第12讲 金属材料与铝—镁—铜(基础课)
1． 了解合金及其常见金属材料的应用。 2．了解铝、镁、铜及其重要化合物的主要性质与应用。 3． 了解常见金属的冶炼方法和海水提镁。
金属材料与金属矿物的开发利用
1．合金
(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或____________)熔合而成的具有________的物质。
(2)性能：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。
①熔点：一般比它的各成分金属的__。
②硬度和强度：一般比它的各成分金属的__。
①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。
②并非所有的金属都能相互熔合形成合金，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。如Na、Fe不能形成合金。
2．常见金属材料——黑色金属材料与有色金属材料
合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能。如超级钢就是含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%的合金钢，强度很大。
(2)铝合金：密度小，强度高，塑性好，易于加工，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
(3)新型合金
①储氢合金
②其他：钛合金、耐热合金、形状记忆合金等。
3．金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在形式
(2)金属冶炼的实质
Mn＋＋ne－===M
①使金属化合物中的金属离子_____电子还原为金属单质。
②化合态转化为游离态。
(3)金属的常见冶炼方法
①电解法
Na：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑；
Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑；
Al：________________________。
②热还原法：常用还原剂有________________等；
高炉炼铁：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2；
铝热反应制铬：____________________；
焦炭还原氧化铜：_________________。
③热分解法
Hg：2HgO2Hg＋O2↑；
Ag：2Ag2O4Ag＋O2↑。
(4)合理开发利用金属矿物的主要途径
①提高金属矿物的利用率；
②开发环保高效的金属冶炼方法；
③防止金属的腐蚀；
④加强废旧金属的回收和再利用；
⑤使用其他材料代替金属材料，等等。
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Na3[AlF6]的目的是降低Al2O3的熔化温度。
1．(2025·广州模拟)我国在材料的开发和应用方面取得了举世瞩目的成就。下列属于金属材料的是( )
A．C919使用的碳纤维复合材料 B．盾构机钻头刀刃的硬质钨合金
C．科学家用冰制作出的“冰光纤” D．卫星芯片使用的高纯硅
2．(2025年1月·云南高考适应性考试)云南传统工艺是各民族的智慧结晶。下列说法错误的是( )
A．“乌铜走银”中的铜合金硬度比纯铜的大
B．“银胎掐丝珐琅”用到的硅酸盐珐琅化学性质稳定
C．“手工造纸”中加入草木灰(含K2CO3)可以降低纸浆的pH
D．“户撒刀”锻制中将红热铁制刀具浸入水中，表面有Fe3O4生成
3．金属的冶炼与生产、生活及国防军事等领域均密切相关。下列有关金属冶炼的原理错误的是( )
A．用电解法制取金属钠：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
B．用Mg等活泼金属为还原剂冶炼Ti：2Mg＋TiCl4(熔融)Ti＋2MgCl2
C．用Al作还原剂冶炼金属V：3V2O5＋10Al6V＋5Al2O3
D．用H2作还原剂冶炼金属Ag：Ag2O＋H22Ag＋H2O
铝及其化合物 铝土矿提铝
1．铝的存在与主要性质
(1)铝的结构和存在
铝位于元素周期表_______________，原子结构示意图为 。
铝元素在地壳中含量丰富，仅次于______。
自然界中的铝全部以____态存在。
(2)铝的主要化学性质(写化学方程式)
③Al与强碱溶液(NaOH)：___________________。
④Al与CuSO4溶液：_________________。
⑤铝热反应
a．原理：利用Al的____性较强，高温下把金属氧化物中的金属置换出来。
b．应用：冶炼难熔金属，如Cr、Mn、V、W、Cu、Fe等；金属焊接，如野外焊接钢轨等。
2．铝的重要化合物
(1)铝的氧化物(Al2O3)——两性氧化物(写离子方程式)
(2)铝的氢氧化物[Al(OH)3]——两性氢氧化物
①Al(OH)3的两性表现(写离子方程式)
②Al(OH)3受热分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。
(3)铝盐——明矾
①化学式为__________________，为复盐。
②电离方程式为KAl(SO4)2===。
③应用：净水，净水原理为明矾电离出的Al3+在水中水解生成_____________，吸附水中悬浮物而沉淀，使水净化，其离子方程式为______________。
(4)四羟基合铝酸盐——四羟基合铝酸钠
①向Na[Al(OH)4]溶液中滴加盐酸至过量，反应现象为先生成白色沉淀，然后沉淀又逐渐溶解至消失，反应的有关离子方程式为___________________________。
②向Na[Al(OH)4]溶液中通入少量CO2，反应的离子方程式为________________。
3．铝土矿提铝
铝土矿的主要成分是Al2O3，含有的杂质是Fe2O3、MgO和SiO2，由于Al2O3具有两性，而杂质SiO2是酸性氧化物，Fe2O3、MgO是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯Al2O3的方案。
方案一：碱溶法
方案二：酸溶法
1．铝热反应常用于冶炼高熔点金属，某小组探究Al粉与Fe3O4发生反应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
B．反应②为Al2O3＋2OH－＋3H2O===
C．反应③为[Al(OH)4]－＋CO2＋H2O===＋H2O
D．黑色固体中不含Al和Fe3O4
2．铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅，工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝。下列说法中不正确的是( )
A．①②中除加试剂外，还需要进行过滤操作
B．a、b中铝元素的化合价相同
C．③中需要通入过量的CO2
D．④进行的操作是过滤、加热，而且d一定是氢氧化铝
镁及其化合物 海水提镁
1．镁的性质
(1)物理性质：银白色，金属光泽，密度、硬度均较小，熔点较低，有良好的导电、传热和延展性。
(2)化学性质(写出有关反应的化学方程式或离子方程式)
①
②_______________________
③_______________________
④Mg＋2H＋===Mg2+＋H2↑
2．MgO与Mg(OH)2
(1)MgO为碱性氧化物，难溶于水，溶于盐酸的离子方程式为_________________________。
(2)Mg(OH)2为难溶于水的中强碱，溶于盐酸的离子方程式为________________________________。
氢氧化镁的溶解度小于碳酸镁，能发生反应MgCO3＋H2OMg(OH)2＋CO2↑，镁元素在水垢中的存在形式是Mg(OH)2。
3．从海水中提取镁的流程
主要化学反应：
(1)制石灰乳：CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2。
(2)沉淀Mg2+：Mg2+＋Ca(OH)2===＋Ca2+。
(3)制备MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O。
(4)电解MgCl2：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)Mg在空气中燃烧只生成MgO。 ( )
(2)镁着火可以用N2、CO2灭火。 ( )
(3)MgCl2·6H2O可通过直接加热制备MgCl2。 ( )
(4)冶炼镁时可以用铝热反应制备。 ( )
(5)工业上从海水提镁时可以用澄清石灰水沉淀海水中的Mg2+。 ( )
(6)冶炼镁时可以电解熔融的MgO。 ( )
1．(2025·邯郸模拟)部分含钠或含镁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断合理的是( )
A．c能与水反应生成d
B．电解熔融的g可生成a
C．e能与d发生化学反应
D．固体b中一定含有共价键
2．(苏教版必修第一册内容改编)以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下：
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和。下列说法错误的是( )
A．浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O
B．浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C．流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
D．分离Mg2+与Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
铜及其化合物
1．铜的主要性质(写出有关反应的化学方程式或离子方程式)
①____________________________________(填化学方程式，下同)
②2Cu＋SCu2S
③与氧化性酸反应
a．与浓硫酸共热：_____________________________；
b．与稀硝酸反应：_________________________(填离子方程式，下同)；
c．与浓硝酸反应：_________________________。
④与某些盐溶液反应
a．与硝酸银溶液反应：_________________________；
b．与FeCl3溶液反应：_____________________________。
2．铜的重要化合物的性质及应用
(1)氧化物
①CuO：__色难溶于水的固体，可以与酸反应，可以用H2、CO、Al还原出Cu。
②Cu2O：____色难溶于水的固体，与非氧化性酸反应为Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2+＋H2O，遇到HNO3发生氧化反应生成Cu2+。
(2)氢氧化铜——__色难溶固体，是一种弱碱
(3)铜盐
①Cu2(OH)2CO3
a．Cu2(OH)2CO3为碱式盐，绿色，是铜锈的主要成分；
b．铜锈的形成：____________________________________(填化学方程式)；
c．受热易分解：Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O。
②CuSO4
a．CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称__________，受热或遇浓硫酸蓝色晶体变为白色粉末；
b．无水CuSO4遇水变__色(生成CuSO4·5H2O)，可作为__或______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________________配成了波尔多液，用来杀灭植物的病菌。
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)无水CuSO4既可检验水蒸气的存在又可作干燥剂。 ( )
(3)Cu2O在高温下比CuO稳定的主要原因是Cu2O中Cu＋的3d轨道电子全充满。 ( )
(4)Cu2O在非氧化性酸中可发生自身氧化还原反应。 ( )
(5)Cu与Fe3+反应说明Cu的还原性比Fe的强。 ( )
(6)Cu(OH)2溶于氨水生成[Cu(NH3)4]2+。 ( )
1．(苏教版必修第二册内容改编)部分含铜物质的价类关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．a能与FeCl3溶液反应：Cu＋Fe3+===Cu2+＋Fe2+
B．b在酸性环境中可以转化为a和e
C．c经一步反应可转化为d
D．d与盐酸反应的离子方程式为H＋＋OH－===H2O
2．工业上以黄铜矿(主要成分是CuFeS2，含有少量SiO2)为主要原料制备CuCl的主要流程如下：
已知：CuCl难溶于水，难溶于乙醇，在空气中易被氧化，在盐酸中存在平衡：CuCl(白色固体)＋2Cl－ [CuCl3]2-(无色溶液)。
回答下列问题：
(1)溶液A中含有硫酸铜、硫酸铁，沉淀D为白色，则在一定条件下黄铜矿与稀硫酸、氧气发生反应的化学方程式为_____________________________________
____________________________________________________________________。
(2)沉淀D为______________(填化学式)。
(3)加过量CuO调pH的目的是__________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)若“①”处不加浓盐酸，此处的反应会较快停止，原因是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(5)“②”中的系列操作是_____________________________________________，
过滤，用________洗涤，真空干燥。
(6)向溶液B中加入NaCl、NaHSO3，加热，也可生成CuCl，则该反应的离子方程式是_______________________________________________________________
____________________________________________________________________。
1．(2024·甘肃卷，T1)下列成语涉及金属材料的是( )
A．洛阳纸贵 B．聚沙成塔
C．金戈铁马 D．甘之若饴
常见的材料有哪些？举例说明？
2．(2024·山东卷，T14改编)钧瓷是宋代五大名瓷之一，其中红色钧瓷的发色剂为Cu2O。为探究Cu2O的性质，取等量少许Cu2O分别加入甲、乙两支试管，进行如下实验。下列说法错误的是( )
实验操作及现象
试管甲 滴加过量0.3 mol·L-1 HNO3溶液并充分振荡，砖红色沉淀转化为另一颜色沉淀，溶液显浅蓝色；倾掉溶液，滴加浓硝酸，沉淀逐渐消失
试管乙 滴加过量6 mol·L-1氨水并充分振荡，沉淀逐渐溶解，溶液颜色为无色；静置一段时间后，溶液颜色变为深蓝色
A．试管甲中新生成的沉淀为金属Cu
B．试管甲中砖红色沉淀的变化体现了浓硝酸的氧化性和酸性
C．试管乙实验可证明Cu(Ⅰ)与NH3形成无色配合物
D．上述两个实验表明Cu2O为两性氧化物
(1)试管甲发生反应的离子方程式为______________________________________
____________________________________________________________________，
____________________________________________________________________。
(2)试管乙中发生反应的离子方程式为____________________________________
____________________________________________________________________，
____________________________________________________________________。
(3)如何检验Cu中含有Cu2O？__________________________________________
____________________________________________________________________。
3．(2024·广东卷，T18节选)镓(Ga)在半导体、记忆合金等高精尖材料领域有重要应用。一种从电解铝的副产品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)中提取镓及循环利用铝的工艺如下。
工艺中，LAEM是一种新型阴离子交换膜，允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用LAEM提取金属离子Mn＋的原理如图。已知：
①pKa(HF)＝3.2。
②Na3[AlF6](冰晶石)的Ksp为4.0×10-10。
③浸取液中，Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)－(m＝0～4)微粒形式存在，Fe2+最多可与2个Cl－配位，其他金属离子与Cl－的配位可忽略。
(1)“电解”中，反应的化学方程式为_____________________________________
____________________________________________________________________。
(2)“浸取”中，由Ga3+形成[GaCl4]－的离子方程式为____________________________________________________________________。
(3)“还原”的目的：避免________元素以______(填化学式)微粒的形式通过LAEM，从而有利于Ga的分离。
(4)“LAEM提取”中，原料液中的Cl－浓度越________，越有利于Ga的提取；研究表明，原料液酸度过高，会降低Ga的提取率。因此，在不提高原料液酸度的前提下，可向Ⅰ室中加入________(填化学式)，以进一步提高Ga的提取率。
(5)“调pH”中，pH至少应大于________，使溶液中c(F－)>c(HF)，有利于[AlF6]3-配离子及Na3[AlF6]晶体的生成。若“结晶”后溶液中c(Na＋)＝0.10 mol·L-1，则[AlF6]3-的浓度为________。
第12讲 金属材料与铝—镁—铜(基础课)
考点一
[必备知识梳理]
1．(1)金属与非金属 金属特性 (2)低 大
2．(1)低碳 Cr、Ni
3．(1)化合物 (2)得 (3)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 焦炭、CO、H2、Al 2Al＋Cr2O32Cr＋Al2O3 C＋2CuO2Cu＋CO2↑
[关键能力提升]
1．B [碳纤维复合材料是新型无机非金属材料，不是金属材料，A不符合题意；钨合金属于金属材料，B符合题意；冰制作出的“冰光纤”不是金属材料，C不符合题意；高纯硅属于新型无机非金属材料，不是金属材料，D不符合题意。]
2．C [合金的硬度比形成合金的纯金属的硬度大，故铜合金硬度比纯铜的大，A项正确；硅酸盐珐琅具有良好的耐火性和化学稳定性，B项正确；K2CO3溶液呈碱性，“手工造纸”中加入草木灰(含K2CO3)可以增大纸浆的pH，C项错误；红热的铁与水蒸气反应，生成Fe3O4，D项正确。]
3．D [Ag的冶炼可以用加热分解Ag2O的方法制备，D错误。]
考点二
[必备知识梳理]
1．(1)第三周期第ⅢA族 氧、硅 化合 (2)4Al＋3O22Al2O3 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ 2Al＋3CuSO4===3Cu＋Al2(SO4)3 还原
2．(1)Al2O3＋6H+===2Al3+＋3H2O Al2O3＋2OH-＋3H2O===2[Al(OH)4]- (2)Al(OH)3＋3H+===Al3+＋3H2O Al(OH)3＋OH-===[Al(OH)4]- (3)KAl(SO4)2·12H2O Al(OH)3胶体 Al3+＋3H2O Al(OH)3(胶体)＋3H+ (4)[Al(OH)4]-＋H+===Al(OH)3↓＋H2O，Al(OH)3＋3H+===Al3+＋3H2O 2[Al(OH)4]-＋CO2===2Al(OH)3↓＋C＋H2O
[关键能力提升]
1．D [根据②无气体产生，可确定黑色固体中不含Al，但根据Fe＋2Fe3+===3Fe2+，不能确定黑色固体中是否含Fe3O4，D错误。]
2．D [根据铝土矿的成分，加入盐酸后，Al2O3→AlCl3，Fe2O3→FeCl3，SiO2不与盐酸反应，且不溶于盐酸，然后进行过滤，除去SiO2，即a为AlCl3和FeCl3溶液，加入过量的NaOH溶液，AlCl3→Na[Al(OH)4]，FeCl3→Fe(OH)3，然后进行过滤，除去Fe(OH)3，b溶液为Na[Al(OH)4]溶液，因此③通入过量的CO2，然后过滤，得到Al(OH)3沉淀，加热氢氧化铝，使之分解成氧化铝和H2O，最后电解熔融状态的氧化铝冶炼铝。由以上分析知，A正确；a是AlCl3和FeCl3混合液，b是Na[Al(OH)4]溶液，两个溶液中Al元素的化合价都是＋3价，B正确；③中通入过量的CO2，C正确；反应④为氢氧化铝受热分解成氧化铝和水，操作步骤是过滤、加热，d一定是Al2O3，D错误。]
考点三
[必备知识梳理]
1．(2)2Mg＋CO22MgO＋C Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑
2．(1)MgO＋2H+===Mg2+＋H2O (2)Mg(OH)2＋2H+===Mg2+＋2H2O
易错辨析 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
[关键能力提升]
1．B [结合题图，a为Na或Mg，b为Na2O或Na2O2，c为MgO，d为Mg(OH)2，e为NaOH，f为MgCl2，g为NaCl。MgO不能与水反应，A项不符合题意；电解熔融的NaCl可生成Na，B项符合题意；NaOH与Mg(OH)2不发生化学反应，C项不符合题意；b为Na2O或Na2O2，Na2O中不含有共价键，D项不符合题意。]
2．B [由工艺流程可知煅烧后得到的轻烧粉的成分为MgO和少量SiO2、Fe2O3、Al2O3，NH4Cl溶液呈酸性，浸出时使MgO和Fe2O3、Al2O3溶解，浸出后得到的废渣中含有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3，所得浸出液中含有Mg2+及过量的NH4Cl，加入氨水时Mg2+转化为Mg(OH)2，经煅烧得到高纯镁砂MgO。浸出可以在较高温度下进行，促进NH4Cl水解和NH3的逸出，但沉镁时应在低温下进行，以减弱一水合氨的分解，B项错误。]
考点四
[必备知识梳理]
1.2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3 Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O 3Cu＋8H+＋2N===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O Cu＋4H+＋2N===Cu2+＋2NO2↑＋2H2O Cu＋2Ag+===2Ag＋Cu2+ Cu＋2Fe3+===2Fe2+＋Cu2+
2．(1)黑 砖红 (2)蓝 Cu(OH)2＋2H+===Cu2+＋2H2O (3)2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3 蓝矾或胆矾 蓝 水 水蒸气 胆矾、生石灰、水
易错辨析 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√
[关键能力提升]
1．B [A项，违背电荷守恒，错误；B项，Cu2O＋2H+===Cu＋Cu2+＋H2O，正确；C项，CuO不能一步转化生成Cu(OH)2，错误；D项，Cu(OH)2为弱碱，不可拆分，错误。]
2．解析：
答案：(1)4CuFeS2＋2H2SO4＋17O24CuSO4＋2Fe2(SO4)3＋2H2O (2)SiO2
(3)使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀除去
(4)生成的CuCl难溶于水会附着在Cu的表面，阻碍反应进一步发生
(5)向溶液C中加入大量的水 无水乙醇
(6)2Cu2+＋2Cl-＋HS＋H2O2CuCl↓＋S＋3H+
[高考真题 衍生变式]
1．C [纸的主要成分是纤维素，不是金属材料，A错误；沙的主要成分是硅酸盐，不是金属材料，B错误；金和铁都是金属，C正确；甘之若饴意思是把它看成像糖那样甜，糖类是有机物，不是金属材料，D错误；故选C。]
真题变式 (1)金属材料：铁、铜、镁、铅、钛等金属单质及其合金。
(2)传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷。
(3)新型无机非金属材料：光导纤维、半导体、碳纳米材料、高温结构陶瓷(Si3N4)等。
(4)有机高分子材料：聚乙烯等。
2．D [Cu2O中滴加过量0.3 mol·L-1 HNO3溶液并充分振荡，砖红色沉淀转化为另一颜色沉淀，溶液显浅蓝色，说明Cu2O转化成Cu2+，Cu元素的化合价由＋1升至＋2，根据氧化还原反应的特点知，Cu元素的化合价还有由＋1降至0，新生成的沉淀为金属Cu，A项正确；试管甲中沉淀的变化为Cu2O＋2HNO3===Cu(NO3)2＋Cu＋H2O，后滴加浓硝酸发生的反应为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，该过程中浓硝酸表现氧化性和酸性，B项正确；Cu2O中滴加过量 6 mol·L-1氨水并充分振荡，沉淀逐渐溶解得到无色溶液，静置一段时间后，无色溶液变为深蓝色，说明Cu(Ⅰ)与NH3形成的无色配合物易被空气中的O2氧化成深蓝色的[Cu(NH3)4]2+，C项正确；试管甲中Cu2O溶于稀硝酸是因歧化生成了Cu2+和Cu单质，不能说明其为碱性氧化物，试管乙中Cu2O溶于浓氨水时利用的是氨的配位能力而非碱性，不能说明Cu2O属于酸性氧化物，D项错误。]
真题变式 (1)Cu2O＋2H+===Cu＋Cu2+＋H2O Cu＋4H+＋2N===Cu2+＋2NO2↑＋2H2O (2)Cu2O＋4NH3·H2O===2[Cu(NH3)2]+＋2OH-＋3H2O 4[Cu(NH3)2]+＋O2＋8NH3·H2O===4[Cu(NH3)4]2+＋4OH-＋6H2O (3)取样品于试管中，加入稀硫酸，若溶液呈蓝色，则证明Cu中含Cu2O
3．解析：电解铝的副产品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)进行“焙烧”，金属转化为氧化物，“焙烧”后的固体加入盐酸“浸取”，浸取液加入铝片将Fe3+进行还原，得到原料液，原料液利用“LAEM提取”，[GaCl4]-通过交换膜进入Ⅱ室并转化为Ga3+，Ⅱ室溶液进一步处理得到镓，Ⅰ室溶液加入含F-的废液调pH并结晶得到Na3[AlF6]晶体用于电解铝。
(3)由已知，浸取液中，Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)-(m＝0~4)微粒形式存在，LAEM是一种新型阴离子交换膜，允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区，为了避免铁元素以[FeCl4]-的微粒形式通过LAEM，故要加入铝片还原Fe3+，从而有利于Ga的分离。
(4)“LAEM提取”中，原料液中的Cl-浓度越高，越有利于生成[GaCl4]-的反应正向移动，更有利于Ga的提取，在不提高原料液酸度的前提下，同时不引入新杂质，可向 Ⅰ 室中加入NaCl，提高Cl-浓度，进一步提高Ga的提取率。
(5)由pKa(HF)＝3.2，得Ka(HF)＝＝10-3.2，为了使溶液中c(F-)>c(HF)，c(H+)＝×10-3.2 mol·L-1<10-3.2 mol·L-1，故pH应大于3.2，有利于[AlF6]3-配离子及Na3[AlF6]晶体的生成；若“结晶”后溶液中c(Na+)＝0.10 mol·L-1，根据Na3[AlF6](冰晶石)的Ksp为4.0×10-10，[AlF6]3-浓度为 mol·L-1＝4.0×10-7 mol·L-1。
答案：(1)2Al2O34Al＋3O2↑
(2)Ga3+＋4Cl-===[GaCl4]-
(3)Fe [FeCl4]-
(4)高 NaCl
(5)3.2 4.0×10-7
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第一篇 考点突破
第二部分 元素及其化合物
第三章 金属及其化合物
第12讲 金属材料与铝—镁—铜(基础课)
1．了解合金及其常见金属材料的应用。
2．了解铝、镁、铜及其重要化合物的主要性质与应用。
3．了解常见金属的冶炼方法和海水提镁。
考点一 金属材料与金属矿物的开发利用
1．合金
(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或____________)熔合而成的具有________的物质。
(2)性能：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。
①熔点：一般比它的各成分金属的__。
②硬度和强度：一般比它的各成分金属的__。
金属与非金属
金属特性
低
大
①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。
②并非所有的金属都能相互熔合形成合金，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。如Na、Fe不能形成合金。
2．常见金属材料——黑色金属材料与有色金属材料
低碳
Cr、Ni
合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能。如超级钢就是含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%的合金钢，强度很大。
(2)铝合金：密度小，强度高，塑性好，易于加工，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
(3)新型合金
①储氢合金
②其他：钛合金、耐热合金、形状记忆合金等。
3．金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在形式
化合
物
(2)金属冶炼的实质
Mn＋＋ne－===M
①使金属化合物中的金属离子__电子还原为金属单质。
②化合态转化为游离态。
(3)金属的常见冶炼方法
①电解法
Na：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑；
Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑；
Al：___________________________________。
得
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
②热还原法：常用还原剂有_____________________等；
高炉炼铁：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2；
铝热反应制铬：_____________________________；
焦炭还原氧化铜：____________________________。
③热分解法
Hg：2HgO2Hg＋O2↑；
Ag：2Ag2O4Ag＋O2↑。
焦炭、CO、H2、Al
2Al＋Cr2O32Cr＋Al2O3
C＋2CuO2Cu＋CO2↑
(4)合理开发利用金属矿物的主要途径
①提高金属矿物的利用率；
②开发环保高效的金属冶炼方法；
③防止金属的腐蚀；
④加强废旧金属的回收和再利用；
⑤使用其他材料代替金属材料，等等。
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Na3[AlF6]的目的是降低Al2O3的熔化温度。
1．(2025·广州模拟)我国在材料的开发和应用方面取得了举世瞩目的成就。下列属于金属材料的是( )
A．C919使用的碳纤维复合材料 B．盾构机钻头刀刃的硬质钨合金
C．科学家用冰制作出的“冰光纤” D．卫星芯片使用的高纯硅
B [碳纤维复合材料是新型无机非金属材料，不是金属材料，A不符合题意；钨合金属于金属材料，B符合题意；冰制作出的“冰光纤”不是金属材料，C不符合题意；高纯硅属于新型无机非金属材料，不是金属材料，D不符合题意。]
2．(2025年1月·云南高考适应性考试)云南传统工艺是各民族的智慧结晶。下列说法错误的是( )
A．“乌铜走银”中的铜合金硬度比纯铜的大
B．“银胎掐丝珐琅”用到的硅酸盐珐琅化学性质稳定
C．“手工造纸”中加入草木灰(含K2CO3)可以降低纸浆的pH
D．“户撒刀”锻制中将红热铁制刀具浸入水中，表面有Fe3O4生成
√
C [合金的硬度比形成合金的纯金属的硬度大，故铜合金硬度比纯铜的大，A项正确；硅酸盐珐琅具有良好的耐火性和化学稳定性，B项正确；K2CO3溶液呈碱性，“手工造纸”中加入草木灰(含K2CO3)可以增大纸浆的pH，C项错误；红热的铁与水蒸气反应，生成Fe3O4，D项正确。]
3．金属的冶炼与生产、生活及国防军事等领域均密切相关。下列有关金属冶炼的原理错误的是( )
A．用电解法制取金属钠：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
B．用Mg等活泼金属为还原剂冶炼Ti：2Mg＋TiCl4(熔融)Ti＋2MgCl2
C．用Al作还原剂冶炼金属V：3V2O5＋10Al6V＋5Al2O3
D．用H2作还原剂冶炼金属Ag：Ag2O＋H22Ag＋H2O
√
D [Ag的冶炼可以用加热分解Ag2O的方法制备，D错误。]
考点二 铝及其化合物 铝土矿提铝
1．铝的存在与主要性质
(1)铝的结构和存在
铝位于元素周期表__________________，原子结构示意图为__________。
铝元素在地壳中含量丰富，仅次于_________。
自然界中的铝全部以_____态存在。
第三周期第ⅢA族
氧、硅
化合
(2)铝的主要化学性质(写化学方程式)
4Al＋3O22Al2O3
2Al＋6HCl===
2AlCl3＋3H2↑
③Al与强碱溶液(NaOH)：___________________________________。
④Al与CuSO4溶液：____________________________________。
⑤铝热反应
a．原理：利用Al的____性较强，高温下把金属氧化物中的金属置换出来。
b．应用：冶炼难熔金属，如Cr、Mn、V、W、Cu、Fe等；金属焊接，如野外焊接钢轨等。
2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
2Al＋3CuSO4===3Cu＋Al2(SO4)3
还原
2．铝的重要化合物
(1)铝的氧化物(Al2O3)——两性氧化物(写离子方程式)
Al2O3＋6H+===2Al3+＋3H2O
Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－
(2)铝的氢氧化物[Al(OH)3]——两性氢氧化物
①Al(OH)3的两性表现(写离子方程式)
②Al(OH)3受热分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。
Al(OH)3＋3H+===Al3+＋3H2O
Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－
(3)铝盐——明矾
①化学式为__________________，为复盐。
②电离方程式为KAl(SO4)2===。
③应用：净水，净水原理为明矾电离出的Al3+在水中水解生成_____________，吸附水中悬浮物而沉淀，使水净化，其离子方程式为____________________________________。
KAl(SO4)2·12H2O
Al(OH)3胶体
Al3+＋3H2O Al(OH)3(胶体)＋3H+
(4)四羟基合铝酸盐——四羟基合铝酸钠
①向Na[Al(OH)4]溶液中滴加盐酸至过量，反应现象为先生成白色沉淀，然后沉淀又逐渐溶解至消失，反应的有关离子方程式为_________________________________________________________。
②向Na[Al(OH)4]溶液中通入少量CO2，反应的离子方程式为______________________________________________。
[Al(OH)4]－＋H+===Al(OH)3↓＋H2O，Al(OH)3＋3H+===Al3+＋3H2O
2[Al(OH)4]－＋CO2===2Al(OH)3↓＋C＋H2O
3．铝土矿提铝
铝土矿的主要成分是Al2O3，含有的杂质是Fe2O3、MgO和SiO2，由于Al2O3具有两性，而杂质SiO2是酸性氧化物，Fe2O3、MgO是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯Al2O3的方案。
方案一：碱溶法
方案二：酸溶法
1．铝热反应常用于冶炼高熔点金属，某小组探究Al粉与Fe3O4发生反应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
B．反应②为Al2O3＋2OH－＋3H2O===
C．反应③为[Al(OH)4]－＋CO2＋H2O===＋H2O
D．黑色固体中不含Al和Fe3O4
√
D [根据②无气体产生，可确定黑色固体中不含Al，但根据Fe＋2Fe3+===3Fe2+，不能确定黑色固体中是否含Fe3O4，D错误。]
2．铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅，工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝。下列说法中不正确的是( )
A．①②中除加试剂外，还需要进行过滤操作
B．a、b中铝元素的化合价相同
C．③中需要通入过量的CO2
D．④进行的操作是过滤、加热，而且d一定是氢氧化铝
√
D [根据铝土矿的成分，加入盐酸后，Al2O3→AlCl3，Fe2O3→FeCl3，SiO2不与盐酸反应，且不溶于盐酸，然后进行过滤，除去SiO2，即a为AlCl3和FeCl3溶液，加入过量的NaOH溶液，AlCl3→Na[Al(OH)4]，FeCl3→
Fe(OH)3，然后进行过滤，除去Fe(OH)3，b溶液为Na[Al(OH)4]溶液，因此③通入过量的CO2，然后过滤，得到Al(OH)3沉淀，加热氢氧化铝，使之分解成氧化铝和H2O，最后电解熔融状态的氧化铝冶炼铝。 由以上分析知，A正确；a是AlCl3和FeCl3混合液，b是Na[Al(OH)4]溶液，两个溶液中Al元素的化合价都是＋3价，B正确；③中通入过量的CO2，C正确；反应④为氢氧化铝受热分解成氧化铝和水，操作步骤是过滤、加热，d一定是Al2O3，D错误。]
考点三 镁及其化合物 海水提镁
1．镁的性质
(1)物理性质：银白色，金属光泽，密度、硬度均较小，熔点较低，有良好的导电、传热和延展性。
(2)化学性质(写出有关反应的化
学方程式或离子方程式)
①
②_________________________________
③________________________________
④Mg＋2H＋===Mg2+＋H2↑
2Mg＋CO22MgO＋C
Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑
2．MgO与Mg(OH)2
(1)MgO为碱性氧化物，难溶于水，溶于盐酸的离子方程式为_________________________。
(2)Mg(OH)2为难溶于水的中强碱，溶于盐酸的离子方程式为________________________________。
MgO＋2H+===Mg2+＋H2O
Mg(OH)2＋2H+===Mg2+＋2H2O
氢氧化镁的溶解度小于碳酸镁，能发生反应MgCO3＋H2OMg(OH)2＋CO2↑，镁元素在水垢中的存在形式是Mg(OH)2。
3．从海水中提取镁的流程
主要化学反应：
(1)制石灰乳：CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2。
(2)沉淀Mg2+：Mg2+＋Ca(OH)2===＋Ca2+。
(3)制备MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O。
(4)电解MgCl2：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)Mg在空气中燃烧只生成MgO。 ( )
(2)镁着火可以用N2、CO2灭火。 ( )
(3)MgCl2·6H2O可通过直接加热制备MgCl2。 ( )
(4)冶炼镁时可以用铝热反应制备。 ( )
(5)工业上从海水提镁时可以用澄清石灰水沉淀海水中的Mg2+。
( )
(6)冶炼镁时可以电解熔融的MgO。 ( )
×
×
×
×
×
×
1．(2025·邯郸模拟)部分含钠或含镁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断合理的是( )
A．c能与水反应生成d
B．电解熔融的g可生成a
C．e能与d发生化学反应
D．固体b中一定含有共价键
√
B [结合题图，a为Na或Mg，b为Na2O或Na2O2，c为MgO，d为Mg(OH)2，e为NaOH，f为MgCl2，g为NaCl。MgO不能与水反应，A项不符合题意；电解熔融的NaCl可生成Na，B项符合题意；NaOH与Mg(OH)2不发生化学反应，C项不符合题意；b为Na2O或Na2O2，Na2O中不含有共价键，D项不符合题意。]
2．(苏教版必修第一册内容改编)以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下：
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和。下列说法错误的是( )
A．浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O
B．浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C．流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
D．分离Mg2+与Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
√
B [由工艺流程可知煅烧后得到的轻烧粉的成分为MgO和少量SiO2、Fe2O3、Al2O3，NH4Cl溶液呈酸性，浸出时使MgO和Fe2O3、Al2O3溶解，浸出后得到的废渣中含有SiO2、和Al(OH)3，所得浸出液中含有Mg2+及过量的NH4Cl，加入氨水时Mg2+转化为Mg(OH)2，经煅烧得到高纯镁砂MgO。浸出可以在较高温度下进行，促进NH4Cl水解和NH3的逸出，但沉镁时应在低温下进行，以减弱一水合氨的分解，B项错误。]
考点四 铜及其化合物
1．铜的主要性质(写出有关反应的化学方程式或离子方程式)
①____________________________________(填化学方程式，下同)
②2Cu＋SCu2S
③与氧化性酸反应
a．与浓硫酸共热：________________________________________；
b．与稀硝酸反应：_________________________________________
(填离子方程式，下同)；
c．与浓硝酸反应：________________________________________。
2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3
Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
3Cu＋8H+＋2N===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O
Cu＋4H+＋2N===Cu2+＋2NO2↑＋2H2O
④与某些盐溶液反应
a．与硝酸银溶液反应：_________________________；
b．与FeCl3溶液反应：_____________________________。
Cu＋2Ag+===2Ag＋Cu2+
Cu＋2Fe3+===2Fe2+＋Cu2+
2．铜的重要化合物的性质及应用
(1)氧化物
①CuO：__色难溶于水的固体，可以与酸反应，可以用H2、CO、Al还原出Cu。
②Cu2O：____色难溶于水的固体，与非氧化性酸反应为Cu2O＋2H＋
===Cu＋Cu2+＋H2O，遇到HNO3发生氧化反应生成Cu2+。
黑
砖红
(2)氢氧化铜——__色难溶固体，是一种弱碱
蓝
Cu(OH)2＋2H+===Cu2+＋2H2O
(3)铜盐
①Cu2(OH)2CO3
a．Cu2(OH)2CO3为碱式盐，绿色，是铜锈的主要成分；
b．铜锈的形成：____________________________________(填化学方程式)；
c．受热易分解：Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O。
2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3
②CuSO4
a．CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称__________，受热或遇浓硫酸蓝色晶体变为白色粉末；
b．无水CuSO4遇水变__色(生成CuSO4·5H2O)，可作为__或______的检验试剂。
蓝矾或胆矾
蓝
水
水蒸气
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________________配成了波尔多液，用来杀灭植物的病菌。
胆矾、生石灰、水
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)无水CuSO4既可检验水蒸气的存在又可作干燥剂。 ( )
(3)Cu2O在高温下比CuO稳定的主要原因是Cu2O中Cu＋的3d轨道电子全充满。 ( )
(4)Cu2O在非氧化性酸中可发生自身氧化还原反应。 ( )
(5)Cu与Fe3+反应说明Cu的还原性比Fe的强。 ( )
(6)Cu(OH)2溶于氨水生成[Cu(NH3)4]2+。 ( )
×
×
√
√
×
√
1．(苏教版必修第二册内容改编)部分含铜物质的价类关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．a能与FeCl3溶液反应：Cu＋Fe3+===Cu2+＋Fe2+
B．b在酸性环境中可以转化为a和e
C．c经一步反应可转化为d
D．d与盐酸反应的离子方程式为
H＋＋OH－===H2O
√
B [A项，违背电荷守恒，错误；B项，Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2+＋H2O，正确；C项，CuO不能一步转化生成Cu(OH)2，错误；D项，Cu(OH)2为弱碱，不可拆分，错误。]
2．工业上以黄铜矿(主要成分是CuFeS2，含有少量SiO2)为主要原料制备CuCl的主要流程如下：
已知：CuCl难溶于水，难溶于乙醇，在空气中易被氧化，在盐酸中存在平衡：CuCl(白色固体)＋2Cl－ [CuCl3]2-(无色溶液)。
回答下列问题：
(1)溶液A中含有硫酸铜、硫酸铁，沉淀D为白色，则在一定条件下黄铜矿与稀硫酸、氧气发生反应的化学方程式为________________
_________________________________________________________。
(2)沉淀D为______________(填化学式)。
4CuFeS2＋2H2SO4
＋17O2＋2H2O
SiO2
(3)加过量CuO调pH的目的是_______________________________。
(4)若“①”处不加浓盐酸，此处的反应会较快停止，原因是_________________________________________________________。
(5)“②”中的系列操作是_________________________________，
过滤，用____________洗涤，真空干燥。
使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀除去
生成的CuCl难溶于水会附着在Cu的表面，阻碍反应进一步发生
向溶液C中加入大量的水
无水乙醇
(6)向溶液B中加入NaCl、NaHSO3，加热，也可生成CuCl，则该反应的离子方程式是__________________________________________
_________________________________________________________。
＋H2O
＋3H＋
[解析]
高考真题 衍生变式
1．(2024·甘肃卷，T1)下列成语涉及金属材料的是( )
A．洛阳纸贵 B．聚沙成塔
C．金戈铁马 D．甘之若饴
C [纸的主要成分是纤维素，不是金属材料，A错误；沙的主要成分是硅酸盐，不是金属材料，B错误；金和铁都是金属，C正确；甘之若饴意思是把它看成像糖那样甜，糖类是有机物，不是金属材料，D错误；故选C。]
√
常见的材料有哪些？举例说明？
[答案] (1)金属材料：铁、铜、镁、铅、钛等金属单质及其合金。
(2)传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷。
(3)新型无机非金属材料：光导纤维、半导体、碳纳米材料、高温结构陶瓷(Si3N4)等。
(4)有机高分子材料：聚乙烯等。
2．(2024·山东卷，T14改编)钧瓷是宋代五大名瓷之一，其中红色钧瓷的发色剂为Cu2O。为探究Cu2O的性质，取等量少许Cu2O分别加入甲、乙两支试管，进行如下实验。下列说法错误的是( )
实验操作及现象
试管甲 滴加过量0.3 mol·L-1 HNO3溶液并充分振荡，砖红色沉淀转化为另一颜色沉淀，溶液显浅蓝色；倾掉溶液，滴加浓硝酸，沉淀逐渐消失
试管乙 滴加过量6 mol·L-1氨水并充分振荡，沉淀逐渐溶解，溶液颜色为无色；静置一段时间后，溶液颜色变为深蓝色
A．试管甲中新生成的沉淀为金属Cu
B．试管甲中砖红色沉淀的变化体现了浓硝酸的氧化性和酸性
C．试管乙实验可证明Cu(Ⅰ)与NH3形成无色配合物
D．上述两个实验表明Cu2O为两性氧化物
√
D [Cu2O中滴加过量0.3 mol·L-1 HNO3溶液并充分振荡，砖红色沉淀转化为另一颜色沉淀，溶液显浅蓝色，说明Cu2O转化成Cu2+，Cu元素的化合价由＋1升至＋2，根据氧化还原反应的特点知，Cu元素的化合价还有由＋1降至0，新生成的沉淀为金属Cu，A项正确；试管甲中沉淀的变化为Cu2O＋2HNO3===Cu(NO3)2＋Cu＋H2O，后滴加浓硝酸发生的反应为Cu＋4HNO3(浓)===＋2NO2↑＋2H2O，该过程中浓硝酸表现氧化性和酸性，B项正确；Cu2O中滴加过量 6 mol·L-1氨水并充分振荡，沉淀逐渐溶解得到无
色溶液，静置一段时间后，无色溶液变为深蓝色，说明Cu(Ⅰ)与NH3形成的无色配合物易被空气中的O2氧化成深蓝色的[Cu(NH3)4]2+，C项正确；试管甲中Cu2O溶于稀硝酸是因歧化生成了Cu2+和Cu单质，不能说明其为碱性氧化物，试管乙中Cu2O溶于浓氨水时利用的是氨的配位能力而非碱性，不能说明Cu2O属于酸性氧化物，D项错误。]
(1)试管甲发生反应的离子方程式为__________________________，
_________________________________________________________。
(2)试管乙中发生反应的离子方程式为_________________________
_________________________________________________________，
_________________________________________________________。
(3)如何检验Cu中含有Cu2O？______________________________
_________________________________________________________。
Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2+＋H2O
===Cu2+＋2NO2↑＋2H2O
Cu2O＋4NH3·H2O===
2[Cu(NH3)2]＋＋2OH－＋3H2O
4[Cu(NH3)2]＋＋O2＋8NH3·H2O===＋4OH－＋6H2O
取样品于试管中，加入稀硫酸，
若溶液呈蓝色，则证明Cu中含Cu2O
3．(2024·广东卷，T18节选)镓(Ga)在半导体、记忆合金等高精尖材料领域有重要应用。一种从电解铝的副产品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)中提取镓及循环利用铝的工艺如下。
工艺中，LAEM是一种新型阴离子交换膜，允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用LAEM提取金属离子Mn＋的原理如图。已知：
①pKa(HF)＝3.2。
②Na3[AlF6](冰晶石)的Ksp为4.0×10-10。
③浸取液中，Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)－
(m＝0～4)微粒形式存在，Fe2+最多可与2个
Cl－配位，其他金属离子与Cl－的配位可忽略。
(1)“电解”中，反应的化学方程式为_________________________
(2)“浸取”中，由Ga3+形成[GaCl4]－的离子方程式为____________
_________________________________________________________。
(3)“还原”的目的：避免________元素以_________(填化学式)微粒的形式通过LAEM，从而有利于Ga的分离。
2Al2O34Al＋3O2↑
Ga3+＋4Cl－
===[GaCl4]－
Fe
[FeCl4]－
(4)“LAEM提取”中，原料液中的Cl－浓度越________，越有利于Ga的提取；研究表明，原料液酸度过高，会降低Ga的提取率。因此，在不提高原料液酸度的前提下，可向Ⅰ室中加入________(填化学式)，以进一步提高Ga的提取率。
(5)“调pH”中，pH至少应大于________，使溶液中c(F－)>c(HF)，有利于[AlF6]3-配离子及Na3[AlF6]晶体的生成。若“结晶”后溶液中c(Na＋)＝0.10 mol·L-1，则[AlF6]3-的浓度为________ mol·L-1。
高
NaCl
3.2
4.0×10-7
[解析] 电解铝的副产品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)进行“焙烧”，金属转化为氧化物，“焙烧”后的固体加入盐酸“浸取”，浸取液加入铝片将Fe3+进行还原，得到原料液，原料液利用“LAEM提取”，[GaCl4]－通过交换膜进入Ⅱ室并转化为Ga3+，Ⅱ室溶液进一步处理得到镓，Ⅰ室溶液加入含F－的废液调pH并结晶得到Na3[AlF6]晶体用于电解铝。
(3)由已知，浸取液中，Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)－(m＝0～4)微粒形式存在，LAEM是一种新型阴离子交换膜，允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区，为了避免铁元素以[FeCl4]－的微粒形式通过LAEM，故要加入铝片还原Fe3+，从而有利于Ga的分离。
(4)“LAEM提取”中，原料液中的Cl－浓度越高，越有利于生成[GaCl4]－的反应正向移动，更有利于Ga的提取，在不提高原料液酸度的前提下，同时不引入新杂质，可向 Ⅰ 室中加入NaCl，提高Cl－浓度，进一步提高Ga的提取率。
(5)由pKa(HF)＝3.2，得Ka(HF)＝＝10-3.2，为了使溶液中c(F－)>c(HF)，c(H＋)＝×10-3.2 mol·L-1<10-3.2 mol·L-1，故pH应大于3.2，有利于[AlF6]3-配离子及Na3[AlF6]晶体的生成；若“结晶”后溶液中c(Na＋)＝0.10 mol·L-1，根据Na3[AlF6](冰晶石)的Ksp为4.0×10-10，[AlF6]3-浓度为 mol·L-1＝4.0×10-7 mol·L-1。
(建议用时：40分钟 总分：50分)
课时数智作业(十二) 金属材料与铝—镁—铜
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
(每小题只有一个选项正确，每小题3分，共24分)
1．(2025·邢台模拟)中国古代涉及的“铜”文化丰富多彩。下列说法错误的是( )
A．“青铜器时期”早于“铁器时期”的原因之一是铜比铁稳定
B．诗句“庐山山南刷铜绿”中的“铜绿”借指的是的颜色
C．铸造“铜钱儿”用的材料黄铜是单质铜
D．“石胆化铁为铜”中涉及金属键的断裂
√
C [黄铜是铜锌合金，C项错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
2．Na、Mg、Ca、Al常用作冶炼金属的还原剂，如：工业冶炼金属钾的反应原理是①Na＋KClK↑＋NaCl，工业冶炼金属铷的反应原理是②2RbCl＋CaCaCl2＋2Rb↑。下列说法不正确的是( )
A．铝作还原剂冶炼金属的反应称之为铝热反应
B．该冶炼方法属于热还原法
C．反应①无法说明钠元素的金属性强于钾元素
D．反应①中可以选KCl水溶液
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
D [反应①中若选KCl水溶液，则Na与H2O反应，不能生成K，D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
3．(2023·广东卷，T10)部分含Na或含Cu物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是( )
A．可存在c→d→e的转化
B．能与H2O反应生成c的物质只有b
C．新制的d可用于检验葡萄糖中的醛基
D．若b能与H2O反应生成O2，则b中含共价键
√
B [能与H2O反应生成c的物质可以是b(Na2O)也可以是a(Na)，B错误。]
题号
1
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10
4．(2025·张家界模拟)以混有SiO2的MgCO3为原料制备氧化镁的实验流程如图：
√
下列说法错误的是( )
A．“酸浸”的离子方程式为＋2H＋===CO2↑＋H2O
B．浸出渣的成分是SiO2
C．母液的主要溶质是NH4Cl
D．固体X是Mg(OH)2
题号
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A [MgCO3是微溶物，不可拆成离子，故A错误；SiO2不溶于盐酸，浸出渣为SiO2，故B正确；加入氨水沉镁的化学方程式为MgCl2＋2NH3·H2O===Mg(OH)2↓＋2NH4Cl，母液的主要溶质是NH4Cl，固体X是Mg(OH)2，故C、D正确。]
题号
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5．某同学通过如下流程制备氧化亚铜：
题号
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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
C．步骤④发生反应的离子方程式为2CuCl＋2OH－Cu2O＋2Cl－＋H2O
D．如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质，用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应，根据反应前、后固体质量可计算试样纯度
√
题号
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D [CuCl难溶于稀硫酸，Cu2O与稀硫酸反应生成Cu，故反应后的固体为CuCl与Cu的混合物，无法确定Cu的量，无法计算试样纯度，D错误。]
题号
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6．(2024·佛山二模)部分含Mg或含Al物质的类别与化合价关系如图所示。下列推断不合理的是( )
A．a不能与H2O反应生成d或g
B．b和e均可用于制造耐高温材料
C．可存在a→f→g→e→a的循环转化关系
D．直接加热蒸干c或f溶液无法得到无水氯化物
√
题号
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A [Mg能与H2O在加热条件下反应生成，A错误；MgO和Al2O3均可用于制造耐高温材料，B正确；存在Al→AlCl3→Al(OH)3→Al2O3→Al的循环转化关系，C正确；由于镁离子和铝离子均会发生水解，直接加热蒸干MgCl2或AlCl3溶液无法得到无水氯化物，D正确。]
题号
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7．碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]是一种用途广泛的化工原料，实验室中以废铜屑为原料，制取碱式碳酸铜的流程如下。
下列说法错误的是( )
A．“加热”步骤可选用水浴加热
B．“酸浸”产生的气体可用NaOH溶液吸收
C．“滤液”中溶质的主要成分为NaNO3
D．可用盐酸和BaCl2溶液检验“滤液”中是否有
√
题号
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B [废铜屑与稀硝酸反应，产生的气体为一氧化氮；过滤除去难溶性滤渣，滤液中含硝酸铜和硝酸，加入碳酸钠溶液加热，与硝酸、硝酸铜反应，生成硝酸钠和铜盐，再加氢氧化钠溶液调节适当pH，经过一系列反应得到碱式碳酸铜。“酸浸”产生的气体为NO，与NaOH溶液不反应，不能用NaOH溶液吸收，B错误。]
题号
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8．(2025·漳州模拟)工业上从废催化剂(主要成分是钯和活性炭，还含有少量铁、锌)中回收钯(Pd)，采用如下流程：
题号
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已知：“酸溶Ⅱ”的主要反应是3Pd＋12HCl＋2HNO3
3H2PdCl4＋2NO↑＋4H2O。下列说法错误的是( )
A．“酸溶Ⅰ”的目的是除去铁、锌等杂质
B．为加快酸溶速率，“酸溶Ⅱ”需要高温条件
C．调节pH使溶液显碱性可以减少甲醛的损耗
D．溶液Ⅰ可能含有HCOO－
√
题号
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B [废催化剂中的铁、锌能与盐酸反应生成可溶性盐，“酸溶Ⅰ”的目的是除去铁、锌等杂质，A项正确；王水中含有加热易分解和易挥发的硝酸，且盐酸也易挥发，故“酸溶Ⅱ”的温度不宜过高，B项错误；在酸性条件下具有强氧化性，会氧化甲醛，碱性环境可以减少甲醛的损耗，C项正确；甲醛被氧化生成甲酸，在碱性溶液中生成甲酸盐，D项正确。]
题号
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9．(14分)胆矾又称石胆，是一种铜矿中开采的硫酸盐类矿物晶体，易风化。用黄铜矿(CuFeS2，含有少量SiO2)为原料制备胆矾的工艺流程如图所示。回答下列问题：
题号
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(1)为了提高黄铜矿的焙烧速率，可采取的措施有_____________、_______________________。(2分)
(2)“焙烧”过程中发生反应的化学方程式为___________________
______________________________________________。(3分)
(3)“酸浸”时加入过量试剂X的目的是________________________
_________________________________________________。(3分)
(4)“除铁”时可选用的试剂有________________________________
(填名称，任写一种)。(2分)
升高温度
粉碎黄铜矿(合理即可)
4CuFeS2＋13O2
===4CuO＋2Fe2O3＋8SO2
使CuO、Fe2O3完全转化为
Cu2+、Fe3+，提高固体的浸出率，抑制Fe3+水解
氧化铜(或氢氧化铜，合理即可)
题号
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(5)某化学小组通过设计实验测定胆矾晶体(CuSO4·xH2O)中结晶水的含量。
①实验中常用胆矾而不用其他结晶水合物(如：Na2SO4·10H2O、FeSO4·7H2O等)来探究结晶水含量的测定实验，其优点可能是________(填标号)。
A．胆矾较易得到，其他结晶水合物较难得到
B．胆矾较其他结晶水合物更易失去结晶水
C．胆矾失水后有较明显的特征即颜色变化
D．CuSO4不易分解，也不易与空气中的物质反应
CD
题号
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②实验中测出胆矾(CuSO4·xH2O)中结晶水x值的实验误差较大，可能的原因是______________________________________________
________________(任写一条)。(4分)
胆矾未干燥(或加热胆矾晶体时有晶体从坩埚中溅
出，合理即可)
题号
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[解析] (5)①实验中的试剂选择主要考虑操作是否简单、现象是否明显、性质是否稳定等方面，不是因为胆矾较易得到，其他结晶水合物较难得到，A错误；加热其他含有结晶水的晶体，一般都容易失去结晶水，B错误；硫酸铜是白色固体，含有结晶水的硫酸铜是蓝色固体，所以胆矾失水后有较明显的颜色变化，便于观察，C正确；硫酸铜比较稳定，不容易被氧化，便于通过质量差计算结晶水的质量，D正确。②测定所得胆矾(CuSO4·xH2O)中结晶水的x值时，胆矾未充分干燥，会导致胆矾含水量偏高，导致结果偏大，或加热胆矾晶体时有晶体从坩埚中溅出，导致测定的结晶水的质量偏大，测定的x值偏大。
题号
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10．(12分)(2024·汕头一模)金属镓被称为“电子工业脊梁”，氮化镓是5G技术中广泛应用的新型半导体材料。利用粉煤灰(主要成分为Ga2O3、Al2O3、SiO2，还有少量Fe2O3等杂质)制备镓和氮化镓的流程如下：
题号
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题号
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已知：①镓与铝同主族，其化合物性质相似。
②“碱浸”后溶液的主要成分为Na[Ga(OH)4]、Na[Al(OH)4]、Na2SiO3。
③NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；
NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。
题号
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回答下列问题：
(1)“焙烧”的目的是将Ga2O3转化为NaGaO2，该反应的化学方程式为_____________________________________________。(3分)
(2)“沉淀”步骤中加入过量稀硫酸至生成的沉淀不再溶解，则滤渣2的主要成分是____________(填化学式)。(2分)
Ga2O3＋Na2CO32NaGaO2＋CO2↑
H2SiO3
题号
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(3)步骤①和②中通入过量气体A发生反应的离子方程式为____________________________________________________。(3分)
(4)取a g GaN样品溶于足量的热NaOH溶液中，用H3BO3溶液将产生的NH3完全吸收，用的盐酸滴定，消耗V mL盐酸，则样品的纯度是______________。(4分)
[Ga(OH)4]－＋CO2===
%
题号
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[解析] 粉煤灰(主要成分为Ga2O3、Al2O3、SiO2，还有少量Fe2O3等杂质)与纯碱焙烧后得到Na2GaO2、Na2SiO3、Na2AlO2和CO2，加入稀NaOH溶液浸取，得到滤渣1为氧化铁沉淀，滤液中含有Na[Ga(OH)4]、Na[Al(OH)4]、Na2SiO3，“沉淀”步骤中加入过量稀硫酸至生成的沉淀不再溶解，则滤渣2的主要成分是H2SiO3沉淀，此时溶液中存在Al3+和Ga3+，加入稀NaOH溶液将Al3+、Ga3+分别转化为[Al(OH)4]－、，调pH通入二氧化碳后转化为氢氧化铝沉淀，通入二氧化碳二次酸化后[Ga(OH)4]－转化为氢氧化镓，将氢氧化镓与氢氧化钠溶液混合得到[Ga(OH)4]－，电解后得到镓单质，加入一溴甲烷和氨得到GaN。
(4)建立关系式为GaN～NH3～NH3·H3BO3～HCl，样品的纯度为
×100%＝%。
谢 谢 ！课时数智作业(十二) 金属材料与铝—镁—铜
(建议用时：40分钟 总分：50分)
(每小题只有一个选项正确，每小题3分，共24分)
1．(2025·邢台模拟)中国古代涉及的“铜”文化丰富多彩。下列说法错误的是( )
A．“青铜器时期”早于“铁器时期”的原因之一是铜比铁稳定
B．诗句“庐山山南刷铜绿”中的“铜绿”借指的是的颜色
C．铸造“铜钱儿”用的材料黄铜是单质铜
D．“石胆化铁为铜”中涉及金属键的断裂
2．Na、Mg、Ca、Al常用作冶炼金属的还原剂，如：工业冶炼金属钾的反应原理是①Na＋KClK↑＋NaCl，工业冶炼金属铷的反应原理是②2RbCl＋CaCaCl2＋2Rb↑。下列说法不正确的是( )
A．铝作还原剂冶炼金属的反应称之为铝热反应
B．该冶炼方法属于热还原法
C．反应①无法说明钠元素的金属性强于钾元素
D．反应①中可以选KCl水溶液
3．(2023·广东卷，T10)部分含Na或含Cu物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是( )
A．可存在c→d→e的转化
B．能与H2O反应生成c的物质只有b
C．新制的d可用于检验葡萄糖中的醛基
D．若b能与H2O反应生成O2，则b中含共价键
4．(2025·张家界模拟)以混有SiO2的MgCO3为原料制备氧化镁的实验流程如图：
下列说法错误的是( )
A．“酸浸”的离子方程式为＋2H＋===CO2↑＋H2O
B．浸出渣的成分是SiO2
C．母液的主要溶质是NH4Cl
D．固体X是Mg(OH)2
5．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
C．步骤④发生反应的离子方程式为2CuCl＋2OH－Cu2O＋2Cl－＋H2O
D．如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质，用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应，根据反应前、后固体质量可计算试样纯度
6．(2024·佛山二模)部分含Mg或含Al物质的类别与化合价关系如图所示。下列推断不合理的是( )
A．a不能与H2O反应生成d或g
B．b和e均可用于制造耐高温材料
C．可存在a→f→g→e→a的循环转化关系
D．直接加热蒸干c或f溶液无法得到无水氯化物
7．碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]是一种用途广泛的化工原料，实验室中以废铜屑为原料，制取碱式碳酸铜的流程如下。
下列说法错误的是( )
A．“加热”步骤可选用水浴加热
B．“酸浸”产生的气体可用NaOH溶液吸收
C．“滤液”中溶质的主要成分为NaNO3
D．可用盐酸和BaCl2溶液检验“滤液”中是否有
8．(2025·漳州模拟)工业上从废催化剂(主要成分是钯和活性炭，还含有少量铁、锌)中回收钯(Pd)，采用如下流程：
已知：“酸溶Ⅱ”的主要反应是3Pd＋12HCl＋2HNO33H2PdCl4＋2NO↑＋4H2O。下列说法错误的是( )
A．“酸溶Ⅰ”的目的是除去铁、锌等杂质
B．为加快酸溶速率，“酸溶Ⅱ”需要高温条件
C．调节pH使溶液显碱性可以减少甲醛的损耗
D．溶液Ⅰ可能含有HCOO－
9．(14分)胆矾又称石胆，是一种铜矿中开采的硫酸盐类矿物晶体，易风化。用黄铜矿(CuFeS2，含有少量SiO2)为原料制备胆矾的工艺流程如图所示。回答下列问题：
(1)为了提高黄铜矿的焙烧速率，可采取的措施有________________、________________。(2分)
(2)“焙烧”过程中发生反应的化学方程式为____________________________________________________________________
_____________________________________________________________。(3分)
(3)“酸浸”时加入过量试剂X的目的是__________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。(3分)
(4)“除铁”时可选用的试剂有________________(填名称，任写一种)。(2分)
(5)某化学小组通过设计实验测定胆矾晶体(CuSO4·xH2O)中结晶水的含量。
①实验中常用胆矾而不用其他结晶水合物(如：Na2SO4·10H2O、FeSO4·7H2O等)来探究结晶水含量的测定实验，其优点可能是________(填标号)。
A．胆矾较易得到，其他结晶水合物较难得到
B．胆矾较其他结晶水合物更易失去结晶水
C．胆矾失水后有较明显的特征即颜色变化
D．CuSO4不易分解，也不易与空气中的物质反应
②实验中测出胆矾(CuSO4·xH2O)中结晶水x值的实验误差较大，可能的原因是__________________________________________(任写一条)。(4分)
10．(12分)(2024·汕头一模)金属镓被称为“电子工业脊梁”，氮化镓是5G技术中广泛应用的新型半导体材料。利用粉煤灰(主要成分为Ga2O3、Al2O3、SiO2，还有少量Fe2O3等杂质)制备镓和氮化镓的流程如下：
已知：①镓与铝同主族，其化合物性质相似。
②“碱浸”后溶液的主要成分为Na[Ga(OH)4]、Na[Al(OH)4]、Na2SiO3。
③NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；
NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。
回答下列问题：
(1)“焙烧”的目的是将Ga2O3转化为NaGaO2，该反应的化学方程式为____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。(3分)
(2)“沉淀”步骤中加入过量稀硫酸至生成的沉淀不再溶解，则滤渣2的主要成分是____________(填化学式)。(2分)
(3)步骤①和②中通入过量气体A发生反应的离子方程式为____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。(3分)
(4)取a g GaN样品溶于足量的热NaOH溶液中，用H3BO3溶液将产生的NH3完全吸收，用的盐酸滴定，消耗V mL盐酸，则样品的纯度是______________。(4分)
课时数智作业(十二)
1．C [黄铜是铜锌合金，C项错误。]
2．D [反应①中若选KCl水溶液，则Na与H2O反应，不能生成K，D错误。]
3．B [能与H2O反应生成c的物质可以是b(Na2O)也可以是a(Na)，B错误。]
4．A [MgCO3是微溶物，不可拆成离子，故A错误；SiO2不溶于盐酸，浸出渣为SiO2，故B正确；加入氨水沉镁的化学方程式为MgCl2＋2NH3·H2O===Mg(OH)2↓＋2NH4Cl，母液的主要溶质是NH4Cl，固体X是Mg(OH)2，故C、D正确。]
5．D [CuCl难溶于稀硫酸，Cu2O与稀硫酸反应生成Cu，故反应后的固体为CuCl与Cu的混合物，无法确定Cu的量，无法计算试样纯度，D错误。]
6．A [Mg能与H2O在加热条件下反应生成Mg(OH)2，A错误；MgO和Al2O3均可用于制造耐高温材料，B正确；存在Al→AlCl3→Al(OH)3→Al2O3→Al的循环转化关系，C正确；由于镁离子和铝离子均会发生水解，直接加热蒸干MgCl2或AlCl3溶液无法得到无水氯化物，D正确。]
7．B [废铜屑与稀硝酸反应，产生的气体为一氧化氮；过滤除去难溶性滤渣，滤液中含硝酸铜和硝酸，加入碳酸钠溶液加热，与硝酸、硝酸铜反应，生成硝酸钠和铜盐，再加氢氧化钠溶液调节适当pH，经过一系列反应得到碱式碳酸铜。“酸浸”产生的气体为NO，与NaOH溶液不反应，不能用NaOH溶液吸收，B错误。]
8．B [废催化剂中的铁、锌能与盐酸反应生成可溶性盐，“酸溶Ⅰ”的目的是除去铁、锌等杂质，A项正确；王水中含有加热易分解和易挥发的硝酸，且盐酸也易挥发，故“酸溶Ⅱ”的温度不宜过高，B项错误；N在酸性条件下具有强氧化性，会氧化甲醛，碱性环境可以减少甲醛的损耗，C项正确；甲醛被氧化生成甲酸，在碱性溶液中生成甲酸盐，D项正确。]
9．解析：(5)①实验中的试剂选择主要考虑操作是否简单、现象是否明显、性质是否稳定等方面，不是因为胆矾较易得到，其他结晶水合物较难得到，A错误；加热其他含有结晶水的晶体，一般都容易失去结晶水，B错误；硫酸铜是白色固体，含有结晶水的硫酸铜是蓝色固体，所以胆矾失水后有较明显的颜色变化，便于观察，C正确；硫酸铜比较稳定，不容易被氧化，便于通过质量差计算结晶水的质量，D正确。②测定所得胆矾(CuSO4·xH2O)中结晶水的x值时，胆矾未充分干燥，会导致胆矾含水量偏高，导致结果偏大，或加热胆矾晶体时有晶体从坩埚中溅出，导致测定的结晶水的质量偏大，测定的x值偏大。
答案：(1)升高温度 粉碎黄铜矿(合理即可)
(2)4CuFeS2＋13O2===4CuO＋2Fe2O3＋8SO2
(3)使CuO、Fe2O3完全转化为Cu2+、Fe3+，提高固体的浸出率，抑制Fe3+水解 (4)氧化铜(或氢氧化铜，合理即可)
(5)①CD ②胆矾未干燥(或加热胆矾晶体时有晶体从坩埚中溅出，合理即可)
10．解析：粉煤灰(主要成分为Ga2O3、Al2O3、SiO2，还有少量Fe2O3等杂质)与纯碱焙烧后得到Na2GaO2、Na2SiO3、Na2AlO2和CO2，加入稀NaOH溶液浸取，得到滤渣1为氧化铁沉淀，滤液中含有Na[Ga(OH)4]、Na[Al(OH)4]、Na2SiO3，“沉淀”步骤中加入过量稀硫酸至生成的沉淀不再溶解，则滤渣2的主要成分是H2SiO3沉淀，此时溶液中存在Al3+和Ga3+，加入稀NaOH溶液将Al3+、Ga3+分别转化为[Al(OH)4]-、[Ga(OH)4]-，调pH通入二氧化碳后[Al(OH)4]-转化为氢氧化铝沉淀，通入二氧化碳二次酸化后[Ga(OH)4]-转化为氢氧化镓，将氢氧化镓与氢氧化钠溶液混合得到[Ga(OH)4]-，电解后得到镓单质，加入一溴甲烷和氨得到GaN。
(4)建立关系式为GaN~NH3~NH3·H3BO3~HCl，样品的纯度为×100%＝%。
答案：(1)Ga2O3＋Na2CO32NaGaO2＋CO2↑
(2)H2SiO3 (3)[Ga(OH)4]-＋CO2===Ga(OH)3↓＋HC (4)%
1/1
