高考化学一轮复习学案 第3节 用途广泛的金属材料
文档属性
| 名称 | 高考化学一轮复习学案 第3节 用途广泛的金属材料 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 951.3KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2021-10-15 09:40:27 | ||
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文档简介
第3节 用途广泛的金属材料
素养 呈现 1．了解常见金属的活动性顺序。(变化观念与平衡思想) 2．了解镁、铜及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。 (证据推理与模型认知、科学探究与创新意识) 3．了解合金的概念及其重要应用。(宏观辨识与微观探析)
【回扣教材·自主预诊】
考点一 铜及其重要化合物
一、铜的性质
1．物理性质：铜是 紫红 色金属，具有良好的 导电 性、 导热 性和延展性。
2．化学性质
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:
（1）化学方程式： 2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3 ( 绿色 固体) 。
（2）化学方程式： 2Cu＋SCu2S 。
（3）与氧化性酸：
a．与浓硫酸共热： Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O ，
b．与稀硝酸反应的离子方程式： 3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O ，
c．与浓硝酸反应的离子方程式： Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O ，
二、铜的重要化合物的性质及应用
1．氧化物
CuO： 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。
Cu2O： 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+。
转化：4CuO 2Cu2O＋O2↑，高温条件Cu2O稳定。
2．氢氧化铜—— 蓝 色难溶物，是一种弱碱。
3．铜盐
（1）Cu2(OH)2CO3 名称为碱式碳酸铜，俗称 铜绿 ，是铜锈的主要成分。
受热易分解的方程式为：Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑
（2）CuSO4
a．CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称 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 H2O 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、水配成波尔多液，用来杀灭植物的病毒。
【自主诊断】
思考回答：
1．有一种红色粉末状物质，可能是Cu，也可能是Cu2O，请设计实验证明红色粉末是Cu还是Cu2O。
答：向红色物质中加入稀硫酸，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu2O，反应的化学方程式为：Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O。
2．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1) CuO是黑色固体，与水反应可生成Cu(OH)2( × )
(2) 过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成( × )
(3) 利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质，来检验水的存在( √ )
(4) 铜在干燥的空气中性质稳定，但是在潮湿的环境中则易被锈蚀，生成铜绿( √ )
(5) 铜与氯气、氧气、硫分别反应，得到的产物中铜的化合价均为＋2价( × )
(6) 铜绿在灼烧条件下会分解生成氢氧化铜和二氧化碳( × )
3．已知酸性条件下反应：2Cu＋===Cu2＋＋Cu。氢气还原氧化铜实验由于反应温度不同，可能产生Cu或Cu2O，两者都是红色固体。某同学对某次氢气还原氧化铜的红色固体产物做了如下实验，实验操作和实验现象列表如下：
加入试剂 稀硫酸 浓硫酸并加热 稀硝酸 浓硝酸
实验现象 红色固体不反应 无色气体 无色气体、蓝色溶液 红棕色气体、蓝色溶液
由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物( )
A．是Cu B．是Cu2O
C．一定有Cu，可能有Cu2O D．一定有Cu2O，可能有Cu
解析：A 【由题目提供的信息可知Cu2O在酸性条件下发生反应生成Cu和Cu2＋，而向该红色固体中加入稀硫酸后红色固体不反应，故该红色固体中不存在Cu2O，全部为Cu。】
4．某研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案：
(1) CuCuSO4硫酸铜溶液CuSO4·5H2O
(2) CuCuO 硫酸铜溶液CuSO4·5H2O
对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？为什么？
答案：方案(1)：产生污染性气体，且消耗硫酸较多。
方案(2)：消耗能量较多，且步骤复杂。
方案(3)：不产生污染性气体，原料利用率高，节约能源。
因此方案(3)更经济合理。
【题组集训·夯实基础】
【题组1】 铜及其化合物的性质及应用
1．某同学通过一系列实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是( )
A．将铜粉与硫粉混合均匀加热以制取CuS
B．向Cu与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察CuSO4溶液的颜色
C．向CuSO4溶液中加入过量的NaOH，过滤洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取CuO
D．在淀粉溶液中加入适量稀H2SO4微热，再加少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热，产生红色沉淀
解析：C 【由于硫的氧化性弱，所以只能将铜氧化成＋1价，生成Cu2S，故A项错误；常温下铜与浓硫酸不反应，因此观察不到现象，故B项错误；向CuSO4溶液中加入过量的NaOH产生氢氧化铜沉淀，过滤洗涤并灼烧氢氧化铜分解生成氧化铜，故C项正确；葡萄糖和新制氢氧化铜反应必须在碱性条件下进行，该反应在淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热，在酸性条件下进行，所以实验不成功，不能产生红色沉淀，故D项错误。】
2．下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是( )
选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ 判断
A 铜绿的主要成分是碱式碳酸铜 可用稀盐酸除铜器表面的铜绿 Ⅰ对；Ⅱ对；无
B 铜表面易形成致密的氧化膜 铜容器可以盛放浓硫酸 Ⅰ对；Ⅱ对；有
C 向硫酸铜溶液通入氨气，有深蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体 把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑 Ⅰ对；Ⅱ对；有
D 蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化 硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂 Ⅰ错；Ⅱ对；无
解析：D 【稀盐酸可以与Cu2(OH)2CO3反应，而且稀盐酸不能与Cu反应，所以可用稀盐酸除铜器表面的铜绿Cu2(OH)2CO3，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A错误；铜表面不能形成致密的氧化膜，铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应，所以不能用铜制容器盛装浓硫酸，B错误；硫酸铜与氨水生成Cu(OH)2，Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO，Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果关系，C错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末，有新物质生成，属于化学变化，CuSO4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D正确。】
【题组2】 铁、铜的性质及应用
3．碱式氯化铜【CuaClb(OH)c·xH2O】是一种重要的无机杀虫剂，它可以通过以下步骤制备。步骤1：将铜粉加入稀盐酸中，并持续通空气反应生成CuCl2。已知Fe3＋对该反应有催化作用，其催化原理如图所示。步骤2：在制得的CuCl2溶液中，加入石灰乳充分反应后即制备碱式氯化铜。
下列有关说法正确的是( )
A．a、b、c之间的关系式为：a＝b＋c
B．图中M、N分别为Fe2＋、Fe3＋
C．步骤1充分反应后，加入少量CuO是为了除去Fe3＋
D．若制备1 mol 的CuCl2，理论上消耗11.2 L O2
解析：C 【A.根据化合物中正负化合价的代数和等于0，可知：2a＝b＋c，A错误；B.根据题干叙述可知反应的化学方程式2Cu＋O2＋4HCl===2CuCl2＋2H2O，可知M是O2，N是H2O，B错误；C.Fe3＋水解使溶液显酸性，CuO与H＋反应产生Cu2＋和水，当溶液的pH增大到一定程度，Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀而除去，从而达到除去Fe3＋的目的，C正确；D.制备1 mol 的CuCl2，转移2 mol电子，根据电子守恒，需要消耗0.5 mol O2，由于不清楚氧气所处的条件，所以不能确定气体的体积，D错误。】
【题组3】 铜及其化合物的综合应用
4．CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，并验证其它分解产物。
①CuCl2·2H2OCuCl2CuCl＋Cl2
②CuCl是一种白色难溶固体，潮湿CuCl在空气中缓慢被氧化
（1）配平潮湿CuCl在空气中被氧化的化学方程式：
________ CuCl＋ ________ O2＋ ________ ===3CuO·CuCl2·3H2O＋ ________ HCl
【实验探究】
该小组选用如图装置进行实验(夹持加热仪器略)。
（2）装置A用于制取HCl：NaCl＋H2SO4===NaHSO4＋HCl↑，浓硫酸在该反应中体现强酸性和
________ 性；
（3）按实验要求选择上图装置，连接顺序为：a ________ (按气流方向，用小写字母表示)；
（4）根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：
①连接装置， ____________ ；②装入药品；③打开分液漏斗活塞；④控制温度加热硬质玻璃管一段时间；⑤停止通HCl，升温继续加热；步骤④通HCl的目的是 ____________ ；
【实验分析与改进】
（5）装置E中发生反应的离子方程式是______________________________________________。
（6）装置B中试纸先变蓝后又褪色，经查资料获知过量的Cl2能将I2氧化。甲同学认为可将湿润的淀粉 KI试纸改成足量的淀粉 KI溶液以克服Cl2过量的问题，但小组分析后认为该方案存在一个明显安全问题： ________________________________ 。
（7）反应结束后，CuCl产品中可能含有少量未分解的CuCl2，乙同学认为只用一种日常生活常见的液体即可检验。该实验方案为：取少量固体放入小试管中，_____________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)配平潮湿CuCl在空气中被氧化，说明有水参加反应，结合氧化还原反应的电子守恒和原子守恒，此反应的化学方程式经配平后为4CuCl＋O2＋4H2O===3CuO·CuCl2·3H2O＋2HCl；
(2)实验室通过利用浓硫酸的强酸性和难挥发性的性质，通过反应NaCl＋H2SO4===NaHSO4＋HCl↑来制取HCl； (3)由A装置制备的HCl通入C装置，经过D装置无水硫酸铜检验生成的水和B装置检验是否有氯气生成，最后用E装置进行尾气处理，减少环境污染，则装置的连接顺序为adegfcbh或aedgfcbh； (4)装置连接后，首先要检验装置气密性，再进行后续实验；因CuCl2在水溶液中易水解，可通入HCl抑制CuCl水解； (5)装置E是用NaOH溶液吸收含有HCl和Cl2的尾气，发生反应的离子方程式是H＋＋OH－===H2O和Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O；
(6)如果将湿润的淀粉 KI试纸改成足量的淀粉 KI溶液，因HCl气体易溶解于水，容易产生倒吸现象，存在安全隐患； (7)CuCl2能溶解于水，且其水溶液显蓝色，同时考虑到CuCl2在潮湿环境中易氧化，则检验时需避免空气中氧气的干扰，具体操作是加少量水后用胶塞盖紧，迅速震荡，若溶液显蓝色则产品中含CuCl2，若不显蓝色则不含CuCl2。
答案：(1)4 1 4H2O 2 (2)难挥发性
(3)degfcbh或edgfcbh (4)检查装置气密性 抑制CuCl2水解
(5)H＋＋OH－===H2O Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
(6)HCl易溶于水，易发生倒吸
(7)加少量水后用胶塞盖紧，迅速震荡，若溶液显蓝色则产品中含CuCl2，若不显蓝色则不含CuCl2
5．工业上用黄铜矿冶炼铜并对炉渣进行综合利用的一种工艺流程如图所示：
（1）冶炼过程中得到的Cu2O和Cu的混合物称为“泡铜”，Cu2O与金属Al在高温条件下混合反应
可得粗铜，反应的化学方程式为 。粗铜精炼时应将粗铜连接在直流
电源的 极，可在 极得到纯度较高的精铜。
（2）传统炼铜的方法主要是火法炼铜，主要反应如下所示：
①2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO
②2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2
③2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑
每生成1 mol Cu，共消耗________mol O2。反应③中的氧化剂是________。
（3）用炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。根据流程回答下列问题：
①加入适量NaClO溶液的目的是__________________________________________________(用离子
方程式表示)。
②除去Al3＋发生反应的离子方程式是___________________________________________。
③选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。
提供的试剂有：稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、高锰酸钾溶液、NaOH溶液、碘水。
所选试剂是________。实验方案：_________________________________________________。
解析：(1)Cu2O与Al发生氧化还原反应生成Al2O3与Cu：3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu；粗铜精炼的目的是使粗铜溶解，精铜析出，所以粗铜作阳极，精铜在阴极产生。(2)根据反应①②③可知，利用火法炼铜，CuFeS2中的铜元素、铁元素、硫元素最终分别转化为Cu、FeO、SO2，由此可写出总反应化学方程式：2CuFeS2＋5O22Cu＋2FeO＋4SO2，则由总反应化学方程式可以看出每生成1 mol Cu，共消耗2.5 mol O2。反应③的反应物Cu2O、Cu2S中铜元素的化合价都降低，二者均为氧化剂。(3)①NaClO溶液具有氧化性，将Fe2＋氧化成Fe3＋；2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O。②除去Al3＋发生反应的离子方程式为Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O。
③检验FeO，需要FeO溶解，再利用Fe2＋的还原性检验Fe2＋，所选的试剂是稀硫酸、高锰酸钾溶液，实验方案是取少量高锰酸钾溶液于试管中，滴加用稀硫酸溶解炉渣得到的溶液，高锰酸钾溶液的紫色褪去，证明溶液中含有Fe2＋，从而证明炉渣中含有FeO。
答案：(1)3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu 正 阴
(2)2.5 Cu2O、Cu2S
(3)①2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O ②Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O
③稀硫酸、高锰酸钾溶液 取少量高锰酸钾溶液于试管中，滴加用稀硫酸溶解炉渣得到的溶液，高锰酸钾溶液的紫色褪去，证明溶液中含有Fe2＋，从而证明炉渣中含有FeO
【思维建模】 废铜综合利用的常见流程框图模式
考点二 镁及其化合物性质与海水中提取镁
一、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 传热 、
导电 和 延展 性。
2．化学性质
（1）与非金属反应 与N2反应：3Mg＋N2 Mg3N2 与O2反应：2Mg＋O2 2MgO 与Cl2反应：Mg＋Cl2 MgCl2 （2）与CO2反应： 2Mg＋CO2点燃,2MgO＋C （3）与H2O反应：Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑ （4）与H＋反应： Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
二、镁的重要化合物
物质 主要性质
氧化镁 碱性氧化物 与盐酸反应的离子方程式： MgO＋2H+ === Mg2+＋H2O
氢氧 化镁 中强碱 与盐酸反应的离子方程式： Mg(OH)2＋2H+ === Mg2+＋2H2O
难溶于水 Mg2+＋2OH— === Mg(OH)2 ↓
溶解度小于碳酸镁 MgCO3＋H2O Mg(OH)2＋CO2↑
三、海水中提镁
海水Mg(OH)2 MgCl2 (溶液)MgCl2·6H2O MgCl2 Mg。
四、镁及其化合物的用途
镁应用于生产合金，冶金工业上用作还原剂和脱氧剂。MgO熔点很高，可作 耐火 材料。
【自主诊断】
1．思考回答：
（1）能用H2在高温下还原氧化镁制镁吗？
答：不能 比锌活泼的金属很难用一般的还原剂(如H2、CO、C等)把它们从化合物中还原出来。
（2）工业上冶炼镁为什么电解熔融氯化镁而不是电解熔融氧化镁？
答：氧化镁的熔点太高，氯化镁的熔点低、沸点高。
2．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1) 镁粉与浓NH4Cl溶液反应时放出H2和NH3 ( √ )
(2) 相同质量的镁条分别在足量的CO2和O2中完全燃烧，所得固体的质量相同 ( × )
(3) 工业上制造镁粉时，可将镁蒸气在N2中冷却 ( × )
(4) 从海水中提取氯化镁的工艺流程中，沉淀池中加入的是石灰乳而不是石灰水 ( √ )
(5) 海水中提取镁所涉及的化学反应全都是氧化还原反应 ( × )
(6) 将氯化镁晶体(MgCl2·6H2O)直接加热可制得无水氯化镁 ( × )
3．(2016·浙江理综，27)化合物Mg5Al3(OH)19(H2O)4可作环保型阻燃材料，受热时按如下化学方程式分解：
2Mg5Al3(OH)19(H2O)427H2O↑＋10MgO＋3Al2O3
（1）写出该化合物作阻燃剂的两条依据_________________________________________________。
（2）用离子方程式表示除去固体产物中Al2O3的原理_______________________________________。
（3）已知MgO可溶于NH4Cl的水溶液，用化学方程式表示其原理__________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)反应吸热降低温度，固体氧化物隔绝空气，水蒸气稀释空气(任选二条，合理即可)
(2)Al2O3 ＋2OH－=== 2AlO＋H2O
(3)MgO＋2NH4Cl＋H2O===MgCl2＋2NH3·H2O
或NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl，MgO＋2HCl=== MgCl2＋H2O
【题组集训·夯实基础】
【题组1】 镁及其主要化合物的性质及应用
1．(2020·安徽安庆月考)下列有关金属镁的说法不正确的是( )
A．Mg在CO2中燃烧生成MgO和C，是放热反应
B．工业上通过电解MgCl2溶液制取金属镁
C．Mg和稀硫酸反应时，滴加少量硫酸铜溶液，能加快反应速率
D．镁可以用来制造信号弹和焰火，MgO可用作耐高温材料
答案：B
2．某同学通过系列实验探讨Mg及其化合物的性质，下列说法正确的是( )
A．将水加入浓硫酸中得到稀硫酸，置镁片于其中探讨Mg的活泼性
B．将NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中，观察Mg(OH)2沉淀的生成
C．将Mg(OH)2浊液直接倒入已装好滤纸的漏斗中过滤，洗涤并收集沉淀
D．将Mg(OH)2沉淀转入表面皿中，加足量稀盐酸，加热蒸干得无水MgCl2固体
解析：B 【浓H2SO4稀释时应将浓H2SO4加到水中，A错误；过滤时用玻璃棒引流，C错误；由于MgCl2水解，故加热蒸干MgCl2溶液时，得不到MgCl2固体。】
【题后归纳】 镁及其化合物的转化关系图
【题组2】 海水提镁工艺
3．(2020·东丽区模拟)海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如图所示：
（1）若在空气中加热MgCl2·6H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式_______
________________________________________________________________________。
（2）Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤：_______________________________
________________________________________________________________________。
（3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，
分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的。
溶解时：________________________________________________________________________；
过滤时：________________________________________________________________________；
蒸发时：________________________________________________________________________。
解析：(1)根据Cl、H、O三种元素守恒可知，在空气中加热MgCl2·6H2O，除生成Mg(OH)Cl或MgO外，还有HCl和H2O生成。(2)为防止引入新杂质，可用MgCl2溶液或Mg(NO3)2溶液将Ca(OH)2转化为Mg(OH)2，然后过滤、洗涤Mg(OH)2。(3)溶解固体时使用玻璃棒是为了加速溶质的扩散，提高溶解速率；在过滤时使用玻璃棒是为了引流液体，防止外洒；蒸发结晶过程中使用玻璃棒是为了防止因局部过热而使液滴或晶体飞溅。
答案：(1)MgCl2·6H2OMg(OH)Cl＋HCl↑＋5H2O↑，MgCl2·6H2OMgO＋2HCl↑＋5H2O↑或Mg(OH)ClMgO＋HCl↑
(2)加入MgCl2溶液或Mg(NO3)2溶液，充分搅拌、过滤，沉淀用蒸馏水洗涤
(3)搅拌，加速溶解 引流，使浊液沿玻璃棒注入漏斗，防止外洒 搅拌，防止因局部过热液滴或晶体飞溅
4．（1）海水提镁的一段工艺流程如右图：
浓海水的主要成分如下：
该工艺过程中，脱硫阶段主要反应的离子方程式为__________________________________________，
产品2的化学式为__________，1 L浓海水最多可得到产品2的质量为________g。
（2）采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁，发生反应的化学方程式为______________________
__________________________________________________；电解时，若有少量水存在会造成产品镁
的消耗，写出有关反应的化学方程式____________________________________________________。
解析：(1)由题给海水的主要成分，脱硫就是除掉硫酸根离子，发生反应：Ca2＋＋SO===CaSO4↓；由框图信息知，产品2为Mg(OH)2；1 L 浓海水中含有 Mg2＋ 28.8 g，物质的量为1.2 mol ，最多生成Mg(OH)2 1.2 mol，质量为1.2 mol×58 g·mol－1＝69.6 g。(2)电解熔融氯化镁生成氯气和单质镁，若有水存在，则高温下镁与水反应。
答案：(1)Ca2＋＋SO===CaSO4↓ Mg(OH)2 69.6
(2)MgCl2Mg＋Cl2↑Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑
【规律方法】从海水中提取镁的方法
（1）工艺流程
（2）基本步骤及主要反应
制熟石灰 CaCO3 CaO＋CO2 ↑， CaO＋H2O === Ca(OH)2
沉淀 Mg2+＋2OH— === Mg(OH)2 ↓
酸化 Mg(OH)2＋2HCl === MgCl2＋2H2O
蒸发结晶 析出MgCl2·6H2O
脱水 在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁
电解 电解熔融氯化镁制得镁
考点三 合金与金属矿物的开发利用
一、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：合金具有不同于各成分金属物理、化学性能或机械性能。
（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 。
【点拨】
①常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。
②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仍然不变。
二、常见的金属材料
1．金属材料
黑色金属材料 有色金属材料
铁、铬、锰以及它们的合金 除黑色金属以外的其他金属及其合金
2．黑色金属材料——钢铁
3．有色金属材料——铜和铝
三、金属矿物开发利用的方法
1．金属在自然界中的存在
2．金属冶炼的一般步骤
3．金属冶炼的实质
金属的冶炼过程就是金属从 化合 态还原为 游离 态的过程。
即Mn＋＋ne－===M(写反应通式，用M表示金属)。
4．金属冶炼的方法(用化学方程式表示)
【自主诊断】
1．思考回答：
（1）铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚得多？
答：铝的金属活动性比铁、铜强，难冶炼，古代人们的技术条件达不到，不能冶炼铝。
（2）工业上冶炼铝为什么用电解熔融Al2O3而不用电解熔融AlCl3
答：AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，故不能用电解AlCl3的方法冶炼铝
（3）有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如：Na＋KClK↑＋NaCl
请用化学平衡移动的原理，分析其原因。
答：由于Na的沸点高于850 ℃，而K的沸点低于850 ℃，在850 ℃时K形成蒸气而逸出，使化学反应平衡向正方向进行。
2．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1) 铁的冶炼属于热还原法，还原剂为CO ( √ )
(2) 合金是混合物，合金中的成分金属保持各自的化学性质 ( √ )
(3) 合金材料中不可能含有非金属元素 ( × )
(4) 地震灾区重建要使用大量钢材，钢材是合金 ( √ )
(5) 工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应 ( √ )
(6) 电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时，阴极上依次析出Cu、Fe、Al ( × )
3．合金与纯金属制成的金属材料相比，优点是( )
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大 ②一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低
③改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有不同性能的合金 ④合金比纯金属的导电性更强 ⑤合金比纯金属的应用范围更广泛
A．①②③⑤ B．②③④ C．①②④ D．①②④⑤
答案：A
4．下列生活用品中主要由黑色金属材料制造的是( )
A．塑钢门窗 B．不锈钢刀 C．纯铜导线 D．18K金首饰
解析：B 【冶金工业上习惯把铁、铬、锰以及它们的合金(主要指合金钢及钢铁)叫做黑色金属材料。塑钢门窗是以聚氯乙烯树脂为主要原料制造的，A项错误；不锈钢刀为铁的合金，主要由黑色金属制造而成，B项正确；纯铜导线为铜单质，铜属于有色金属，C项错误；18K金首饰为金的合金，属于有色金属材料，D项错误。】
【题组集训·夯实基础】
【题组1】 金属材料及合金
1．C919大型飞机的制造采用了大量新材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是( )
A．铝锂合金是铝与锂形成的混合物 B．铝锂合金的硬度比锂大
C．铝锂合金的熔沸点比铝低 D．铝锂合金耐酸碱腐蚀
解析：D 【铝锂合金中的铝既能与酸反应，又能与碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。】
2．下列是部分矿物资源的利用及产品流程，有关说法不正确的是( )
A．粗铜电解精炼时，粗铜作阳极
B．生产铝、铜、高纯硅及玻璃过程中都涉及氧化还原反应
C．黄铜矿冶炼铜时，副产物SO2可用于生产硫酸，FeO可用作冶炼铁的原料
D．粗硅制高纯硅时，提纯四氯化硅可用多次分馏的方法
解析：B 【电解精炼铜时，粗铜作阳极，故A正确；制备单质时涉及化合价变化，是氧化还原反应，制玻璃的反应是SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑和SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑，元素化合价未发生变化，均不属于氧化还原反应，故B错误；SO2可以转化成SO3，进而生成H2SO4，FeO与CO在高温下可生成Fe，故C正确；制备硅的过程中，利用沸点不同进行分馏，将SiCl4从杂质中提取出来，再与H2发生置换反应得到高纯硅，故D正确。】
【题组2】 金属矿物的开发和利用
3．金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有非常重要的应用。完成下列填空：
(1) 镓(Ga)与铝同主族。写出镓的氯化物与氨水反应的化学方程式：_____________________________。
(2) 用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。如：
2Al＋4BaO3Ba↑＋BaO·Al2O3 。常温下Al的金属性比Ba的金属性________(填“强”或“弱”)。
利用上述方法可制取Ba的主要原因是__________。
a．高温时Al活泼性大于Ba b．高温有利于BaO分解
c．高温时BaO·Al2O3比Al2O3稳定 d．Ba的沸点比Al的低
解析：(1)由AlCl3与NH3·H2O的反应可推出化学方程式。(2)依据元素周期律可知Al的金属性弱于Mg，Mg的金属性弱于Ba。应从化学平衡移动的观点分析此反应发生的原因。
答案：(1)GaCl3＋3NH3·H2O===Ga(OH)3↓＋3NH4Cl (2)弱 d
4．铜在自然界多以化合态的形式存在于矿石中。常见的铜矿石有：黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿(Cu2S)、孔雀石【CuCO3·Cu(OH)2】。下列说法不正确的是( )
A．可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿
B．硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
C．工业上常采用电解法制取粗铜
D．在上述几种含铜化合物中，铜的质量分数最高的是Cu2S
解析：C 【CuSO4是重金属盐，能使蛋白质变性，B项正确；工业上常用电解法精炼铜，C项不正确。】
【题组3】 合金组成与含量的测定
5．为测试一铁片中铁元素的含量，某课外活动小组提出下面两种方案并进行了实验(以下数据为多次重复实验测定结果的平均值)：
方案一：将a g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，测得生成氢气的体积为580 mL(标准状况)；
方案二：将 g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，将反应后得到的溶液用0.20 00 mol·L－1的KMnO4溶液滴定，达到终点时消耗了25.00 mL KMnO4溶液。
请回答下列问题：
（1）配平下面的化学方程式：
（2）在滴定实验中不能选择 ________ 式滴定管，理由是_______________________________
________________________________________________________________________。
（3）根据方案一和方案二测定的结果计算，铁片中铁的质量分数依次为 ________ 和 ________ 。
（4）若排除实验仪器和操作的影响，试对上述两种方案测定结果的准确性做出判断和分析。
①方案一 ________ (填“准确”“不准确”或“不一定准确”)，理由是_______________________
________________________________________________________________________。
②方案二 ________ (填“准确”“不准确”或“不一定准确”)，理由是______________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)在反应中MnO中Mn的化合价由＋7价降至＋2价，Fe2＋被氧化为Fe3＋，依据化合价升降相等可知KMnO4与FeSO4的化学计量数之比应为1∶5，考虑到Fe2(SO4)3的化学计量数为整数，将KMnO4与FeSO4的化学计量数分别配成2、10，依据原子守恒再配出其他物质的化学计量数即可。(2)因KMnO4是强氧化剂，它会腐蚀碱式滴定管的乳胶管，因此不能用碱式滴定管盛装KMnO4溶液。(3)方案一：依据铁与硫酸反应的方程式可知产生580 mL H2(标准状况)所需m(Fe)＝×56 g·mol－1＝1.45 g，故铁的质量分数为；方案二：利用(1)中配平的方程式可知， g铁片中含有m(Fe)＝0.020 00 mol·L－1×0.025 0 L×5×56 g·mol－1＝0.140 g，故铁的质量分数为＝。
答案：(1)2 10 8 5 2 1 8
(2)碱 KMnO4是强氧化剂，会腐蚀乳胶管
(3)
(4)①不一定准确 如果铁片中存在与稀硫酸反应并能生成氢气的其他金属，会导致结果偏高；如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解、但不产生氢气的铁的氧化物，会导致结果偏低；如果上述情况均不存在，则结果准确
②不一定准确 如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解的其他金属，生成的金属离子在酸性溶液中能被高锰酸钾氧化，会导致结果偏高；如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解的铁的氧化物，生成的Fe3＋在酸性溶液中不能被高锰酸钾氧化，会导致结果偏低；如果上述情况均不存在，则结果准确(答案合理即可)
【真题体验·揭秘高考】
知识体系——定内容 核心素养——定能力
1. 2.
【真题剖析】
(2016·四川卷) CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，并进行相关探究。
【资料查阅】
【实验探究】 该小组用如图所示装置进行实验(夹持仪器略)
请回答下列问题：
（1）仪器X的名称是__________。
（2）实验操作的先后顺序是a→________→e(填操作的编号)。
a．检查装置的气密性后加入药品
b．熄灭酒精灯，冷却
c．在“气体入口”处通入干燥HCl
d．点燃酒精灯，加热
e．停止通入HCl，然后通入N2
（3）在实验过程中，观察到B中物质由白色变为蓝色，C中试纸的颜色变化是_____________________。
（4）装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是________________________________________。
【探究反思】
（5）反应结束后，取出CuCl产品进行实验，发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。
根据资料信息分析：
①若杂质是CuCl2，则产生的原因是_______________________________________________。
②若杂质是CuO，则产生的原因是_______________________________________________。
【解题指导】(1)理解资料信息
(2)围绕避免Cu＋水解和被氧化设计实验并完成实验操作。
(3)依据杂质成分和资料信息，分析产生的原因。并回答问题。
解析：(1)根据仪器X的构造特点知其名称为干燥管；
(2)加热CuCl2·2H2O制备CuCl，为防止生成的CuCl被空气中的氧气氧化和Cu＋水解，必须要先通入干燥的HCl气体赶走装置中的空气再加热，且要在HCl气流中加热制备，反应结束后先熄灭酒精灯，继续通入氮气直至装置冷却，所以操作顺序为：a→c→d→b→e； (3)B中由白色变为蓝色，说明有水生成，产物中还有Cl2，所以C中石蕊试纸先逐渐变为红色，后褪色； (4)D中是Cl2和NaOH反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，反应的离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O；
(5)①根据题给信息知若杂质是CuCl2，说明CuCl2没能完全反应，原因为加热时间不足或温度偏低；②若杂质是氧化铜，说明CuCl2水解生成Cu2(OH)2Cl2，进一步分解生成CuO，原因是通入HCl的量不足。
答案：(1)干燥管 (2)c→d→b (3)先变红，后褪色
(4)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
(5)①加热时间不足或温度偏低 ②通入HCl的量不足
【变式拓展】
氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂，是一种白色粉末，微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸。工业上采用如下工艺流程，从某酸性废液(主要含Cu2＋、Fe3＋、H＋、Cl－)中制备氯化亚铜。
请回答下列问题：
(1)写出步骤①中发生的两个主要反应的离子方程式：
________________________________________________________________________。
(2)步骤②的操作名称是 ________________ 。
(3)步骤④中所加物质X为 ________ 。
(4)步骤⑤的操作是_____________________________________________________。
(5)步骤⑥应调节溶液pH呈酸性，且用乙醇洗涤CuCl晶体，目的是_________________________。
(6)在CuCl的生成过程中，可以循环利用的物质是 ________ ，理论上 ________ (填“是”或“否”)需要补充(不考虑调节等消耗)；理由是__________________________________________
________________________________________________________________________。
(7)工业上还可以采用以碳棒为电极电解CuCl2溶液得到CuCl。写出电解CuCl2溶液中的阴极上发生的电极反应：________________________________________________________________________。
解析：(3)加CuO等调pH，不会引入杂质。(4)在HCl气流中蒸发会抑制Cu2＋的水解。(5)根据题中信息可知，CuCl不溶于稀H2SO4和乙醇，所以调成酸性，且用乙醇洗涤CuCl晶体。(6)最终有H2SO4生成，浓H2SO4与Cu反应又生成SO2和CuSO4，所以H2SO4为可循环利用的物质，生成H2SO4与消耗H2SO4在理论上相同，所以无需补充。(7)阴极发生还原反应，即Cu2＋＋Cl－＋e－===CuCl↓。
答案：(1)Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋或Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(2)过滤、洗涤(不答洗涤也可) (3)CuO或Cu(OH)2等
(4)在HCl气流中蒸发结晶 (5)减少CuCl的损失
(6)硫酸(或H2SO4) 否 Cu与浓硫酸反应生成CuSO4和SO2的物质的量为1∶1，而生产CuCl的过程中消耗CuSO4和SO2的物质的量也为1∶1，所以理论上不需要补充H2SO4 (7)Cu2＋＋Cl－＋e－===CuCl↓
【真题再现·固本应变】
1．(2019·天津卷)下列有关金属及其化合物的应用不合理的是( )
A．将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2
B．铝中添加适量锂，制得低密度、高强度的铝合金，可用于航空工业
C．盐碱地(含较多Na2CO3等)不利于作物生长，可施加熟石灰进行改良
D．无水CoCl2呈蓝色，吸水会变为粉红色，可用于判断变色硅胶是否吸水
解析：C 【A.铁和亚铁能将氯气还原为氯离子，从而除去工业废气中的氯气，故A项正确；B.根据铝合金的性质，铝合金具有密度低、强度高，故可应用于航空航天等工业，故B项正确；C.Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH，产物仍然呈碱性，不能改变土壤的碱性，反而使土壤更板结，故C项错误；D.利用无水氯化钴和氯化钴晶体的颜色不同，故可根据颜色判断硅胶中是否能吸水，故D项正确。故选C。】
2．(2015·福建卷)下列制作铅笔的材料与相应工业不对应的是( )
A．橡皮擦——橡胶工业 B．铝合金片——冶金工业
C．铅笔芯——电镀工业 D．铅笔漆——涂料工业
解析：C 【A项，制取橡皮擦的原料是橡胶，涉及到橡胶工业的生产，正确。B项，铝合金片涉及金属Al的冶炼过程，与冶金工业有关，正确。C项，铅笔芯的原料是石墨和黏土，与电镀工业无关，错误。D项，铅笔外边刷的油漆和绘制的各种图案、文字等，与有机合成的材料及涂料工业有关，正确。】
无机化工流程解题策略
【素养突破】
无机化工流程题要求学生能认识化学现象与模型之间的联系，能运用多种模型来描述和解释化学现象，预测物质及其变化的可能结果；能依据物质及其变化的信息建构模型，建立解决复杂化学问题的思维框架，培养证据推理与模型认知的学科素养。
核心素养 科学态度与社会责任 能针对某些化学工艺流程设计的各种问题，提出处理或解决问题的具体方案， 将化学成果应用于生产、生活的意识。
证据推理与模型认知 能从物质及其变化的事实中提取证据，依据证据从不同的视角分析问题， 建立认知模型解释推测物质的组成和变化
1．无机化工流程示意图
规律：主线主产品，分支副产品，回头为循环。
2．无机化工流程题的特点
(1) 试题源于社会生产实际，充分利用生产、生活中的鲜活实例为载体，使问题情境真实，体现化学学科与工业生产和日常生活的紧密联系。
(2) 以解决化学实际问题为思路进行设问，考查学生运用化学反应原理及相关知识解决化工生产中实际问题的能力。
(3) 试题内容丰富，涉及的化学知识面广、综合性强、思考容量大，考查学生化学知识的掌握情况和应用化学知识解决有关问题的能力。
(4) 试题新颖，信息阅读量大，考查学生的阅读能力、信息提取能力、数据处理能力以及知识迁移能力。
3．无机化工流程题涉及的问题
(1) 原料的预处理。
(2) 反应条件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等)。
(3) 反应原理(化学平衡、水解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等)。
(4) 绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分利用等)。
(5) 化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。
4．解题方法
(1) 首尾分析法：对线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，由此分析中找出它们的关系，弄清原料转化的基本原理和除杂、分离、提纯的化工工艺，再结合题目问题，逐一解答。
(2) 分段分析法：对于用同样的原料生产多种(两种或两种以上)产品(含副产品)的工艺流程题，用此法更容易找到解题的切入点。
(3) 交叉分析法：有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用这些中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品，这种题适合用交叉分析法。就是将提供的流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析。
【典题例证】
【例】 (2018·全国卷Ⅱ，26)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
金属离子 Fe3＋ Fe2＋ Zn2＋ Cd2＋
开始沉淀的pH 1.5 6.3 6.2 7.4
沉淀完全的pH 2.8 8.3 8.2 9.4
回答下列问题：
(1) 焙烧过程中主要反应的化学方程式为__________________________________________________。
(2) 滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是_____________。
若不通入氧气，其后果是 ________________ 。
(3) 溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为 ______________________ 。
(4) 电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为_______________________________；
沉积锌后的电解液可返回____________工序继续使用。
【解题指导】
解析：(1)在焙烧过程中ZnS和O2反应生成ZnO和SO2。(2)溶液中的Pb2＋与SO不能共存，生成PbSO4沉淀，SiO2不溶于H2SO4，即滤渣1中含SiO2和PbSO4。氧化除杂过程中O2能将溶液中Fe2＋氧化生成Fe3＋，加入ZnO能调节溶液的pH，促进Fe3＋完全水解。由题表知Fe2＋、Zn2＋开始沉淀和沉淀完全时的pH非常接近，若不通入O2使Fe2＋氧化为Fe3＋，加入ZnO后无法除去Fe2＋，会影响Zn的纯度。(3)根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应式为Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋。(4)结合图示可知电解ZnSO4溶液时生成Zn，即电解时Zn2＋在阴极被还原，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn。沉积Zn后的电解液中主要含有H2SO4，可返回溶浸工序中继续使用。
答案：(1)2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2＋
(3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋
(4)Zn2＋＋2e－===Zn 溶浸
【变式拓展】
（1）“氧化除杂”过程除了加ZnO外还可以加_________________________________________，
O2的作用是________________________________________________________________________。
（2）滤渣洗涤的操作为_________________________________________________________________。
（3）“电解”制备Zn的阳极反应为_____________________________________________。
答案：(1)Zn(OH)2或ZnCO3 把Fe2＋氧化为Fe3＋
(2)沿玻璃棒向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，待蒸馏水自然流尽后，再重复操作2～3次
(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
【素养提升】
(2020·东北三省联考)铅及其化合物有着优异的性能和广泛的应用。工业上利用铅浮渣(主要成分是PbO、Pb还含有少量的Ag、CaO)可制备硫酸铅。制备流程图如下：
已知：Ksp(PbSO4)＝1.6×10－8 Ksp(CaSO4)＝4.9×10－5
（1）步骤Ⅰ有NO产生，浸出液中含量最多的金属阳离子为Pb2＋，写出Pb参加反应的化学方程式：
________________________________________________________________________，
为防止Ag被溶解进入浸出液，步骤Ⅰ操作时应注意__________________________________。
（2）粗PbSO4产品含有的杂质是____________；要得到纯净的PbSO4，需要用试剂进行多次洗涤，再用蒸馏水洗涤。最好选用的试剂是____________。
A．稀硫酸 B．稀盐酸 C．硝酸铅溶液 D．酒精
（3）母液中可循环利用的物质是HNO3若母液中残留的SO过多，则循环利用时可能出现的问题是______________________________________________________________________________。
（4）若将步骤Ⅱ中的Pb2＋完全沉淀【c(Pb2＋)≤1.0×10－5mol·L－1】，则溶液中的c(SO)至少为
____________moL·L－1。
（5）(CH3COO)2Pb是皮毛行业的染色助剂，可用PbSO4与CH3COONH4反应制备，写出反应的离子方程式：____________________________________________________________________。
解析：(1)Pb能与稀硫硝酸发生氧化还原反应，其化学方程式为3Pb＋8HNO3===3Pb(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。由于金属活泼性：Pb＞Ag，故步骤Ⅰ中为了防止Ag溶解进入浸出液，需控制硝酸的用量并使铅浮渣(或Pb)稍有剩余。(2)根据题图可知所得粗PbSO4产品中含有CaSO4杂质，根据PbSO4、CaSO4溶度积常数可知相同条件下PbSO4更难溶，为了得到纯净的PbSO4，可用硝酸铅溶液多次洗涤粗产品，使CaSO4转化为PbSO4，再用蒸馏水洗涤。(3)若母液中残留的SO过多，则其会与浸出时生成的Pb2＋反应生成PbSO4，PbSO4会随浸出渣排出，从而降低PbSO4的产率。
(4)步骤Ⅱ中Pb2＋完全沉淀时溶液中c(Pb2＋)≤1.0×10－5mol·L－1，则溶液中c(SO)至少为mol·L－1＝1.6×10－3mol·L－1。(5)根据题中信息可知PbSO4与CH3COONH4发生复分解反应得到(CH3COO)2Pb，其离子方程式为PbSO4＋2CH3COO－===(CH3COO)2Pb＋SO。
答案：(1)3Pb＋8HNO3===3Pb(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 控制硝酸的用量并使铅浮渣(或Pb)稍有剩余(其他合理答案均可)
(2)CaSO4 C (3)浸出时部分Pb2＋生成PbSO4随浸出渣排出，降低PbSO4的产率
(4)1.6×10－3 (5)PbSO4＋2CH3COO－===(CH3COO)2Pb＋SO
素养 呈现 1．了解常见金属的活动性顺序。(变化观念与平衡思想) 2．了解镁、铜及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。 (证据推理与模型认知、科学探究与创新意识) 3．了解合金的概念及其重要应用。(宏观辨识与微观探析)
【回扣教材·自主预诊】
考点一 铜及其重要化合物
一、铜的性质
1．物理性质：铜是 紫红 色金属，具有良好的 导电 性、 导热 性和延展性。
2．化学性质
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:
（1）化学方程式： 2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3 ( 绿色 固体) 。
（2）化学方程式： 2Cu＋SCu2S 。
（3）与氧化性酸：
a．与浓硫酸共热： Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O ，
b．与稀硝酸反应的离子方程式： 3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O ，
c．与浓硝酸反应的离子方程式： Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O ，
二、铜的重要化合物的性质及应用
1．氧化物
CuO： 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。
Cu2O： 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+。
转化：4CuO 2Cu2O＋O2↑，高温条件Cu2O稳定。
2．氢氧化铜—— 蓝 色难溶物，是一种弱碱。
3．铜盐
（1）Cu2(OH)2CO3 名称为碱式碳酸铜，俗称 铜绿 ，是铜锈的主要成分。
受热易分解的方程式为：Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑
（2）CuSO4
a．CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称 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 H2O 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、水配成波尔多液，用来杀灭植物的病毒。
【自主诊断】
思考回答：
1．有一种红色粉末状物质，可能是Cu，也可能是Cu2O，请设计实验证明红色粉末是Cu还是Cu2O。
答：向红色物质中加入稀硫酸，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu2O，反应的化学方程式为：Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O。
2．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1) CuO是黑色固体，与水反应可生成Cu(OH)2( × )
(2) 过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成( × )
(3) 利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质，来检验水的存在( √ )
(4) 铜在干燥的空气中性质稳定，但是在潮湿的环境中则易被锈蚀，生成铜绿( √ )
(5) 铜与氯气、氧气、硫分别反应，得到的产物中铜的化合价均为＋2价( × )
(6) 铜绿在灼烧条件下会分解生成氢氧化铜和二氧化碳( × )
3．已知酸性条件下反应：2Cu＋===Cu2＋＋Cu。氢气还原氧化铜实验由于反应温度不同，可能产生Cu或Cu2O，两者都是红色固体。某同学对某次氢气还原氧化铜的红色固体产物做了如下实验，实验操作和实验现象列表如下：
加入试剂 稀硫酸 浓硫酸并加热 稀硝酸 浓硝酸
实验现象 红色固体不反应 无色气体 无色气体、蓝色溶液 红棕色气体、蓝色溶液
由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物( )
A．是Cu B．是Cu2O
C．一定有Cu，可能有Cu2O D．一定有Cu2O，可能有Cu
解析：A 【由题目提供的信息可知Cu2O在酸性条件下发生反应生成Cu和Cu2＋，而向该红色固体中加入稀硫酸后红色固体不反应，故该红色固体中不存在Cu2O，全部为Cu。】
4．某研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案：
(1) CuCuSO4硫酸铜溶液CuSO4·5H2O
(2) CuCuO 硫酸铜溶液CuSO4·5H2O
对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？为什么？
答案：方案(1)：产生污染性气体，且消耗硫酸较多。
方案(2)：消耗能量较多，且步骤复杂。
方案(3)：不产生污染性气体，原料利用率高，节约能源。
因此方案(3)更经济合理。
【题组集训·夯实基础】
【题组1】 铜及其化合物的性质及应用
1．某同学通过一系列实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是( )
A．将铜粉与硫粉混合均匀加热以制取CuS
B．向Cu与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察CuSO4溶液的颜色
C．向CuSO4溶液中加入过量的NaOH，过滤洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取CuO
D．在淀粉溶液中加入适量稀H2SO4微热，再加少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热，产生红色沉淀
解析：C 【由于硫的氧化性弱，所以只能将铜氧化成＋1价，生成Cu2S，故A项错误；常温下铜与浓硫酸不反应，因此观察不到现象，故B项错误；向CuSO4溶液中加入过量的NaOH产生氢氧化铜沉淀，过滤洗涤并灼烧氢氧化铜分解生成氧化铜，故C项正确；葡萄糖和新制氢氧化铜反应必须在碱性条件下进行，该反应在淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热，在酸性条件下进行，所以实验不成功，不能产生红色沉淀，故D项错误。】
2．下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是( )
选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ 判断
A 铜绿的主要成分是碱式碳酸铜 可用稀盐酸除铜器表面的铜绿 Ⅰ对；Ⅱ对；无
B 铜表面易形成致密的氧化膜 铜容器可以盛放浓硫酸 Ⅰ对；Ⅱ对；有
C 向硫酸铜溶液通入氨气，有深蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体 把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑 Ⅰ对；Ⅱ对；有
D 蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化 硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂 Ⅰ错；Ⅱ对；无
解析：D 【稀盐酸可以与Cu2(OH)2CO3反应，而且稀盐酸不能与Cu反应，所以可用稀盐酸除铜器表面的铜绿Cu2(OH)2CO3，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A错误；铜表面不能形成致密的氧化膜，铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应，所以不能用铜制容器盛装浓硫酸，B错误；硫酸铜与氨水生成Cu(OH)2，Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO，Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果关系，C错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末，有新物质生成，属于化学变化，CuSO4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D正确。】
【题组2】 铁、铜的性质及应用
3．碱式氯化铜【CuaClb(OH)c·xH2O】是一种重要的无机杀虫剂，它可以通过以下步骤制备。步骤1：将铜粉加入稀盐酸中，并持续通空气反应生成CuCl2。已知Fe3＋对该反应有催化作用，其催化原理如图所示。步骤2：在制得的CuCl2溶液中，加入石灰乳充分反应后即制备碱式氯化铜。
下列有关说法正确的是( )
A．a、b、c之间的关系式为：a＝b＋c
B．图中M、N分别为Fe2＋、Fe3＋
C．步骤1充分反应后，加入少量CuO是为了除去Fe3＋
D．若制备1 mol 的CuCl2，理论上消耗11.2 L O2
解析：C 【A.根据化合物中正负化合价的代数和等于0，可知：2a＝b＋c，A错误；B.根据题干叙述可知反应的化学方程式2Cu＋O2＋4HCl===2CuCl2＋2H2O，可知M是O2，N是H2O，B错误；C.Fe3＋水解使溶液显酸性，CuO与H＋反应产生Cu2＋和水，当溶液的pH增大到一定程度，Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀而除去，从而达到除去Fe3＋的目的，C正确；D.制备1 mol 的CuCl2，转移2 mol电子，根据电子守恒，需要消耗0.5 mol O2，由于不清楚氧气所处的条件，所以不能确定气体的体积，D错误。】
【题组3】 铜及其化合物的综合应用
4．CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，并验证其它分解产物。
①CuCl2·2H2OCuCl2CuCl＋Cl2
②CuCl是一种白色难溶固体，潮湿CuCl在空气中缓慢被氧化
（1）配平潮湿CuCl在空气中被氧化的化学方程式：
________ CuCl＋ ________ O2＋ ________ ===3CuO·CuCl2·3H2O＋ ________ HCl
【实验探究】
该小组选用如图装置进行实验(夹持加热仪器略)。
（2）装置A用于制取HCl：NaCl＋H2SO4===NaHSO4＋HCl↑，浓硫酸在该反应中体现强酸性和
________ 性；
（3）按实验要求选择上图装置，连接顺序为：a ________ (按气流方向，用小写字母表示)；
（4）根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：
①连接装置， ____________ ；②装入药品；③打开分液漏斗活塞；④控制温度加热硬质玻璃管一段时间；⑤停止通HCl，升温继续加热；步骤④通HCl的目的是 ____________ ；
【实验分析与改进】
（5）装置E中发生反应的离子方程式是______________________________________________。
（6）装置B中试纸先变蓝后又褪色，经查资料获知过量的Cl2能将I2氧化。甲同学认为可将湿润的淀粉 KI试纸改成足量的淀粉 KI溶液以克服Cl2过量的问题，但小组分析后认为该方案存在一个明显安全问题： ________________________________ 。
（7）反应结束后，CuCl产品中可能含有少量未分解的CuCl2，乙同学认为只用一种日常生活常见的液体即可检验。该实验方案为：取少量固体放入小试管中，_____________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)配平潮湿CuCl在空气中被氧化，说明有水参加反应，结合氧化还原反应的电子守恒和原子守恒，此反应的化学方程式经配平后为4CuCl＋O2＋4H2O===3CuO·CuCl2·3H2O＋2HCl；
(2)实验室通过利用浓硫酸的强酸性和难挥发性的性质，通过反应NaCl＋H2SO4===NaHSO4＋HCl↑来制取HCl； (3)由A装置制备的HCl通入C装置，经过D装置无水硫酸铜检验生成的水和B装置检验是否有氯气生成，最后用E装置进行尾气处理，减少环境污染，则装置的连接顺序为adegfcbh或aedgfcbh； (4)装置连接后，首先要检验装置气密性，再进行后续实验；因CuCl2在水溶液中易水解，可通入HCl抑制CuCl水解； (5)装置E是用NaOH溶液吸收含有HCl和Cl2的尾气，发生反应的离子方程式是H＋＋OH－===H2O和Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O；
(6)如果将湿润的淀粉 KI试纸改成足量的淀粉 KI溶液，因HCl气体易溶解于水，容易产生倒吸现象，存在安全隐患； (7)CuCl2能溶解于水，且其水溶液显蓝色，同时考虑到CuCl2在潮湿环境中易氧化，则检验时需避免空气中氧气的干扰，具体操作是加少量水后用胶塞盖紧，迅速震荡，若溶液显蓝色则产品中含CuCl2，若不显蓝色则不含CuCl2。
答案：(1)4 1 4H2O 2 (2)难挥发性
(3)degfcbh或edgfcbh (4)检查装置气密性 抑制CuCl2水解
(5)H＋＋OH－===H2O Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
(6)HCl易溶于水，易发生倒吸
(7)加少量水后用胶塞盖紧，迅速震荡，若溶液显蓝色则产品中含CuCl2，若不显蓝色则不含CuCl2
5．工业上用黄铜矿冶炼铜并对炉渣进行综合利用的一种工艺流程如图所示：
（1）冶炼过程中得到的Cu2O和Cu的混合物称为“泡铜”，Cu2O与金属Al在高温条件下混合反应
可得粗铜，反应的化学方程式为 。粗铜精炼时应将粗铜连接在直流
电源的 极，可在 极得到纯度较高的精铜。
（2）传统炼铜的方法主要是火法炼铜，主要反应如下所示：
①2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO
②2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2
③2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑
每生成1 mol Cu，共消耗________mol O2。反应③中的氧化剂是________。
（3）用炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。根据流程回答下列问题：
①加入适量NaClO溶液的目的是__________________________________________________(用离子
方程式表示)。
②除去Al3＋发生反应的离子方程式是___________________________________________。
③选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。
提供的试剂有：稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、高锰酸钾溶液、NaOH溶液、碘水。
所选试剂是________。实验方案：_________________________________________________。
解析：(1)Cu2O与Al发生氧化还原反应生成Al2O3与Cu：3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu；粗铜精炼的目的是使粗铜溶解，精铜析出，所以粗铜作阳极，精铜在阴极产生。(2)根据反应①②③可知，利用火法炼铜，CuFeS2中的铜元素、铁元素、硫元素最终分别转化为Cu、FeO、SO2，由此可写出总反应化学方程式：2CuFeS2＋5O22Cu＋2FeO＋4SO2，则由总反应化学方程式可以看出每生成1 mol Cu，共消耗2.5 mol O2。反应③的反应物Cu2O、Cu2S中铜元素的化合价都降低，二者均为氧化剂。(3)①NaClO溶液具有氧化性，将Fe2＋氧化成Fe3＋；2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O。②除去Al3＋发生反应的离子方程式为Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O。
③检验FeO，需要FeO溶解，再利用Fe2＋的还原性检验Fe2＋，所选的试剂是稀硫酸、高锰酸钾溶液，实验方案是取少量高锰酸钾溶液于试管中，滴加用稀硫酸溶解炉渣得到的溶液，高锰酸钾溶液的紫色褪去，证明溶液中含有Fe2＋，从而证明炉渣中含有FeO。
答案：(1)3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu 正 阴
(2)2.5 Cu2O、Cu2S
(3)①2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O ②Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O
③稀硫酸、高锰酸钾溶液 取少量高锰酸钾溶液于试管中，滴加用稀硫酸溶解炉渣得到的溶液，高锰酸钾溶液的紫色褪去，证明溶液中含有Fe2＋，从而证明炉渣中含有FeO
【思维建模】 废铜综合利用的常见流程框图模式
考点二 镁及其化合物性质与海水中提取镁
一、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 传热 、
导电 和 延展 性。
2．化学性质
（1）与非金属反应 与N2反应：3Mg＋N2 Mg3N2 与O2反应：2Mg＋O2 2MgO 与Cl2反应：Mg＋Cl2 MgCl2 （2）与CO2反应： 2Mg＋CO2点燃,2MgO＋C （3）与H2O反应：Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑ （4）与H＋反应： Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
二、镁的重要化合物
物质 主要性质
氧化镁 碱性氧化物 与盐酸反应的离子方程式： MgO＋2H+ === Mg2+＋H2O
氢氧 化镁 中强碱 与盐酸反应的离子方程式： Mg(OH)2＋2H+ === Mg2+＋2H2O
难溶于水 Mg2+＋2OH— === Mg(OH)2 ↓
溶解度小于碳酸镁 MgCO3＋H2O Mg(OH)2＋CO2↑
三、海水中提镁
海水Mg(OH)2 MgCl2 (溶液)MgCl2·6H2O MgCl2 Mg。
四、镁及其化合物的用途
镁应用于生产合金，冶金工业上用作还原剂和脱氧剂。MgO熔点很高，可作 耐火 材料。
【自主诊断】
1．思考回答：
（1）能用H2在高温下还原氧化镁制镁吗？
答：不能 比锌活泼的金属很难用一般的还原剂(如H2、CO、C等)把它们从化合物中还原出来。
（2）工业上冶炼镁为什么电解熔融氯化镁而不是电解熔融氧化镁？
答：氧化镁的熔点太高，氯化镁的熔点低、沸点高。
2．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1) 镁粉与浓NH4Cl溶液反应时放出H2和NH3 ( √ )
(2) 相同质量的镁条分别在足量的CO2和O2中完全燃烧，所得固体的质量相同 ( × )
(3) 工业上制造镁粉时，可将镁蒸气在N2中冷却 ( × )
(4) 从海水中提取氯化镁的工艺流程中，沉淀池中加入的是石灰乳而不是石灰水 ( √ )
(5) 海水中提取镁所涉及的化学反应全都是氧化还原反应 ( × )
(6) 将氯化镁晶体(MgCl2·6H2O)直接加热可制得无水氯化镁 ( × )
3．(2016·浙江理综，27)化合物Mg5Al3(OH)19(H2O)4可作环保型阻燃材料，受热时按如下化学方程式分解：
2Mg5Al3(OH)19(H2O)427H2O↑＋10MgO＋3Al2O3
（1）写出该化合物作阻燃剂的两条依据_________________________________________________。
（2）用离子方程式表示除去固体产物中Al2O3的原理_______________________________________。
（3）已知MgO可溶于NH4Cl的水溶液，用化学方程式表示其原理__________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)反应吸热降低温度，固体氧化物隔绝空气，水蒸气稀释空气(任选二条，合理即可)
(2)Al2O3 ＋2OH－=== 2AlO＋H2O
(3)MgO＋2NH4Cl＋H2O===MgCl2＋2NH3·H2O
或NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl，MgO＋2HCl=== MgCl2＋H2O
【题组集训·夯实基础】
【题组1】 镁及其主要化合物的性质及应用
1．(2020·安徽安庆月考)下列有关金属镁的说法不正确的是( )
A．Mg在CO2中燃烧生成MgO和C，是放热反应
B．工业上通过电解MgCl2溶液制取金属镁
C．Mg和稀硫酸反应时，滴加少量硫酸铜溶液，能加快反应速率
D．镁可以用来制造信号弹和焰火，MgO可用作耐高温材料
答案：B
2．某同学通过系列实验探讨Mg及其化合物的性质，下列说法正确的是( )
A．将水加入浓硫酸中得到稀硫酸，置镁片于其中探讨Mg的活泼性
B．将NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中，观察Mg(OH)2沉淀的生成
C．将Mg(OH)2浊液直接倒入已装好滤纸的漏斗中过滤，洗涤并收集沉淀
D．将Mg(OH)2沉淀转入表面皿中，加足量稀盐酸，加热蒸干得无水MgCl2固体
解析：B 【浓H2SO4稀释时应将浓H2SO4加到水中，A错误；过滤时用玻璃棒引流，C错误；由于MgCl2水解，故加热蒸干MgCl2溶液时，得不到MgCl2固体。】
【题后归纳】 镁及其化合物的转化关系图
【题组2】 海水提镁工艺
3．(2020·东丽区模拟)海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如图所示：
（1）若在空气中加热MgCl2·6H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式_______
________________________________________________________________________。
（2）Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤：_______________________________
________________________________________________________________________。
（3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，
分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的。
溶解时：________________________________________________________________________；
过滤时：________________________________________________________________________；
蒸发时：________________________________________________________________________。
解析：(1)根据Cl、H、O三种元素守恒可知，在空气中加热MgCl2·6H2O，除生成Mg(OH)Cl或MgO外，还有HCl和H2O生成。(2)为防止引入新杂质，可用MgCl2溶液或Mg(NO3)2溶液将Ca(OH)2转化为Mg(OH)2，然后过滤、洗涤Mg(OH)2。(3)溶解固体时使用玻璃棒是为了加速溶质的扩散，提高溶解速率；在过滤时使用玻璃棒是为了引流液体，防止外洒；蒸发结晶过程中使用玻璃棒是为了防止因局部过热而使液滴或晶体飞溅。
答案：(1)MgCl2·6H2OMg(OH)Cl＋HCl↑＋5H2O↑，MgCl2·6H2OMgO＋2HCl↑＋5H2O↑或Mg(OH)ClMgO＋HCl↑
(2)加入MgCl2溶液或Mg(NO3)2溶液，充分搅拌、过滤，沉淀用蒸馏水洗涤
(3)搅拌，加速溶解 引流，使浊液沿玻璃棒注入漏斗，防止外洒 搅拌，防止因局部过热液滴或晶体飞溅
4．（1）海水提镁的一段工艺流程如右图：
浓海水的主要成分如下：
该工艺过程中，脱硫阶段主要反应的离子方程式为__________________________________________，
产品2的化学式为__________，1 L浓海水最多可得到产品2的质量为________g。
（2）采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁，发生反应的化学方程式为______________________
__________________________________________________；电解时，若有少量水存在会造成产品镁
的消耗，写出有关反应的化学方程式____________________________________________________。
解析：(1)由题给海水的主要成分，脱硫就是除掉硫酸根离子，发生反应：Ca2＋＋SO===CaSO4↓；由框图信息知，产品2为Mg(OH)2；1 L 浓海水中含有 Mg2＋ 28.8 g，物质的量为1.2 mol ，最多生成Mg(OH)2 1.2 mol，质量为1.2 mol×58 g·mol－1＝69.6 g。(2)电解熔融氯化镁生成氯气和单质镁，若有水存在，则高温下镁与水反应。
答案：(1)Ca2＋＋SO===CaSO4↓ Mg(OH)2 69.6
(2)MgCl2Mg＋Cl2↑Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑
【规律方法】从海水中提取镁的方法
（1）工艺流程
（2）基本步骤及主要反应
制熟石灰 CaCO3 CaO＋CO2 ↑， CaO＋H2O === Ca(OH)2
沉淀 Mg2+＋2OH— === Mg(OH)2 ↓
酸化 Mg(OH)2＋2HCl === MgCl2＋2H2O
蒸发结晶 析出MgCl2·6H2O
脱水 在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁
电解 电解熔融氯化镁制得镁
考点三 合金与金属矿物的开发利用
一、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：合金具有不同于各成分金属物理、化学性能或机械性能。
（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 。
【点拨】
①常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。
②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仍然不变。
二、常见的金属材料
1．金属材料
黑色金属材料 有色金属材料
铁、铬、锰以及它们的合金 除黑色金属以外的其他金属及其合金
2．黑色金属材料——钢铁
3．有色金属材料——铜和铝
三、金属矿物开发利用的方法
1．金属在自然界中的存在
2．金属冶炼的一般步骤
3．金属冶炼的实质
金属的冶炼过程就是金属从 化合 态还原为 游离 态的过程。
即Mn＋＋ne－===M(写反应通式，用M表示金属)。
4．金属冶炼的方法(用化学方程式表示)
【自主诊断】
1．思考回答：
（1）铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚得多？
答：铝的金属活动性比铁、铜强，难冶炼，古代人们的技术条件达不到，不能冶炼铝。
（2）工业上冶炼铝为什么用电解熔融Al2O3而不用电解熔融AlCl3
答：AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，故不能用电解AlCl3的方法冶炼铝
（3）有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如：Na＋KClK↑＋NaCl
请用化学平衡移动的原理，分析其原因。
答：由于Na的沸点高于850 ℃，而K的沸点低于850 ℃，在850 ℃时K形成蒸气而逸出，使化学反应平衡向正方向进行。
2．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1) 铁的冶炼属于热还原法，还原剂为CO ( √ )
(2) 合金是混合物，合金中的成分金属保持各自的化学性质 ( √ )
(3) 合金材料中不可能含有非金属元素 ( × )
(4) 地震灾区重建要使用大量钢材，钢材是合金 ( √ )
(5) 工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应 ( √ )
(6) 电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时，阴极上依次析出Cu、Fe、Al ( × )
3．合金与纯金属制成的金属材料相比，优点是( )
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大 ②一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低
③改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有不同性能的合金 ④合金比纯金属的导电性更强 ⑤合金比纯金属的应用范围更广泛
A．①②③⑤ B．②③④ C．①②④ D．①②④⑤
答案：A
4．下列生活用品中主要由黑色金属材料制造的是( )
A．塑钢门窗 B．不锈钢刀 C．纯铜导线 D．18K金首饰
解析：B 【冶金工业上习惯把铁、铬、锰以及它们的合金(主要指合金钢及钢铁)叫做黑色金属材料。塑钢门窗是以聚氯乙烯树脂为主要原料制造的，A项错误；不锈钢刀为铁的合金，主要由黑色金属制造而成，B项正确；纯铜导线为铜单质，铜属于有色金属，C项错误；18K金首饰为金的合金，属于有色金属材料，D项错误。】
【题组集训·夯实基础】
【题组1】 金属材料及合金
1．C919大型飞机的制造采用了大量新材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是( )
A．铝锂合金是铝与锂形成的混合物 B．铝锂合金的硬度比锂大
C．铝锂合金的熔沸点比铝低 D．铝锂合金耐酸碱腐蚀
解析：D 【铝锂合金中的铝既能与酸反应，又能与碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。】
2．下列是部分矿物资源的利用及产品流程，有关说法不正确的是( )
A．粗铜电解精炼时，粗铜作阳极
B．生产铝、铜、高纯硅及玻璃过程中都涉及氧化还原反应
C．黄铜矿冶炼铜时，副产物SO2可用于生产硫酸，FeO可用作冶炼铁的原料
D．粗硅制高纯硅时，提纯四氯化硅可用多次分馏的方法
解析：B 【电解精炼铜时，粗铜作阳极，故A正确；制备单质时涉及化合价变化，是氧化还原反应，制玻璃的反应是SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑和SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑，元素化合价未发生变化，均不属于氧化还原反应，故B错误；SO2可以转化成SO3，进而生成H2SO4，FeO与CO在高温下可生成Fe，故C正确；制备硅的过程中，利用沸点不同进行分馏，将SiCl4从杂质中提取出来，再与H2发生置换反应得到高纯硅，故D正确。】
【题组2】 金属矿物的开发和利用
3．金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有非常重要的应用。完成下列填空：
(1) 镓(Ga)与铝同主族。写出镓的氯化物与氨水反应的化学方程式：_____________________________。
(2) 用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。如：
2Al＋4BaO3Ba↑＋BaO·Al2O3 。常温下Al的金属性比Ba的金属性________(填“强”或“弱”)。
利用上述方法可制取Ba的主要原因是__________。
a．高温时Al活泼性大于Ba b．高温有利于BaO分解
c．高温时BaO·Al2O3比Al2O3稳定 d．Ba的沸点比Al的低
解析：(1)由AlCl3与NH3·H2O的反应可推出化学方程式。(2)依据元素周期律可知Al的金属性弱于Mg，Mg的金属性弱于Ba。应从化学平衡移动的观点分析此反应发生的原因。
答案：(1)GaCl3＋3NH3·H2O===Ga(OH)3↓＋3NH4Cl (2)弱 d
4．铜在自然界多以化合态的形式存在于矿石中。常见的铜矿石有：黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿(Cu2S)、孔雀石【CuCO3·Cu(OH)2】。下列说法不正确的是( )
A．可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿
B．硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
C．工业上常采用电解法制取粗铜
D．在上述几种含铜化合物中，铜的质量分数最高的是Cu2S
解析：C 【CuSO4是重金属盐，能使蛋白质变性，B项正确；工业上常用电解法精炼铜，C项不正确。】
【题组3】 合金组成与含量的测定
5．为测试一铁片中铁元素的含量，某课外活动小组提出下面两种方案并进行了实验(以下数据为多次重复实验测定结果的平均值)：
方案一：将a g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，测得生成氢气的体积为580 mL(标准状况)；
方案二：将 g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，将反应后得到的溶液用0.20 00 mol·L－1的KMnO4溶液滴定，达到终点时消耗了25.00 mL KMnO4溶液。
请回答下列问题：
（1）配平下面的化学方程式：
（2）在滴定实验中不能选择 ________ 式滴定管，理由是_______________________________
________________________________________________________________________。
（3）根据方案一和方案二测定的结果计算，铁片中铁的质量分数依次为 ________ 和 ________ 。
（4）若排除实验仪器和操作的影响，试对上述两种方案测定结果的准确性做出判断和分析。
①方案一 ________ (填“准确”“不准确”或“不一定准确”)，理由是_______________________
________________________________________________________________________。
②方案二 ________ (填“准确”“不准确”或“不一定准确”)，理由是______________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)在反应中MnO中Mn的化合价由＋7价降至＋2价，Fe2＋被氧化为Fe3＋，依据化合价升降相等可知KMnO4与FeSO4的化学计量数之比应为1∶5，考虑到Fe2(SO4)3的化学计量数为整数，将KMnO4与FeSO4的化学计量数分别配成2、10，依据原子守恒再配出其他物质的化学计量数即可。(2)因KMnO4是强氧化剂，它会腐蚀碱式滴定管的乳胶管，因此不能用碱式滴定管盛装KMnO4溶液。(3)方案一：依据铁与硫酸反应的方程式可知产生580 mL H2(标准状况)所需m(Fe)＝×56 g·mol－1＝1.45 g，故铁的质量分数为；方案二：利用(1)中配平的方程式可知， g铁片中含有m(Fe)＝0.020 00 mol·L－1×0.025 0 L×5×56 g·mol－1＝0.140 g，故铁的质量分数为＝。
答案：(1)2 10 8 5 2 1 8
(2)碱 KMnO4是强氧化剂，会腐蚀乳胶管
(3)
(4)①不一定准确 如果铁片中存在与稀硫酸反应并能生成氢气的其他金属，会导致结果偏高；如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解、但不产生氢气的铁的氧化物，会导致结果偏低；如果上述情况均不存在，则结果准确
②不一定准确 如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解的其他金属，生成的金属离子在酸性溶液中能被高锰酸钾氧化，会导致结果偏高；如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解的铁的氧化物，生成的Fe3＋在酸性溶液中不能被高锰酸钾氧化，会导致结果偏低；如果上述情况均不存在，则结果准确(答案合理即可)
【真题体验·揭秘高考】
知识体系——定内容 核心素养——定能力
1. 2.
【真题剖析】
(2016·四川卷) CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，并进行相关探究。
【资料查阅】
【实验探究】 该小组用如图所示装置进行实验(夹持仪器略)
请回答下列问题：
（1）仪器X的名称是__________。
（2）实验操作的先后顺序是a→________→e(填操作的编号)。
a．检查装置的气密性后加入药品
b．熄灭酒精灯，冷却
c．在“气体入口”处通入干燥HCl
d．点燃酒精灯，加热
e．停止通入HCl，然后通入N2
（3）在实验过程中，观察到B中物质由白色变为蓝色，C中试纸的颜色变化是_____________________。
（4）装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是________________________________________。
【探究反思】
（5）反应结束后，取出CuCl产品进行实验，发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。
根据资料信息分析：
①若杂质是CuCl2，则产生的原因是_______________________________________________。
②若杂质是CuO，则产生的原因是_______________________________________________。
【解题指导】(1)理解资料信息
(2)围绕避免Cu＋水解和被氧化设计实验并完成实验操作。
(3)依据杂质成分和资料信息，分析产生的原因。并回答问题。
解析：(1)根据仪器X的构造特点知其名称为干燥管；
(2)加热CuCl2·2H2O制备CuCl，为防止生成的CuCl被空气中的氧气氧化和Cu＋水解，必须要先通入干燥的HCl气体赶走装置中的空气再加热，且要在HCl气流中加热制备，反应结束后先熄灭酒精灯，继续通入氮气直至装置冷却，所以操作顺序为：a→c→d→b→e； (3)B中由白色变为蓝色，说明有水生成，产物中还有Cl2，所以C中石蕊试纸先逐渐变为红色，后褪色； (4)D中是Cl2和NaOH反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，反应的离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O；
(5)①根据题给信息知若杂质是CuCl2，说明CuCl2没能完全反应，原因为加热时间不足或温度偏低；②若杂质是氧化铜，说明CuCl2水解生成Cu2(OH)2Cl2，进一步分解生成CuO，原因是通入HCl的量不足。
答案：(1)干燥管 (2)c→d→b (3)先变红，后褪色
(4)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
(5)①加热时间不足或温度偏低 ②通入HCl的量不足
【变式拓展】
氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂，是一种白色粉末，微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸。工业上采用如下工艺流程，从某酸性废液(主要含Cu2＋、Fe3＋、H＋、Cl－)中制备氯化亚铜。
请回答下列问题：
(1)写出步骤①中发生的两个主要反应的离子方程式：
________________________________________________________________________。
(2)步骤②的操作名称是 ________________ 。
(3)步骤④中所加物质X为 ________ 。
(4)步骤⑤的操作是_____________________________________________________。
(5)步骤⑥应调节溶液pH呈酸性，且用乙醇洗涤CuCl晶体，目的是_________________________。
(6)在CuCl的生成过程中，可以循环利用的物质是 ________ ，理论上 ________ (填“是”或“否”)需要补充(不考虑调节等消耗)；理由是__________________________________________
________________________________________________________________________。
(7)工业上还可以采用以碳棒为电极电解CuCl2溶液得到CuCl。写出电解CuCl2溶液中的阴极上发生的电极反应：________________________________________________________________________。
解析：(3)加CuO等调pH，不会引入杂质。(4)在HCl气流中蒸发会抑制Cu2＋的水解。(5)根据题中信息可知，CuCl不溶于稀H2SO4和乙醇，所以调成酸性，且用乙醇洗涤CuCl晶体。(6)最终有H2SO4生成，浓H2SO4与Cu反应又生成SO2和CuSO4，所以H2SO4为可循环利用的物质，生成H2SO4与消耗H2SO4在理论上相同，所以无需补充。(7)阴极发生还原反应，即Cu2＋＋Cl－＋e－===CuCl↓。
答案：(1)Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋或Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(2)过滤、洗涤(不答洗涤也可) (3)CuO或Cu(OH)2等
(4)在HCl气流中蒸发结晶 (5)减少CuCl的损失
(6)硫酸(或H2SO4) 否 Cu与浓硫酸反应生成CuSO4和SO2的物质的量为1∶1，而生产CuCl的过程中消耗CuSO4和SO2的物质的量也为1∶1，所以理论上不需要补充H2SO4 (7)Cu2＋＋Cl－＋e－===CuCl↓
【真题再现·固本应变】
1．(2019·天津卷)下列有关金属及其化合物的应用不合理的是( )
A．将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2
B．铝中添加适量锂，制得低密度、高强度的铝合金，可用于航空工业
C．盐碱地(含较多Na2CO3等)不利于作物生长，可施加熟石灰进行改良
D．无水CoCl2呈蓝色，吸水会变为粉红色，可用于判断变色硅胶是否吸水
解析：C 【A.铁和亚铁能将氯气还原为氯离子，从而除去工业废气中的氯气，故A项正确；B.根据铝合金的性质，铝合金具有密度低、强度高，故可应用于航空航天等工业，故B项正确；C.Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH，产物仍然呈碱性，不能改变土壤的碱性，反而使土壤更板结，故C项错误；D.利用无水氯化钴和氯化钴晶体的颜色不同，故可根据颜色判断硅胶中是否能吸水，故D项正确。故选C。】
2．(2015·福建卷)下列制作铅笔的材料与相应工业不对应的是( )
A．橡皮擦——橡胶工业 B．铝合金片——冶金工业
C．铅笔芯——电镀工业 D．铅笔漆——涂料工业
解析：C 【A项，制取橡皮擦的原料是橡胶，涉及到橡胶工业的生产，正确。B项，铝合金片涉及金属Al的冶炼过程，与冶金工业有关，正确。C项，铅笔芯的原料是石墨和黏土，与电镀工业无关，错误。D项，铅笔外边刷的油漆和绘制的各种图案、文字等，与有机合成的材料及涂料工业有关，正确。】
无机化工流程解题策略
【素养突破】
无机化工流程题要求学生能认识化学现象与模型之间的联系，能运用多种模型来描述和解释化学现象，预测物质及其变化的可能结果；能依据物质及其变化的信息建构模型，建立解决复杂化学问题的思维框架，培养证据推理与模型认知的学科素养。
核心素养 科学态度与社会责任 能针对某些化学工艺流程设计的各种问题，提出处理或解决问题的具体方案， 将化学成果应用于生产、生活的意识。
证据推理与模型认知 能从物质及其变化的事实中提取证据，依据证据从不同的视角分析问题， 建立认知模型解释推测物质的组成和变化
1．无机化工流程示意图
规律：主线主产品，分支副产品，回头为循环。
2．无机化工流程题的特点
(1) 试题源于社会生产实际，充分利用生产、生活中的鲜活实例为载体，使问题情境真实，体现化学学科与工业生产和日常生活的紧密联系。
(2) 以解决化学实际问题为思路进行设问，考查学生运用化学反应原理及相关知识解决化工生产中实际问题的能力。
(3) 试题内容丰富，涉及的化学知识面广、综合性强、思考容量大，考查学生化学知识的掌握情况和应用化学知识解决有关问题的能力。
(4) 试题新颖，信息阅读量大，考查学生的阅读能力、信息提取能力、数据处理能力以及知识迁移能力。
3．无机化工流程题涉及的问题
(1) 原料的预处理。
(2) 反应条件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等)。
(3) 反应原理(化学平衡、水解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等)。
(4) 绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分利用等)。
(5) 化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。
4．解题方法
(1) 首尾分析法：对线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，由此分析中找出它们的关系，弄清原料转化的基本原理和除杂、分离、提纯的化工工艺，再结合题目问题，逐一解答。
(2) 分段分析法：对于用同样的原料生产多种(两种或两种以上)产品(含副产品)的工艺流程题，用此法更容易找到解题的切入点。
(3) 交叉分析法：有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用这些中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品，这种题适合用交叉分析法。就是将提供的流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析。
【典题例证】
【例】 (2018·全国卷Ⅱ，26)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
金属离子 Fe3＋ Fe2＋ Zn2＋ Cd2＋
开始沉淀的pH 1.5 6.3 6.2 7.4
沉淀完全的pH 2.8 8.3 8.2 9.4
回答下列问题：
(1) 焙烧过程中主要反应的化学方程式为__________________________________________________。
(2) 滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是_____________。
若不通入氧气，其后果是 ________________ 。
(3) 溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为 ______________________ 。
(4) 电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为_______________________________；
沉积锌后的电解液可返回____________工序继续使用。
【解题指导】
解析：(1)在焙烧过程中ZnS和O2反应生成ZnO和SO2。(2)溶液中的Pb2＋与SO不能共存，生成PbSO4沉淀，SiO2不溶于H2SO4，即滤渣1中含SiO2和PbSO4。氧化除杂过程中O2能将溶液中Fe2＋氧化生成Fe3＋，加入ZnO能调节溶液的pH，促进Fe3＋完全水解。由题表知Fe2＋、Zn2＋开始沉淀和沉淀完全时的pH非常接近，若不通入O2使Fe2＋氧化为Fe3＋，加入ZnO后无法除去Fe2＋，会影响Zn的纯度。(3)根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应式为Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋。(4)结合图示可知电解ZnSO4溶液时生成Zn，即电解时Zn2＋在阴极被还原，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn。沉积Zn后的电解液中主要含有H2SO4，可返回溶浸工序中继续使用。
答案：(1)2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2＋
(3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋
(4)Zn2＋＋2e－===Zn 溶浸
【变式拓展】
（1）“氧化除杂”过程除了加ZnO外还可以加_________________________________________，
O2的作用是________________________________________________________________________。
（2）滤渣洗涤的操作为_________________________________________________________________。
（3）“电解”制备Zn的阳极反应为_____________________________________________。
答案：(1)Zn(OH)2或ZnCO3 把Fe2＋氧化为Fe3＋
(2)沿玻璃棒向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，待蒸馏水自然流尽后，再重复操作2～3次
(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
【素养提升】
(2020·东北三省联考)铅及其化合物有着优异的性能和广泛的应用。工业上利用铅浮渣(主要成分是PbO、Pb还含有少量的Ag、CaO)可制备硫酸铅。制备流程图如下：
已知：Ksp(PbSO4)＝1.6×10－8 Ksp(CaSO4)＝4.9×10－5
（1）步骤Ⅰ有NO产生，浸出液中含量最多的金属阳离子为Pb2＋，写出Pb参加反应的化学方程式：
________________________________________________________________________，
为防止Ag被溶解进入浸出液，步骤Ⅰ操作时应注意__________________________________。
（2）粗PbSO4产品含有的杂质是____________；要得到纯净的PbSO4，需要用试剂进行多次洗涤，再用蒸馏水洗涤。最好选用的试剂是____________。
A．稀硫酸 B．稀盐酸 C．硝酸铅溶液 D．酒精
（3）母液中可循环利用的物质是HNO3若母液中残留的SO过多，则循环利用时可能出现的问题是______________________________________________________________________________。
（4）若将步骤Ⅱ中的Pb2＋完全沉淀【c(Pb2＋)≤1.0×10－5mol·L－1】，则溶液中的c(SO)至少为
____________moL·L－1。
（5）(CH3COO)2Pb是皮毛行业的染色助剂，可用PbSO4与CH3COONH4反应制备，写出反应的离子方程式：____________________________________________________________________。
解析：(1)Pb能与稀硫硝酸发生氧化还原反应，其化学方程式为3Pb＋8HNO3===3Pb(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。由于金属活泼性：Pb＞Ag，故步骤Ⅰ中为了防止Ag溶解进入浸出液，需控制硝酸的用量并使铅浮渣(或Pb)稍有剩余。(2)根据题图可知所得粗PbSO4产品中含有CaSO4杂质，根据PbSO4、CaSO4溶度积常数可知相同条件下PbSO4更难溶，为了得到纯净的PbSO4，可用硝酸铅溶液多次洗涤粗产品，使CaSO4转化为PbSO4，再用蒸馏水洗涤。(3)若母液中残留的SO过多，则其会与浸出时生成的Pb2＋反应生成PbSO4，PbSO4会随浸出渣排出，从而降低PbSO4的产率。
(4)步骤Ⅱ中Pb2＋完全沉淀时溶液中c(Pb2＋)≤1.0×10－5mol·L－1，则溶液中c(SO)至少为mol·L－1＝1.6×10－3mol·L－1。(5)根据题中信息可知PbSO4与CH3COONH4发生复分解反应得到(CH3COO)2Pb，其离子方程式为PbSO4＋2CH3COO－===(CH3COO)2Pb＋SO。
答案：(1)3Pb＋8HNO3===3Pb(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 控制硝酸的用量并使铅浮渣(或Pb)稍有剩余(其他合理答案均可)
(2)CaSO4 C (3)浸出时部分Pb2＋生成PbSO4随浸出渣排出，降低PbSO4的产率
(4)1.6×10－3 (5)PbSO4＋2CH3COO－===(CH3COO)2Pb＋SO