資源簡介

第3講　金屬材料　金屬礦物的開發利用
【復習目標】
1.了解合金及其常見金屬材料的應用。
2.了解鋁、鎂及其重要化合物的主要性質與應用。
3.了解常見金屬的冶煉方法。
4.以化工流程為載體掌握物質的性質、轉化反應和反應條件的控制及產率的提高措施等。
考點一　合金、金屬礦物的開發利用
一、金屬材料
1.金屬材料分類
(1)黑色金屬材料:　　　　以及它們的合金。
(2)有色金屬材料:除黑色金屬以外的其他金屬材料及其合金。
2.合金
(1)概念:合金是指兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有　　　　特性的物質。
(2)性能。
①熔點:一般比它的各成分金屬的　　　　。
②硬度和強度:一般比它的各成分金屬的　　　　。
(3)幾種常見的合金。
①用量最大、用途最廣的合金——鋼。
②性能優異、使用廣泛的合金——鋁合金。
合金 主要 元素 性能特點 用途
鋁錳 合金 Al、Mn 強度高,焊接性能良好,耐腐蝕性較好 機械零件、焊接材料以及管道的制造
鋁銅 合金 Al、Cu 強度高,導電性能好,良好的加工性能 高導電性能的連接件、導線
鋁鎂 合金 Al、Mg 抗腐蝕性能好、良好的焊接性能、抗疲勞性能好 飛機、汽車、火車等交通工具、電子產品外殼等
鋁鋅 合金 Al、Zn 抗腐蝕性能好、強度較高、耐磨性能好 汽車零件、建筑結構高強度零部件
③我國使用最早的合金——銅合金。
青銅(主要含Cu、Sn、Pb)是我國使用最早的合金,常見的還有黃銅(主要含Cu、Zn)和白銅(主要含Cu、Ni)。
④性能各異的合金——新型合金。
具備特殊性能、特種場合的合金,主要有儲氫合金、鈦合金、形狀記憶合金、耐熱合金等。
二、金屬礦物的開發利用
1.金屬在自然界中的存在形式
2.金屬冶煉
(1)實質:利用還原劑把金屬從　　　　還原為　　　　的過程,即Mn++ne-M。
(2)一般工藝。
(3)冶煉方法。
　[示例]用化學方程式表示下列金屬冶煉的原理。
(1)電解法。
Na:　 ;
Mg:　 ;
Al:　 。
(2)熱還原法。
高爐煉鐵:　 ;
鋁熱反應制鉻:2Al+Cr2O3Al2O3+2Cr;
焦炭還原銅:　 。
(3)熱分解法。
Hg:　 。
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)青銅比純銅熔點低、硬度大,所以古代用青銅鑄劍。(　　)
(2)合金材料都是各種不同金屬元素融合得到。(　　)
(3)合金的硬度一般大于其成分金屬,而熔點一般低于其成分金屬。(　　)
(4)鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物,可作儲氫材料。(　　)
(5)鈉、鎂、鋁都可以通過電解其熔融氯化物得到。(　　)
(6)濕法煉銅的化學方程式為Fe+CuSO4FeSO4+Cu。(　　)
(7)鋁熱反應可用于冶煉高熔點金屬,如V、Cr、Mn等。(　　)
一、金屬材料的應用
1.(2024·江蘇泰州模擬)基礎設施建設都需要用到大量鋼鐵。下列有關鋼鐵的說法正確的是(　　)
[A] 鋼是純凈物,生鐵是合金
[B] 鋼鐵在潮濕的空氣中容易生銹
[C] 生鐵的熔點比純鐵高
[D] 生銹的鋼鐵制品沒有回收價值
2.合金是生活中常用的材料之一。下列關于合金的敘述正確的是(　　)
[A] 青銅是我國歷史上使用最早的合金
[B] 鋁合金是目前用量最大的合金材料
[C] 地鐵列車中使用的不銹鋼是一種常見的碳素鋼
[D] 儲氫合金與氫氣結合成氫化物發生了物理變化
二、金屬冶煉、金屬礦物的開發利用
3.金屬的冶煉體現了人類文明的發展歷程,下列關于金屬冶煉的說法正確的是(　　)
[A] 制鋁:電解熔融AlCl3
[B] 煉鐵:用焦炭和空氣反應產生的CO在高溫下還原鐵礦石中鐵的氧化物
[C] 制銅:“曾青(CuSO4)得鐵,則化為銅”的過程發生復分解反應
[D] 制鈉:電解NaCl溶液獲得金屬Na
4.冶煉金屬有下列方法:①焦炭還原法　②水煤氣還原法?、刍顫娊饘僦脫Q法?、茈娊夥?br/>冶煉金屬的生產實際:
古代有:a.火法煉銅　b.濕法煉銅
現代有:c.鋁熱法煉鉻　d.從光鹵石(MgCl2·6H2O)中煉鎂
以下是生產實際與冶煉方法關系的分析,其中錯誤的是(　　)
[A] a～① [B] b～②
[C] c～③ [D] d～④
5.(2024·山東聊城二模)某廢舊三元鋰離子電池正極材料的主要成分是LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2和Al,如圖是處理電池正極材料回收鋰、鈷、鎳、錳、鋁的一種流程。已知:常溫下,碳酸鋰微溶于水,碳酸氫鋰易溶于水。焙燒時鋰元素轉化為Li2CO3。
下列說法正確的是(　　)
[A] LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2中Ni2+、Ni3+、Co3+個數比為1∶2∶1,則Mn的化合價為+4
[B] 該流程中除“焙燒”外均不涉及氧化還原反應
[C] 冶煉金屬鋰和金屬鋁均可用電解其熔融氯化物的方法
[D] “水浸”步驟保持高溫可以增大浸取速率
6.Cu2S是火法煉銅一種重要的原料,由Cu2S冶煉銅及制取CuSO4·5H2O的流程圖如圖所示:
Cu2SCuCu2O、CuOAB膽礬
(1)Cu2S中銅元素的化合價為　　　　,火法煉銅的反應原理是(用化學方程式表示)　
　。
(2)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的體系A中溶液呈藍色,且有紅色物質生成,請寫出生成紅色物質的離子方程式: 　 。
(3)若將A中紅色物質反應掉,操作Ⅰ加入的試劑最好是　　　　(填字母)。
A.適量的NaNO3
B.適量的HNO3
C.適量的H2O2
(4)孔雀石的主要成分為Cu2(OH)2CO3。某同學設計的從孔雀石中冶煉銅的方案如下(假設孔雀石中雜質不溶于水和稀硫酸):
①反應ⅰ能觀察到的現象是 　 , 有關反應的化學方程式為 　 。
②反應ⅱ加入的金屬可能是　　　　,有關反應的離子方程式為　 　。
③操作a可能的方法是　　　　,欲除掉的雜質為　　　　　　　　　　　　　　　;要從操作a所得到的溶液中得到溶質的晶體,需要進行的操作是　　　　　　。
考點二　鎂和鋁及其重要化合物
1.鎂、鋁及其性質
項目 鎂 鋁
地殼 含量/% 2.00 7.73(金屬最高)
元素周期 表中位置 第　　周期 第　　族 第　　周期 第　　族
電子 排布式 1s22s22p63s2 1s22s22p63s23p1
物理性質 　　色、金屬光澤的固體,密度、硬度均較　　,熔點較　　,有良好的導電、傳熱和延展性
化學性質 較強的金屬性,是常用的　　劑
[示例] 寫出有關Al、Mg反應的化學方程式(是離子反應的寫離子方程式)。
(1)Al與非金屬(O2、Cl2)。
①
②2Al+3Cl22AlCl3
(2)Al與酸。
(3)Al與堿(NaOH溶液): 　。
(4)鋁熱反應(冶煉難熔金屬)。
野外焊接鋼軌:　 。
(5)鎂條在二氧化碳氣體中燃燒: 　。
(6)鎂條在氮氣中燃燒: 　。
2.鋁的重要化合物
(1)鋁的氧化物(Al2O3)——兩性氧化物。
(2)鋁的氫氧化物[Al(OH)3]——兩性氫氧化物。
3.鎂的重要化合物
(1)氧化鎂:白色粉末狀固體,　　　　溶于水,屬于　　　　　　。
(2)氫氧化鎂:白色固體,　　　　溶于水[相同溫度下,溶解度小于碳酸鎂,因此水垢中Mg的存在形式是Mg(OH)2],是中強堿。
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)Mg在空氣中燃燒,產物只是MgO。(　　)
(2)Al2O3的熔點高,可作耐高溫材料,實驗室可用氧化鋁坩堝熔化NaOH、Na2CO3固體等。(　　)
(3)鋁和酸反應時,氧化劑是酸,鋁和堿反應時,氧化劑是堿。(　　)
(4)能與鋁反應生成H2的溶液,一定是酸性溶液。(　　)
(5)在加熱情況下利用H2還原Al2O3的方法得到金屬鋁。(　　)
(6)因為鋁不和濃硫酸反應,所以可用鋁槽車運輸濃硫酸。(　　)
(7)加熱MgCl2溶液最終可制得MgCl2固體。(　　)
(8)工業上冶煉金屬鎂也可以采用電解熔融MgO的方法。(　　)
(9)新制的氫氧化銅既能溶于鹽酸又能溶于氨水,所以是兩性氫氧化物。(　　)
一、鋁、氧化鋁、氫氧化鋁與酸、堿溶液反應的分析
1.下列物質中既能與稀硫酸反應,又能與NaOH溶液反應的是(　　)
①Al　②Al2O3　③Al(OH)3?、躈aHCO3?、軨H3COONH4?、轓aHSO4
[A] ①②③ [B] ②③④
[C] ①②③④⑤ [D] 全部
2.課外活動小組探究久置的鋁熱劑(含Al、Al2O3、Fe2O3)的組成。稱取樣品3.510 g加入25.00 mL稀硫酸中,固體完全溶解,生成氣體537.6 mL(標準狀況),并得到溶液X。X不能使KSCN溶液變色。往X中加入過量NaOH溶液,沉淀經過濾、洗滌后,在空氣中充分灼燒至恒重,冷卻,稱得剩余固體質量為2.400 g。下列說法一定正確的是(　　)
[A] 樣品中Al的物質的量為0.016 0 mol
[B] 樣品中Al2O3的質量為0.408 g
[C] 所用稀硫酸的濃度為2.64 mol/L
[D] X中Fe2+與Al3+物質的量之比為15∶13
3.向含有HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl的混合溶液中(假設各1 mol),逐滴加入NaOH溶液,沉淀的物質的量隨NaOH溶液體積變化的圖像如圖。(假設Mg2+、Al3+結合OH-能力相同)
分析圖像的變化情況,回答下列問題。
(1)H+、Al3+、Al(OH)3、N四種粒子與OH-反應的先后順序依次為　 。
(2)依次寫出各階段的離子方程式:
①OA:　 。
②AB: 　　　　　　 　　　。
③BC:　 。
④CD:　 。
二、鎂、鋁的工業提取流程分析
4.鎂及其合金用途很廣,目前世界上60%的鎂從海水中提取。從海水中提取鎂的流程如下:
請根據上述流程圖和鎂及化合物的性質回答下列問題。
(1)煅燒貝殼生成生石灰的化學方程式為 　。
(2)氫氧化鎂溶于鹽酸的離子方程式為 　 。
(3)簡述由MgCl2·6H2O制無水MgCl2加熱時通HCl氣體的主要原因:
　　　　　　　　。
(4)金屬鎂屬于　　　　(填字母)。
a.黑色金屬
b.有色金屬
c.輕金屬
d.重金屬
e.貴金屬
(5)Mg(OH)2煅燒可得熔點很高的MgO,MgO的電子式為　　　　　　　　。
(6)MgCl2和AlCl3的熔點均較低,MgO和Al2O3的熔點都很高。簡述冶煉金屬鎂是電解MgCl2,而冶煉金屬鋁則電解Al2O3的原因: 　。
5.粉煤灰是燃煤產生的重要污染物,主要成分有Al2O3、Fe2O3、MgO和SiO2等物質。用硫酸銨固體等試劑提取粉煤灰中Al2O3并制取鋁的工藝流程如圖所示。
(1)已知煙氣中含有NH3,煅燒工序中Al2O3參與反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“濾渣Ⅰ”和“濾渣Ⅲ”主要成分的化學式分別為　 　　　　　　　、
　　　　　　　　。
(3)將“濾液Ⅱ”通過　　　　、　　　　、過濾、洗滌、干燥后得到的晶體可返回　　　　(填寫流程圖中的工序操作名稱)工序中循環利用。
(4)向“濾液Ⅲ”中通入過量CO2,生成沉淀的離子方程式為 　　　　　　　　。
(5)電解Al2O3制備Al需要冰晶石(Na3AlF6)作助熔劑。Na3AlF6可由Al(OH)3、Na2CO3和HF反應制得,反應的化學方程式為 　 。
(6)某工廠利用上述流程從m噸粉煤灰中制得n噸Al2O3,若在整個流程中鋁的損耗率為10%,則原粉煤灰中鋁的質量分數為　　　　。
1.既能與酸反應也能與堿反應的物質
(1)金屬單質:Al、Be等。
(2)兩性金屬氧化物:Al2O3、BeO、ZnO等。
(3)兩性氫氧化物:Al(OH)3、Zn(OH)2、Cr(OH)3、Be(OH)2等。
(4)弱酸的酸式鹽:KHS、NaHCO3等。
(5)弱酸的銨鹽:CH3COONH4、(NH4)2CO3。
(6)氨基酸:NH2CH2COOH等。
2.高考常見兩性氫氧化物的轉化
1.判斷正誤。
(1)(2024·廣東卷)機械表中由鉬、鈷、鎳、鉻等元素組成的發條,其材質屬于合金。(　　)
(2)(2024·浙江6月選考)Al(OH)3呈兩性,不能用于治療胃酸過多。(　　)
(3)(2024·河北卷)青銅鋪首主要成分是銅錫合金。(　　)
(4)(2023·重慶卷)Mg分別與空氣和氧氣反應,生成的產物相同。(　　)
(5)(2023·遼寧卷)冶煉鎂:2MgO(熔融)2Mg+O2↑。(　　)
(6)(2022·浙江6月選考)氧化鋁熔點高,常用于制造耐高溫材料。(　　)
(7)(2022·浙江6月選考)工業上通過電解六水合氯化鎂制取金屬鎂。(　　)
2.(2024·廣東卷,14)部分含Mg或Al或Fe物質的分類與相應化合價關系如圖所示。下列推斷合理的是(　　)
[A] 若a在沸水中可生成e,則a→f的反應一定是化合反應
[B] 在g→f→e→d轉化過程中,一定存在物質顏色的變化
[C] 加熱c的飽和溶液,一定會形成能產生丁達爾效應的紅棕色分散系
[D] 若b和d均能與同一物質反應生成c,則組成a的元素一定位于周期表p區
3.(2024·山東卷,14改編)鈞瓷是宋代五大名瓷之一,其中紅色鈞瓷的發色劑為Cu2O。為探究Cu2O的性質,取等量少許Cu2O分別加入甲、乙兩支試管,進行如下實驗。下列說法正確的是(　　)
試管 實驗操作及現象
試管甲 滴加過量0.3 mol·L-1 HNO3溶液并充分振蕩,磚紅色沉淀轉化為另一顏色沉淀,溶液顯淺藍色;傾掉溶液,滴加濃硝酸,沉淀逐漸消失
試管乙 滴加過量6 mol·L-1氨水并充分振蕩,沉淀逐漸溶解,溶液顏色為無色;靜置一段時間后,溶液顏色變為深藍色
[A] 試管甲中生成的藍色溶液是由于Cu2O被稀硝酸氧化為了Cu2+
[B] 試管甲中沉淀的變化均體現了HNO3的氧化性
[C] 試管乙實驗可證明Cu(Ⅰ)與NH3形成無色配合物
[D] 上述兩個實驗表明Cu2O為兩性氧化物
4.(2020·江蘇卷,3)下列有關物質的性質與用途具有對應關系的是(　　)
[A] 鋁的金屬活潑性強,可用于制作鋁金屬制品
[B] 氧化鋁熔點高,可用作電解冶煉鋁的原料
[C] 氫氧化鋁受熱分解,可用于中和過多的胃酸
[D] 明礬溶于水并水解形成膠體,可用于凈水
5.(2020·山東卷,9)以菱鎂礦(主要成分為MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)為原料制備高純鎂砂的工藝流程如下:
已知浸出時產生的廢渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列說法錯誤的是(　　)
[A] 浸出鎂的反應為MgO+2NH4ClMgCl2+2NH3↑+H2O
[B] 浸出和沉鎂的操作均應在較高溫度下進行
[C] 流程中可循環使用的物質有NH3、NH4Cl
[D] 分離Mg2+與Al3+、Fe3+是利用了它們氫氧化物Ksp的不同
6.(2024·北京卷,18)利用黃銅礦(主要成分為CuFeS2,含有SiO2等雜質)生產純銅,流程示意圖如圖。
(1)礦石在焙燒前需粉碎,其作用是 　。
(2)(NH4)2SO4的作用是利用其分解產生的SO3使礦石中的銅元素轉化為CuSO4。(NH4)2SO4發生熱分解的化學方程式是 　。
(3)礦石和過量(NH4)2SO4按一定比例混合,取相同質量,在不同溫度下焙燒相同時間,測得:ⅰ.“吸收”過程氨吸收率和“浸銅”過程銅浸出率變化如圖;ⅱ.400 ℃和500 ℃時,固體B中所含銅、鐵的主要物質如表。
溫度/℃ B中所含銅、鐵的主要物質
400 Fe2O3、CuSO4、CuFeS2
500 Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO
①溫度低于425 ℃,隨焙燒溫度升高,銅浸出率顯著增大的原因是 　。
②溫度高于425 ℃,根據焙燒時可能發生的反應,解釋銅浸出率隨焙燒溫度升高而降低的原因是 　。
(4)用離子方程式表示置換過程中加入Fe的目的:　 。
(5)粗銅經酸浸處理,再進行電解精煉;電解時用酸化的CuSO4溶液做電解液,并維持一定的c(H+)和c(Cu2+)。粗銅若未經酸浸處理,消耗相同電量時,會降低得到純銅的量,原因是
　。
第3講　金屬材料　金屬礦物的開發利用
考點一　合金、金屬礦物的開發利用
必備知識整合
一、1.(1)鐵、鉻、錳
2.(1)金屬　(2)①低　②大
二、1.正
2.(1)化合態　游離態
[示例] (1)2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑　
MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
(2)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
C+2CuO2Cu+CO2↑
(3)2HgO2Hg+O2↑
[理解·辨析] (1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)√　(7)√
關鍵能力提升
1.B　鋼和生鐵都是鐵的合金,都屬于混合物,故A錯誤;鐵生銹的條件是鐵與氧氣和水接觸,故鋼鐵在潮濕的空氣中容易生銹,故B正確;生鐵是鐵的合金,合金比組成它的純金屬的熔點低,故生鐵的熔點比純鐵低,故C錯誤;生銹的鋼鐵,可以回收利用,故D錯誤。
2.A　青銅是銅、錫和鉛的合金,是人類歷史上最早使用的合金,A正確;鋼(鐵合金)是目前用量最大、用途最廣的合金,B錯誤;不銹鋼是合金鋼,不銹鋼是碳素鋼中添加其他金屬元素形成的合金,C錯誤;儲氫合金與氫氣結合成氫化物,有新物質生成,屬于化學變化,D錯誤。
3.B　電解熔融Al2O3冶煉金屬鋁,故A錯誤;用焦炭和空氣反應產生的CO在高溫下還原鐵礦石中鐵的氧化物,故B正確;“曾青(CuSO4)得鐵,則化為銅”的過程發生反應Fe+CuSO4FeSO4+Cu,屬于置換反應,故C錯誤;電解熔融NaCl獲得金屬Na,故D錯誤。
4.B　火法煉銅利用了①焦炭還原法,A正確;濕法煉銅是鐵置換硫酸銅中的銅,是③活潑金屬置換法,B錯誤;鋁熱法煉鉻,是鋁還原高熔點金屬的氧化物,是③活潑金屬置換法,C正確;從光鹵石中煉鎂是④電解法,D正確。
5.A　LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2中Ni2+、Ni3+、Co3+個數比為 1∶2∶1,設Mn的化合價為x,根據化合價代數和為0,可得1+0.6××2+0.6××3+3×0.2+0.2x=4,解得 x=4,則Mn的化合價為+4,故A正確;“堿浸”時Al轉化為[Al(OH)4]-,屬于氧化還原反應,故B錯誤;AlCl3是共價化合物,熔融狀態下不導電,冶煉金屬Al通常是電解熔融氧化鋁,故C錯誤;“水浸”步驟反應溫度不宜過高,避免 LiHCO3分解,D錯誤。
6.【答案】 (1)+1　Cu2S+O22Cu+SO2↑
(2)Cu2O+2H+Cu+Cu2++H2O
(3)C
(4)①固體逐漸溶解,溶液由無色變為藍色,有氣泡產生　Cu2(OH)2CO3+2H2SO42CuSO4+CO2↑+3H2O
②鐵粉　Fe+Cu2+Fe2++Cu
③過濾　難溶于水和稀硫酸的雜質　加熱濃縮、冷卻結晶
【解析】 (1)Cu2S中銅元素為+1價;火法煉銅時Cu2S與O2反應生成Cu和SO2,反應的化學方程式為Cu2S+O22Cu+SO2。
(2)Cu2O與稀硫酸反應生成CuSO4、Cu和H2O,反應的離子方程式為Cu2O+2H+Cu2++Cu+H2O。
(3)A中的紅色物質為Cu,可在酸性條件下用H2O2將Cu氧化成Cu2+。
(4)①反應ⅰ的現象為固體逐漸溶解,溶液由無色變為藍色,有氣泡產生,反應的化學方程式為 Cu2(OH)2CO3+2H2SO42CuSO4+CO2↑+3H2O。
②反應ⅱ中加入的金屬可能為Fe,反應的離子方程式為 Fe+Cu2+Fe2++Cu。
③反應后得到CuSO4和H2SO4的混合溶液及難溶于水和稀硫酸的雜質,故操作a為過濾;要從濾液中得到CuSO4晶體,需進行加熱濃縮、冷卻結晶等操作。
考點二　鎂和鋁及其重要化合物
必備知識整合
1.三　ⅡA　三　ⅢA　銀白　小　低　還原
[示例] (1)①4Al+3O22Al2O3
(2)Al+4H++NAl3++NO↑+2H2O　2Al+6H+2Al3++3H2↑
(3)2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(4)2Al+Fe2O32Fe+Al2O3
(5)2Mg+CO22MgO+C
(6)3Mg+N2Mg3N2
2.(1)Al2O3+6H+2Al3++3H2O　Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-　(2)Al(OH)3+3H+Al3++3H2O　Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]-
3.(1)難　堿性氧化物　(2)難
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　
(6)×　(7)×　(8)×　(9)×
關鍵能力提升
1.C　Al、Al(OH)3、Al2O3既能與稀硫酸反應也能與NaOH溶液反應,NaHCO3為弱酸的酸式鹽,既能與稀硫酸反應也能與NaOH溶液反應,CH3COONH4為弱酸弱堿鹽,既能與稀硫酸反應也能與NaOH溶液反應,NaHSO4為強酸的酸式鹽,只能與NaOH溶液反應,故①②③④⑤符合題意,選C。
2.B　X不能使KSCN溶液變色,則溶液中沒有Fe3+,溶解時發生了反應Al+3Fe3+3Fe2++Al3+;往X中加入過量NaOH溶液,沉淀經過濾、洗滌后,在空氣中充分灼燒至恒重,冷卻,稱得剩余固體質量為2.400 g,此固體為Fe2O3,物質的量為=0.015 mol;根據原子守恒,原樣品中Fe2O3的質量即為2.400 g;生成H2的物質的量為=0.024 mol,與稀硫酸反應生成氫氣的Al的物質的量為0.024 mol×=0.016 0 mol,X溶液中Fe2+的物質的量為 0.030 mol,根據Al+3Fe3+3Fe2++Al3+可知,參加反應的Al的物質的量為0.030 mol×
=0.01 mol,則樣品中Al的物質的量為0.016 0 mol+0.01 mol=0.026 mol,故A錯誤;樣品中Al2O3的質量為3.510 g-2.40 g-0.026 mol×27 g/mol=0.408 g,故B正確;硫酸可能過量,剩余硫酸的量未知,無法計算其物質的量濃度,故C錯誤;X中Fe2+與Al3+物質的量之比為 0.030 mol∶(0.026 mol+×2)=0.030 mol∶0.034 mol=15∶17,故D錯誤。
3.(1)H+、Al3+、N、Al(OH)3
(2)①H++OH-H2O
②Al3++3OH-Al(OH)3↓,Mg2++2OH-Mg(OH)2↓
③N+OH-NH3·H2O
④Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]-
4.【答案】 (1)CaCO3CaO+CO2↑
(2)Mg(OH)2+2H+Mg2++2H2O
(3)抑制MgCl2水解
(4)bc
(5) Mg2+ []2-
(6)MgO和MgCl2均為離子化合物,熔融時均能電解制鎂,但MgO熔點很高,電解時能耗高,所以冶煉鎂是電解MgCl2,而AlCl3是共價化合物,液態時難導電,所以工業上是電解熔融Al2O3冶煉鋁
【解析】 (1)貝殼的主要成分是CaCO3,受熱易分解成CaO和CO2,反應的化學方程式為CaCO3CaO+CO2↑。
(2)氫氧化鎂屬于堿,與鹽酸發生復分解反應,Mg(OH)2+2H+Mg2++2H2O。
(3)Mg2+的水解方程式為Mg2++2H2OMg(OH)2+2H+,因此為了抑制Mg2+水解,加熱MgCl2·2H2O制取無水MgCl2需要在HCl氣體氛圍中進行。
(4)黑色金屬指的是鐵、鉻、錳三種金屬,a錯誤;有色金屬指鐵、鉻、錳以外的金屬單質,b正確;輕金屬常指鈹、鋁、鎂、鈉、鉀、鈣、鍶等,金屬鎂屬于輕金屬,c正確,d錯誤;金屬鎂不屬于貴重金屬,e錯誤。
(5)MgO是離子化合物,其電子式為Mg2+ []2-。
(6)MgO和MgCl2均為離子化合物,熔融時均能電解制鎂,但MgO熔點很高,電解時能耗高,所以冶煉鎂是電解MgCl2,而AlCl3是共價化合物,液態時難導電,所以工業上是電解熔融Al2O3冶煉鋁。
5.【答案】 (1)Al2O3+3(NH4)2SO4Al2(SO4)3+6NH3↑+3H2O
(2)SiO2　Fe(OH)3和Mg(OH)2
(3)蒸發濃縮　冷卻結晶　煅燒
(4)CO2+[Al(OH)4]-Al(OH)3↓+HC
(5)2Al(OH)3+3Na2CO3+12HF2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O
(6)×100%
【解析】 (1)已知煙氣中含有NH3,煅燒工序中Al2O3與(NH4)2SO4反應生成Al2(SO4)3、NH3等,化學方程式為Al2O3+3(NH4)2SO4Al2(SO4)3+6NH3↑+3H2O。
(2)SiO2不與(NH4)2SO4反應,加水溶解,過濾,“濾渣Ⅰ”主要成分是SiO2;“濾渣Ⅱ”的成分為Al(OH)3、Fe(OH)3和Mg(OH)2沉淀,加入過量NaOH溶液,只有 Al(OH)3 溶解生成Na[Al(OH)4];“濾渣Ⅲ”主要成分的化學式為Fe(OH)3和Mg(OH)2。
(3)從“濾液Ⅱ”中提取(NH4)2SO4,可通過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥的方法,得到的晶體可返回煅燒工序中循環利用。
(4)向“濾液Ⅲ”中通入過量CO2,Na[Al(OH)4]轉化為 Al(OH)3沉淀,生成沉淀的離子方程式為CO2+[Al(OH)4]-Al(OH)3↓+HC。
(5)由Al(OH)3、Na2CO3和HF反應可制得Na3AlF6等,反應的化學方程式為2Al(OH)3+3Na2CO3+12HF2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O。
(6)某工廠利用題述流程從m噸粉煤灰中制得n噸Al2O3,若在整個流程中鋁的損耗率為10%,則原粉煤灰中鋁的質量分數為×100%=×100%。
真題驗收
1.(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×
2.B　若a在沸水中可生成e,此時a為Mg,e為Mg(OH)2,即f為鎂鹽,a→f的反應有多種,可能為Mg+2HClMgCl2+H2↑,該反應屬于置換反應,可能為Mg+Cl2MgCl2,該反應屬于化合反應,綜上a→f的反應不一定是化合反應,故A錯誤。e能轉化為d,此時e為白色沉淀Fe(OH)2,d為紅褐色沉淀Fe(OH)3,說明在g→f→e→d轉化過程中,一定存在物質顏色的變化,故B正確。由題意得,此時能產生丁達爾效應的紅棕色分散系為Fe(OH)3膠體,c應為鐵鹽,加熱鐵鹽的飽和溶液,也有可能直接得到 Fe(OH)3沉淀,故C錯誤。假設b為Al2O3,則d為 Al(OH)3,c為鋁鹽,Al2O3、Al(OH)3與稀鹽酸反應均生成鋁鹽,此時組成a的元素為Al,位于周期表p區;假設b為Fe2O3,則d為Fe(OH)3,c為鐵鹽,Fe2O3、Fe(OH)3與稀鹽酸反應均生成鐵鹽,此時組成a的元素為Fe,位于周期表d區,故D錯誤。
3.C　Cu2O中滴加過量0.3 mol·L-1 HNO3溶液并充分振蕩,發生的反應為Cu2O+2HNO3Cu(NO3)2+Cu+H2O,是在酸性條件下Cu2O發生歧化反應生成Cu2+、Cu,A錯誤;Cu2O與0.3 mol·L-1 HNO3溶液發生的反應為Cu2O+2HNO3Cu(NO3)2+Cu+H2O,該過程中HNO3表現酸性,后滴加濃硝酸發生的反應為 Cu+4HNO3(濃)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,該過程中HNO3表現氧化性和酸性,B錯誤;Cu2O中滴加過量 6 mol·L-1氨水并充分振蕩,沉淀逐漸溶解得到無色溶液,說明Cu(Ⅰ)與NH3形成無色配合物,C正確;既能與酸反應生成鹽和水,又能與堿反應生成鹽和水的氧化物為兩性氧化物,Cu2O溶于6 mol·L-1氨水形成的是配合物,故Cu2O不屬于兩性氧化物,是堿性氧化物,D錯誤。
4.D　鋁具有很好的延展性,可以用于制作鋁金屬制品,與鋁的活潑性無關,A項錯誤;電解氧化鋁冶煉鋁是因為氧化鋁熔融狀態下能導電,與熔點高無關,B項錯誤;氫氧化鋁能與胃酸的主要成分鹽酸發生反應,與氫氧化鋁受熱分解無關,C項錯誤;明礬中的Al3+可以水解生成氫氧化鋁膠體,膠體具有很強的吸附能力,可以吸附水中的懸浮物,起到凈水作用,D項正確。
5.B　結合工藝流程可知,煅燒后得到的輕燒粉的成分為MgO和少量SiO2、Fe2O3、Al2O3,NH4Cl溶液呈酸性,浸出時使MgO及Fe2O3、Al2O3溶解,浸出后得到的廢渣中含有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3,所得浸出液中含有Mg2+及過量的NH4Cl,加入氨水時Mg2+轉化為Mg(OH)2,經煅燒得到高純鎂砂MgO。結合流程圖和上述分析可知,浸出鎂的反應為MgO+2NH4ClMgCl2+2NH3↑+H2O,A項正確;浸出可以在較高溫度下進行,促進NH4Cl水解和NH3的逸出,但沉鎂時應在低溫下進行,以減弱氨水分解,B項錯誤;結合流程圖可知,浸出得到的NH3可轉化為氨水,用于沉鎂,濾液中含有過量的NH4Cl,可用于浸出時的反應液,故該流程中NH3和NH4Cl可循環使用,C項正確;本流程中分離Mg2+時,Al3+、Fe3+轉化為沉淀,是利用了它們氫氧化物的Ksp不同,D項正確。
6.【答案】 (1)增大接觸面積,增大反應速率,使反應更充分
(2)(NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O
(3)①溫度低于425 ℃,隨焙燒溫度升高,(NH4)2SO4分解產生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故銅浸出率顯著增加?、跍囟雀哂?25 ℃,隨焙燒溫度升高,可能發生反應4CuFeS2+17O2+2CuSO46CuO+2Fe2(SO4)3+4SO3,使CuFeS2和CuSO4轉化成難溶于水的CuO,銅浸出率降低
(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+
(5)粗銅若未經酸浸處理,其中雜質鐵會參與放電
【解析】 黃銅礦(主要成分為CuFeS2,含有SiO2等雜質)粉碎后加入硫酸銨并通入空氣焙燒,黃銅礦在硫酸銨生成的SO3作用下,轉化成CuSO4,得到的混合氣體中主要含NH3,用硫酸吸收,得到硫酸銨,是溶液A的主要溶質,可以循環利用,固體B為SiO2、CuSO4及含鐵的化合物,加水分離,主要形成含硫酸銅的濾液和含SiO2的濾渣,分別為濾液C和濾渣D,向濾液C中加入過量的鐵,置換得到粗銅和FeSO4,粗銅再精煉可以得到純銅。
(1)礦石在焙燒前需粉碎,是為了增大反應物的接觸面積,增大反應速率,使反應更充分。
(2)銨鹽不穩定,易分解,(NH4)2SO4分解為非氧化還原反應,產物中有NH3和SO3,故化學方程式為(NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O。
(3)①由題圖,溫度低于425 ℃,隨焙燒溫度升高,銅浸出率顯著增大,是因為溫度低于425 ℃,隨焙燒溫度升高,(NH4)2SO4分解產生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故銅浸出率顯著增加。
②溫度高于425 ℃,隨焙燒溫度升高,CuFeS2和CuSO4可能轉化成難溶于水的CuO,發生反應4CuFeS2+17O2+2CuSO46CuO+2Fe2(SO4)3+4SO3,銅浸出率降低。
(4)加入Fe可置換出硫酸銅溶液中的Cu,反應的離子方程式為Fe+Cu2+Cu+Fe2+。
(5)粗銅中含有雜質鐵,加酸可以除Fe,但粗銅若未經酸浸處理,其中雜質鐵會參與放電。
(
第
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金屬材料　金屬礦物的開發利用
第3講
1.了解合金及其常見金屬材料的應用。
2.了解鋁、鎂及其重要化合物的主要性質與應用。
3.了解常見金屬的冶煉方法。
4.以化工流程為載體掌握物質的性質、轉化反應和反應條件的控制及產率的提高措施等。
一、金屬材料
1.金屬材料分類
(1)黑色金屬材料: 以及它們的合金。
(2)有色金屬材料:除黑色金屬以外的其他金屬材料及其合金。
2.合金
(1)概念:合金是指兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有
特性的物質。
(2)性能。
①熔點:一般比它的各成分金屬的 。
②硬度和強度:一般比它的各成分金屬的 。
鐵、鉻、錳
金屬
低
大
(3)幾種常見的合金。
①用量最大、用途最廣的合金——鋼。
②性能優異、使用廣泛的合金——鋁合金。
合金 主要 元素 性能特點 用途
鋁錳 合金 Al、Mn 強度高,焊接性能良好,耐腐蝕性較好 機械零件、焊接材料以及管道的制造
鋁銅 合金 Al、Cu 強度高,導電性能好,良好的加工性能 高導電性能的連接件、導線
鋁鎂 合金 Al、Mg 抗腐蝕性能好、良好的焊接性能、抗疲勞性能好 飛機、汽車、火車等交通工具、電子產品外殼等
鋁鋅 合金 Al、Zn 抗腐蝕性能好、強度較高、耐磨性能好 汽車零件、建筑結構高強度零部件
③我國使用最早的合金——銅合金。
青銅(主要含Cu、Sn、Pb)是我國使用最早的合金,常見的還有黃銅(主要含Cu、Zn)和白銅(主要含Cu、Ni)。
④性能各異的合金——新型合金。
具備特殊性能、特種場合的合金,主要有儲氫合金、鈦合金、形狀記憶合金、耐熱合金等。
二、金屬礦物的開發利用
1.金屬在自然界中的存在形式
正
2.金屬冶煉
(1)實質:利用還原劑把金屬從 還原為 的過程,即
Mn++ne- M。
化合態
游離態
(2)一般工藝。
(3)冶煉方法。
[示例]用化學方程式表示下列金屬冶煉的原理。
(1)電解法。
Na:　 ;
Mg:　 ;
Al:　 。
(2)熱還原法。
高爐煉鐵:　 ;
鋁熱反應制鉻:2Al+Cr2O3 Al2O3+2Cr;
焦炭還原銅:　 。
(3)熱分解法。
Hg:　 。
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)青銅比純銅熔點低、硬度大,所以古代用青銅鑄劍。(　 　)
(2)合金材料都是各種不同金屬元素融合得到。(　 　)
(3)合金的硬度一般大于其成分金屬,而熔點一般低于其成分金屬。(　 　)
(4)鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物,可作儲氫材料。(　 　)
(5)鈉、鎂、鋁都可以通過電解其熔融氯化物得到。(　 　)
(6)濕法煉銅的化學方程式為Fe+CuSO4 FeSO4+Cu。(　 　)
(7)鋁熱反應可用于冶煉高熔點金屬,如V、Cr、Mn等。(　 　)
√
×
√
√
×
√
√
一、金屬材料的應用
1.(2024·江蘇泰州模擬)基礎設施建設都需要用到大量鋼鐵。下列有關鋼鐵的說法正確的是(　　)
[A] 鋼是純凈物,生鐵是合金
[B] 鋼鐵在潮濕的空氣中容易生銹
[C] 生鐵的熔點比純鐵高
[D] 生銹的鋼鐵制品沒有回收價值
B
【解析】 鋼和生鐵都是鐵的合金,都屬于混合物,故A錯誤;鐵生銹的條件是鐵與氧氣和水接觸,故鋼鐵在潮濕的空氣中容易生銹,故B正確;生鐵是鐵的合金,合金比組成它的純金屬的熔點低,故生鐵的熔點比純鐵低,故C錯誤;生銹的鋼鐵,可以回收利用,故D錯誤。
2.合金是生活中常用的材料之一。下列關于合金的敘述正確的是(　　)
[A] 青銅是我國歷史上使用最早的合金
[B] 鋁合金是目前用量最大的合金材料
[C] 地鐵列車中使用的不銹鋼是一種常見的碳素鋼
[D] 儲氫合金與氫氣結合成氫化物發生了物理變化
A
【解析】 青銅是銅、錫和鉛的合金,是人類歷史上最早使用的合金,A正確;鋼(鐵合金)是目前用量最大、用途最廣的合金,B錯誤;不銹鋼是合金鋼,不銹鋼是碳素鋼中添加其他金屬元素形成的合金,C錯誤;儲氫合金與氫氣結合成氫化物,有新物質生成,屬于化學變化,D錯誤。
二、金屬冶煉、金屬礦物的開發利用
3.金屬的冶煉體現了人類文明的發展歷程,下列關于金屬冶煉的說法正確的是(　　)
[A] 制鋁:電解熔融AlCl3
[B] 煉鐵:用焦炭和空氣反應產生的CO在高溫下還原鐵礦石中鐵的氧化物
[C] 制銅:“曾青(CuSO4)得鐵,則化為銅”的過程發生復分解反應
[D] 制鈉:電解NaCl溶液獲得金屬Na
B
4.冶煉金屬有下列方法:①焦炭還原法　②水煤氣還原法　③活潑金屬置換法?、茈娊夥?br/>冶煉金屬的生產實際:
古代有:a.火法煉銅　b.濕法煉銅
現代有:c.鋁熱法煉鉻　d.從光鹵石(MgCl2·6H2O)中煉鎂
以下是生產實際與冶煉方法關系的分析,其中錯誤的是(　　)
[A] a～① [B] b～②
[C] c～③ [D] d～④
B
【解析】 火法煉銅利用了①焦炭還原法,A正確;濕法煉銅是鐵置換硫酸銅中的銅,是③活潑金屬置換法,B錯誤;鋁熱法煉鉻,是鋁還原高熔點金屬的氧化物,是③活潑金屬置換法,C正確;從光鹵石中煉鎂是④電解法,D正確。
5.(2024·山東聊城二模)某廢舊三元鋰離子電池正極材料的主要成分是LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2和Al,如圖是處理電池正極材料回收鋰、鈷、鎳、錳、鋁的一種流程。已知:常溫下,碳酸鋰微溶于水,碳酸氫鋰易溶于水。焙燒時鋰元素轉化為Li2CO3。
下列說法正確的是(　　)
[A] LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2中Ni2+、Ni3+、Co3+個數比為1∶2∶1,則Mn的化合價為+4
[B] 該流程中除“焙燒”外均不涉及氧化還原反應
[C] 冶煉金屬鋰和金屬鋁均可用電解其熔融氯化物的方法
[D] “水浸”步驟保持高溫可以增大浸取速率
A
6.Cu2S是火法煉銅一種重要的原料,由Cu2S冶煉銅及制取CuSO4·5H2O的流程圖如圖所示:
(1)Cu2S中銅元素的化合價為　　　　,火法煉銅的反應原理是(用化學方程式表示)　 　 。
+1
(2)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的體系A中溶液呈藍色,且有紅色物質生成,請寫出生成紅色物質的離子方程式: 　。
(3)若將A中紅色物質反應掉,操作Ⅰ加入的試劑最好是　　　　(填字母)。
A.適量的NaNO3
B.適量的HNO3
C.適量的H2O2
C
【解析】 (3)A中的紅色物質為Cu,可在酸性條件下用H2O2將Cu氧化成Cu2+。
(4)孔雀石的主要成分為Cu2(OH)2CO3。某同學設計的從孔雀石中冶煉銅的方案如下(假設孔雀石中雜質不溶于水和稀硫酸):
①反應ⅰ能觀察到的現象是 　 , 有關反應的化學方程式為 　 。
固體逐漸溶解,溶液由無色變為藍色,有氣泡產生
②反應ⅱ加入的金屬可能是　 　　　,有關反應的離子方程式為
　 　。
鐵粉
③操作a可能的方法是　　　,欲除掉的雜質為　　 　　　　　　　　　;要從操作a所得到的溶液中得到溶質的晶體,需要進行的操作是
　　　　　　　　　　　　。
過濾
難溶于水和稀硫酸的雜質
加熱濃縮、
冷卻結晶
【解析】 ③反應后得到CuSO4和H2SO4的混合溶液及難溶于水和稀硫酸的雜質,故操作a為過濾;要從濾液中得到CuSO4晶體,需進行加熱濃縮、冷卻結晶等操作。
項目 鎂 鋁
地殼含量/% 2.00 7.73(金屬最高)
元素周期 表中位置 第 周期 第 族 第 周期
第 族
電子 排布式 1s22s22p63s2 1s22s22p63s23p1
物理性質 色、金屬光澤的固體,密度、硬度均較 ,熔點較 ,有良好的導電、傳熱和延展性
化學性質 較強的金屬性,是常用的 劑
1.鎂、鋁及其性質
三
ⅡA
三
ⅢA
銀白
小
低
還原
[示例] 寫出有關Al、Mg反應的化學方程式(是離子反應的寫離子方程式)。
(1)Al與非金屬(O2、Cl2)。
①
(2)Al與酸。
(3)Al與堿(NaOH溶液): 　。
(4)鋁熱反應(冶煉難熔金屬)。
野外焊接鋼軌:　 。
(5)鎂條在二氧化碳氣體中燃燒: 　。
(6)鎂條在氮氣中燃燒: 　。
2.鋁的重要化合物
(1)鋁的氧化物(Al2O3)——兩性氧化物。
(2)鋁的氫氧化物[Al(OH)3]——兩性氫氧化物。
3.鎂的重要化合物
(1)氧化鎂:白色粉末狀固體, 溶于水,屬于 。
(2)氫氧化鎂:白色固體, 溶于水[相同溫度下,溶解度小于碳酸鎂,因此水垢中Mg的存在形式是Mg(OH)2],是中強堿。
難
堿性氧化物
難
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)Mg在空氣中燃燒,產物只是MgO。(　 　)
(2)Al2O3的熔點高,可作耐高溫材料,實驗室可用氧化鋁坩堝熔化NaOH、Na2CO3固體等。(　 　)
(3)鋁和酸反應時,氧化劑是酸,鋁和堿反應時,氧化劑是堿。(　 　)
(4)能與鋁反應生成H2的溶液,一定是酸性溶液。(　 　)
×
×
×
×
(5)在加熱情況下利用H2還原Al2O3的方法得到金屬鋁。(　 　)
(6)因為鋁不和濃硫酸反應,所以可用鋁槽車運輸濃硫酸。(　 　)
(7)加熱MgCl2溶液最終可制得MgCl2固體。(　 　)
(8)工業上冶煉金屬鎂也可以采用電解熔融MgO的方法。(　 　)
(9)新制的氫氧化銅既能溶于鹽酸又能溶于氨水,所以是兩性氫氧化物。
(　 　)
×
×
×
×
×
一、鋁、氧化鋁、氫氧化鋁與酸、堿溶液反應的分析
1.下列物質中既能與稀硫酸反應,又能與NaOH溶液反應的是(　　)
①Al?、贏l2O3?、跘l(OH)3?、躈aHCO3　⑤CH3COONH4?、轓aHSO4
[A] ①②③
[B] ②③④
[C] ①②③④⑤
[D] 全部
C
【解析】 Al、Al(OH)3、Al2O3既能與稀硫酸反應也能與NaOH溶液反應,
NaHCO3為弱酸的酸式鹽,既能與稀硫酸反應也能與NaOH溶液反應,
CH3COONH4為弱酸弱堿鹽,既能與稀硫酸反應也能與NaOH溶液反應,
NaHSO4為強酸的酸式鹽,只能與NaOH溶液反應,故①②③④⑤符合題意,
選C。
2.課外活動小組探究久置的鋁熱劑(含Al、Al2O3、Fe2O3)的組成。稱取樣品3.510 g加入25.00 mL稀硫酸中,固體完全溶解,生成氣體537.6 mL(標準狀況),并得到溶液X。X不能使KSCN溶液變色。往X中加入過量NaOH溶液,沉淀經過濾、洗滌后,在空氣中充分灼燒至恒重,冷卻,稱得剩余固體質量為2.400 g。下列說法一定正確的是(　　)
[A] 樣品中Al的物質的量為0.016 0 mol
[B] 樣品中Al2O3的質量為0.408 g
[C] 所用稀硫酸的濃度為2.64 mol/L
[D] X中Fe2+與Al3+物質的量之比為15∶13
B
3.向含有HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl的混合溶液中(假設各1 mol),逐滴加入NaOH溶液,沉淀的物質的量隨NaOH溶液體積變化的圖像如圖。(假設Mg2+、Al3+結合OH-能力相同)
分析圖像的變化情況,回答下列問題。
(2)依次寫出各階段的離子方程式:
①OA:　 。
②AB: 　 　　　　　　　　。
③BC:　 。
④CD:　 。
二、鎂、鋁的工業提取流程分析
4.鎂及其合金用途很廣,目前世界上60%的鎂從海水中提取。從海水中提取鎂的流程如下:
請根據上述流程圖和鎂及化合物的性質回答下列問題。
(1)煅燒貝殼生成生石灰的化學方程式為 　。
(2)氫氧化鎂溶于鹽酸的離子方程式為 　。
(3)簡述由MgCl2·6H2O制無水MgCl2加熱時通HCl氣體的主要原因:
　　　　　　　　。
抑制MgCl2水解
(4)金屬鎂屬于　　　　(填字母)。
a.黑色金屬
b.有色金屬
c.輕金屬
d.重金屬
e.貴金屬
bc
【解析】(4)黑色金屬指的是鐵、鉻、錳三種金屬,a錯誤;有色金屬指鐵、鉻、錳以外的金屬單質,b正確;輕金屬常指鈹、鋁、鎂、鈉、鉀、鈣、鍶等,金屬鎂屬于輕金屬,c正確,d錯誤;金屬鎂不屬于貴重金屬,e錯誤。
(5)Mg(OH)2煅燒可得熔點很高的MgO,MgO的電子式為　　 　　　。
(6)MgCl2和AlCl3的熔點均較低,MgO和Al2O3的熔點都很高。簡述冶煉金屬鎂是電解MgCl2,而冶煉金屬鋁則電解Al2O3的原因:
　。
【解析】 (6)MgO和MgCl2均為離子化合物,熔融時均能電解制鎂,但MgO熔點很高,電解時能耗高,所以冶煉鎂是電解MgCl2,而AlCl3是共價化合物,液態時難導電,所以工業上是電解熔融Al2O3冶煉鋁。
均為離子化合物,熔融時均能電解制鎂,但MgO熔點很高,電解時能耗高,所以冶煉鎂是電解MgCl2,而AlCl3是共價化合物,液態時難導電,所以工業上是電解熔融Al2O3冶煉鋁
MgO和MgCl2
5.粉煤灰是燃煤產生的重要污染物,主要成分有Al2O3、Fe2O3、MgO和SiO2等物質。用硫酸銨固體等試劑提取粉煤灰中Al2O3并制取鋁的工藝流程如圖所示。
(1)已知煙氣中含有NH3,煅燒工序中Al2O3參與反應的化學方程式為
　　　　 　　　　　　　　。
(2)“濾渣Ⅰ”和“濾渣Ⅲ”主要成分的化學式分別為　　 　　、
　　　 　　。
SiO2　
Fe(OH)3和Mg(OH)2
【解析】 (2)SiO2不與(NH4)2SO4反應,加水溶解,過濾,“濾渣Ⅰ”主要成分是SiO2;“濾渣Ⅱ”的成分為Al(OH)3、Fe(OH)3和Mg(OH)2沉淀,加入過量NaOH溶液,只有 Al(OH)3 溶解生成Na[Al(OH)4];“濾渣Ⅲ”主要成分的化學式為Fe(OH)3和Mg(OH)2。
(3)將“濾液Ⅱ”通過　 　　　、　　　 　、過濾、洗滌、干燥后得到的晶體可返回　　　 　(填寫流程圖中的工序操作名稱)工序中循環利用。
蒸發濃縮　
【解析】 (3)從“濾液Ⅱ”中提取(NH4)2SO4,可通過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥的方法,得到的晶體可返回煅燒工序中循環利用。
冷卻結晶
煅燒
(4)向“濾液Ⅲ”中通入過量CO2,生成沉淀的離子方程式為
　。
(5)電解Al2O3制備Al需要冰晶石(Na3AlF6)作助熔劑。Na3AlF6可由Al(OH)3、Na2CO3和HF反應制得,反應的化學方程式為
　。
(6)某工廠利用上述流程從m噸粉煤灰中制得n噸Al2O3,若在整個流程中鋁的損耗率為10%,則原粉煤灰中鋁的質量分數為　　 　　。
歸納拓展
1.既能與酸反應也能與堿反應的物質
(1)金屬單質:Al、Be等。
(2)兩性金屬氧化物:Al2O3、BeO、ZnO等。
(3)兩性氫氧化物:Al(OH)3、Zn(OH)2、Cr(OH)3、Be(OH)2等。
(4)弱酸的酸式鹽:KHS、NaHCO3等。
(5)弱酸的銨鹽:CH3COONH4、(NH4)2CO3。
(6)氨基酸:NH2CH2COOH等。
2.高考常見兩性氫氧化物的轉化
歸納拓展
1.判斷正誤。
(1)(2024·廣東卷)機械表中由鉬、鈷、鎳、鉻等元素組成的發條,其材質屬于合金。(　　)
(2)(2024·浙江6月選考)Al(OH)3呈兩性,不能用于治療胃酸過多。(　　)
(3)(2024·河北卷)青銅鋪首主要成分是銅錫合金。(　　)
(4)(2023·重慶卷)Mg分別與空氣和氧氣反應,生成的產物相同。(　　)
(5)(2023·遼寧卷)冶煉鎂:2MgO(熔融) 2Mg+O2↑。(　　)
(6)(2022·浙江6月選考)氧化鋁熔點高,常用于制造耐高溫材料。(　　)
(7)(2022·浙江6月選考)工業上通過電解六水合氯化鎂制取金屬鎂。(　　)
√
×
√
×
×
√
×
2.(2024·廣東卷,14)部分含Mg或Al或Fe物質的分類與相應化合價關系如圖所示。下列推斷合理的是(　　)
[A] 若a在沸水中可生成e,則a→f的反應一定是化合反應
[B] 在g→f→e→d轉化過程中,一定存在物質顏色的變化
[C] 加熱c的飽和溶液,一定會形成能產生丁達爾效應的紅棕色分散系
[D] 若b和d均能與同一物質反應生成c,則組成a的元素一定位于周期表p區
B
3.(2024·山東卷,14改編)鈞瓷是宋代五大名瓷之一,其中紅色鈞瓷的發色劑為Cu2O。為探究Cu2O的性質,取等量少許Cu2O分別加入甲、乙兩支試管,進行如下實驗。下列說法正確的是(　　)
C
試管 實驗操作及現象
試管甲 滴加過量0.3 mol·L-1 HNO3溶液并充分振蕩,磚紅色沉淀轉化為另一顏色沉淀,溶液顯淺藍色;傾掉溶液,滴加濃硝酸,沉淀逐漸消失
試管乙 滴加過量6 mol·L-1氨水并充分振蕩,沉淀逐漸溶解,溶液顏色為無色;靜置一段時間后,溶液顏色變為深藍色
[A] 試管甲中生成的藍色溶液是由于Cu2O被稀硝酸氧化為了Cu2+
[B] 試管甲中沉淀的變化均體現了HNO3的氧化性
[C] 試管乙實驗可證明Cu(Ⅰ)與NH3形成無色配合物
[D] 上述兩個實驗表明Cu2O為兩性氧化物
4.(2020·江蘇卷,3)下列有關物質的性質與用途具有對應關系的是(　　)
[A] 鋁的金屬活潑性強,可用于制作鋁金屬制品
[B] 氧化鋁熔點高,可用作電解冶煉鋁的原料
[C] 氫氧化鋁受熱分解,可用于中和過多的胃酸
[D] 明礬溶于水并水解形成膠體,可用于凈水
D
【解析】 鋁具有很好的延展性,可以用于制作鋁金屬制品,與鋁的活潑性無關,A項錯誤;電解氧化鋁冶煉鋁是因為氧化鋁熔融狀態下能導電,與熔點高無關,B項錯誤;氫氧化鋁能與胃酸的主要成分鹽酸發生反應,與氫氧化鋁受熱分解無關,C項錯誤;明礬中的Al3+可以水解生成氫氧化鋁膠體,膠體具有很強的吸附能力,可以吸附水中的懸浮物,起到凈水作用,D項正確。
5.(2020·山東卷,9)以菱鎂礦(主要成分為MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)為原料制備高純鎂砂的工藝流程如下:
已知浸出時產生的廢渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列說法錯誤的是
(　　)
[A] 浸出鎂的反應為MgO+2NH4Cl MgCl2+2NH3↑+H2O
[B] 浸出和沉鎂的操作均應在較高溫度下進行
[C] 流程中可循環使用的物質有NH3、NH4Cl
[D] 分離Mg2+與Al3+、Fe3+是利用了它們氫氧化物Ksp的不同
B
6.(2024·北京卷,18)利用黃銅礦(主要成分為CuFeS2,含有SiO2等雜質)生產純銅,流程示意圖如圖。
(1)礦石在焙燒前需粉碎,其作用是
　 。
增大接觸面積,增大反應速率,使反應更
充分
【解析】 黃銅礦(主要成分為CuFeS2,含有SiO2等雜質)粉碎后加入硫酸銨并通入空氣焙燒,黃銅礦在硫酸銨生成的SO3作用下,轉化成CuSO4,得到的混合氣體中主要含NH3,用硫酸吸收,得到硫酸銨,是溶液A的主要溶質,可以循環利用,固體B為SiO2、CuSO4及含鐵的化合物,加水分離,主要形成含硫酸銅的濾液和含SiO2的濾渣,分別為濾液C和濾渣D,向濾液C中加入過量的鐵,置換得到粗銅和FeSO4,粗銅再精煉可以得到純銅。
(1)礦石在焙燒前需粉碎,是為了增大反應物的接觸面積,增大反應速率,使反應更充分。
(2)(NH4)2SO4的作用是利用其分解產生的SO3使礦石中的銅元素轉化為CuSO4。(NH4)2SO4發生熱分解的化學方程式是
　。
(3)礦石和過量(NH4)2SO4按一定比例混合,取相同質量,在不同溫度下焙燒相同時間,測得:ⅰ.“吸收”過程氨吸收率和“浸銅”過程銅浸出率變化如圖;
ⅱ.400 ℃和500 ℃時,固體B中所含銅、鐵的主要物質如表。
溫度/℃ B中所含銅、鐵的主要物質
400 Fe2O3、CuSO4、CuFeS2
500 Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO
①溫度低于425 ℃,隨焙燒溫度升高,銅浸出率顯著增大的原因是
　。
溫度低于425 ℃,隨焙燒溫度升高,(NH4)2SO4分解產生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故銅浸出率顯著增加
【解析】 (3)①由題圖,溫度低于425 ℃,隨焙燒溫度升高,銅浸出率顯著增大,是因為溫度低于425 ℃,隨焙燒溫度升高,(NH4)2SO4分解產生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故銅浸出率顯著增加。
②溫度高于425 ℃,根據焙燒時可能發生的反應,解釋銅浸出率隨焙燒溫度升高而降低的原因是
　。
溫度高于425 ℃,隨焙燒溫度升高,可能發生反應
(4)用離子方程式表示置換過程中加入Fe的目的:　 。
(5)粗銅經酸浸處理,再進行電解精煉;電解時用酸化的CuSO4溶液做電解液,并維持一定的c(H+)和c(Cu2+)。粗銅若未經酸浸處理,消耗相同電量時,會降低得到純銅的量,原因是 　。
粗銅若未經酸浸處理,其中雜質鐵會參與放電
【解析】 (5)粗銅中含有雜質鐵,加酸可以除Fe,但粗銅若未經酸浸處理,其中雜質鐵會參與放電。
課時作業11　金屬材料　金屬礦物的開發利用
(時間:30分鐘　滿分:100分)
一、選擇題(共10小題,每小題7分,共70分)
1.(2024·南京玄武二模)下列說法不正確的是(　　)
[A] 生鐵和鋼都屬于鐵合金
[B] 鋁合金是用途最廣的合金
[C] 鈉鉀合金的熔點比鈉低
[D] 不銹鋼的硬度比純鐵大
B
【解析】 生鐵和鋼都屬于鐵碳合金,故A正確;鐵合金是用途最廣的合金,故B錯誤;合金的熔點低于其成分合金,故C正確;合金的硬度大于其成分金屬,故D正確。
2.(2025·云南高考適應性考試)云南傳統工藝是各民族的智慧結晶。下列說法錯誤的是(　　)
[A] “烏銅走銀”中的銅合金硬度比純銅的大
[B] “銀胎掐絲琺瑯”用到的硅酸鹽琺瑯化學性質穩定
[C] “手工造紙”中加入草木灰(含K2CO3)可以降低紙漿的pH
[D] “戶撒刀”鍛制中將紅熱鐵制刀具浸入水中,表面有Fe3O4生成
C
【解析】 一般合金的硬度比形成合金的純金屬的硬度大,故銅合金硬度比純銅的大,A項正確;硅酸鹽琺瑯具有良好的耐火性和化學穩定性,B項正確;
K2CO3水溶液呈堿性,“手工造紙”中加入草木灰(含K2CO3)可以增大紙漿的pH,C項錯誤;紅熱的鐵與水蒸氣反應,生成Fe3O4,D項正確。
3.下列關于金屬冶煉的說法正確的是(　　)
[A] 由于Al的活潑性強,故工業上采用電解熔融AlCl3的方法生產Al
[B] 可以用鈉加入氯化鎂溶液中制取鎂
[C] 煉鐵高爐中所發生的反應都是放熱的,故無須加熱
[D] 金屬冶煉的方法由金屬的活潑性決定
D
【解析】 由于Al的活潑性強,工業上采用電解Al2O3與冰晶石熔融混合物的方法生產鋁,AlCl3在熔融狀態下不導電,所以不采用電解AlCl3的方法生產鋁,A錯誤;鈉是很活潑的金屬,將Na加入氯化鎂溶液中,Na先和水反應生成NaOH,NaOH再和氯化鎂發生復分解反應,得不到Mg單質,可以采用電解熔融氯化鎂的方法冶煉Mg,B錯誤;煉鐵高爐中發生的反應不都是放熱反應,且需要加熱引發反應,C錯誤;活潑金屬如鈉、鎂一般采用電解法冶煉,不活潑的金屬如汞一般采用熱分解法冶煉,鐵、銅等金屬采用熱還原法冶煉,因此金屬冶煉的方法由金屬的活潑性決定,D正確。
4.下列說法不正確的是(　　)
[A] 通過電解熔融MgCl2可以制得金屬鎂
[B] 鎂條在空氣中燃燒所得的固體物質是混合物
[C] 氧化鎂是優質的耐火材料
[D] 金屬鎂質地柔軟,不適宜制作高強度的合金材料
D
【解析】 工業上采用電解熔融MgCl2的方法冶煉Mg,故A正確;Mg在空氣中燃燒生成MgO、Mg3N2和C,所得的固體物質是混合物,故B正確;MgO熔點很高,所以氧化鎂是優質的耐火材料,故C正確;雖然Mg質地柔軟,但密度小,常用來制作合金材料,如鎂鋁合金,故D錯誤。
5.從鋁土礦(主要成分為Al2O3)中提取鋁的工藝流程如圖。下列說法不正確的是(　　)
D
6.(2025·貴州期中)采用高壓氫還原法可以從溶液中直接提取金屬粉末。以黃銅礦(含CuFeS2、FeS2,少量的SiO2等)為原料制備銅粉的流程如圖所示:
下列說法錯誤的是(　　)
[A] “廢氣”成分中含SO2,該氣體排放到空氣中易形成酸雨
[B] “沉鐵”時,反應溫度越高,越有利于氧化銅的溶解
[C] “浸渣”中含有二氧化硅,可用作制造普通玻璃的原料
[D] “還原”時,適當降低溶液酸度有利于Cu生成
B
7.氯化亞銅(CuCl)是一種微溶于水、不溶于乙醇、易被氧化的白色粉末,以黃銅礦(主要成分為CuFeS2)為原料制取CuCl的流程如圖所示:
A
8.一種分解氯化銨實現產物分離的物質轉化關系如圖所示,其中b、d代表MgO或Mg(OH)Cl中的一種。下列說法正確的是(　 　)
[A] 實驗室可以利用加熱氯化銨分解制備氨
[B] a、c分別是HCl、NH3
[C] d既可以是MgO,也可以是Mg(OH)Cl
[D] 已知MgCl2為副產物,則通入水蒸氣可減少MgCl2的產生
D
9.(2024·湖南名校聯考)如圖是銅及部分含銅粒子的價荷圖。下列推斷不合理的是(　　)
B
10.(2024·遼寧模擬)以輝銻礦(主要成分為Sb2S3,含少量As2S3、CuO、SiO2等)為原料制備銻白(Sb2O3)的工藝流程如圖所示。
已知:浸出液中除含過量鹽酸和SbCl5之外,還含有SbCl3、AsCl3、CuCl2等。
下列說法錯誤的是(　　)
已知:浸出液中除含過量鹽酸和SbCl5之外,還含有SbCl3、AsCl3、CuCl2等。
[A] 該生產過程中,能實現循環利用的物質是SbCl5
[B] 濾渣1的主要成分是SiO2和S
[C] “除砷”時有H3PO3生成,則該反應的化學方程式為2AsCl3+3NaH2PO2+
3H2O 2As↓+3H3PO3+3NaCl+3HCl
[D] 為了得到較多的銻白,操作時要將SbCl3緩慢加入大量水中,還要加少量
氨水
A
二、非選擇題(共2小題,共30分)
11.(16分,每空2分)銅器久置,表面會生成一層綠色固體,為探究銅在空氣中的腐蝕情況,某化學興趣小組收集家中銅器表面的綠色固體進行探究。
①對試管內的綠色固體進行加熱,至完全分解,觀察到A裝置中綠色固體逐漸變成黑色,B裝置中無水硫酸銅變成藍色,C裝置中澄清石灰水變渾濁。
②取少量加熱后生成的黑色固體于試管中,加入稀硫酸,觀察到黑色固體逐漸溶解,溶液變成藍色。
③取少量上述藍色溶液于試管中,浸入一根潔凈的鐵絲,觀察到鐵絲表面有紅色物質析出。
請回答下列問題。
(1)綠色固體中含有的元素是　　　 　。
(2)加熱后試管中剩余的黑色物質是　　　　。
(3)假設該綠色物質是一種純凈物,則其化學式可能是　　　　　　　　,
加熱分解的化學方程式為　 。
(4)上述實驗步驟③中反應的離子方程式為 　 。
Cu、H、O、C
CuO
Cu2(OH)2CO3
(5)實驗裝置最后的干燥管的作用是 　 　　　　　　　。
防止空氣中的CO2進入C裝置
【解析】 根據無水硫酸銅變藍可知,反應有水生成,根據澄清石灰水變渾濁可知,有CO2生成,根據黑色固體溶于稀硫酸且溶液為藍色,插入鐵絲后有紅色物質析出可知,黑色物質應是CuO。若該綠色固體是純凈物,根據組成元素和各元素的化合價分析該物質應是堿式鹽,化學式可能是Cu2(OH)2CO3。(5)該實驗裝置中最后的干燥管中裝有堿石灰,目的是防止空氣中的CO2進入C裝置,干擾實驗。
(6)如果將B、C兩裝置對調,　　　　(填“能”或“不能”)達到實驗目的,原因是　 　。
不能
【解析】 (6)若將B、C兩裝置對調,氣體先通過澄清石灰水,則無法證明綠色物質分解時是否有水生成。
B、C兩裝置對調后無法證明反應有水生成
12.(14分,每空2分)用含銅豐富的自然資源黃銅礦(CuFeS2)冶煉銅的工藝流程如圖所示。
(1)浸取時,若改用FeCl3溶液,也能生成CuCl和S,該反應的化學方程式為
　　　　 　　　　　。
【解析】 (1)反應物為CuFeS2、FeCl3,生成物有CuCl、S及FeCl2,根據得失電子守恒和原子守恒配平。
(2)若過濾1所得濾液中只含FeCl2,則將其在空氣中加熱蒸干、灼燒后,所得固體的化學式為　　　　。
Fe2O3
【解析】 (2)FeCl2溶液在空氣中加熱蒸干、灼燒過程中,Fe2+水解生成Fe(OH)2,Fe(OH)2被氧化為Fe(OH)3,Fe(OH)3灼燒分解生成Fe2O3,最終得Fe2O3固體。
(3)調節溶液的pH后,除生成Cu外,還能產生一種金屬離子,此金屬離子是
　　　　(填離子符號)。
Cu2+　
【解析】 (3)[CuCl2]-中銅元素為+1價,調節pH會發生歧化反應生成Cu和Cu2+。
(4)過濾3所得濾液中可以循環使用的物質有　　 　　,為保持流程持續循環,每生成1 mol Cu,理論上需補充CuCl2的物質的量為　　　　。
HCl和CuCl2　
　0.5 mol
【解析】 (4)由(3)分析可知,濾液中有CuCl2及過量的HCl。由已知反應知,
1 mol CuFeS2溶解需要3 mol CuCl2,生成4 mol CuCl,4 mol CuCl最終歧化生成2 mol Cu和2 mol CuCl2,此時還需要補充 1 mol CuCl2,故生成1 mol Cu需要補充0.5 mol CuCl2。
會產生污染環境的氣體SO2　
能耗高(合理即可)
【解析】 (5)高溫需要消耗能量,生成SO2會污染大氣。課時作業11　金屬材料　金屬礦物的開發利用
(時間:30分鐘　滿分:100分)
一、選擇題(共10小題,每小題7分,共70分)
1.(2024·南京玄武二模)下列說法不正確的是(　　)
[A] 生鐵和鋼都屬于鐵合金
[B] 鋁合金是用途最廣的合金
[C] 鈉鉀合金的熔點比鈉低
[D] 不銹鋼的硬度比純鐵大
2.(2025·云南高考適應性考試)云南傳統工藝是各民族的智慧結晶。下列說法錯誤的是(　　)
[A] “烏銅走銀”中的銅合金硬度比純銅的大
[B] “銀胎掐絲琺瑯”用到的硅酸鹽琺瑯化學性質穩定
[C] “手工造紙”中加入草木灰(含K2CO3)可以降低紙漿的pH
[D] “戶撒刀”鍛制中將紅熱鐵制刀具浸入水中,表面有Fe3O4生成
3.下列關于金屬冶煉的說法正確的是(　　)
[A] 由于Al的活潑性強,故工業上采用電解熔融AlCl3的方法生產Al
[B] 可以用鈉加入氯化鎂溶液中制取鎂
[C] 煉鐵高爐中所發生的反應都是放熱的,故無須加熱
[D] 金屬冶煉的方法由金屬的活潑性決定
4.下列說法不正確的是(　　)
[A] 通過電解熔融MgCl2可以制得金屬鎂
[B] 鎂條在空氣中燃燒所得的固體物質是混合物
[C] 氧化鎂是優質的耐火材料
[D] 金屬鎂質地柔軟,不適宜制作高強度的合金材料
5.從鋁土礦(主要成分為Al2O3)中提取鋁的工藝流程如圖。下列說法不正確的是(　　)
[A] 從Na[Al(OH)4]→Al(OH)3→Al2O3的轉化過程中涉及的反應均不是氧化還原反應
[B] Al2O3與NaOH溶液反應的化學方程式:Al2O3+2NaOH+3H2O2Na[Al(OH)4]
[C] Na[Al(OH)4]生成Al(OH)3的離子方程式:[Al(OH)4]-+CO2Al(OH)3↓+HC
[D] 電解熔融Al2O3陽極的電極反應式:Al3++3e-Al
6.(2025·貴州期中)采用高壓氫還原法可以從溶液中直接提取金屬粉末。以黃銅礦(含CuFeS2、FeS2,少量的SiO2等)為原料制備銅粉的流程如圖所示:
下列說法錯誤的是(　　)
[A] “廢氣”成分中含SO2,該氣體排放到空氣中易形成酸雨
[B] “沉鐵”時,反應溫度越高,越有利于氧化銅的溶解
[C] “浸渣”中含有二氧化硅,可用作制造普通玻璃的原料
[D] “還原”時,適當降低溶液酸度有利于Cu生成
7.氯化亞銅(CuCl)是一種微溶于水、不溶于乙醇、易被氧化的白色粉末,以黃銅礦(主要成分為CuFeS2)為原料制取CuCl的流程如圖所示:
已知:在水溶液中存在平衡CuCl(s)+2Cl-(aq)[CuCl3]2-(aq)。下列說法錯誤的是(　　)
[A] “浸取”后所得浸取液可用來腐蝕銅制電路板
[B] 加入濃鹽酸的目的是為了實現CuCl的凈化
[C] [CuCl3]2-中加水可使平衡CuCl(s)+2Cl-(aq)[CuCl3]2-(aq)逆向移動
[D] 采用乙醇洗滌和真空干燥有利于提高CuCl的產率和純度
8.一種分解氯化銨實現產物分離的物質轉化關系如圖所示,其中b、d代表MgO或Mg(OH)Cl中的一種。下列說法正確的是(　　)
[A] 實驗室可以利用加熱氯化銨分解制備氨
[B] a、c分別是HCl、NH3
[C] d既可以是MgO,也可以是Mg(OH)Cl
[D] 已知MgCl2為副產物,則通入水蒸氣可減少MgCl2的產生
9.(2024·湖南名校聯考)如圖是銅及部分含銅粒子的價荷圖。下列推斷不合理的是(　　)
[A] 在酸性環境中,Cu變成a需要加氧化劑
[B] [Cu(OH)4]2-轉化成Cu(OH)2需要加堿
[C] 如果將高銅酸根離子(Cu)填入坐標,應該填在b的位置
[D] 在酸性環境中,Cu2O可以歧化成a和Cu
10.(2024·遼寧模擬)以輝銻礦(主要成分為Sb2S3,含少量As2S3、CuO、SiO2等)為原料制備銻白(Sb2O3)的工藝流程如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
已知:浸出液中除含過量鹽酸和SbCl5之外,還含有SbCl3、AsCl3、CuCl2等。
[A] 該生產過程中,能實現循環利用的物質是SbCl5
[B] 濾渣1的主要成分是SiO2和S
[C] “除砷”時有H3PO3生成,則該反應的化學方程式為2AsCl3+3NaH2PO2+3H2O2As↓+3H3PO3+3NaCl+3HCl
[D] 為了得到較多的銻白,操作時要將SbCl3緩慢加入大量水中,還要加少量氨水
二、非選擇題(共2小題,共30分)
11.(16分,每空2分)銅器久置,表面會生成一層綠色固體,為探究銅在空氣中的腐蝕情況,某化學興趣小組收集家中銅器表面的綠色固體進行探究。
①對試管內的綠色固體進行加熱,至完全分解,觀察到A裝置中綠色固體逐漸變成黑色,B裝置中無水硫酸銅變成藍色,C裝置中澄清石灰水變渾濁。
②取少量加熱后生成的黑色固體于試管中,加入稀硫酸,觀察到黑色固體逐漸溶解,溶液變成藍色。
③取少量上述藍色溶液于試管中,浸入一根潔凈的鐵絲,觀察到鐵絲表面有紅色物質析出。
請回答下列問題。
(1)綠色固體中含有的元素是　　　　。
(2)加熱后試管中剩余的黑色物質是　　　　。
(3)假設該綠色物質是一種純凈物,則其化學式可能是　　　　　　　　　　　　,加熱分解的化學方程式為　 。
(4)上述實驗步驟③中反應的離子方程式為 　。
(5)實驗裝置最后的干燥管的作用是 　　　　　　　　。
(6)如果將B、C兩裝置對調,　　　　(填“能”或“不能”)達到實驗目的,原因是　 　。
12.(14分,每空2分)用含銅豐富的自然資源黃銅礦(CuFeS2)冶煉銅的工藝流程如圖所示。
已知:CuFeS2+3CuCl24CuCl+FeCl2+2S。
(1)浸取時,若改用FeCl3溶液,也能生成CuCl和S,該反應的化學方程式為
　　　　　　　　　。
(2)若過濾1所得濾液中只含FeCl2,則將其在空氣中加熱蒸干、灼燒后,所得固體的化學式為　　　　。
(3)調節溶液的pH后,除生成Cu外,還能產生一種金屬離子,此金屬離子是　　　　(填離子符號)。
(4)過濾3所得濾液中可以循環使用的物質有　　　　,為保持流程持續循環,每生成1 mol Cu,理論上需補充CuCl2的物質的量為　　　　。
(5)冶煉工藝還可以將精選后的黃銅礦砂與空氣在高溫下煅燒,使其轉變為銅,化學方程式為6CuFeS2+13O23Cu2S+2Fe3O4+9SO2,Cu2S+O22Cu+SO2,此工藝與前一工藝相比,主要缺點有　 、 　　　　　　　　　　　。
課時作業11　金屬材料金屬礦物的開發利用
1.B　生鐵和鋼都屬于鐵碳合金,故A正確;鐵合金是用途最廣的合金,故B錯誤;合金的熔點低于其成分合金,故C正確;合金的硬度大于其成分金屬,故D正確。
2.C　一般合金的硬度比形成合金的純金屬的硬度大,故銅合金硬度比純銅的大,A項正確;硅酸鹽琺瑯具有良好的耐火性和化學穩定性,B項正確;K2CO3水溶液呈堿性,“手工造紙”中加入草木灰(含K2CO3)可以增大紙漿的pH,C項錯誤;紅熱的鐵與水蒸氣反應,生成Fe3O4,D項正確。
3.D　由于Al的活潑性強,工業上采用電解Al2O3與冰晶石熔融混合物的方法生產鋁,AlCl3在熔融狀態下不導電,所以不采用電解AlCl3的方法生產鋁,A錯誤;鈉是很活潑的金屬,將Na加入氯化鎂溶液中,Na先和水反應生成NaOH,NaOH再和氯化鎂發生復分解反應,得不到Mg單質,可以采用電解熔融氯化鎂的方法冶煉Mg,B錯誤;煉鐵高爐中發生的反應不都是放熱反應,且需要加熱引發反應,C錯誤;活潑金屬如鈉、鎂一般采用電解法冶煉,不活潑的金屬如汞一般采用熱分解法冶煉,鐵、銅等金屬采用熱還原法冶煉,因此金屬冶煉的方法由金屬的活潑性決定,D正確。
4.D　工業上采用電解熔融MgCl2的方法冶煉Mg,故A正確;Mg在空氣中燃燒生成MgO、Mg3N2和C,所得的固體物質是混合物,故B正確;MgO熔點很高,所以氧化鎂是優質的耐火材料,故C正確;雖然Mg質地柔軟,但密度小,常用來制作合金材料,如鎂鋁合金,故D錯誤。
5.D　向Na[Al(OH)4]溶液中通入CO2氣體,發生反應生成Al(OH)3,Al(OH)3不穩定,受熱分解產生Al2O3,在上述轉化過程中無元素化合價的變化,因此涉及的反應均不是氧化還原反應,A正確;Al2O3是兩性氧化物,與NaOH溶液反應產生Na[Al(OH)4],B正確;酸性H2CO3>Al(OH)3,向Na[Al(OH)4]溶液中通入過量CO2氣體,反應產生 Al(OH)3、NaHCO3,該反應的離子方程式為[Al(OH)4]-+CO2Al(OH)3↓+HC,C正確;電解熔融Al2O3時,陽極上O2-失去電子轉化為O2,電極反應式為2O2--4e-O2↑,D錯誤。
6.B　黃銅礦(含CuFeS2、FeS2,少量的SiO2等)在空氣中灼燒,硫元素被氧化,故得到的廢氣中含二氧化硫,灼燒后固體加硫酸酸浸,得到的溶液含Fe2+、Fe3+、Cu2+等,二氧化硅不反應,過濾,所得浸渣含二氧化硅,向濾液中加過氧化氫,將Fe2+轉變為Fe3+,加氧化銅調pH使鐵離子轉化為沉淀除去,過濾,向濾液中通入高壓氫氣將Cu2+轉變為Cu從而制得銅粉?！皬U氣”成分中含SO2,可形成硫酸型酸雨,A正確;“沉鐵”時反應溫度越高,H2O2越易分解,不利于氧化Fe2+,B錯誤;“浸渣”中含有二氧化硅,可用作制造普通玻璃的原料,C正確;“還原”時,通入高壓氫氣將Cu2+轉化為Cu同時生成H+,則適當降低溶液酸度有利于Cu的生成,D正確。
7.A　“浸取”后所得浸取液含有FeCl2,FeCl2與Cu單質不能發生反應,因此不可用來腐蝕銅制電路板,A錯誤;加入濃鹽酸后溶液中的c(Cl-)增大,CuCl(s)+2Cl-(aq)[CuCl3]2-(aq)正向移動,過濾除雜后加水稀釋,平衡逆向移動,從而可得純凈的CuCl,故該操作的目的是為了實現CuCl的凈化,B、C正確;乙醇沸點低易揮發,真空中無O2,可防止CuCl被氧化,故采用乙醇洗滌和真空干燥有利于提高CuCl的產率和純度,D正確。
8.D　NH4Cl分解的產物是NH3和HCl,分解得到的HCl與MgO反應生成Mg(OH)Cl,
Mg(OH)Cl又可以分解得到HCl和MgO,則a為NH3,b為Mg(OH)Cl,c為HCl,d為MgO。氯化銨受熱分解生成的氨和氯化氫遇冷又會重新結合生成氯化銨,實驗室不能利用加熱氯化銨分解制備氨,故A錯誤;由分析可知,a為NH3,c為HCl,d為MgO,故B、C錯誤;MgCl2可以水解生成Mg(OH)Cl,通入水蒸氣可以減少MgCl2的生成,故D正確。
9.B　a中銅元素為+2價,在酸性條件下,Cu變為a需要失去電子,發生氧化反應,故需要加入氧化劑,故A正確;由圖可知,Cu(OH)2轉化為[Cu(OH)4]2-需要堿性條件,而[Cu(OH)4]2-轉化成Cu(OH)2需要酸性條件,故B錯誤;Cu中銅元素為+3價,離子帶1個單位負電荷,故應該填在b的位置,故C正確;Cu2O中銅元素為+1價,在酸性條件下可以發生歧化反應生成Cu2+和單質銅,故D正確。
10.A　輝銻礦(主要成分為Sb2S3,含少量As2S3、CuO、SiO2等)中加入鹽酸和SbCl5,浸出液中除含過量鹽酸和SbCl5之外,還含有SbCl3、AsCl3、CuCl2等,濾渣1中除了生成的S之外還有未溶解的SiO2;浸出液中加入適量Sb,Sb將SbCl5還原為SbCl3;加入Na2S時使Cu2+沉淀完全,過濾得到的濾渣2為CuS;濾液中加入NaH2PO2除砷,生成亞磷酸和砷單質,SbCl3經過水解可得到SbOCl,再經過氨解得到Sb2O3。根據分析,工藝流程中沒有生成SbCl5的步驟,因此SbCl5不能循環利用,A錯誤;根據分析,濾渣1的主要成分是S和SiO2,B正確;根據分析,由流程可知,“除砷”時AsCl3和加入的NaH2PO2反應生成As,該反應的化學方程式為2AsCl3+3NaH2PO2+3H2O2As↓+3H3PO3+3NaCl+3HCl,C正確;根據分析,SbCl3加入大量水中,經過水解可得到SbOCl,再經過氨解得到Sb2O3,D正確。
11.【答案】 (1)Cu、H、O、C
(2)CuO
(3)Cu2(OH)2CO3　Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2↑
(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+
(5)防止空氣中的CO2進入C裝置
(6)不能　B、C兩裝置對調后無法證明反應有水生成
【解析】 根據無水硫酸銅變藍可知,反應有水生成,根據澄清石灰水變渾濁可知,有CO2生成,根據黑色固體溶于稀硫酸且溶液為藍色,插入鐵絲后有紅色物質析出可知,黑色物質應是CuO。若該綠色固體是純凈物,根據組成元素和各元素的化合價分析該物質應是堿式鹽,化學式可能是Cu2(OH)2CO3。(5)該實驗裝置中最后的干燥管中裝有堿石灰,目的是防止空氣中的CO2進入C裝置,干擾實驗。(6)若將B、C兩裝置對調,氣體先通過澄清石灰水,則無法證明綠色物質分解時是否有水生成。
12.【答案】 (1)CuFeS2+3FeCl3CuCl+4FeCl2+2S　
(2)Fe2O3　(3)Cu2+　(4)HCl和CuCl2　0.5 mol
(5)會產生污染環境的氣體SO2　能耗高(合理即可)
【解析】 (1)反應物為CuFeS2、FeCl3,生成物有CuCl、S及FeCl2,根據得失電子守恒和原子守恒配平。
(2)FeCl2溶液在空氣中加熱蒸干、灼燒過程中,Fe2+水解生成Fe(OH)2,Fe(OH)2被氧化為Fe(OH)3,Fe(OH)3灼燒分解生成Fe2O3,最終得Fe2O3固體。
(3)[CuCl2]-中銅元素為+1價,調節pH會發生歧化反應生成Cu和Cu2+。
(4)由(3)分析可知,濾液中有CuCl2及過量的HCl。由已知反應知,1 mol CuFeS2溶解需要3 mol CuCl2,生成4 mol CuCl,4 mol CuCl最終歧化生成2 mol Cu和2 mol CuCl2,此時還需要補充 1 mol CuCl2,故生成1 mol Cu需要補充0.5 mol CuCl2。
(5)高溫需要消耗能量,生成SO2會污染大氣。
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