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- 2021-04-17 发布
第 11 讲 用途广泛的金属材料及开发利用金属矿物
考纲要求 考情分析 命题趋势
2016,全国卷甲,13T
2016,四川卷,9T
2016,北京卷,28T
1.了解常见金属的活
动顺序。
2.了解铜及其重要化
合物的制备方法,掌握铜及
其重要化合物的主要性质
及其应用。
3.了解合金的概念及
其重要作用。
分值:2~4 分
本部分内容涉及题型较多,
有选择题、综合推断题及实验探
究题,铜及其重要化合物知识往
往结合电化学知识一起考查。由
金属材料、铜及其重要化合物知
识联系生活实际,近几年高考的
考查有升温趋势。预计在 2019
年高考中还会继续考查本部分
内容,在平时的复习过程中,多
注重与实验探究的结合。
考点一 铜及其重要化合物
1.铜
(1)物理性质
铜是!!!!__紫红__####色金属,具有良好的!!!!__导热__####性、!!!!__
导电__####性和延展性。
(2)化学性质
反应物 化学方程式
O2
①潮湿的空气中:2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3(碱
式碳酸铜,!!!!__绿__####色)
②!!!!__2Cu+O2 =====△
2CuO__####(!!!!__黑
色__####固体)
Cl2
!!!!__Cu+Cl2 =====点燃
CuCl2__####(!!!!__棕黄
__####色烟)
非金
属
S !!!!__2Cu+S =====△
Cu2S__####
浓硫酸
!!!!__Cu+2H2SO4(浓) =====△
CuSO4+SO2↑+
2H2O__####
氧化
性酸
浓硝酸 !!!!__Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+
2H2O__####
稀硝酸
!!!!__3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+
4H2O__####
盐 AgNO3、
FeCl3
!!!!__Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+
2Ag__####、!!!!__Cu+2FeCl3===CuCl2+2FeCl2__####
2.铜的氧化物和氢氧化物
氧化铜 氧化亚铜 氢氧化铜
化
学式
CuO Cu2O Cu(OH)2
状
态
不溶于水的!!!!__黑色
__####固体(粉末)
不溶于水
的!!!!__红色
__####固体
不溶于水
的!!!!__蓝色
__####固体
化
学性质
CuO+2H+===!!!!
__Cu2++H2O__####
CuO+H2 =====△
!!!!
__Cu+H2O__####
CuO+CO =====△
!!!!
__Cu+CO2__####
Cu2O+2H+
===!!!!__Cu2++
Cu+H2O__####
Cu2O+H2 =====△
2Cu+H2O
Cu(OH)2+2H+
===Cu2++2H2O
Cu(OH)2 =====△
!
!!!__CuO+
H2O__####
3.铜盐
(1)Cu2(OH)2CO3 的名称为!!!!__碱式碳酸铜__####,是铜绿的成分,它是铜在潮湿
的空气中被锈蚀的结果,它受热易分解:!!!!__Cu2(OH)2CO3 =====△
2CuO+H 2O+
CO2↑__####。
(2)无水 CuSO4 是!!!!__白色__####粉末,遇水变!!!!__蓝色__####(生成
CuSO4·5H2O),可作为水的检验依据,但不适于作干燥剂。CuSO4·5H2O 为!!!!__蓝
__####色晶体,俗称!!!!__蓝矾__####或!!!!__胆矾__####,受热易分解:
CuSO4·5H2O =====△
CuSO4+5H2O↑,蓝色晶体受热转化为白色粉末。
(3)铜盐溶液有毒,主要是因为铜离子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,因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水
配成了波尔多液,用来杀灭植物的害虫。
铜及其化合物的颜色
物
质
颜
色
物质
颜
色
C
u
紫
红色
CuSO4
白
色
C
uO
黑
色
CuSO4·5H2O
蓝
色
C
u2O
砖
红色
Cu2(OH)2CO3
绿
色
C
u2S
黑
色
Cu(OH)2
蓝
色
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”。
(1)(2017·海南卷)稀硫酸和铜粉反应可制备硫酸铜。( × )
(2)无水 CuSO4 白色粉末遇水变蓝色,发生物理变化。( × )
(3)CuSO4·5H2O 加热失去结晶水发生物理变化。( × )
(4)清除铜制品表面的铜绿用稀 HNO3。( × )
2.(2018·甘肃兰州月考)某化学兴趣小组进行了有关 Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验,
实验过程如下图所示。下列有关说法正确的是( C )
A.实验①中溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生,说明稀硝酸被 Cu 还原为 NO2
B.实验③中滴加稀硫酸,铜片继续溶解,说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强
C.实验③发生反应的化学方程式为:3Cu+Cu(NO3)2+4H2SO4===4CuSO4+2NO↑+
4H2O
D.由上述实验可得出结论:Cu 在常温下既可以和稀硝酸反应,也可以和稀硫酸反应
解析 A 项,Cu 与稀 HNO3 反应生成 NO,在试管口遇到 O2 而生成 NO2,错误;B 项,
加稀 H2SO4 提供了 H+,NO -3 在酸性环境下与 Cu 反应,错误;D 项,Cu 常温下与稀 HNO3
反应,不与稀 H2SO4 反应,错误。
区别红色物质 Cu 和 Cu2O 的方法
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,否则为
Cu。反应的化学方程式为
Cu2O+H2SO4===CuSO4+Cu+H2O。
废铜的回收利用常见流程
[例 1] (2018·安徽淮南月考)实验室以含有少量铁的粗铜粉和硫酸与硝酸的混合溶液为
原料制备 CuSO4·5H2O(胆矾)晶体。设计的工艺流程图如下:
请回答下列问题:
(1)根据反应原理,操作①所需的混酸溶液中硝酸和硫酸的理论配比(物质的量之比)
为!!!!__2∶3__####。操作②中需要把 NO 与!!!!__O2__####气体混合通入水中,
混入该气体的目的是!!!!__4NO+3O2+2H2O===4HNO3__####(用化学方程式表示)。
(2)溶液Ⅰ中存在一定浓度的 Fe3+、Cu2+,在该浓度时生成氢氧化物沉淀的 pH 如下表。
操作③中某学生设计物质 X 为 H2O,若加水调节溶液的 pH,则 Fe(OH) 3 开始沉淀的
pH!!!!__>__####1.9(填“>”“<”或“=”);而实际操作中一般不用此法调节溶液的
pH,其主要原因是!!!!__不利于蒸发浓缩(或蒸发浓缩消耗很多的能量)__####。
开始
沉淀
沉淀
完全
F
e3+ 1.9 3.2
C
u2+ 4.7 6.7
(3)操作④中物质 Y 为!!!!__H2SO4__####。查阅资料知 CuSO4·5H2O 的溶解度曲线
如上图所示,则操作⑤应采取的措施是蒸发浓缩、!!!!__冷却到 30 ℃以下结晶
__####、过滤、洗涤、干燥等。
解析 (1)操作①是利用硝酸氧化而溶解铜,生成的 Cu2+与 SO 2-4 结合为 CuSO4。根据
3Cu+8H++2NO-3 ===3Cu2++2NO↑+4H2O 知,生成 3 mol CuSO4 消耗 3 mol 硫酸、2 mol
硝酸。操作②中把 NO 与氧气混合通入水中生成硝酸以循环利用,并减少污染,反应方程式
是 4NO+3O2+2H2O===4HNO3。(2)因加水使 c(Fe3+)降低,则 Fe(OH)3 开始沉淀的 pH>1.9,
而实际操作中一般不用此法调节溶液的 pH,其主要原因是加入的水较多不利于蒸发浓缩或
蒸发浓缩消耗很多的能量。(3)由溶液Ⅱ得到晶体需蒸发浓缩,而蒸发时硫酸铜会水解,因
此加入硫酸抑制水解。根据 CuSO4·5H2O 的溶解度曲线知温度越高,其溶解度越大,即温度
低时析出量多,而且 30 ℃时 CuSO4·5H2O 失水变为 CuSO4·3H2O,因此应冷却到 30 ℃以
下结晶。
金属回收利用的思考路线
原料―→操作或反应Ⅰ―→主产物―→操作或反应Ⅱ→…→目标产物
[例 1] 废旧印刷电路板是一种电子废弃物,其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技
术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方
法回收铜和制取胆矾,流程简图如下:
回答下列问题:
(1)反应Ⅰ是将 Cu 转化为[Cu(NH3)4]2+,反应中 H2O2 的作用是!!!!______####。
写出操作①的名称:!!!!______####。
(2)反应Ⅱ是铜氨溶液中的[Cu(NH3)4]2+与有机物 RH 反应,写出该反应的离子方程
式:!!!!______####。操作②用到的主要仪器名称为!!!!______####,其目的
是!!!!______####(填字母)。
a.富集铜元素
b.使铜元素与水溶液中的物质分离
c.增加 Cu2+在水中的溶解度
(3)反应Ⅲ是有机溶液中的 CuR2 与稀硫酸反应生成 CuSO4 和!!!!______####。若操
作③使用右图装置,图中存在的错误是!!!!______####。
(4)操作④以石墨作电极电解 CuSO4 溶液。阴极析出铜,阳极产物是!!!!______####。
操作⑤由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是!!!!______####。
(5)流程中有三处实现了试剂的循环使用,已用虚线标出两处,第三处的试剂是!!!!
______####。循环使用的 NH4Cl 在反应Ⅰ中的主要作用是!!!!______####。
[答题送检]来自阅卷名师报告
错
误
致错原因
扣
分
(2)
对流程图没有作透彻的分析,没弄清[Cu(NH3)4]2+与有机物 RH 反
应之后有哪些产物,导致离子方程式书写错误
-
2
(3)
不清楚分液漏斗对液体物质有量上的要求,多数仪器如试管、烧瓶等,
其盛装的溶液一般均不超过其容积的 1/3
-
1
(4)
从 CuSO4 溶液制胆矾,实际上是使用了结晶法,很多同学回答加热浓
缩、冷却结晶,忽略了结晶之后还要过滤这一操作而导致答案不完整
-
1
[解析] (1)Cu 转化为[Cu(NH3)4]2+,化合价升高,发生氧化反应,故 H2O2 作氧化剂,
将 Cu 氧化。从图中可以看出,经过操作①得到溶液和残渣,故操作①是过滤。(2)铜氨溶液
中的[Cu(NH3)4]2+ 与有机物 RH 反应生成 NH3 和 NH4Cl 及溶解在有机层中的 CuR2,故反
应的离子方程式为[Cu(NH3)4]2++2RH===2NH3+2NH+4 +CuR2 。操作②得到溶液和有机
层,故该操作是分液,用到的主要仪器是分液漏斗。其目的是使铜元素与水溶液中的物质分
离,富集铜元素。(3)根据反应Ⅲ可以判断出 CuR2 与稀硫酸反应生成 CuSO4 和 RH。图中的
错误是分液漏斗的尖端未紧靠烧杯内壁,分液漏斗中的液体太多。(4)电解 CuSO4 溶液,阳
极是水放电,电极反应式为 2H2O-4e-===O2↑+4H+,故阳极产物是 O2 和 H2SO4。将硫酸
铜溶液加热浓缩、冷却结晶、过滤即得胆矾晶体。(5)反应Ⅲ消耗 H2SO4,操作④电解 CuSO4
溶液产生 H2SO4,实现了 H2SO4 的循环使用。反应Ⅰ中 H2O2 将铜氧化为 Cu2+,Cu2+与 NH3
产生[Cu(NH3)4]2+,因为 NH3 溶于水,溶液显碱性,如果 c(OH-)过高,会产生 Cu(OH)2
沉淀,为防止产生 Cu(OH)2 沉淀,在反应Ⅰ中加入了 NH4Cl。
[答案] (1)作氧化剂 过滤
(2)[Cu(NH3)4]2++2RH===2NH+4 +2NH3+CuR2
分液漏斗 ab
(3)RH 分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁、分液漏斗中的液体过多
(4)O2、H2SO4 加热浓缩、冷却结晶、过滤
(5)H2SO4 防止由于溶液中 c(OH-)过高,生成 Cu(OH)2 沉淀
1.(2018·江西赣州质检)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:!!!!__Cu2++Fe===Cu+Fe2
+、Fe+2Fe3+===3Fe2+或 Fe+2H+===Fe2++H2↑__####。
(2)步骤②的操作名称是!!!!__过滤、洗涤(不答洗涤也可)__####。
(3)步骤④中所加物质 X 为!!!!__CuO 或 Cu(OH)2 等__####。
(4)步骤⑤的操作是!!!!__在 HCl 气流中蒸发结晶__####。
(5)步骤⑥应调节溶液的 pH 呈酸性,且用乙醇洗涤 CuCl 晶体,目的是!!!!__减少
CuCl 的损失__####。
(6)在 CuCl 的生成过程中,可以循环利用的物质是!!!!__硫酸(或 H2SO4)__####,
理论上!!!!__否__####(填“是”或“否”)需要补充(不考虑调节等消耗);理由
是!!!!__Cu 与浓硫酸反应生成 CuSO4 和 SO2 的物质的量之比为 1:1,而生产 CuCl 的
过程中消耗 CuSO4 和 SO2 的物质的量之比也为 1:1,所以理论上不需要补充 H2SO4__####。
(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:!!!!__Cu2++Cl-+e-===CuCl↓__####。
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,生成的 H2SO4 与消耗的 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↓。
近五年高考与铜有关的拓展反应方程式:
(1)2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜)。
(2)2Cu2S+3O2 =====高温
2Cu2O+2SO2。
(3) 在 制 取 乙 炔 的 实 验 中 , 用 CuSO4 溶 液 除 去 乙 炔 中 的 杂 质 H2S 等 , CuSO4 +
H2S===CuS↓+H2SO4。
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”。
(1)(2016·全国卷甲)除去 Cu 粉中混有的 CuO,加入稀硝酸溶解,过滤、洗涤、干燥。
( × )
(2)1 mol Cu 和足量热浓硫酸反应可生成 NA 个 SO3 分子。( × )
(3)中国古代利用明矾溶液的酸性清除铜镜表面的铜锈。( √ )
(4)气体通过无水硫酸铜,粉末变蓝,证明原气体中含有水蒸气。( √ )
2.(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】 该小组用下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!!!!__干燥管__####。
(2)实验操作的先后顺序是 a→!!!!__cdb__####→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!!!!__
先变红,后褪色__####。
(4)装置 D 中发生的氧化还原反应的离子方程式是!!!!__Cl2+2OH-===ClO-+Cl
-+H2O__####。
【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!!!!__加热时间不足或温度偏低__####。
②若杂质是 CuO,则产生的原因是!!!!__通入 HCl 的量不足__####。
解析 (1)仪器 X 的名称为干燥管。(2)实验操作中应先通氯化氢气体,再点燃酒精灯,
反应结束后,先熄灭酒精灯,再停止通入氯化氢气体,故实验操作的先后顺序为:
a→c→d→b→e。(3)实验过程中,由于通入氯化氢气体,多余的氯化氢气体能使湿润的蓝色
石蕊试纸变红;又由于反应过程中产生氯气,氯气与水反应生成的 HClO 能漂白试纸而使试
纸褪色。(4)装置 D 中发生的氧化还原反应为氯气与氢氧化钠溶液的反应,离子方程式为 Cl2
+2OH-===Cl-+ClO-+H2O。(5)①由于加热时间不足或温度偏低,CuCl2·2H2O 失去结晶
水后生成 CuCl2,CuCl2 没有完全分解;②通入的氯化氢气体不足,反应过程中 CuCl2 水解
生成 Cu2(OH)2Cl2,Cu2(OH)2Cl2 分解而生成 CuO。
考点二 金属材料及金属矿物的开发利用
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!!!!__金属
特性__####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__####。
2.常见金属材料
金属
材料 Error!
(1)重要的黑色金属材料——钢
钢是用量最大,用途最广的合金。
钢Error!
(2)几种有色金属材料
有色金属材料Error!
有色金属材料Error!
3.金属在自然界中的存在形态
除了!!!!__金__####、!!!!__铂__####等极少数金属外,绝大多数金属
以!!!!__化合态__####的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中,金属元素都
显!!!!__正__####化合价。
4.金属的冶炼
(1)实质:!!!!__把金属从化合态还原为游离态__####。
(2)一般步骤
(3)方法
方法名称 主要反应原理(举例)
热分解法
2HgO =====△
!!!!__2Hg+O2↑__####
2Ag2O =====△
4Ag+O2↑
C 作还原剂 2ZnO+C =====高温
2Zn+CO2↑
CO 作还原剂
Fe2O3+3CO =====高温
!!!!__2Fe+3CO2__####
(高炉炼铁)
H2 作还原剂 WO3+3H2 =====△
!!!!__W+3H2O__####
热还
原法
活泼金属作还原
剂
3MnO2+4Al =====高温
!!!!__3Mn+
2Al2O3__####
2Al2O3 =====电解
冰晶石 !!!!__4Al+3O2↑__####
MgCl2 =====电解
!!!!__Mg+Cl2↑__####电解法
2NaCl =====电解
2Na+Cl2↑
(4)铝热反应
实验装
置
实验现
象
①镁带剧烈燃烧,放出一定的热,并发出耀眼的白光,氧化铁和铝粉在
较高温度下发生剧烈反应;
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!!!!__Fe2O3+2Al =====高温
2Fe+Al2O3__####
原理应
用
①制取熔点较高、活泼性弱于 Al 的金属铬、锰、钨等;
②金属焊接,如野外焊接钢轨等
合金的组成与性质
(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属,也可以是金属与非金属,合金中
一定含金属元素。合金一定是混合物。
(2)常温下,多数合金是固态,但钾、钠合金呈液态。
(3)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性
能,在许多方面不同于各成分金属,不是简单加和;但在化学性质上,一般认为合金体现的
是各成分金属的化学性质。
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”。
(1)合金中的金属元素以化合物的形式存在。( × )
(2)合金的硬度低于成分金属,合金的熔点一般高于其成分金属。( × )
(3)下列物质或材料都属于合金:钢、青铜、铝镁合金、水银、硅钢。( × )
2.下列关于金属冶炼的方法叙述不正确的是( D )
选
项
金
属
存在
形式
冶炼方法
A 金
游离
态
金子比沙子密度大,利用水洗法直接分离
B 银
化合
态
银的金属性弱,用加热 Ag2O 的方法冶炼
C 铁
化合
态
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
D 钠
化合
态
钠的金属性强,一般还原剂很难将其还原出来,所
以用电解饱和 NaCl 溶液的方法冶炼
金属活动性与冶炼方法的关系
金属活动性顺序表的应用
1.金属活动性顺序表及其应用
金属活动性顺
序表
K、Ca、
Na
Mg、Al、
Zn
Fe、Sn、
Pb(H)
Cu、
Hg、Ag
P
t
A
u
原子失电子能
力
由大到小,还原性由强到弱
阳离子得电子
能力
由小到大,氧化性由弱到强(Fe 对应 Fe2+)
与 O2 反应
常温易
被氧化
常温能
被氧化
常温干
燥空气中不
易被氧化
加热
时能被氧
化
不能
被氧化
与 H2O 反应
常温置
换出氢
加热或与水蒸气反应置
换出氢
不能置换出水中的
氢
与酸反应
剧烈反
应并置换出
酸中的氢
能置换出酸中的氢
不能置换出酸中的
氢
与碱反应 仅 Al、Zn 能与强碱水溶液反应
与盐反应
先与水
反应
排在前面的金属能把排在后面的金属从它的可溶
性盐溶液中置换出来
自然界存在 化合态 化合态和少量游离态
游离
态
冶炼方法 电解法 热还原法
热分
解法
物理
方法
2.根据金属活动性判断金属的冶炼方法
(1)表中汞以后的金属一般用热分解法或淘洗等物理方法。
(2)表中锌到铜之间的金属一般用热还原法,常用的还原剂有 C、CO、H2、Al 等。
(3)表中锌以前的金属一般用电解其熔融化合物的方法。
①冶炼 Mg 时只能电解 MgCl2 不能电解 MgO(熔点太高)。
②冶炼 Al 时只能电解 Al2O3 不能电解 AlCl3(共价化合物,熔融时不导电)。加入冰晶石
(Na3AlF6)的目的是降低 Al2O3 的熔化温度。
(4)某些金属如 Cu,可用湿法冶金,即 CuSO4+Fe===Cu+FeSO4。
(5)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼,如 Na+KCl????850 ℃
K↑+NaCl、2RbCl
+Mg ????700~800 ℃
MgCl2+2Rb↑等,在此主要运用了化学平衡移动原理,利用 K、Rb 沸点低,
汽化离开反应体系,使化学反应得以向正反应方向进行。
[例 1] 已知:
化合
物
M
gO
Al
2O3
Mg
Cl2
Al
Cl3
类型
离
子化合
物
离
子化合
物
离
子化合
物
共
价化合
物
熔点 2 2 714 19
/℃ 800 050 1
工业制镁时,电解 MgCl2 而不电解 MgO 的原因是!!!!__MgO 的熔点高,熔融时
耗费更多能源,增加生产成本__####;制铝时,电解 Al2O3 而不电解 AlCl3 的原因是!!!!
__AlCl3 是共价化合物,熔融态难导电__####。
[例 1] (2018·重庆模拟)下列制备物质的工业生产流程合理的是( )
A.由铝土矿冶炼铝:铝土矿 ― ― →电解
Na3AlF6 Al
B.制硫酸:硫铁矿 ― ― →高温
空气 SO2 ― ― →H2O
H2SO3 ― ― →O2
H2SO4
C.由 NaCl 制漂白粉:NaCl(aq) ― ― →电解
Cl2 ― ― →石灰乳
漂白粉
D.合成氨:NH4Cl 和 Ca(OH)2 固体 ― ― →△
NH3 ― ― →碱石灰
纯净干燥的氨气
[答题送检]来自阅卷名师报告
错
误
致错原因
扣
分
A
以偏概全,铝土矿的主要成分是 Al2O3,还含有较多的杂质,不能直接
电解
-
6
[解析] A 项,铝土矿的主要成分虽然是氧化铝,但含有很多的杂质,不能直接电解,
错误;B 项,硫酸的制取过程是燃烧硫铁矿获得 SO2 后,用氧气在催化剂存在条件下氧化为
SO3,再用 98.3%的硫酸吸收 SO3,用水吸收 SO2 后氧化亚硫酸的工艺相对困难,不合理;C
项,可以用石灰乳吸收氯碱工业产生的氯气获得漂白粉,正确;D 项,工业上用氮气、氢气
合成氨气,加热铵盐和碱的混合物的方法适合实验室制取少量氨气,工业上不可行,错误。
[答案] C
1.银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下:[注:
Al(OH)3 和 Cu(OH)2 开始分解时的温度分别为 450 ℃和 80 ℃]
(1)若银铜合金中铜的质量分数为 63.5%,理论上 5.0 kg 废料中的铜可完全转化
为!!!!__50__####mol CuAlO 2 ,至少需要 1.0 mol·L - 1 的 Al2(SO4)3 溶液!!!!
__25__####L。
(2)CuSO4 溶液也可用于制备胆矾,其基本操作是!!!!__蒸发浓缩、冷却结晶__####、
过滤、洗涤和干燥。
解析 (1)银铜合金废料中铜的质量为 5.0×103 g×63.5%,铜元素的相对原子质量为 63.5,
由 m/M=n 可求出铜的物质的量为 50 mol,根据铜守恒可得转化关系式:Cu~CuAlO2,
则铜完全转化可以变为 50 mol CuAlO2;根据铝守恒可得转化关系式:Al2(SO4)3~
2CuAlO2,则至少需要 25 mol Al2(SO4)3;由 V=n/c 可求出至少需要硫酸铝溶液的体积
为 25 mol÷1.0 mol/L=25 L。(2)胆矾的化学式为 CuSO4·5H2O,是硫酸铜溶液结晶析出的结
晶水合物。
1.(1)用铝粉和 Fe2O3 做铝热反应实验,需要的试剂还有( BD )
A.KCl B.KClO3
C.MnO2 D.Mg
(2)金属冶炼与处理常涉及氧化还原反应。由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是
( BD )
A.Fe2O3 B.NaCl
C.Cu2S D.Al2O3
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+4BaO????高温
3Ba↑+BaO·Al2O3
常温下 Al 的金属性比 Ba 的金属性!!!!__弱__####(选填“强”或“弱”)。利用上
述方法可制取 Ba 的主要原因是( D )
A.高温时 Al 的活泼性大于 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
课时达标 第 11 讲
1.下列有关金属及其化合物的说法中,正确的个数为( A )
①在人类对金属材料的使用过程中,性质活泼的金属单质最早被人们冶炼和使用
②纯铁比生铁抗腐蚀性更强
③单质铝在空气中比较耐腐蚀,所以铝是不活泼金属
④向紫色石蕊试液中加入过量的 Na2O2 粉末,振荡,溶液变为蓝色并有气泡产生
⑤青铜、不锈钢、硬铝都是合金
⑥可通过焰色反应区分钾元素和钠元素
⑦将 FeCl3 溶液滴入 KI-淀粉溶液中,溶液变蓝色
⑧铝粉和氧化镁粉末混合,高温能发生铝热反应
A.4 B.5
C.6 D.7
解析 ①金属活泼性越弱,越易被冶炼和使用;③Al 是活泼金属,表面易形成致密氧化
膜,耐腐蚀;④Na2O2 具有强氧化性,紫色石蕊试液变蓝后褪色;⑧Al 不能把 Mg 置换出来,
Al 与 MgO 不能发生铝热反应。
2.下列有关金属的工业制法中,正确的是( B )
A.制钠:用海水制得精盐,再电解纯净的 NaCl 溶液
B.制铁:用 CO 还原铁矿石得铁
C.制镁:用海水经一系列过程制得氧化镁固体,再用 H2 还原得镁
D.制铝:从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体,电解熔融的氯化铝得到铝
解析 电解法制取金属钠时,需要电解熔融的 NaCl,而不是其溶液,A 项错误;镁的还
原性很强,不能用热还原法来制取,而应用电解熔融氯化镁的方法,C 项错误;熔融的氯化
铝不导电,故不能电解其熔融物制取金属铝,而应电解熔融的氧化铝,D 项错误。
3.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,其底辅薪,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 )
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 C
C.冶炼 Zn 的反应方程式为 ZnCO3+2C =====高温
Zn+3CO↑
D.该冶炼锌的方法属于热还原法
解析 根据题给信息可知倭铅是锌,A 项错误;煤炭中的碳与碳酸锌反应生成锌,其中
碳起还原剂的作用,B、C、D 项正确。
4.部分氧化的 Fe-Cu 合金样品(氧化产物为 Fe2O3、CuO)共 5.76 g,经如下处理:
下列说法正确的是( D )
A.滤液 A 中的阳离子为 Fe2+、Fe3+、H+
B.样品中 Fe 元素的质量为 2.14 g
C.样品中 CuO 的质量为 4.0 g
D.V=448
解析 A 项,生成的滤渣 3.2 g 是铜,金属铜可以和 Fe3+反应,所以滤液 A 中一定不含
有 Fe3+,错误;B 项,灼烧后的固体为 Fe2O3,其物质的量为 0.02 mol,铁元素的物质的量
为 0.02 mol×2=0.04 mol,质量为 0.04 mol×56 g/mol=2.24 g,错误;C 项,铁元素的质量
为 2.24 g,而原来固体为 5.76 g,所以 CuO 的质量不超过 5.76 g-2.24 g=3.52 g,错误;D
项,根据最后溶液中的溶质为过量 H2SO4 和 FeSO4,而铁元素的物质的量为 0.04 mol,说明
参加反应的硫酸的物质的量为 0.04 mol,含氢离子 0.08 mol,其中部分氢离子生成氢气,另
外的 H+和合金中的氧结合生成了水,由于合金中氧的物质的量为5.76 g-3.2 g-2.24 g
16 g/mol =
0.02 mol,它结合 0.04 mol H+,所以硫酸中有 0.04 mol H+生成氢气,即生成 0.02 mol 氢气,
标准状况下的体积为 448 mL,正确。
5.已知 X、Y 为单质,Z 为化合物。
X+Y ― ― →点燃
Z ― ― →溶于水
Z 溶液 ― ― →惰性电极电解
X+Y
能实现上述转化关系的是( D )
A.若 Z 溶于水后得到强碱溶液,则 X 可能是 Na
B.若 Z 的溶液遇 Na2CO3 放出 CO2 气体,则 X 一定是 H2
C.若 Z 的溶液中滴加 KSCN 溶液显血红色,则 Y 可能为 Fe
D.若 Z 的溶液中滴加 NaOH 溶液有蓝色沉淀生成,则 Y 可能为 Cu
解析 由转化关系可知单质 X、Y 反应生成化合物 Z,电解化合物 Z 溶液又产生这两种
单质,无氧酸(除 HF 外)和不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物外)符合要求,分析选项可知 B、
D 项符合要求,但 B 项中 X 也可能是 Cl2,故 D 项正确。
6.实验室拟用一定量的铁与足量的稀 H2SO4 及足量的 CuO 制备单质铜,有人设计以下
两种方案:
①Fe ― ― →H2SO4
H2 ― ― →CuO
Cu
②CuO ― ― →H2SO4
CuSO4 ― ― →Fe
Cu
若按实验原则进行操作,则两者制得单质铜的量的比较中,正确的是( B )
A.①多 B.②多
C.相等 D.无法判断
解析 ①中在 H2 还原 CuO 前后通入一段时间的 H2,故②中制得的单质铜较多。
7.银铜合金广泛应用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜的化工产品 CuAlO2
的工艺如下[注:Al(OH)3 和 Cu(OH)2 开始分解的温度分别为 450 ℃和 80 ℃]:
(1)电解精炼银时,阴极反应式为!!!!__Ag++e-===Ag__####。
滤渣 A 与稀硝酸反应,产生的气体在空气中迅速变为红棕色,该气体变色的化学方程
式为!!!!__2NO+O2===2NO2__####。
(2)固体混合物 B 的组成为!!!!__Al(OH)3 和 CuO__####,在生成固体 B 的过程中,
需控制 NaOH 的加入量,若 NaOH 过量,最后将得不到 CuAlO2,写出因 NaOH 过量引起的
反应的离子方程式:
!!!!__Al(OH)3+OH-===AlO-2 +2H2O__####。
(3)若将上述流程图中加入的稀 NaOH 溶液改为加入过量的氨水(其他均不变),则滤液中
的阳离子有!!!!__[Cu(NH3)4]2+、NH+4 、H+等__####。
(4)完成上述煅烧过程中一个反应的化学方程式:
!!!! 4 ####CuO + !!!! 2 ####Al2O3 =====高温
!!!! 4 ####CuAlO2 +
!!!! 1 ####!!!!__O2↑__####。
解析 (1)电解精炼银时,粗银为阳极,精银为阴极,阳极上银失电子变成离子进入溶液:
Ag-e-===Ag+,阴极银离子得到电子形成单质银:Ag++e-===Ag;无色的 NO 在常温下
与空气中的 O2 迅速化合生成红棕色的 NO2:2NO+O2===2NO2。(2)未煮沸之前是 Cu(OH)2
和 Al(OH)3,Al(OH)3 和 Cu(OH)2 开始分解的温度分别为 450 ℃和 80 ℃,煮沸后 Cu(OH)2
分解生成氧化铜,则 B 为 Al(OH)3 和 CuO;氢氧化铝显两性能与碱反应:Al(OH) 3 +
NaOH===NaAlO2+2H2O。(3)稀 NaOH 溶液改为加入过量的氨水会生成[Cu(NH3)4]2+、NH
+4 等。(4)反应前 Cu 为+2 价,反应后为+1 价,化合价降低 1,Al 元素的化合价没有变化,
所以氧元素的化合价升高,生成氧气,反应前氧为-2 价,反应后为 0 价,化合价升高 2,
两者的最小公倍数是 2,再根据原子守恒得:4CuO+2Al2O3 =====高温
4CuAlO2+O2↑。
课时达标 第 12 讲
1.金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。下列关于金属的一些说法不正确
的是( B )
A.合金的性质与其成分金属的性质不完全相同
B.工业上金属 Mg、Cu 都是用热还原法制得的
C.金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
D.越活泼的金属越难冶炼
2.金属及其化合物的转化关系是化学学习的重要内容之一。下列各组物质的转化关系
中不全部是通过一步反应完成的是( D )
A.Na→NaOH→Na2CO3→NaCl
B.Fe→Fe(NO3)3→Fe(OH)3→Fe2O3
C.Mg→MgCl2→Mg(OH)2→MgSO4
D.Al→Al2O3→Al(OH)3→AlCl3
3.取少量 MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3 的混合粉末,加入过量盐酸,充分反应后过滤,
得到沉淀 X 和滤液 Y。下列叙述正确的是( C )
A.上述四种氧化物对应的水化物中,Al(OH)3 酸性最强
B.向沉淀 X 中逐滴加入硝酸,沉淀慢慢溶解
C.溶液 Y 中的阳离子主要是 Mg2+、Al3+、Fe3+、H+
D.溶液 Y 中加入过量氨水,所得沉淀为 Fe(OH)3 和 Mg(OH)2
4.下列实验现象描述不正确的是( D )
选
项
实验 现象
A 加热放在坩埚内的小块钠
钠先熔化成光亮的小球,燃烧时,火
焰为黄色,燃烧后,生成淡黄色固体
B 在酒精灯上加热铝箔
铝箔熔化,失去光泽,熔化的铝并不
滴落,好像有一层膜兜着
C 在 FeCl2 溶液中滴入 NaOH 溶液
先生成白色沉淀,沉淀很快变为灰绿
色,最终变为红褐色
D
在空气中久置的铝条放入 NaOH 溶
液中
立刻产生大量无色气泡,铝条逐渐变
细,铝条逐渐发热
5.用下图所示装置不能达到有关实验目的的是( D )
A.用图甲装置证明密度:ρ(煤油)<ρ(钠)<ρ(水)
B.用图乙装置制备 Fe(OH)2
C.用图丙装置制取金属锰
D.用图丁装置比较 NaHCO3 和 Na2CO3 的热稳定性
解析 钠放入装有水和煤油的烧杯中,钠在水和煤油的接触界面处反应,说明钠的密度
介于二者之间,A 项正确;利用煤油隔绝空气,将滴管插入试管底部,可以观察到白色的
Fe(OH)2 沉淀,B 项正确;镁条引燃,氯酸钾助燃可以引发铝热反应,C 项正确;NaHCO3
被直接加热,温度较高,即使 NaHCO3 分解,也不能说明二者的稳定性差异,D 项错误。
6.已知 Fe(OH)3 在 pH 为 3.7 时完全沉淀,而 Ni(OH)2 在 pH 为 6.9 时才开始沉淀,现
在为了除去 NiSO4 酸性溶液中的 Fe3+,可在搅拌的情况下加入一种试剂,过滤后用重结晶
法来制备 NiSO4·7H2O,则加入的试剂应是( C )
A.NH3·H2O B.NaOH
C.NiCO3 D.CaCO3 浊液
解析 加入的试剂必须能调节 pH 在 3.7~6.9 之间且不能引入新杂质,故 C 项正确。
7.锌焙砂主要含 ZnO、ZnFe2O4,还含有少量 CaO、FeO、CuO、NiO 等氧化物。下图
是工业上利用锌焙砂制取金属锌的流程图:
(1)酸浸时 ZnFe 2O4 会生成两种盐,该反应的化学方程式为!!!!__ZnFe 2O4 +
4H2SO4===ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O__####。
(2)净化Ⅰ操作分为两步:第一步是将溶液中少量的 Fe2+氧化;第二步是控制溶液的
pH,使 Fe3+转化为 Fe(OH)3 沉淀。
①写出酸性条件下 H2O2 与 Fe2+反应的离子方程式:!!!!__H2O2+2Fe2++2H+
===2Fe3++2H2O__####。
②25 ℃时,pH=3 的溶液中,c(Fe3+)=!!!!__4.0×10-5__####mol·L-1{已知 25 ℃,
Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38}。
③净化Ⅰ生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质,溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因
是!!!!__Fe(OH)3 胶体具有吸附性__####。
(3)本流程中可以循环利用的物质除硫酸锌外还有!!!!__H2SO4、Zn__####。
(4)若没有净化Ⅱ操作,则对锌的制备带来的影响是!!!!__制取的锌含铜、镍等杂
质__####。
解析 (1)根据信息,酸浸时 ZnFe2O4 会生成两种盐,这两种盐分别为硫酸锌、硫酸铁,
即 ZnFe2O4 与硫酸反应的化学方程式为 ZnFe2O4+4H2SO4===ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O。
(2)①亚铁离子被双氧水氧化成铁离子,反应的离子方程式为 H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++
2H2O;②已知 25 ℃时,氢氧化铁的溶度积 Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,pH=3 的溶液中,
氢氧根离子的浓度为 1×10-11 mol·L-1,c(Fe3+)= 4 × 10-38
(1 × 10-11)3 mol·L-1=4.0×10-5 mol·L-
1。(3)通过制取金属锌的流程图可知,可以循环利用的物质除硫酸锌外,还有硫酸、锌。(4)
由于锌焙砂中含有 CaO、FeO、CuO、NiO 等氧化物,酸浸后溶液中存在钙离子、亚铁离子、
铜离子、镍离子,如果没有净化Ⅱ操作,则电解制取的锌中会含有铜、镍等杂质。
8.某地煤矸石经预处理后含 SiO2(63%)、Al2O3(25%)、Fe2O3(5%)及少量钙镁的化合物
等,一种综合利用煤矸石的工艺流程如图所示。
(1)写出“酸浸”过程中主要反应的离子方程式:!!!!__Al 2O3+6H+===2Al3++
3H2O__####、!!!!__Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O__####。
(2)“酸浸”时铝浸出率的影响因素可能有!!!!__盐酸的浓度__反应温度__煤矸石
的颗粒大小__是否充分搅拌__反应时间(任选 2 个即可)__####(写出 2 个)。
(3)物质 X 的化学式为!!!!__CO2__####。“碱溶”时反应的离子方程式为!!!!
__Al(OH)3+OH-===AlO-2 +2H2O__####。
(4)已知 Fe3+开始沉淀和沉淀完全的 pH 分别为 2.1 和 3.2,Al3+开始沉淀和沉淀完全的
pH 分别为 4.1 和 5.4。为了获得 Al(OH)3 产品,从煤矸石的盐酸浸取液开始,若只用 CaCO3
一种试剂,后续的操作过程是!!!!__加入 CaCO3 调节 pH 到 3.2,过滤除去 Fe(OH)3,
再加入 CaCO3 调节 pH 到 5.4,过滤得到 Al(OH)3__####。
(5)以煤矸石为原料还可以开发其他产品,例如在煤矸石的盐酸浸取液除铁后,常温下
向 AlCl3 饱和溶液中不断通入 HCl 气体,可析出大量 AlCl3·6H2O 晶体。结合化学平衡移动
原理解释析出晶体的原因:!!!!__AlCl3 饱和溶液中存在溶解平衡:AlCl3·6H2O(s)??Al3
+(aq)+3Cl-(aq)+6H2O(l),通入 HCl 气体使溶液中的 c(Cl-)增大,平衡向析出晶体的方向
移动,从而析出 AlCl3·6H2O 晶体__####。
解析 (1)SiO2 不溶于盐酸;Al2O3 是两性氧化物,能够溶于盐酸;Fe2O3 是碱性氧化物,
能与盐酸反应。(3)氯化铝和氯化铁水解都生成盐酸,碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙和二氧
化碳,所以物质 X 是二氧化碳。“碱溶”时利用 Al(OH)3 的两性,将 Fe(OH)3、Al(OH)3 分
开。(4)若只用 CaCO3 处理酸浸的溶液,可根据 Fe(OH)3 和 Al(OH)3 的沉淀 pH 差异进行分步
沉淀,从而得到较纯的 Al(OH)3。(5)氯化铝在其饱和溶液中存在溶解平衡,通入氯化氢后溶
液中的氯离子浓度增大,抑制氯化铝的溶解,所以可促进氯化铝晶体的析出。
9.过氧化钙可以用于改善地表水质,处理含重金属粒子废水和治理赤潮,也可用于应
急供氧等。工业上生产过氧化钙的主要流程如下:
已知 CaO2·8H2O 呈白色,微溶于水,加热至 350 ℃左右开始分解放出氧气。
(1) 用上述方法制取 CaO2·8H2O 的化学方程式是!!!!__CaCl2 +H2O2 +2NH3 +
8H2O===CaO2·8H2O↓+2NH4Cl__####。
(2)检验“水洗”是否合格的方法是!!!!__取最后一次洗涤液少许于试管中,再滴
加稀硝酸酸化的硝酸银溶液,看是否产生白色沉淀__####。
(3)沉淀时常用冰水控制温度在 0 ℃左右,其可能原因是(写出两种):①!!!!__温度
低可减少过氧化氢的分解,提高过氧化氢的利用率__####;②!!!!__该反应是放热反应,
温度低有利于提高 CaO2·8H2O 的产率__####。
(4)测定产品中 CaO2 含量的实验步骤
第一步:准确称取 a g 产品于有塞锥形瓶中,加入适量蒸馏水和过量的 b g KI 晶体,再
滴入少量 2 mol·L-1 的 H2SO4 溶液,充分反应。
第二步:向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液。
第三步:逐滴加入浓度为 c mol·L-1 的 Na2S2O3 溶液至反应完全,消耗 Na2S2O3 溶液 V
mL。
(已知:I2+2S2O2-3 ===2I-+S4O2-6 )
①CaO2 的质量分数为!!!!__0.036cV
a __####(用字母表示);
②某同学第一步和第二步的操作都很规范,第三步滴速太慢,这样测得的 CaO2 的质量
分数可能!!!!__偏高__####(填“偏高”“偏低”或“不受影响”),原因是!!!!__
滴速太慢,S2O 2-3 在滴定过程中被氧气氧化__####。
10.工业上利用硫铁矿烧渣(主要成分为 Fe2O3、FeO、SiO2 等)为原料制备高档颜料铁
红(Fe2O3),具体生产流程如下:
硫铁矿
烧渣 ― ― →酸浸过滤
步骤Ⅰ 滤液X ― ― →调节pH=1,加入过量铁粉
步骤Ⅱ
― ― →调节pH至5~6.5,过滤
步骤Ⅲ 滤液Y ― ― →加入NH4HCO3,过滤
步骤Ⅳ
FeCO3
固体
― ― →煅烧
产品
氧化铁
试回答下列问题:
(1)滤液 X 中含有的金属阳离子是!!!!__Fe2+、Fe3+__####(填离子符号)。
(2)步骤Ⅲ中可选用!!!!__B__####(填字母)调节溶液的 pH。
A.稀硝酸 B.氨水
C.氢氧化钠溶液 D.高锰酸钾溶液
(3)步骤Ⅳ中,FeCO3 沉淀完全后,溶液中含有少量 Fe2+,检验 Fe2+的方法是!!!!
__取少量溶液,加入硫氰化钾溶液,不显红色,然后滴加氯水,溶液变为红色__####。
(4)步骤Ⅳ的反应温度一般需控制在 35 ℃以下,其目的是!!!!__防止 NH4HCO3 分
解,减少 Fe2+的水解__####。
(5) 在空气中煅烧 FeCO3 生成产品氧化铁的化学方程式为!!!!__4FeCO3 +O2
=====高温
2Fe2O3+4CO2__####。
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