第3章 第14讲 金属材料和金属矿物的开发利用(课件PPT)-【正禾一本通】2025年高考化学高三一轮总复习高效讲义（人教版2019 单选版）

正禾一本通 一轮总复习 多媒体课件 英语（人教版） 一轮总复习 多媒体课件 化学（人教版单选） 第三章 金属及其化合物 第14讲　 金属材料和金属矿物的开发利用 考点1 1 金属材料与金属冶炼 考点2 1 钒、钴、镍及其化合物的重要性质 课下巩固精练卷(十四)　金属材料和金属矿物的开发利用 【备考目标】　1.了解金属材料及其重要化合物的主要性质，了解其在生产、生活中的应用。2.了解金属冶炼的原理和方法，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要作用。3.了解钒、钴、镍及其化合物的重要性质。 铬 1．常见的金属材料 (1)金属材料的分类 铁 (2)合金 低 大 (3)几种常见的合金 低碳钢 中碳钢 高碳钢 青铜 2．金属冶炼的一般方法及应用 (1)金属在自然界中的存在 (2)金属冶炼的实质 金属的冶炼过程就是把金属从 态还原为 态的过程，即：Mn＋＋ne－===M(M表示金属)。 化合 正 游离 3Mn＋2Al2O3 (3)金属冶炼的方法 方法名称 主要反应原理(举例) 热分解法 2HgO 2Ag2O4Ag＋O2↑ 热还原法 CO作还原剂 Fe2O3＋3CO (高炉炼铁) H2作还原剂 WO3＋3H2 活泼金属作还原剂 3MnO2＋4Al 2Hg＋O2↑ 2Fe＋3CO2 W＋3H2O 电解法 MgCl2(熔融) 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 【提醒】　①工业上冶炼铝是电解熔融Al2O3而不是电解熔融AlCl3，是因为AlCl3为共价化合物，熔融时不导电。②冶炼镁是电解熔融的MgCl2而不是电解熔融MgO，是因为MgO熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本，而MgCl2的熔点较低，更易熔融。 3Mn＋2Al2O3 4Al＋3O2↑ 【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)合金材料中不可能含有非金属元素( ) (2)合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属( ) (3)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝在地壳中含量较低( ) (4)MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg( ) × × × √ 一、金属材料、合金的性能与应用 1．(2023·上海宝山统考二模)关于生铁和钢的区别正确的是(　　 ) A．生铁属于纯净物，钢属于混合物 B．生铁比钢的含碳量更高 C．生铁比钢弹性更好 D．生铁属于铁碳合金，钢也是合金但不含碳 解析：选B。生铁也是混合物，且含碳量更高(生铁：2%～4.3%，钢：0.03%～2%)。 2．青铜的主要成分是铜和锡，锡的熔点是232 ℃，含锡25%的青铜熔点约为800 ℃，《吕氏春秋·别类编》中有关于青铜的记载“金(铜)柔锡柔，合两柔则为刚，燔(烧)之则为淖(液体)。”下列说法正确的是(　　 ) A．在轮船外壳悬挂锌、锡等金属块可减慢钢铁的腐蚀 B．合金的熔点一定低于各组分金属的熔点 C．铜和锡在元素周期表均位于第四周期 D．“合两柔则为刚”体现了合金的硬度通常大于各组分金属的特点 解析：选D。要保护钢铁，在和海水构成的原电池中应该让钢铁作正极，活泼性比Fe强的金属作负极，锡金属性弱于铁，不能保护铁，故A错误；青铜的主要成分是铜和锡，锡的熔点是232 ℃，含锡25%的青铜熔点约为800 ℃，青铜的熔点高于锡，故B错误；锡位于元素周期表的第五周期，故C错误；“金(铜)柔锡柔，合两柔则为刚”体现了合金硬度大于成分金属硬度，故D正确。 二、金属冶炼方法的选择 3．下列关于金属的冶炼方法叙述不正确的是(　　 ) 选项 金属 存在形式 冶炼方法 A 金 游离态 金子比沙子密度大，利用水洗法直接分离 B 银 化合态 银的金属性弱，用加热Ag2O的方法冶炼 C 铁 化合态 铝的金属性比铁强，可用铝热法制铁 D 钠 化合态 钠的金属性强，一般还原剂很难将其还原出来，所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼 解析：选D。钠一般是用电解熔融NaCl的方法制取，而电解饱和食盐水得到的是NaOH、H2和Cl2。同时注意，此题易误选C，一般认为铁是由CO还原Fe2O3制得，但在实际生活中，在铁轨焊接等方面是用铝热反应来制取的。 4．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用，古代有：(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜。现代有：(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁。对金属的冶炼对应方法的分析不正确的是(　　 ) A．(Ⅰ)—① B．(Ⅱ)—② C．(Ⅲ)—③ D．(Ⅳ)—④ 解析：选B。(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜是采用焦炭法冶炼金属铜，对应方法①，故A正确；(Ⅱ)湿法炼铜是采用活泼金属置换法冶炼金属铜，对应方法③，故B错误；(Ⅲ)铝热反应是采用活泼金属置换法冶炼金属，对应方法③，故C正确；(Ⅳ)从光卤石中冶炼金属镁是采用电解熔融氯化镁的方法，对应方法④，故D正确。 1．钒及其化合物 (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)。 (2)五氧化二钒：两性氧化物，但以酸性为主，微溶于水，可形成稳定的胶体，有较强的氧化性。V2O5＋6NaOH===2Na3VO4＋3H2O或V2O5＋2NaOH===2NaVO3＋H2O(依具体条件而定)；V2O5＋6HCl===2VOCl2＋Cl2↑＋3H2O。1 800 ℃发生分解反应：2V2O52V2O4＋O2↑。 (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(如NH4VO3)、正钒酸盐(如Na3VO4)等在加热条件下不稳定，如2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O。 2．钴、镍及其化合物 单质 常温下钴、镍在空气中能稳定存在；加热条件下可生成CoO、NiO 化合价 ＋2价 ＋3价 氧化物 CoO：一定条件下可被H2或CO还原成单质钴。能溶于酸和强碱，不溶于水、醇和氨水。 NiO：能溶于酸和氨水，不溶于水 Co2O3、Ni2O3在酸性溶液中具有强氧化性： Co2O3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O； Ni2O3＋6HCl===2NiCl2＋Cl2↑＋3H2O 氢氧化物 Co(OH)2：在空气中被缓慢氧化为棕褐色的Co(OH)3；可被强氧化剂(如H2O2)迅速氧化。 Ni(OH)2：在空气中较稳定，可采用氧化性较强的 Cl2将其氧化 Co(OH)3、Ni(OH)3在酸性溶液中有强氧化性：2Co(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Co2＋＋Cl2↑＋6H2O； 2Ni(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Ni2＋＋Cl2↑＋6H2O 氯化物 CoCl2、NiCl2在不同的温度时可含不同数目的结晶水，前者因结晶水数目的不同呈现不同的颜色，可用于制造变色硅胶，还可用作干湿指示剂。 NiCl2通常在有机溶剂中的溶解度比 CoCl2小得多，利用这一性质可分离二者 Co3＋、Ni3＋仅能够存在于固态物质或配合物中，在水溶液中会发生如下反应(镍同)： 4Co3＋＋2H2O===4Co2＋＋4H＋＋O2↑； CoCl3在加热或遇水时发生分解：2CoCl32CoCl2＋Cl2↑ 以流程题形式考查钒、钴、镍及其化合物的转化 1．(2023·湖南长郡中学模拟)某铬铁矿的主要成分为Cr2O3(还含有FeO、Al2O3、MgO等杂质)。如图是制备Cr(OH)3的工艺流程： 已知：Na2CrO4溶于水，BaCrO4难溶于水。下列说法错误的是(　　) A．NaOH参与的反应为两个 B．加压(即增大氧气的压强)更有利于提高Cr的浸出率 C．加碱转化步骤中，加入的碱可能为Ba(OH)2 D．溶解还原过程中，甲醇起助溶作用，HCl起还原和提供酸性环境的作用 解析：选D。加压碱浸时，氧化铝、氧化铬与氧气、氢氧化钠反应生成Na[Al(OH)4]和铬酸钠，即氢氧化钠参与2个反应，A正确；加压碱浸时，氧化铬与氧气、氢氧化钠反应的化学方程式为2Cr2O3＋8NaOH＋3O2===4Na2CrO4＋4H2O，加压有利于提高铬的浸出率，B正确；加碱转化时，加入氢氧化钡反应生成铬酸钡沉淀，C正确；在溶解还原过程中，铬酸钡与盐酸和甲醇反应生成氢氧化铬和二氧化碳：2BaCrO4＋4H＋＋CH3OH===2Cr(OH)3＋2Ba2＋＋CO2↑＋H2O，即甲醇为反应物，HCl提供酸性环境，D错误。 2．黏土钒矿(主要成分为钒的＋3、＋4、＋5价的化合物以及SiO2、Al2O3等)中钒的化合物溶于酸后多以VO＋、VO2＋、VO形式存在，采用如图所示工艺流程可由黏土钒矿制备V2O5。已知：V2O5在碱性条件下以VO形式存在。下列说法不正确的是(　　 ) A．“酸浸氧化”中欲使3 mol VO＋被氧化成VO，至少需要1 mol KClO3 B．滤液1中主要的阴离子有[Al(OH)4]－、VO、Cl－、OH－、SO C．“煅烧”时需要的仪器主要有蒸发皿、玻璃棒、三脚架、酒精灯 D．“煅烧”时，NH4VO3受热分解：2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O 解析：选C。黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括SiO2、Al2O3等，加入稀硫酸，使Al2O3生成Al3＋；加入KClO3将VO＋和VO2＋氧化成VO，滤渣1为SiO2，滤液含有VO、K＋、Cl－、Al3＋、SO；加入KOH溶液至pH>13，滤液1含有K＋、[Al(OH)4]－、VO、Cl－、OH－、SO，通入CO2生成氢氧化铝沉淀，滤液中加入NH4HCO3沉钒得到NH4VO3，最后煅烧得到V2O5。VO＋中V元素为＋3价，VO中V元素为＋5价，3 mol VO＋被氧化成VO，失去6 mol电子，1 mol KClO3变为KCl得到6 mol电子，得失电子守恒，A正确、B正确；“煅烧”时需要的仪器主要有坩埚、玻璃棒、三脚架、酒精灯、泥三角等，C错误；NH4VO3煅烧生成V2O5，化学方程式为2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O，D正确。 eq \a\vs4\al([真题演练·感悟高考]) 1．(2022·广东高考)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 2．(2023·辽宁高考)某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3，已知焙烧后Cr元素以＋6价形式存在，下列说法错误的是(　　) A．“焙烧”中产生CO2 B．滤渣的主要成分为Fe(OH)2 C．滤液①中Cr元素的主要存在形式为CrO D.淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用 解析：选B。流程梳理如图： 焙烧时Cr2O3发生反应：2Cr2O3＋4Na2CO3＋3O24Na2CrO4＋4CO2，有CO2产生，A项正确；焙烧时FeO发生反应：4FeO＋O22Fe2O3，滤渣的主要成分为Fe2O3，B项错误；水浸后滤液①中主要溶质为Na2CrO4，Cr元素的主要存在形式为CrO，C项正确；淀粉水解生成葡萄糖，葡萄糖具有还原性，能将CrO还原为Cr(OH)3，D项正确。 3．(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粉的工艺流程如图，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 解析：选D。分析流程图可知，固体X主要成分是S、Fe(OH)3，金属M为Zn，故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，促进金属离子的浸取，B正确；结合离子沉淀的pH范围，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，应该调节溶液pH范围为3.2～4.2，故C正确；在用H2还原Cu2＋变为Cu单质时，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Cu单质，因此不利于Cu的生成，故D错误。 4．(2021·河北高考)绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺，该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料，不产生废弃物，实现了Cr­Fe­Al­Mg的深度利用和Na＋内循环。工艺流程如图： 回答下列问题： (1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是________(填元素符号)。 (2)工序①的名称为___________________________________________________。 (3)滤渣Ⅰ的主要成分是__________(填化学式)。 (4)工序③中发生反应的离子方程式为___________________________________。 (5)物质Ⅴ可代替高温连续氧化工序中的NaOH，此时发生的主要反应的化学方程式为_________________________________________________________________， 可代替NaOH的化学试剂还有__________(填化学式)。 (6)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序________(填“①”或“②”或“③”或“④”)参与内循环。 (7)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的pH为__________。(通常认为溶液中离子浓度小于10－5mol·L－1为沉淀完全；Al(OH)3＋OH－⇌[Al(OH)4]－；K＝100.63，Kw＝10－14，Ksp[Al(OH)3]＝10－33) 解析：由题给流程可知，在熔融氢氧化钠作用下，Fe(CrO2)2被氧气高温氧化生成铬酸钠和氧化铁，氧化铝与熔融氢氧化钠反应转化为四羟基合铝酸钠，氧化镁不反应；将氧化后的固体加水溶解，过滤得到含有氧化镁、氧化铁的滤渣Ⅰ和含有过量氢氧化钠、铬酸钠、四羟基合铝酸钠的滤液；将滤液在介稳态条件下分离得到铬酸钠溶液、氢氧化钠溶液和四羟基合铝酸钠溶液；向铬酸钠溶液中通入过量的二氧化碳得到重铬酸钠和碳酸氢钠沉淀；向四羟基合铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳气体得到氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠；向滤渣Ⅰ中通入二氧化碳和水蒸气，氧化镁与二氧化碳和水蒸气反应转化为碳酸氢镁溶液；碳酸氢镁溶液受热分解得到碳酸镁固体和二氧化碳、水蒸气，二氧化碳、水蒸气可以在工序②循环使用；碳酸镁高温煅烧得到氧化镁。 (1)由分析可知，高温连续氧化工序中被氧化的元素是铁元素和铬元素。(2)工序①为将氧化后的固体加水溶解浸出可溶性物质。(3)滤渣Ⅰ的主要成分是氧化铁和氧化镁。(4)工序③中发生反应为铬酸钠溶液与过量的二氧化碳反应生成重铬酸钠和碳酸氢钠沉淀，反应的离子方程式为2Na＋＋2CrO＋2CO2＋H2O===Cr2O＋2NaHCO3↓。(5)碳酸氢钠代替高温连续氧化工序中的氢氧化钠发生的主要反应为高温下Fe(CrO2)2与氧气和碳酸氢钠反应生成铬酸钠、氧化铁、二氧化碳和水，反应的化学方程式为4Fe(CrO2)2＋7O2＋16NaHCO38Na2CrO4＋2Fe2O3＋16CO2＋8H2O；若将碳酸氢钠换为碳酸钠也能发生类似的反应。(6)热解工序产生的混合气体为二氧化碳和水蒸气，将混合气体通入滤渣Ⅰ中可以将氧化镁转化为碳酸氢镁溶液，则混合气体最适宜返 回的工序为工序②。(7)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的反应为[Al eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH)) eq \s\do7(4) ]－＋H＋Al eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH)) eq \s\do7(3) ↓＋H2O，反应的平衡常数为K1＝ eq \f(1,c[Al\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH))\s\do7(4)]－c（H＋）) ＝ eq \f(c（OH－）,c[Al\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH))\s\do7(4)]－c（H＋）c（OH－）) ＝ eq \f(1,K·Kw) ＝1013.37，当c[Al eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH)) eq \s\do7(4) ]－为10－5 mol/L时，溶液中氢离子浓度为 eq \f(1,c[Al\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH))\s\do7(4)]－K1) ＝ eq \f(1,10－5×1013.37) mol/L＝10－8.37 mol/L，则溶液的pH为8.37。 答案：(1)Fe、Cr　(2)溶解浸出 (3)MgO、Fe2O3 (4)2Na＋＋2CrO＋2CO2＋H2O===Cr2O＋2NaHCO3↓　(5)4Fe(CrO2)2＋7O2＋16NaHCO38Na2CrO4＋2Fe2O3＋16CO2＋8H2O　Na2CO3　(6)② (7)8.37 $$