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第三章
金属及其化合物
第8讲 金属材料与金属矿物的开发利用
1．了解合金的概念及金属材料的重要应用。
2．了解常见金属的冶炼方法。
3．了解镁、铝、铜单质及其重要化合物的性质、用途和制备方法。
4．能说明常见金属元素及其化合物的应用(如金属的冶炼等)对社会发展的价值，以及对环境的影响。
5．结合实例认识金属及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质的性质、实现物质转化，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。
考点一
考点二
考点三
必备知识·梳理夯实
1.合金
[微点拨] ①常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。
②合金是混合物，合金的物理性质相比于成分金属有所改变，但合金中各成分金属的化学性质不变。
③并非所有的金属都能相互形成合金，若一种金属的熔点高于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。
2.常见金属材料
(1)分类
(2)常见合金材料
③铝合金：密度______，强度高，塑性好、易于加工。具有较强的抗腐蚀能力，应用于建筑业、容器、包装业、交通运输业等。
小
3.新型合金
4.金属矿物开发利用的方法
(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把金属从________态还原为________态的过程。即_______________(写反应通式，用M表示金属)。
化合
游离
Mn＋＋ne－===M
(4)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)
由于金属的化学活动性不同，金属离子得电子还原成金属原子的能力不同。必须采用不同的冶炼方法。常用方法如下：
[微点拨] ①金属冶炼与金属活动性的关系：
②冶炼Mg时电解熔融MgCl2而不电解熔融MgO，原因是MgO的熔点高，熔融时会耗费更多能源，增加生产成本。
③冶炼Al时只能电解熔融Al2O3而不能电解熔融AlCl3，原因是AlCl3是共价化合物，熔融态不导电；加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。
④用热还原法得到的铜，还要经过电解精炼才能得到精铜。
(5)铝热反应
实验 原理 Al和某些金属氧化物在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离
实验 装置
实验 现象 ①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应
②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
实验 结论 高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，反应的化学方程式为__________________________________
原理 应用 ①制取熔点较高、活泼性______于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等。
②金属焊接，如野外焊接________等
弱
钢轨
[微点拨] 铝热反应的三个注意事项
①铝热反应是在高温干态下进行的置换反应，铝只能与金属活动性顺序中排在铝之后的金属的氧化物反应。
②铝热反应会放出大量的热(这一特性常出现在推断题中)。Mg条、KClO3的作用是产生高温，引发铝热反应。
③铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。
1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)金属元素的单质在常温下均为固体。( )
(2)合金材料中不可能含有非金属元素。( )
(3)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属。( )
(4)任何金属之间都能形成合金。( )
(5)钢与纯铁比较，钢不易生锈。( )
(6)不锈钢、硬铝都是合金，青铜是铜单质，不属于合金。( )
(7)高温铝易被氧化，铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼。( )
×
×
×
×
×
×
√
(8)镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料。( )
[提示] 镧镍合金可作储氢材料。
(9)合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属。( )
(10)冶炼铝和钠都可以用电解法。( )
(11)所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应。( )
(12)工业上用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物。( )
×
√
√
√
√
(13)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时，阴极上依次析出Cu、Fe、Al。( )
(14)火烧孔雀石炼铜是采用的焦炭法来冶炼金属。( )
(15)可以用金属钠置换四氯化钛(TiCl4)溶液中的钛来制取单质钛。( )
(16)金属在自然界中都以化合态存在，故金属的冶炼就是将金属从其化合物中置换出来。( )
(17)湿法炼铜和火法炼铜的反应中，铜元素都发生了还原反应。( )
×
×
×
√
√
(18)工业上金属Al是用电解熔融的氯化物制得的。( )
(19)金属不论是否活泼都比较难冶炼，铝热反应可以冶炼难熔金属。( )
(20)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高。( )
[提示] 人类历史上使用铝的时间比铁晚，是由于铝的活泼性大于铁。
×
×
×
2.冶炼金属常用以下几种方法：
①热分解法 ②以活泼金属Na、Mg等作为还原剂
③以C、CO或H2作为还原剂 ④电解法 ⑤利用铝热反应原理还原
下列金属各采用哪种方法冶炼最佳(用上述方法的序号填空)。
(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属______。
(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属______。
(3)Hg、Ag等不活泼金属______。
(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属______。
③
④
①
⑤
3.(1)下表中是四种金属的熔、沸点数据：
①根据表中数据，归纳两种金属不能形成合金的有哪些组合？
②概括出能形成合金的两种金属应具备的条件。
[提示] ①Na—Cu，Na—Fe
②要形成合金，各成分都要有共同的液态温度范围，即合金中一种金属的熔点要高于另一种金属的熔点而低于它的沸点。
金属 Na Al Cu Fe
熔点/℃ 97.81 660 1 038 1 535
沸点/℃ 883 2 467 2 567 2 750
(2)明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷淀，毁罐取出……即倭铅也”(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭)
①倭铅是指金属锌和铅的混合物吗？
②冶炼Zn的化学方程式是什么？
③该冶炼锌的方法属于哪种方法？
考点突破·训练提升
典例 1
微考点1 常见合金及应用
(1) (2023·河北衡水检测)钢铁是铁碳合金的总称，其强度高、价格便宜、应用广泛。在以下关于不锈钢和普通钢的认识中，正确的是( )
A．它们的组成元素是相同的
B．耐腐蚀的性能不同
C．它们都属于钢，因此物理性质相同
D．构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此它们的化学性质相同
B
[解析] 普通钢主要含有铁和C，不锈钢由普通钢、镍、铬、钼等熔合而成，故A错误；不锈钢耐腐蚀性强于普通钢，故B正确；两者都属于钢，但所含有的元素不同，物理、机械性能存在较大差异，故C错误；不锈钢中含有的镍、铬、钼等元素使得不锈钢的化学性质有别于普通钢，故D错误。
(2) (2023·河南郑州高三检测)金属钾和金属钠的金属性相近，但K比Na略强，当利用金属钠与KCl共熔制金属钾时，发现钾与钠的共熔体难以分离，如调整温度到一定程度，则可利用钠与KCl反应制取K，下面是四种物质的熔沸点：
K Na KCl NaCl
熔点/ ℃ 63.6 97.8 770 801
沸点/ ℃ 774 882.9 1 500 1 413
根据平衡移动原理，可推知用Na和KCl反应制取金属钾的适宜温度是( )
A．低于770 ℃ B．850 ℃
C．高于882.9 ℃ D．1 413～1 500 ℃
[解析] 在金属活动性顺序中，Na虽然排在K的后面，但从表中提供的数据可知，钾的熔点和沸点都比钠低，当钠与KCl混合加热熔化后，温度升高到774 ℃以上，钾变成蒸气逸出，平衡右移，但温度不得高于882.9 ℃，所以B项正确。
B
〔对点集训1〕 (1) (2023·安徽合肥六校联考)世界冬奥会和冬残奥会中短道速滑项目队员所穿的速滑冰刀可用不锈钢制成。下列叙述错误的是( )
A．不锈钢是最常见的一种合金钢
B．不锈钢中常添加镍(Ni)和铬(Cr)元素，从而使其具有特殊性能
C．不锈钢中只含有金属元素，不含有非金属元素
D．不锈钢是通过增加原子层之间的相对滑动难度，导致合金的硬度变大
C
[解析] 不锈钢一般认为在普通钢中添加了合金元素镍、铬等，故不锈钢属于合金钢，A正确；不锈钢中除含有Fe、Ni、Cr等金属元素外，还含碳元素，使其具有特殊性能，B正确，C错误；不锈钢是一种合金，通过增加原子层之间的相对滑动难度，可提高合金的硬度，D正确。
(2) (2023·天津第一中学期末)我国第一艘国产航空母舰“山东舰”的“超级甲板”采用了大量新型铝锂合金和铝镁合金等航天材料，真正实现了“浴千度火仍无恙”。下列关于两种合金的说法正确的是( )
A．铝锂合金是铝与锂形成的新型化合物
B．铝锂合金的硬度比铝大，熔、沸点比铝高
C．铝镁合金不能全部溶解于稀盐酸中
D．铝镁合金焊接前用NaOH溶液处理氧化铝膜
D
[解析] 铝锂合金是铝与锂在高温下熔合而形成的一种混合物，并未发生化学反应，不是化合物，A错误；铝锂合金的硬度比铝大，但其熔、沸点比组分金属铝的低，B错误；铝镁合金中Mg、Al都能与稀盐酸反应，故能全部溶解于稀盐酸中，C错误；Al2O3是两性氧化物，可与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2O，故铝镁合金焊接前用NaOH溶液处理氧化铝膜，D正确。
归纳拓展
1
2
并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其熔点不能相差太大，若一种金属的熔点高于另一种金属的沸点，则这两种金属不能形成合金。
金属与金属(或金属与非金属)形成合金时，要经高温熔合过程，但并未发生化学反应，故合金是混合物，不是化合物。
(3) (2023·山东滨州高三检测)某课外活动小组，收集了一种合金进行研究(已知Cu的焰色反应为绿色)。
①外观暗灰色，表面光滑；
②在酒精灯上灼烧，火焰呈绿色；合金片熔化，但不滴落；
③取刮去表皮的金属10.0 g，放入足量稀硫酸溶液中，收集到标准状况下的H2 9.96 L；
④另取刮去表皮的金属10.0 g，放入足量NaOH溶液中，也收集到标准状况下的H2 9.96 L。
试据此判断，合金中一定含有的元素是______________(写元素符号)；下列元素可能含有的是______(填选项编号)。
a．Ag B．Mg
C．Pb D．Fe
如果该合金中，只含两种元素，它们的质量比是________________
____________。
Cu、Al
a
m(Al)∶m(Cu)＝
4∶1
[微点拨] 定量测定合金组成的方法
典例 2
微考点2 金属矿物的开发与利用
(1) (2023·广东湛江一模)人类最早冶金的历史年代曲线图如图所示(－1000表示公元前1000年)：
下列说法正确的是( )
A．金属越活泼，冶炼的年代一定越晚
B．冶炼金属的历史：电解氯化物比电解氧化物早
C．自然界中铜元素以游离态形式存在，故铜的冶炼年代最早
D．金属氧化物(如Al2O3、Cu2O)也属于金属材料
B
[解析] Cu的冶炼年代比Au、Ag早，故越活泼的金属冶炼年代不一定越晚，A错误；金属氯化物的熔点低，容易冶炼，故电解氯化物比电解氧化物早，B正确；在自然界中，铜的冶炼年代与铜在自然界的存在形式无关，C错误；金属氧化物不属于金属材料，金属材料是指金属单质或合金，D错误。
A
〔对点集训2〕 (1) (2023·河北衡水高三检测)《五金·铁》中记载：“若造熟铁，则生铁流出时，相连数尺内，低下数寸，筑一方塘，短墙抵之。其铁流入塘内，数人执柳木排立墙上……众人柳棍疾搅，即时炒成熟铁。”以下说法不正确的是( )
A．金属冶炼方法由金属活泼性决定
B．熟铁比生铁质地更硬，延展性稍差
C．炒铁是为了降低铁水中的含碳量
D．该法与近代往生铁水中吹空气炼钢异曲同工
B
[解析] 活泼性不同的金属，其冶炼方法不同，即金属冶炼方法由金属活泼性决定，故A正确；熟铁比生铁质地更软，且延展性好，故B错误；炒铁过程中降低了铁水中的含碳量，从而将生铁转化成熟铁，故C正确；该冶炼方法和近代往生铁水中吹空气炼钢，都是利用空气中的氧气氧化碳元素，其原理基本相同，故D正确。
(2) (2023·山东滨州检测)工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如图：
①由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为________________________
____________。
6Cu
②以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼。下列说法正确的是________。
A．电能全部转化为化学能
B．粗铜接电源正极，发生氧化反应
C．溶液中Cu2＋向阳极移动
D．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
③利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为____________________
__________。
BD
4H＋＋O2＋4e－ ===
2H2O
[解析] ①图示中可利用铝热反应由泡铜冶炼粗铜。②电解精炼铜的过程中电能转变为化学能的同时，部分电能转化为热能，A错；电解精炼铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连，发生氧化反应，B对；电解过程中Cu2＋向阴极移动，C错；粗铜中Ag、Pt、Au不活泼，放电能力比铜弱，形成阳极泥，可以回收，D对。③根据总反应，O2发生还原反应，因此正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
必备知识·梳理夯实
1.镁、铝的结构和存在
镁、铝分别位于元素周期表的第______周期________族和________
族，原子结构示意图为______和______，它们都是活泼的金属，在自然界中全部以__________的形式存在。______是地壳中含量最多的金属元素。
三
ⅡA
ⅢA
化合态
铝
2.镁、铝单质物理性质比较
(1)相同点：均为________色、有金属光泽的固体，有良好的________性、导电性和导热性等，密度、硬度均较______。
(2)不同点：铝的熔点比镁______，硬度比镁______。
3.镁的化学性质
银白
延展
小
高
大
[微点拨] Mg在CO2中能够燃烧，所以活泼金属镁着火不能用干粉灭火器和泡沫灭火器灭火。镁也可在氮气中燃烧，生成氮化镁(Mg3N2)，氮化镁能与水剧烈反应生成Mg(OH)2沉淀并放出氨气。
4.MgO和Mg(OH)2的化学性质
(1)MgO是碱性氧化物，能与酸(H＋)反应生成Mg2＋和H2O，离子方程式为________________________________。
(2)Mg(OH)2是一种中强碱，能与酸(H＋)反应生成Mg2＋和H2O，离子方程式为________________________________________。
MgO＋2H＋===Mg2＋＋H2O
Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
5.海水提镁工艺
(1)流程
(2)步骤及主要反应
6.铝及其化合物性质
(1)化学性质
写出图中标号反应的化学方程式或离子方程式：
②______________________________
④__________________________________________________
⑤__________________________________
(2)铝的氧化物(Al2O3)——两性氧化物
(3)铝的氢氧化物[Al(OH)3]——两性氢氧化物
主要性质：白色胶状固体，难溶于水，有较强的吸附性。
写出上图标号中有关反应的离子方程式：
①________________________________________。
②____________________________________________。
③____________________________________。
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
[微点拨] (1)镁、铝的特殊化学性质
①铝是活泼金属，但抗腐蚀性能强，原因是常温下Al与O2反应生成一层致密的氧化物薄膜而防止内部金属进一步被氧化。铝能与酸(H＋)反应，是属于活泼金属的通性；铝能与碱溶液反应，是铝表现出来的特殊性。
②铝与某些金属氧化物可发生铝热反应，铝热反应可用于焊接金属、冶炼高熔点的贵重金属，但Al与MgO不能发生铝热反应，原因是Mg的活泼性强于Al。
③镁在空气中燃烧除了与O2反应产生MgO外，还与N2反应产生Mg3N2，与CO2反应生成C和MgO。
④由于Mg能够在CO2中燃烧，所以镁着火时不能用干冰灭火器和泡沫灭火器灭火。
(2)既能与盐酸反应又能与NaOH溶液反应的物质有Al、Al2O3、Al(OH)3，多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3、NaHSO3、NaH2PO4等)，弱酸的铵盐(如CH3COONH4等)。
7.由铝土矿提取铝
由铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)提取Al2O3的两大工艺流程：
4Al＋3O2↑
1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)工业上电解熔融的MgO制镁。( )
(2)铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物，其原因是Al和Al2O3均能与一些酸、碱反应。( )
(3)除去氧化膜的铝箔在空气中加热，铝箔熔化但不滴落，说明铝易氧化形成氧化膜保护铝。( )
(4)Al在高温下与MgO发生铝热反应制备Mg。( )
(5)能与Al反应生成H2的溶液一定是酸性溶液。( )
×
×
×
√
√
(6)铝与盐酸反应时，盐酸作氧化剂，铝与氢氧化钠溶液反应时，氢氧化钠作还原剂。( )
(7)明矾可作净水剂，起到杀菌消毒的作用。( )
(8)工业上制造镁粉时，可将镁蒸气在N2中冷却。( )
[提示] Mg与N2反应生成Mg3N2，故Mg不能在N2中冷却。
(9)Al2O3的熔点高，可作耐高温材料，实验室可用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3固体等。( )
[提示] Al2O3能与碱反应，所以不能用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3固体等。
×
×
×
×
(10)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。( )
(11)能用铝槽车储运浓硫酸与浓硝酸，是因为铝的化学性质稳定，不与浓硫酸、浓硝酸反应。( )
(12)氧化铝的硬度大，故常用于制造耐火材料。( )
(13)氢氧化铝能与盐酸反应，故可用于中和过多胃酸。( )
×
×
×
√
√
2. (2023·江西新余第四中学检测)某化学兴趣小组要在“校园科艺节活动”中使用氢气球表演节目。经过测量，每个氢气球的体积约为1.12 L(已折成标准状况)。
已知兴趣小组采用Al和氢氧化钠溶液反应制取氢气。
(1)若实验需要1 L 2.5 mol·L－1的NaOH溶液，则要用拖盘天平称取NaOH固体_____g。配制溶液过程中所需仪器除托盘天平、钥匙、烧杯、玻璃棒外，还需要________________、____________(填仪器名称)。
100
1 000 mL容量瓶
胶头滴管
(2)该化学兴趣小组为了营造气氛，做了惊艳全场的铝热反应(如下图)，写出该反应的化学方程式：_____________________________。兴趣小组同学取反应后的“铁块”溶于盐酸，向其中滴加KSCN溶液，发现溶液变红色。出现这种现象的原因可能是________________________
___________________________________。
固体中有没反应完的磁性氧
化铁或熔融的铁被空气中的氧气氧化
(3)若要除去上述所得“铁块”中含有的氧化铝，可选择__________
_____(填试剂名称)，所发生反应的化学方程式为____________________
_________________。
氢氧化钠溶
液
Al2O3＋2NaOH===
2NaAlO2＋H2O
3.(1)铝的化学性质活泼，为什么日常生活中广泛使用的铝制品通常具有较强的抗腐蚀性能？常温下为什么能用铝制槽车来储运浓H2SO4或浓HNO3
(2)①在做铝的燃烧实验时，用坩埚钳夹住一小块铝箔，在酒精灯上加热至其熔化，会看到的现象是铝箔熔化，失去光泽，但熔化的铝并不滴落。原因是什么？②铝与NaOH溶液反应的机理是什么？
(3)制备Al(OH)3时为什么不用NaOH溶液，而使用氨水？
(4)明矾的净水作用与液氯对自来水的消毒作用是否相同？
(5)中学化学学习阶段接触到许多既能与酸反应又能与碱反应的物质，除了Al及其重要化合物外，你还知道哪些？
[提示] (1)铝在常温下迅速被氧气氧化，形成一层致密的氧化膜，保护铝不再被氧化，因而铝制品通常具有较强的抗腐蚀性能。常温时，浓H2SO4和浓HNO3能使铝钝化，因此可用铝制槽车储运浓H2SO4或浓HNO3。
(3)NaOH溶液可以溶解Al(OH)3，而氨水不能溶解Al(OH)3。
(4)不同。明矾净水只是除去水中的悬浮杂质，不能杀菌消毒，而液氯只能杀菌消毒，不能沉淀悬浮的杂质。
(5)①弱酸的铵盐，如 NH4HCO3、CH3COONH4、(NH4)2S等；②弱酸的酸式盐，如NaHCO3、KHS、NaHSO3等；③氨基酸等。
考点突破·训练提升
典例 1
微考点1 镁、铝单质的性质及应用
(1) (2023·湖南模拟)实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示(夹持和加热装置略去)：
下列说法正确的是( )
A．装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液
B．若去掉装置C，对产品纯度无影响
C．实验时应先加热装置C，通入一段时间空气后再加热D
D．装置E中碱石灰的作用是吸收尾气
C
[解析] 要制备氮化镁，需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气，则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸，A错误；若去掉装置C，镁与氧气反应生成氧化镁，对产品纯度有影响，B错误；实验时，应先加热装置C，通入一段时间空气除去氧气，然后再加热装置D，C正确；装置E中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，避免进入D中干扰实验，D错误。
(2)下列关于金属镁、铝的说法中正确的是( )
A．铝在地壳中的储量非常丰富，在古代常用来制造兵器
B．大量镁条燃烧引起的火灾不能用干粉灭火器灭火
C．镁铝合金既可完全溶于过量盐酸又可完全溶于过量NaOH溶液
[解析] 虽然铝在地壳中的储量非常丰富，但都是以化合态的形式存在，古代没有冶炼金属铝的技术，A错误；Mg可与CO2发生反应，B正确；Mg不能溶于NaOH溶液，C错误；Mg的金属性比Al强，故Al与MgO不能发生铝热反应，D错误。
B
(3) (2023·安徽育才学校月考)如图是实验室制取无水氯化镁的实验装置。下列有关表述正确的是( )
A．装置A中圆底烧瓶中可以换成固体MnO2
B．如果直接加热MgCl2·6H2O不能得到无
水氯化镁，可能得到Mg(OH)Cl或MgO
C．可以用浓硫酸作为吸收剂进行尾气吸收
D．金属镁在空气中燃烧，剧烈反应生成氧化镁，如果金属镁燃烧发生火灾，要立即用二氧化碳灭火器进行灭火
B
[解析] 浓硫酸有吸水性，浓盐酸有挥发性，将浓盐酸加入浓硫酸中会产生HCl气体，在酸性环境中可以抑制Mg2＋水解，用于制取无水氯化镁，将浓硫酸换为MnO2，二者在常温下不发生反应，A项错误；如果直接加热MgCl2·H2O，Mg2＋水解，可能得到Mg(OH)Cl或MgO，B项正确；尾气中含有HCl，不能被浓硫酸吸收，应用碱液吸收，C项错误；Mg可以在CO2中燃烧，不能用二氧化碳灭火器进行灭火，D项错误。
(4) (2023·经典习题选萃)铝是中学化学学习阶段的一种既能与酸(非氧化性酸)反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属，就铝的这一特殊性质回答下列问题：
①等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，所得H2的体积之比是__________。
②足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸和氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是__________。
1∶3
1∶3
③足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，二者产生的H2相等，则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是__________。
④甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L－1的盐酸和NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后，测得生成的气体体积比为V(甲)?V(乙)＝1?2，则加入铝粉的质量为______(填字母)。
A．5.4 g B．3.6 g
C．2.7 g D．1.8 g
3∶1
A
[解析] ①根据化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，Al与H2的关系式均为2Al～3H2，故只要参加反应的Al的量相等，所得H2的量必相等。②因为在反应中Al过量，产生的H2由HCl和NaOH的量决定。根据化学反应中的关系式：6HCl～3H2、2NaOH～3H2，故当HCl、NaOH物质的量相等时，二者产生H2的物质的量之比是1∶3，即产生H2的体积之比为1∶3。③因为铝足量且产生H2的量相等，根据关系式可得n(HCl)∶n(NaOH)＝
3∶1，又因为两溶液体积相等，故物质的量浓度c(HCl)∶c(NaOH)＝n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1。④其反应原理分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。可见当参加反应的HCl和NaOH的物质的量相同时，产生H2的体积比是1∶3，而题设条件体积比为1∶2，说明此题投入的铝粉对盐酸来说是过量的，而对于NaOH来说是不足的。
2Al＋6HCl===2AlCl3 ＋ 3H2↑
6 mol 3 mol
3 mol·L－1×0.1 L 0.15 mol
则Al与NaOH溶液反应生成的H2为0.15 mol×2＝0.3 mol。
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2×27 g 3 mol
5.4 g 0.3 mol
即投入的铝粉的质量为5.4 g。
[易错警示] ①能与铝反应生成H2的溶液，可能是酸性溶液，也可能是碱性溶液。
②等质量的铝与足量的酸或碱溶液反应，生成H2的量相同。
③等物质的量的酸和碱与足量的铝反应，生成H2的量由酸和碱的物质的量决定。
〔对点集训1〕 (1) (2023·山东潍坊模拟)由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：
①在一定条件下脱水干燥；②加熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤蒸发结晶。其先后顺序正确的是( )
A．②④⑤③① B．③②④①⑤
C．③④②⑤① D．②④③⑤①
D
(2) (2022·广东广州高三检测)如表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及两者间因果关系的判断，完全正确的是( )
选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ 判断
A 铝制炊具最好不要盛放酸性或碱性较强的液体食物 因为Al和Al2O3既可以与强酸反应又可以与强碱反应 Ⅰ对，Ⅱ对，
有
B 铝箔在酒精灯火焰上加热熔化但不滴落 铝箔对熔化的铝有较强的吸附作用 Ⅰ对，Ⅱ对，
有
C 海啸使水源发生污染，可用明矾进行消毒和净化 因为明矾水解生成Al(OH)3胶体，具有吸附性 Ⅰ对，Ⅱ错，
无
D 铁或铝制成的槽车可以密封贮运浓硫酸或浓硝酸 因为铁和铝不能与浓硫酸或浓硝酸反应 Ⅰ错，Ⅱ对，
无
A
[解析] 因为Al和Al2O3既可以与强酸反应，又可以与强碱反应，故最好不要盛放酸性或碱性较强的液体食物，两者有因果关系，A正确；铝与氧气反应生成氧化铝，其熔点高，铝箔在酒精灯火焰上加热熔化但不滴落，Ⅱ错，B错误；明矾中铝离子水解生成氢氧化铝胶体，胶体吸附水中的悬浮物而净化水，不能杀菌消毒，C错误；铁和铝与浓硫酸或浓硝酸发生钝化反应，D错误。
(3) (2023·山东滨州高三检测)将等物质的量的金属Na、Mg、Al分别与100 mL 2 mol·L－1的盐酸反应，实验测得生成气体的体积V(已折合为标准状况)与时间t的关系如图所示，则下列说法错误的是( )
A．x＝2.24
B．钠的物质的量为0.2 mol
C．反应时，Na、Mg、Al均过量
D．曲线b为Mg与盐酸反应的图像
C
[解析] 由图像可以看出，生成气体的体积相等，则盐酸完全反应，x＝2.24，A正确；根据生成的H2为2.24 L，可知Na失去0.2 mol电子，则钠的物质的量为0.2 mol，B正确；反应时如果钠过量，则钠会与水反应，生成的气体必多于2.24 L，C错误；根据反应速率可知曲线a、b、c依次是Na、Mg、Al与盐酸反应的图像，D正确。
(4) (2023·河北衡水检测)如图是工业利用菱镁矿MgCO3(含杂质Al2O3、FeCO3)制取镁的工艺流程。
回答有关问题：
①菱镁矿送入酸浸池前需要粉碎，目的是________________。
②氧化池中通入氯气的目的是氧化______________，工业上不选用硝酸作氧化剂的原因是____________________和__________________。
③沉淀混合物为_______________和_______________(填化学式)。
提高酸浸速率
Fe2＋(或FeCl2)
会产生污染性气体NOx
Al(OH)3
Fe(OH)3
④利用熔融氯化镁制取金属镁，选用的方法是______(填字母)。
A．电解法 B．氧气还原法
C．碳还原法 D．分解法
[解析] ①粉碎菱镁矿，增大固相反应物的接触面积，提高酸浸速率。②通入Cl2，是为了将Fe2＋(或FeCl2)氧化为Fe3＋(或FeCl3)，工业上不用硝酸作氧化剂是因为会产生污染性气体也会引入杂质离子NO。③氧化池中存在Al3＋、Fe2＋、H＋，所以加入MgO后与H＋反应使溶液碱性增强，Al3＋和Fe3＋转化为Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀。④金属镁比较活泼，一般采用电解熔融MgCl2的方法进行冶炼。
A
典例 2
微考点2 镁、铝的重要化合物的性质及应用
(1) (2023·江苏盐城期初调研)下列除去杂质的方法不正确的是( )
A．镁粉中混有少量铝粉：加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥
B．用过量氨水除去Fe3＋溶液中的少量Al3＋
C．Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤
D．MgO中混有少量Al2O3：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤、洗涤、干燥得到MgO
[解析] Al(OH)3不溶于氨水，故向Al3＋和Fe3＋的混合溶液中加入过量氨水时，Fe3＋、Al3＋均转化为氢氧化物沉淀，达不到除杂的目的。
B
(2) (2023·河北衡水高三检测)已知常温下浓硫酸能使铝片表面形成致密的氧化膜，下列通过制取硫酸铝、氢氧化铝获得氧化铝的装置和原理能达到实验目的的是( )
[解析] 常温下浓硫酸能使铝钝化得不到硫酸铝，A错误；过量氢氧化钠与硫酸铝反应生成偏铝酸钠，B错误；氢氧化铝不溶于水，可通过过滤与水分离，且过滤操作正确，C正确；灼烧固体用坩埚，不用蒸发皿，D错误。
C
〔对点集训2〕 (1) (2023·甘肃武威第十八中学诊断考试)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：
下列叙述正确的是( )
A．试剂X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸
B．反应①过滤后所得沉淀为氢氧化铁
C．图中所示转化反应都不是氧化还原反应
D．反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3
D
[解析] 由溶液乙通入过量的Y生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠可知，溶液乙中含有偏铝酸根，气体Y为二氧化碳，故试剂X可以是氢氧化钠溶液，不可能为盐酸，故A错误；氧化铁与氢氧化钠不反应，反应①后过滤所得沉淀为氧化铁，故B错误；电解熔融氧化铝生成铝，属于氧化还原反应，故C错误；反应②为过量的二氧化碳与偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，该反应的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，故D正确。
(2) (2023·河北衡水中学调研)下列有关铝及其化合物的说法正确的是( )
A．室温下，将铝片放入浓硝酸中，无明显实验现象，说明铝与浓硝酸不发生反应
B．氧化铝是碱性氧化物，可用于治疗胃酸过多
C．明矾是常用的净水剂，净水时发生的反应为Al3＋＋3H2O
Al(OH)3＋3H＋
C
归纳拓展
基于铝及其化合物的“两性”，分离提纯含铝物质
利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于强碱的特性，可除去许多物质中的含铝杂质(括号内为杂质)：
(1)Mg(Al)：加足量NaOH溶液。
(2)Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液。
(3)Mg(OH)2[Al(OH)3]：加足量NaOH溶液。
(4)Mg2＋(Al3＋)：加过量NaOH溶液，过滤，再加合适的酸充分溶解。
(3) (2022·湖南，7)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下：
下列说法错误的是( )
A．不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料
B．采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C．合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2
D．滤液可回收进入吸收塔循环利用
C
[解析] 本题考查工艺流程分析及元素化合物知识。HF能与陶瓷中的SiO2反应，故吸收塔不宜用陶瓷作内衬材料，A项说法正确；溶液喷淋可以使烟气与溶液充分接触，提高吸收效率，B项说法正确；烟气(含HF)通入吸收塔，加入过量的碳酸钠，发生的反应为Na2CO3＋HF===NaF＋NaHCO3，合成槽中的反应为NaAlO2＋6NaF＋4NaHCO3===Na3AlF6＋4Na2CO3＋2H2O，C项说法错误；滤液中主要成分为Na2CO3，可以进入吸收塔回收利用，D项说法正确。
典例 3
微考点3 铝热反应实验的关键点、注意事项及延伸拓展
(2022·北京模拟)铝热反应常用于冶炼高熔点金属，某小组探究Al粉与Fe3O4反应后所得黑色固体的成分，实验过程及现象如下：
下列说法不正确的是( )
A．反应①产生的气体是H2
C．反应③的白色沉淀是Al(OH)3
D．黑色固体中不含Al和Fe3O4
D
〔对点集训3〕 (1) (2023·经典习题汇编)利用如图装置做铝热反应实验，下列说法不正确的是( )
B．该反应会产生高温，发出强光
C．根据铝热反应的原理，可以冶炼某些金属
D．若反应中转移3 mol电子，消耗氧化剂的物质的量是1 mol
D
物质 Al Al2O3 Fe Fe2O3
熔点/ ℃ 660 2 054 1 535 1 462
沸点/ ℃ 2 467 2 980 2 750
①该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。这种推测有一定的道理，理由是__________________________________________
________________________。
②设计一个简单的实验方案，证明上述所得的熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是________________，当观察到______________的现象时，说明熔融物中含有金属铝。
该反应温度下铝已熔化，未反应的铝可与生成的
铁熔合在一起，形成合金
NaOH溶液
有气泡生成
③实验室溶解该熔融物，最好选用下列试剂中的______(填序号)。
A浓硫酸 B．稀硫酸
C稀硝酸 D．氢氧化钠溶液
[解析] ①铝热反应放出大量的热，根据表中数据可看出，金属铝熔点比金属铁低，当生成的铁熔化，金属铝也已经熔化并与液态铁形成合金。②铝与NaOH溶液反应，产生H2。③浓硫酸使铁、铝钝化，稀硝酸会产生NO，污染环境，NaOH溶液不能溶解铁。
B
必备知识·梳理夯实
1.单质铜
(1)物理性质：铜是一种有金属光泽的________色固体，具有良好的________性、________性和延展性。
(2)化学性质
紫红
导电
导热
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
①________________________________________________
②______________________
2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3
2.氧化铜和氧化亚铜
[微点拨] 由氧化铜和氧化亚铜的转化关系可知，氧化亚铜更稳定。
3.氢氧化铜
(1)物理性质：______色______溶于水的固体，是一种弱碱。
(2)化学性质及应用
蓝
难
4.铜盐
(2)CuSO4·5H2O俗称______________。
(3)铜盐溶液有毒，主要是因为Cu2＋作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此可将胆矾、熟石灰、水配成波尔多液，用来杀灭植物的病毒。
胆矾或蓝矾
[微点拨] (1)蓝色晶体胆矾失去水分变成白色固体属于化学变化。
(3)铜为变价金属，与Cl2反应生成CuCl2，与S反应生成Cu2S，由此可知氧化性：Cl2>S。
(4)Cu与稀硫酸不反应，但在通入O2的条件下，Cu可在稀硫酸中逐渐溶解：2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O。
(5)无水CuSO4可作为检验水的试剂，但不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。
5.铜的冶炼
(1)湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。
(2)高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)
电解精炼铜的原理是用粗铜为阳极，铜在阳极上失电子变为Cu2＋，用纯铜棒为阴极，Cu2＋在阴极上得电子生成铜。
1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)铁、铜在潮湿的空气中均易形成金属氧化物。( )
(2)Cu2O和CuO在稀硫酸中反应原理相同。( )
(3)清除铜制品表面的铜绿用稀HNO3。( )
(4)CuO是黑色固体，与水反应生成Cu(OH)2。( )
(5)过量的铜与浓硝酸反应一定没有NO生成。( )
(6)实验室中常用无水硫酸铜检验酒精中是否含有少量水。( )
(7)“铜绿”是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物。( )
×
×
×
×
×
×
√
(8)向CuSO4溶液中加入铁粉，有红色固体析出，则Fe2＋的氧化性强于Cu2＋的氧化性。( )
(9)除去铜粉中混有的CuO，可加入足量稀硝酸，充分反应后，过滤、洗涤、干燥。( )
[提示] S元素从－2→＋4，被氧化的元素是S。
(11)CuSO4变成CuSO4·5H2O是物理变化。( )
[提示] CuSO4＋5H2O===CuSO4·5H2O是化学变化。
×
×
×
×
(12)把表面有氧化物的相同大小的铜片和铁片一起放入盐酸中充分反应，Fe片有剩余，所得溶液中的金属离子有Fe2＋、Cu2＋。( )
[提示] 先发生：Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O和CuO＋2HCl===CuCl2＋H2O，这时溶液中有Fe3＋和Cu2＋。但铁片表面的氧化物除净后，铁单质与溶液接触，发生Fe＋2FeCl3===3FeCl2、Fe＋CuCl2===Cu＋FeCl2和Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，因此充分反应后溶液中只有Fe2＋。
(13)铜比铝先获得成功冶炼的原因是铜矿较易被还原，铝矿很难被还原。( )
[提示] 铝活泼，难冶炼。
×
√
(14)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分，在干燥的空气中铜不易生锈。( )
(15)1 mol Cu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO3分子。( )
(16)中国古代利用明矾溶液的酸性清除铜镜表面的铜锈。( )
(17)将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体。( )
[提示] CuCl2水解，加热蒸干得到Cu(OH)2，灼烧后得到CuO。
(18)将铜丝在空气中加热至红热后迅速伸入装有乙醇的试管中，可闻到刺激性气味。( )
[提示] 铜丝在空气中加热生成CuO，CuO与乙醇生成有刺激性气味的乙醛。
×
×
√
√
√
2.铜的重要化合物转化关系如下。完成下列方程式：
(1)铜的氧化物
①CuO高温分解得Cu2O的化学方程式为_____________________。
②Cu2O溶于稀硫酸产生蓝色溶液和紫红色固体，离子方程式为_________________________________。
Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O
(2)氢氧化铜
氢氧化铜悬浊液煮沸变黑的原因，用化学方程式表示为__________
____________________。
(3)硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末，化学方程式为
_______________________________________。
Cu(OH)2
3.孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。某同学设计从孔雀石中冶炼铜的方案如下(假设孔雀石中杂质不溶于水和稀硫酸)：
(1)反应①能观察到的现象是__________________________________
________________，有关反应的化学方程式为______________________
________________________。
固体逐渐消失，溶液由无色变为蓝色，
有气泡产生
Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4
===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O
(2)反应②加入的金属可能是______，有关反应的离子方程式为____________________________________________。
(3)操作a可能的方法是________，欲除掉的杂质为_______________
_________；要从操作a所得到的溶液中得到溶质的晶体，需要进行的操作是______________________。
铁
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu(答案合理即可)
过滤
难溶于水和稀硫
酸的杂质
加热浓缩、冷却结晶
4.(1)Cu和Cu2O都是红色固体，如何采用化学方法鉴别？
[提示] 将红色固体投入稀硫酸中，生成蓝色溶液的为Cu2O，无明显现象的是Cu。原因：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。
(2)研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案：
对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？
[提示] 方案③。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。因而方案③更经济合理。
考点突破·训练提升
典例 1
微考点1 铜及其化合物的性质和应用
(1) (2020·全国Ⅲ卷，7)宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石颜料[主要成分为Cu(OH)2·CuCO3]，青色来自蓝铜矿颜料(主要成分为Cu(OH)2·
2CuCO3)。下列说法错误的是( )
A．保存《千里江山图》需控制温度和湿度
B．孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化
C．孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱
D．Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3
C
[考题点睛]
[解析] 本题考查了孔雀石颜料和蓝铜矿颜料的主要成分及性质。字画保存需要控制适宜的温度和湿度，温度、湿度过高或过低，均对字画的保存造成危害，A项正确；Cu(OH)2、CuCO3中Cu、H、C元素都处于最高价，无还原性，不易被O2氧化，B项正确；Cu(OH)2、CuCO3都可与酸性物质反应，C项错误；由于Cu(OH)2中铜的质量分数高于CuCO3中铜的质量分数，故Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3中铜的质量分数，D项正确。
(2) (2023·湖南长沙一中月考)某矿石的成分为CoS、CuFeS2、CaS、SiO2，某化学兴趣小组查阅资料设计的回收矿石中钴和铜的工艺流程如图：
已知Co的金属性大于Cu、小于Fe，下列说法正确的是( )
A．“生物浸出”在较高温度下进行可以提高浸出率
B．萃取振荡时，分液漏斗下口应倾斜向上
C．分液时，应将上层液体由分液漏斗下口放至另一烧杯中
D．用KSCN溶液和新制氯水可以检验“水相”中的Fe2＋
B
[解析] 由流程可知，“生物浸出”在合适温度下进行可以提高浸出率，萃取后有机相含Cu2＋，反萃取分离出硫酸铜，再发生置换反应生成Cu，水相含Co2＋、Fe2＋、Fe3＋，氧化后调节pH沉淀铁离子，生成的滤渣为氢氧化铁，电解含Co2＋的溶液生成Co。温度过高细菌失去活性，浸出率下降，只能在适当温度下进行“生物浸出”，A错误；萃取振荡时，分液漏斗下口倾斜向上，边振荡，边旋开活塞放气，B正确；分液时，应先将下层液体由分液漏斗下口放入烧杯中，再将上层液体由分液漏斗上口倒出，C错误；“水相”中含有亚铁离子和铁离子，可以用铁氰化钾溶液检验其中的亚铁离子，不能用KSCN溶液和新制氯水检验“水相”中的Fe2＋，D错误。
〔对点集训1〕 (1)下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系判断都正确的是( )
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；有
B 铜表面易形成致密的氧化膜 铜制容器可以盛放浓硫酸 Ⅰ对；Ⅱ对；有
C 向硫酸铜溶液中通入氨气，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对；Ⅱ对；无
A
[解析] 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正确；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；硫酸铜与氨水反应生成Cu(OH)2，Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO，在加热条件下，铜与氧气反应生成黑色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错误。
(2) (2023·湖北部分重点学校联考)从蚀刻废液中回收硫酸铜的工艺流程如图：
下列说法错误的是( )
A．混合时酸性过强或碱性过强，铜的回收率均会降低
B
典例 2
微考点2 铜及其化合物的制备
(1) (2023·山东滨州高三检测)CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如图所示。下列说法不正确的是( )
A．途径①所用混酸中H2SO4与HNO3物质的量之比最好为3∶2
B．相对于途径①、③，途径②更好地体现了绿色化学思想
C．CuSO4在1 100 ℃所得Cu2O，投入足量热稀硝酸中，若溶液变为蓝色，同时有紫红色固体出现，说明样品全部生成Cu2O
D．Y可以是葡萄糖
C
(2) (2021·06浙江选考)固体化合物X由3种元素组成，某学习小组开展如下探究实验。
其中，白色沉淀B能溶于NaOH溶液。
请回答：
①白色固体C的化学式是__________，蓝色溶液D中含有的溶质是______________________________________(用化学式表示)。
②化合物X的化学式是_______________；化合物X的一价阴离子与
CH4具有相同的空间结构，写出该阴离子的电子式________________。
Al2O3
Cu(NO3)2、NH4NO3、AgNO3、HNO3
CuAl2Cl8
③蓝色溶液A与N2H作用，生成一种气体，溶液蓝色褪去，同时生成易溶于硝酸的白色沉淀。
ⅰ.写出该反应的离子方程式__________________________________
________________。
ⅱ.设计实验验证该白色沉淀的组成元素________________________
___________________________________________________________________________。
N2↑＋5H＋
将白色沉淀溶于硝酸，得到
蓝色溶液，说明有铜元素；再向溶液中加入AgNO3溶液，有白色沉淀，
说明有氯元素
[解析] 含有Cu2＋的溶液显蓝色，含有[Cu(NH3)4]2＋的溶液显深蓝色，化合物X溶解后得到的溶液A呈现蓝色，且加入足量氨水后得到深蓝色溶液，即可推得化合物X中含有铜元素；向溶液A中加入足量氨水得到白色沉淀B，白色沉淀B能溶于NaOH溶液，即可推断白色沉淀B为Al(OH)3，化合物X中含有铝元素；深蓝色溶液在加入硝酸酸化的AgNO3溶液后有白色沉淀析出，可推得化合物X中含有氯元素，综上，化合物X中含有铜、铝、氯元素。
①由上述分析可得，白色沉淀B为Al(OH)3，灼烧Al(OH)3得到Al2O3，故白色固体C为Al2O3；实验过程中加入了足量的氨水、硝酸、AgNO3溶液，故溶液D中含有Cu(NO3)2、NH4NO3、AgNO3、HNO3等溶质。
===4CuCl↓＋N2↑＋5H＋。ⅱ.Cu2＋在溶液中显蓝色，CuCl中Cu为＋1价，能被硝酸氧化为＋2价，CuCl与硝酸反应过程中Cl以Cl－形式存在于溶液中，Cl－与AgNO3溶液反应生成不溶于硝酸的白色沉淀，故实验方案为将白色沉淀溶于硝酸，得到蓝色溶液，说明有铜元素；再向溶液中加入AgNO3溶液，有白色沉淀，说明有氯元素。
A．避免污染，排放的尾气用98.3%的浓硫酸吸收
B．CuFeS2中铁显＋2价，该反应中只有Cu被还原
C．检验炉渣中含＋2价铁的试剂是盐酸、KSCN溶液和氯水
D．冶炼铜的废料可以冶炼铁和制硫酸
D
[解析] 浓硫酸不能吸收SO2，A项错误；该反应中铜、氧元素化合价降低，被还原，B项错误；在＋3价铁存在下检验＋2价铁，应用酸性高锰酸钾溶液，C项错误；炉渣中含有氧化铁和氧化亚铁，可以冶炼铁；二氧化硫可以用作制硫酸的原料，D项正确。
(2) (2023·浙江模拟)某同学通过如下流程制备氧化亚铜：
已知：CuCl难溶于水和稀硫酸；Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
下列说法不正确的是( )
A．步骤②中的SO2可用Na2SO3替换
B．步骤③中为防止CuCl被氧化，可用SO2水溶液洗涤
D
[解析] 碱式碳酸铜溶于过量的稀盐酸，得到CuCl2溶液，向此溶液中通入SO2，利用SO2的还原性将Cu2＋还原生成CuCl白色沉淀，将过滤后的CuCl与NaOH溶液混合加热得砖红色沉淀Cu2O。Na2SO3具有还原性，则步骤②还原Cu2＋可用Na2SO3替换SO2，故A项正确，不符合题意。CuCl易被空气中的氧气氧化，SO2具有还原性，用SO2的水溶液洗涤，可防止CuCl被氧化，故B项正确，不符合题意。CuCl与NaOH溶液混合加热生成砖红色沉淀Cu2O，根据电荷守恒及原子守恒可知，发
本讲要点速记：
1.合金的两个特点：熔点较低，硬度较大。
2.金属的制法
(1)电解法(K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属)。
(2)热还原法(Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等较活泼金属)。
(3)热分解法(Hg、Ag等不活泼金属)。
3.必记五反应
(5)铜绿的生成：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3
4.必记的与铝有关的两个化学方程式
(1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
(2)Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O
5.铜及其化合物的颜色及转化关系第8讲 金属材料与金属矿物的开发利用
一、选择题：本题共10小题，每小题只有一个选项符合题目要求。
1．(2022·浙江1月选考，4)下列物质对应的化学式不正确的是( B )
A．氯仿：CHCl3
B．黄铜矿的主要成分：Cu2S
C．芒硝：Na2SO4·10H2O
D．铝土矿的主要成分：Al2O3
[解析] 黄铜矿的主要成分是CuFeS2。
2．(2022·广东，1)中华文明源远流长，在世界文明中独树一帜，汉字居功至伟。随着时代发展，汉字被不断赋予新的文化内涵，其载体也发生相应变化。下列汉字载体主要由合金材料制成的是( B )
汉字载体
选项 A.兽骨 B.青铜器 C.纸张 D.液晶显示屏
[解析] 兽骨的主要成分为无机矿物和有机质，A项错误；青铜器中含有铜、锡、铅等金属，是合金材料，B项正确；纸张的主要成分为纤维素，C项错误；液晶显示屏的材料比较复杂，但一定不是合金，D项错误。
3．(2021·河北，1)“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“钢铁是杂炼生钅柔作刀镰者”。“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( C )
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
[解析] 钢和生铁均属于铁碳合金，钢中的含碳量低、生铁中的含碳量高，铁合金的硬度和脆性随含碳量增大而增大，A、B两项说法均正确；合金的熔点通常比各组分的熔点低，C项说法错误；赤铁矿的主要成分为氧化铁，D项说法正确。
4．(2023·山东潍坊模拟)下列各组物质，前者逐滴滴加到后者中直至过量，先出现白色沉淀，后来沉淀又消失的是( A )
A．H2SO4滴入NaAlO2溶液中
B．Ba(OH)2溶液滴入Al2(SO4)3溶液中
C．Al2(SO4)3溶液滴入NaOH溶液中
D．氨水滴入Al2(SO4)3溶液中
[解析] 将H2SO4滴入NaAlO2溶液中，先生成Al(OH)3沉淀，Al(OH)3又溶于过量的H2SO4中，A正确；Ba(OH)2溶液滴入Al2(SO4)3溶液中，先生成BaSO4、Al(OH)3沉淀，Al(OH)3又溶于Ba(OH)2溶液，但BaSO4不溶解，B错误；Al2(SO4)3溶液滴入NaOH溶液中，开始由于OH－过量发生反应：Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，故开始无沉淀生成，C错误；氨水滴入Al2(SO4)3溶液中，立即产生Al(OH)3沉淀，但沉淀不溶于氨水，D错误。
5．明矾[KAl(SO4)2·12H2O]在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废易拉罐(主要成分为Al，含有少量Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如图所示：
下列叙述错误的是( C )
A．回收处理废易拉罐有利于保护环境和资源再利用
B．沉淀为Al(OH)3
C．操作a包含萃取、分液等
D．上述流程中可用过量CO2代替NH4HCO3
[解析] 回收处理废易拉罐有利于保护环境和资源再利用，A项正确；偏铝酸钠与碳酸氢铵发生反应可生成氢氧化铝，故沉淀为Al(OH)3，B项正确；操作a包含蒸发浓缩、冷却结晶等，C项错误；过量二氧化碳与偏铝酸钠溶液反应也可得到氢氧化铝沉淀，D项正确。
6. (2023·广东佛山模拟)国画《牧牛图》的颜料有“石色”“水色”，“石色”从矿物中提取，如石绿[化学式Cu(OH)2·CuCO3]，“水色”从植物中提取，如花青(分子式C15H11O6)。下列说法错误的是( B )
A．Cu(OH)2·CuCO3属于纯净物
B．“石色”耐酸、耐碱
C．从蓝草中提取花青，可用有机溶剂萃取
D．保存不善的国画，“水色”容易变色
[解析] Cu(OH)2·CuCO3属于化合物，属于纯净物，故A正确；碱式碳酸铜能够与酸反应，所以“石色”不耐酸，故B错误；花青(分子式C15H11O6)为有机物，易溶于有机溶剂，从蓝草中提取花青，可用有机溶剂萃取，故C正确；依据分子式C15H11O6可知含有不饱和键，所以容易被氧化，所以保存不善的国画，“水色”容易变色，故D正确。
7．(2023·山东滨州模拟)某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到实验目的的是( A )
A．将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿
B．将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后再加入水，观察硫酸铜溶液的颜色
C．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体
D．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成
[解析] 铜绿的成分是碱式碳酸铜，化学式Cu2(OH)2CO3，能与HCl反应生成CuCl2、CO2和H2O，故A正确；将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后将试管中的溶液加入盛有水的烧杯中，观察硫酸铜溶液的颜色，故B错误；在蒸发皿中加热蒸干CuCl2溶液，会促进其水解生成HCl和Cu(OH)2，HCl挥发，最终得到Cu(OH)2，应该在HCl气流中加热蒸发CuCl2溶液得到CuCl2固体，故C错误；常温下铜和氯气不反应，应该将烧红的铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成，故D错误。
8．我国湘黔渝三省交界地区是中国电解锰企业最集中的地区，被称为中国的“锰三角”。金属锰的熔点很高，常用铝热法制得粗锰。再用电解法制得纯的金属锰。铝被用于冶炼金属锰，是因为铝具有( D )
A．熔点低
B．导电性好
C．两性
D．还原性及冶炼反应中放出大量的热
[解析] 铝能用于冶炼难熔金属(如Mn、W等)，是因为铝是一种活泼金属，还原性强，可将较不活泼金属从其化合物中还原出来，同时反应中放出大量的热，使被还原出的金属熔融析出。
9．(2023·河北邢台高三期末)下列是部分矿物资源铝土矿(主含有氧化铝、氧化铁)和黄铜矿(主要成分为CuFeS2)的利用及产品生产流程。下列有关说法不正确的是( D )
A．除杂过程中铝元素的存在形式的变化可以如下：Al2O3→AlO→Al(OH)3→Al2O3
B．Al和Cu(精)均在电解槽的阴极获得
C．粗铜炼制过程中发生反应2CuFeS2＋O2Cu2S＋2FeS＋SO2，每转移1.2 mol电子，生成0.2 mol SO2
D．若电解法分别制铝和铜的过程中转移电子数相等，理论上获得的铝和铜的物质的量之比为3?2
[解析] 制铝过程中存在关系Al～3e－，制铜过程中存在关系Cu～2e－，当转移电子数相等时，铝和铜的物质的量之比为2?3。
10．(2023·山东聊城高三期末)侯德榜改进的制碱工艺打破了西方对我国的技术封锁，至今仍在使用。工业上从海水中制备纯碱和金属镁的流程如图所示：
下列说法不正确的是( C )
A．流程Ⅰ依次向粗盐水中加入过量Ca(OH)2溶液、Na2CO3溶液并过滤
B．流程Ⅱ体现了侯德榜制碱法
C．流程Ⅱ中吸氨与碳酸化的顺序互换，物质不变、不影响反应结果
D．流程Ⅳ、Ⅴ的目的是富集镁元素
[解析] 粗盐水中含有NaCl、CaCl2和MgCl2等，要依次加入过量Ca(OH)2溶液、Na2CO3溶液，沉淀后过滤，除去MgCl2和CaCl2，A正确；流程Ⅱ中精盐水吸收NH3后，再碳酸化可得到NaHCO3晶体，发生反应：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，B正确；NH3易溶于水，CO2微溶于水，故流程Ⅱ中吸氨和碳酸化顺序不能颠倒，C错误；母液中含有MgCl2，流程Ⅳ和Ⅴ的目的是富集镁元素，D正确。
二、非选择题：本题共4小题。
11．(2023·河北衡水模拟)轻质氧化镁是新型功能复合材料的重要添加剂，可由菱镁矿(含MgCO3、CaCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2)为原料制备，其制备流程如图：
(1)酸溶时，为了提高酸溶速率可采用的措施有 将菱镁矿粉碎、适当提高酸溶时的温度 ；提高矿物的浸取率可采取的措施有 适当延长酸溶时间，溶解过程中不断搅拌、多次浸取，减小菱镁矿的颗粒度等 (各答一条即可)。
(2)浓硫酸与Al2O3反应的化学方程式为 Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O ；滤渣Ⅰ的主要成分为 CaSO4 和 SiO2 (填化学式)。
(3)用氨水调节溶液pH＝8～9的目的是 使滤液中的Al3＋和Fe3＋完全沉淀 ，若氨水加的量较多使pH>9，则最终氧化镁的产量会 减小 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(4)沉镁时发生反应的离子方程式为 CO2＋2NH3·H2O＋Mg2＋===MgCO3↓＋2NH＋H2O 。
(5)流程中“焙烧”操作若在实验室中进行，样品应放在 坩埚 中加热(填仪器名称)，当 前后两次称量固体的质量不变(或前后两次称量固体质量差小于0.1 g) 时，说明固体样品已分解完全。
[解析] (1)提高酸溶速率，可增大固体与液体的接触面积，提高反应的温度；适当延长酸溶时间、溶解过程中不断搅拌、多次浸取、减小菱镁矿的颗粒度等，可提高浸取率。(2)浓硫酸与Al2O3反应的化学方程式为Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O；滤渣Ⅰ的主要成分为CaSO4、SiO2。(3)用氨水调节溶液pH＝8～9，可使滤液中的Al3＋与Fe3＋完全反应生成氢氧化铝、氢氧化铁沉淀而除去，若氨水加的量较多使pH>9，可生成氢氧化镁沉淀，最终氧化镁的产量会减小。(4)沉镁时生成碳酸镁，反应的离子方程式为CO2＋2NH3·H2O＋Mg2＋===MgCO3↓＋2NH＋H2O。
12．(2023·山东滨州模拟)利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备铝鞣剂[主要成分为Al(OH)2Cl]的一种工艺如图：
(1)气体A能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。铝灰在90 ℃水解生成A的化学方程式为 AlN＋3H2OAl(OH)3＋NH3↑ 。
“水解”采用90 ℃而不在室温下进行的原因是 加快AlN水解反应速率；降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出 。
(2)“酸溶”时，Al2O3发生反应的离子方程式为 Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O 。
(3)“氧化”时，发生反应的离子方程式为 2Fe2＋＋2H＋＋ClO－===2Fe3＋＋Cl－＋H2O 。
(4)“废渣”成分为 Fe(OH)3 (填化学式)。
(5)采用喷雾干燥而不用蒸发的原因是 防止Al(OH)2Cl水解生成Al(OH)3 。
[解析] 铝灰主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等，加入水发生反应，AlN和水反应生成氢氧化铝和氨气，加入盐酸酸溶后，生成氯化铝溶液和氯化亚铁溶液，加入漂白液氧化亚铁离子为铁离子，加入纯碱调节溶液pH使铁离子全部沉淀，采用喷雾干燥制备铝鞣剂。(1)气体A能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，说明生成的是氨气，铝灰中的AlN和水发生水解反应生成氢氧化铝沉淀和氨气，反应的化学方程式为AlN＋3H2OAl(OH)3＋NH3↑，加热可以促进氮化铝水解生成氨气，降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出。(2)氧化铝酸溶时和盐酸发生反应生成氯化铝溶液，发生反应的离子方程式为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O。(3)加入漂白液的作用是利用次氯酸根离子在酸溶液中的强氧化性氧化亚铁离子为铁离子，反应的离子方程式为2Fe2＋＋2H＋＋ClO－===2Fe3＋＋Cl－＋H2O。(4)上述分析可知“废渣”成分为氢氧化铁沉淀，化学式为Fe(OH)3。(5)铝鞣剂主要成分为Al(OH)2Cl，在加热蒸发时会发生水解，为防止水解利用喷雾干燥。
13．(2023·河北石家庄模拟)氧化亚铜(Cu2O)是一种用途广泛光电材料，某工厂以硫化铜矿石(含CuFeS2、Cu2S等)为原料制取Cu2O的工艺流程如图：
已知：N2H4的熔点为1.4 ℃，沸点为113.5 ℃；25 ℃时相关物质的Ksp如表所示。
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Cu(OH)2
Ksp 1×10－15.1 1×10－37.4 1×10－19.7
(1)炉气中的有害气体成分是 SO2 ，Cu2S与O2反应时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 2?1 。
(2)用稀硫酸酸浸时为了提高化学反应速率可以采用的方法有 粉碎固体、升温、适当增加稀硫酸浓度等 (答一种方法即可)。
(3)如果没有加入试剂X进行氧化直接通过调pH是否能达到实验目的？请说明理由： 不行，因为通过调pH沉淀Fe2＋时Cu2＋也会沉淀去除 。
(4)加入试剂Y调pH时，pH的理论最低值是(离子浓度小于等于1×10－5 mol·L－1看作除尽) 3.2 。
(5)写出用N2H4制备Cu2O的化学方程式为 4CuSO4＋N2H4＋8KOH===2Cu2O↓＋4K2SO4＋N2↑＋6H2O 。
(6)还原步骤中的反应常温下就可发生但工业上常常需要将温度控制在90 ℃，可能的原因为 不低于90度为了尽可能加快反应速率，温度太高又容易使N2H4挥发 。
[解析] 本题考查制取Cu2O的工艺流程。(1)因为矿石含硫元素，所以通入氧气焙烧后会产生二氧化硫。1 mol Cu2S失8 mol电子，1 mol O2得4 mol电子，所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为2?1。(2)粉碎固体、升温、适当增加稀硫酸浓度等都可以提高酸浸的速率。(3)从题目给出的Ksp可以看出铜离子先于亚铁离子沉淀，所以要使用调pH的方法除掉铁元素必须氧化为＋3价铁离子才可以。(4)试剂Y调pH时要使Fe3＋完全沉淀，所以有1×10－37.4＝1×10－5×c3(OH－)，解得c(OH－)＝10－10.8 mol·L－1，则c(H＋)＝10－3.2 mol·L－1，所以pH＝3.2。(5)酸浸时用的是稀硫酸，所以反应物为CuSO4、N2H4，KOH，产物有Cu2O和N2，说明该过程中Cu2＋将N2H4氧化为N2，根据电子守恒可知CuSO4和N2H4的系数比应为4?1，再结合元素守恒可得化学方程式为4CuSO4＋N2H4＋8KOH===2Cu2O↓＋4K2SO4＋N2↑＋6H2O。(6)工业生产往往要考虑反应速率，所以温度高一些速率会更快，但根据题目信息N2H4的熔点为1.4 ℃，沸点为113.5 ℃，温度过高N2H4容易挥发影响产率。
14．(2023·辽宁沈阳市郊联合体联考)用辉铜矿(主要成分为Cu2S，含少量Fe2O3、SiO2等杂质)制备难溶于水的碱式碳酸铜的流程如图所示：
(1)下列措施是为了加快“浸取”速率，其中无法达到目的的是 A (填选项字母)。
A．延长浸取时间 B．将辉铜矿粉碎
C．充分搅拌 D．升高温度
(2)滤渣Ⅰ中的主要成分是MnO2、S、SiO2，请写出“浸取”过程中生成S的离子方程式： 2MnO2＋Cu2S＋8H＋===S＋2Cu2＋＋2Mn2＋＋4H2O 。
(3)研究发现，若先除铁再“浸取”，“浸取”速率明显变慢，可能的原因是 Fe3＋可催化Cu2S被MnO2氧化 。
(4)“除铁”的方法是通过调节溶液的pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3，则加入的试剂A可以是 CuO[或Cu(OH)2] (填化学式)；“赶氨”时，最适宜的操作方法是 加热 。
(5)“沉锰”(除Mn2＋)过程中有关反应的离子方程式为 Mn2＋＋HCO＋NH3===MnCO3↓＋NH 。
(6)滤液Ⅱ经蒸发浓缩、冷却结晶得到的盐主要是 (NH4)2SO4 (填化学式)。
