉淀溶解平衡正向移动，从而可促进金属离子的浸取，B正确；根据流程图可知：用NH3调节溶液pH时，要使Fe3＋转化为沉淀，而Cu2＋、Zn2＋仍以离子形式存在于溶液中，结合离子沉淀的pH范围，可知中和时应该调节溶液pH范围为3.2～4.2，C正确；在用H2还原Cu2＋时，H2失去电子被氧化为H＋，与溶液中OH－结合形成H2O，若还原时增大溶液的酸度，c(H＋)增大，不利于H2失去电子还原Cu2＋，因此不利于Cu的生成，D错误。 5．(2021·河北高考)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献，陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢。下列说法错误的是(　　) A．钢是以铁为主的含碳合金 B．钢的含碳量越高，硬度和脆性越大 C．生铁由于含碳量高，熔点比熟铁高 D．冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3 答案　C 6．(2021·湖南高考)一种工业制备无水氯化镁的工艺流程如下： 下列说法错误的是(　　) A．物质X常选用生石灰 B．工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁 C．“氯化”过程中发生的反应为MgO＋C＋Cl2MgCl2＋CO D．“煅烧”后的产物中加稀盐酸，将所得溶液加热蒸发也可得到无水MgCl2 答案　D 解析　“煅烧”后得到MgO，MgO和盐酸反应得到MgCl2溶液，由于MgCl2在溶液中水解为氢氧化镁和HCl，将所得溶液加热蒸发HCl会逸出，MgCl2水解平衡正向移动，得到氢氧化镁，得不到无水MgCl2，D错误。 7．(2023·湖北卷节选)学习小组探究了铜的氧化过程及铜的氧化物的组成。回答下列问题： (1)铜与过量H2O2反应的探究如下： 实验②中Cu溶解的离子方程式为______________________________________；产生的气体为________。比较实验①和②，从氧化还原角度说明H＋的作用是__________________________________________。 (2)用足量NaOH处理实验②新制的溶液得到沉淀X，元素分析表明X为铜的氧化物，提纯干燥后的X在惰性氛围下加热，m g X完全分解为n g黑色氧化物Y，＝。X的化学式为____________。 答案　(1)Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O　O2　提供酸性环境，增强H2O2的氧化性 (2)CuO2 解析　(2)在该反应中铜的质量m(Cu)＝n g×＝ g，因为＝，则m(O)＝n g×＋(m－n) g＝ g，则X的化学式中铜原子和氧原子的物质的量之比为＝＝，则X为CuO2。 1．金属是现代工业非常重要和应用最多的材料。下列有关金属的说法错误的是(　　) A．电解熔融Al2O3制取金属铝 B．生铁由于含碳量高，熔点比铁高 C．钢铁在潮湿的空气中生锈，主要发生电化学腐蚀 D．金属Na、Mg、Al的熔沸点依次升高 答案　B 2．下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是(　　) A．钠的密度比钾大，可用于冶炼金属钾 B．熔融的氯化镁能导电，可用作冶炼镁的原料 C．铝的活泼性强，可用于制作铝金属制品 D．晶体硅熔点高、硬度大，可用作通信设备的芯片 答案　B 解析　因为Na的沸点比K高，所以Na可以置换熔融状态下KCl中的K，A不符合题意；氯化镁为离子化合物，熔融状态下能导电，工业上电解熔融氯化镁制取镁，B符合题意；铝表面形成的氧化膜可阻止铝继续氧化，且铝具有很好的延展性，故可用于制作铝金属制品，C不符合题意；晶体硅是半导体，能导电，故可用作通信设备的芯片，D不符合题意。 课时作业 [建议用时：40分钟] 选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．(2023·广东省佛山市顺德区高三模拟)“斫木为耜，揉木为耒”，中国在五千多年前就有了农业，并发明了简单的农具。下列农具主要由金属材料制成的是(　　) 选项 A B C D 农具 名称 石镰 铜锸 镰刀篓 双齿木耒 答案　B 2．合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。分析下表数据，不能形成合金的是(　　) Na Cu Al Fe 熔点/℃ 97.8 1083 660 1535 沸点/℃ 883 2567 2467 2750 A.Cu和Al B．Fe和Na C．Fe和Cu D．Al和Na 答案　B 3．(2023·湖北省八市高三一模)湖北随州出土的曾侯乙编钟属于青铜制品，先秦《考工记》记载：“金有六齐，六分其金而锡居其一，谓之钟鼎之齐，……”。下列有关说法错误的是(　　) A．青铜是一种铜锡合金 B．青铜硬度大但熔点比纯铜低 C．用硝酸处理青铜表面的铜锈[主要成分Cu2(OH)3Cl] D．现代工艺采用电解精炼提纯铜，用粗铜作阳极 答案　C 解析　铜可以和硝酸反应，不能用硝酸处理青铜表面的铜锈，故C错误。 4．下列关于金属的一些说法不正确的是(　　) A．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子 B．工业上金属Mg、Al都是用电解法冶炼得到的 C．越活泼的金属越难冶炼 D．金属离子的化合价越低越难冶炼 答案　D 解析　越活泼的金属越难冶炼，与金属离子的化合价高低无关。 5．2022年世界冬奥会和冬残奥会在北京举行，其中短道速滑项目队员所穿的速滑冰刀用不锈钢制成。下列叙述错误的是(　　) A．不锈钢是最常见的一种合金钢 B．不锈钢中常添加镍(Ni)和铬(Cr)元素，从而使其具有特殊性能 C．不锈钢中只含有金属元素，不含有非金属元素 D．不锈钢是通过增加原子层之间的相对滑动难度，导致其硬度变大 答案　C 6．(2023·山东济南高三一模)下列物质应用错误的是(　　) A．钾钠合金可用于原子反应堆导热剂 B．牺牲阳极法可采用废铜保护钢材 C．铝罐槽车可用于运输冷的浓硝酸 D．四氧化三铁用于制备激光打印墨粉 答案　B 解析　牺牲阳极法用的是原电池原理，铜的活泼性比铁弱，不能保护铁，B错误。 7．下列说法正确的是(　　) A．Zn、Na、Cu可以分别用置换法、直接加热法和电解法冶炼得到 B．将金属钛、铝混合后在空气中熔化可制得强度较大的钛合金材料 C．“吹尽狂沙始到金”，说明金在自然界中常以游离态形式存在 D．铝合金的大量使用归功于人们能使用焦炭从氧化铝中获得铝 答案　C 解析　Zn、Cu用热还原法冶炼得到，Na用电解法冶炼得到，A错误；应在隔绝空气条件下熔化制合金，B错误；制铝是通过电解熔融氧化铝，D错误。 8．以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2、少量FeS2)为原料，生产Fe3O4的部分工艺流程如下： 下列说法错误的是(　　) A．用NaOH溶液吸收焙烧过程产生的SO2有利于保护环境和资源再利用 B．从高硫铝土矿中可制得Al、Fe的化合物 C．向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由[Al(OH)4]－转化为Al3＋ D．FeS2与Fe2O3混合后在无氧条件下焙烧的目的是生成Fe3O4和SO2 答案　C 解析　[Al(OH)4]－与CO2反应生成Al(OH)3，不能得到Al3＋，C错误。 9．(2023·黄冈市高三质量抽测)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下，下列叙述错误的是(　　) A．步骤①中，试剂X一般使用的是氢氧化钠溶液 B．步骤②中，主要的离子反应可能是： [Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO C．实验室条件下，步骤③中的加热操作常在蒸发皿中完成 D．步骤④中，在电解装置的阴极得到液态金属铝 答案　C 解析　加热Al(OH)3固体应在坩埚中完成，C错误。 10．(2023·江苏常州市高三期末)金属及其化合物在生产生活中应用广泛。2011年云南的“乌铜走银”制作技艺列入国家级非物质文化遗产名录。制作中的走银工序是将氧化变黑的银丝嵌入铜器表面已錾刻好的花纹内，再经揉黑工序，用手边焐边搓揉铜器，直到铜器表面变成乌黑、银丝变得光亮。下列有关“乌铜走银”的说法不正确的是(　　) A．走银工序中金属键没有断裂 B．揉黑工序中发生了原电池反应 C．用铝丝代替银丝，铜器也会变黑 D．银丝可以长时间保持光亮 答案　C 解析　铜的活动性比铝弱，氧化铝不能被铜还原为单质铝，因此铜不会变黑，故C错误。 11．电解法制取高纯镍的原料液中含Cu(Ⅱ)(主要以Cu2＋、CuCl＋等形式存在)杂质，为保证高纯镍产品的纯度，电解前须将Cu(Ⅱ)除去，方法如下。 (1)S－SO2除铜：向原料液中加入适量细硫粉并鼓入SO2，将Cu(Ⅱ)转化为CuS沉淀除去。Cu2＋沉淀时发生反应的离子方程式为____________________________________________。 (2)NiS除铜：向原料液中加入活性NiS粉末，将Cu(Ⅱ)转化为CuS沉淀除去。过滤后的滤渣即为除铜渣(含NiS、CuS等)。 ①室温下，CuCl＋和活性NiS粉末反应的离子方程式为______________________________。 ②如图所示，将活性NiS粉末陈化(露置)超过7小时后再用于除铜的效果明显变差，其原因可能是________________________________。 答案　(1)Cu2＋＋SO2＋S＋2H2O===CuS＋4H＋＋SO (2)①CuCl＋＋NiS===CuS＋Ni2＋＋Cl－　 ②NiS被空气中的O2氧化变质，失去活性 10 学科网（北京）股份有限公司 $$