2024屆新高考化學(xué)熱點沖刺復(fù)習(xí)：金屬材料　金屬礦物的開發(fā)和利用

2024屆新高考化學(xué)熱點沖刺復(fù)習(xí)金屬材料金屬礦物的開發(fā)和利用1.鋁的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(1)鋁在元素周期表中的位置及存在鋁位于元素周期表第

周期第

族,鋁是地殼中含量最多的金屬元素。

(2)鋁的物理性質(zhì)鋁是

色有金屬光澤的固體,有良好的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等,密度較小,質(zhì)地

。

(3)鋁的化學(xué)性質(zhì)鋁原子的結(jié)構(gòu)示意圖為

,鋁原子最外層有3個電子,在反應(yīng)中易

電子,具有較強的

性。

三ⅢA銀白柔軟失去還原寫出圖中標(biāo)號反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式:①

;

②

;

③

;

④

;

⑤

。4Al+3O22Al2O3

2Al+6H+2Al3++3H2↑

2Al+Fe2O32Fe+Al2O32.氧化鋁(1)物理性質(zhì)白色固體,難溶于水,熔點很高。(2)化學(xué)性質(zhì)[微點撥]像Al2O3這類既能與酸反應(yīng)生成鹽和水,又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物,叫作兩性氧化物。(3)用途①作

材料;

②作冶煉鋁的原料。Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2OAl2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O耐火3.氫氧化鋁(1)物理性質(zhì)白色膠狀不溶于水的固體,有較強的

性。

(2)化學(xué)性質(zhì)寫出圖中有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式:①

。

②

。

③

。

吸附Al(OH)3+3H+Al3++3H2O

2Al(OH)3Al2O3+3H2O(3)用途①作胃酸中和劑;②Al(OH)3膠體具有凈水作用。(4)氫氧化鋁的制備方法(用離子方程式表示)①向鋁鹽中加入氨水:

。

②NaAlO2溶液中通入過量CO2:

。

4.常見的鋁鹽——明礬硫酸鋁鉀的結(jié)晶水合物是無色晶體,俗稱明礬,其化學(xué)式為

,

溶于水,常溫下其水溶液的pH

(填“<”“>”或“=”)7。明礬可以凈水,其凈水的原理是

(離子方程式),因

吸附水中雜質(zhì)形成沉淀而凈水。

KAl(SO4)2·12H2O可<Al3++3H2OAl(OH)3(膠體)+3H+Al(OH)3膠體

√×√√√√2.甲、乙兩燒杯中各盛有100mL3mol·L-1的鹽酸和NaOH溶液,向兩個燒杯中分別加入等質(zhì)量的鋁粉,反應(yīng)結(jié)束后,測得生成的氣體體積之比為V(甲)∶V(乙)=1∶2,則加入鋁粉的質(zhì)量為(

)A.5.4g B.3.6g C.2.7g D.1.8gA

題組一鋁單質(zhì)的性質(zhì)1.等體積、等物質(zhì)的量濃度的硫酸、氫氧化鈉溶液分別放在甲、乙兩燒杯中,各加等質(zhì)量的鋁,生成氫氣的體積之比為5∶6,則下列關(guān)于甲、乙兩燒杯中的反應(yīng)情況描述不正確的是(

)A.甲、乙中參加反應(yīng)的Al的物質(zhì)的量之比為5∶6B.甲、乙中參加反應(yīng)的硫酸和氫氧化鈉的質(zhì)量之比為49∶16C.甲、乙中反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為5∶6D.甲中酸過量,乙中堿過量D[解析]等體積、等物質(zhì)的量濃度的硫酸、NaOH溶液中,n(H2SO4)=n(NaOH),分別加入等質(zhì)量的鋁,發(fā)生反應(yīng):2Al+3H2SO4

Al2(SO4)3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑。若鋁不足量,則生成H2的體積由鋁的質(zhì)量決定,應(yīng)產(chǎn)生等量H2,其體積比為1∶1。若鋁均剩余,由于n(H2SO4)=n(NaOH),則生成H2的體積之比為2∶3,而實際上生成氫氣的體積之比為5∶6,介于2∶3和1∶1之間,說明甲中鋁過量,乙中NaOH過量。鋁無論是與硫酸反應(yīng)還是與NaOH溶液反應(yīng),均存在關(guān)系:2Al~3H2,由于甲、乙生成氫氣的體積之比為5∶6,則甲、乙中參與反應(yīng)的鋁的物質(zhì)的量之比為5∶6,A正確。

2.

用砂紙仔細打磨鋁片后,稱取質(zhì)量均為2.7g的兩塊鋁片,將其中一鋁片迅速放入120mL2mol·L-1NaOH溶液中,另一鋁片在空氣中放置一段時間后,再放入等濃度等體積的NaOH溶液中。下列說法不正確的是(

)A.均有氧化還原反應(yīng)發(fā)生B.消耗NaOH的物質(zhì)的量相同C.均有氣體生成,且體積相同D.均有NaAlO2生成,且質(zhì)量相同C[解析]2.7g鋁的物質(zhì)的量為0.1mol,120mL2mol·L-1NaOH溶液中含NaOH為0.12L×2mol·L-1=0.24mol,二者發(fā)生反應(yīng):2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑;鋁片在空氣中放置一段時間,表面被氧化生成Al2O3,放入NaOH溶液中,表面的Al2O3先發(fā)生反應(yīng),隨后Al與NaOH溶液反應(yīng),A正確。無論Al還是Al2O3,與NaOH溶液反應(yīng)均生成NaAlO2,據(jù)Na、Al守恒可知,消耗NaOH的物質(zhì)的量相等,且生成NaAlO2的質(zhì)量相等,B、D正確。兩塊鋁片與NaOH溶液反應(yīng)均有H2生成,放置在空氣中一段時間的鋁片,表面覆有Al2O3,與NaOH溶液反應(yīng)生成NaAlO2和H2O,則內(nèi)層鋁與NaOH反應(yīng)放出H2量減小,故兩塊鋁片與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的體積不同,C錯誤。[規(guī)律小結(jié)]

鋁與酸、堿反應(yīng)的定量關(guān)系(1)無論是與酸還是與堿反應(yīng),Al與H2的關(guān)系都是2Al~3H2。(2)等質(zhì)量的鋁分別與足量的鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng):①產(chǎn)生H2的物質(zhì)的量相等。②消耗H+、OH-的物質(zhì)的量之比為n(H+)∶n(OH-)=3∶1。(3)足量的鋁分別與等物質(zhì)的量的HCl和NaOH反應(yīng):①消耗Al的物質(zhì)的量之比為1∶3。②生成H2的物質(zhì)的量之比為1∶3。題組二氧化鋁和氫氧化鋁的性質(zhì)1.下列有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)與用途具有對應(yīng)關(guān)系的是(

)A.鋁的金屬活潑性強,可用于制作鋁金屬制品B.氧化鋁熔點高,可用作電解冶煉鋁的原料C.氫氧化鋁受熱分解,可用于中和過多的胃酸D.明礬溶于水并水解形成膠體,可用于凈水D[解析]Al3+水解生成Al(OH)3膠體,可以用于凈水,D項正確;其他選項的性質(zhì)與用途不具有對應(yīng)關(guān)系。2.下列除去雜質(zhì)的方法不正確的是(

)A.鎂粉中混有少量鋁粉:加入過量燒堿溶液充分反應(yīng),過濾、洗滌、干燥B.用過量氨水除去Fe3+溶液中的少量Al3+C.Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2:加入足量燒堿溶液,充分反應(yīng),過濾,向濾液中通入過量CO2后再過濾D.MgO中混有少量Al2O3:加入足量燒堿溶液,充分反應(yīng),過濾、洗滌、干燥,得到MgOB[解析]向含有少量Al3+的Fe3+溶液中加入過量氨水時,Fe3+、Al3+均轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀,達不到除雜的目的,B錯誤。[規(guī)律小結(jié)]

氧化鋁、氫氧化鋁兩性的重要應(yīng)用(1)檢驗與鑒別①用過量NaOH溶液檢驗Al3+的存在。②用過量NaOH溶液鑒別AlCl3溶液和MgCl2溶液。(2)分離與除雜用過量NaOH溶液和相應(yīng)的酸溶液分離Al3+、Mg2+或分離MgO、Al2O3等。具體來說:①Mg(Al):加足量NaOH溶液。②Fe2O3(Al2O3):加足量NaOH溶液。③Mg(OH)2[Al(OH)3]:加足量NaOH溶液。④Mg2+(Al3+):加過量NaOH溶液,過濾,再加酸充分溶解。1.合金金屬與非金屬低大[微點撥1]①合金具有金屬的大多共性。②合金中成分元素的含量影響著合金的性能。

(2)三種常見的合金鋼碳素鋼分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼合金鋼也叫特種鋼,加入合金元素,改變鋼的

和性能,如不銹鋼中合金元素是

和

鋁合金成分向鋁中加入少量合金元素,如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等硬鋁密度

、強度

、抗腐蝕性強,是制造飛機和宇宙飛船的理想材料

銅合金青銅我國使用最早的合金,含有Cu、Sn、Pb等元素黃銅黃銅主要含

等元素

組織結(jié)構(gòu)CrNi小高Cu、Zn3.金屬礦物的開發(fā)利用(1)金屬在自然界中的存在形式(2)金屬冶煉的實質(zhì)金屬的冶煉過程是指將金屬從其

中還原出來,用于生產(chǎn)各種金屬材料的過程,即

(寫反應(yīng)通式,用R表示金屬)。

化合物金、鉑化合物Rn++ne-R(3)金屬冶煉的方法(用化學(xué)方程式表示)2Ag2O4Ag+O2↑Fe2O3+3CO2Fe+3CO22Al+Fe2O32Fe+Al2O3MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑Cu2S+O22Cu+SO24.鋁熱反應(yīng)實驗裝置實驗現(xiàn)象

①鎂帶劇烈燃燒,放出一定的熱,并發(fā)出耀眼的白光,氧化鐵和鋁粉在較高溫度下發(fā)生劇烈反應(yīng);

②紙漏斗的下部被燒穿,有熔融物落入沙中實驗結(jié)論高溫下,鋁與氧化鐵發(fā)生反應(yīng),放出大量的熱,化學(xué)方程式為

原理應(yīng)用

①制取熔點較高、活潑性弱于Al的金屬,如鉻、錳、鎢等;②金屬焊接,如野外焊接鋼軌等2Al+Fe2O32Fe+Al2O3[微點撥2]“鋁熱法”是熱還原法中的一種,以鋁為還原劑,來冶煉熔點較高的金屬,一般情況下,該金屬的活潑性比鋁弱。1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)合金的硬度一般大于它的成分金屬,而熔點一般低于它的成分金屬(

)(2)合金中不可能含有非金屬,各組分金屬元素以化合態(tài)形式存在(

)(3)利用MgO和鋁粉在高溫下發(fā)生鋁熱反應(yīng)冶煉金屬鎂(

)(4)鈣單質(zhì)可以從熔融TiCl4中置換出Ti(

)××√√[解析]生鐵、鋼中都含有非金屬碳?！?5)鋁中添加適量鋰,制得低密度、高強度的鋁合金,可用于航空工業(yè)(

)(6)用焦炭和空氣反應(yīng)產(chǎn)生的CO在高溫下還原鐵礦石中鐵的氧化物(

)(7)用海水為原料制得精鹽,再電解NaCl溶液制取金屬鈉(

)×√[解析]電解NaCl溶液得到的是氫氧化鈉溶液而不是金屬鈉。2.

將金屬與冶煉金屬的方法搭配起來。①以C、CO或H2作還原劑還原②用較活潑金屬Na、Mg等還原③利用鋁熱反應(yīng)原理用Al還原④電解法⑤熱分解法(1)Fe、Zn、Cu等中等活潑金屬

。

(2)Na、Mg、Al等活潑或較活潑金屬

。

(3)Hg、Ag等不活潑金屬

。

(4)V、Cr、Mn、W等高熔點金屬

。

(5)K、Rb、Ti等金屬

。

①④⑤③②1.合金在生產(chǎn)和科學(xué)研究中發(fā)揮著重要作用。下列有關(guān)合金的性質(zhì)與用途不具有對應(yīng)關(guān)系的是(

)A.生鐵容易被腐蝕,可用于煉鋼和制造各種鑄件B.鈉鉀合金常溫下呈液態(tài)、導(dǎo)熱性好,可用于快中子反應(yīng)堆的熱交換劑C.鎂鋰合金密度小、硬度和強度大,可用于制造火箭、導(dǎo)彈、航天器等D.鎳鉻鋁銅合金具有很高的電阻率,可用于制備電路中的精密元件題組一金屬材料的利用A[解析]生鐵用于煉鋼和制造各種鑄件,是由于生鐵具有優(yōu)良的鑄造、切削加工和耐磨性能,題中性質(zhì)與用途不具有對應(yīng)關(guān)系,A錯誤;鈉鉀合金用于快中子反應(yīng)堆的熱交換劑,是由于鈉鉀合金導(dǎo)熱性好,B正確;鎂鋰合金用于制造火箭、導(dǎo)彈、航天器等,是由于鎂鋰合金具有密度小、硬度和強度大的特點,C正確;鎳鉻鋁銅合金用于制備電路中的精密元件,是由于鎳鉻鋁銅合金具有很高的電阻率,D正確。2.銀銅合金廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)。從切割廢料中回收銀并制備銅化工產(chǎn)品的工藝如圖所示:[注:Al(OH)3和Cu(OH)2開始分解的溫度分別為450℃和80℃](1)電解精煉銀時,陰極的電極反應(yīng)式為

。濾渣A與稀硝酸反應(yīng),產(chǎn)生的氣體在空氣中迅速變?yōu)榧t棕色,該氣體變色的化學(xué)方程式為

。

(2)固體B的組成為

;在生成固體B的過程中,需要控制NaOH的加入量。若NaOH過量,則因過量而引起的反應(yīng)的離子方程式為

。

Ag++e-Ag2NO+O22NO2[解析](1)電解精煉銀時,陰極的電極反應(yīng)式為Ag++e-

Ag;氣體變色是因為發(fā)生反應(yīng)2NO+O22NO2。CuO、Al(OH)3

(2)結(jié)合工藝流程及Al(OH)3和Cu(OH)2的分解溫度可知固體混合物B含有CuO、Al(OH)3。若NaOH過量,則Al(OH)3會轉(zhuǎn)化為NaAlO2。(3)完成煅燒過程中一個反應(yīng)的化學(xué)方程式:

CuO+

Al2O3

CuAlO2+

↑。

(4)若銀銅合金中銅的質(zhì)量分數(shù)為63.5%,理論上5.0kg廢料中的銅可完全轉(zhuǎn)化為

(結(jié)果保留整數(shù))molCuAlO2,至少需要1.0mol·L-1的Al2(SO4)3溶液

L。

(5)CuSO4溶液可用于制備膽礬,其基本操作是

、過濾、洗滌和干燥。

424O2[解析](3)該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng),根據(jù)得失電子守恒、原子守恒確定缺項物質(zhì)并配平方程式。5025

蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶(5)由CuSO4溶液制備膽礬的操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌和干燥。1.

《秋浦歌》中的一首“爐火照天地,紅星亂紫煙。赧郎明月夜,歌曲動寒川”描寫的是我國古代勞動人民“冶煉金屬”的熱烈場面。下列有關(guān)金屬冶煉的說法錯誤的是(

)A.應(yīng)用熱還原法可以冶煉鐵B.應(yīng)用鋁熱法可以冶煉鎂C.應(yīng)用電解法可以冶煉鋁D.應(yīng)用熱分解法可以冶煉汞B題組二金屬的冶煉方法[解析]Mg的還原性強于鋁,不能采用鋁熱法冶煉Mg,要采用電解熔融MgCl2的方法冶煉。2.煉鐵廠以赤鐵礦石(主要成分為Fe2O3)、焦炭、石灰石、空氣等為主要原料煉鐵,主要反應(yīng)過程如圖所示:請根據(jù)所學(xué)知識回答相關(guān)問題:(1)煉鐵廠用來煉鐵的主要設(shè)備是

,原料中焦炭的作用有

。

反應(yīng)③的化學(xué)方程式為

。

高爐作還原劑制備原料氣CO3CO+Fe2O32Fe+3CO2[解析](1)煉鐵的主要設(shè)備是高爐;煉鐵過程中焦炭先與O2反應(yīng)生成CO2,CO2再與焦炭反應(yīng)生成CO,CO用于還原Fe2O3生成生鐵,因此焦炭的作用為作還原劑制備原料氣CO;反應(yīng)③為CO與Fe2O3在高溫條件下制備Fe,反應(yīng)的化學(xué)方程式為3CO+Fe2O32Fe+3CO2。(2)鐵的化合物之一聚合硫酸鐵[Fe2(OH)6-2n(SO4)n]m廣泛用于水的凈化。以FeSO4·7H2O為原料,經(jīng)溶解、氧化、水解聚合等步驟,可制備聚合硫酸鐵。Ⅰ.將一定量的FeSO4·7H2O溶于稀硫酸,在約70℃下邊攪拌邊緩慢加入一定量的H2O2溶液,繼續(xù)反應(yīng)一段時間,得到紅棕色黏稠液體。H2O2氧化Fe2+的離子方程式為

。

2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O[解析](2)Ⅰ.酸性條件下,H2O2氧化Fe2+生成Fe3+,同時自身被還原生成H2O,根據(jù)化合價升降守恒、電荷守恒、原子守恒和溶液為酸性可知反應(yīng)的離子方程式為2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O。

偏大[解析]Ⅱ.①Sn2+具有還原性,能被K2Cr2O7氧化,若實驗中不除去過量的Sn2+,會導(dǎo)致K2Cr2O7消耗偏多,則樣品中鐵的質(zhì)量分數(shù)的測定結(jié)果將偏大。

[方法技巧]

金屬冶煉方法的選擇利用金屬活潑性的差異,可以采取不同的冶煉方法冶煉金屬,常見金屬的冶煉方法如下表:金屬活動性順序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu自然界中存在化合態(tài)(Fe有隕鐵)少量游離態(tài),主要化合態(tài)游離態(tài)冶煉方法電解法熱還原法(H除外)熱分解法富集題組三金屬礦物的開發(fā)利用1.工業(yè)用銅礦石(主要成分為CuS、CuO)制取膽礬的主要流程如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A.氣體X為SO2

B.操作a為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾C.流程中的反應(yīng)涉及氧化還原反應(yīng)D.用流程中的硫酸浸出銅渣,不需補充硫酸D[解析]CuS在空氣中煅燒生成氧化銅和二氧化硫,氣體X為SO2,A正確;硫酸銅溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到膽礬,所以操作a為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾,B正確;流程中CuS在空氣中煅燒生成氧化銅和二氧化硫,硫元素、氧元素化合價改變,屬于氧化還原反應(yīng),用SO2氣體制備硫酸,硫元素化合價改變,屬于氧化還原反應(yīng),C正確;銅礦石的主要成分為CuS、CuO,銅原子、硫原子的物質(zhì)的量之比大于1∶1,反應(yīng)生成的硫酸銅中銅離子、硫原子的物質(zhì)的量之比等于1∶1,根據(jù)元素守恒,用流程中的硫酸浸出銅渣,需補充硫酸,D錯誤。2.某礦渣的成分為Cu2O、Al2O3、Fe2O3、SiO2,工業(yè)上用該礦渣獲取銅和膽礬的操作流程如圖所示:已知:①Cu2O+2H+Cu+Cu2++H2O。②部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如下表所示:沉淀物Cu(OH)2Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2開始沉淀pH5.44.02.75.8沉淀完全pH6.75.23.78.8(1)為了加快反應(yīng)Ⅰ的速率,可以采取的措施是________________________________________________________________(寫兩條)。(2)固體混合物A中的成分是

。

適當(dāng)升高溫度;不斷攪拌;將礦渣粉碎;適當(dāng)增大硫酸的濃度等[解析](1)由于礦渣為固體,所以為了加快反應(yīng)Ⅰ的速率,可以采取的措施是將固體粉碎或適當(dāng)升高反應(yīng)的溫度或增大反應(yīng)物H2SO4的濃度等。SiO2、Cu(2)SiO2是酸性氧化物,不能與硫酸發(fā)生反應(yīng);其他金屬氧化物Cu2O、Al2O3、Fe2O3與硫酸發(fā)生反應(yīng):Cu2O+H2SO4Cu+CuSO4+H2O,