第16讲 金属材料 金属的冶炼(Word教师用书)-【正禾一本通】2025年高考化学高三一轮总复习高效讲义（鲁科版2019 单选版）

第16讲　金属材料　金属的冶炼 【课程标准】　1.了解镁、铝、铜单质及其重要化合物的性质、用途和制备方法。2.了解常见金属的活动性顺序。3.了解合金的概念及金属材料的重要应用。 考点一　镁、铝及其化合物 一、镁 1．物理性质：具有银白色金属光泽的固体，密度、硬度均较小，熔点较低，有良好的导电、传热和延展性。 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： ① ②2Mg＋CO22MgO＋C ③Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑ ④Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑ 3．从海水中提取镁 (1)流程 (2)主要化学反应 ①制石灰乳：CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2； ②沉淀Mg2＋：Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋Ca2＋； ③制备MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O； ④电解MgCl2：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。 4．用途：生产合金、冶金工业上用作还原剂和脱氧剂。 二、铝及其化合物 1．铝 (1)存在和物理性质 ①铝是地壳中含量最多的金属元素。自然界中的铝全部以化合态的形式存在。 ②铝是银白色、具有金属光泽的固体，硬度较小，具有良好的导电性、导热性和延展性。 (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： ① ②2Al＋3Cl22AlCl3 ③ ④2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑ ⑤2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe 学生用书↓第82页 (3)工业制备 化学方程式为2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 (4)用途：纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。 2．氧化铝(写出反应的方程式) 3．氢氧化铝 (1)物理性质：白色胶状固体，有较强的吸附性。 (2)电离方程式 H＋＋AlO＋H2OAl(OH)3Al3＋＋3OH－ 酸式电离　　　　　　　　　 碱式电离 (3)化学性质 写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式： ①Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O； ②Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－； ③2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。 (4)制备 ①向铝盐溶液中加入NH3·H2O，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。 ②向四羟基合铝酸盐溶液中通入足量的CO2，离子方程式为[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO。 ③Na[Al(OH)4]溶液与AlCl3溶液混合，离子方程式为3[Al(OH)4]－＋Al3＋===4Al(OH)3↓。 4．一种重要的复盐——明矾 (1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。 (2)明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O，其净水的原理涉及的离子方程式表示为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，因Al(OH)3胶体微粒吸附杂质形成沉淀而净水。 [正误辨析] 1．MgO与Al粉的混合物也可称为铝热剂(　　) 2．Al2O3的熔点高，可作耐高温材料，实验室可用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3固体等(　　) 3．铝和酸反应时，氧化剂是酸，铝和碱反应时，氧化剂是碱(　　) 4．氢氧化铝可作胃酸的中和剂(　　) 5．在加热情况下利用H2还原Al2O3的方法得到金属铝(　　) 6．明矾可作净水剂，起到杀菌消毒的作用(　　) 7．加热MgCl2溶液最终可制得MgCl2固体(　　) 8．工业上冶炼金属镁也可以采用电解熔融MgO的方法(　　) 9．在Mg(HCO3)2溶液中加入足量的Ca(OH)2溶液，最终得到的沉淀是MgCO3和CaCO3(　　) 答案：1.×　2.×　3.×　4.√　5.×　6.×　7.×　8.×　9.× 正误判断 (1)(2023·浙江6月选考改编)因为铝有强还原性，所以可用于制作门窗框架(　　) (2)(2023·辽宁卷)冶炼镁：2MgO(熔融)2Mg＋O2↑(　　) (3)(2022·浙江6月选考，8C)氧化铝熔点高，常用于制造耐高温材料(　　) (4)(2022·浙江6月选考，9A)工业上通过电解六水合氯化镁制取金属镁(　　) (5)(2022·浙江6月选考，11B)铝热反应非常剧烈，操作时要戴上石棉手套和护目镜(　　) 学生用书↓第83页 (6)(2022·广东卷，6D)技术人员开发高端耐腐蚀镀铝钢板，是因为铝能形成致密氧化膜(　　) (7)(2022·广东卷，12B)利用海水制取溴和镁单质，此过程中Br－可被氧化，Mg2＋可被还原(　　) (8)(2022·海南卷，6A)MgCl2溶液中滴加NaOH溶液至过量，现象为产生白色沉淀后沉淀消失(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√　(7)√　(8)× (海南卷，节选)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________(填字母)。 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__________________________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案：(1)d　 (2)2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑　 (3)Al(OH)3　Al3＋水解，使溶液中H＋浓度增大 解析：(3)滤液A中铝元素以[Al(OH)4]－形式存在，与溶液中HCO发生反应：[Al(OH)4]－＋HCO===Al(OH)3↓＋CO＋H2O，故沉淀B为Al(OH)3，明矾溶于水时，KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO，Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋，使溶液呈弱酸性。 考向一　铝与酸、碱反应的定量关系 1．铝是中学化学学习阶段的唯一一种既能与酸(非氧化性酸)反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属，就铝的这一特殊性质回答下列问题： (1)等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，所得H2的体积之比是________。 (2)足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸和氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是________。 (3)足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，二者产生的H2相等，则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是________。 (4)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L－1的盐酸和NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后，测得生成的气体体积 比为V(甲)∶V(乙)＝1∶2，则加入铝粉的质量为________(填字母)。 A．5.4 g　　　　　　　 B．3.6 g C．2.7 g D．1.8 g 答案：(1)1∶1　(2)1∶3　(3)3∶1　(4)A 解析：(1)根据化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，得Al与H2的关系式均为2Al～3H2，故只要参加反应的Al的量相等，所得H2的量必相等。 (2)因为在反应中Al过量，产生的H2由HCl和NaOH的量决定。根据化学反应中的关系式：6HCl～3H2、2NaOH～3H2，故当HCl、NaOH物质的量相等时，二者产生H2的体积比为1∶3。 (3)因为铝足量且产生H2的量相等，根据关系式得n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1，又因为两溶液体积相等，故物质的量浓度c(HCl)∶c(NaOH)＝n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1。 (4)其反应原理分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑。可见当参加反应的HCl和NaOH的物质的量一样多时，产生H2的体积比是1∶3，而题设条件体积比为1∶2，说明此题投入的铝粉对盐酸来说是过量的，而对于NaOH来说是不足的。 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 6 mol 3 mol 3×0.1 mol 0.15 mol 则Al与NaOH反应生成的H2为0.15 mol×2＝0.3 mol。 2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ 2×27 g 3 mol 5.4 g 0.3 mol 即加入的铝粉的质量为5.4 g。 解题指导 铝与酸或碱反应生成H2的量的关系 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ 1．等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应： (1)产生H2的物质的量相等。 (2)消耗H＋、OH－的物质的量之比为n(H＋)∶n(OH－)＝3∶1。 2．足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应： (1)消耗Al的物质的量之比为1∶3。 (2)生成H2的物质的量之比为1∶3。 3．一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应： 若产生氢气的体积比为<<1，则必定 (1)铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。 (2)铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。　　 学生用书↓第84页 考向二　从铝土矿中获取铝 2．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。下列叙述中正确的是(　　) A．试剂X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸 B．反应①过滤后所得沉淀为氢氧化铁 C．电解法制取铝单质时也可以采用电解氯化铝以降低成本 D．反应②的化学方程式为Na[Al(OH)4]＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3 答案：D 解析：由向溶液中通入过量的Y生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠可知，溶液中含有四羟基合铝酸根，气体Y为二氧化碳，故试剂X是氢氧化钠溶液，不可能是盐酸，A错误；Al2O3溶于氢氧化钠溶液得到Na[Al(OH)4]溶液，Fe2O3与氢氧化钠溶液不反应，则过滤后所得沉淀为Fe2O3，B错误；熔融状态下的氯化铝不导电，工业上通过电解熔融Al2O3制取铝单质，C错误；反应①过滤后所得溶液为Na[Al(OH)4]溶液，向Na[Al(OH)4]溶液中通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀，反应的化学方程式为Na[Al(OH)4]＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3，D正确。 3．利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备铝鞣剂[主要成分为Al(OH)2Cl]的一种工艺如下： (1)气体A能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。铝灰在90 ℃时水解生成A的化学方程式为________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________， “水解”采用90 ℃而不在室温下进行的原因是______________________________________ ______________________________________________________________________________。 (2)“酸溶”时，Al2O3发生反应的离子方程式为_____________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)“氧化”时，发生反应的离子方程式为____________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (4)“废渣”的成分为________(填化学式)。 (5)采用喷雾干燥而不用蒸发的原因是_______________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案：(1)AlN＋3H2OAl(OH)3＋NH3↑　加快AlN的水解反应速率，降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出 (2)Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O (3)2Fe2＋＋2H＋＋ClO－===2Fe3＋＋Cl－＋H2O (4)Fe(OH)3 (5)防止Al(OH)2Cl水解生成Al(OH)3 归纳总结 由铝土矿冶炼铝的流程 铝土矿主要成分为Al2O3，含有少量SiO2、Fe2O3等杂质。 方案一：碱溶法 ①③中相关反应的离子方程式为 ①Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－， SiO2＋2OH－===SiO＋H2O。 ③[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO， SiO＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO。 (实际生产中，硅元素转化为硅铝酸钠沉淀) 方案二：酸溶法 ①②中相关反应的离子方程式为 ①Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O， Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O。 ②Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－， Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。　　 考向三　从海水中提取镁 4．海水的综合利用是一个重要的研究课题。实验室模拟从海水晒盐后的母液中提取镁的工艺流程如下，回答下列问题。 学生用书↓第85页 (1)上述工艺流程中包含________次过滤操作。 (2)用化学沉淀法去除粗盐中的Ca2＋、Mg2＋和SO，以下所加试剂及顺序均可行的是________(填字母)。A.Na2CO3溶液、NaOH溶液、BaCl2溶液、稀盐酸 B．BaCl2溶液、NaOH溶液、Na2CO3溶液、稀盐酸 C．BaCl2溶液、Na2CO3溶液、NaOH溶液、稀盐酸 D．BaCl2溶液、NaOH溶液、Na2CO3溶液、稀硫酸 (3)实验室高温煅烧贝壳使用的主要仪器有酒精喷灯、三脚架、____________。 (4)写出步骤③中发生反应的主要离子方程式：_______________________________________ _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (5)步骤④中向Mg(OH)2加入盐酸后的操作为_______________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (6)在步骤⑥的电解中，发生氧化反应的电极反应式为_________________________________。 (7)上述步骤①～⑥中，没有涉及到的基本反应类型是_________________________________。 答案：(1)三(或3)　(2)BC　(3)泥三角、坩埚　 (4)Ca(OH)2＋Mg2＋===Mg(OH)2＋Ca2＋　 (5)加热浓缩、冷却结晶、过滤　(6)2Cl－－2e－===Cl2↑　(7)置换反应 解析：(1)过滤用于分离固态和液体，上述工艺流程中分离出粗盐、氢氧化镁沉淀和MgCl2·6H2O时均需过滤，故包含3次过滤操作；(2)用化学沉淀法去除粗盐中的Ca2＋、Mg2＋和SO，所选试剂分别是碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液和氯化钡溶液。Na2CO3溶液在BaCl2溶液之后加入，其作用除了除去Ca2＋外，还要除去过量的Ba2＋，过滤后滤液中含有多余的氢氧化钠和碳酸钠，故滤液中需加入盐酸，调节溶液的pH等于7，为了不引入杂质离子，不能加硫酸，故BC都对；(3)灼烧固体在坩埚中进行，故实验室高温煅烧贝壳使用的主要仪器有酒精喷灯、三脚架、泥三角、坩埚；(4)步骤③为海水中的氯化镁和石灰乳发生反应，产生氢氧化镁沉淀，主要离子方程式为Ca(OH)2＋Mg2＋===Mg(OH)2＋Ca2＋；(5)步骤④中向Mg(OH)2加入盐酸后得到氯化镁溶液，需要从中提取MgCl2·6H2O，故操作为加热浓缩、冷却结晶、过滤；(6)步骤⑥为电解熔融氯化镁得到镁和氯气，阳极氯离子发生氧化反应，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；(7)上述步骤①～⑥中，有煅烧石灰石、电解氯化镁的分解反应，有生石灰转变为熟石灰的化合反应，有生成氢氧化镁沉淀或使得氢氧化镁沉淀溶解的复分解反应，没有涉及到的基本反应类型是置换反应。 考点二　铜　金属材料　金属冶炼 一、铜 1．金属铜 (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，不能被磁铁吸引。 (2)化学性质 ①常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里则会被锈蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈，反应的化学方程式为2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。 ②写出下列反应的化学方程式： 铜在空气中加热：2Cu＋O22CuO； 铜丝在硫蒸气中反应：2Cu＋SCu2S。 2．铜的重要化合物 (1)氧化铜和氧化亚铜 名称 氧化铜 氧化亚铜 颜色 黑色 砖红色 与酸反应(H＋) CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O 与H2反应 CuO＋H2Cu＋H2O Cu2O＋H22Cu＋H2O 转化关系 4CuO2Cu2O＋O2↑ (2)氢氧化铜 ①物理性质：蓝色不溶于水的固体。 ②化学性质及应用 反应①的化学方程式：Cu(OH)2CuO＋H2O。 反应②的离子方程式：Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。 (3)铜盐 ①Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿、孔雀石的主要成分，是铜在潮湿空气中被锈蚀的结果，其受热分解的化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。 学生用书↓第86页 ②CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾，其受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O，蓝色晶体受热转化为白色粉末。无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，据此可用来检验水的存在。 二、金属材料　金属冶炼 1．合金的概念及性质 2．常见的金属材料 (1)金属材料分类 (2)几种常见的合金 ①铁合金：钢是用量最大，用途最广的合金。 ②铝合金 ③铜合金 ④新型合金 3．金属矿物的开发利用 (1)金属在自然界中的存在形式 (2)金属冶炼的实质 金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即Mn＋＋ne－===M(写反应通式，用M表示金属)。 (3)金属冶炼的方法 例如下列金属的冶炼(用化学方程式表示)： 学生用书↓第87页 [正误辨析]　 1．CuO是黑色固体，与H2O反应生成Cu(OH)2(　　) 2．CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化(　　) 3．合金材料中不可能有非金属元素(　　) 4．用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物(　　) 5．电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时，阴极上依次析出Cu、Fe、Al(　　) 6．人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高(　　) 7．镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料(　　) 答案：1.×　2.×　3.×　4.√　5.×　6.×　7.√ 正误判断 (1)(2023·湖南卷)青铜器“四羊方尊”的主要材质为合金(　　) (2)(2023·全国乙卷)胆矾表面出现白色粉末，是因为CuSO4·5H2O===CuSO4＋5H2O(　　) (3)(2022·全国乙卷)青铜和黄铜是不同结构的单质铜(　　) (4)(2022·江苏卷)青铜比纯铜熔点低、硬度大，所以古代用青铜铸剑(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)√ (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：由题图可知a、b、c对应物质分别为钠、氧化钠(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。由分析可知氢氧化钠和硫酸铜反应生成氢氧化铜，氢氧化铜受热分解生成氧化铜所以存在c→d→e的转化，A合理；钠和氧化钠(过氧化钠)与H2O反应都能生成氢氧化钠，B不合理；新制氢氧化铜可用于检验葡萄糖中的醛基，C合理；若b能与H2O反应生成O2，则b为过氧化钠，结构中含共价键和离子键，D合理。 (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为29号元素，位于ⅠB族，属于ds区元素，故A错误；硫酸铜属于盐类，在水溶液中能完全电离，属于强电解质，故B正确；硫酸铜为强酸弱碱盐，铜离子水解使溶液呈酸性，故C正确；铜离子为重金属离子，能使蛋白质变性，故D正确。 考向一　铜及其化合物的性质 1．在指定条件下，下列选项所示的物质间的转化能实现的是(　　) A．Cu2S(s)Cu(s) B．Cu(s)Fe(s) C．Cu(s)CuS(s) D．Cu(s)SO2(g) 答案：A 解析：由反应Cu2S＋O22Cu＋SO2，可知物质之间的转化能实现，A符合题意；由反应Cu＋Fe2(SO4)3===CuSO4＋2FeSO4，可知物质之间的转化不能实现，B不符合题意；由反应2Cu＋SCu2S，可知物质之间的转化不能实现，C不符合题意；常温下，Cu和浓硫酸不反应，可知物质之间的转化不能实现，D不符合题意。 2．如图是铜及部分含铜粒子的价荷图。下列推断合理的是(　　) A．Cu变成a可以加入稀盐酸 B．Cu(OH)转化成Cu(OH)2需要加碱 C．在酸性环境中，Cu2O可以反应生成a和CuO D．如果将高铜酸根离子(CuO)填入坐标，应该填在b的位置 答案：D 解析：a中Cu元素为＋2价，在酸性条件下，Cu变为a需要失去电子，发生氧化反应，故需要加入强氧化剂，盐酸不能与铜反应，A错误；由题图可知，Cu(OH)2转化为Cu(OH)需要碱性条件，而Cu(OH)转化成Cu(OH)2需要酸性条件，B错误；Cu2O中Cu元素为＋1价，在酸性条件下可以发生歧化反应生成＋2价铜和单质铜，C错误；CuO中铜元素为＋3价，离子带1个单位负电荷，故填入坐标，应该填在b的位置，D正确。 学生用书↓第88页 考向二　铜及其化合物的制备 3．工业上由黄铜矿(主要成分为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(填字母)。 a．浓硫酸　　　　　　b．稀硝酸 c．NaOH溶液 d．氨水 (2)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为____________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)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________(填字母)。 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 答案：(1)cd　(2)3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu (3)bd 归纳总结 冶炼铜的“3方法” 1．火法炼铜(还原法炼铜)：Cu2S＋O22Cu＋SO2。 火法炼铜得到的铜为粗铜，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：某些微生物能耐受铜盐的毒性，并能利用空气中的氧气氧化硫化亚铜矿石，然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。　　 考向三　合金材料 4．中华文明源远流长，在世界文明中独树一帜，汉字居功至伟。随着时代发展，汉字被不断赋予新的文化内涵，其载体也发生相应变化。下列汉字载体主要由合金材料制成的是(　　) 汉字载体 选项 A.兽骨 B.青铜器 C.纸张 D.液晶显示屏 答案：B 解析：兽骨的主要成分是碳酸钙和其他钙盐，故A不符合题意；青铜器是铜与锡、铅等的合金，属于合金材料，故B符合题意；纸张的主要成分是纤维素，故C不符合题意；液晶显示屏是一种采用液晶为材料的显示器，液晶是一类介于固态和液态间的有机化合物，故D不符合题意。 5．(2023·山西大同统考三模)《吕氏春秋》二十五卷中记载了铜锡合金的性质：“金(即铜单质)柔锡(即锡单质)柔，合两柔则为刚(即坚硬)，燔(灼烧)之则为淖(液体)”。铜、锡和铜锡合金的熔点如下： 物质 Cu Sn 铜锡合金 熔点/℃ 1 083.4 232 约为800 下列说法错误的是(　　) A．铜锡合金是青铜器的主要成分 B．铜锡合金的熔点较低，比其成分金属均易熔化 C．铜锡合金比纯铜有更好的抗腐蚀性 D．铜锡合金的硬度比纯铜的高 答案：B 解析：青铜属于合金，主要含有铜、锡等金属元素，故青铜器的主要成分是铜锡合金，A正确；由题中数据可知铜锡合金的熔点约为800 ℃，而锡的熔点为232 ℃，故铜锡合金不如锡易熔化，B错误；合金是金属与金属或金属与非金属的混合物，合金抗腐蚀性增强，故铜锡合金比纯铜有更好的抗腐蚀性，C正确；一般合金的硬度比其成分金属的硬度都高，故铜锡合金的硬度比纯铜的高，D正确。 考向四　金属冶炼、金属矿物的开发利用 6．人类最早冶金的历史年代曲线图如图所示(－1000表示公元前1000年)。下列说法正确的是(　　) A．金属越活泼，冶炼的年代一定越晚 B．冶炼金属的历史：电解氯化物比电解氧化物早 C．自然界中铜元素以游离态形式存在，故铜的冶炼年代最早 学生用书↓第89页 D．金属氧化物(如Al2O3、Cu2O)也属于金属材料 答案：B 解析：题图中铜冶炼的年代比银和金早，而铜比银和金活泼，故A错误；金属氯化物的沸点一般比金属氧化物的低，在冶炼初期会选择电解金属氯化物，故B正确；自然界中铜以化合态存在，故C错误；金属氧化物不属于金属材料，故D错误。 7．金属的冶炼与生产、生活及国防军事等领域均密切相关。下列有关金属冶炼的原理错误的是(　　) A．用电解法制取金属钠：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ B．用Na、Mg等活泼金属为还原剂冶炼Ti：2Mg＋TiCl4(熔融)Ti＋2MgCl2 C．用Al作还原剂冶炼金属V：3V2O5＋10Al6V＋5Al2O3 D．用H2作还原剂冶炼金属Ag：Ag2O＋H22Ag＋H2O 答案：D 解析：电解熔融氯化钠制取金属钠，反应的化学方程式是2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑，故A正确；Na、Mg的活泼性大于Ti，可用Na、Mg等活泼金属为还原剂冶炼Ti，反应的化学方程式是2Mg＋TiCl4(熔融)Ti＋2MgCl2，故B正确；铝的还原性大于钒，用Al作还原剂可以冶炼金属V，反应的化学方程式是3V2O5＋10Al6V＋5Al2O3，故C正确；银是不活泼金属，一般采用加热Ag2O的方法冶炼Ag，故D错误。 1．钒：常温下不活泼，不与空气、水、苛性碱作用，也不与非氧化性的酸作用，但溶于氢氟酸，也溶于强氧化性的酸(如硝酸和王水)中。 2．五氧化二钒：两性氧化物，但以酸性为主，V2O5＋6NaOH===2Na3VO4＋3H2O；1 800 ℃发生分解反应：2V2O52V2O4＋O2↑；微溶于水，可形成稳定的胶体，有较强的氧化性：V2O5＋6HCl(浓)===2VOCl2＋Cl2↑＋3H2O。 3．VO2＋、VO：在酸性介质中，VO具有强氧化性，VO＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O，2VO＋H2C2O4＋2H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O。 4．钒酸盐：偏钒酸盐(NH4VO3)、正钒酸盐(Na3VO4)等在加热条件下不稳定，2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O。 (2022·福建龙岩市高三模拟)五氧化二钒(V2O5)在冶金、催化剂、磁性材料等领域有重要作用。实验室以含钒废料(含有V2O3、Fe2O3、Al2O3、CuO、有机化合物等)来制备V2O5的一种工艺流程如下： 已知：含钒离子在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系： 溶液pH ＜4.0 6.0～8.0 8.0～10.0 钒元素主要存在形式 VO VO V2O 请回答下列问题： (1)含钒废料中的有机化合物主要在________工序中除去。 (2)“焙烧”产物之一是Mg(VO3)2，写出它在“酸浸”(溶液pH＜2)过程中发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 (3)“净化Ⅱ”时若加入过量的(NH4)2CO3，可能导致的后果为_______________________ ____________________________________________________________________________。 (4)“滤渣2”中含有Mg2(OH)2CO3，写出生成Mg2(OH)2CO3的离子方程式：_____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 (5)“煅烧”时，除生成V2O5外，还生成了参与大气循环的气体，写出煅烧时的化学方程式：______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案：(1)焙烧 (2)Mg(VO3)2＋2H2SO4===(VO2)2SO4＋MgSO4＋2H2O (3)会生成NH4VO3沉淀，降低钒的利用率 (4)2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg2(OH)2CO3↓＋2HCO (5)4NH4VO3＋3O22V2O5＋8H2O＋2N2 解析：含钒废料(含有V2O3、Fe2O3、Al2O3、CuO、有机化合物等)加入足量碳酸镁粉末“焙烧”，除去有机化合物，并将V2O3氧化为V2O5，之后加入硫酸酸溶，金属元素进入溶液，然后加入适量氨水调节pH可生成氢氧化物除去Fe3＋、Cu2＋、Al3＋，过滤后滤液中含有VO、NH、Mg2＋等离子，根据后续产物可知“净化Ⅱ”加入适量碳酸铵的目的主要是除去Mg2＋，过滤后滤液中再加入足量碳酸铵，浓缩、结晶得到NH4VO3沉淀，煅烧可生成V2O5。(1)“焙烧”过程中有机化合物会被氧化为CO2、H2O等，从而除去有机化合物。(2)溶液pH＜2，根据题目所给信息可知酸浸后生成(VO2)2SO4，结合元素守恒可得化学方程式为Mg(VO3)2＋2H2SO4===(VO2)2SO4＋MgSO4＋2H2O。(3)加入过量的(NH4)2CO3，铵根离子浓度过大，且溶液碱性增强，会生成NH4VO3沉淀，降低钒的利用率。(4)“滤渣2”中含有Mg2(OH)2CO3，说明部分Mg2＋和CO发生双水解反应，但由于CO浓度较大，溶液碱性较强，所以CO的水解不彻底，有HCO生成，则离子方程式为2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg2(OH)2CO3↓＋2HCO。(5)根据元素守恒，煅烧NH4VO3时产生的参与大气循环的气体应为N2，结合元素守恒和电荷守恒可得化学方程式为4NH4VO3＋3O22V2O5＋8H2O＋2N2。 课时测评16　金属材料　金属的冶炼 (时间：45分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－10题，每题6分，第11题16分，第12题24分，共100分) 1．《考工记》：金(青铜)有六齐，六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。下列有关说法错误的是(　　) A．六齐是铜锡合金6种配比 B．大刃硬度大于斧斤 C．六齐之金，日久也会有铜绿生成 D．依据铜锡不同比例可以配成黄铜 答案：D 解析：根据题意，六齐是指青铜中铜和锡的六种不同比例形成的不同器具，故A正确；迁移铁合金的知识：铁碳也有不同比例，碳含量越高，硬度越大，故B正确；出土青铜都有铜绿，故C正确；黄铜是铜锌合金，铜锡不同比例仍为青铜，故D错误。 2．(2023·上海嘉定统考一模)下列金属冶炼的反应原理，不恰当的是(　　) A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ B．MgO＋H2Mg＋H2O C．2Al2O34Al＋3O2↑ D．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 答案：B 解析：Na是活泼金属，利用电解熔融的氯化钠获得金属Na，A正确；Mg是活泼金属，利用电解熔融的氯化镁获得金属Mg，B错误；Al是活泼金属，利用电解熔融的氧化铝获得金属Al，C正确；Fe是较活泼金属，利用热还原法来获得Fe，其中可以使用的还原剂有C、CO、H2和Al，D正确。 3．(2023·河北衡水校考三模)中华文明博大精深，源远流长。下列说法错误的是(　　) A．越王勾践剑为春秋晚期青铜器，具有硬度大、耐腐蚀的优点 B．宣纸是我国传统的书画用纸，用青檀和稻草生产宣纸涉及化学变化 C．司南是我国古代用于辨别方向的一种仪器，可由天然磁石FeO制成 D．中药为我国传统中医特有药物，若使用铁器煎药可能破坏中药的药性 答案：C 解析：越王勾践剑的主要成分为合金，具有硬度大、耐腐蚀的优点，A正确；用青檀和稻草生产宣纸时，要加入碱液除去纤维素中所含杂质，涉及化学变化，B正确；天然磁石的主要成分是Fe3O4，C错误；中药煎制容器不能使用铁器的原因是药物与铁反应，导致药物失效，D正确。 4．铝是地壳中含量最高的金属元素，下列关于铝及其化合物的说法错误的是(　　) A．可用NaOH溶液除去Fe2O3粉末中少量的Al2O3 B．纯铝的硬度和强度较小，不适合用于制造机器零件 C．铝制品廉价易得，适用于厨房蒸煮和长期存放碱性食物 D．铝在冷的浓硝酸中发生钝化，因此可用铝槽车运输浓硝酸 答案：C 解析：Al2O3是两性氧化物，可以溶于NaOH溶液，Fe2O3是碱性氧化物，不和NaOH反应，所以可用NaOH溶液除去Fe2O3粉末中少量的Al2O3，故A正确；纯铝的硬度和强度较小，不适合用于制造机器零件，可以用铝合金制造机器零件，故B正确；铝能和碱反应，不适用于厨房蒸煮和长期存放碱性食物，故C错误；铝在冷的浓硝酸中发生钝化，因此可用铝槽车运输浓硝酸，故D正确。 5．某同学通过系列实验探究Al及其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是(　　) A．将水加入浓硫酸中得到稀硫酸，将铝条置于其中探究Al的活泼性 B．将NaOH溶液缓慢滴入Al2(SO4)3溶液中至过量，最终观察到有沉淀生成 C．将Al(OH)3浊液直接倒入已装好滤纸的漏斗中过滤，洗涤并收集沉淀 D．将Al(OH)3沉淀转入蒸发皿中，加足量稀硫酸，加热蒸干得无水Al2(SO4)3固体 答案：D 解析：A项，稀释浓硫酸时应将浓硫酸加入水中并不断搅拌，错误；B项，将过量的NaOH溶液滴入Al2(SO4)3溶液中，最终生成Na[Al(OH)4]溶液，无沉淀，错误；C项，过滤时应将浊液用玻璃棒引流到漏斗中，错误。 6．(2023·河北邢台统考一模)中国古代涉及的“铜”文化丰富多彩。下列说法错误的是(　　) A．“青铜器时期”早于“铁器时期“的原因之一是铜比铁稳定 B．诗句“庐山山南刷铜绿”中的“铜绿”借指的是Cu2(OH)2CO3的颜色 C．铸造“铜钱儿”用的材料黄铜是单质铜 D．“石胆化铁为铜”中涉及金属键的断裂 答案：C 解析：“青铜器时期”早于“铁器时期”的原因之一是铜的金属性比铁弱，化学性质比较稳定，A正确；“铜绿”的主要成分为Cu2(OH)2CO3，呈绿色，B正确；单质铜呈紫红色，黄铜是铜锌合金，呈黄色，C错误；“石胆化铁为铜”指铁和硫酸铜溶液发生置换反应，铁属于金属晶体，反应中金属键断裂，D正确。 7．类推是化学学习和研究常用的重要思维方法，但所得结论要经过实践的检验才能确定其正确与否。根据你所掌握的知识，判断下列类推结论中正确的是(　　) A．Mg燃烧不能用CO2灭火，故Na燃烧也不能用CO2灭火 B．Al在O2中燃烧生成Al2O3，故Fe在O2中燃烧生成Fe2O3 C．CO2与Na2O2反应生成Na2CO3和O2，故SO2与Na2O2反应生成Na2SO3和O2 D．Al与NaOH溶液反应生成H2，故Mg与NaOH溶液反应也生成H2 答案：A 解析：由于钠比镁活泼，镁能与CO2反应，则钠也能与CO2反应，Mg燃烧不能用CO2灭火，故Na燃烧也不能用CO2灭火，A项正确；Fe在O2中燃烧生成Fe3O4，B项错误；SO2与Na2O2反应生成Na2SO4，C项错误；Al具有两性，能和NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和H2，而Mg不具有两性，不能和NaOH溶液反应，D项错误。 8．(2023·广东省广州市三模)下图为铝的生产原理示意图，下列相关说法不正确的是(　　) A．冰晶石作助熔剂 B．氧化铝属于过渡晶体 C．金属铁、铜的冶炼方法与铝类似 D．铝在工业上是一种很好的还原剂 答案：C 解析：A项，冰晶石在电解铝工业中常用作助熔剂，降低熔点，正确；B项，氧化铝的晶体结构具有某些过渡金属的特征，因此被称为过渡晶体，正确；C项，工业上用电解熔融的氧化铝，得到金属铝和氧气，而工业上用热还原法来冶炼金属铁、铜，错误；D项，Al为活泼金属，冶金工业中常作还原剂，正确。 9．(2023·全国高三专题练习)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无水MgCl2 答案：D 解析：海水经一系列处理得到苦卤水，苦卤水中含Mg2＋，苦卤水中加物质X使Mg2＋转化为Mg(OH)2，过滤除去滤液，煅烧Mg(OH)2得MgO，MgO和C、Cl2经“氯化”得无水MgCl2。物质X的作用是使Mg2＋转化为Mg(OH)2，工业上采用CaO，发生CaO＋H2O===Ca(OH)2，Ca(OH)2＋Mg2＋===Mg(OH)2＋Ca2＋，A正确；Mg是较活泼金属，工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁，B正确；由题图可知“氯化”过程反应物为MgO、氯气、C，生成物之一为MgCl2，C在高温下被氧化为CO，则“气体”为CO，反应方程式为MgO＋C＋Cl2MgCl2＋CO，C正确；“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。 10．碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]是一种用途广泛的化工原料，实验室中以废铜屑为原料，制取碱式碳酸铜的流程如下。下列说法错误的是(　　) A．“加热”步骤可选用水浴加热 B．“酸浸”产生的气体可用NaOH溶液吸收 C．“滤液”中溶质的主要成分为NaNO3 D．可用盐酸和BaCl2溶液检验“滤液”中是否有CO 答案：B 解析：“加热”的温度为70 ℃，可选用水浴加热，A正确；“酸浸”产生的气体为NO，与NaOH溶液不反应，不能用NaOH溶液吸收，B错误；由分析可知，“滤液”中溶质的主要成分为NaNO3等，C正确；CO的检验是先加氯化钡溶液，产生白色沉淀，再往白色沉淀中加入盐酸，沉淀完全溶解，且产生无色无味气体，D正确。 11．(16分)以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细α-氧化铝，既降低环境污染又可提高铝资源的利用率。已知铝灰主要成分为Al2O3(含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3)，其制备实验流程如下： (1)铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为_________________________________________ ______________________________________________________________________________； (2)加30%的H2O2溶液的目的是__________________________________________________ ______________________________________________________________________________； (3)煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为： 4[NH4Al(SO4)2·12H2O]2Al2O3＋2NH3↑＋N2↑＋5SO3↑＋3SO2↑＋53H2O，将产生的气体通过如下图所示的装置。 ①集气瓶中收集到的气体是________(填化学式)； ②酸性KMnO4溶液褪色(MnO被还原为Mn2＋)，此褪色过程中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。 答案：(1)Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O (2)氧化Fe2＋为Fe3＋，有利于在沉铁过程中除去 (3)①N2　②2∶5 解析：铝灰的主要成分为Al2O3(含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3)，加稀硫酸，Al2O3、FeO、Fe2O3转化为离子，SiO2不溶于硫酸，过滤，滤液中含有Al3＋、Fe2＋、Fe3＋，加双氧水，Fe2＋被氧化为Fe3＋，加入K4[Fe(CN)6]，Fe3＋转化为沉淀，过滤，在滤液中加入硫酸铵，生成NH4Al(SO4)2，结晶、干燥、煅烧得到α-Al2O3。(1)Al2O3与硫酸反应生成硫酸铝和水，其反应的方程式为Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O；(2)滤液中含有Al3＋、Fe2＋、Fe3＋，加30%的H2O2溶液使Fe2＋被氧化为Fe3＋，有利于在沉铁过程中除去；(3)①NH4Al(SO4)2·12H2O分解生成的气体NH3和SO3被饱和亚硫酸氢钠吸收，二氧化硫被酸性高锰酸钾溶液吸收，所以最后集气瓶中收集到的气体是N2；②在酸性条件下，氧化剂KMnO4与还原剂二氧化硫反应的离子方程式为2MnO＋5SO2＋2H2O===2Mn2＋＋5SO＋4H＋，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶5。 12．(24分)(2023·吉林统考二模)铜及其化合物在生产、生活中有着广泛的应用。回答下列问题： (1)纳米铜是性能优异的超导材料，工业上以辉铜矿(主要成分为Cu2S)为原料制备纳米铜粉，Cu2S中铜元素的化合价为________价。 (2)无水CuSO4常用于检验物质中是否含有水，吸水后会形成________色晶体，俗称________。 (3)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿、孔雀石的主要成分，受热分解可生成黑色的CuO，化学方程式为_______________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (4)CuCl2常用作媒染剂、杀虫剂等。Cu与稀盐酸在持续通入空气的条件下反应生成CuCl2，Fe3＋对该反应有催化作用，其催化原理如图所示。M′的化学式为________。 (5)CuCl广泛应用于化工和印染等行业。在高于300 ℃，HCl气流中热分解CuCl2·2H2O可以制备CuCl，其中HCl的作用是____________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案：(1)＋1　(2)蓝　胆矾或蓝矾　 (3)Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O　(4)Fe2＋　(5)用HCl气流带走产生的水蒸气，提供酸性环境抑制CuCl2水解的发生，防止CuCl被氧化 解析：(2)无水CuSO4常用于检验物质中是否含有水，吸水后会形成蓝色硫酸铜晶体，俗称胆矾或蓝矾；(3)碱式碳酸铜受热分解生成氧化铜、水、二氧化碳，Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O；(4)Cu与稀盐酸在持续通入空气的条件下反应生成CuCl2，Fe3＋对该反应有催化作用，铜生成铜离子化合价升高，根据得失电子守恒可知，M生成M′铁元素化合价降低，故M′为亚铁离子；(5)氯化铜加热水解生成氢氧化铜和挥发性酸，HCl可抑制其水解，CuCl中铜具有还原性易被空气中氧气氧化，在HCl气流中热分解CuCl2·2H2O可以制备CuCl，其中HCl的作用是用HCl气流带走产生的水蒸气，提供酸性环境抑制CuCl2水解的发生，防止CuCl被氧化。 学生用书↓第90页 学科网（北京）股份有限公司 $$