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第9讲 其它常见金属及金属冶炼过关检测
【学习目标】
1.了解镁、铝、铜单质及其重要化合物的性质、用途和制备方法。
2.了解常见金属的活动性顺序。
3.了解合金的概念及金属材料的重要应用。
4.了解金属冶炼的方法。
高考真题
1．[2021·湖南]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制备金属镁
C．“氯化”过程中发生的反应为
D．“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
答案D
解析：A．物质X的作用是使Mg2+转化为Mg(OH)2，工业上常采用CaO，发生CaO+H2O=Ca(OH)2，Ca(OH)2+Mg2+=Mg(OH)2+Ca2+，A正确；
B．Mg是较活泼金属，工业上常用电解熔融制备金属镁，B正确；
C．由图可知“氯化”过程反应物为MgO、氯气、C，生成物之一为MgCl2，C在高温下能将二氧化碳还原为CO，则“气体”为CO，反应方程式为，C正确；
D．“煅烧”后得到MgO，MgO和盐酸反应得到MgCl2溶液，由于MgCl2在溶液中水解为氢氧化镁和HCl，将所得溶液加热蒸发HCl会逸出，MgCl2水解平衡正向移动，得到氢氧化镁，得不到无水MgCl2，D错误；
选D。
2．[2021·浙江]下列说法不正确的是
A．铁粉与氧化铝发生的铝热反应可用于焊接铁轨
B．镁燃烧会发出耀眼的白光，可用于制造信号弹和焰火
C．熟石膏与水混合成糊状后能很快凝固，常用于制作模型和医疗石膏绷带
D．工业上可用氨水消除燃煤烟气中的二氧化硫
答案A
解析：A．铝粉与氧化铁发生铝热反应时放出大量的热，因此，生成的铁是液态的，其可以将两段铁轨焊接在一起，故其可用于焊接铁轨，但是，铁粉与氧化铝不能发生铝热反应，A说法不正确；
B．镁燃烧会发出耀眼的白光，可以照亮黑暗的夜空和地面，因此，其可用于制造信号弹和焰火，B说法正确；
C．粉末状的熟石膏与水混合成糊状后能很快凝固转化为坚固的块状生石膏，因此，其常用于制作模型和医疗石膏绷带，C说法正确；
D．二氧化硫属于酸性氧化物，其可以与碱反应生成盐和水，而氨水属于碱性的溶液，因此，工业上可用氨水吸收燃煤烟气中的二氧化硫从而削除污染，D说法正确。综上所述，本题选A。
3．(2020·全国卷Ⅲ，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
答案　C
解析　孔雀石、蓝铜矿的主要成分均能与酸反应，C错误。
4．(2020·江苏，3)下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是(　　)
A．铝的金属活泼性强，可用于制作铝金属制品
B．氧化铝熔点高，可用作电解冶炼铝的原料
C．氢氧化铝受热分解，可用于中和过多的胃酸
D．明矾溶于水并水解形成胶体，可用于净水
答案　D
解析　铝的金属活泼性强与可用于制作铝金属制品无对应关系，A项错误；氧化铝熔点高，可用作耐高温材料；铝是活泼金属，用电解法冶炼，选择氧化铝作原料，是因为氧化铝是离子化合物，B项错误；氢氧化铝具有弱碱性，可以中和过多的胃酸，C项错误；明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O，Al3＋发生水解生成Al(OH)3胶体，可以吸附水中悬浮的颗粒物，从而起到净水的作用，D项正确。
5．(高考选项组合)下列说法或性质对应用途正确的是(　　)
A．氢氧化铝不可用于中和过多胃酸(2018·全国卷Ⅱ，7C改编)
B．KAl(SO4)2·12H2O溶于水可形成Al(OH)3胶体(2018·江苏，6B)
C．Al2O3是两性氧化物，可用作耐高温材料(2018·江苏，3C)
D．给定条件转化：Al(s)NaAlO2(aq)Al(OH)3(s)(2018·江苏，9B)
答案　B
6．[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，8]实验室分离Fe3＋和Al3＋的流程如下：
已知Fe3＋在浓盐酸中生成黄色配离子[FeCl4]－，该配离子在乙醚(Et2O，沸点34.6℃)中生成缔合物Et2O·H＋·[FeCl4]－。下列说法错误的是(　　)
A．萃取振荡时，分液漏斗下口应倾斜向下
B．分液时，应先将下层液体由分液漏斗下口放出
C．分液后水相为无色，说明已达到分离目的
D．蒸馏时选用直形冷凝管
答案　A
解析　萃取振荡时，分液漏斗下口应倾斜向上，A项错误；分液时先将下层液体从下口放出，B项正确；水相为无色说明黄色配离子基本被萃取出来，C项正确；直形冷凝管有利于液体流出，D项正确。
7．[2016·海南，14(1)(2)(3)]KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐，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，含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题：
(1)为尽量少引入杂质，试剂①应选用____(填标号)。
a．HCl溶液 b．H2SO4溶液 c．氨水 d．NaOH溶液
(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为_____________________________________。
(3)沉淀B的化学式为___________________________________________________________；
将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是______________________________________。
答案　(1)d　
(2)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
(3)Al(OH)3　Al3＋水解，使溶液中H＋浓度增大
解析　(2)选用NaOH溶液溶解易拉罐，主要发生的反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。(3)滤液A中铝元素以AlO形式存在，与溶液中HCO发生反应：AlO＋HCO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO，故沉淀B为Al(OH)3，明矾溶于水时，KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO，Al3＋＋3H2O??Al(OH)3＋3H＋，使溶液呈弱酸性。
巩固练习
1．(2020·全国卷Ⅱ，7)北宋沈括《梦溪笔谈》中记载：“信州铅山有苦泉，流以为涧。挹其水熬之则成胆矾，烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”。下列有关叙述错误的是(　　)
A．胆矾的化学式为CuSO4
B．胆矾可作为湿法冶铜的原料
C．“熬之则成胆矾”是浓缩结晶过程
D．“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”发生了置换反应
答案　A
解析　胆矾的化学式为CuSO4·5H2O，A错误；湿法冶铜，即“胆铜法”，利用金属的活动性强弱，铁与硫酸铜溶液反应的化学方程式为Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4，B正确；“熬之则成胆矾”就是加热浓缩、溶质结晶析出的过程，C正确；“熬胆矾铁釡，久之亦化为铜”，即铁置换出铜：Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4，反应类型为置换反应，D正确。
2．下列关于合金的说法不正确的是(　　)
A．合金的熔点一般比它的成分金属的熔点高
B．合金的硬度一般比它的成分金属大
C．合金与各成分金属相比，具有许多优良的物理、化学或机械性能
D．合金在工业上的用途比纯金属更广
答案　A
3．(2020·济南质检)探究氢氧化铝的两性，最适宜的试剂是(　　)
A．Al、NaOH溶液、稀盐酸
B．Al2O3、氨水、稀盐酸
C．Al2(SO4)3溶液、NaOH溶液、稀盐酸
D．AlCl3溶液、氨水、稀盐酸
答案　C
解析　可溶性的铝盐Al2(SO4)3溶液与少量NaOH溶液反应生成氢氧化铝沉淀，继续加过量的氢氧化钠，氢氧化铝沉淀会溶解，氢氧化铝沉淀中加盐酸也会溶解。
4．下列叙述正确的是(　　)
A．依据铝热反应原理，能发生反应
2Al＋3MgO3Mg＋Al2O3
B．存在于污水中的重金属离子，常用加入明矾等电解质的方法进行处理
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．氯化铝溶液中加入过量氨水反应实质是：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
答案　D
解析　铝热反应的原理：Al与活动性比其差的金属氧化物发生置换反应，Mg的活动性强于铝，故Al与MgO不能反应，故A错误；明矾净水的原理是水解产物Al(OH)3胶体吸附水中的悬浮物，不能沉淀水中的重金属离子，故B错误；镁铝合金可溶于过量盐酸，但Mg不与NaOH反应，故不能完全溶于NaOH溶液，故C错误；Al(OH)3不溶于氨水，只溶于强碱，故D正确。
5．(2019·九江质检)下列说法正确的是(　　)
A．工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
B．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
C．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al不涉及氧化还原反应
D．MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg
答案　B
解析　电解NaCl溶液生成NaOH、H2和Cl2，得不到单质钠，A错误；电解熔融Al2O3发生的是氧化还原反应，C错误；工业上冶炼镁是电解熔融MgCl2而不是MgO，D错误。
6．(2020·石家庄二中模拟)铜在自然界多以化合态的形式存在于矿石中，常见的铜矿有：黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿(Cu2S)、孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]。下列说法不正确的是(　　)
A．可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿
B．硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
C．工业上常采用电解法制取粗铜
D．在上述几种含铜化合物中，铜的质量分数最高的是Cu2S
答案　C
解析　CuSO4是重金属盐，能使蛋白质变性，B项正确；工业上常用电解法精炼铜，C项不正确。
7．(2019·安徽江淮十校第二次联考)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．将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuS
B．向Cu与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察CuSO4溶液的颜色
C．向CuSO4溶液中加入适量的NaOH，过滤洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取CuO
D．在淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热水解，再加入少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热，产生红色沉淀
答案　C
解析　硫的氧化性较弱，只能将铜氧化为＋1价，生成Cu2S，A项错误；铜与过量浓硫酸反应后稀释，应将反应后的溶液缓慢加入水中，并不断搅拌，B项错误；CuSO4与NaOH溶液反应生成Cu(OH)2沉淀，过滤、洗涤、灼烧后可得CuO，C项正确；淀粉水解后应先加NaOH溶液至溶液呈碱性，然后加入新制Cu(OH)2悬浊液并加热，才会产生红色沉淀，D项错误。
8．已知MgO、MgCl2的熔点分别为2800℃、604℃，将MgO、MgCl2加热熔融后通电电解，都可得到金属镁。海水中含有MgCl2，工业上从海水中提取镁正确的方法是(　　)
A．海水Mg (OH)2Mg
B．海水MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)Mg
C．海水Mg(OH)2MgOMg
D．海水Mg(OH)2MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)Mg
答案　D
解析　工业上提取镁除从理论上可行外还要考虑设备、原料、成本等问题。A项中使用NaOH成本高，且Mg(OH)2是一种不溶性碱，加热熔融时会发生分解，因此不可行；B项中海水中加HCl得不到MgCl2；C项中电解MgO时，由于MgO的熔点很高，耗能大，经济效益差。
9．(2020·渭南模拟)CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．途径①所用混酸中H2SO4与HNO3物质的量之比最好为2∶3
B．利用途径③制备16g硫酸铜，消耗硫酸的物质的量为0.1mol
C．生成等量的硫酸铜，三个途径中参加反应的硫酸的物质的量：①＝②＝③
D．与途径①③相比，途径②更好地体现了绿色化学思想
答案　D
解析　Cu与混酸反应，硝酸根离子由硝酸提供，氢离子由硝酸和硫酸提供，H2SO4与HNO3物质的量之比最好为3∶2，故A错误；途径③制备16 g硫酸铜，这一过程中消耗硫酸的物质的量为0.2 mol，故B错误；三个途径中①②参加反应的硫酸的物质的量相等，而③生成SO2，消耗更多的硫酸，则①＝②<③，故C错误；途径②无污染性气体产生，更好地体现了绿色化学思想，故D正确。
10．下列是部分矿物资源铝土矿(主要含有氧化铝、氧化铁)和黄铜矿(主要成分CuFeS2)的利用及产品生产流程，有关说法不正确的是(　　)
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．粗铜炼制过程中反应2CuFeS2＋O2Cu2S＋2FeS＋SO2，每转移1.2mol电子，则有0.2mol硫被氧化
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
答案　D
解析　制铝过程中Al～3e－，制铜过程中Cu～2e－，当转移电子数相等时，铝和铜的物质的量之比为2∶3。
11．(2019·洛阳第一次统考)镓(Ga)与铝同主族，曾被称为“类铝”，其氧化物和氢氧化物均为两性化合物。工业制备镓的流程如下图所示：
下列判断不合理的是(　　)
A．Al、Ga均处于第ⅢA族 B．Ga2O3可与盐酸反应生成GaCl3
C．Ga(OH)3可与NaOH反应生成NaGaO2 D．酸性：Al(OH)3>Ga(OH)3
答案　D
解析　镓(Ga)与铝同主族，均处于第ⅢA族，A项正确；Ga2O3与Al2O3的性质相似，可与盐酸反应生成GaCl3，B项正确；Ga(OH)3属于两性氢氧化物，与Al(OH)3的性质相似，能与NaOH溶液反应生成NaGaO2，C项正确；在NaAlO2和NaGaO2的混合液中通入适量CO2，只有Al(OH)3沉淀，而没有Ga(OH)3沉淀，根据强酸制弱酸的原理，Ga(OH)3的酸性强于碳酸，则酸性：Al(OH)312．(2019·潍坊期末)工业上，常用铜阳极泥(主要成分是Cu2Te，含少量的Ag、Au)回收碲，其工艺流程如下(已知TeO2微溶于水，易与浓强碱、浓强酸反应)：
下列叙述错误的是(　　)
A．合理处理阳极泥有利于保护环境和资源再利用
B．操作1、2、3均为过滤
C．可由滤渣2提取金属Ag、Au
D．上述流程中用浓硝酸代替浓盐酸可提高碲的回收率
答案　D
解析　铜阳极泥主要成分为Cu2Te，含少量的Ag、Au，在稀硫酸中溶解，并通入氧气，得到TeO2、Au、Ag、硫酸铜溶液；然后过滤，滤液1含有硫酸铜等，滤渣1含有TeO2、Au、Ag，加入浓盐酸过滤，滤渣2含有Au、Ag，TeO2和加入的浓盐酸反应得到四氯化碲溶液，通入SO2气体，可将溶液中的Te4＋还原为Te，同时得到硫酸。阳极泥中的Cu2Te可用于制备硫酸铜、Te等，则合理处理阳极泥有利于保护环境和资源再利用，A项正确；由以上分析可知，操作1、2、3用于分离固体和液体，均为过滤，B项正确；可由滤渣2提取金属Ag、Au，C项正确；浓硝酸可氧化Ag，使制备的碲中混有杂质，则不能用浓硝酸，D项错误。
13．(2020·枣庄重点高中联考)《我在故宫修文物》这部纪录片里关于古代青铜器的修复引起某研究小组的兴趣。“修旧如旧”是文物保护的主旨。
(1)查阅高中教材得知铜锈为Cu2(OH)2CO3，俗称铜绿，可溶于酸。铜绿在一定程度上可以提升青铜器的艺术价值。推测参与形成铜绿的物质有Cu和________。
(2)继续查阅中国知网，了解到铜锈的成分非常复杂，主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl。考古学家将铜锈分为无害锈和有害锈，结构如图所示：
Cu2(OH)3Cl属于___________(填“无害”或“有害”)锈，请解释原因：____________。
(3)文献显示有害锈的形成过程中会产生CuCl(白色不溶于水的固体)，请结合下图回答：
①过程Ⅰ的正极反应物是__________。
②过程Ⅰ负极的电极反应式是____________________________________________________。
(4)青铜器的修复有以下三种方法：
Ⅰ.柠檬酸浸法：将腐蚀文物直接放在2%～3%柠檬酸溶液中浸泡除锈。
Ⅱ.碳酸钠法：将腐蚀文物置于含Na2CO3的缓冲溶液中浸泡，使CuCl转化为难溶的Cu2(OH)2CO3。
Ⅲ.BTA保护法：如图所示：
①写出碳酸钠法的离子方程式：____________________________________________________。
②三种方法中，BTA保护法应用最为普遍，分析其可能的优点有________(填字母)。
a．替换出锈层中的Cl－，能够高效除去有害锈
b．形成高聚物透明膜，改变了铜锈的成分，不能做到“修旧如旧”
c．和酸浸法相比，不破坏无害锈，可以保护青铜器的艺术价值，做到“修旧如旧”
答案　(1)O2、H2O、CO2　(2)有害　碱式氯化铜为疏松结构，潮湿空气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀(合理即可)　(3)①O2、H2O　②Cu－e－＋Cl－===CuCl
(4)①4CuCl＋O2＋2H2O＋2CO===2Cu2(OH)2CO3＋4Cl－　②ac
14．氮化铝(AlN)是一种新型无机非金属材料。为了分析某AlN样品(样品中的杂质不与氢氧化钠溶液反应)中AlN的含量，某实验小组设计了如下两种实验方案。
已知：AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋NH3↑
方案1　取一定量的样品，用以下装置测定样品中AlN的纯度(夹持装置已略去)。
(1)上图装置C中球形干燥管的作用是_____________________________________________。
(2)完成以下实验步骤：组装好实验装置，首先________，再加入实验药品。接下来的实验操作是____________，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体。打开K1，通入氮气一段时间，测定装置C反应前后的质量变化。通入氮气的目的是___________________
_______________________________________________________________________________。
(3)若去掉装置B，则导致测定结果________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。由于上述装置还存在缺陷，导致测定结果偏高，请提出改进意见：_______________________________。
方案2　按以下步骤测定样品中AlN的纯度：
(4)步骤②生成沉淀的离子方程式为_________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(5)步骤③的操作是______________。AlN的纯度是____________(用含m1、m2的代数式表示)。
答案　(1)防止倒吸
(2)检查装置的气密性　关闭K1，打开K2　把装置中残留的氨气全部赶入装置C
(3)偏高　在装置C的出口处连接一个干燥装置
(4)CO2＋AlO＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓
(5)过滤、洗涤　%
解析　(2)实验步骤如下：组装好实验装置，首先检查装置的气密性，再加入实验药品；接下来的实验操作是关闭K1，打开K2，并打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体；打开K1，通入氮气一段时间，测定装置C反应前后的质量变化。由于反应中产生的氨气会残留在装置中，因此通入氮气的目的是把装置中残留的氨气全部赶入装置C。
(3)生成的氨气中含有水蒸气，若去掉装置B，则装置C的质量增加，导致测定结果偏高。由于空气中含有的水蒸气也会进入装置C，导致测定结果偏高，因此改进的措施是在装置C的出口处连接一个干燥装置。
(4)滤液中含有偏铝酸钠，则步骤②生成沉淀的离子方程式为CO2＋AlO＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓。
(5)m2 g固体的成分是氧化铝，根据铝原子守恒可知AlN的纯度是×100%＝%。
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