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第 12 讲 金属材料与金属矿物的开发利用
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．了解合金的概念及其重要应用。
知识清单
知识点 1 镁、铝及其重要化合物
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 第三周期ⅡA族 第三周期ⅢA族
原子结构示意图
自然界存在形态 化合态 化合态
2．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，均具有良好的延展性、
导电性和导热性等。
3．铝的化学性质
[名师点拨] (1)常温下，能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是二者能使铝发生
“钝化”，而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。
(2)能与铝反应产生氢气的溶液可能呈强酸性也可能呈强碱性。
4．对比掌握镁的化学性质
铝 镁
点燃
与非金属 2Mg＋O2===== 2MgO
能被 Cl2、O2氧化
反应 点燃3Mg＋N2===== Mg3N2
能与沸水反应：
与水反应 反应很困难
△
Mg＋2H2O===== Mg(OH)2＋H2↑
＋
与酸(H ) 反应速度比 Al快：
能与 H＋反应产生 H2
Mg 2H＋反应 ＋ ===Mg2＋＋H2↑
与碱反应 能溶于强碱溶液产生 H2 不反应
与某些氧 能与 Fe O 、MnO 、Cr O 能在 CO2 3 2 2 3 2中燃烧：
化物反应 等金属氧化物发生铝热反应 点燃2Mg＋CO2===== 2MgO＋C
[名师点拨] (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。
5．从海水中提取镁
(1)工艺流程
(2)基本步骤及主要反应
制熟石灰 高温CaCO3===== CaO＋CO2↑，
CaO＋H2O===Ca(OH)2
沉淀 Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
酸化 Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
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
电解熔融氯化镁制得镁：
电解
电解
MgCl2(熔融)===== Mg＋Cl2↑
[名师点拨] (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。
二、铝的重要化合物
1．氧化铝
(1)物理性质：白色固体，难溶于水，有很高的熔点。
(2)化学性质
2．氢氧化铝
(1)物理性质：白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。
(2)化学性质(用化学方程式表示)
Al(OH)3的电离方程式为
反应的化学方程式或离子方程式分别为
①Al(OH) ＋3＋3H ===Al3＋＋3H2O；
②Al(OH)3＋OH－===AlO
－
2 ＋2H2O；
△
③2Al(OH)3===== Al2O3＋3H2O。
(3)制备
①向铝盐溶液中加入氨水，离子方程式为
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)
＋
3↓＋3NH4 ；
②向偏铝酸盐溶液中通入足量 CO2，离子方程式为
AlO－2 ＋CO2＋2H2O===Al(OH)
－
3↓＋HCO3 ；
③NaAlO2溶液与 AlCl3溶液混合：
3AlO－ ＋Al3＋2 ＋6H2O===4Al(OH)3↓。
3．常见的铝盐
(1)明矾(硫酸铝钾)是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。
(2)明矾的化学式为 KAl(SO4)2·12H2O，它是无色晶体，可溶于水，水溶液 pH＜ (填
“＜”“>”或“＝”)7。明矾可以净水，其净水的原理是 Al3＋＋3H2O Al(OH)3(胶体)
＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水。
经典例题
例 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)铝制品在空气中能稳定存在是因为铝不活泼( )
(2)工业上制取镁粉时，可将镁蒸气在 N2中冷却( )
(3)MgO与 Al粉的混合物也可称为铝热剂( )
(4)相同质量的镁条分别在足量的 CO2和 O2中完全燃烧，所得固体的质量相同( )
(5)铝与少量 NaOH溶液反应得到铝盐，与足量 NaOH溶液反应生成偏铝酸盐( )
例 2．下列关于铝及其化合物的说法不正确的是( )
A．Al既可用于食品包装，也可用作建筑材料
B．Al2O3既可用来冶炼金属 Al，也可用作耐火材料
C．明矾[KAl(SO4)2·12H2O]既可用作净水剂，也可用作消毒剂
D．Al(OH)3既可用作治疗胃酸过多的药物，也可用来制备一些铝盐
例 3．下列关于钠和镁的叙述中，不正确的是( )
A．钠和镁都是银白色金属，都能与稀硫酸反应生成 H2
B．将金属钠放在石棉网上，用酒精灯加热熔化后，金属钠剧烈燃烧，产生黄色火焰，生成
淡黄色的过氧化钠
C．金属镁在空气中燃烧生成黑色的烟
D．钠的还原性比镁的还原性强
知识点 2 铜及其重要化合物
1．铜的性质
(1)物理性质：铜是紫红色金属，具有良好的导电性、导热性和延展性。
(2)化学性质
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
①2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3
△
②2Cu＋S===== Cu2S
2．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 黑色 砖红色
与酸反
CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O Cu2O＋2H＋=== Cu2＋＋Cu＋H2O
应(H＋)
与 H2反应 △ △CuO＋H2===== Cu＋H2O Cu2O＋H2===== 2Cu＋H2O
转化关系 △4CuO===== 2Cu2O＋O2↑
(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)2===== CuO＋H2O。
反应 b ＋ ＋的离子方程式：Cu(OH)2＋2H ===Cu2 ＋2H2O。
(3)铜盐
①Cu2(OH)2CO3
Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，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)2CO3===== 2CuO＋CO2↑＋H2O，可溶于稀硫酸，离子方
程式：Cu2(OH)2CO ＋ ＋3＋4H ===2Cu2 ＋CO2↑＋3H2O。
②CuSO4
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
△
CuSO4·5H2O===== CuSO4＋5H2O。
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胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。
经典例题
例 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物( )
(2)过量铜与浓硝酸反应，产生的气体中有 NO2、NO和 H2( )
(3)CuO是黑色固体，与水反应生成 Cu(OH)2( )
(4)用稀硝酸清除铜制品上的铜锈( )
例 2．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
例 3．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___________________________。
知识点 3 金属材料与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 。
[名师点拨] (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。
2．常见金属材料
(1)分类
(2)常见的合金材料
3．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化合态的形式存在。
②金、铂等少数化学性质稳定的金属以游离态的形式存在。
(2)金属的冶炼
①实质：把金属从化合态还原为游离态。
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。
方法名称 主要反应原理(举例)
△
2HgO===== 2Hg＋O2↑
热分解法
△
2Ag2O===== 4Ag＋O2↑
CO作
高温
Fe2O3＋3CO===== 2Fe＋3CO2(高炉炼铁)
热还 还原剂
原法 H2作
△
WO3＋3H2===== W＋3H2O
还原剂
活泼金属
高温
3MnO2＋4Al===== 3Mn＋2Al2O3
作还原剂
电解
2Al2O3(熔融)===== 4Al＋3O2↑
冰晶石
电解法 电解MgCl2(熔融)===== Mg＋Cl2↑
电解
2NaCl(熔融)===== 2Na＋Cl2↑
[名师点拨] (1)金属活动性顺序与冶炼方法的关系
(2)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。
(3)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。
(3)铝热反应
实验 Al和金属氧化物在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单
原理 质呈熔融态且易与 Al2O3分离
实验
装置
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
实验
温度下发生剧烈的反应；
现象
②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
实验 高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，化学方程式为 Fe2O3＋
结论 高温2Al===== 2Fe＋Al2O3
原理 ①制取熔点较高、活动性弱于 Al的金属，如铁、铬、锰、钨等；
应用 ②金属焊接，如野外焊接钢轨等
经典例题
例 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)合金中的金属元素都以化合态形式存在( )
(2)合金材料中不可能含有非金属元素( )
(3)铝合金的熔点比纯铝的低( )
(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( )
(5)电解氯化镁溶液制取金属镁( )
(6)工业上利用电解 AlCl3和MgO 的方法冶炼 Al、Mg( )
例 2．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 C
高温
C．冶炼 Zn 的化学方程式：ZnCO3＋2C===== Zn＋3CO↑
D．该冶炼锌的方法属于热还原法
例 3．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、Mg
D．用钨作灯丝是因为其易导电
例 4．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：
[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．NH3 b．NaOH
c．HNO3 d．CO2
课堂闯关
1．(2020·山东等级考)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 Al(OH)3。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
2．(2020·江苏高考)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
3．(2018·海南高考)铜是人类发现最早并广泛使用的一种金属。回答下列问题：
(1)实验室使用稀硫酸和H2O2溶解铜片，该反应的化学方程式为_____________________。
(2)电子工业使用 FeCl3 溶液刻蚀印刷电路板铜箔，写出该过程的离子方程式
________________________________________________________________________。
配制的 FeCl3 溶液应保持 _____(填“酸性”“碱性”或“中性”)，原因是
_____________________。
(3)溶液中 Cu2＋的浓度可采用碘量法测得：
＋ － －
①2Cu2 ＋5I ===2CuI↓＋I3 ；
②I－3 ＋2S O2
－ 2－
2 3 ===S4O6 ＋3I
－
反应①中的氧化剂为________。现取 20.00 mL 含 Cu2＋的溶液，加入足量的 KI 充分反
应后，用 0.100 0 mol·L－1的 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗 Na2S2O3溶液 25.00 mL，此
溶液中 Cu2＋的浓度为________mol·L－1。
4．(2021·天津市第九十五中学模拟)下列有关金属元素特征的叙述正确的是( )
A．金属元素的原子只有还原性，其阳离子只有氧化性
B．金属元素的单质在常温下都为固体
C．含金属元素的离子都是阳离子
D．金属阳离子被还原不一定得到金属单质
5．(2021·福州模拟)央视栏目《国家宝藏》不仅彰显了民族自信、文化自信，还蕴含着许
多化学知识。下列说法不正确的是( )
A．宋·王希孟《千里江山图》中的绿色颜料铜绿，主要成分是碱式碳酸铜
B．宋·《莲塘乳鸭图》缂丝中使用的丝，主要成分是蛋白质
C．战国·“曾侯乙编钟”属于青铜制品，青铜是一种铜锡合金
D．清·乾隆“瓷母”是指各种釉彩大瓶，其主要成分是二氧化硅
6．(2021·沈阳模拟)《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
7．(2021·人大附中模拟)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：
实验 1 实验 2
①、③中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体
③中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生
产生
下列说法正确的是( )
A．稀硝酸一定被还原为 NO2
B．实验 1 ＋②中溶液存在：c(Cu2 )＋c(H＋)＝c(NO－3 )＋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：3Cu＋2NO－3 ＋8H
＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
8．(2021·武威模拟)工业上用铝土矿(主要成分为 Al2O3，含 Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺
流程如下：
下列叙述正确的是( )
A．按上述流程，试剂 X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸
B．反应①过滤后所得沉淀为氧化铁
C．图中所有的转化反应都不是氧化还原反应
D．反应②的离子方程式为 2AlO－2 ＋CO2＋3H2O===2Al(OH)
－
3↓＋CO23
9．下列有关物质的描述及其应用均正确的是( )
A．Al、Al2O3、Al(OH)3、NaAlO2均能和 NaOH溶液发生反应
B．Na2O2中含有 O2，所以过氧化钠可为潜水艇舱提供氧气
C．FeCl3具有氧化性，用 FeCl3溶液刻蚀印刷铜电路板
D．Na、Al、Cu可以分别用电解冶炼法、热还原法和热分解法得到
10．(2021·厦门模拟)Na、Al、Fe、Cu是中学化学中重要的金属元素。它们的单质及其化合
物之间有很多转化关系。下表所列物质不能按如图(“→”表示一步完成)关系相互转化的是
( )
选项 A B C D
a Na Al Fe Cu
b NaOH Al2O3 FeCl3 CuSO4
c NaCl Al(OH)3 FeCl2 CuCl2
自我挑战
1．(2021·南宁模拟)下列生产、生活中的事实不能用金属活动性顺序表解释的是( )
A．电解饱和食盐水阴极产生氢气得不到钠
B．铁制容器盛放和运输浓硫酸
C．镀锌铁桶镀层破损后铁仍不易被腐蚀
D．铝制器皿不宜长期盛放酸性食物
2．(2021·潍坊模拟)我国古代的青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。下列说法
不正确的是( )
A．我国使用青铜器的时间比使用铁器、铝器的时间均要早
B．将青铜器放在银质托盘上，青铜器容易生成铜绿
C．《本草纲目》载有名“铜青”之药物，铜青是铜器上的绿色物质，则铜青就是青铜
D．用蜂蜡做出铜器的蜡模，是古代青铜器的铸造方法之一，蜂蜡的主要成分是有机物
3．铜及其化合物在生产生活中有广泛应用，铜在化合物中的常见化合价有＋1、＋2。已知
Cu2O与稀硫酸反应，溶液呈蓝色。
△
(1)工业上可用 Cu2S＋O2===== 2Cu＋SO2反应制取粗铜，该反应中________元素被还原。
(2)将少量铜丝放入适量的稀硫酸中，温度控制在 50℃，加入 H2O2溶液，一段时间后，
升温到 60℃，再反应一段时间后可制得硫酸铜，该反应的离子方程式为______________。
温度控制在 50～60 ℃的原因除了加快反应速率外，还有___________________。在 CuSO4
溶液中加入一定量的 Na2SO3和 NaCl溶液，加热，生成 CuCl沉淀，写出生成 CuCl 的离子
方程式：__________________________________________________________________。
(3)现向 Cu、Cu2O和 CuO组成的混合物中，加入 2 L 0.6 mol·L－1 HNO3溶液恰好使混合
物溶解，同时收集到 4 480 mL NO气体(标准状况)。Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式为
_________________________________________________________________。
若将上述混合物用足量的 H2加热还原，所得到固体的质量为__________g。若混合物中
含 0.2 mol Cu，将该混合物与稀硫酸充分反应，消耗 H2SO4的物质的量为________mol。
4．合金是建造航空母舰的主体材料。
(1)航母升降机可由铝合金制造。
①铝元素在周期表中的位置为________。工业炼铝的原料由铝土矿提取而得，提取过程
中通入的气体为________。
② Al Mg 合 金 焊 接 前 用 NaOH 溶 液 处 理 Al2O3 膜 ， 其 化 学 方 程 式 为
________________________________________________________________________。
焊接过程中使用的保护气为____________(填化学式)。
(2)航母舰体材料为合金钢。
①舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为____________。
②航母用钢可由低硅生铁冶炼而成，则在炼铁过程中为降低硅含量，需加入的物质为
________。
(3)航母螺旋桨主要用铜合金制造。80.0 g Cu Al合金用酸完全溶解后，加入过量氨水，
过滤得白色沉淀 39.0 g，则合金中 Cu的质量分数为________。
5．(2021·泉州模拟)金属钼具有高强度、高熔点、耐磨抗腐性等优点，用于制火箭、卫星的
合金构件。钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)是一种重要的金属缓蚀剂。利用钼矿(主要成分MoS2，
还含少量钙、镁等元素)为原料冶炼金属钼和钼酸钠晶体的主要流程图如下：
(1)Na2MoO4·2H2O中钼元素的价态为________，煅烧产生的尾气引起的环境危害主要
是________________________________________________________________________。
(2)用浓氨水溶解粗产品的离子方程式是________________________，由图中信息可以
判断MoO3是________氧化物(填“酸性”“碱性”或“两性”)。
(3)操作Ⅰ是________，操作Ⅱ所得的钼酸要水洗，检验钼酸是否洗涤干净的方法是
________________________________。
(4)采用 NaClO氧化钼矿的方法将矿石中的钼浸出，该过程放热。
①请配平以下化学反应：
NaClO＋____MoS2＋____NaOH===____Na2MoO4＋____Na2SO4＋____NaCl＋____H2O。
②钼的浸出率随着温度变化如图，当温度高于 50 ℃后浸出率降低的可能原因是
________________________________(写一点)。第 13 讲 金属及其化合物的转化
题型研析
化学微工艺流程题是近几年全国卷和地方卷考查的“明星”题型(如 2020年山东卷 T8、
T9)，试题借助物质制备或提纯的操作流程为素材，突出考查元素化合物的性质与转化及化
学实验的基本操作，这类试题一般难度不会太大，解答时只要考生能理清框图间的转化关系
就能获取高分。
知识清单
题型一 物质制备型化学工艺流程
[典题示例 1] (2021·济南模拟)某兴趣小组利用硫酸厂产生的烧渣(主要含 Fe2O3、FeO，还
有一定量的 SiO2)来制备 FeCO3，其流程如图：
已知：①FeS ＋2不溶于稀硫酸； ②“还原”时，Fe3 通过两个反应被还原，其中一个反
应为 FeS ＋ ＋2＋14Fe3 ＋8H2O===15Fe2 ＋2SO2
－
4 ＋16H
＋
。
下列说法不正确的是( )
A．“还原”时另一个反应的离子方程式为 2Fe3＋＋FeS ===2S＋3Fe2＋2
B. “还原”后可以用 KSCN检验 Fe3＋是否反应完全
C．流程中多次进行过滤，过滤所用玻璃仪器为烧杯、漏斗、胶头滴管和玻璃棒
D．所得 FeCO3需充分洗涤，可用稀盐酸和 BaCl2溶液检验 FeCO3是否已洗涤干净
[名师点拨] 制备型工艺流程题过程解读
(1)读流程图
①箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出去的是主产物或副产物(生成物)。
②三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。
(2)解题要点
①审题要点：a.了解生产目的、原料及产品；b.了解题目提供的信息；c.分析各步的反
应条件、原理及物质成分；d.理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。
②答题切入点：a.原料及产品的分离提纯，b.生产目的及反应原理；c.生产要求及反应
条件；d.有关产率、产量及组成的计算；e.绿色化学。
经典例题
例 1．(2021·成都模拟)某化工厂利用钡泥[主要含有 BaCO3、BaSiO3、BaSO3、Ba(FeO2)2]制
取 Ba(NO3)2，其工艺流程如下。下列说法不正确的是( )
A．酸溶时，Ba(FeO2)2 与 HNO3反应的化学方程式为 Ba(FeO2)2＋8HNO3=== Ba(NO3)2
＋2Fe(NO3)3＋4H2O
B．酸溶时为了加快反应速率，使用浓 HNO3，代替稀 HNO3并加热煮沸
C. X试剂可以是 BaCO3
D．上述流程中洗涤的主要目的是减少废渣中可溶性钡盐对环境的污染
例 2．工业上用某种氧化铝矿石(含 Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：
对上述流程中的判断正确的是( )
A.试剂 X可以为氨水，沉淀中含有铁的化合物
B．CO2可以用 H2SO4溶液或稀盐酸代替
C － －．反应Ⅱ中的离子方程式为 CO2＋AlO2 ＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO3
D．工业上还可采用 Fe还原 Al2O3的方法制 Al，成本更低
题型二 分离提纯型化学工艺流程
[典题示例 2] (2021·成都模拟)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生成硫酸的催
化剂。从废钒催化剂中回收 V2O5既可避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的
主要成分为
物质 V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe2O3 Al2O3
质量分
2.2～2.9 2.8～3.1 22～28 60～65 1～2 ＜1
数/%
以下是一种废钒催化剂回收的工艺路线：
回答下列问题：
(1) ＋“酸浸”时 V2O5转化为 VO2 ，反应的离子方程式为____________________，同时
V2O4转化成 VO2＋。“废渣 1”的主要成分是________。
(2) ＋ ＋“氧化”中欲使 3 mol的 VO2 变为 VO2 ，则需要氧化剂 KClO3至少________ mol。
(3)“中和”的作用之一是使钒以 V O 4－4 12 的形式存在于溶液中。“废渣 2”中含有
________。
离子交换
(4) － －“离子交换”和“洗脱”可简单表示为 4ROH＋V4O412 R4V4O12＋4OH洗脱
(ROH 为强碱性阴离子交换树脂 )。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性 (填
“酸”“碱”或“中”)。
(5)“流出液”中阳离子最多的是________。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3) 沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式
________________________________________________________________________。
[名师点拨] 工艺流程题常见答题方向
工艺操作(结果) 目的评价(或操作名称)
方 研磨(粉碎) 增大接触面积，加快反应(溶解)速率
法 煅烧(焙烧) 矿物分解、燃烧，转化为易溶于酸、碱的物质
措 水浸 利用水溶性把物质进行分离
施 酸浸(碱浸) 利用物质与酸(碱)反应除掉杂质或把目标物质转化为可溶性离子
调节溶液 pH 某些金属离子的沉淀，控制物质的溶解
控
控制温度 加快反应速率，促进平衡移动；物质的溶解、析出、挥发等
制
增大某反应物用
条 增大另一反应物的转化率
量
件
某种试剂的选择 是否带入杂质、是否影响产品的纯度
不相溶液体 分液
相溶性液体 蒸馏
分 难溶性固体 过滤
离 易溶性固体 蒸发浓缩、冷却结晶
提 趁热过滤 防止温度降低，某物质析出
纯 冰水洗涤 减少晶体的溶解损失
乙醇、有机溶剂洗
减少晶体的水溶性损失
涤
经典例题
例 1．(2021·南京模拟)某电镀污泥含有碲化亚铜(Cu2Te)、三氧化二铬(Cr2O3)以及少量金等，
某小组设计如下资源综合利用的方案：
高温
已知：碲和硫位于同主族，煅烧时 Cu2Te发生的反应为 Cu2Te＋2O2===== 2CuO＋TeO2，
滤渣中 TeO2溶于稀硫酸发生的反应为 TeO2＋H2SO4===TeOSO4＋H2O。下列说法错误的是
( )
A．“高温煅烧”电镀污泥时，铜、碲和铬元素都被氧化
B．“酸化”时可向溶液中加入硫酸
C．“固体 1”的主要成分为 Cu
D．“滤液 3”可以循环利用
例 2．(2021·漳州模拟)以工业级氧化锌(含 Fe2＋、Mn2＋、Cu2＋、Ni2＋等)为原料制备氧化锌的
流程如下：
其中“氧化”加入 KMnO4是为了除去浸出液中的 Fe2＋和Mn2＋。下列有关说法错误的
是( )
A．“浸出”时通过粉碎氧化锌可提高浸出率
B．“氧化”生成的固体是MnO2和 Fe(OH)3
C．“置换”加入锌粉是为了除去溶液中的 Cu2＋、Ni2＋等
D．“煅烧”操作用到的仪器：玻璃棒、蒸发皿、泥三角
例 3．铈是一种重要的稀土元素，常见的化合价为＋3价和＋4价。以氟碳铈矿(主要含 CeFCO3，
少量其他稀土盐 LnFCO3、非稀土元素 Fe、Al、 Mg 和 SiO2等)为原料制备 CeO2的一种工
艺流程如图所示：
[问题探究]
(1)“氧化焙烧”前需将矿石粉碎成细颗粒，其目的是
________________________________________________________________________。
(2)氧化焙烧时，CeFCO3和其他稀土盐 LnFCO3分别转化为 CeO2和 Ln2O3，请写出生成
CeO2的化学方程式。
(3)CeO2 和 Ln2O3 混合物中加入稀盐酸，Ln2O3 溶解生成 LnOCl 的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(4)取上述流程中得到的 CeO2产品 0.450 0 g，加硫酸溶解后，用 0.100 0 mol·L－1FeSO4
标准溶液滴定至终点时(铈被还原为 Ce3＋，其他杂质均不反应)，消耗 25.00 mL 标准溶液。
该产品中 CeO2的质量分数为________。
课堂闯关
1．(2018·全国卷Ⅰ)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金
工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：
下列叙述错误的是( )
A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B．从“正极片”中可回收的金属元素有 Al、Fe、Li
C．“沉淀”反应的金属离子为 Fe3＋
D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
2．(2018·江苏高考)在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
△ 饱和石灰水
A．NaHCO3(s)――→ Na2CO3(s) ――→ NaOH(aq)
NaOH（aq） 过量 HCl（aq）
B.Al(s) ――→ NaAlO2(aq) ――→ Al(OH)3(s)
氨水 蔗糖（aq）
C.AgNO3(aq)――→ [Ag(NH ＋3)2] (aq) ――→ Ag(s)
Al HCl（aq）
D．Fe2O3(s)――→ Fe(s) ――→ FeCl3(aq)
高温
3．(2021·宁波模拟)以废旧电路板为原料制备硫酸铜可以变废为宝，下图是某科研小组
设计的工艺流程(流程中 RH 为萃取剂)。下列说法不正确的是( )
A．“粉碎”可以增大反应的接触面积，提高浸取速率和铜的浸取率
B ＋ ＋．“浸取”发生的离子反应为 Cu＋H2O2＋2NH3＋2NH 24 ===Cu(NH3)4 ＋2H2O
C．工艺流程中循环使用的物质有 NH3、NH4Cl、RH和有机溶剂
D．从硫酸铜溶液获得纯净的硫酸铜晶体的操作是：加入适量乙醇，蒸发浓缩、冷却结
晶、过滤、热水洗涤、干燥
4．(2021·郑州模拟)某学习小组以废催化剂(主要成分 SiO2、ZnO、ZnS和 CuS)为原料，
制备锌和铜的硫酸盐晶体。设计的实验方案如下：
下列说法不正确的是( )
A．步骤①中能溶于稀硫酸的是 ZnO、ZnS
B．步骤①、③中发生的反应均为氧化还原反应
△
C．步骤③涉及的离子反应可能为 CuS＋H2O2＋2H＋===== Cu2＋＋S＋2H2O
D．步骤②和④，采用蒸发浓缩、冷却结晶，过滤后均可获取粗晶体
5．(2021·烟台模拟)如今环境保护越来越受重视，某化工集团为减少环境污染，提高资
源的利用率，将钛厂、氯碱厂、甲醇厂进行联合生产。其主要生产工艺如下(FeTiO3中 Ti为
＋4价)：
下列叙述正确的是( )
A．该流程中只有“电解”“氯化”涉及氧化还原反应
B．“合成”反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 1∶1
C．“氯化”时反应方程式为 7Cl2＋2FeTiO3＋6C===2FeCl3＋2TiCl4＋6CO(条件省略)
D．上述流程中“Mg，Ar”可用“Mg，CO2”代替
6．(2021·青岛模拟)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 ===2CuCl↓＋SO24 ＋4H
7．(2021·合肥模拟)工业上用铝土矿(主要成分为 Al2O3，含 SiO2、Fe2O3等杂质)为原料
冶炼铝的工艺流程如下，对下述流程中的判断正确的是( )
A．试剂 X为稀硫酸，沉淀中含有硅的化合物
B．反应Ⅱ中生成 Al(OH) －3的反应为 CO2＋AlO2 ＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
－
3
C ＋ － －．结合质子(H )的能力由弱到强的顺序是 OH >CO23 >AlO
－
2
D．Al2O3熔点很高，工业上还可采用电解熔融 AlCl3的方法冶炼 Al
8．(2021·南昌模拟)轻质氧化镁和硼酸(H3BO3)都是重要的化工原料，可采用硼镁矿(含
Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量 Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸和轻质氧化镁，其工艺流程如图：
下列叙述错误的是( )
A．Fe2O3、Al2O3都不能溶于(NH4)2SO4溶液
B．进入“吸收”工序中的气体为 NH3
C．若“过滤 2”时调节溶液的碱性越强得到的硼酸越多
D．“沉镁”中得到的母液经加热后可返回“溶浸”工序循环使用
9．(2021·杭州模拟)某企业以辉铜矿为原料生产碱式碳酸铜，工艺流程如下所示：
已知：[Cu(NH3)4]2＋(aq) Cu2＋(aq)＋4NH3(aq)
根据以上工艺流程，下列说法不正确的是( )
A．为实现溶液 C到溶液 D的转化，加入过量 NH3·H2O后过滤即可
B．溶液 E和碳酸钠混合方式不同对产品的成分没有影响
C．在制备产品时，溶液 D中不直接加入 Na2CO3溶液的原因是游离的 Cu2＋浓度太低
△
D．蒸氨过程发生总反应的化学方程式为[Cu(NH3)4]Cl2＋H2O===== CuO＋2HCl↑＋
4NH3↑
10．(2021·潍坊模拟)某工厂的一个生产工艺流程如图所示，下列叙述正确的是( )
A.该工艺流程是用来制备 Fe2(SO4)3的
B．气体M是 H2S
C．气体M参加的反应是化合反应
D．SO2参加反应时氧化剂和还原剂的物质的量之比是 1∶1
11．(2021·合肥模拟)某酸性工业废水中含有一定量的 Fe3＋、Cu2＋、Au3＋等离子。利用
常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑，设计如下工艺流程，从废水中回收金，并生产一定量
的铁红和氧化铜。下列说法不正确的是( )
A．标号①②③处发生的反应均为氧化还原反应
B．标号③处加入的相应物质是稀硝酸
C．标号①处发生的离子反应最多有三个
D．铁红的化学式为 Fe2O3，工业上常用作红色颜料
自我挑战
1．以硫铁矿(主要成分为 FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)的工艺流程如下。
下列说法不正确的是( )
A．酸溶过程使用的酸也可以是硝酸，且过量
B．为了防止污染，焙烧过程中产生的 SO2要回收利用
C．通氯气的目的是氧化 Fe2＋
D．由 FeCl3·6H2O制取无水 FeCl3需要在氯化氢的气流中加热
2．(2021·烟台模拟)MnO2和 Zn是制造普通干电池的重要原料，现用软锰矿(主要成分为
MnO2)和闪锌矿(主要成分为ZnS)制备MnO2和Zn的工艺流程如图。下列说法错误的是( )
A．干电池是一种将化学能转变为电能的装置
B．原料硫酸可以循环使用，且可用盐酸代替硫酸进行酸溶
C．酸溶时 ZnS作还原剂，操作 1为过滤
D．通电电解时MnO2在阳极处生成，电极反应为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO ＋2＋4H
3．从银铜合金切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺流程如下：
注：Al(OH)3和 Cu(OH)2开始分解的温度分别为 450 ℃和 80℃。
(1)加快渣料(含少量银)溶于稀 H2SO4的速率的措施有_______________________
_________________________________________________(写出两种)。
(2)滤渣 A与稀 HNO3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，滤渣 A与稀 HNO3
反应的离子方程式为____________________________________________。
(3)固体 B的组成为________________；在生成固体 B的过程中，需控制 NaOH的加入
量，若 NaOH过量，则因过量发生的反应的离子方程式为___________________________
_________________________________________________________。
(4)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：
高温
CuO＋____Al2O3===== ____CuAlO2＋____↑。
(5)硫酸铜溶液可用于浸取硫铁矿中的铁元素，浸取时发生复杂的氧化还原反应。反应
体系中除 CuSO4和 FeS2外，还有 H2SO4、Cu2S、FeSO4和 H2O，下列对该反应的分析不正
确的是________(填字母)。
A．氧化剂为 CuSO4和 FeS2
B．反应后溶液的 pH降低
C．每转移 2 mol电子消耗 3 mol CuSO4
D．被氧化的 FeS2只占总量的 30%
4．(2021·昆明模拟)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿(ZnS，
含有 SiO2和少量 FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的 pH范围如下：
金属离子 Fe3＋ Fe2＋ Zn2＋ Cd2＋
开始沉淀的 pH 1.5 6.3 6.2 7.4
沉淀完全的 pH 2.8 8.3 8.2 9.4
回答下列问题：
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为___________________________________
________________________________________________________________________。
(2)滤渣 1 的主要成分除 SiO2 外还有________；氧化除杂工序中 ZnO 的作用是
________________________________________________________________________，
若不通入氧气，其后果是___________________________________________________。
(3)溶 液 中 的 Cd2 ＋ 可 用 锌 粉 除 去 ， 还 原 除 杂 工 序 中 反 应 的 离 子 方 程 式 为
________________________________________________________________________。
(4) 电 解 硫 酸 锌 溶 液 制 备 单 质 锌 时 ， 阴 极 的 电 极 反 应 式 为
________________________________________________________________________；
沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。

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