第11讲　金属材料和金属的冶炼　金属及其化合物的“微流程”-2027年高考化学一轮复习课件

该高中化学高考复习课件聚焦“金属材料和金属的冶炼”及“金属及其化合物微流程”核心考点，依据高考评价体系梳理合金组成与性质、冶炼方法、流程转化等考查要求，通过近五年真题统计明确合金性能应用、电解法冶炼等高频考点权重，归纳选择、流程分析等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题训练+素养培养+技巧指导”，如以2025四川卷金属材料题、钛渣制备Ti流程题为例，用“四步法”解析微流程题，培养科学思维与科学探究素养。特设易错警示如电解MgCl₂而非MgO的原因，帮助学生掌握答题逻辑，教师可据此精准复习，提升备考效率。

第11讲　金属材料和金属的冶炼　 金属及其化合物的“微流程” 考点一　金属材料和金属的冶炼 三个高考关键点 关键点1合金的组成与性质 1.(2025·吉林长春六中期末)人们经常使用的金属材料大多数属于合金,以下关于合金的叙述正确的是(　　)[命题点❶] ①青铜是中国历史上使用最早的合金 ②合金的熔点一般比各成分金属熔点高 ③合金往往比各成分金属的物理、化学或机械性能好 ④合金的性质是各成分金属性质之和 A.①③④ B.①③ C.①② D.①②③④ B 解析 我国最早使用的合金是青铜,①正确;合金的熔点一般比它的各成分金属的熔点低,②错误;合金与各成分金属相比,通常合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低,硬度比它的各成分金属的大,机械性能好,③正确;合金的硬度大,熔点低,耐腐蚀,机械性能好,不是各成分金属性质的总和,④错误。 2.短道速滑所用冰刀的材料是合金。下列选项正确的是(　　) [命题点❶❷] A.该合金熔点比纯铁低 B.该合金硬度比纯铁低 C.该合金含碳量比生铁高 D.该合金延展性比生铁差 A 解析 短道速滑所用冰刀的材料是合金,该合金的熔点比组分纯铁的熔点低,但其硬度比纯铁高,A项正确,B项错误。该合金的含碳量比生铁低,其延展性比生铁强,C项、D项错误。 关键点2金属材料的性能及应用 3.(2025·四川卷)材料是科技发展的基础。下列属于金属材料的是(　　) [命题点❸] A.制造电极的石墨烯 B.制造减震弹簧的高碳钢 C.制造防弹装甲的高强度芳纶纤维 D.制造耐温度剧变仪器的高硼玻璃 B 解析 石墨烯为碳元素形成的一种单质,属于非金属材料,A项错误。高碳钢是铁基合金,属于典型的金属材料,B项正确。芳纶纤维为有机高分子合成材料,C项错误。玻璃为硅酸盐制品,属于无机非金属材料,D项错误。 4.(高考题组编)下列说法正确的是　　　　。 A.(2025·浙江1月选考卷)硬铝密度小、强度高,抗腐蚀能力强,可用作飞机材料 B.(2024·广东卷)机械表中由钼、钴、镍、铬等元素组成的发条,其材质属于合金 C.(2024·天津卷)太保鼎(西周)的材质是青铜,青铜属于合金 D.(2024·浙江1月选考卷)减少生铁中的含碳量,其延展性增强 [命题点❶❷❸] ABCD 关键点3金属的冶炼 5.(高考题组编)下列说法正确的是　　　　　。[命题点❺] A.(2024·浙江6月选考卷)部分金属可在高温下用焦炭、一氧化碳、氢气等还原金属矿物得到 B.(2023·辽宁卷)冶炼镁:2MgO 2Mg+O2↑ C.(2022·浙江6月选考卷)工业上通过电解六水合氯化镁制取金属镁 D.(2022·浙江1月选考卷)电解ZnSO4溶液可以得到Zn AD 解析 MgO的熔点很高,工业上采用电解熔融MgCl2的方法冶炼镁,B项错误。六水合氯化镁不导电,工业上采用电解熔融MgCl2的方法冶炼镁,C项错误。 6.以钛渣(主要成分为TiO2,含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料,制备金属钛的工艺流程如下:[命题点❺] 下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入Mg冶炼Ti的方法相似的是 　　　　(填字母)。  A.高炉炼铁 B.电解熔融氯化钠制钠 C.铝热反应制锰 D.氧化汞分解制汞 AC 解析 加入Mg冶炼Ti为热还原法冶炼金属。高炉炼铁是用CO为还原剂,A项正确。电解熔融氯化钠制钠属于电解条件下的分解反应,B项错误。铝热反应属于热还原法冶炼金属,C项正确。氧化汞分解制汞属于加热条件下的分解反应,D项错误。 回归基础·考教衔接 1.合金的概念及性能[❶] [注意]在纯金属内加入其他元素形成合金以后,结构发生了变化,使合金的性能与纯金属有很大的差异。 2.铁合金的分类[❷] 含碳量越大,铁合金的延展性越差 分类 含碳量 性能 用途 生铁 2%~4.3% 硬度大、抗压,性脆、可铸造成型 制造机座和管道等 钢 0.03%~2% 良好的延展性,机械性能好,可锻轧和铸造 制造机械和交通工具 3.三种常见合金材料[❸] 4.三种新型合金及应用[❹] 储氢合金 能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物 钛合金 强度高、耐蚀性好、耐热性高; “蛟龙”号潜水器耐压球壳用钛合金制造 镍钴合金 强度高、耐热性高;喷气式飞机的发动机叶片是由镍、铁、碳和钴组成的镍钴合金制造 5.金属的冶炼[❺] (1)金属冶炼的基本步骤 (2)金属冶炼的方法与金属活动性的关系 (3)金属的冶炼应用示例 命题角度 1 常见金属材料的性能与应用 [例1](2025·广西柳州四校联考)近年来,我国金属材料的应用推动了科技发展。下列说法正确的是(　　) A.“天舟九号”货运飞船主体材料铝合金的硬度高于金属铝 B.废电池必须进行集中处理,因为电池外壳为贵重金属材料,需要回收利用 C.纸电池是近年来电池研发领域的新成果,原电池的电极必须使用金属材料 D.航天器返回舱外层的隔热陶瓷瓦使用的是耐高温金属材料 A 解析 铝合金的硬度高于其成分金属铝,A项正确。废电池进行集中处理的主要原因是电池中含有汞、镉、铅等重金属离子,对土壤、水源会造成污染,电池外壳为锌、铝合金等非贵重金属材料,B项错误。原电池的电极不一定使用金属材料,可以是导电的石墨等非金属材料,复合材料也可以作为电池的电极,C项错误。航天器返回舱外层的隔热陶瓷瓦使用的是耐高温复合材料,D项错误。 命题角度 2 基于金属性质的冶炼方法选择 [例2](2025·广东湛江二模)金属冶炼的发展史铭刻着化学对人类社会的重大贡献。下列说法不正确的是(　　) A.“美人首饰侯王印,尽是沙中浪底来”,古人可以利用密度差异获取金 B.“有胆泉,出观音石,可浸铁为铜”,可以利用置换反应冶炼铜 C.生物冶金技术可以利用微生物的代谢来提取有色金属,其温度越高,提取速率越快 D.电化学法冶炼金属Na可以在N2的氛围中进行 C 解析 金的密度较大,沙子等物质密度相对较小,古人可以利用密度差异,通过淘洗等方式获取金,A项正确。“有胆泉,出观音石,可浸铁为铜”,这里胆泉中含CuSO4,铁与CuSO4发生置换反应Fe+CuSO4 ══ FeSO4+Cu,可以利用该反应冶炼铜,B项正确。生物冶金技术利用微生物的代谢来提取有色金属,但微生物生存和代谢有适宜的温度范围,温度过高会使微生物体内蛋白质变性,导致微生物死亡,从而使提取速率降低,故不是温度越高提取速率越快,C项错误。N2性质稳定,电化学法冶炼金属Na时,在N2的氛围中进行可防止Na被空气中的氧气氧化,D项正确。 能力要语 1.合金是混合物,构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属,也可以是金属与非金属,合金中一定含金属元素。 2.常温下,多数合金是固态,但钾钠合金呈液态。 3.合金的性质不是各成分金属的性质之和。 4.合金具有良好的机械性能,在许多方面不同于各成分金属,不是简单的相加。但在化学性质上,一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。 易错警示 1.冶炼Mg时只能电解MgCl2不能电解MgO,原因是MgO的熔点高,熔融时耗费更多能源,增加生产成本。 2.冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解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。 考点二　金属及其化合物的“微流程” 两个高考关键点 关键点1金属及其化合物“微流程”中的物质转化 1.(2025·甘肃卷)处理某酸浸液(主要含Li+、Fe2+、Cu2+、Al3+)的部分流程如下: 下列说法正确的是(　　)[命题点❶❷] A.“沉铜”过程中发生反应的离子方程式:2Fe+3Cu2+ ══ 3Cu+2Fe3+ B.“碱浸”过程中NaOH固体加入量越多,Al(OH)3沉淀越完全 C.“氧化”过程中铁元素化合价降低 D.“沉锂”过程利用了Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质 D 解析 “沉铜”过程中铁置换出铜单质,发生反应的离子方程式:Fe+Cu2+ ══ Cu+Fe2+,A项错误。Al(OH)3是两性氢氧化物,NaOH过量,则Al(OH)3会溶解,B项错误。“氧化”过程中,铁元素化合价升高,C项错误。加入Na2CO3得到Li2CO3沉淀,利用了相同条件下Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质,D项正确。 关键点2金属及其化合物“微流程”中的分离及提纯 2. 利用某钒废渣(主要成分为V2O4以及铁、铝、硅的氧化物)制备V2O5的工艺流程如图。 已知:Ⅰ.V2O4溶于酸后以VO2+的形式存在;过量H2O2可氧化VO2+; Ⅱ.VO2++2HR(有机层) VOR2(有机层)+2H+; Ⅲ.溶液中V与V可相互转化:V+H2O V+2H+。 下列说法错误的是(　　)[命题点❷❸] A.“氧化1”中,不适宜用升温的方式加快转化速率 B.“滤渣2”的成分为Fe(OH)3 C.有机萃取剂可循环使用 D.“沉钒”时还需通NH3调节溶液的酸碱性 B 解析 “氧化1”中,过氧化氢不稳定受热会分解,所以不适宜用升温的方式加快转化速率,A项正确。加入Na2CO3调节pH的目的是使Fe3+和Al3+沉淀,因此“滤渣2”的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3,B项错误。反萃取分离出有机萃取剂,因此有机萃取剂可循环使用,C项正确。溶液中存在平衡V+H2O V+2H+,通入氨气结合H+,使该平衡正移,尽可能多地生成V,因此“沉钒”时还需通NH3调节溶液的酸碱性,D项正确。 回归基础·考教衔接 1.“微流程”中控制反应条件的方法[❶] 操作 目的及分析 调节pH 常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀 控制温度 根据需要升温或降温,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动 2.常用的分离及提纯方法[❷] (1)过滤 分离难溶物和易溶物,根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。 (2)萃取和分液 液-液萃取是利用待分离组分在两种不互溶的溶剂中的溶解度不同,将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。将萃取后的两层液体分开的操作叫分液。固-液萃取是用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程。 (3)蒸发结晶 提取溶解度随温度变化不大的溶质,如NaCl。 (4)冷却结晶 提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2等。 (5)蒸馏或分馏 分离沸点不同且互溶的液体混合物,如分离乙醇和甘油。 3.“微流程”中原料预处理的方法[❸] 操作 目的及分析 研磨 增大固体与液体或气体间的接触面积,加快反应速率 水浸 与水接触反应或溶解 酸浸 与酸接触反应或溶解,使可溶性金属进入溶液,不溶物通过过滤除去 灼烧 除去可燃性杂质或使原料初步转化 煅烧 改变结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质在高温下氧化、分解 命题角度 1 侧重物质转化的“微流程”及分析 [例1](2025·湖南卷)工业废料的综合处理有利于减少环境污染并实现资源循环利用。从某工业废料中回收镉、锰的部分工艺流程如下: 已知:①富集液中两种金属离子浓度相当。 ②常温下,金属化合物的Ksp如下表: 金属化合物 CdS CdCO3 MnS MnCO3 Ksp 8.0×10-27 1.0×10-12 2.5×10-13 2.3×10-11 下列说法错误的是(　　) A.粉碎工业废料有利于提高金属元素的浸出率 B.试剂X可以是Na2S溶液 C.“沉镉”和“沉锰”的顺序不能对换 D.“沉锰”时,发生反应的离子方程式为Mn2++HC ══ MnCO3↓+H+ D 解析 粉碎工业废料能增大废料与浸出液的接触面积,有利于提高金属元素的浸出率,A项正确。试剂X可以是Na2S溶液,B项正确。若先加入NaHCO3溶液进行“沉锰”,由题中信息以及Ksp数据可知,Cd2+也会沉淀,后续流程中无法分离Cd和Mn,所以“沉镉”和“沉锰”的顺序不能对换,C项正确。“沉锰”时,发生反应的离子方程式为Mn2++2HC ══ MnCO3↓+CO2↑+H2O,D项错误。 命题角度 2 侧重物质分离与提纯的“微流程”及分析 [例2](2025·山东卷)钢渣中富含CaO、SiO2、FeO、Fe2O3等氧化物,实验室利用酸碱协同法分离钢渣中的Ca、Si、Fe元素,流程如下。 已知:Fe2(C2O4)3能溶于水;Ksp(CaC2O4)=2.3×10-9,Ksp(FeC2O4)=3.2×10-7。下列说法错误的是(　　) A.试剂X可选用Fe粉 B.试剂Y可选用盐酸 C.“分离”后Fe元素主要存在于滤液Ⅱ中 D.“酸浸”后滤液Ⅰ的pH过小,会导致滤渣Ⅱ质量减少 A 解析 滤液Ⅰ中含有CaCl2、FeCl2、FeCl3,由于“Fe2(C2O4)3能溶于水; Ksp(CaC2O4)=2.3×10-9,Ksp(FeC2O4)=3.2×10-7”,加入试剂X将Fe2+氧化为Fe3+,再加入H2C2O4形成CaC2O4沉淀,故试剂X是H2O2等氧化剂,A项错误。SiO2加入NaOH溶液“碱浸”生成Na2SiO3,“转化”步骤加入试剂Y生成H2SiO3沉淀,再受热分解生成SiO2,试剂Y可以是盐酸、稀硫酸等,B项正确。“分离”后Fe元素主要以Fe2(C2O4)3形式存在于滤液Ⅱ中,C项正确。“酸浸”后滤液Ⅰ的pH过小,H+会抑制H2C2O4的电离,c(C2)减小,会导致滤渣Ⅱ(CaC2O4)质量减少,D项正确。 解题路径 “四步法”突破化工“微流程”类题 方法导引 分析化工“微流程” 题的六个导引 能力要语 1.金属及其化合物“微流程”中调节pH (1)调节pH所用试剂。 主要元素所对应的氧化物、氢氧化物、碳酸盐等,以免引入新杂质。 (2)控制pH分离的范围。 除去杂质,确定控制pH范围:杂质完全沉淀点→保留的离子开始沉淀点。 [注意]pH范围过小,导致某种离子沉淀不完全;pH范围过大,导致保留的离子开始沉淀。 2.确定金属及其化合物“微流程”中循环物质的要点 (1)在工艺流程中加入的物质,在后续步骤中会重新生成的可以循环利用(如滤液、滤渣、气体等)。 (2)可逆反应往往有可以循环利用的物质。 (3)析出晶体过滤后的母液中可能有循环利用的物质。 (4)在工艺流程图示中,反向(由右向左)箭头对应的“起始物质”可以循环利用。 命题点 1 基于真实情境的金属材料及应用 1.(仿真预测题)文物见证历史,文物闪耀智慧。下列文物的主要材质为金属材料的是(　　) A.唐三彩骆驼载乐俑 B.商嵌绿松石象牙杯 C.商后母戊鼎 D.战国谷纹玉璧 C 解析 唐三彩骆驼载乐俑的主要成分为硅酸盐,A项错误。象牙的主要成分为磷酸盐和有机物质,与骨头的成分相似,B项错误。后母戊鼎的主要成分为铜锡合金,C项正确。谷纹玉璧属于玉,主要成分为硅酸盐,D项错误。 命题点 2 基于工业生产的化工“微流程”分析 2.(2025·黑吉辽蒙卷)某工厂利用生物质(稻草)从高锰钴矿(含MnO2、Co3O4和少量Fe2O3)中提取金属元素,流程如图。已知“沉钴”温度下Ksp(CoS)=10-20.4,下列说法错误的是(　　) A.硫酸用作催化剂和浸取剂 B.使用生物质的优点是其来源广泛且可再生 C.“浸出”时,3种金属元素均被还原 D.“沉钴”后上层清液中c(Co2+)·c(S2-)=10-20.4 C 解析 在“浸出”时,硫酸作催化剂使生物质水解得到还原剂(葡萄糖),同时作浸取剂溶解高锰钴矿,A项正确。生物质(稻草)来源广泛且可再生,B项正确。“浸出”时,MnO2→Mn2+、Co3O4→Co2+,而铁元素化合价未变化,C项错误。依据Ksp(CoS)=10-20.4知,“沉钴”后上层清液中c(Co2+)·c(S2-)=10-20.4,D项正确。 3.(跨模块融通)锌是一种过渡金属。在现代工业中,锌是电池制造中不可替代且相当重要的金属。以菱锌矿(主要成分为ZnCO3、ZnO,含有少量SiO2和Na2SiO3)制备锌单质的流程如图所示: 下列说法错误的是(　　) A.S的空间结构为正四面体形 B.滤渣的主要成分为SiO2和H2SiO3 C.“沉淀”步骤中,消耗CO2的物质的 量与消耗Na2[Zn(OH)4]的物质的量之比为1∶1 D.“热还原”过程发生了置换反应 C 解析 菱锌矿(主要成分为ZnCO3、ZnO,含有少量SiO2和Na2SiO3)与硫酸反应生成硫酸锌、硅酸、硫酸钠,二氧化硅不与硫酸反应,过滤,先向滤液中加入过量氢氧化钠溶液,再向溶液中通入二氧化碳得到氢氧化锌,过滤,将氢氧化锌煅烧得到氧化锌,最后用过量焦炭还原得到锌。“沉淀”时CO2会先与未反应完的NaOH反应,因此消耗的二氧化碳量比Na2[Zn(OH)4]多,C项错误。ZnO+C Zn+CO↑是置换反应,D项正确。 4.(跨模块融通)叠氮化钠(NaN3)是重要的化工原料。以甲醇、亚硝酸钠等为原料制备NaN3的流程如图。已知水合肼(N2H4·H2O)不稳定,具有强还原性。下列描述正确的是(　　) A.反应③中浓硫酸体现出高沸点、难挥发性 B.反应④在高浓度NaClO溶液中滴加少量氨水即可制备水合肼 C.反应②中,消耗3 mol N2H4·H2O时,反应中转移1.5 mol电子 D.的价电子数为12 A 解析 反应③中利用了浓硫酸的高沸点、难挥发性制取HN3,A项正确。过量的NaClO会氧化N2H4·H2O,故在高浓度NaClO溶液中滴加少量氨水不能制备水合肼,B项错误。反应②方程式为N2H4·H2O+CH3ONO+NaOH ══ NaN3+CH3OH+3H2O,故消耗3 mol N2H4·H2O时,转移电子的物质的量为10 mol,C项错误。3个N原子的价电子总数为3×5=15,加上离子所带的1个负电荷,则的价电子数为16,D项错误。 5.(2023·辽宁卷)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Cr D.淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用 B 解析 焙烧过程中有氧气参与,能将Cr2O3、FeO分别氧化为Cr和Fe3+,并放出CO2,水浸后滤渣的主要成分为Fe2O3,滤液①中Cr元素的主要存在形式为Cr,A、C正确、B错误;转化过程中CrCr(OH)3,发生还原反应,故淀粉水解液中葡萄糖起还原作用,D正确。 $