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第14课　金属材料　金属冶炼
第四章　金属及其化合物
课标要求:
1.了解金属材料及其重要化合物的主要性质,了解其在生产、生活中的应用。
2.了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质的转化,认识物质及其转化在促进社会文明进步,自然资源综合利用和环境保护中的重要作用。
真题特征导引
知动态 熟真题 明确与熟知课时命题特征
真题特征导引
1.[2025·陕西、山西、宁夏、青海真题] “国之重器”是我国科技综合实力的结晶。下述材料属于金属材料的是(　　)
A.“C919”大飞机用的氮化硅涂层
B.“梦想”号钻探船钻头用的合金
C.“望宇”登月服用的聚酰亚胺隔热层
D.“雪龙2”号破冰船制淡水用的反渗透膜
B
真题特征导引
【解析】 氮化硅涂层属于新型陶瓷材料,属于无机非金属材料,A不符合题意;合金是金属与其他元素熔合而成的材料,属于金属材料,B符合题意;聚酰亚胺是高分子有机材料,C不符合题意;反渗透膜通常由高分子聚合物制成,属于有机材料,D不符合题意。
真题特征导引
B
真题特征导引
真题特征导引
真题特征导引
3.[2025·浙江6月选考真题节选] 铜在自然界大多以硫化物形式成矿。有同学以Cu3FeS4为原料,设计如下转化方案:
①步骤Ⅰ的化学方程式:
____________________________________________________。
　4Cu3FeS4+33O2+2H2SO4===12CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O　
真题特征导引
②步骤Ⅱ中,溶液E中铜元素全部转化为难溶性CuBr。气体X为_______ (要求不引入其他新的元素);溶液F中除K+、H+、Br-外,浓度最高的两种离子是______________ (按浓度由高到低顺序)。
【解析】 ①步骤Ⅰ中,Cu3FeS4与稀H2SO4、O2发生氧化还原反应生成CuSO4、Fe2(SO4)3和H2O,S元素化合价从-2价升高到+6价,Fe元素化合价从+2价升高到+3价,Cu元素为+2价,根据氧化还原反应的配平原则,化学方程式为4Cu3FeS4+33O2+2H2SO4===12CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O。②步骤Ⅱ要将溶液E中的Cu2+全部转化为 CuBr,且不引入新元素,结合反应
　SO2　
真题特征导引
课标要点探究
明要点 知通法
具备学科优秀思维能力
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
一、镁、铝单质的性质
1.镁、铝的结构和存在形式
镁、铝分别位于元素周期表的第_______周期第_______族和第_______ 族,原子结构示意图分别为 　和 　,它们都是活泼金属,在自然界中全部以_________的形式存在。_______是地壳中含量最多的金属元素。
　三　
　ⅡA　
　ⅢA　
　化合态　
　铝　
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
2.镁、铝单质物理性质的比较
(1)相同点:均为________色有金属光泽的固体,有良好的________性、导电性和导热性等,密度、硬度均较_______。
(2)不同点:铝的熔点比镁的______,硬度比镁的_______。
　银白　
　延展　
　小　
　高　
　大　
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
3.镁、铝单质化学性质的比较
物质 镁 铝
与非金属
单质反应 在空气中燃烧,发出耀眼的_______光 ①与空气中的氧气形成致密的氧化膜
②与氯气加热反应:2Al+3Cl2 2AlCl3
与水
反应 与沸水反应:Mg+2H2O
______________________ 反应很困难
与酸
反应 与H+反应:Mg+2H+===Mg2++H2↑,相同条件下,反应速率比Al的________ ①与H+反应:2Al+6H+===2Al3++3H2↑
②在冷的浓硫酸、浓硝酸中________
与碱
反应 不反应 2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑
与某些氧
化物反应 — 与Fe2O3的铝热反应:2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3
　白　
　Mg(OH)2+H2↑　
　大　
　钝化　
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
名师点拨
铝与酸或碱反应生成H2的量的关系
2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑
2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应。
①产生H2的物质的量相等。
②消耗H+、OH-的物质的量之比为3∶1。
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
①铝与盐酸反应时,铝过量而盐酸不足。
②铝与氢氧化钠溶液反应时,铝不足而氢氧化钠溶液过量。
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
4.镁、铝的冶炼
Mg的冶炼:MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑。
Al的冶炼:2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑。
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
二、镁、铝的重要化合物
1.MgO与Al2O3的比较
物质 MgO Al2O3
物理性质 均为白色粉末,_______ 溶于水,熔点高(MgO______Al2O3),是优良的耐火材料
化学
性质 与热水反应:MgO+H2O Mg(OH)2 与水不反应
具有碱性氧化物的性质:MgO+2H+===Mg2++H2O 具有两性氧化物的性质:
Al2O3+6H+===2Al3++3H2O、
Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-
　不　
　>　
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
2.Mg(OH)2与Al(OH)3的比较
物质 Mg(OH)2 Al(OH)3
物理性质 白色固体,不溶于水 不溶于水的白色胶状固体,具有________性
化学
性质 不稳定性 不稳定性:2Al(OH)3 Al2O3+3H2O
碱性,溶于强酸 两性:
①溶于强酸:
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
②溶于强碱:
Al(OH)3+OH-=== [Al(OH)4]-
制备 ①Mg2++强碱:Mg2++2OH-
===Mg(OH)2↓
②Mg2++弱碱:Mg2++2NH3·H2O===
______________________
　吸附　
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
　KAl(SO4)2·12H2O　
　无　
　可　
　Al(OH)3(胶体)　
　悬浮物　
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
×
×
×
×
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
①OA:______________________。
②AB:___________________________________________________。
③BC:______________________________。
④CD:______________________________。
　H++OH-===H2O　
　Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓　
　Al(OH)3+OH-=== [Al(OH)4]-　
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
命题探究
角度1　有关铝的工艺流程
例1 铝土矿是生产金属铝的最佳原料,其用量占世界铝土矿总产量的90%以上。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备有机合成中的重要还原剂铝氢化钠(NaAlH4)
的一种工业流程如图所示。已知,二氧化硅
在“碱溶”时生成铝硅酸钠沉淀。
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
B
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
归纳总结
工业炼铝的流程
方案一:碱溶法
方案二:酸溶法
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
角度2　可溶性铝盐与NaOH溶液反应的图像
例2 某溶液中含有H+、Mg2+、Al3+三种阳离子,逐滴加入0.1 mol·L-1NaOH溶液,加入NaOH溶液的体积和生成沉淀的质量关系如图所示,则下列说法正确的是(　　)
A.加入NaOH溶液的体积为050 mL时,发生的所有反应是Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓、Al3++3OH-===Al(OH)3↓
B.B点生成沉淀的总物质的量为0.02 mol
C.若往C点的溶液中加入足量盐酸,沉淀将全部溶解
D.H+、Mg2+、Al3+三种阳离子的物质的量浓度之比为2∶2∶1
C
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
【解析】滴加NaOH溶液,当V(NaOH溶液)≤10 mL时,发生的反应为H++OH-===H2O;当V(NaOH溶液)为10~50 mL时,发生的反应为Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓、Al3++3OH-===Al(OH)3↓,A项错误;B点生成的沉淀为Mg(OH)2、Al(OH)3,由BC段Al(OH)3溶解消耗10 mL NaOH溶液及其反应的关系式可知,n[Al(OH)3]=n(NaOH)=0.01 L×0.1 mol·L-1=0.001 mol,B点时,根据OH-守恒可得,2n[Mg(OH)2]+3n[Al(OH)3]=2n[Mg(OH)2]+3×0.001 mol=0.04 L×0.1 mol·L-1,n[Mg(OH)2]=0.000 5 mol,则沉淀的总物质的量为
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
n[Al(OH)3]+n[Mg(OH)2]=0.001 mol+0.000 5 mol=0.001 5 mol,B项错误;若往C点的溶液中加入足量盐酸,发生反应:Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O、Na[Al(OH)4]+4HCl===NaCl+AlCl3+4H2O,沉淀将全部溶解,C项正确;经计算,溶液中H+、Mg2+、Al3+三种阳离子的物质的量之比为0.001 mol∶0.000 5 mol∶0.001 mol,即三者物质的量浓度之比为2∶1∶2,D项错误。
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
归纳总结
1.可溶性铝盐与NaOH溶液的反应
操作 向可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量 向NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量
现象 立即产生白色沉淀→沉淀渐多→沉淀最多→沉淀渐少→沉淀消失 无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→沉淀渐多→沉淀最多→沉淀不消失
图像
离子
方程
式 AB:Al3++3OH-===Al(OH)3↓
BD:Al(OH)3+OH-=== [Al(OH)4]- AB:Al3++4OH-=== [Al(OH)4]-
BC:Al3++
3[Al(OH)4]- ===4Al(OH)3↓
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
n[Al(OH)3]=0,无沉淀。
(2)求反应物碱的量
①若碱不足(Al3+未完全沉淀):
n(OH-)=3n[Al(OH)3]。
②若碱使生成的Al(OH)3部分溶解:
n(OH-)=4n(Al3+)-n[Al(OH)3]。
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
角度3　镁　海水提镁
例3 从海水中提取镁的工艺流程如图所示。
回答下列问题。
(1)海水通过结晶、过滤得到的固体物质主要是_________ (填化学式)。
(2)怎样使MgCl2·6H2O失去结晶水得到MgCl2
【答案】 将晶体置于HCl气体氛围中脱水。
　NaCl　
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
(3)上述工艺流程涉及的基本反应类型有
_____________________________________。
(4)写出电解熔融MgCl2时的电极反应式。
【答案】 阳极:2Cl--2e-===Cl2↑;阴极:Mg2++2e-===Mg。
　化合反应、分解反应、复分解反应　
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
即时巩固
1.以水泥厂的废料(主要成分为MgO,含少量MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质)为原料制备MgSO4·7H2O的工艺流程如下:
已知:MnO+H2SO4===MnSO4+H2O。
下列说法正确的是(　　)
A.为提高酸浸速率,可使用浓硫酸
B.试剂X可以是MgSO4
C.滤渣的成分为Al(OH)3、Fe(OH)3、SiO2
D.操作a所得滤液经处理后可循环利用
D
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
【解析】由题意可知,向水泥厂的废料中加入过量稀硫酸,MgO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3都与硫酸反应,转化为对应的硫酸盐,SiO2不与硫酸反应,向反应后的溶液中加入次氯酸钠溶液将亚铁离子氧化为铁离子,同时使Mn2+转化为MnO2沉淀,再加入氧化镁等物质调节溶液的pH,除去Mn2+、Fe3+、Al3+,过滤,将滤液进行一系列操作得到 MgSO4·7H2O。浓硫酸中H2SO4主要以分子形式存在,不能增大H+浓度,不能提高酸浸速率,适当升温或粉碎或搅拌可提高浸取速率,故A错误;试剂X可为氧化镁或碳酸镁,调pH,MgSO4不能调节pH,试剂X不能为MgSO4,故B错误;滤渣的
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
成分为 Al(OH)3、Fe(OH)3、SiO2、MnO2,故C错误;操作a是从溶液中经过一系列过程得到晶体,过滤时溶液中含有硫酸镁,为了提高原料中镁的利用率,操作a后所得滤液经处理后可循环利用,故D正确。
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
2.[2026·嘉善中学模拟] 某研究性学习小组,进行甲、乙、丙三组实验:各取100 mL同浓度的盐酸,加入不同质量的同种铝镁合金粉末,反应充分,产生气体。
有关数据记录如下:
实验序号 甲 乙 丙
合金质量/g 1.008 1.260 1.512
生成气体体积
(标准状况)/mL 1 075.2 1 344 1 344
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
请回答下列问题。
(1)盐酸的物质的量浓度为_______________。
(2)实验中所用合金粉末中镁、铝的物质的量之比为___________。
(3)向实验乙结束后的混合体系中加入一定量的NaOH溶液,充分反应,得到固体M。如果固体M的质量不再减少,消耗NaOH的质量至少为________g。
【解析】 盐酸浓度、体积一定,实验甲中合金质量小于实验乙中合金质量,且实验甲中生成的气体体积小于实验乙中气体体积,说明实验甲中盐
　1.2 mol/L　
　3∶2　
　5.6　
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
课标要点一　镁、铝及其重要化合物
n(H2)=1.5n(Al)=0.03 mol,V(H2)=0.03 mol×22.4 L·mol-1=0.672 L,如果1.260 g合金恰好完全反应,得到总的气体体积为1.344 L,由表中数据知,实验乙中合金和盐酸二者恰好完全反应;向实验乙结束后的混合体系中加入一定量的NaOH溶液,充分反应,得到固体M,固体M质量不再减少时,成分为 Mg(OH)2,而此时铝元素以Na[Al(OH)4]的形式存在,溶液中溶质为NaCl和Na[Al(OH)4],n(HCl)=2n(H2)=2×0.06 mol=0.12 mol,最少消耗的n(NaOH)=n(HCl)+n(Al)=0.12 mol+0.02 mol=0.14 mol,m=nM=0.14 mol×40 g/mol=5.6 g。
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
1.合金
(1)概念:两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有
_______________的物质。
(2)性能:合金具有不同于各成分金属的物理或机械性能。
①熔点:一般比其成分金属的_______。
②硬度和强度:一般比其成分金属的______。
　金属特性　
　低　
　大　
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
名师点拨
(1)合金的物理性质相比于其成分金属有所改变,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。
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
2.常见金属材料
(1)分类
(2)常见的合金材料
低碳钢
中碳钢
高碳钢
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
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____________的形式存在。
②金、铂等少数金属化学性质稳定,以___________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。
　化合态　
　游离态　
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
方法 主要反应原理(举例)
热分解法 2HgO _______________
热还原法 CO作还原剂
Fe2O3+3CO _____________(高炉炼铁)
H2作还原剂
WO3+3H2 _____________________
活泼金属作还原剂
3MnO2+4Al _________________
电解法 2Al2O3(熔融) ________________
MgCl2(熔融) _______________
2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑
　2Hg+O2↑　
　2Fe+3CO2　
　W+3H2O　
　3Mn+2Al2O3　
　4Al+3O2↑　
　Mg+Cl2↑　
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
课前诊断
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。(　　)
×
×
√
×
×
×
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
2.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,发生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”),目的是_____________________________。
　Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O　
　Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+　
　酸性　
　防止Fe3+水解生成Fe(OH)3　
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
　Cu2+　
　0.125 0　
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
命题探究
角度1　铜及其化合物
例1 部分含铜物质的分类与相应铜元素的化合价关系如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.a、d均易溶于水
B.b既有氧化性又有还原性
C.加热条件下f与单质硫反应生成d
D.向CuSO4溶液中通入H2S气体生成e
B
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
【解析】 由图可推知,a为CuO,b为Cu2O,c为Cu(OH)2,d为CuS,e为Cu2S,f为Cu。a为CuO,d为CuS,二者均难溶于水,故A错误;b为Cu2O,Cu的化合价为+1价,处于中间价态,既有氧化性又有还原性,故B正确;Cu与单质硫加热生成Cu2S,故C错误;向 CuSO4 溶液中通入H2S气体生成CuS沉淀和H2SO4,故D错误。
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
角度2　金属冶炼及金属材料
例2 [2026·东阳中学模拟] 下列制备金属单质的方法或原理正确的是( 　)
A.在高温条件下,用H2还原MgO制备单质Mg
B.在通电条件下,电解熔融Al2O3制备单质Al
C.工业上,金属Mg、Cu都是用热还原法制得的
D.加强热,使CuO在高温条件下分解制备单质Cu
【解析】 Mg的金属活动性强,不能用热还原法制备,而应用电解熔融MgCl2的方法制备;CuO加强热分解生成Cu2O而不是Cu。
B
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
即时巩固
1.[2026·杭四中模拟] 古代炼丹的五金通常是指金、银、铜、铁、锡。下列说法错误的是 (　　)
A.用焦炭热还原SnO2可得到Sn
B.用H2还原Fe2O3可得到Fe
C.Cu2S与过量O2共热,固体产物中只含Cu
D.Ag2O直接热分解可得到Ag
C
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
【解析】 根据金属活动性顺序可知,可以用热还原法冶炼Sn,因此可以用焦炭热还原SnO2得到Sn,故A正确;根据金属活动性顺序可知,可以用热还原法冶炼Fe,因此可以用H2还原Fe2O3得到Fe,故B正确;铜能与氧气反应,Cu2S与过量O2共热的固体产物中可能含有CuO等,故C错误;银的活泼性较差,工业上将Ag2O直接加热分解可得到Ag,故D正确。
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用
2.[2026·义乌中学模拟] 铜及其重要化合物在生产中有着重要的应用。辉铜矿(主要成分为Cu2S)可以用于制铜,反应为Cu2S+O2 2Cu+SO2,制得的粗铜通过电解法进行精炼。Cu2S与浓硝酸反应可得Cu(NO3)2。Cu在O2存在下能与氨水反应生成[Cu(NH3)4]2+。Cu2O加入稀硫酸中,溶液变蓝色并有紫红色固体产生。下列说法正确的是 (　　)
A.电解精炼铜时阴极反应:Cu-2e-===Cu2+
B.Cu2S与浓硝酸反应:Cu2S+6HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+H2S↑+H2O
C.Cu2O溶于稀硫酸:Cu2O+2H+===Cu+Cu2++H2O
D.Cu在O2 存在下与氨水反应:2Cu+8NH3+O2+4H+===2[Cu(NH3)4]2++2H2O
C
课标要点二　金属材料与金属矿物的开发利用

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