14 第二部分 第3章 第14讲 金属材料与金属矿物的开发利用(基础课)-【名师导航】2026年高考化学一轮总复习教师用书（鲁科版）

第14讲　金属材料与金属矿物的开发利用(基础课) 　1.了解合金及常见金属材料的应用。　2.了解铝、镁、铜及其重要化合物的主要性质与应用。　3.了解常见金属的冶炼方法和海水提镁。 　金属材料与金属矿物的开发利用 1．合金 (1)概念：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。 (2)性能：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。 ①熔点：一般比它的各成分金属的低； ②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。 　①合金是混合物，合金的物理性质相比于成分金属有所改变，但合金中各成分金属的化学性质不变。 ②并非所有的金属都能相互熔合形成合金，若一种金属的熔点高于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。 2．常见金属材料——黑色金属材料与有色金属材料 (1) (2)铝合金：密度小，强度高，塑性好，易于加工，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。 (3)新型合金 ①储氢合金 ②其他：钛合金、耐热合金、形状记忆合金等。 　合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能。如超级钢就是含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%的合金钢，强度很大。 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 Mn＋＋ne－===M ①使金属化合物中的金属离子得电子还原为金属单质。 ②化合态转化为游离态。 (3)金属的常见冶炼方法 ①电解法 Na：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑； Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑； Al：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 ②热还原法：常用还原剂有焦炭、CO、H2、Al等。 高炉炼铁：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2； 铝热反应制铬：2Al＋Cr2O32Cr＋Al2O3； 焦炭还原铜：C＋2CuO2Cu＋CO2↑。 ③热分解法 Hg：2HgO2Hg＋O2↑； Ag：2Ag2O4Ag＋O2↑。 (4)合理开发利用金属矿物的主要途径 ①提高金属矿物的利用率，②开发环保高效的金属冶炼方法，③防止金属的腐蚀，④加强废旧金属的回收和再利用，⑤使用其他材料代替金属材料，等等。 　①金属冶炼与金属活动性的关系： ②冶炼Mg时电解熔融MgCl2而不电解熔融MgO，原因是MgO的熔点高，熔融时会耗费更多能源，增加生产成本。 ③冶炼Al时只能电解熔融Al2O3而不能电解熔融AlCl3，原因是AlCl3是共价化合物，熔融态不导电；加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。 1．不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是(　　) A．钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热反应法炼制 B．铝及其合金是生产、生活中广泛使用的材料，因为铝的冶炼方法比较简单 C．由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质 D．炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制还原剂一氧化碳 D　[A项，铁通常用CO还原法炼制，错误；B项，是因为Al有良好的性能，才被广泛使用，错误；C项，氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，工业上用电解氧化铝方法制取铝，错误；D项，高炉炼铁中焦炭的作用为与氧气反应产生热量和制还原剂一氧化碳，正确。] 2．明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“每炉甘石十斤，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的化学方程式：ZnCO3＋2CZn＋3CO↑ D．该冶炼锌的方法属于热还原法 A　[由题意可知，倭铅是指金属锌，不是混合物，故A错误；煤炭的主要成分是碳，反应中碳作还原剂，故B、C、D均正确。] 3．(2025·济南模拟)明末科学家宋应星出版的《天工开物》中记载了有关“五金”的内容：“……黄金美者，其值去黑铁(生铁)一万六千倍，然使釜、鬵(xín，一种炊具)、斤(这里指菜刀、镰刀、锄头等)、斧不呈效于日用之间……贸迁有无……”下列解释正确的是(　　) A．明代使用的釜、鬵一类的炊具都属于青铜合金 B．添加了铬、镍的不锈钢菜刀和农具使用后即使不保养，也不会生锈 C．金属的另一个用途就是铸成钱币作为贸易交往中的流通手段 D．黑铁在空气中发生的腐蚀主要是化学腐蚀 C　[明代使用的釜、鬵一类的炊具都属于铁合金，故A错误；不锈钢制作就是在普通钢中添加铬、镍等元素改变了钢铁内部结构，不锈钢不容易生锈，家里用的农具是铁合金，如果没及时洗干净后晾干，铁能与氧气、水同时接触，容易发生电化学腐蚀，容易生锈，故B错误；金属可以用来铸成钱币作为贸易交往中的流通手段，故C正确；生铁的腐蚀主要是析氢腐蚀和吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D错误。] 有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如Na＋KClK↑＋NaCl、2RbCl＋MgMgCl2＋2Rb↑等，主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，汽化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。 　铝、镁及其化合物 一、铝及其化合物 1．铝的存在与主要性质 (1)铝的结构和存在 铝位于元素周期表第3周期第ⅢA族，原子结构示意图为。铝元素在地壳中含量丰富，仅次于氧、硅。自然界中的铝全部以化合态存在。 (2)铝的主要化学性质 ① ② ③Al与碱液(NaOH)：2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑。 ④Al与CuSO4溶液：2Al＋3CuSO4===3Cu＋Al2(SO4)3。 ⑤铝热反应 a．原理：利用Al的还原性较强，高温下把金属氧化物中的金属置换出来。 b．应用：冶炼难熔金属，如Cr、Mn、V、W、Cu、Fe等；金属焊接，如野外焊接钢轨等。 2．铝的重要化合物 (1)铝的氧化物(Al2O3)——两性氧化物 ①两性氧化物：既能与酸反应，又能与碱反应的氧化物。 ②Al2O3的两性表现 (2)铝的氢氧化物[Al(OH)3]——两性氢氧化物 ①两性氢氧化物：与酸和强碱均能反应的氢氧化物。 ②Al(OH)3的两性表现 ③Al(OH)3受热分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。 (3)铝盐——明矾 ①化学式为KAl(SO4)2·12H2O，为复盐。 ②电离方程式为KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO。 ③应用：净水，净水原理为明矾电离出的Al3＋在水中水解生成Al(OH)3胶体，吸附水中悬浮物而沉淀，使水净化，其离子方程式为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋。 (4)四羟基合铝酸钠(配合物) ①向Na[Al(OH)4]溶液中滴加盐酸至过量，反应现象为先生成白色沉淀，然后沉淀又逐渐溶解直至消失，反应的有关离子方程式为[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O，Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。 ②向Na[Al(OH)4]溶液中通入少量CO2，反应的离子方程式为2[Al(OH)4]－＋CO2===2Al(OH)3↓＋CO＋H2O。 二、镁及其化合物 1．镁的性质 (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↑ 2．镁的重要化合物[MgO和Mg(OH)2] MgO和Mg(OH)2均难溶于水，不与水反应，均与H＋反应，常用于除去含Mg2＋溶液中的杂质Fe3＋。 3MgO＋3H2O＋2Fe3＋===2Fe(OH)3＋3Mg2＋ 3Mg(OH)2＋2Fe3＋===2Fe(OH)3＋3Mg2＋ 1．下列除去杂质的方法不正确的是 (　　) A．镁粉中混有少量铝粉：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、干燥得到MgO B　[Al(OH)3不溶于氨水，故向含少量Al3＋的Fe3＋溶液中加过量氨水，Fe3＋、Al3＋均转化为氢氧化物沉淀，达不到除杂的目的，B项不正确。] 2．某矿石的主要成分为MgCO3，还含有CaO、SiO2、Fe3O4、Al2O3及少量其他杂质。某工厂采用该矿石为主要原料生产碱式碳酸镁，流程如下(已知：温度低于700 ℃时，SiO2不会与CaO等反应)。下列有关说法不正确的是(　　) A．煅烧过程所发生的主要化学方程式为MgCO3MgO＋CO2↑ B．滤渣1的成分是CaSO4和SiO2 C．氧化步骤发生反应的离子方程式可以是2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O D．加X调pH的X是氢氧化钠 D　[矿石煅烧过程中碳酸镁分解生成氧化镁和二氧化碳，加入硫酸进行溶解，其中二氧化硅不与硫酸反应，氧化钙与硫酸反应生成微溶性物质硫酸钙，过滤除去；将滤液中亚铁离子氧化为铁离子，加入氧化镁或碳酸镁调节pH，将铝离子和铁离子形成沉淀，过滤除去；将滤液中的镁离子形成沉淀分离，经过系列操作获得碱式碳酸镁。煅烧的主要目的是使碳酸镁分解，同时除去一些可燃性杂质，A正确；已知温度低于700 ℃时，SiO2不会与CaO等反应，所以煅烧后CaO、SiO2、Fe3O4、Al2O3都没有反应，加入硫酸后二氧化硅不反应，氧化钙和硫酸反应生成硫酸钙沉淀，所以滤渣1的成分是CaSO4和SiO2，B正确；氧化是为了把Fe2＋转化成Fe3＋，用H2O2可以达到目的，C正确；调pH的目的是通过形成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，而除去Fe3＋和Al3＋，不能引入新的杂质，一般是用氧化镁或碳酸镁，用氢氧化钠不但引入Na＋，且氢氧化铝会溶于氢氧化钠溶液中，所以X不能用氢氧化钠，D错误。] 3．明矾[KAl(SO4)2·12H2O]是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。采用废易拉罐制备明矾的过程如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．合理处理易拉罐有利于环境保护和资源再利用 B．从易拉罐中可回收的金属元素有Al、Fe C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋ D．上述流程中可用NaHSO4代替NaHCO3 D　[NaHSO4电离出的H＋能溶解Al(OH)3，不能得到Al(OH)3，D错误。] 4．以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下： 已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是(　　) A．浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O B．浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行 C．流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl D．分离Mg2＋与Al3＋、Fe3＋是利用了它们氢氧化物Ksp的不同 B　[一水合氨受热易分解，沉镁时在较高温度下进行会造成一水合氨大量分解，挥发出氨气，降低利用率，故B错误。] 铝矿石提铝与海水提镁 1．铝矿石提铝的化工流程 铝土矿的主要成分是Al2O3，含有的杂质是Fe2O3、MgO和SiO2，由于Al2O3具有两性，而杂质SiO2是酸性氧化物，Fe2O3、MgO是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯Al2O3的方案。 主要化学反应： ①Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－； ②Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O； ③[Al(OH)4]－＋CO2(过量)===Al(OH)3↓＋HCO； ④Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH； ⑤2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 2．从海水中提取镁的流程 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↑。 1．工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图： 对上述流程中的判断正确的是(　　) A．试剂X可以是氨水，沉淀中含有铁的化合物 B．工业上可采用Fe还原Al2O3的方法制Al，但成本较高 C．反应Ⅱ中CO2可以用CH3COOH溶液代替 D．反应Ⅰ为CO2＋2[Al(OH)4]－＋H2O===2Al(OH)3↓＋CO＋2H2O C　[分析流程图可知，试剂X是氢氧化钠溶液，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，所以反应Ⅰ过滤出的沉淀为Fe2O3，所得溶液乙为Na[Al(OH)4]溶液；向Na[Al(OH)4]溶液中通入过量CO2，化学方程式为Na[Al(OH)4]＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3，所以Y为NaHCO3溶液，Al(OH)3加热分解生成Al2O3，电解熔融Al2O3得到Al。试剂X不可以是氨水，因为沉淀中含有铁的化合物，还有铝的化合物，无法分离，故A错误；Fe不如Al活泼，与Al2O3不反应，故B错误；反应Ⅱ中CO2溶于水得碳酸，碳酸是弱酸，可以用CH3COOH溶液代替，故C正确；反应Ⅰ为Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－，故D错误。] 2．从海水中提取镁的工艺流程如图所示： 下列说法错误的是(　　) A．用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富 B．步骤⑥电解熔融MgCl2时阴极产生氯气 C．步骤⑤可将晶体置于HCl气体氛围中脱水 D．上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应 B　[电解MgCl2(熔融)时阳极产生Cl2，B错误。] 　铜及其化合物 1．铜的主要性质(写出有关反应的化学方程式或离子方程式) ①2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3。 ②2Cu＋SCu2S。 ③与氧化性酸反应 a．与浓硫酸共热：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O； b．与稀硝酸反应：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O； c．与浓硝酸反应：Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。 ④与某些盐溶液反应 a．与硝酸银溶液反应：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋； b．与FeCl3溶液反应：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。 2．铜的重要化合物的性质及应用 (1)氧化物 ①CuO：黑色、难溶于水的固体，可以与酸反应，可以用H2、CO、Al还原出Cu。 ②Cu2O：砖红色、难溶于水的固体，与一般酸反应为Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O，遇到HNO3发生氧化反应生成Cu2＋。 ③转化：4CuO2Cu2O＋O2↑，高温条件下Cu2O稳定。 (2)氢氧化铜——蓝色难溶物，是一种弱碱。 (3)铜盐 ①Cu2(OH)2CO3 Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，呈绿色，是铜锈的主要成分，受热易分解，分解的化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。 ②CuSO4 a．CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾(或胆矾)。 受热或遇浓硫酸，蓝色晶体变为白色粉末。 b．无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水或水蒸气的检验试剂。 ③铜盐的毒性 铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病菌。 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)铁、铜在潮湿的空气中均易形成金属氧化物。(×) (2)无水CuSO4既可检验水蒸气的存在又可作干燥剂。(×) (3)Cu2O在高温下比CuO稳定的原因是Cu2O中Cu＋的3d轨道电子全充满。(√) (4)Cu2O在一般酸中可发生自身氧化还原反应。(√) (5)Cu与Fe3＋反应说明Cu的还原性比Fe的强。(×) (6)Cu2O溶于稀硝酸的反应为3Cu2O＋2NO＋14H＋===6Cu2＋＋2NO↑＋7H2O。(√) (7)Cu(OH)2溶于氨水生成 [Cu(NH3)4]2＋。(√) (8)CuSO4·5H2O呈蓝色是因为存在 [Cu(H2O)4]2＋。(√) ——探究铜及其化合物的性质 1．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 ℃以上完全分解成砖红色的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(b、c可互换) ①3CuO＋2NH33Cu＋N2＋3H2O　②防倒吸 ——涉及铜及其化合物的化工流程 2．工业上用含有少量氧化铁杂质的废铜粉为原料，制取硫酸铜的主要过程如图所示： 下列有关说法不正确的是(　　) A．“过量酸”不适合用硝酸或浓硫酸，固体B可以用CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3 B．通入的气体A可以是O2或Cl2 C．通入气体A之前的混合溶液中存在的阳离子是Fe2＋、Cu2＋、H＋ D．将从溶液中得到的硫酸铜晶体在空气中加热，可制得无水硫酸铜 B　[通入的气体A不可以是Cl2，否则引入Cl－杂质，B错误。] 3．工业上以黄铜矿(主要成分是CuFeS2，含有少量SiO2)为主要原料制备CuCl的主要流程如下： 已知CuCl难溶于水，难溶于乙醇，在空气中易被氧化，在水溶液中存在平衡：CuCl(白色固体)＋2Cl－[CuCl3]2－(无色溶液)。 回答下列问题： (1)溶液A中含有硫酸铜、硫酸铁，则在一定条件下黄铜矿与稀硫酸、氧气发生反应的化学方程式为___________________________________________________ __________________________________________________________________。 (2)沉淀D为___________________________________________(填化学式)。 (3)加过量CuO调pH的目的是_________________________________________ ___________________________________________________________________。 (4)若“①”处不加浓盐酸，此处的反应会较快停止，原因是__________________ ____________________________________________________________________。 (5)“②”中的系列操作是_______________________________________________ ____________________________________________________________________， 过滤，用________洗涤，真空干燥。 (6)向溶液B中加入NaCl、NaHSO3，加热，也可生成CuCl，则该反应的离子方程式是_____________________________________________________________。 解析： 答案：(1)4CuFeS2＋2H2SO4＋17O24CuSO4＋2Fe2(SO4)3＋2H2O (2)SiO2 (3)使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀除去 (4)生成的CuCl难溶于水会附着在Cu的表面，阻碍反应进一步发生 (5)向溶液C中加入大量的水　无水乙醇 (6)2Cu2＋＋2Cl－＋HSO＋H2O2CuCl↓＋SO＋3H＋ 废铜利用的一般流程模板 4．(2024·北京卷)利用黄铜矿(主要成分为CuFeS2，含有 SiO2等杂质)生产纯铜，流程示意图如下。 (1)矿石在焙烧前需粉碎，其作用是______________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)(NH4)2SO4的作用是利用其分解产生的SO3使矿石中的铜元素转化为CuSO4。(NH4)2SO4发生热分解的化学方程式是____________________________________ ____________________________________________________________________。 (3)矿石和过量(NH4)2SO4按一定比例混合，取相同质量，在不同温度下焙烧相同时间，测得：ⅰ.“吸收”过程氨吸收率和“浸铜”过程铜浸出率变化如图；ⅱ.400 ℃和500 ℃时，固体B中所含铜、铁的主要物质如表。 温度/℃ B中所含铜、铁的主要物质 400 Fe2O3、CuSO4、CuFeS2 500 Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO ①温度低于425 ℃，随焙烧温度升高，铜浸出率显著增大的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 ②温度高于425 ℃，根据焙烧时可能发生的反应，解释铜浸出率随焙烧温度升高而降低的原因是_______________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (4)用离子方程式表示置换过程中加入Fe的目的：__________________________ _____________________________________________________________________。 (5)粗铜经酸浸处理，再进行电解精炼；电解时用酸化的CuSO4溶液作电解液，并维持一定的c(H＋)和c(Cu2＋)。粗铜若未经酸浸处理，消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量，原因是__________________________________________________ ___________________________________________________________________。 解析：黄铜矿(主要成分为CuFeS2，含有SiO2等杂质)粉碎后加入硫酸铵，通入空气焙烧，黄铜矿在硫酸铵生成的SO3作用下，转化成CuSO4，得到的混合气体中主要含NH3，用硫酸吸收，得到硫酸铵，是溶液A的主要溶质，可以循环利用，固体B为SiO2、CuSO4及含铁的化合物，加水分离，主要形成含硫酸铜的滤液和含SiO2的滤渣，分别为滤液C和滤渣D，向滤液C中加入过量的铁，置换得到粗铜和FeSO4，粗铜再精炼可以得到纯铜。(1)黄铜矿的矿石在焙烧前需粉碎，是为了增大反应物的接触面积，增大反应速率，使反应更充分。(2)铵盐不稳定，易分解，(NH4)2SO4的分解为非氧化还原反应，产物中有NH3和SO3，故化学方程式为(NH4)2SO42NH3↑＋SO3↑＋H2O。(3)①由题图可知，温度低于 425 ℃时，随焙烧温度升高，铜浸出率显著增大，这是因为温度低于 425 ℃，随焙烧温度升高，(NH4)2SO4分解产生的SO3增多，可溶物CuSO4含量增大，故铜浸出率显著增大。②温度高于 425 ℃，随焙烧温度升高，CuFeS2和CuSO4转化成难溶于水的CuO，发生反应4CuFeS2＋17O2＋2CuSO46CuO＋2Fe2(SO4)3＋4SO3，铜浸出率降低。(4)加入Fe置换滤液C中的铜，反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋。(5)粗铜中含有Fe杂质，加酸可以除Fe，但粗铜若未经酸浸处理，其中杂质Fe会参与放电，则消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量。 答案：(1)增大接触面积，增大反应速率，使反应更充分 (2)(NH4)2SO42NH3↑＋SO3↑＋H2O (3)①温度低于425 ℃，随焙烧温度升高，(NH4)2SO4分解产生的SO3增多，可溶物CuSO4含量增加，故铜浸出率显著增大　②温度高于 425 ℃，随焙烧温度的升高，发生反应4CuFeS2＋17O2＋2CuSO46CuO＋2Fe2(SO4)3＋4SO3，CuFeS2和CuSO4转化成难溶于水的CuO，铜浸出率降低 (4)Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋ (5)其中的杂质Fe会参与放电 1．(2024·重庆卷)单质M的相关转化如下所示。下列说法错误的是(　　) A．a可使灼热的铜变黑 B．b可与红热的铁产生气体 C．c可使燃烧的镁条熄灭 D．d可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 C　[碱溶液与单质d反应生成漂白液，故单质d为Cl2，碱溶液是NaOH溶液；NaOH溶液与氧化物c(适量)反应得纯碱溶液，故氧化物c为CO2；单质M与氧化物b反应得NaOH溶液，故单质M为Na，氧化物b为H2O；Na与单质a反应得氧化物，因此单质a为O2。O2可与灼热的铜反应生成黑色的氧化铜，A正确；水蒸气可与红热的铁在高温下反应生成四氧化三铁和氢气，B正确；镁条在CO2中燃烧生成氧化镁和碳，燃烧的镁条不熄灭，C错误；Cl2可与碘化钾反应生成碘单质，碘单质能使湿润的淀粉试纸变蓝，D正确。] 2．(2021·湖南卷)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 D　[物质X的作用是使Mg2＋转化为Mg(OH)2，工业上常采用CaO，发生反应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；由图可知“氯化”过程反应物为MgO、Cl2、C，生成物之一为MgCl2，C在高温下能将CO2还原为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。] 3．(2024·甘肃卷节选)我国科研人员以高炉渣(主要成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2等)为原料，对炼钢烟气(CO2和水蒸气)进行回收利用，有效减少了环境污染，主要流程如图所示： 已知：Ksp(CaSO4)＝4.9×10－5， Ksp(CaCO3)＝3.4×10－9。 (1)高炉渣与(NH4)2SO4经焙烧产生的“气体”是　　　　。 (2)“滤渣”的主要成分是CaSO4和　　　　。 (3)“水浸2”时主要反应的化学方程式为__________________________________ ____________________________________________________________________， 该反应能进行的原因是_________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)铝产品NH4Al(SO4)2·12H2O可用于________。 解析：(1)高炉渣与(NH4)2SO4经焙烧产生的“气体”是NH3。(2) “滤渣”的主要成分是CaSO4和未反应的SiO2。(3)“水浸2”的主要反应为硫酸钙与碳酸铵生成更难溶的碳酸钙，反应的化学方程式为CaSO4＋(NH4)2CO3===CaCO3＋(NH4)2SO4，该反应之所以能发生，是由于Ksp(CaSO4)＝4.9×10－5，Ksp(CaCO3)＝3.4×10－9，Ksp(CaSO4)＞Ksp(CaCO3)，微溶的硫酸钙可转化为更难溶的碳酸钙。(4)铝产品NH4Al(SO4)2·12H2O溶于水后，会产生Al3＋，Al3＋水解生成Al(OH)3胶体，可用于净水。 答案：(1)NH3　(2)SiO2 (3)CaSO4＋(NH4)2CO3===CaCO3＋(NH4)2SO4　Ksp(CaSO4)＞Ksp(CaCO3)，微溶的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙 (4)净水 课时分层作业(十四) (建议用时：30分钟) 一、选择题(本题共7小题，每小题3分，共21分。每小题有一个或两个选项符合题目要求) 1．下列关于铝及其化合物的说法不正确的是 (　　) A．Al既可用于食品包装，也可用作建筑材料 B．Al2O3既可用来冶炼金属Al，也可用作耐火材料 C．明矾[KAl(SO4)2·12H2O]既可用作净水剂，也可用作消毒剂 D．Al(OH)3既可用作治疗胃酸过多的药物，也可用来制备一些铝盐 C　[A项，金属铝具有良好的延展性，因此铝可以制成铝箔用于食品包装，金属铝也可用作建筑材料，如铝合金门窗等，正确；B项，电解熔融的Al2O3可冶炼金属Al，由于Al2O3具有耐高温的性质，也可用作耐火材料，正确；C项，明矾[KAl(SO4)2·12H2O]溶于水后，Al3＋能发生水解反应，生成的Al(OH)3胶体具有吸附作用，可用作净水剂，但Al(OH)3并不具有消毒作用，错误；D项，Al(OH)3与胃酸中的盐酸反应生成氯化铝和水，正确。] 2．西汉东方朔所撰的《申异经·中荒经》：“西北有宫，黄铜为墙，题曰地皇之宫。”文中“黄铜”的主要成分是铜锌，含少量锡、铅等。下列说法错误的是(　　) A．铜锈的主要成分为Cu(OH)2，俗称铜绿 B．相关金属元素还原性由强到弱的顺序：Zn>Sn>Pb>Cu C．黄铜制作的铜锣应保存在干燥处 D．用灼烧法可区别“黄铜”和黄金首饰 A　[潮湿的环境中，Cu和CO2、H2O、O2反应生成Cu2(OH)2CO3，俗称铜绿，A错误；根据金属活动性顺序表可知，金属活动性：Zn＞Sn＞Pb＞Cu，B正确；潮湿的环境中，Cu和CO2、H2O、O2反应生成Cu2(OH)2CO3而产生铜锈，所以用黄铜制作的铜锣应置于干燥处保存，C正确；Cu在加热的条件下和氧气反应生成黑色的CuO，Au在加热条件下和氧气不反应，所以可以采用灼烧的方法区分黄铜和黄金首饰，D正确。] 3．氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工、印染、电镀等行业。CuCl难溶于水，可溶于氯离子浓度较大的体系，易氧化。以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料，生产CuCl的工艺如下： 下列说法错误的是 (　　) A．“溶解”过程发生氧化还原反应的离子方程式是3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O B．“反应”过程发生反应的离子方程式是2Cu2＋＋SO＋2Cl－＋H2O=== CuCl↓＋SO＋2H＋ C．“溶解”过程中硫酸可用浓盐酸代替 D．“烘干”需在隔绝空气的环境中进行 C　[“溶解”过程中，硝酸铵中的硝酸根离子与硫酸电离出的氢离子构成硝酸，将铜氧化，离子方程式是3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，A正确；从后续操作看，“反应”过程生成CuCl，则溶液中的Cu2＋被SO还原，发生反应的离子方程式是2Cu2＋＋SO＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SO＋2H＋，B正确；“溶解”过程中，若硫酸用浓盐酸代替，则“反应”过程中生成的CuCl会被Cl－溶解，难以得到CuCl沉淀，C不正确；“烘干”时，CuCl易被空气中的氧气氧化，所以需在隔绝空气的环境中进行，D正确。] 4．工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2、Fe2O3等杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下，对下述流程的判断正确的是(　　) A．试剂X为稀硫酸，沉淀中含有硅的化合物 B．反应Ⅱ中生成Al(OH)3的反应为CO2＋[Al(OH)4]－===Al(OH)3↓＋HCO C．结合质子(H＋)的能力由弱到强的顺序是OH－>CO>[Al(OH)4]－ D．Al2O3熔点很高，工业上还可采用电解熔融AlCl3的方法冶炼Al B　[由溶液乙通入过量的Y生成氢氧化铝沉淀、碳酸氢钠可知，溶液乙为四羟基合铝酸钠溶液，气体Y为二氧化碳，故试剂X为氢氧化钠溶液，不可能为稀硫酸，故A错误；过量的二氧化碳与Na[Al(OH)4]反应生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，离子方程式为CO2＋[Al(OH)4]－===Al(OH)3↓＋HCO，故B正确；结合质子的能力越强，相应的酸提供质子的能力就越弱，其对应的酸的酸性就越弱，提供质子的能力：HCO>Al(OH)3>H2O，则结合质子的能力：OH－>[Al(OH)4]－>CO，故C错误；氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，不能采用电解熔融氯化铝的方法冶炼铝，故D错误。] 5．以混有SiO2的MgCO3为原料制备氧化镁的实验流程如图所示： 下列说法错误的是 (　　) A．酸浸的离子方程式为CO＋2H＋===CO2↑＋H2O B．浸出渣的成分是SiO2 C．母液的主要溶质是NH4Cl D．固体X是Mg(OH)2 A　[MgCO3是微溶物，不可拆成离子，故A错误；SiO2不溶于盐酸，浸出渣为SiO2，故B正确；加入氨水沉镁的化学方程式为MgCl2＋2NH3·H2O===Mg(OH)2↓＋2NH4Cl，母液的主要溶质是NH4Cl，故C、D正确。] 6．金属材料的发展极大地促进了人类社会的文明程度。如图是两种金属及其化合物的转化关系。下列说法不正确的是 (　　) A．根据反应③可知氧化性：Fe3＋>H2O2 B．向X溶液中滴入K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀 C．反应③中稀硫酸表现酸性、氧化性 D．反应①的离子方程式为Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O AC　[根据题意知M为Cu，X为FeSO4，Y为 Fe2(SO4)3，Z为Fe(OH)3。根据反应③可知氧化性H2O2>Fe3＋，A错误；反应③中稀硫酸只表现酸性，不表现氧化性，C错误。] 7．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　[CuCl难溶于稀硫酸，Cu2O与稀硫酸反应生成Cu，故反应后的固体为CuCl与Cu的混合物，无法确定Cu的量，无法计算试样纯度，D错误。] 二、非选择题(本题共2小题，共19分) 8．(9分)工业上用铝土矿(主要成分是Al2O3，还含有Fe2O3、SiO2)提取氧化铝作冶炼铝的原料。其中一种提取方法的操作过程如下： 请回答下列问题： (1)铝土矿中加NaOH溶液，反应的离子方程式有___________________________ ____________________________________。 (2)沉淀乙是________。 (3)溶液甲中通入CO2得到的沉淀是否只有Al(OH)3？　　　　(填“是”或“否”)，若为否，从溶液甲中如何得到纯净Al(OH)3？写出流程图：　　　　________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)请写出溶液甲中通入过量CO2的离子方程式：__________________________ _____________________________________________________________。 答案：(1)Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－、SiO2＋2OH－===SiO＋H2O (2)Fe2O3 (3)否　 (4)[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO、 SiO＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO 9．(10分)金属单质及其化合物在生产生活中应用非常广泛，废旧金属的回收利用是重要研究课题。某学习小组在实验室中模拟利用含铜废料(主要成分为Cu和CuO，还有少量的Al、Fe及其氧化物)生产胆矾，其实验方案如下： 回答问题： (1)上述流程中，将废铜料“研磨”的目的是__________________________ ___________________________________________________________________。 (2)“碱浸”时Al发生反应的化学方程式：__________________________________ ____________________________________________________________________。 (3)请写出“酸溶”过程中单质铜发生反应的化学方程式：___________________ ________________________________________________。 (4)试剂X可以是________。 (5)实验证明，溶液D能将I－氧化为I2。某同学通过实验证实，只能是Cu2＋将I－氧化为I2，写出该同学的实验方案及结果：_____________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ (不要求写具体操作过程)。 解析：含铜废料(主要成分为Cu和CuO，还有少量的Al、Fe及其氧化物)经研磨后用热烧碱碱浸，Cu、CuO、Fe及其氧化物均不能和NaOH反应，只有铝能和烧碱反应，在操作1过滤之后，滤液的主要成分为Na[Al(OH)4]；所得滤渣为Cu、CuO、Fe及其氧化物，水洗后，加入过量的稀硫酸并通入氧气，Fe与硫酸反应先生成FeSO4，后Fe2＋被氧气氧化为Fe3＋，最终生成了Fe2(SO4)3，CuO和硫酸反应生成CuSO4，Cu先被氧气氧化为CuO，后CuO和硫酸反应生成CuSO4，因此酸溶后的溶液中的溶质有生成的Fe2(SO4)3、CuSO4和过量的H2SO4；加入试剂X调节pH＝5.2，使溶液中的Fe3＋全部转化为Fe(OH)3 沉淀除去，为不引入新的杂质，试剂X可为CuO。经过操作2过滤后，所得的溶液是CuSO4溶液，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤并干燥得到胆矾。(1)将废铜料“研磨”，其目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高浸出率。(2)“碱浸”时，Al和NaOH反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，反应的化学方程式为2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑。(3)“酸溶”过程中，单质Cu和O2、H2SO4反应生成硫酸铜和水，反应的化学方程式为2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4 ＋2H2O。(4)加入试剂X调节pH＝5.2，目的是使溶液中的Fe3＋全部转化为 Fe(OH)3 沉淀除去，为不引入新的杂质，试剂X可为CuO。(5)铜离子与硫离子在溶液中反应生成硫化铜沉淀，若先将溶液D中的铜离子全部转化为硫化铜沉淀，再加入含有碘离子的溶液就不可能有I2生成。因此该同学可设计实验方案为取D溶液，向其中加入适量硫化钠，使铜离子恰好完全沉淀，再加入含有碘离子的溶液和淀粉溶液，溶液未变蓝，说明碘离子未被氧化。 答案：(1)增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高浸出率 (2)2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ (3)2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4 ＋2H2O (4)CuO (5)取D溶液，向其中加入适量硫化钠，使铜离子恰好完全沉淀，再加入含碘离子的溶液和淀粉溶液，溶液未变蓝，说明碘离子未被氧化 学科网（北京）股份有限公司 $$