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第3讲　金属材料　金属矿物的开发利用
【复习目标】
1.了解合金及其常见金属材料的应用。
2.了解铝、镁及其重要化合物的主要性质与应用。
3.了解常见金属的冶炼方法。
4.以化工流程为载体掌握物质的性质、转化反应和反应条件的控制及产率的提高措施等。
考点一　合金、金属矿物的开发利用
一、金属材料
1.金属材料分类
(1)黑色金属材料:　　　　以及它们的合金。
(2)有色金属材料:除黑色金属以外的其他金属材料及其合金。
2.合金
(1)概念:合金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　　　　特性的物质。
(2)性能。
①熔点:一般比它的各成分金属的　　　　。
②硬度和强度:一般比它的各成分金属的　　　　。
(3)几种常见的合金。
①用量最大、用途最广的合金——钢。
②性能优异、使用广泛的合金——铝合金。
合金 主要 元素 性能特点 用途
铝锰 合金 Al、Mn 强度高,焊接性能良好,耐腐蚀性较好 机械零件、焊接材料以及管道的制造
铝铜 合金 Al、Cu 强度高,导电性能好,良好的加工性能 高导电性能的连接件、导线
铝镁 合金 Al、Mg 抗腐蚀性能好、良好的焊接性能、抗疲劳性能好 飞机、汽车、火车等交通工具、电子产品外壳等
铝锌 合金 Al、Zn 抗腐蚀性能好、强度较高、耐磨性能好 汽车零件、建筑结构高强度零部件
③我国使用最早的合金——铜合金。
青铜(主要含Cu、Sn、Pb)是我国使用最早的合金,常见的还有黄铜(主要含Cu、Zn)和白铜(主要含Cu、Ni)。
④性能各异的合金——新型合金。
具备特殊性能、特种场合的合金,主要有储氢合金、钛合金、形状记忆合金、耐热合金等。
二、金属矿物的开发利用
1.金属在自然界中的存在形式
2.金属冶炼
(1)实质:利用还原剂把金属从　　　　还原为　　　　的过程,即Mn++ne-M。
(2)一般工艺。
(3)冶炼方法。
　[示例]用化学方程式表示下列金属冶炼的原理。
(1)电解法。
Na:　 ;
Mg:　 ;
Al:　 。
(2)热还原法。
高炉炼铁:　 ;
铝热反应制铬:2Al+Cr2O3Al2O3+2Cr;
焦炭还原铜:　 。
(3)热分解法。
Hg:　 。
[理解·辨析] 判断正误
(1)青铜比纯铜熔点低、硬度大,所以古代用青铜铸剑。(　　)
(2)合金材料都是各种不同金属元素融合得到。(　　)
(3)合金的硬度一般大于其成分金属,而熔点一般低于其成分金属。(　　)
(4)镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,可作储氢材料。(　　)
(5)钠、镁、铝都可以通过电解其熔融氯化物得到。(　　)
(6)湿法炼铜的化学方程式为Fe+CuSO4FeSO4+Cu。(　　)
(7)铝热反应可用于冶炼高熔点金属,如V、Cr、Mn等。(　　)
一、金属材料的应用
1.(2024·江苏泰州模拟)基础设施建设都需要用到大量钢铁。下列有关钢铁的说法正确的是(　　)
[A] 钢是纯净物,生铁是合金
[B] 钢铁在潮湿的空气中容易生锈
[C] 生铁的熔点比纯铁高
[D] 生锈的钢铁制品没有回收价值
2.合金是生活中常用的材料之一。下列关于合金的叙述正确的是(　　)
[A] 青铜是我国历史上使用最早的合金
[B] 铝合金是目前用量最大的合金材料
[C] 地铁列车中使用的不锈钢是一种常见的碳素钢
[D] 储氢合金与氢气结合成氢化物发生了物理变化
二、金属冶炼、金属矿物的开发利用
3.金属的冶炼体现了人类文明的发展历程,下列关于金属冶炼的说法正确的是(　　)
[A] 制铝:电解熔融AlCl3
[B] 炼铁: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
[C] 制铜:“曾青(CuSO4)得铁,则化为铜”的过程发生复分解反应
[D] 制钠:电解NaCl溶液获得金属Na
4.冶炼金属有下列方法:①焦炭还原法　②水煤气还原法　③活泼金属置换法　④电解法
冶炼金属的生产实际:
古代有:a.火法炼铜　b.湿法炼铜
现代有:c.铝热法炼铬　d.从光卤石(MgCl2·6H2O)中炼镁
以下是生产实际与冶炼方法关系的分析,其中错误的是(　　)
[A] a～① [B] b～②
[C] c～③ [D] d～④
5.(2024·山东聊城二模)某废旧三元锂离子电池正极材料的主要成分是LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2和Al,如图是处理电池正极材料回收锂、钴、镍、锰、铝的一种流程。已知:常温下,碳酸锂微溶于水,碳酸氢锂易溶于水。焙烧时锂元素转化为Li2CO3。
下列说法正确的是(　　)
[A] LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2中Ni2+、Ni3+、Co3+个数比为1∶2∶1,则Mn的化合价为+4
[B] 该流程中除“焙烧”外均不涉及氧化还原反应
[C] 冶炼金属锂和金属铝均可用电解其熔融氯化物的方法
[D] “水浸”步骤保持高温可以增大浸取速率
6.Cu2S是火法炼铜一种重要的原料,由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4·5H2O的流程图如图所示:
Cu2SCuCu2O、CuOAB胆矾
(1)Cu2S中铜元素的化合价为　　　　,火法炼铜的反应原理是(用化学方程式表示)　
　。
(2)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的体系A中溶液呈蓝色,且有红色物质生成,请写出生成红色物质的离子方程式: 　 。
(3)若将A中红色物质反应掉,操作Ⅰ加入的试剂最好是　　　　(填字母)。
A.适量的NaNO3
B.适量的HNO3
C.适量的H2O2
(4)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ⅰ能观察到的现象是 　 , 有关反应的化学方程式为 　 。
②反应ⅱ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　　　　　　。
考点二　镁和铝及其重要化合物
1.镁、铝及其性质
项目 镁 铝
地壳 含量/% 2.00 7.73(金属最高)
元素周期 表中位置 第　　周期 第　　族 第　　周期 第　　族
电子 排布式 1s22s22p63s2 1s22s22p63s23p1
物理性质 　　色、金属光泽的固体,密度、硬度均较　　,熔点较　　,有良好的导电、传热和延展性
化学性质 较强的金属性,是常用的　　剂
[示例] 写出有关Al、Mg反应的化学方程式(是离子反应的写离子方程式)。
(1)Al与非金属(O2、Cl2)。
①
②2Al+3Cl22AlCl3
(2)Al与酸。
(3)Al与碱(NaOH溶液): 　。
(4)铝热反应(冶炼难熔金属)。
野外焊接钢轨:　 。
(5)镁条在二氧化碳气体中燃烧: 　。
(6)镁条在氮气中燃烧: 　。
2.铝的重要化合物
(1)铝的氧化物(Al2O3)——两性氧化物。
(2)铝的氢氧化物[Al(OH)3]——两性氢氧化物。
3.镁的重要化合物
(1)氧化镁:白色粉末状固体,　　　　溶于水,属于　　　　　　。
(2)氢氧化镁:白色固体,　　　　溶于水[相同温度下,溶解度小于碳酸镁,因此水垢中Mg的存在形式是Mg(OH)2],是中强碱。
[理解·辨析] 判断正误
(1)Mg在空气中燃烧,产物只是MgO。(　　)
(2)Al2O3的熔点高,可作耐高温材料,实验室可用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3固体等。(　　)
(3)铝和酸反应时,氧化剂是酸,铝和碱反应时,氧化剂是碱。(　　)
(4)能与铝反应生成H2的溶液,一定是酸性溶液。(　　)
(5)在加热情况下利用H2还原Al2O3的方法得到金属铝。(　　)
(6)因为铝不和浓硫酸反应,所以可用铝槽车运输浓硫酸。(　　)
(7)加热MgCl2溶液最终可制得MgCl2固体。(　　)
(8)工业上冶炼金属镁也可以采用电解熔融MgO的方法。(　　)
(9)新制的氢氧化铜既能溶于盐酸又能溶于氨水,所以是两性氢氧化物。(　　)
一、铝、氧化铝、氢氧化铝与酸、碱溶液反应的分析
1.下列物质中既能与稀硫酸反应,又能与NaOH溶液反应的是(　　)
①Al　②Al2O3　③Al(OH)3　④NaHCO3　⑤CH3COONH4　⑥NaHSO4
[A] ①②③ [B] ②③④
[C] ①②③④⑤ [D] 全部
2.课外活动小组探究久置的铝热剂(含Al、Al2O3、Fe2O3)的组成。称取样品3.510 g加入25.00 mL稀硫酸中,固体完全溶解,生成气体537.6 mL(标准状况),并得到溶液X。X不能使KSCN溶液变色。往X中加入过量NaOH溶液,沉淀经过滤、洗涤后,在空气中充分灼烧至恒重,冷却,称得剩余固体质量为2.400 g。下列说法一定正确的是(　　)
[A] 样品中Al的物质的量为0.016 0 mol
[B] 样品中Al2O3的质量为0.408 g
[C] 所用稀硫酸的浓度为2.64 mol/L
[D] X中Fe2+与Al3+物质的量之比为15∶13
3.向含有HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl的混合溶液中(假设各1 mol),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、N四种粒子与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:　 。
二、镁、铝的工业提取流程分析
4.镁及其合金用途很广,目前世界上60%的镁从海水中提取。从海水中提取镁的流程如下:
请根据上述流程图和镁及化合物的性质回答下列问题。
(1)煅烧贝壳生成生石灰的化学方程式为 　。
(2)氢氧化镁溶于盐酸的离子方程式为 　 。
(3)简述由MgCl2·6H2O制无水MgCl2加热时通HCl气体的主要原因:
　　　　　　　　。
(4)金属镁属于　　　　(填字母)。
a.黑色金属
b.有色金属
c.轻金属
d.重金属
e.贵金属
(5)Mg(OH)2煅烧可得熔点很高的MgO,MgO的电子式为　　　　　　　　。
(6)MgCl2和AlCl3的熔点均较低,MgO和Al2O3的熔点都很高。简述冶炼金属镁是电解MgCl2,而冶炼金属铝则电解Al2O3的原因: 　。
5.粉煤灰是燃煤产生的重要污染物,主要成分有Al2O3、Fe2O3、MgO和SiO2等物质。用硫酸铵固体等试剂提取粉煤灰中Al2O3并制取铝的工艺流程如图所示。
(1)已知烟气中含有NH3,煅烧工序中Al2O3参与反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“滤渣Ⅰ”和“滤渣Ⅲ”主要成分的化学式分别为　 　　　　　　　、
　　　　　　　　。
(3)将“滤液Ⅱ”通过　　　　、　　　　、过滤、洗涤、干燥后得到的晶体可返回　　　　(填写流程图中的工序操作名称)工序中循环利用。
(4)向“滤液Ⅲ”中通入过量CO2,生成沉淀的离子方程式为 　　　　　　　　。
(5)电解Al2O3制备Al需要冰晶石(Na3AlF6)作助熔剂。Na3AlF6可由Al(OH)3、Na2CO3和HF反应制得,反应的化学方程式为 　 。
(6)某工厂利用上述流程从m吨粉煤灰中制得n吨Al2O3,若在整个流程中铝的损耗率为10%,则原粉煤灰中铝的质量分数为　　　　。
1.既能与酸反应也能与碱反应的物质
(1)金属单质:Al、Be等。
(2)两性金属氧化物:Al2O3、BeO、ZnO等。
(3)两性氢氧化物:Al(OH)3、Zn(OH)2、Cr(OH)3、Be(OH)2等。
(4)弱酸的酸式盐:KHS、NaHCO3等。
(5)弱酸的铵盐:CH3COONH4、(NH4)2CO3。
(6)氨基酸:NH2CH2COOH等。
2.高考常见两性氢氧化物的转化
1.判断正误。
(1)(2024·广东卷)机械表中由钼、钴、镍、铬等元素组成的发条,其材质属于合金。(　　)
(2)(2024·浙江6月选考)Al(OH)3呈两性,不能用于治疗胃酸过多。(　　)
(3)(2024·河北卷)青铜铺首主要成分是铜锡合金。(　　)
(4)(2023·重庆卷)Mg分别与空气和氧气反应,生成的产物相同。(　　)
(5)(2023·辽宁卷)冶炼镁:2MgO(熔融)2Mg+O2↑。(　　)
(6)(2022·浙江6月选考)氧化铝熔点高,常用于制造耐高温材料。(　　)
(7)(2022·浙江6月选考)工业上通过电解六水合氯化镁制取金属镁。(　　)
2.(2024·广东卷,14)部分含Mg或Al或Fe物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断合理的是(　　)
[A] 若a在沸水中可生成e,则a→f的反应一定是化合反应
[B] 在g→f→e→d转化过程中,一定存在物质颜色的变化
[C] 加热c的饱和溶液,一定会形成能产生丁达尔效应的红棕色分散系
[D] 若b和d均能与同一物质反应生成c,则组成a的元素一定位于周期表p区
3.(2024·山东卷,14改编)钧瓷是宋代五大名瓷之一,其中红色钧瓷的发色剂为Cu2O。为探究Cu2O的性质,取等量少许Cu2O分别加入甲、乙两支试管,进行如下实验。下列说法正确的是(　　)
试管 实验操作及现象
试管甲 滴加过量0.3 mol·L-1 HNO3溶液并充分振荡,砖红色沉淀转化为另一颜色沉淀,溶液显浅蓝色;倾掉溶液,滴加浓硝酸,沉淀逐渐消失
试管乙 滴加过量6 mol·L-1氨水并充分振荡,沉淀逐渐溶解,溶液颜色为无色;静置一段时间后,溶液颜色变为深蓝色
[A] 试管甲中生成的蓝色溶液是由于Cu2O被稀硝酸氧化为了Cu2+
[B] 试管甲中沉淀的变化均体现了HNO3的氧化性
[C] 试管乙实验可证明Cu(Ⅰ)与NH3形成无色配合物
[D] 上述两个实验表明Cu2O为两性氧化物
4.(2020·江苏卷,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
5.(2020·山东卷,9)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+2NH4ClMgCl2+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
6.(2024·北京卷,18)利用黄铜矿(主要成分为CuFeS2,含有SiO2等杂质)生产纯铜,流程示意图如图。
(1)矿石在焙烧前需粉碎,其作用是 　。
(2)(NH4)2SO4的作用是利用其分解产生的SO3使矿石中的铜元素转化为CuSO4。(NH4)2SO4发生热分解的化学方程式是 　。
(3)矿石和过量(NH4)2SO4按一定比例混合,取相同质量,在不同温度下焙烧相同时间,测得:ⅰ.“吸收”过程氨吸收率和“浸铜”过程铜浸出率变化如图;ⅱ.400 ℃和500 ℃时,固体B中所含铜、铁的主要物质如表。
温度/℃ B中所含铜、铁的主要物质
400 Fe2O3、CuSO4、CuFeS2
500 Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO
①温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,铜浸出率显著增大的原因是 　。
②温度高于425 ℃,根据焙烧时可能发生的反应,解释铜浸出率随焙烧温度升高而降低的原因是 　。
(4)用离子方程式表示置换过程中加入Fe的目的:　 。
(5)粗铜经酸浸处理,再进行电解精炼;电解时用酸化的CuSO4溶液做电解液,并维持一定的c(H+)和c(Cu2+)。粗铜若未经酸浸处理,消耗相同电量时,会降低得到纯铜的量,原因是
　。
第3讲　金属材料　金属矿物的开发利用
考点一　合金、金属矿物的开发利用
必备知识整合
一、1.(1)铁、铬、锰
2.(1)金属　(2)①低　②大
二、1.正
2.(1)化合态　游离态
[示例] (1)2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑　
MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
(2)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
C+2CuO2Cu+CO2↑
(3)2HgO2Hg+O2↑
[理解·辨析] (1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)√　(7)√
关键能力提升
1.B　钢和生铁都是铁的合金,都属于混合物,故A错误;铁生锈的条件是铁与氧气和水接触,故钢铁在潮湿的空气中容易生锈,故B正确;生铁是铁的合金,合金比组成它的纯金属的熔点低,故生铁的熔点比纯铁低,故C错误;生锈的钢铁,可以回收利用,故D错误。
2.A　青铜是铜、锡和铅的合金,是人类历史上最早使用的合金,A正确;钢(铁合金)是目前用量最大、用途最广的合金,B错误;不锈钢是合金钢,不锈钢是碳素钢中添加其他金属元素形成的合金,C错误;储氢合金与氢气结合成氢化物,有新物质生成,属于化学变化,D错误。
3.B　电解熔融Al2O3冶炼金属铝,故A错误;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,故B正确;“曾青(CuSO4)得铁,则化为铜”的过程发生反应Fe+CuSO4FeSO4+Cu,属于置换反应,故C错误;电解熔融NaCl获得金属Na,故D错误。
4.B　火法炼铜利用了①焦炭还原法,A正确;湿法炼铜是铁置换硫酸铜中的铜,是③活泼金属置换法,B错误;铝热法炼铬,是铝还原高熔点金属的氧化物,是③活泼金属置换法,C正确;从光卤石中炼镁是④电解法,D正确。
5.A　LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2中Ni2+、Ni3+、Co3+个数比为 1∶2∶1,设Mn的化合价为x,根据化合价代数和为0,可得1+0.6××2+0.6××3+3×0.2+0.2x=4,解得 x=4,则Mn的化合价为+4,故A正确;“碱浸”时Al转化为[Al(OH)4]-,属于氧化还原反应,故B错误;AlCl3是共价化合物,熔融状态下不导电,冶炼金属Al通常是电解熔融氧化铝,故C错误;“水浸”步骤反应温度不宜过高,避免 LiHCO3分解,D错误。
6.【答案】 (1)+1　Cu2S+O22Cu+SO2↑
(2)Cu2O+2H+Cu+Cu2++H2O
(3)C
(4)①固体逐渐溶解,溶液由无色变为蓝色,有气泡产生　Cu2(OH)2CO3+2H2SO42CuSO4+CO2↑+3H2O
②铁粉　Fe+Cu2+Fe2++Cu
③过滤　难溶于水和稀硫酸的杂质　加热浓缩、冷却结晶
【解析】 (1)Cu2S中铜元素为+1价;火法炼铜时Cu2S与O2反应生成Cu和SO2,反应的化学方程式为Cu2S+O22Cu+SO2。
(2)Cu2O与稀硫酸反应生成CuSO4、Cu和H2O,反应的离子方程式为Cu2O+2H+Cu2++Cu+H2O。
(3)A中的红色物质为Cu,可在酸性条件下用H2O2将Cu氧化成Cu2+。
(4)①反应ⅰ的现象为固体逐渐溶解,溶液由无色变为蓝色,有气泡产生,反应的化学方程式为 Cu2(OH)2CO3+2H2SO42CuSO4+CO2↑+3H2O。
②反应ⅱ中加入的金属可能为Fe,反应的离子方程式为 Fe+Cu2+Fe2++Cu。
③反应后得到CuSO4和H2SO4的混合溶液及难溶于水和稀硫酸的杂质,故操作a为过滤;要从滤液中得到CuSO4晶体,需进行加热浓缩、冷却结晶等操作。
考点二　镁和铝及其重要化合物
必备知识整合
1.三　ⅡA　三　ⅢA　银白　小　低　还原
[示例] (1)①4Al+3O22Al2O3
(2)Al+4H++NAl3++NO↑+2H2O　2Al+6H+2Al3++3H2↑
(3)2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(4)2Al+Fe2O32Fe+Al2O3
(5)2Mg+CO22MgO+C
(6)3Mg+N2Mg3N2
2.(1)Al2O3+6H+2Al3++3H2O　Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-　(2)Al(OH)3+3H+Al3++3H2O　Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]-
3.(1)难　碱性氧化物　(2)难
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　
(6)×　(7)×　(8)×　(9)×
关键能力提升
1.C　Al、Al(OH)3、Al2O3既能与稀硫酸反应也能与NaOH溶液反应,NaHCO3为弱酸的酸式盐,既能与稀硫酸反应也能与NaOH溶液反应,CH3COONH4为弱酸弱碱盐,既能与稀硫酸反应也能与NaOH溶液反应,NaHSO4为强酸的酸式盐,只能与NaOH溶液反应,故①②③④⑤符合题意,选C。
2.B　X不能使KSCN溶液变色,则溶液中没有Fe3+,溶解时发生了反应Al+3Fe3+3Fe2++Al3+;往X中加入过量NaOH溶液,沉淀经过滤、洗涤后,在空气中充分灼烧至恒重,冷却,称得剩余固体质量为2.400 g,此固体为Fe2O3,物质的量为=0.015 mol;根据原子守恒,原样品中Fe2O3的质量即为2.400 g;生成H2的物质的量为=0.024 mol,与稀硫酸反应生成氢气的Al的物质的量为0.024 mol×=0.016 0 mol,X溶液中Fe2+的物质的量为 0.030 mol,根据Al+3Fe3+3Fe2++Al3+可知,参加反应的Al的物质的量为0.030 mol×
=0.01 mol,则样品中Al的物质的量为0.016 0 mol+0.01 mol=0.026 mol,故A错误;样品中Al2O3的质量为3.510 g-2.40 g-0.026 mol×27 g/mol=0.408 g,故B正确;硫酸可能过量,剩余硫酸的量未知,无法计算其物质的量浓度,故C错误;X中Fe2+与Al3+物质的量之比为 0.030 mol∶(0.026 mol+×2)=0.030 mol∶0.034 mol=15∶17,故D错误。
3.(1)H+、Al3+、N、Al(OH)3
(2)①H++OH-H2O
②Al3++3OH-Al(OH)3↓,Mg2++2OH-Mg(OH)2↓
③N+OH-NH3·H2O
④Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]-
4.【答案】 (1)CaCO3CaO+CO2↑
(2)Mg(OH)2+2H+Mg2++2H2O
(3)抑制MgCl2水解
(4)bc
(5) Mg2+ []2-
(6)MgO和MgCl2均为离子化合物,熔融时均能电解制镁,但MgO熔点很高,电解时能耗高,所以冶炼镁是电解MgCl2,而AlCl3是共价化合物,液态时难导电,所以工业上是电解熔融Al2O3冶炼铝
【解析】 (1)贝壳的主要成分是CaCO3,受热易分解成CaO和CO2,反应的化学方程式为CaCO3CaO+CO2↑。
(2)氢氧化镁属于碱,与盐酸发生复分解反应,Mg(OH)2+2H+Mg2++2H2O。
(3)Mg2+的水解方程式为Mg2++2H2OMg(OH)2+2H+,因此为了抑制Mg2+水解,加热MgCl2·2H2O制取无水MgCl2需要在HCl气体氛围中进行。
(4)黑色金属指的是铁、铬、锰三种金属,a错误;有色金属指铁、铬、锰以外的金属单质,b正确;轻金属常指铍、铝、镁、钠、钾、钙、锶等,金属镁属于轻金属,c正确,d错误;金属镁不属于贵重金属,e错误。
(5)MgO是离子化合物,其电子式为Mg2+ []2-。
(6)MgO和MgCl2均为离子化合物,熔融时均能电解制镁,但MgO熔点很高,电解时能耗高,所以冶炼镁是电解MgCl2,而AlCl3是共价化合物,液态时难导电,所以工业上是电解熔融Al2O3冶炼铝。
5.【答案】 (1)Al2O3+3(NH4)2SO4Al2(SO4)3+6NH3↑+3H2O
(2)SiO2　Fe(OH)3和Mg(OH)2
(3)蒸发浓缩　冷却结晶　煅烧
(4)CO2+[Al(OH)4]-Al(OH)3↓+HC
(5)2Al(OH)3+3Na2CO3+12HF2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O
(6)×100%
【解析】 (1)已知烟气中含有NH3,煅烧工序中Al2O3与(NH4)2SO4反应生成Al2(SO4)3、NH3等,化学方程式为Al2O3+3(NH4)2SO4Al2(SO4)3+6NH3↑+3H2O。
(2)SiO2不与(NH4)2SO4反应,加水溶解,过滤,“滤渣Ⅰ”主要成分是SiO2;“滤渣Ⅱ”的成分为Al(OH)3、Fe(OH)3和Mg(OH)2沉淀,加入过量NaOH溶液,只有 Al(OH)3 溶解生成Na[Al(OH)4];“滤渣Ⅲ”主要成分的化学式为Fe(OH)3和Mg(OH)2。
(3)从“滤液Ⅱ”中提取(NH4)2SO4,可通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥的方法,得到的晶体可返回煅烧工序中循环利用。
(4)向“滤液Ⅲ”中通入过量CO2,Na[Al(OH)4]转化为 Al(OH)3沉淀,生成沉淀的离子方程式为CO2+[Al(OH)4]-Al(OH)3↓+HC。
(5)由Al(OH)3、Na2CO3和HF反应可制得Na3AlF6等,反应的化学方程式为2Al(OH)3+3Na2CO3+12HF2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O。
(6)某工厂利用题述流程从m吨粉煤灰中制得n吨Al2O3,若在整个流程中铝的损耗率为10%,则原粉煤灰中铝的质量分数为×100%=×100%。
真题验收
1.(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×
2.B　若a在沸水中可生成e,此时a为Mg,e为Mg(OH)2,即f为镁盐,a→f的反应有多种,可能为Mg+2HClMgCl2+H2↑,该反应属于置换反应,可能为Mg+Cl2MgCl2,该反应属于化合反应,综上a→f的反应不一定是化合反应,故A错误。e能转化为d,此时e为白色沉淀Fe(OH)2,d为红褐色沉淀Fe(OH)3,说明在g→f→e→d转化过程中,一定存在物质颜色的变化,故B正确。由题意得,此时能产生丁达尔效应的红棕色分散系为Fe(OH)3胶体,c应为铁盐,加热铁盐的饱和溶液,也有可能直接得到 Fe(OH)3沉淀,故C错误。假设b为Al2O3,则d为 Al(OH)3,c为铝盐,Al2O3、Al(OH)3与稀盐酸反应均生成铝盐,此时组成a的元素为Al,位于周期表p区;假设b为Fe2O3,则d为Fe(OH)3,c为铁盐,Fe2O3、Fe(OH)3与稀盐酸反应均生成铁盐,此时组成a的元素为Fe,位于周期表d区,故D错误。
3.C　Cu2O中滴加过量0.3 mol·L-1 HNO3溶液并充分振荡,发生的反应为Cu2O+2HNO3Cu(NO3)2+Cu+H2O,是在酸性条件下Cu2O发生歧化反应生成Cu2+、Cu,A错误;Cu2O与0.3 mol·L-1 HNO3溶液发生的反应为Cu2O+2HNO3Cu(NO3)2+Cu+H2O,该过程中HNO3表现酸性,后滴加浓硝酸发生的反应为 Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,该过程中HNO3表现氧化性和酸性,B错误;Cu2O中滴加过量 6 mol·L-1氨水并充分振荡,沉淀逐渐溶解得到无色溶液,说明Cu(Ⅰ)与NH3形成无色配合物,C正确;既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水的氧化物为两性氧化物,Cu2O溶于6 mol·L-1氨水形成的是配合物,故Cu2O不属于两性氧化物,是碱性氧化物,D错误。
4.D　铝具有很好的延展性,可以用于制作铝金属制品,与铝的活泼性无关,A项错误;电解氧化铝冶炼铝是因为氧化铝熔融状态下能导电,与熔点高无关,B项错误;氢氧化铝能与胃酸的主要成分盐酸发生反应,与氢氧化铝受热分解无关,C项错误;明矾中的Al3+可以水解生成氢氧化铝胶体,胶体具有很强的吸附能力,可以吸附水中的悬浮物,起到净水作用,D项正确。
5.B　结合工艺流程可知,煅烧后得到的轻烧粉的成分为MgO和少量SiO2、Fe2O3、Al2O3,NH4Cl溶液呈酸性,浸出时使MgO及Fe2O3、Al2O3溶解,浸出后得到的废渣中含有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3,所得浸出液中含有Mg2+及过量的NH4Cl,加入氨水时Mg2+转化为Mg(OH)2,经煅烧得到高纯镁砂MgO。结合流程图和上述分析可知,浸出镁的反应为MgO+2NH4ClMgCl2+2NH3↑+H2O,A项正确;浸出可以在较高温度下进行,促进NH4Cl水解和NH3的逸出,但沉镁时应在低温下进行,以减弱氨水分解,B项错误;结合流程图可知,浸出得到的NH3可转化为氨水,用于沉镁,滤液中含有过量的NH4Cl,可用于浸出时的反应液,故该流程中NH3和NH4Cl可循环使用,C项正确;本流程中分离Mg2+时,Al3+、Fe3+转化为沉淀,是利用了它们氢氧化物的Ksp不同,D项正确。
6.【答案】 (1)增大接触面积,增大反应速率,使反应更充分
(2)(NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O
(3)①温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,(NH4)2SO4分解产生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故铜浸出率显著增加　②温度高于425 ℃,随焙烧温度升高,可能发生反应4CuFeS2+17O2+2CuSO46CuO+2Fe2(SO4)3+4SO3,使CuFeS2和CuSO4转化成难溶于水的CuO,铜浸出率降低
(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+
(5)粗铜若未经酸浸处理,其中杂质铁会参与放电
【解析】 黄铜矿(主要成分为CuFeS2,含有SiO2等杂质)粉碎后加入硫酸铵并通入空气焙烧,黄铜矿在硫酸铵生成的SO3作用下,转化成CuSO4,得到的混合气体中主要含NH3,用硫酸吸收,得到硫酸铵,是溶液A的主要溶质,可以循环利用,固体B为SiO2、CuSO4及含铁的化合物,加水分离,主要形成含硫酸铜的滤液和含SiO2的滤渣,分别为滤液C和滤渣D,向滤液C中加入过量的铁,置换得到粗铜和FeSO4,粗铜再精炼可以得到纯铜。
(1)矿石在焙烧前需粉碎,是为了增大反应物的接触面积,增大反应速率,使反应更充分。
(2)铵盐不稳定,易分解,(NH4)2SO4分解为非氧化还原反应,产物中有NH3和SO3,故化学方程式为(NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O。
(3)①由题图,温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,铜浸出率显著增大,是因为温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,(NH4)2SO4分解产生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故铜浸出率显著增加。
②温度高于425 ℃,随焙烧温度升高,CuFeS2和CuSO4可能转化成难溶于水的CuO,发生反应4CuFeS2+17O2+2CuSO46CuO+2Fe2(SO4)3+4SO3,铜浸出率降低。
(4)加入Fe可置换出硫酸铜溶液中的Cu,反应的离子方程式为Fe+Cu2+Cu+Fe2+。
(5)粗铜中含有杂质铁,加酸可以除Fe,但粗铜若未经酸浸处理,其中杂质铁会参与放电。
(
第
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金属材料　金属矿物的开发利用
第3讲
1.了解合金及其常见金属材料的应用。
2.了解铝、镁及其重要化合物的主要性质与应用。
3.了解常见金属的冶炼方法。
4.以化工流程为载体掌握物质的性质、转化反应和反应条件的控制及产率的提高措施等。
一、金属材料
1.金属材料分类
(1)黑色金属材料: 以及它们的合金。
(2)有色金属材料:除黑色金属以外的其他金属材料及其合金。
2.合金
(1)概念:合金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
特性的物质。
(2)性能。
①熔点:一般比它的各成分金属的 。
②硬度和强度:一般比它的各成分金属的 。
铁、铬、锰
金属
低
大
(3)几种常见的合金。
①用量最大、用途最广的合金——钢。
②性能优异、使用广泛的合金——铝合金。
合金 主要 元素 性能特点 用途
铝锰 合金 Al、Mn 强度高,焊接性能良好,耐腐蚀性较好 机械零件、焊接材料以及管道的制造
铝铜 合金 Al、Cu 强度高,导电性能好,良好的加工性能 高导电性能的连接件、导线
铝镁 合金 Al、Mg 抗腐蚀性能好、良好的焊接性能、抗疲劳性能好 飞机、汽车、火车等交通工具、电子产品外壳等
铝锌 合金 Al、Zn 抗腐蚀性能好、强度较高、耐磨性能好 汽车零件、建筑结构高强度零部件
③我国使用最早的合金——铜合金。
青铜(主要含Cu、Sn、Pb)是我国使用最早的合金,常见的还有黄铜(主要含Cu、Zn)和白铜(主要含Cu、Ni)。
④性能各异的合金——新型合金。
具备特殊性能、特种场合的合金,主要有储氢合金、钛合金、形状记忆合金、耐热合金等。
二、金属矿物的开发利用
1.金属在自然界中的存在形式
正
2.金属冶炼
(1)实质:利用还原剂把金属从 还原为 的过程,即
Mn++ne- M。
化合态
游离态
(2)一般工艺。
(3)冶炼方法。
[示例]用化学方程式表示下列金属冶炼的原理。
(1)电解法。
Na:　 ;
Mg:　 ;
Al:　 。
(2)热还原法。
高炉炼铁:　 ;
铝热反应制铬:2Al+Cr2O3 Al2O3+2Cr;
焦炭还原铜:　 。
(3)热分解法。
Hg:　 。
[理解·辨析] 判断正误
(1)青铜比纯铜熔点低、硬度大,所以古代用青铜铸剑。(　 　)
(2)合金材料都是各种不同金属元素融合得到。(　 　)
(3)合金的硬度一般大于其成分金属,而熔点一般低于其成分金属。(　 　)
(4)镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,可作储氢材料。(　 　)
(5)钠、镁、铝都可以通过电解其熔融氯化物得到。(　 　)
(6)湿法炼铜的化学方程式为Fe+CuSO4 FeSO4+Cu。(　 　)
(7)铝热反应可用于冶炼高熔点金属,如V、Cr、Mn等。(　 　)
√
×
√
√
×
√
√
一、金属材料的应用
1.(2024·江苏泰州模拟)基础设施建设都需要用到大量钢铁。下列有关钢铁的说法正确的是(　　)
[A] 钢是纯净物,生铁是合金
[B] 钢铁在潮湿的空气中容易生锈
[C] 生铁的熔点比纯铁高
[D] 生锈的钢铁制品没有回收价值
B
【解析】 钢和生铁都是铁的合金,都属于混合物,故A错误;铁生锈的条件是铁与氧气和水接触,故钢铁在潮湿的空气中容易生锈,故B正确;生铁是铁的合金,合金比组成它的纯金属的熔点低,故生铁的熔点比纯铁低,故C错误;生锈的钢铁,可以回收利用,故D错误。
2.合金是生活中常用的材料之一。下列关于合金的叙述正确的是(　　)
[A] 青铜是我国历史上使用最早的合金
[B] 铝合金是目前用量最大的合金材料
[C] 地铁列车中使用的不锈钢是一种常见的碳素钢
[D] 储氢合金与氢气结合成氢化物发生了物理变化
A
【解析】 青铜是铜、锡和铅的合金,是人类历史上最早使用的合金,A正确;钢(铁合金)是目前用量最大、用途最广的合金,B错误;不锈钢是合金钢,不锈钢是碳素钢中添加其他金属元素形成的合金,C错误;储氢合金与氢气结合成氢化物,有新物质生成,属于化学变化,D错误。
二、金属冶炼、金属矿物的开发利用
3.金属的冶炼体现了人类文明的发展历程,下列关于金属冶炼的说法正确的是(　　)
[A] 制铝:电解熔融AlCl3
[B] 炼铁: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
[C] 制铜:“曾青(CuSO4)得铁,则化为铜”的过程发生复分解反应
[D] 制钠:电解NaCl溶液获得金属Na
B
4.冶炼金属有下列方法:①焦炭还原法　②水煤气还原法　③活泼金属置换法　④电解法
冶炼金属的生产实际:
古代有:a.火法炼铜　b.湿法炼铜
现代有:c.铝热法炼铬　d.从光卤石(MgCl2·6H2O)中炼镁
以下是生产实际与冶炼方法关系的分析,其中错误的是(　　)
[A] a～① [B] b～②
[C] c～③ [D] d～④
B
【解析】 火法炼铜利用了①焦炭还原法,A正确;湿法炼铜是铁置换硫酸铜中的铜,是③活泼金属置换法,B错误;铝热法炼铬,是铝还原高熔点金属的氧化物,是③活泼金属置换法,C正确;从光卤石中炼镁是④电解法,D正确。
5.(2024·山东聊城二模)某废旧三元锂离子电池正极材料的主要成分是LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2和Al,如图是处理电池正极材料回收锂、钴、镍、锰、铝的一种流程。已知:常温下,碳酸锂微溶于水,碳酸氢锂易溶于水。焙烧时锂元素转化为Li2CO3。
下列说法正确的是(　　)
[A] LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2中Ni2+、Ni3+、Co3+个数比为1∶2∶1,则Mn的化合价为+4
[B] 该流程中除“焙烧”外均不涉及氧化还原反应
[C] 冶炼金属锂和金属铝均可用电解其熔融氯化物的方法
[D] “水浸”步骤保持高温可以增大浸取速率
A
6.Cu2S是火法炼铜一种重要的原料,由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4·5H2O的流程图如图所示:
(1)Cu2S中铜元素的化合价为　　　　,火法炼铜的反应原理是(用化学方程式表示)　 　 。
+1
(2)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的体系A中溶液呈蓝色,且有红色物质生成,请写出生成红色物质的离子方程式: 　。
(3)若将A中红色物质反应掉,操作Ⅰ加入的试剂最好是　　　　(填字母)。
A.适量的NaNO3
B.适量的HNO3
C.适量的H2O2
C
【解析】 (3)A中的红色物质为Cu,可在酸性条件下用H2O2将Cu氧化成Cu2+。
(4)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ⅰ能观察到的现象是 　 , 有关反应的化学方程式为 　 。
固体逐渐溶解,溶液由无色变为蓝色,有气泡产生
②反应ⅱ加入的金属可能是　 　　　,有关反应的离子方程式为
　 　。
铁粉
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
　　　　　　　　　　　　。
过滤
难溶于水和稀硫酸的杂质
加热浓缩、
冷却结晶
【解析】 ③反应后得到CuSO4和H2SO4的混合溶液及难溶于水和稀硫酸的杂质,故操作a为过滤;要从滤液中得到CuSO4晶体,需进行加热浓缩、冷却结晶等操作。
项目 镁 铝
地壳含量/% 2.00 7.73(金属最高)
元素周期 表中位置 第 周期 第 族 第 周期
第 族
电子 排布式 1s22s22p63s2 1s22s22p63s23p1
物理性质 色、金属光泽的固体,密度、硬度均较 ,熔点较 ,有良好的导电、传热和延展性
化学性质 较强的金属性,是常用的 剂
1.镁、铝及其性质
三
ⅡA
三
ⅢA
银白
小
低
还原
[示例] 写出有关Al、Mg反应的化学方程式(是离子反应的写离子方程式)。
(1)Al与非金属(O2、Cl2)。
①
(2)Al与酸。
(3)Al与碱(NaOH溶液): 　。
(4)铝热反应(冶炼难熔金属)。
野外焊接钢轨:　 。
(5)镁条在二氧化碳气体中燃烧: 　。
(6)镁条在氮气中燃烧: 　。
2.铝的重要化合物
(1)铝的氧化物(Al2O3)——两性氧化物。
(2)铝的氢氧化物[Al(OH)3]——两性氢氧化物。
3.镁的重要化合物
(1)氧化镁:白色粉末状固体, 溶于水,属于 。
(2)氢氧化镁:白色固体, 溶于水[相同温度下,溶解度小于碳酸镁,因此水垢中Mg的存在形式是Mg(OH)2],是中强碱。
难
碱性氧化物
难
[理解·辨析] 判断正误
(1)Mg在空气中燃烧,产物只是MgO。(　 　)
(2)Al2O3的熔点高,可作耐高温材料,实验室可用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3固体等。(　 　)
(3)铝和酸反应时,氧化剂是酸,铝和碱反应时,氧化剂是碱。(　 　)
(4)能与铝反应生成H2的溶液,一定是酸性溶液。(　 　)
×
×
×
×
(5)在加热情况下利用H2还原Al2O3的方法得到金属铝。(　 　)
(6)因为铝不和浓硫酸反应,所以可用铝槽车运输浓硫酸。(　 　)
(7)加热MgCl2溶液最终可制得MgCl2固体。(　 　)
(8)工业上冶炼金属镁也可以采用电解熔融MgO的方法。(　 　)
(9)新制的氢氧化铜既能溶于盐酸又能溶于氨水,所以是两性氢氧化物。
(　 　)
×
×
×
×
×
一、铝、氧化铝、氢氧化铝与酸、碱溶液反应的分析
1.下列物质中既能与稀硫酸反应,又能与NaOH溶液反应的是(　　)
①Al　②Al2O3　③Al(OH)3　④NaHCO3　⑤CH3COONH4　⑥NaHSO4
[A] ①②③
[B] ②③④
[C] ①②③④⑤
[D] 全部
C
【解析】 Al、Al(OH)3、Al2O3既能与稀硫酸反应也能与NaOH溶液反应,
NaHCO3为弱酸的酸式盐,既能与稀硫酸反应也能与NaOH溶液反应,
CH3COONH4为弱酸弱碱盐,既能与稀硫酸反应也能与NaOH溶液反应,
NaHSO4为强酸的酸式盐,只能与NaOH溶液反应,故①②③④⑤符合题意,
选C。
2.课外活动小组探究久置的铝热剂(含Al、Al2O3、Fe2O3)的组成。称取样品3.510 g加入25.00 mL稀硫酸中,固体完全溶解,生成气体537.6 mL(标准状况),并得到溶液X。X不能使KSCN溶液变色。往X中加入过量NaOH溶液,沉淀经过滤、洗涤后,在空气中充分灼烧至恒重,冷却,称得剩余固体质量为2.400 g。下列说法一定正确的是(　　)
[A] 样品中Al的物质的量为0.016 0 mol
[B] 样品中Al2O3的质量为0.408 g
[C] 所用稀硫酸的浓度为2.64 mol/L
[D] X中Fe2+与Al3+物质的量之比为15∶13
B
3.向含有HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl的混合溶液中(假设各1 mol),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。
(2)依次写出各阶段的离子方程式:
①OA:　 。
②AB: 　 　　　　　　　　。
③BC:　 。
④CD:　 。
二、镁、铝的工业提取流程分析
4.镁及其合金用途很广,目前世界上60%的镁从海水中提取。从海水中提取镁的流程如下:
请根据上述流程图和镁及化合物的性质回答下列问题。
(1)煅烧贝壳生成生石灰的化学方程式为 　。
(2)氢氧化镁溶于盐酸的离子方程式为 　。
(3)简述由MgCl2·6H2O制无水MgCl2加热时通HCl气体的主要原因:
　　　　　　　　。
抑制MgCl2水解
(4)金属镁属于　　　　(填字母)。
a.黑色金属
b.有色金属
c.轻金属
d.重金属
e.贵金属
bc
【解析】(4)黑色金属指的是铁、铬、锰三种金属,a错误;有色金属指铁、铬、锰以外的金属单质,b正确;轻金属常指铍、铝、镁、钠、钾、钙、锶等,金属镁属于轻金属,c正确,d错误;金属镁不属于贵重金属,e错误。
(5)Mg(OH)2煅烧可得熔点很高的MgO,MgO的电子式为　　 　　　。
(6)MgCl2和AlCl3的熔点均较低,MgO和Al2O3的熔点都很高。简述冶炼金属镁是电解MgCl2,而冶炼金属铝则电解Al2O3的原因:
　。
【解析】 (6)MgO和MgCl2均为离子化合物,熔融时均能电解制镁,但MgO熔点很高,电解时能耗高,所以冶炼镁是电解MgCl2,而AlCl3是共价化合物,液态时难导电,所以工业上是电解熔融Al2O3冶炼铝。
均为离子化合物,熔融时均能电解制镁,但MgO熔点很高,电解时能耗高,所以冶炼镁是电解MgCl2,而AlCl3是共价化合物,液态时难导电,所以工业上是电解熔融Al2O3冶炼铝
MgO和MgCl2
5.粉煤灰是燃煤产生的重要污染物,主要成分有Al2O3、Fe2O3、MgO和SiO2等物质。用硫酸铵固体等试剂提取粉煤灰中Al2O3并制取铝的工艺流程如图所示。
(1)已知烟气中含有NH3,煅烧工序中Al2O3参与反应的化学方程式为
　　　　 　　　　　　　　。
(2)“滤渣Ⅰ”和“滤渣Ⅲ”主要成分的化学式分别为　　 　　、
　　　 　　。
SiO2　
Fe(OH)3和Mg(OH)2
【解析】 (2)SiO2不与(NH4)2SO4反应,加水溶解,过滤,“滤渣Ⅰ”主要成分是SiO2;“滤渣Ⅱ”的成分为Al(OH)3、Fe(OH)3和Mg(OH)2沉淀,加入过量NaOH溶液,只有 Al(OH)3 溶解生成Na[Al(OH)4];“滤渣Ⅲ”主要成分的化学式为Fe(OH)3和Mg(OH)2。
(3)将“滤液Ⅱ”通过　 　　　、　　　 　、过滤、洗涤、干燥后得到的晶体可返回　　　 　(填写流程图中的工序操作名称)工序中循环利用。
蒸发浓缩　
【解析】 (3)从“滤液Ⅱ”中提取(NH4)2SO4,可通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥的方法,得到的晶体可返回煅烧工序中循环利用。
冷却结晶
煅烧
(4)向“滤液Ⅲ”中通入过量CO2,生成沉淀的离子方程式为
　。
(5)电解Al2O3制备Al需要冰晶石(Na3AlF6)作助熔剂。Na3AlF6可由Al(OH)3、Na2CO3和HF反应制得,反应的化学方程式为
　。
(6)某工厂利用上述流程从m吨粉煤灰中制得n吨Al2O3,若在整个流程中铝的损耗率为10%,则原粉煤灰中铝的质量分数为　　 　　。
归纳拓展
1.既能与酸反应也能与碱反应的物质
(1)金属单质:Al、Be等。
(2)两性金属氧化物:Al2O3、BeO、ZnO等。
(3)两性氢氧化物:Al(OH)3、Zn(OH)2、Cr(OH)3、Be(OH)2等。
(4)弱酸的酸式盐:KHS、NaHCO3等。
(5)弱酸的铵盐:CH3COONH4、(NH4)2CO3。
(6)氨基酸:NH2CH2COOH等。
2.高考常见两性氢氧化物的转化
归纳拓展
1.判断正误。
(1)(2024·广东卷)机械表中由钼、钴、镍、铬等元素组成的发条,其材质属于合金。(　　)
(2)(2024·浙江6月选考)Al(OH)3呈两性,不能用于治疗胃酸过多。(　　)
(3)(2024·河北卷)青铜铺首主要成分是铜锡合金。(　　)
(4)(2023·重庆卷)Mg分别与空气和氧气反应,生成的产物相同。(　　)
(5)(2023·辽宁卷)冶炼镁:2MgO(熔融) 2Mg+O2↑。(　　)
(6)(2022·浙江6月选考)氧化铝熔点高,常用于制造耐高温材料。(　　)
(7)(2022·浙江6月选考)工业上通过电解六水合氯化镁制取金属镁。(　　)
√
×
√
×
×
√
×
2.(2024·广东卷,14)部分含Mg或Al或Fe物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断合理的是(　　)
[A] 若a在沸水中可生成e,则a→f的反应一定是化合反应
[B] 在g→f→e→d转化过程中,一定存在物质颜色的变化
[C] 加热c的饱和溶液,一定会形成能产生丁达尔效应的红棕色分散系
[D] 若b和d均能与同一物质反应生成c,则组成a的元素一定位于周期表p区
B
3.(2024·山东卷,14改编)钧瓷是宋代五大名瓷之一,其中红色钧瓷的发色剂为Cu2O。为探究Cu2O的性质,取等量少许Cu2O分别加入甲、乙两支试管,进行如下实验。下列说法正确的是(　　)
C
试管 实验操作及现象
试管甲 滴加过量0.3 mol·L-1 HNO3溶液并充分振荡,砖红色沉淀转化为另一颜色沉淀,溶液显浅蓝色;倾掉溶液,滴加浓硝酸,沉淀逐渐消失
试管乙 滴加过量6 mol·L-1氨水并充分振荡,沉淀逐渐溶解,溶液颜色为无色;静置一段时间后,溶液颜色变为深蓝色
[A] 试管甲中生成的蓝色溶液是由于Cu2O被稀硝酸氧化为了Cu2+
[B] 试管甲中沉淀的变化均体现了HNO3的氧化性
[C] 试管乙实验可证明Cu(Ⅰ)与NH3形成无色配合物
[D] 上述两个实验表明Cu2O为两性氧化物
4.(2020·江苏卷,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
D
【解析】 铝具有很好的延展性,可以用于制作铝金属制品,与铝的活泼性无关,A项错误;电解氧化铝冶炼铝是因为氧化铝熔融状态下能导电,与熔点高无关,B项错误;氢氧化铝能与胃酸的主要成分盐酸发生反应,与氢氧化铝受热分解无关,C项错误;明矾中的Al3+可以水解生成氢氧化铝胶体,胶体具有很强的吸附能力,可以吸附水中的悬浮物,起到净水作用,D项正确。
5.(2020·山东卷,9)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
B
6.(2024·北京卷,18)利用黄铜矿(主要成分为CuFeS2,含有SiO2等杂质)生产纯铜,流程示意图如图。
(1)矿石在焙烧前需粉碎,其作用是
　 。
增大接触面积,增大反应速率,使反应更
充分
【解析】 黄铜矿(主要成分为CuFeS2,含有SiO2等杂质)粉碎后加入硫酸铵并通入空气焙烧,黄铜矿在硫酸铵生成的SO3作用下,转化成CuSO4,得到的混合气体中主要含NH3,用硫酸吸收,得到硫酸铵,是溶液A的主要溶质,可以循环利用,固体B为SiO2、CuSO4及含铁的化合物,加水分离,主要形成含硫酸铜的滤液和含SiO2的滤渣,分别为滤液C和滤渣D,向滤液C中加入过量的铁,置换得到粗铜和FeSO4,粗铜再精炼可以得到纯铜。
(1)矿石在焙烧前需粉碎,是为了增大反应物的接触面积,增大反应速率,使反应更充分。
(2)(NH4)2SO4的作用是利用其分解产生的SO3使矿石中的铜元素转化为CuSO4。(NH4)2SO4发生热分解的化学方程式是
　。
(3)矿石和过量(NH4)2SO4按一定比例混合,取相同质量,在不同温度下焙烧相同时间,测得:ⅰ.“吸收”过程氨吸收率和“浸铜”过程铜浸出率变化如图;
ⅱ.400 ℃和500 ℃时,固体B中所含铜、铁的主要物质如表。
温度/℃ B中所含铜、铁的主要物质
400 Fe2O3、CuSO4、CuFeS2
500 Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO
①温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,铜浸出率显著增大的原因是
　。
温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,(NH4)2SO4分解产生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故铜浸出率显著增加
【解析】 (3)①由题图,温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,铜浸出率显著增大,是因为温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,(NH4)2SO4分解产生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故铜浸出率显著增加。
②温度高于425 ℃,根据焙烧时可能发生的反应,解释铜浸出率随焙烧温度升高而降低的原因是
　。
温度高于425 ℃,随焙烧温度升高,可能发生反应
(4)用离子方程式表示置换过程中加入Fe的目的:　 。
(5)粗铜经酸浸处理,再进行电解精炼;电解时用酸化的CuSO4溶液做电解液,并维持一定的c(H+)和c(Cu2+)。粗铜若未经酸浸处理,消耗相同电量时,会降低得到纯铜的量,原因是 　。
粗铜若未经酸浸处理,其中杂质铁会参与放电
【解析】 (5)粗铜中含有杂质铁,加酸可以除Fe,但粗铜若未经酸浸处理,其中杂质铁会参与放电。
课时作业11　金属材料　金属矿物的开发利用
(时间:30分钟　满分:100分)
一、选择题(共10小题,每小题7分,共70分)
1.(2024·南京玄武二模)下列说法不正确的是(　　)
[A] 生铁和钢都属于铁合金
[B] 铝合金是用途最广的合金
[C] 钠钾合金的熔点比钠低
[D] 不锈钢的硬度比纯铁大
B
【解析】 生铁和钢都属于铁碳合金,故A正确;铁合金是用途最广的合金,故B错误;合金的熔点低于其成分合金,故C正确;合金的硬度大于其成分金属,故D正确。
2.(2025·云南高考适应性考试)云南传统工艺是各民族的智慧结晶。下列说法错误的是(　　)
[A] “乌铜走银”中的铜合金硬度比纯铜的大
[B] “银胎掐丝珐琅”用到的硅酸盐珐琅化学性质稳定
[C] “手工造纸”中加入草木灰(含K2CO3)可以降低纸浆的pH
[D] “户撒刀”锻制中将红热铁制刀具浸入水中,表面有Fe3O4生成
C
【解析】 一般合金的硬度比形成合金的纯金属的硬度大,故铜合金硬度比纯铜的大,A项正确;硅酸盐珐琅具有良好的耐火性和化学稳定性,B项正确;
K2CO3水溶液呈碱性,“手工造纸”中加入草木灰(含K2CO3)可以增大纸浆的pH,C项错误;红热的铁与水蒸气反应,生成Fe3O4,D项正确。
3.下列关于金属冶炼的说法正确的是(　　)
[A] 由于Al的活泼性强,故工业上采用电解熔融AlCl3的方法生产Al
[B] 可以用钠加入氯化镁溶液中制取镁
[C] 炼铁高炉中所发生的反应都是放热的,故无须加热
[D] 金属冶炼的方法由金属的活泼性决定
D
【解析】 由于Al的活泼性强,工业上采用电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝,AlCl3在熔融状态下不导电,所以不采用电解AlCl3的方法生产铝,A错误;钠是很活泼的金属,将Na加入氯化镁溶液中,Na先和水反应生成NaOH,NaOH再和氯化镁发生复分解反应,得不到Mg单质,可以采用电解熔融氯化镁的方法冶炼Mg,B错误;炼铁高炉中发生的反应不都是放热反应,且需要加热引发反应,C错误;活泼金属如钠、镁一般采用电解法冶炼,不活泼的金属如汞一般采用热分解法冶炼,铁、铜等金属采用热还原法冶炼,因此金属冶炼的方法由金属的活泼性决定,D正确。
4.下列说法不正确的是(　　)
[A] 通过电解熔融MgCl2可以制得金属镁
[B] 镁条在空气中燃烧所得的固体物质是混合物
[C] 氧化镁是优质的耐火材料
[D] 金属镁质地柔软,不适宜制作高强度的合金材料
D
【解析】 工业上采用电解熔融MgCl2的方法冶炼Mg,故A正确;Mg在空气中燃烧生成MgO、Mg3N2和C,所得的固体物质是混合物,故B正确;MgO熔点很高,所以氧化镁是优质的耐火材料,故C正确;虽然Mg质地柔软,但密度小,常用来制作合金材料,如镁铝合金,故D错误。
5.从铝土矿(主要成分为Al2O3)中提取铝的工艺流程如图。下列说法不正确的是(　　)
D
6.(2025·贵州期中)采用高压氢还原法可以从溶液中直接提取金属粉末。以黄铜矿(含CuFeS2、FeS2,少量的SiO2等)为原料制备铜粉的流程如图所示:
下列说法错误的是(　　)
[A] “废气”成分中含SO2,该气体排放到空气中易形成酸雨
[B] “沉铁”时,反应温度越高,越有利于氧化铜的溶解
[C] “浸渣”中含有二氧化硅,可用作制造普通玻璃的原料
[D] “还原”时,适当降低溶液酸度有利于Cu生成
B
7.氯化亚铜(CuCl)是一种微溶于水、不溶于乙醇、易被氧化的白色粉末,以黄铜矿(主要成分为CuFeS2)为原料制取CuCl的流程如图所示:
A
8.一种分解氯化铵实现产物分离的物质转化关系如图所示,其中b、d代表MgO或Mg(OH)Cl中的一种。下列说法正确的是(　 　)
[A] 实验室可以利用加热氯化铵分解制备氨
[B] a、c分别是HCl、NH3
[C] d既可以是MgO,也可以是Mg(OH)Cl
[D] 已知MgCl2为副产物,则通入水蒸气可减少MgCl2的产生
D
9.(2024·湖南名校联考)如图是铜及部分含铜粒子的价荷图。下列推断不合理的是(　　)
B
10.(2024·辽宁模拟)以辉锑矿(主要成分为Sb2S3,含少量As2S3、CuO、SiO2等)为原料制备锑白(Sb2O3)的工艺流程如图所示。
已知:浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外,还含有SbCl3、AsCl3、CuCl2等。
下列说法错误的是(　　)
已知:浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外,还含有SbCl3、AsCl3、CuCl2等。
[A] 该生产过程中,能实现循环利用的物质是SbCl5
[B] 滤渣1的主要成分是SiO2和S
[C] “除砷”时有H3PO3生成,则该反应的化学方程式为2AsCl3+3NaH2PO2+
3H2O 2As↓+3H3PO3+3NaCl+3HCl
[D] 为了得到较多的锑白,操作时要将SbCl3缓慢加入大量水中,还要加少量
氨水
A
二、非选择题(共2小题,共30分)
11.(16分,每空2分)铜器久置,表面会生成一层绿色固体,为探究铜在空气中的腐蚀情况,某化学兴趣小组收集家中铜器表面的绿色固体进行探究。
①对试管内的绿色固体进行加热,至完全分解,观察到A装置中绿色固体逐渐变成黑色,B装置中无水硫酸铜变成蓝色,C装置中澄清石灰水变浑浊。
②取少量加热后生成的黑色固体于试管中,加入稀硫酸,观察到黑色固体逐渐溶解,溶液变成蓝色。
③取少量上述蓝色溶液于试管中,浸入一根洁净的铁丝,观察到铁丝表面有红色物质析出。
请回答下列问题。
(1)绿色固体中含有的元素是　　　 　。
(2)加热后试管中剩余的黑色物质是　　　　。
(3)假设该绿色物质是一种纯净物,则其化学式可能是　　　　　　　　,
加热分解的化学方程式为　 。
(4)上述实验步骤③中反应的离子方程式为 　 。
Cu、H、O、C
CuO
Cu2(OH)2CO3
(5)实验装置最后的干燥管的作用是 　 　　　　　　　。
防止空气中的CO2进入C装置
【解析】 根据无水硫酸铜变蓝可知,反应有水生成,根据澄清石灰水变浑浊可知,有CO2生成,根据黑色固体溶于稀硫酸且溶液为蓝色,插入铁丝后有红色物质析出可知,黑色物质应是CuO。若该绿色固体是纯净物,根据组成元素和各元素的化合价分析该物质应是碱式盐,化学式可能是Cu2(OH)2CO3。(5)该实验装置中最后的干燥管中装有碱石灰,目的是防止空气中的CO2进入C装置,干扰实验。
(6)如果将B、C两装置对调,　　　　(填“能”或“不能”)达到实验目的,原因是　 　。
不能
【解析】 (6)若将B、C两装置对调,气体先通过澄清石灰水,则无法证明绿色物质分解时是否有水生成。
B、C两装置对调后无法证明反应有水生成
12.(14分,每空2分)用含铜丰富的自然资源黄铜矿(CuFeS2)冶炼铜的工艺流程如图所示。
(1)浸取时,若改用FeCl3溶液,也能生成CuCl和S,该反应的化学方程式为
　　　　 　　　　　。
【解析】 (1)反应物为CuFeS2、FeCl3,生成物有CuCl、S及FeCl2,根据得失电子守恒和原子守恒配平。
(2)若过滤1所得滤液中只含FeCl2,则将其在空气中加热蒸干、灼烧后,所得固体的化学式为　　　　。
Fe2O3
【解析】 (2)FeCl2溶液在空气中加热蒸干、灼烧过程中,Fe2+水解生成Fe(OH)2,Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3,Fe(OH)3灼烧分解生成Fe2O3,最终得Fe2O3固体。
(3)调节溶液的pH后,除生成Cu外,还能产生一种金属离子,此金属离子是
　　　　(填离子符号)。
Cu2+　
【解析】 (3)[CuCl2]-中铜元素为+1价,调节pH会发生歧化反应生成Cu和Cu2+。
(4)过滤3所得滤液中可以循环使用的物质有　　 　　,为保持流程持续循环,每生成1 mol Cu,理论上需补充CuCl2的物质的量为　　　　。
HCl和CuCl2　
　0.5 mol
【解析】 (4)由(3)分析可知,滤液中有CuCl2及过量的HCl。由已知反应知,
1 mol CuFeS2溶解需要3 mol CuCl2,生成4 mol CuCl,4 mol CuCl最终歧化生成2 mol Cu和2 mol CuCl2,此时还需要补充 1 mol CuCl2,故生成1 mol Cu需要补充0.5 mol CuCl2。
会产生污染环境的气体SO2　
能耗高(合理即可)
【解析】 (5)高温需要消耗能量,生成SO2会污染大气。课时作业11　金属材料　金属矿物的开发利用
(时间:30分钟　满分:100分)
一、选择题(共10小题,每小题7分,共70分)
1.(2024·南京玄武二模)下列说法不正确的是(　　)
[A] 生铁和钢都属于铁合金
[B] 铝合金是用途最广的合金
[C] 钠钾合金的熔点比钠低
[D] 不锈钢的硬度比纯铁大
2.(2025·云南高考适应性考试)云南传统工艺是各民族的智慧结晶。下列说法错误的是(　　)
[A] “乌铜走银”中的铜合金硬度比纯铜的大
[B] “银胎掐丝珐琅”用到的硅酸盐珐琅化学性质稳定
[C] “手工造纸”中加入草木灰(含K2CO3)可以降低纸浆的pH
[D] “户撒刀”锻制中将红热铁制刀具浸入水中,表面有Fe3O4生成
3.下列关于金属冶炼的说法正确的是(　　)
[A] 由于Al的活泼性强,故工业上采用电解熔融AlCl3的方法生产Al
[B] 可以用钠加入氯化镁溶液中制取镁
[C] 炼铁高炉中所发生的反应都是放热的,故无须加热
[D] 金属冶炼的方法由金属的活泼性决定
4.下列说法不正确的是(　　)
[A] 通过电解熔融MgCl2可以制得金属镁
[B] 镁条在空气中燃烧所得的固体物质是混合物
[C] 氧化镁是优质的耐火材料
[D] 金属镁质地柔软,不适宜制作高强度的合金材料
5.从铝土矿(主要成分为Al2O3)中提取铝的工艺流程如图。下列说法不正确的是(　　)
[A] 从Na[Al(OH)4]→Al(OH)3→Al2O3的转化过程中涉及的反应均不是氧化还原反应
[B] Al2O3与NaOH溶液反应的化学方程式:Al2O3+2NaOH+3H2O2Na[Al(OH)4]
[C] Na[Al(OH)4]生成Al(OH)3的离子方程式:[Al(OH)4]-+CO2Al(OH)3↓+HC
[D] 电解熔融Al2O3阳极的电极反应式:Al3++3e-Al
6.(2025·贵州期中)采用高压氢还原法可以从溶液中直接提取金属粉末。以黄铜矿(含CuFeS2、FeS2,少量的SiO2等)为原料制备铜粉的流程如图所示:
下列说法错误的是(　　)
[A] “废气”成分中含SO2,该气体排放到空气中易形成酸雨
[B] “沉铁”时,反应温度越高,越有利于氧化铜的溶解
[C] “浸渣”中含有二氧化硅,可用作制造普通玻璃的原料
[D] “还原”时,适当降低溶液酸度有利于Cu生成
7.氯化亚铜(CuCl)是一种微溶于水、不溶于乙醇、易被氧化的白色粉末,以黄铜矿(主要成分为CuFeS2)为原料制取CuCl的流程如图所示:
已知:在水溶液中存在平衡CuCl(s)+2Cl-(aq)[CuCl3]2-(aq)。下列说法错误的是(　　)
[A] “浸取”后所得浸取液可用来腐蚀铜制电路板
[B] 加入浓盐酸的目的是为了实现CuCl的净化
[C] [CuCl3]2-中加水可使平衡CuCl(s)+2Cl-(aq)[CuCl3]2-(aq)逆向移动
[D] 采用乙醇洗涤和真空干燥有利于提高CuCl的产率和纯度
8.一种分解氯化铵实现产物分离的物质转化关系如图所示,其中b、d代表MgO或Mg(OH)Cl中的一种。下列说法正确的是(　　)
[A] 实验室可以利用加热氯化铵分解制备氨
[B] a、c分别是HCl、NH3
[C] d既可以是MgO,也可以是Mg(OH)Cl
[D] 已知MgCl2为副产物,则通入水蒸气可减少MgCl2的产生
9.(2024·湖南名校联考)如图是铜及部分含铜粒子的价荷图。下列推断不合理的是(　　)
[A] 在酸性环境中,Cu变成a需要加氧化剂
[B] [Cu(OH)4]2-转化成Cu(OH)2需要加碱
[C] 如果将高铜酸根离子(Cu)填入坐标,应该填在b的位置
[D] 在酸性环境中,Cu2O可以歧化成a和Cu
10.(2024·辽宁模拟)以辉锑矿(主要成分为Sb2S3,含少量As2S3、CuO、SiO2等)为原料制备锑白(Sb2O3)的工艺流程如图所示。下列说法错误的是(　　)
已知:浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外,还含有SbCl3、AsCl3、CuCl2等。
[A] 该生产过程中,能实现循环利用的物质是SbCl5
[B] 滤渣1的主要成分是SiO2和S
[C] “除砷”时有H3PO3生成,则该反应的化学方程式为2AsCl3+3NaH2PO2+3H2O2As↓+3H3PO3+3NaCl+3HCl
[D] 为了得到较多的锑白,操作时要将SbCl3缓慢加入大量水中,还要加少量氨水
二、非选择题(共2小题,共30分)
11.(16分,每空2分)铜器久置,表面会生成一层绿色固体,为探究铜在空气中的腐蚀情况,某化学兴趣小组收集家中铜器表面的绿色固体进行探究。
①对试管内的绿色固体进行加热,至完全分解,观察到A装置中绿色固体逐渐变成黑色,B装置中无水硫酸铜变成蓝色,C装置中澄清石灰水变浑浊。
②取少量加热后生成的黑色固体于试管中,加入稀硫酸,观察到黑色固体逐渐溶解,溶液变成蓝色。
③取少量上述蓝色溶液于试管中,浸入一根洁净的铁丝,观察到铁丝表面有红色物质析出。
请回答下列问题。
(1)绿色固体中含有的元素是　　　　。
(2)加热后试管中剩余的黑色物质是　　　　。
(3)假设该绿色物质是一种纯净物,则其化学式可能是　　　　　　　　　　　　,加热分解的化学方程式为　 。
(4)上述实验步骤③中反应的离子方程式为 　。
(5)实验装置最后的干燥管的作用是 　　　　　　　　。
(6)如果将B、C两装置对调,　　　　(填“能”或“不能”)达到实验目的,原因是　 　。
12.(14分,每空2分)用含铜丰富的自然资源黄铜矿(CuFeS2)冶炼铜的工艺流程如图所示。
已知:CuFeS2+3CuCl24CuCl+FeCl2+2S。
(1)浸取时,若改用FeCl3溶液,也能生成CuCl和S,该反应的化学方程式为
　　　　　　　　　。
(2)若过滤1所得滤液中只含FeCl2,则将其在空气中加热蒸干、灼烧后,所得固体的化学式为　　　　。
(3)调节溶液的pH后,除生成Cu外,还能产生一种金属离子,此金属离子是　　　　(填离子符号)。
(4)过滤3所得滤液中可以循环使用的物质有　　　　,为保持流程持续循环,每生成1 mol Cu,理论上需补充CuCl2的物质的量为　　　　。
(5)冶炼工艺还可以将精选后的黄铜矿砂与空气在高温下煅烧,使其转变为铜,化学方程式为6CuFeS2+13O23Cu2S+2Fe3O4+9SO2,Cu2S+O22Cu+SO2,此工艺与前一工艺相比,主要缺点有　 、 　　　　　　　　　　　。
课时作业11　金属材料金属矿物的开发利用
1.B　生铁和钢都属于铁碳合金,故A正确;铁合金是用途最广的合金,故B错误;合金的熔点低于其成分合金,故C正确;合金的硬度大于其成分金属,故D正确。
2.C　一般合金的硬度比形成合金的纯金属的硬度大,故铜合金硬度比纯铜的大,A项正确;硅酸盐珐琅具有良好的耐火性和化学稳定性,B项正确;K2CO3水溶液呈碱性,“手工造纸”中加入草木灰(含K2CO3)可以增大纸浆的pH,C项错误;红热的铁与水蒸气反应,生成Fe3O4,D项正确。
3.D　由于Al的活泼性强,工业上采用电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝,AlCl3在熔融状态下不导电,所以不采用电解AlCl3的方法生产铝,A错误;钠是很活泼的金属,将Na加入氯化镁溶液中,Na先和水反应生成NaOH,NaOH再和氯化镁发生复分解反应,得不到Mg单质,可以采用电解熔融氯化镁的方法冶炼Mg,B错误;炼铁高炉中发生的反应不都是放热反应,且需要加热引发反应,C错误;活泼金属如钠、镁一般采用电解法冶炼,不活泼的金属如汞一般采用热分解法冶炼,铁、铜等金属采用热还原法冶炼,因此金属冶炼的方法由金属的活泼性决定,D正确。
4.D　工业上采用电解熔融MgCl2的方法冶炼Mg,故A正确;Mg在空气中燃烧生成MgO、Mg3N2和C,所得的固体物质是混合物,故B正确;MgO熔点很高,所以氧化镁是优质的耐火材料,故C正确;虽然Mg质地柔软,但密度小,常用来制作合金材料,如镁铝合金,故D错误。
5.D　向Na[Al(OH)4]溶液中通入CO2气体,发生反应生成Al(OH)3,Al(OH)3不稳定,受热分解产生Al2O3,在上述转化过程中无元素化合价的变化,因此涉及的反应均不是氧化还原反应,A正确;Al2O3是两性氧化物,与NaOH溶液反应产生Na[Al(OH)4],B正确;酸性H2CO3>Al(OH)3,向Na[Al(OH)4]溶液中通入过量CO2气体,反应产生 Al(OH)3、NaHCO3,该反应的离子方程式为[Al(OH)4]-+CO2Al(OH)3↓+HC,C正确;电解熔融Al2O3时,阳极上O2-失去电子转化为O2,电极反应式为2O2--4e-O2↑,D错误。
6.B　黄铜矿(含CuFeS2、FeS2,少量的SiO2等)在空气中灼烧,硫元素被氧化,故得到的废气中含二氧化硫,灼烧后固体加硫酸酸浸,得到的溶液含Fe2+、Fe3+、Cu2+等,二氧化硅不反应,过滤,所得浸渣含二氧化硅,向滤液中加过氧化氢,将Fe2+转变为Fe3+,加氧化铜调pH使铁离子转化为沉淀除去,过滤,向滤液中通入高压氢气将Cu2+转变为Cu从而制得铜粉。“废气”成分中含SO2,可形成硫酸型酸雨,A正确;“沉铁”时反应温度越高,H2O2越易分解,不利于氧化Fe2+,B错误;“浸渣”中含有二氧化硅,可用作制造普通玻璃的原料,C正确;“还原”时,通入高压氢气将Cu2+转化为Cu同时生成H+,则适当降低溶液酸度有利于Cu的生成,D正确。
7.A　“浸取”后所得浸取液含有FeCl2,FeCl2与Cu单质不能发生反应,因此不可用来腐蚀铜制电路板,A错误;加入浓盐酸后溶液中的c(Cl-)增大,CuCl(s)+2Cl-(aq)[CuCl3]2-(aq)正向移动,过滤除杂后加水稀释,平衡逆向移动,从而可得纯净的CuCl,故该操作的目的是为了实现CuCl的净化,B、C正确;乙醇沸点低易挥发,真空中无O2,可防止CuCl被氧化,故采用乙醇洗涤和真空干燥有利于提高CuCl的产率和纯度,D正确。
8.D　NH4Cl分解的产物是NH3和HCl,分解得到的HCl与MgO反应生成Mg(OH)Cl,
Mg(OH)Cl又可以分解得到HCl和MgO,则a为NH3,b为Mg(OH)Cl,c为HCl,d为MgO。氯化铵受热分解生成的氨和氯化氢遇冷又会重新结合生成氯化铵,实验室不能利用加热氯化铵分解制备氨,故A错误;由分析可知,a为NH3,c为HCl,d为MgO,故B、C错误;MgCl2可以水解生成Mg(OH)Cl,通入水蒸气可以减少MgCl2的生成,故D正确。
9.B　a中铜元素为+2价,在酸性条件下,Cu变为a需要失去电子,发生氧化反应,故需要加入氧化剂,故A正确;由图可知,Cu(OH)2转化为[Cu(OH)4]2-需要碱性条件,而[Cu(OH)4]2-转化成Cu(OH)2需要酸性条件,故B错误;Cu中铜元素为+3价,离子带1个单位负电荷,故应该填在b的位置,故C正确;Cu2O中铜元素为+1价,在酸性条件下可以发生歧化反应生成Cu2+和单质铜,故D正确。
10.A　辉锑矿(主要成分为Sb2S3,含少量As2S3、CuO、SiO2等)中加入盐酸和SbCl5,浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外,还含有SbCl3、AsCl3、CuCl2等,滤渣1中除了生成的S之外还有未溶解的SiO2;浸出液中加入适量Sb,Sb将SbCl5还原为SbCl3;加入Na2S时使Cu2+沉淀完全,过滤得到的滤渣2为CuS;滤液中加入NaH2PO2除砷,生成亚磷酸和砷单质,SbCl3经过水解可得到SbOCl,再经过氨解得到Sb2O3。根据分析,工艺流程中没有生成SbCl5的步骤,因此SbCl5不能循环利用,A错误;根据分析,滤渣1的主要成分是S和SiO2,B正确;根据分析,由流程可知,“除砷”时AsCl3和加入的NaH2PO2反应生成As,该反应的化学方程式为2AsCl3+3NaH2PO2+3H2O2As↓+3H3PO3+3NaCl+3HCl,C正确;根据分析,SbCl3加入大量水中,经过水解可得到SbOCl,再经过氨解得到Sb2O3,D正确。
11.【答案】 (1)Cu、H、O、C
(2)CuO
(3)Cu2(OH)2CO3　Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2↑
(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+
(5)防止空气中的CO2进入C装置
(6)不能　B、C两装置对调后无法证明反应有水生成
【解析】 根据无水硫酸铜变蓝可知,反应有水生成,根据澄清石灰水变浑浊可知,有CO2生成,根据黑色固体溶于稀硫酸且溶液为蓝色,插入铁丝后有红色物质析出可知,黑色物质应是CuO。若该绿色固体是纯净物,根据组成元素和各元素的化合价分析该物质应是碱式盐,化学式可能是Cu2(OH)2CO3。(5)该实验装置中最后的干燥管中装有碱石灰,目的是防止空气中的CO2进入C装置,干扰实验。(6)若将B、C两装置对调,气体先通过澄清石灰水,则无法证明绿色物质分解时是否有水生成。
12.【答案】 (1)CuFeS2+3FeCl3CuCl+4FeCl2+2S　
(2)Fe2O3　(3)Cu2+　(4)HCl和CuCl2　0.5 mol
(5)会产生污染环境的气体SO2　能耗高(合理即可)
【解析】 (1)反应物为CuFeS2、FeCl3,生成物有CuCl、S及FeCl2,根据得失电子守恒和原子守恒配平。
(2)FeCl2溶液在空气中加热蒸干、灼烧过程中,Fe2+水解生成Fe(OH)2,Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3,Fe(OH)3灼烧分解生成Fe2O3,最终得Fe2O3固体。
(3)[CuCl2]-中铜元素为+1价,调节pH会发生歧化反应生成Cu和Cu2+。
(4)由(3)分析可知,滤液中有CuCl2及过量的HCl。由已知反应知,1 mol CuFeS2溶解需要3 mol CuCl2,生成4 mol CuCl,4 mol CuCl最终歧化生成2 mol Cu和2 mol CuCl2,此时还需要补充 1 mol CuCl2,故生成1 mol Cu需要补充0.5 mol CuCl2。
(5)高温需要消耗能量,生成SO2会污染大气。
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