2023新教材高考化学一轮第三章金属及其化合物第9讲金属材料课件

第9讲　金属材料\n考点一考点二考点三高考真题演练随堂过关训练\n考点一\n必备知识梳理·夯实学科基础一、镁、铝单质的性质1．镁、铝的结构和存在形态名称镁铝周期表中位置________________原子结构示意图自然界存在形态________________第三周期ⅡA族第三周期ⅢA族化合态化合态\n2.镁、铝的物理性质镁、铝都是银白色、有金属光泽的固体，密度较小，硬度较低，均具有良好的________、________和________等。延展性导电性导热性\n3．镁、铝的化学性质(1)镁的化学性质Mg\n\n微点拨Na、K、Mg、Ca具有强还原性，不能用金属置换的方法制取。氧化镁的晶格能大，熔点高(常用作耐火材料)，不宜用来冶炼镁。\n(2)铝的化学性质2Al＋3Cl22AlCl32Al＋3SAl2S3铝热反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑钝化Al＋4HNO3(稀)===Al(NO3)3＋NO↑＋2H2O2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑2Al＋3Hg(NO3)2===2Al(NO3)3＋3Hg\n特别提醒(1)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。(2)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。\n4.镁、铝的冶炼Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑；Al：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。5．镁、铝的制备工艺(1)从海水中提取镁①工艺流程模型\n②基本步骤及主要反应制熟石灰________________________________，CaO＋H2O===Ca(OH)2沉淀Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓酸化______________________________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：____________________Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O\n特别提醒(1)由MgCl2·6H2O得到无水MgCl2，必须在HCl气流中加热，以防MgCl2水解。(2)因镁在高温下能与O2、N2、CO2等气体发生反应，故工业电解MgCl2得到的镁，应在H2氛围中冷却。\n(2)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：①铝土矿Al2O3。②2Al2O3(熔融)________________。4Al＋3O2↑\n二、镁、铝的重要化合物1．MgO与Al2O3的比较MgOAl2O3物理性质均为白色粉末，___溶于水，熔点高(MgO___Al2O3)，是优良的________化学性质与热水反应MgO＋H2OMg(OH)2与水不反应碱性氧化物MgO＋2H＋===Mg2＋＋H2O两性氧化物Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、===＋H2O不>耐火材料\n2.Mg(OH)2与Al(OH)3的比较Mg(OH)2Al(OH)3物理性质白色固体，不溶于水不溶于水的白色胶状固体，具有______性化学性质不稳定性不稳定性：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O碱性，溶于强酸两性：①溶于强酸Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O②溶于强碱===＋2H2O吸附\n制备Mg2＋＋强碱：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓Mg2＋＋弱碱：Mg2＋＋2NH3·H2O===_________________①Al3＋与氨水：===(不用强碱===(不用强酸)③Al3＋与互促水解：＋6H2O===4Al(OH)3↓\n3.明矾(1)化学式为______________，它是____晶体，___于水。(2)明矾净水的原理电离方程式为，其中Al3＋发生水解反应，产生____________，能吸附水中______形成沉淀，使水澄清。KAl(SO4)2·12H2O无色可溶Al(OH)3(胶体)悬浮物\n三、可溶性铝盐与NaOH溶液反应的图像与计算1．图像操作可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量向NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量现象立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失图像方程式AB：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓BD：＋2H2OAB：＋2H2OBC：＋6H2O===4Al(OH)3↓\n2.可溶性铝盐与强碱反应的计算规律(1)求产物Al(OH)3的量①当n(OH－)≤3n(Al3＋)时，n[Al(OH)3]＝n(OH－)；②当3n(Al3＋)＜n(OH－)＜4n(Al3＋)时，n[Al(OH)3]＝4n(Al3＋)－n(OH－)；③当n(OH－)≥4n(Al3＋)时，n[Al(OH)3]＝0，无沉淀。(2)求反应物碱的量①若碱不足(Al3＋未完全沉淀)：n(OH－)＝3n[Al(OH)3]；②若碱使生成的Al(OH)3部分溶解：n(OH－)＝4n(Al3＋)－n[Al(OH)3]。\n题组强化训练·形成关键能力题组一镁、铝单质的性质及应用1．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冰灭火器灭火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D．依据铝热反应原理，能发生反应2Al＋3MgO3Mg＋Al2O3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。答案：B\n2．铝是中学化学学习阶段的唯一一种既能与酸(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_________________。(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100mL3mol·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．5.4gB．3.6gC．2.7gD．1.8g1∶11∶33∶1A\n解析：(1)根据化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，得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的体积比为1∶3。(3)因为铝足量且产生H2的量相等，根据关系式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的物质的量一样多时，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。\n2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑6mol3mol3mol·L－1×0.1L0.15mol则Al与NaOH反应生成的H2为0.15mol×2＝0.3mol。2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑2×27g3mol5.4g0.3mol即投入的铝粉为5.4g。\n微点拨铝与酸或碱反应生成H2的量的关系2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：①产生H2的物质的量相等。②消耗H＋、OH－的物质的量之比为n(H＋)∶n(OH－)＝3∶1。(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：①消耗Al的物质的量之比为1∶3。②生成H2的物质的量之比为1∶3。(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：若产生氢气的体积比为＜<1，则必定①铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。\n题组二　氧化铝、氢氧化铝的两性及应用3．下列说法正确的是()A．向NaAlO2溶液中滴加NaHCO3溶液，有沉淀和气体生成B．制备Al(OH)3悬浊液：向1mol·L－1AlCl3溶液中加过量的6mol·L－1NaOH溶液C．AlCl3溶液中加入过量稀氨水：＋2H2OD．将AlCl3加入Ba(HCO3)2溶液中同时有气体和沉淀产生解析：，只有沉淀生成，A错误；Al(OH)3是两性氢氧化物，可以和过量氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，故不能制备氢氧化铝悬浊液，B错误；Al(OH)3不溶于过量稀氨水，C错误；Al3＋与发生相互促进的水解反应，生成Al(OH)3沉淀和CO2气体，故D正确。答案：D\n4．工业上以铝土矿(主要成分是氧化铝，含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：下列叙述正确的是()A．反应①中试剂X是氢氧化钠溶液B．试剂Y是HCl，它与反应生成氢氧化铝C．图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应D．将X与Y试剂进行对换，最终可以达到相同结果答案：A\n解析：B项，若试剂Y是HCl，过量H＋与反应生成Al3＋，错误；C项，图中所示转化只有一步是氧化还原反应2Al2O34Al＋3O2↑，错误；D项，试剂X为氢氧化钠，滤渣C为氧化铁，滤液A为偏铝酸钠和氢氧化钠混合溶液，通入过量二氧化碳气体，发生反应：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，不能对换，错误。\n微点拨含铝杂质的提纯方法归类利用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，如：(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，再加酸充分溶解\n题组三与Al(OH)3图像的分析与计算5．下列曲线图(纵坐标为沉淀的量，横坐标为加入物质的物质的量)与对应的选项相符合的是()A．向1L浓度均为0.1mol·L－1的Ba(OH)2、NaAlO2混合液中加入0.1mol·L－1的稀H2SO4B．向1L浓度分别为0.1mol·L－1和0.3mol·L－1的AlCl3、NH4Cl的混合液中加入0.1mol·L－1的NaOH溶液C．向烧碱溶液中滴加明矾溶液D．向AlCl3溶液中滴加过量氨水答案：A\n解析：A项中，表示向浓度相同的Ba(OH)2、NaAlO2混合液中滴加等浓度稀硫酸时生成沉淀的过程：0～1阶段只生成BaSO4；1～1.5阶段发生＋H2O===Al(OH)3↓，反应生成Al(OH)3沉淀；1.5～3阶段是生成的Al(OH)3沉淀又溶于稀硫酸的过程，A正确。B项中，铝离子结合氢氧根离子的能力比铵根离子强，先进行反应，生成1mol氢氧化铝需要3mol氢氧根离子，溶解1mol氢氧化铝只需要1mol氢氧根离子，B错误。C项中，形成1mol偏铝酸根离子需要1mol铝离子，消耗1mol偏铝酸根离子只需要mol铝离子，C错误。D项中，氢氧化铝沉淀不能溶解于氨水中，D错误。\n6．向HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl溶液中(假设各1mol)，逐滴加入NaOH溶液，沉淀的物质的量随NaOH溶液体积变化的图像如图。(假设Mg2＋、Al3＋结合OH－能力相同)分析图像的变化情况，回答下列问题：(1)H＋、Al3＋、Al(OH)3、四种微粒与OH－反应的先后顺序依次为________________________。(2)依次写出各阶段的离子方程式：①OA：__________________________________________________。②AB：__________________________________________________。③BC：__________________________________________________。④CD：__________________________________________________。H＋、Al3＋、、Al(OH)3H＋＋OH－===H2OAl3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓＋OH－===NH3·H2O＋2H2O\n情境创新设计铝制品的表面处理在空气中，铝的表面自然形成的氧化膜很薄，耐磨性和抗蚀性不够强，为了使铝制品适应于不同的用途，常采用化学方法对铝的表面进行处理，如增加膜的厚度，对氧化膜进行着色等。以下为铝材表面处理的一种方法：\n[问题探究](1)碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，写出反应的离子方程式____________________________。(2)碱洗时常有气泡冒出，其原因是____________________________(用离子方程式表示)。(3)电解氧化：以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成较厚的氧化膜，则阳极的电极反应方程式为_____________________。(4)为了将碱洗槽液中的铝元素以沉淀的形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的______(填字母)，离子方程式为__________________________________________。a．NH3b．NaOHc．HNO3d．CO2＋H2O＋3H2↑2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋d\n考点二\n必备知识梳理·夯实学科基础1.铜的性质(1)铜的原子序数为____，在元素周期表中位于第___周期第____族，价电子排布式为______，位于金属活动性顺序表___之后，具有弱___性。(2)物理性质：铜是___色金属，具有良好的____性、___性和延展性。(3)化学性质29四IB3d104s1H还原紫红导电导热\n写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：①______________________________________(铜绿)；②2Cu＋SCu2S2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2OCu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋\n2．铜的重要化合物(1)氧化铜和氧化亚铜名称氧化铜(CuO)氧化亚铜(Cu2O)颜色________________与酸反应(H＋)CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2OCu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O与H2反应CuO＋H2Cu＋H2OCu2O＋H22Cu＋H2O转化关系4CuO2Cu2O＋O2↑黑色砖红色\n(2)氢氧化铜①物理性质：蓝色不溶于水的固体。②化学性质及应用反应a的化学方程式：Cu(OH)2CuO＋H2O。反应b的离子方程式：Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。\n(3)铜盐①Cu2(OH)2CO3Cu2(OH)2CO3的名称为________，是铜绿、孔雀石的主要成分，受热分解可生成黑色的氧化铜，化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O，可溶于稀硫酸，离子方程式：Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O②CuSO4蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末，化学方程式为CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O③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、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。碱式碳酸铜\n[易错易混辨析](错误的说明错因)(1)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物()错因：_____________________________________________。(2)过量铜与浓硝酸反应，产生的气体中有NO2、NO和H2()错因：_____________________________________________。(3)用稀硝酸清除铜制品上的铜锈()错因：_____________________________________________。(4)CuO是黑色固体，与水反应生成Cu(OH)2()错因：_____________________________________________。×铜锈的成分是Cu2(OH)2CO3，不是氧化物×硝酸的还原产物是NO2、NO，金属与硝酸反应不会生成H2×稀硝酸不但能与铜锈反应，也能与铜反应，用稀硝酸清除铜制品上的铜锈，可能会对铜制品造成腐蚀×CuO与H2O不反应\n(5)无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水()错因：_____________________________________________。(6)将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀()错因：_____________________________________________。(7)CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化()错因：_____________________________________________。√√×CuSO4·5H2O失去结晶水属于化学变化\n题组一铜及其化合物的性质和应用1．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是()A．将铜丝插入浓硫酸中加热，反应后把水加入反应器中，观察硫酸铜溶液的颜色B．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成C．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体D．将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿解析：A项，反应后，应将反应后液体倒入盛水的烧杯中，并不断搅拌；B项，应将铜丝在空气中加热到红热后伸入盛满氯气的集气瓶中；C项，CuCl2水解生成的HCl易挥发，加热蒸干CuCl2溶液得不到无水CuCl2固体。答案：D\n2．孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。某同学设计的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_________________________________。(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__________________________。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铁粉Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu过滤难溶于水和稀硫酸的杂质加热浓缩、冷却结晶\n解析：孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，且有气泡产生，反应的化学方程式为Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O。经过滤除去难溶于水和稀硫酸的杂质，则滤液中主要含有CuSO4，加入的金属粉末能将Cu2＋从溶液中置换出来即可，故金属可能是Fe或Zn等；要从滤液中得到CuSO4晶体，需进行加热浓缩、冷却结晶等操作。\n题组二　铜及其化合物的制备3．某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物，工业上以该废渣为原料生产CuCl2·2H2O晶体的工艺流程如下：下列说法正确的是()A.焙烧过程中每消耗1molCuS则消耗3molO2B.焙烧后的废气能够使酸性高锰酸钾溶液褪色C．滤渣中主要含铁的氧化物D．将获得的CuCl2·2H2O晶体加热可制得CuCl2固体答案：B\n解析：A项，2CuS＋3O22CuO＋2SO2，由方程式可知，1molCuS消耗1.5molO2，错误；B项，废气中含有SO2，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，正确；C项，调节pH至3～4时，Fe3＋水解转化为Fe(OH)3而除去，错误；D项，将CuCl2·2H2O直接加热脱水，Cu2＋水解，HCl挥发会产生Cu(OH)2，无法得到CuCl2，错误。\n4．铜的氯化物是重要的化工原料，常用作有机合成催化剂。实验室用粗铜(含杂质Fe)制备氯化亚铜、氯化铜晶体的流程如下：下列说法错误的是()A．固体1和固体2中Fe元素的价态相同B．检验溶液2中的杂质离子是否除尽可以选用KSCN溶液或铁氰化钾溶液C．试剂X可能是CuO，操作②中结晶时需要通入HCl气体D．反应②的离子方程式为2Cu2＋＋SO2＋2H2O＋2Cl－===＋4H＋答案：B\n解析：粗铜与足量的氯气反应生成氯化铜、氯化铁，即固体1；在盐酸中溶解固体，得到氯化铜和氯化铁的混合液，即溶液1；加入氧化铜调节溶液的pH，使铁离子变为氢氧化铁沉淀，则固体2为氢氧化铁、试剂X为氧化铜；氯化铜与二氧化硫反应制取氯化亚铜；通过蒸发浓缩、冷却结晶的方法得到二水合氯化铜晶体。A.分析可知，固体1为氯化铜、氯化铁，固体2为氢氧化铁，其中Fe元素的价态均为＋3价，A说法正确；B.检验溶液2中的杂质Fe3＋离子是否除尽可以选用KSCN溶液，不能用铁氰化钾溶液，B说法错误；C.试剂X可能是CuO或氢氧化铜，操作②中结晶时防止水解程度增大，需要通入HCl气体，C说法正确；D.反应②的离子方程式为＋4H＋，D说法正确。\n微点拨铜的冶炼“两方法”(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)：2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO22Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑粗铜中铜的含量为99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%～99.98%的铜。电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极，失电子变为Cu2＋，用纯铜棒作阴极即可得精铜。\n考点三\n必备知识梳理·夯实学科基础1.合金(1)概念：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________的物质。(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。①熔点：一般比它的各成分金属都低；②硬度和强度：一般比它的各成分金属都大。金属特性\n特别提醒(1)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。\n2.常见金属材料(1)分类\n(2)常见的合金材料低碳钢中碳钢高碳钢青铜Cu、Sn、PbCu、Zn\n3．金属矿物的开发和利用(1)金属在自然界中的存在形态①在自然界中绝大多数金属以________的形式存在。②金、铂等少数化学性质稳定的金属以________的形式存在。(2)金属的冶炼①实质：把金属从______还原为__________。即______________(写反应通式，用M表示金属)。②方法：根据金属的活动性不同，金属冶炼的方法分为热分解法、热还原法、电解法等。化合态游离态化合态游离态Mn＋＋ne－===M\n例如下列金属的冶炼(用化学方程式表示)方法名称主要反应原理(举例)热分解法热还原法CO作还原剂Fe2O3＋3CO______________(高炉炼铁)H2作还原剂WO3＋3H2________活泼金属作还原剂3MnO2＋4Al________电解法2Al2O3(熔融)________MgCl2(熔融)________2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑2Hg＋O2↑4Ag＋O2↑2Fe＋3CO2W＋3H2O3Mn＋2Al2O34Al＋3O2↑Mg＋Cl2↑\n特别提醒(1)冶炼Mg时电解熔融MgCl2而不电解MgO，原因是MgO的熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本。(2)冶炼Al时只能电解熔融Al2O3而不能电解AlCl3，原因是AlCl3是共价化合物，熔融态不导电；加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。\n4.铝热反应实验中的有关问题实验装置实验现象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：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3原理应用①制取熔点较高、活动性________Al的金属，如铁、铬、锰、钨等；②金属焊接，如野外焊接钢轨等弱于\n[易错易混辨析](错误的说明错因)(1)合金中的金属元素都以化合态形式存在()错因：__________________________________________。(2)金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性()错因：__________________________________________。(3)铝合金的熔点比纯铝的低()错因：__________________________________________。(4)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高()错因：__________________________________________。×合金中的金属大部分以单质的形式存在×金属离子未必只有氧化性，如Fe2＋有还原性√×铝比铁活泼，只能用电解法冶炼，故使用时间较晚\n(5)电解氯化镁溶液制取金属镁()错因：__________________________________________。(6)工业上利用电解AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg()错因：__________________________________________。(7)合金材料中不可能含有非金属元素()错因：__________________________________________。(8)合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属()错因：__________________________________________。×电解熔融的氯化镁制取金属镁×电解熔融氧化铝制取金属铝×碳素钢就含有碳元素√\n题组一金属材料、合金的性能及应用1．下列说法正确的是()A．铝、铁、铜相比较，铜元素在自然界中的含量最低、铁元素含量最高B．Al2O3、MgO可用作耐高温材料，二氧化硅是生产光纤制品的基本原料C．工业上采用电解熔融态Al2O3、MgO的方法冶炼Al、MgD．用钨作灯丝是因为其易导电解析：A项，自然界中铝元素的含量比Fe、Cu高；C项，冶炼Mg不是通过电解熔融的MgO，而是通过电解熔融的无水MgCl2；D项，钨作灯丝是因为其熔点高。答案：B\n2．“拟晶”是一种具有凸多面体规则外形但不同于晶体的固态物质。Al65Cu23Fe12是二十世纪发现的几百种拟晶之一。具有合金的某些优良物理性能。下列有关这种拟晶的说法正确的是()A．无法确定Al65Cu23Fe12中三种金属的化合价B．Al65Cu23Fe12的硬度小于金属铁C．Al65Cu23Fe12不可用作长期浸泡在海水中的材料D．1molAl65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去265mol电子解析：拟晶Al65Cu23Fe12是由三种金属元素组成，由于金属无负价，根据化合价代数和为0的原则，三种金属的化合价均可视作0价，A错误；拟晶具有合金的某些优良物理性能，合金的硬度一般比各成分金属大，B错误；Al65Cu23Fe12与海水可以构成原电池，会加速金属的腐蚀，因此不可用作长期浸泡在海水中的材料，C正确；溶于过量的硝酸时，Al与Fe均变为＋3价，Cu变为＋2价，故1molAl65Cu23Fe12失电子的物质的量＝65×3＋2×23＋12×3mol＝277mol，D错误。答案：C\n题组二　金属冶炼、金属矿物的开发利用3．不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是()A．钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制B．铝及其合金是电气、工业、家庭广泛使用的材料，是因为铝的冶炼方法比较简单C．由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质D．炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制造还原剂一氧化碳解析：A项，铁用CO还原法炼制，错误；B项，是因为Al有良好的性能，才被广泛使用，错误；C项，氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，工业上用电解氧化铝的方法制取铝，错误；D项，高炉炼铁中焦炭的作用为与氧气反应产生热量和制造还原剂一氧化碳，正确。答案：D\n4．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。)下列说法不正确的是()A．倭铅是指金属锌和铅的混合物B．煤炭中起作用的主要成分是CC．冶炼Zn的化学方程式：ZnCO3＋2CZn＋3CO↑D．该冶炼锌的方法属于热还原法解析：由题意可知，倭铅是指金属锌，不是混合物，A错误；煤炭的主要成分是碳，反应中碳作还原剂，B、C、D均正确。答案：A\n题组三铝热反应及应用5．引发铝热反应的操作是：将铝粉和Fe2O3粉末混合均匀，置于纸漏斗上，外铺一层KClO3作氧化剂，外插一段光亮的镁带，然后点燃镁带。下列各组中能分别代替KClO3和镁带而引发铝热反应的是()A．直接用酒精喷灯加热B．KMnO4、铝条C．火柴头、浓盐酸D．KMnO4、鞭炮引线解析：为使反应顺利进行，加入的氯酸钾为助燃剂，镁为引燃剂，所以选项中必须提供代替镁的引燃剂、代替氯酸钾的助燃剂，据此进行解答。A项：根据铝热反应装置可知，无法用酒精喷灯对反应的混合物进行加热，故A错误；B项：缺少引燃剂，铝热反应不会发生，故B错误；C项：火柴头可以做引燃剂，但是缺少助燃剂，无法达到反应所需温度，故C错误；D项：鞭炮引线为引燃剂，高锰酸钾为助燃剂，铝热反应可以发生，故D正确。答案：D\n6．铝粉与某些金属氧化物组成的混合物叫铝热剂，铝热剂在高温下发生的反应叫铝热反应。如：2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，反应发生时放出大量的热。仔细阅读上述信息回答下列问题：(1)“铝热反应”属于四种基本反应类型中的______反应。(2)信息中的“某些”指____________(填“比铝活泼的”“比铝不活泼的”或“任意”)。(3)试写出铝粉与MnO2发生的铝热反应方程式________________________。(4)题给的铝热反应可用于野外焊接钢轨，试解释其基本原理____________________________________。(5)为完全沉淀氯化铝溶液中的铝元素，常加入过量的________(化学式)，反应的化学方程式：____________________________________。置换比铝不活泼的3MnO2＋4Al2Al2O3＋3Mn反应放出的大量热将生成的金属铁熔化流入裂缝中将钢轨焊接在一起NH3·H2OAlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl\n解析：(1)铝热反应特点：一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物，符合置换反应的定义，属于置换反应；(2)反应为置换反应，应为活泼金属置换出较不活泼金属，故答案为比铝不活泼的；(3)铝粉与MnO2在高温下反应生成Mn和Al2O3，反应的方程式为3MnO2＋4Al2Al2O3＋3Mn；(4)铝和氧化铁能发生铝热反应且放出大量热，将生成的金属铁熔化流入裂缝中将钢轨焊接在一起；(5)由于氢氧化铝是两性氢氧化物，溶于强碱，故完全沉淀氯化铝溶液中的铝元素通常加入弱碱氨水，氯化铝与氨水反应生成氯化铵、氢氧化铝沉淀，反应化学方程式为：AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl。\n【知识拓展】1．常见过渡元素及其化合物(1)锌及其化合物\nZnO：两性氧化物，可溶于酸，如ZnO＋2HCl===ZnCl2＋H2O；可溶于强碱，如ZnO＋2NaOH===Na2ZnO2＋H2OZn(OH)2：两性氢氧化物，可溶于酸，如＋2HCl===ZnCl2＋2H2O；可溶于碱，如Zn(OH)2＋2NaOH===Na2ZnO2＋2H2O【注意】因Zn2＋可形成配合物，故Zn(OH)2能溶于氨水===＋2OH－＋4H2O\n[情境运用]锌的冶炼\n(2)银及其化合物分析物质化学性质位于金属活动性顺序表H的后面，还原性较弱银(Ag)与纯氧在高温条件下反应：4Ag＋O22Ag2O常温下：4Ag＋2H2S＋O2===2Ag2S＋2H2O(注意：银材质物品久置变黑的原理)与氧化性酸反应：2Ag＋2H2SO4(浓)Ag2SO4＋SO2↑＋2H2O、3Ag＋4HNO3稀===3AgNO3＋NO↑＋2H2O\n＋1价银具有氧化性，易形成配合物氧化银(Ag2O)不稳定性，见光易分解溶于H2O2溶液：Ag2O＋H2O2===2Ag＋O2↑＋H2O溶于氨水：Ag2O＋4NH3·H2O===2[Ag(NH3)2]OH＋3H2O氢氧化银(AgOH)不稳定性：2AgOH===Ag2O(棕黑色)＋H2O溶于氨水：AgOH＋2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]OH＋2H2O硝酸银(AgNO3)不稳定性：2AgNO32Ag＋O2↑＋2NO2↑与氨水反应：2AgNO3＋2NH3·H2O(少量)===Ag2O↓＋H2O＋2NH4NO3、AgNO3＋3NH3·H2O(过量)===[Ag(NH3)2]OH＋2H2O＋NH4NO3[Ag(NH3)2]OH银氨溶液与含有醛基的物质在碱性条件下加热发生银镜反应：CH3CHO＋2[Ag(NH3)2]OH2Ag↓＋CH3COONH4＋3NH3↑＋H2O\n特别提醒Ag＋与卤素离子、S2－发生反应生成不同颜色的沉淀，故可用于检验卤素离子和S2－。\n(3)钴、镍及其化合物钴和镍都是稳定的金属，常温下在空气中能稳定存在，加热条件下可生成CoO、NiO。常见化合价为0价、＋2价、＋3价。化合价＋2价的Co和Ni为中间价态，具有氧化性和还原性＋3价的Co和Ni具有强氧化性氧化性CoO在一定条件下可被H2、C或CO还原成单质钴酸性环境中发生反应：Co2O3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O、Ni2O3＋6HCl===2NiCl2＋Cl2↑＋3H2O氢氧化物(1)Co(OH)2在空气中被缓慢地氧化为棕褐色的Co(OH)3。(2)Ni(OH)2在空气中较稳定，可采用氧化性较强的Cl2将其氧化酸性溶液中被还原，如在盐酸中，2Co(OH)3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋6H2O、2Ni(OH)3＋6HCl===2NiCl2＋Cl2↑＋6H2O；在H2SO3溶液中===＋5H2O、===＋5H2O\n(4)钒铬及其化合物\n\n(5)铅及其化合物\n[情境运用]重要工业铬产品的一般制备流程\n(6)锰及其化合物\n\n(7)钛及其化合物\n2．硼及其化合物的性质(1)硼硼单质有晶体硼和无定形硼两种，晶体硼相当稳定，无定形硼比较活泼，能发生如下反应：①高温下，与N2、S、X2等单质反应，如2B＋N22BN。②高温下同金属反应生成金属硼化物。③赤热下，与水蒸气反应，2B＋6H2O(g)2B(OH)3＋3H2。④与热的浓硫酸或浓硝酸反应，2B＋3H2SO4(浓)2H3BO3＋3SO2↑，B＋3HNO3(浓)H3BO3＋3NO2↑。\n(2)硼酸(H3BO3)①一元弱酸，H3BO3＋H2O⇌H＋＋[B(OH)4]－。②H3BO3受热时会逐渐脱水，首先生成偏硼酸(HBO2)，继续升温可进一步脱水生成四硼酸(H2B4O7)，更高温度时则转变为硼酸的酸酐(B2O3)。(3)硼氢化钠(NaBH4)硼氢化钠中的氢元素为－1价，具有还原性，故其可用作醛类、酮类和酰氯类的还原剂：(4)硼砂(Na2B4O7·10H2O)①制备：将偏硼酸钠溶于水形成较浓溶液，然后通入CO2调节pH，浓缩结晶分离出硼砂：4NaBO2＋CO2＋10H2O===Na2B4O7·10H2O＋Na2CO3。②将硼砂溶于水，用硫酸溶液调节pH，可析出溶解度小的硼酸晶体：Na2B4O7＋H2SO4＋5H2O===4H3BO3↓＋Na2SO4。\n高考真题演练\n1．[2021·广东卷]化学创造美好生活。下列生产活动中，没有运用相应化学原理的是()选项生产活动化学原理A用聚乙烯塑料制作食品保鲜膜聚乙烯燃烧生成CO2和H2OB利用海水制取溴和镁单质Br－可被氧化、Mg2＋可被还原C利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品氢氟酸可与SiO2反应D公园的钢铁护栏涂刷多彩防锈漆钢铁与潮湿空气隔绝可防止腐蚀解析：用聚乙烯塑料制作食品保鲜膜与聚乙烯燃烧生成二氧化碳和水没有关系，A符合题意；利用海水制取溴，是将Br－氧化成Br2，利用海水制取镁单质，是将Mg2＋还原成Mg，B不符合题意；利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品是因为氢氟酸可与二氧化硅反应，C不符合题意；公园的钢铁护栏涂刷多彩防锈漆是设置防护涂层，使钢铁与潮湿空气隔绝从而防止钢铁腐蚀，D不符合题意。答案：A\n2.[2021·河北卷]“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()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：钢是以铁为主的含碳合金，A说法正确；钢的含碳量越高，硬度和脆性越大，B说法正确；合金的熔点比其组分的熔点低，生铁含碳量(2%～4.3%)大于熟铁的含碳量(约0.1%)，故生铁熔点比熟铁低，C说法错误；赤铁矿的主要成分是Fe2O3，D说法正确。答案：C\n3．[2021·湖南卷]一种工业制备无水氯化镁的工艺流程如下：下列说法错误的是()A.物质X常选用生石灰B.工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁C.“氯化”过程中发生的反应为MgO＋C＋Cl2MgCl2＋COD.“煅烧”后的产物中加稀盐酸，将所得溶液加热蒸发也可得到无水MgCl2答案：D\n解析：苦卤水中含有大量镁离子，加入生石灰，生石灰与水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙再与镁离子反应生成氢氧化镁，生石灰来源丰富、价格便宜，常用来做沉镁的沉淀剂，A说法正确；镁为活泼金属，工业上常用电解熔融氯化镁的方法来制备金属镁，B说法正确；根据题给流程图可知，“煅烧”氢氧化镁得到氧化镁，“氯化”过程中，加入碳和氯气与氧化镁反应，生成无水氯化镁和一种气体，根据原子守恒和化合价升降可得反应的化学方程式为MgO＋C＋Cl2MgCl2＋CO，C说法正确；向“煅烧”后所得氧化镁中加稀盐酸，得到氯化镁溶液，由于镁离子会发生水解反应Mg2＋＋2H2O⇌Mg(OH)2＋2H＋，直接蒸发MgCl2溶液，生成的HCl挥发，最终得到的是氢氧化镁，而不是无水氯化镁，D说法错误。\n4．[2021·河北卷]BiOCl是一种具有珍珠光泽的材料，利用金属Bi制备BiOCl的工艺流程如图：下列说法错误的是()A.酸浸工序中分次加入稀HNO3可降低反应剧烈程度B.转化工序中加入稀HCl可抑制生成BiONO3C.水解工序中加入少量CH3COONa(s)可提高Bi3＋水解程度D.水解工序中加入少量NH4NO3(s)有利于BiOCl的生成答案：D\n解析：酸浸工序中分次加入稀HNO3可控制反应物浓度，降低反应剧烈程度，A说法正确；转化工序中加入NaCl可生成BiCl3，Bi3＋会水解生成BiOCl和BiONO3，加入稀HCl可抑制BiONO3的生成，提高BiOCl的产率，B说法正确；水解工序中加入少量CH3COONa(s)可使水解平衡Bi3＋＋Cl－＋H2O⇌BiOCl＋2H＋正向移动，有利于Bi3＋水解生成BiOCl，C说法正确；水解工序中加入少量NH4NO3(s)可使C选项中的水解平衡逆向移动，不利于BiOCl的生成，D说法错误。\n随堂过关训练\n1．《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动性决定B.生铁比熟铁质地更硬，延展性稍差C.炒铁是为了提高铁水中的碳含量D.该法与近代往生铁水中吹空气炼钢异曲同工解析：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动性决定，故A正确；熟铁比生铁质地更软，且延展性好，生铁比熟铁质地更硬，延展性稍差，故B正确；炒铁过程中降低了铁水中的碳含量，从而将生铁转化成熟铁，故C错误；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C元素，其原理基本相同，故D正确。答案：C\n2．某同学进行有关铜、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示：下列说法正确的是()A．稀硝酸一定被还原为NO2B．实验1—②中溶液存在：c(Cu2＋)＋c(H＋)＝)＋c(OH－)C．由上述实验得出结论：常温下，Cu既可与稀硝酸反应，也可与稀硫酸反应D．实验1—③、实验2—③中反应的离子方程式：===实验1实验2①、③中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生③中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生答案：D\n解析：稀硝酸与铜发生3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O反应，生成的硝酸铜溶液为蓝色，试管口NO被氧化生成红棕色的二氧化氮，但硝酸被还原生成NO，故A错误；实验1—②中溶液存在的电荷守恒为2c(Cu2＋)＋c(H＋)＝＋c(OH－)，故B错误；由上述实验可得出结论：Cu在常温下可以和稀硝酸反应，但不能与稀硫酸反应，故C错误；实验1—③、实验2—③中反应的离子方程式为＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，故D正确。\n======＋5PbSO4＋2H2O。下列推断正确的是()A．由反应Ⅰ可知，Pb3O4中Pb(Ⅱ)和Pb(Ⅳ)含量之比为1∶2B．由反应Ⅰ、Ⅱ可知，氧化性：C．Pb可与稀硝酸发生反应：3Pb＋16HNO3===3Pb(NO3)4＋4NO↑＋8H2OD．Pb3O4可与盐酸发生反应：Pb3O4＋8HCl===3PbCl2＋4H2O＋Cl2↑答案：D\n解析：Pb3O4＋4H＋===PbO2＋2Pb2＋＋2H2O中各元素的化合价没有发生变化，即为非氧化还原反应，则Pb3O4中Pb(Ⅱ)和Pb(Ⅳ)的含量之比为2∶1，A错误。由反应Ⅰ中HNO3不能将Pb(Ⅱ)氧化为Pb(Ⅳ)可知，氧化性：HNO3<PbO2；由反应Ⅱ中PbO2将Mn2＋氧化成可知，氧化性：，B错误。由反应Ⅰ可知硝酸不能将Pb(Ⅱ)氧化为Pb(Ⅳ)，则该反应只能生成Pb(NO3)2，不能生成Pb(NO3)4，C错误。酸性条件下能将HCl氧化为Cl2，已知PbO2的氧化性大于的，则Pb(Ⅳ)也能将HCl氧化为Cl2，即Pb3O4可与盐酸发生反应Pb3O4＋8HCl===3PbCl2＋4H2O＋Cl2↑，D正确。\n4．孔雀石主要含Cu2(OH)2CO3，还含少量Fe、Si的化合物。实验室以孔雀石为原料制备CuSO4·5H2O及CaCO3，步骤如下：\n请回答下列问题：(1)溶液A中的金属离子有Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋。从下列所给试剂中选择：实验步骤中试剂①为________(填代号)，检验溶液A中Fe3＋的最佳试剂为________(填代号)。a．KMnO4b．(NH4)2Sc．H2O2d．KSCN(2)由溶液C获得CuSO4·5H2O，需要经过加热蒸发、________、过滤等操作。除烧杯、漏斗外，过滤操作还用到另一玻璃仪器，该仪器在此操作中的主要作用是________。cd冷却结晶引流\n(3)制备CaCO3时，应向CaCl2溶液中先通入(或先加入)________(填化学式)。若实验过程中有氨气逸出，应选用下列________装置回收(填代号)。(4)欲测定溶液A中Fe2＋浓度，需要用容量瓶配制某标准溶液，定容时视线应________，直到____________________________。用KMnO4标准溶液滴定时应选用_____滴定管(填“酸式”或“碱式”)。NH3b平视凹液面凹液面的最低点与刻度线相切酸式\n解析：(1)为使Fe2＋、Fe3＋一块沉淀，要加氧化剂将Fe2＋氧化而又不引入新杂质，选H2O2；Fe3＋用SCN－检验。(2)从溶液中析出晶体采用结晶法；过滤时要用到玻璃棒引流。(3)CaCl2溶液不与CO2反应，加入碱能反应，但又不能引入杂质，应通入NH3(或加入NH3·H2O)；氨气极易溶于水，吸收其要注意防倒吸，a装置广口瓶内的进气管长，容易倒吸，c装置中的倒置漏斗中、d中的多孔球泡全部浸入液面内，会发生倒吸。(4)用容量瓶配制溶液定容时，视线应平视凹液面，直到凹液面的最低点与刻度线相切；KMnO4溶液具有强氧化性，会氧化碱式滴定管的橡胶管，故应选用酸式滴定管。