第二节 金属材料（举一反三专项训练，江苏专用） 【上好课】 化学人教版必修第一册

第二节 金属材料 题型01 合金及其性能、用途 题型02 铝及其重要化合物 题型03 可溶性铝盐溶液中加碱的图像分析 题型04 物质的量在化学方程式计算中的应用 题型05 基于金属元素的工艺流程题 题型01 合金及其性能、用途 1.合金及其性能 概念 由两种或两种以上的金属(或金属和非金属)熔合而成的具有金属特性的物质 性能 硬度 硬度一般大于它的成分金属 熔点 熔点一般低于它的成分金属 与纯金属材料相比，合金具有优良的物理、化学或机械性能 2.铁合金的两大类型——生铁和钢 用量最大、用途最广的铁合金是钢。 3.钢的分类 不锈钢是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是铬和镍，不易生锈，抗腐蚀能力强。 4.铝合金 向铝中加入少量的合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等，可制成铝合金。铝合金是目前用途广泛的合金之一。例如，硬铝的密度小、强度高，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。 5.新型合金 用于贮氢的新型合金Ti­Fe合金和La­Ni合金；钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。 【典例1】（24-25高一上·江苏无锡·月考）“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 【变式1-1】（22-23高一下·江苏·月考）“嫦娥五号”返回器携带月球样品在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。这标志着我国已具备地月往返的能力，探月工程“绕、落、回”三步走规划完美收官。“嫦娥五号”中使用了大量合金。下列有关金属或合金的说法中不正确的是 A．生铁不属于合金 B．一般合金的熔点比各成分金属的低 C．镍铬铝铜合金具有很高的电阻率，可用于制备电路中的精密元件 D．改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金 【变式1-2】（24-25高一上·江苏泰州·月考）下列关于新型合金材料说法不正确的是 A．镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料 B．钛合金生物相容性好，强度大，可作人造骨骼 C．形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状 D．利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金 【变式1-3】（23-24高一上·江苏·月考）下列有关合金的说法不正确的是 A．硬铝密度小、强度高，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 B．镍钴合金用于制造喷气式飞机的发动机叶片，利用了合金的熔点低于成分金属的性质 C．稀土元素被誉为新材料的宝库，又被称为“冶金工业的维生素” D．我国“蛟龙”号载人潜水器的耐压球壳是用钛合金制造的 题型02 铝及其重要化合物 1．金属铝 (1)铝是地壳中含量最多的金属元素。 (2)铝是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，其作用是保护内部金属不受腐蚀。 2．铝、氧化铝的性质 (1)铝、氧化铝与稀盐酸反应 化学方程式:Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ (2)铝、氧化铝与NaOH溶液反应 化学方程式:Al2O3＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]、2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ (3)两性氧化物 既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，如：Al2O3。 3．氢氧化铝 Al(OH)3是不溶于水的两性氢氧化物(既能和酸反应生成盐和水，又能和碱反应生成盐和水的氢氧化物叫做两性氢氧化物)，既能与强酸反应：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O，又能与强碱反应：Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－。 (1)氢氧化铝是白色胶状沉淀，有吸附作用。 (2)Al(OH)3的实验室制法：用可溶性铝盐和氨水反应制取。 化学方程式：AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl。 【典例2】（24-25高一上·江苏苏州·月考）有关铝及其化合物的说法错误的是 A．铁易生锈，而铝在空气中较稳定，所以铁比铝活泼 B．可用铝壶烧开水，不可用其长期存放食醋、碱水 C．氧化铝是一种较好的耐火材料，但不可用氧化铝坩埚熔化NaOH D．氢氧化铝能中和胃酸，可用于制胃药 【变式2-1】（24-25高一上·江苏南通·期末）1989年世界卫生组织把铝确定为食品污染源之一，加以控制使用。铝在下列应用时应加以控制的是 ①制铝合金 ②制电线 ③制炊具 ④明矾净水 ⑤明矾与苏打制食品膨松剂 ⑥用氢氧化铝凝胶剂加工成胃舒平药片 ⑦易拉罐 ⑧包装糖果和小食品 A．③⑤⑦⑧ B．⑥⑦⑧ C．③⑤⑧ D．③④⑤⑥⑦⑧ 【变式2-2】（2024高一上·江苏连云港·学业考试）下列关于铝的说法中，错误的是 A．Al是地壳中含量最多的元素 B．在常温下能与反应 C．Al能与强酸或强碱发生反应 D．电解熔融的可制得金属 【变式2-3】（24-25高一上·江苏南京·期末）下列物质中既能与HCl溶液反应，又能与NaOH溶液反应的是 ①②③Al④⑤⑥ A．②③④⑥ B．①②③⑥ C．①③④⑤⑥ D．全部 题型03 可溶性铝盐溶液中加碱的图像分析 1．向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至过量 发生反应的离子方程式为OA段：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓， AB段：Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－。 从图中不难看出，向氯化铝溶液中滴加氢氧化钠溶液，若达不到最大沉淀量时，对应的氢氧化钠溶液的体积有两种情况：一是加入的氢氧化钠不足；二是加入的过量的氢氧化钠将生成的氢氧化铝溶解了一部分。 2．向铝盐溶液中滴入氨水 一水合氨是一种弱碱，氢氧化铝不会溶解在氨水中，向铝盐溶液中滴入氨水或向氨水中滴加铝盐溶液，反应现象是相同的。 若向铝盐溶液中滴加氨水，离子方程式为 3NH3·H2O＋Al3＋===Al(OH)3↓＋3NH。 当n(Al3＋)∶n(NH3·H2O)＝1∶3时，产生最大沉淀量。 3．向AlCl3、MgCl2的酸性溶液中滴加NaOH溶液 反应的离子方程式依次为 OA段：H＋＋OH－===H2O， AB段：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓， Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓， BC段：Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－。 现象是开始滴加NaOH溶液时无沉淀生成，随着NaOH溶液的量增2加，沉淀的量也逐渐增加，直到沉淀量达到最大值，继续滴加NaOH溶液，氢氧化铝沉淀开始溶解，最后剩余的为氢氧化镁沉淀。 【典例3】（24-25高一上·江苏无锡·期末）某同学研究铝及其化合物的性质时设计了如下两个实验方案。 方案①：2.7gAlX溶液 Al(OH)3沉淀 方案②：2.7gAlY溶液Al(OH)3沉淀 NaOH和HCl的浓度均是3 mol/L，如图是向X溶液和Y溶液中分别加入NaOH和HCl时产生沉淀的物质的量与加入盐酸和氢氧化钠溶液体积之间的关系，下列说法不正确的是 A．b曲线表示的是向X溶液中加入NaOH溶液 B．在O点时两方案中所得溶液浓度相等 C．a、b曲线表示的反应都是非氧化还原反应 D．X溶液是AlCl3溶液，Y溶液显碱性 【变式3-1】（23-24高一上·江苏·月考）将一定质量的Mg-Al合金投入200mL稀H2SO4溶液中，充分反应，向反应后的溶液中逐滴加入一定物质的量浓度的NaOH溶液，生成沉淀的质量与所加NaOH溶液的体积关系如图所示。下列说法正确的是 A．140ml时溶液中溶质的物质的量为0.1mol B．当沉淀的物质的量为0.1mol时，加入NaOH溶液溶液体积一定为140 mL C．合金充分反应后，剩余硫酸的物质的量为0.1mol D．题中试剂浓度分别是 c(H2SO4)=1.5mol/L、c(NaOH)=5 mol/L 【变式3-2】（23-24高一下·江苏·月考）某溶液中可能含有H+、NH、Mg2+、Al3+、Fe2+、CO、SO中的几种。①若加入锌粒，用排空气法收集到无色无味气体；②若加入NaOH溶液，产生白色沉淀，且产生的沉淀量与加入NaOH的物质的量之间的关系如图所示。则下列说法不正确的是 A．溶液中的阳离子有H+、Mg2+、Al3+、NH B．n(NH)：n(Al3+)：n(Mg2+)=4：2：1 C．溶液中一定不含CO、Fe2+ D．溶液中n(Mg2+)=0.1mol 【变式3-3】（24-25高一上·江苏·月考）向MgSO4和Al2(SO4)3的混合溶液中，逐滴加入NaOH溶液。下列图像中能正确表示上述反应的是(横坐标表示加入NaOH溶液的体积，纵坐标表示反应生成沉淀的质量)（） A． B． C． D． 题型04 物质的量在化学方程式计算中的应用 物质的量在化学方程式计算中六个基本步骤： 【典例4】（25-26高一上·江苏扬州·月考）把10.2 g镁铝合金的粉末放入过量的烧碱溶液中，得到6.72 L(标准状况下)下面说法错误的是(已知 A．该合金中铝的质量分数为52.9% B．参加反应的氢氧化钠为0.1 mol C．该合金中镁与铝的物质的量之比为1：1 D．该合金溶于足量的盐酸中。产生的体积(标准状况下)为11.2 L 【变式4-1】（24-25高一下·江苏南京·期末）为了测定铁铜合金的组成，将15.2g铁、铜合金加入200mL某浓度的稀硝酸中，待合金完全溶解后，共收集到NO气体4.48L(标准状况下)，并测得反应后溶液中H+的浓度为0.5mol·L-1。若反应前后溶液的体积变化忽略不计，则下列判断正确的是 A．反应后的溶液中可继续溶解铁铜合金质量最多为1.9g B．上述合金中铁与铜的质量之比为2：3 C．合金中，铁的质量分数为63.2% D．原硝酸的物质的量浓度为c(HNO3)=4.5mol·L-1 【变式4-2】（24-25高一下·江苏常州·期中）1.12g铜镁合金完全溶解于50mL63%的浓硝酸(密度为1.40g/mL)中，得到和NO的混合气体1120mL(换算为标准状况)，(忽略反应前后溶液体积变化)。向反应后的溶液中逐滴加入溶液，当金属离子刚好全部沉淀，得到2.14g沉淀。下列正确的是 A．该合金中 B．合金完全溶解时，溶液中 C．刚好得到2.14g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是750mL D．混合气体中的体积分数是20% 【变式4-3】（24-25高一上·江苏·期末）200mL MgCl2 和 AlCl3的混合溶液中，c(Cl-)=1.5mol/L，c(Mg2+)=0.3mol/L。要使其中的 Mg2+全部转化成 Mg(OH)2沉淀而分离出来，至少需要 1mol/L 的 NaOH 溶液的体积为 A．240mL B．300mL C．360mL D．480mL 题型05 基于金属元素的工艺流程题 基于金属元素的工艺流程题 (1)要灵活应用元素守恒和物料转化思想 原料中的“核心元素”经多步转化最终“留存”于目标产物中，因此解题时要注意金属元素的变化过程。 (2)要做好知识和生产实际的密切联系 一是工艺流程中的大部分反应都源于教材，部分陌生反应的反应原理也是源于教材； 二是涉及实际工艺，因此要注意环境保护和资源的利用，最终废弃物尽可能少且无害，部分物质需要循环利用等。 (3)掌握工艺流程中常见的术语 如研磨、粉碎、浸出、酸溶、碱洗、燃烧等。 【典例5】（25-26高一上·江苏苏州·月考）某兴趣小组利用废镍材料(含有金属及少量、)探究相关物质的性质并回收镍，设计流程如图(部分产物略去)。 已知：开始沉淀和完全沉淀的pH分别为：2.2、3.2；开始沉淀和完全沉淀的pH分别为：7.2、8.7；可将氧化为，不与反应。 下列说法不正确的是 A．酸浸时加入的稀硫酸越多越好 B．滤渣1和滤渣2的主要成分分别为、 C．氧化时发生的反应方程式为： D．调节pH时须调节的pH范围为3.2~7.2 【变式5-1】（24-25高一下·江苏苏州·月考）工业上用铝土矿（主要成分，含杂质）为原料冶炼铝的工艺流程如图。下列叙述不正确的是 A．试剂X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸 B．反应①过滤后所得沉淀为氧化铁 C．图中所示转化反应有氧化还原反应 D．“电解”加入冰晶石能降低氧化铝的熔融温度 【变式5-2】（24-25高一下·江苏常州·期末）联合处理高炉渣（主要成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2等）和炼钢烟气（CO2和水蒸气），可实现资源回收利用，有效减少环境污染，其主要流程如下： 下列说法不正确的是 A．焙烧产生的气体主要成分是NH3 B．水浸1过滤所得滤渣的主要成分是CaSO4 C．浓缩结晶所得的铝产品NH4Al(SO4)2·12H2O可用于净水 D．水浸2过滤所得滤液中的溶质可在上述流程中循环再利用 【变式5-3】（23-24高一下·江苏泰州·期中）工业上用铝土矿(主要成分，含、等杂质)冶炼铝的主要流程如下： (注：碱溶时转变为铝硅酸钠沉淀) 下列叙述错误的是 A．操作Ⅰ适当增大NaOH溶液浓度可提高的浸取速率 B．通入过量的离子方程式为： C．实验室进行操作Ⅳ的仪器有蒸发皿、酒精灯、铁架台等 D．熔融电解生成的铝和氧气的物质的量之比为4：3 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 金属材料 题型01 合金及其性能、用途 题型02 铝及其重要化合物 题型03 可溶性铝盐溶液中加碱的图像分析 题型04 物质的量在化学方程式计算中的应用 题型05 基于金属元素的工艺流程题 题型01 合金及其性能、用途 1.合金及其性能 概念 由两种或两种以上的金属(或金属和非金属)熔合而成的具有金属特性的物质 性能 硬度 硬度一般大于它的成分金属 熔点 熔点一般低于它的成分金属 与纯金属材料相比，合金具有优良的物理、化学或机械性能 2.铁合金的两大类型——生铁和钢 用量最大、用途最广的铁合金是钢。 3.钢的分类 不锈钢是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是铬和镍，不易生锈，抗腐蚀能力强。 4.铝合金 向铝中加入少量的合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等，可制成铝合金。铝合金是目前用途广泛的合金之一。例如，硬铝的密度小、强度高，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。 5.新型合金 用于贮氢的新型合金Ti­Fe合金和La­Ni合金；钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。 【典例1】（24-25高一上·江苏无锡·月考）“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 【解析】A．钢是含碳量低的铁合金，故A正确；B．钢的硬度和脆性与含碳量有关，随着含碳量的增大而增大，故B正确；C．由题意可知，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢，说明生铁的熔点低于熟铁，故C错误；D．赤铁矿的主要成分是Fe2O3，可用于冶炼铁，故D正确；故选C。 【变式1-1】（22-23高一下·江苏·月考）“嫦娥五号”返回器携带月球样品在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。这标志着我国已具备地月往返的能力，探月工程“绕、落、回”三步走规划完美收官。“嫦娥五号”中使用了大量合金。下列有关金属或合金的说法中不正确的是 A．生铁不属于合金 B．一般合金的熔点比各成分金属的低 C．镍铬铝铜合金具有很高的电阻率，可用于制备电路中的精密元件 D．改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金 【答案】A 【解析】A．生铁是含碳量大于2%的铁碳合金，工业生铁含碳量一般在2.11%-4.3%，并含Si、Mn、S、P等元素，属于合金，故A错误；B．一般合金相比各成分金属的熔点更低、硬度更大，故B正确；C．镍铬铝铜合金具有很高的电阻率，可用于制备电路中的精密元件，故C正确；D．改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金，D正确。答案为：A。 【变式1-2】（24-25高一上·江苏泰州·月考）下列关于新型合金材料说法不正确的是 A．镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料 B．钛合金生物相容性好，强度大，可作人造骨骼 C．形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状 D．利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金 【答案】D 【解析】A．镧镍合金能大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物，金属氢化物稍稍加热又容易分解，所以可用作储氢材料，故A正确；B．钛合金生物相容性好，强度大，常用作人造骨骼，故B正确；C．形状记忆合金具有记忆功能，可使形状记忆合金发生形变的作用力消失后恢复原状，故C正确；D．耐热合金的熔点很高，与合金的熔点低说法相悖，故D错误；答案为D。 【变式1-3】（23-24高一上·江苏·月考）下列有关合金的说法不正确的是 A．硬铝密度小、强度高，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 B．镍钴合金用于制造喷气式飞机的发动机叶片，利用了合金的熔点低于成分金属的性质 C．稀土元素被誉为新材料的宝库，又被称为“冶金工业的维生素” D．我国“蛟龙”号载人潜水器的耐压球壳是用钛合金制造的 【答案】B 【解析】A．硬铝为铝合金，密度小、强度大，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，故A说法正确；B．镍钴合金熔点高，可承受高温，可以做喷气式飞机的发动机叶片，故B说法错误；C．在合金中加入适量的稀土金属，能大大改善合金的性能，因此稀土元素被誉为新材料的宝库，又被称为“冶金工业的维生素”，故C说法正确；D．钛合金硬度大，因此我国“蛟龙”号载人潜水器的耐压球壳是用钛合金制造的，故D说法正确；答案为B。 题型02 铝及其重要化合物 1．金属铝 (1)铝是地壳中含量最多的金属元素。 (2)铝是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，其作用是保护内部金属不受腐蚀。 2．铝、氧化铝的性质 (1)铝、氧化铝与稀盐酸反应 化学方程式:Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ (2)铝、氧化铝与NaOH溶液反应 化学方程式:Al2O3＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]、2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ (3)两性氧化物 既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，如：Al2O3。 3．氢氧化铝 Al(OH)3是不溶于水的两性氢氧化物(既能和酸反应生成盐和水，又能和碱反应生成盐和水的氢氧化物叫做两性氢氧化物)，既能与强酸反应：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O，又能与强碱反应：Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－。 (1)氢氧化铝是白色胶状沉淀，有吸附作用。 (2)Al(OH)3的实验室制法：用可溶性铝盐和氨水反应制取。 化学方程式：AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl。 【典例2】（24-25高一上·江苏苏州·月考）有关铝及其化合物的说法错误的是 A．铁易生锈，而铝在空气中较稳定，所以铁比铝活泼 B．可用铝壶烧开水，不可用其长期存放食醋、碱水 C．氧化铝是一种较好的耐火材料，但不可用氧化铝坩埚熔化NaOH D．氢氧化铝能中和胃酸，可用于制胃药 【答案】A 【解析】A.Al比Fe活泼，氧化铝为致密的氧化膜可保护内部的Al，则铁易生锈，而铝在空气中较稳定，故A错误；B.铝具有导热性，所以可用铝壶烧开水，但铝既可以酸反应又可以与碱反应，所以不能用铝壶长期存放食醋、碱水，故B正确；C.氧化铝的熔点高，是一种较好的耐火材料，由于氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，用氧化铝坩埚加热熔融氢氧化钠会腐蚀坩埚，故不能用氧化铝坩埚加热熔融氢氧化钠，故C正确；D.氢氧化铝为弱碱，与盐酸反应，则氢氧化铝能中和胃酸，可用于制胃药，故D正确。故选A。 【变式2-1】（24-25高一上·江苏南通·期末）1989年世界卫生组织把铝确定为食品污染源之一，加以控制使用。铝在下列应用时应加以控制的是 ①制铝合金 ②制电线 ③制炊具 ④明矾净水 ⑤明矾与苏打制食品膨松剂 ⑥用氢氧化铝凝胶剂加工成胃舒平药片 ⑦易拉罐 ⑧包装糖果和小食品 A．③⑤⑦⑧ B．⑥⑦⑧ C．③⑤⑧ D．③④⑤⑥⑦⑧ 【答案】D 【解析】①制铝合金用于制炊具外的材料，不必严加控制，这些材料不会直接接触消化系统，难以被吸收，故①错误；②铝作电线电缆与人的消化系统不直接接触，铝不会因使用电缆进入人体，无需控制，故②错误；③用铝制炊具，势必有部分铝元素通过食物进入人体，这种做法必须控制，故③正确；④明矾净水原理是硫酸铝钾溶液中含有铝离子，铝离子水解Al3++3H2OAl(OH)3（胶体）+3H+，生成氢氧化铝胶体和氢离子，氢氧化铝胶体具有吸附性净水，铝可能随水进入人体，对人体有危害必须控制，故④正确；⑤明矾是十二水硫酸铝钾，其中含有铝，明矾[KAl(SO4)2•12H2O]和苏打制食品膨松剂的过程中铝可能随水进入人体，对人体有危害必须控制，故⑤正确；⑥用氢氧化铝凝胶剂加工成胃舒平药片，人在服药时铝元素也会进入人体，这种做法必须控制，故⑥正确；⑦用铝易拉罐，饮料中就会含有铝元素，其中的铝元素会随饮料喝进入体内，这种做法必须控制，故⑦正确；⑧用铝包装糖果和小食品，铝会污染糖果和小食品，食品中的铝元素就会通过食物进入人体，这种做法必须控制，故⑧正确； 答案选D。 【变式2-2】（2024高一上·江苏连云港·学业考试）下列关于铝的说法中，错误的是 A．Al是地壳中含量最多的元素 B．在常温下能与反应 C．Al能与强酸或强碱发生反应 D．电解熔融的可制得金属 【答案】A 【解析】A．地壳中含量最多的元素是氧，其次是硅，铝居第三位。因此，Al不是地壳中含量最多的元素，A错误；B．铝在常温下能与氧气反应生成致密的氧化铝保护膜，阻止进一步反应，B正确；C．铝具有两性，可与强酸反应生成和，也可与强碱反应生成和，C正确；D．工业上通过电解熔融的(加入冰晶石降低熔点)制取金属铝，D正确；故选A。 【变式2-3】（24-25高一上·江苏南京·期末）下列物质中既能与HCl溶液反应，又能与NaOH溶液反应的是 ①②③Al④⑤⑥ A．②③④⑥ B．①②③⑥ C．①③④⑤⑥ D．全部 【答案】B 【解析】碳酸氢钠为弱酸的酸式盐，既能与稀盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应；氧化铝、铝、氢氧化铝具有两性，既能与稀盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应；碳酸钠只能与稀盐酸反应；硫酸氢钠只能与氢氧化钠溶液反应；综上选①②③⑥，故选B。 题型03 可溶性铝盐溶液中加碱的图像分析 1．向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至过量 发生反应的离子方程式为OA段：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓， AB段：Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－。 从图中不难看出，向氯化铝溶液中滴加氢氧化钠溶液，若达不到最大沉淀量时，对应的氢氧化钠溶液的体积有两种情况：一是加入的氢氧化钠不足；二是加入的过量的氢氧化钠将生成的氢氧化铝溶解了一部分。 2．向铝盐溶液中滴入氨水 一水合氨是一种弱碱，氢氧化铝不会溶解在氨水中，向铝盐溶液中滴入氨水或向氨水中滴加铝盐溶液，反应现象是相同的。 若向铝盐溶液中滴加氨水，离子方程式为 3NH3·H2O＋Al3＋===Al(OH)3↓＋3NH。 当n(Al3＋)∶n(NH3·H2O)＝1∶3时，产生最大沉淀量。 3．向AlCl3、MgCl2的酸性溶液中滴加NaOH溶液 反应的离子方程式依次为 OA段：H＋＋OH－===H2O， AB段：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓， Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓， BC段：Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－。 现象是开始滴加NaOH溶液时无沉淀生成，随着NaOH溶液的量增2加，沉淀的量也逐渐增加，直到沉淀量达到最大值，继续滴加NaOH溶液，氢氧化铝沉淀开始溶解，最后剩余的为氢氧化镁沉淀。 【典例3】（24-25高一上·江苏无锡·期末）某同学研究铝及其化合物的性质时设计了如下两个实验方案。 方案①：2.7gAlX溶液 Al(OH)3沉淀 方案②：2.7gAlY溶液Al(OH)3沉淀 NaOH和HCl的浓度均是3 mol/L，如图是向X溶液和Y溶液中分别加入NaOH和HCl时产生沉淀的物质的量与加入盐酸和氢氧化钠溶液体积之间的关系，下列说法不正确的是 A．b曲线表示的是向X溶液中加入NaOH溶液 B．在O点时两方案中所得溶液浓度相等 C．a、b曲线表示的反应都是非氧化还原反应 D．X溶液是AlCl3溶液，Y溶液显碱性 【答案】A 【解析】n（HCl）=3mol/L×0.1L=0.3mol，n（NaOH）=3mol/L×0.1L=0.3mol，n（Al）=2.7g÷27g/mol=0.1mol，2Al++6H+=2Al3++3H2↑、2Al+2OH-+2H2O=2AlO+3H2↑，根据方程式知，Al和HCl完全反应需要n（HCl）=3n（Al）=0.3mol，所以Al和HCl恰好完全反应生成氯化铝；根据方程式知，Al和NaOH完全反应需要n（NaOH）=n（Al）=0.1mol＜0.3mol，所以NaOH有剩余。A．加入溶液后先没有生成沉淀，则溶液中还发生其它反应，则该溶液应该是Y溶液，先发生酸碱中和反应，所以b曲线表示的是向Y溶液中加入HCl溶液，故A错误；B．在O点时沉淀的物质的量相等，溶液中的溶质都是NaCl，根据最初的钠原子和Cl原子守恒知，两方案中所得溶液浓度相等，故B正确；C．a、b曲线中没有电子转移，不属于氧化还原反应，故C正确；D．根据以上分析知，X溶液中溶质是AlCl3，Y溶液溶质为NaAlO2、NaOH，溶液显碱性，故D正确；故选A。 【变式3-1】（23-24高一上·江苏·月考）将一定质量的Mg-Al合金投入200mL稀H2SO4溶液中，充分反应，向反应后的溶液中逐滴加入一定物质的量浓度的NaOH溶液，生成沉淀的质量与所加NaOH溶液的体积关系如图所示。下列说法正确的是 A．140ml时溶液中溶质的物质的量为0.1mol B．当沉淀的物质的量为0.1mol时，加入NaOH溶液溶液体积一定为140 mL C．合金充分反应后，剩余硫酸的物质的量为0.1mol D．题中试剂浓度分别是 c(H2SO4)=1.5mol/L、c(NaOH)=5 mol/L 【答案】D 【分析】OA段没有生成沉淀，发生反应；AB段发生反应 、；B到140mL沉淀减少发生反应。根据图中数据可知，氢氧化铝、氢氧化镁的物质的量分别是0.1mol，Mg-Al合金中Mg、Al的物质的量分别是0.1mol；溶解0.1mol氢氧化铝消耗20mL氢氧化钠，所以氢氧化钠的浓度为。 【解析】A．加入120mL时沉淀量最大，溶质只有Na2SO4，根据钠元素守恒，Na2SO4的物质的量是，120mL到140ml时生成反应，氢氧化铝的物质的量为0.1mol，生成偏铝酸钠的物质的量是0.1mol，所以溶液中溶质的物质的量为0.4mol，故A错误；B．根据图象，当沉淀的物质的量为0.1mol时，加入NaOH溶液溶液体积有2个，故B错误；C．AB段发生反应 、，氢氧化铝、氢氧化镁的物质的量分别是0.1mol，所以生成沉淀消耗0.5mol氢氧化钠；OA段发生反应；OA段消耗氢氧化钠的物质的量是，合金充分反应后，剩余硫酸的物质的量为0.05mol，故C错误；D．加入120mL时沉淀量最大，溶质只有Na2SO4，根据S元素守恒，硫酸的物质的量是， c(H2SO4)=1.5mol/L、c(NaOH)=5 mol/L，故D正确；选D。 【变式3-2】（23-24高一下·江苏·月考）某溶液中可能含有H+、NH、Mg2+、Al3+、Fe2+、CO、SO中的几种。①若加入锌粒，用排空气法收集到无色无味气体；②若加入NaOH溶液，产生白色沉淀，且产生的沉淀量与加入NaOH的物质的量之间的关系如图所示。则下列说法不正确的是 A．溶液中的阳离子有H+、Mg2+、Al3+、NH B．n(NH)：n(Al3+)：n(Mg2+)=4：2：1 C．溶液中一定不含CO、Fe2+ D．溶液中n(Mg2+)=0.1mol 【答案】D 【分析】加入锌粒，用排空气法收集到无色无味气体，说明溶液中含有H+，生成的气体为H2，则原溶液中一定不含CO，则阴离子只能是SO；若加入NaOH溶液，产生白色沉淀，说明不存在Fe2+；加入NaOH溶液时，开始没有沉淀产生，则应是发生H++OH-=H2O，消耗氢氧化钠为0.1mol，则n(H+)=0.1mol；之后产生沉淀，当沉淀达到最大值后，继续滴加NaOH溶液，沉淀的量不变化，说明溶液中含有NH，该段发生NH+OH-=NH3•H2O，消耗氢氧化钠为0.7mol-0.5mol=0.2mol，则n(NH)=0.2mol；后续沉淀部分消失，则该阶段的反应应为Al(OH)3+OH-=Al+2H2O，消耗氢氧化钠0.8mol-0.7mol=0.1mol，则n[Al(OH)3]=0.1mol，根据铝原子守恒可知n(Al3+)=0.1mol；同时也说明说明含有Al3+、Mg2+，产生沉淀时发生Al3++3OH-=Al(OH)3↓、Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓，共消耗氢氧化钠为0.5mol-0.1mol=0.4mol，则n(Mg2+)=(0.4mol-0.1mol×3)÷2=0.05mol。 【解析】A．根据分析可知溶液中的阳离子有H+、Mg2+、Al3+、NH，A正确；B．根据分析可知溶液中n(NH):n(Al3+):n(Mg2+)=0.2mol:0.1mol:0.05mol=4:2:1，B正确；C．根据分析可知溶液中一定不含CO、Fe2+，C正确；D．根据分析可知溶液中n(Mg2+)=0.05mol，D错误；答案为D。 【变式3-3】（24-25高一上·江苏·月考）向MgSO4和Al2(SO4)3的混合溶液中，逐滴加入NaOH溶液。下列图像中能正确表示上述反应的是(横坐标表示加入NaOH溶液的体积，纵坐标表示反应生成沉淀的质量)（） A． B． C． D． 【答案】D 【解析】硫酸镁和氢氧化钠反应生成硫酸钠和氢氧化镁沉淀，硫酸铝和氢氧化钠反应生成硫酸钠和氢氧化铝沉淀，所以刚开始随着氢氧化钠的加入，沉淀逐渐增大，在图像中就是一条过“0”点并呈上升趋势的斜线。氢氧化铝和过量的氢氧化钠生成偏铝酸钠和水，所以当氢氧化钠过量时，沉淀会溶解一部分，在图像中就是沉淀的质量会下降，但是最后是一条平行于横坐标的直线(氢氧化镁沉淀的质量保持不变)，故D正确。故选D。 题型04 物质的量在化学方程式计算中的应用 物质的量在化学方程式计算中六个基本步骤： 【典例4】（25-26高一上·江苏扬州·月考）把10.2 g镁铝合金的粉末放入过量的烧碱溶液中，得到6.72 L(标准状况下)下面说法错误的是(已知 A．该合金中铝的质量分数为52.9% B．参加反应的氢氧化钠为0.1 mol C．该合金中镁与铝的物质的量之比为1：1 D．该合金溶于足量的盐酸中。产生的体积(标准状况下)为11.2 L 【答案】B 【解析】A．镁铝合金的粉末放入过量的烧碱中，镁不反应，只有Al能与NaOH反应，，生成氢气，则消耗铝=0.2 mol，m(Al)==5.4g，铝的质量分数为= 52.9%，A正确；B．由方程式可知，，则参加反应的氢氧化钠为0.2 mol，B错误；C．铝质量为5.4g，则m(Mg)=10.2g-5.4g=4.8g，n(Mg)==0.2mol，该合金中镁与铝的物质的量之比为0.2 mol∶0.2 mol=1∶1，C正确；D．，，相同质量的铝和盐酸或氢氧化钠反应生成相同量的氢气，则铝和盐酸生成标准状况下的 6.72 L，，0.2mol镁生成氢气0.2mol，标准状况下体积，共产生氢气4.48 L+6.72 L=11.2 L，D正确；故选B。 【变式4-1】（24-25高一下·江苏南京·期末）为了测定铁铜合金的组成，将15.2g铁、铜合金加入200mL某浓度的稀硝酸中，待合金完全溶解后，共收集到NO气体4.48L(标准状况下)，并测得反应后溶液中H+的浓度为0.5mol·L-1。若反应前后溶液的体积变化忽略不计，则下列判断正确的是 A．反应后的溶液中可继续溶解铁铜合金质量最多为1.9g B．上述合金中铁与铜的质量之比为2：3 C．合金中，铁的质量分数为63.2% D．原硝酸的物质的量浓度为c(HNO3)=4.5mol·L-1 【答案】D 【解析】A．，则转移电子为，故金属共失去电子0.6mol，故失去1mol电子时合金的质量=，反应后Fe3+0.1mol，Cu2+0.15mol，HNO30.1mol由于要求是最多溶解合金的质量，所以应该让铁铜都变成+2价，根据方程式可知0.1mol硝酸还可以得到电子=，对应合金质量=，但是此时溶液中还有Fe3+0.1mol，还可以溶解更多的合金，A错误；B．反应后溶液中的c(H+)= 0.5mol/L，则反应后，Fe被氧化生成Fe(NO3)3，设合金中Cu为mol，Fe为mol，则：，解得=0.15，=0.1，故Fe的质量为，Cu的质量为，其质量比=，B错误；C．合金中，铁的质量分数=，C错误；D．反应生成Cu(NO3)2、Fe(NO3)3和NO，还有剩余的硝酸，根据N原子守恒，故，D正确；故选D。 【变式4-2】（24-25高一下·江苏常州·期中）1.12g铜镁合金完全溶解于50mL63%的浓硝酸(密度为1.40g/mL)中，得到和NO的混合气体1120mL(换算为标准状况)，(忽略反应前后溶液体积变化)。向反应后的溶液中逐滴加入溶液，当金属离子刚好全部沉淀，得到2.14g沉淀。下列正确的是 A．该合金中 B．合金完全溶解时，溶液中 C．刚好得到2.14g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是750mL D．混合气体中的体积分数是20% 【答案】B 【分析】向反应后的溶液中逐滴加入溶液，金属离子全部转化为Cu(OH)2和Mg(OH)2，沉淀质量2.14g，合金质量1.12g，氢氧根质量1.02g，故OH-的物质的量为：，设合金中Cu的物质的量为xmol，Mg的物质的量为ymol，根据题意：64x+24y=1.12，2x+2y=0.06，解得x=0.01mol，y=0.02mol。 【解析】A．根据分析，该合金中，A错误；B．初始硝酸浓度：，HNO3的物质的量为：。被还原的硝酸的物质的量为：，剩余为0.65mol。根据溶液电中性可知，氢离子的物质的量为0.65mol-0.01mol×2-0.02mol×2=0.59mol，浓度，B正确；C．刚好得到2.14g沉淀时，溶质为硝酸钠，结合氮元素守恒可知，硝酸钠为0.65mol，结合硝酸钠中钠元素守恒可知，则加入溶液的体积是：，C错误；D．设混合气体中NO2和NO的物质的量分别为amol和bmol，a+b=0.05，根据得失电子守恒：a+3b=0.06，解得a=0.045，b=0.05，NO2的体积分数为：，D错误；故选B。 【变式4-3】（24-25高一上·江苏·期末）200mL MgCl2 和 AlCl3的混合溶液中，c(Cl-)=1.5mol/L，c(Mg2+)=0.3mol/L。要使其中的 Mg2+全部转化成 Mg(OH)2沉淀而分离出来，至少需要 1mol/L 的 NaOH 溶液的体积为 A．240mL B．300mL C．360mL D．480mL 【答案】C 【解析】根据溶液呈电中性可知，c(Al3+)==0.3mol/L，要使Mg2+全部转化成 Mg(OH)2沉淀而分离出来，则Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓，Al3++4OH-=AlO+2H2O，共需n(NaOH)=0.3mol/L×200mL×2+0.3mol/L×200mL×4=0.36mol，V(NaOH)=n(NaOH) ÷1mol/L=360mL，答案为C。 题型05 基于金属元素的工艺流程题 基于金属元素的工艺流程题 (1)要灵活应用元素守恒和物料转化思想 原料中的“核心元素”经多步转化最终“留存”于目标产物中，因此解题时要注意金属元素的变化过程。 (2)要做好知识和生产实际的密切联系 一是工艺流程中的大部分反应都源于教材，部分陌生反应的反应原理也是源于教材； 二是涉及实际工艺，因此要注意环境保护和资源的利用，最终废弃物尽可能少且无害，部分物质需要循环利用等。 (3)掌握工艺流程中常见的术语 如研磨、粉碎、浸出、酸溶、碱洗、燃烧等。 【典例5】（25-26高一上·江苏苏州·月考）某兴趣小组利用废镍材料(含有金属及少量、)探究相关物质的性质并回收镍，设计流程如图(部分产物略去)。 已知：开始沉淀和完全沉淀的pH分别为：2.2、3.2；开始沉淀和完全沉淀的pH分别为：7.2、8.7；可将氧化为，不与反应。 下列说法不正确的是 A．酸浸时加入的稀硫酸越多越好 B．滤渣1和滤渣2的主要成分分别为、 C．氧化时发生的反应方程式为： D．调节pH时须调节的pH范围为3.2~7.2 【答案】A 【分析】往废镍材料(含金属Ni、Fe和Ag)中加入稀硫酸酸浸后过滤，得滤渣和含的滤液I，往滤液I中加溶液氧化亚铁离子，再加氢氧化钠溶液调pH除铁，过滤得氢氧化铁沉淀和滤液II，往滤液II中加适量铁粉过滤得镍。 【解析】A．酸浸时稀硫酸需适量，过多会导致后续调节pH时消耗更多NaOH，增加成本，并非越多越好，A错误；B．滤渣1为酸浸时不与稀硫酸反应的Ag，滤液1中经氧化为，调节pH后完全沉淀为，即滤渣2，B正确；C．氧化时在酸性条件下将氧化为，反应方程式为，C正确；D．调节pH需使完全沉淀（pH≥3.2）且不沉淀（pH<7.2），范围为3.2~7.2，D正确；故答案选A。 【变式5-1】（24-25高一下·江苏苏州·月考）工业上用铝土矿（主要成分，含杂质）为原料冶炼铝的工艺流程如图。下列叙述不正确的是 A．试剂X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸 B．反应①过滤后所得沉淀为氧化铁 C．图中所示转化反应有氧化还原反应 D．“电解”加入冰晶石能降低氧化铝的熔融温度 【答案】A 【分析】加入试剂X（NaOH溶液）进行碱浸，得到含Na[Al(OH)4]的溶液乙以及；向溶液乙中通入过量的CO2，得到Al(OH)3沉淀和NaHCO3；Al(OH)3受热分解成，最后通过电解制Al。 【解析】A．由上述分析可知，试剂X可以是NaOH溶液，用于溶解，目的是分离和，若试剂X是盐酸，则和都会被溶解，无法进行分离，A错误；B．由上述分析可知，反应①过滤后所得沉淀为氧化铁，B正确；C．电解过程中生成Al和氧气，属于氧化还原反应，C正确；D．的熔点很高，为降低能耗，“电解”时加入冰晶石降低的熔融温度，D正确；故答案选A。 【变式5-2】（24-25高一下·江苏常州·期末）联合处理高炉渣（主要成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2等）和炼钢烟气（CO2和水蒸气），可实现资源回收利用，有效减少环境污染，其主要流程如下： 下列说法不正确的是 A．焙烧产生的气体主要成分是NH3 B．水浸1过滤所得滤渣的主要成分是CaSO4 C．浓缩结晶所得的铝产品NH4Al(SO4)2·12H2O可用于净水 D．水浸2过滤所得滤液中的溶质可在上述流程中循环再利用 【答案】B 【分析】高炉渣(成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2等)加入(NH4)2SO4在400℃下焙烧，生成硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝，同时产生气体，该气体与烟气(CO2和水蒸气)反应，生成(NH4)2CO3，所以该气体为NH3；焙烧产物经过水浸1，然后过滤，滤渣为CaSO4和未反应的SiO2，滤液溶质主要为硫酸镁、硫酸铝及硫酸铵；滤液浓缩结晶，析出NH4Al(SO4)2·12H2O，剩余硫酸镁溶液；滤渣加入(NH4)2CO3溶液，滤渣中CaSO4会转化为更难溶的碳酸钙，据此分析。 【解析】A．根据分析可知，焙烧产生的气体是NH3，A项正确；B．由分析可知，水浸1过滤所得滤渣的主要成分为CaSO4和未反应的SiO2，B项错误；C．浓缩结晶所得的铝产品NH4Al(SO4)2·12H2O溶于水后产生Al3+，Al3+会水解生成Al(OH)3胶体，可用于净水，C项正确；D．水浸2中发生反应：CaSO4+(NH4)2CO3＝CaCO3+(NH4)2SO4，过滤后滤液的主要成分为(NH4)2SO4，(NH4)2SO4可在上述流程中循环利用，D项正确；答案选B。 【变式5-3】（23-24高一下·江苏泰州·期中）工业上用铝土矿(主要成分，含、等杂质)冶炼铝的主要流程如下： (注：碱溶时转变为铝硅酸钠沉淀) 下列叙述错误的是 A．操作Ⅰ适当增大NaOH溶液浓度可提高的浸取速率 B．通入过量的离子方程式为： C．实验室进行操作Ⅳ的仪器有蒸发皿、酒精灯、铁架台等 D．熔融电解生成的铝和氧气的物质的量之比为4：3 【答案】C 【分析】铝土矿中加入NaOH溶液，Al2O3转化为偏铝酸钠，SiO2转变为铝硅酸钠沉淀；过滤后往滤液中通入过量的CO2，NaAlO2转化为Al(OH)3沉淀等；过滤、洗涤、干燥后将沉淀灼烧得Al2O3；加入冰晶石熔融电解，便可获得金属铝。 【解析】A．操作I中，适当增大NaOH溶液浓度，可提高Al2O3的浸取速率，A正确；B．往滤液中通入过量CO2，将NaAlO2转化为Al(OH)3沉淀和NaHCO3，离子方程式为：，B正确；C．操作IV是灼烧，所用仪器有坩埚、酒精灯、三脚架、泥三角、坩埚钳等，C错误；D．熔融电解发生的方程式为，生成的铝和氧气的物质的量之比为4：3，D正确；故选C。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $