2023屆新高考化學選考一輪總復習學案-第9講　金屬材料與金屬礦物的開發(fā)利用

第9講金屬材料與金屬礦物的開發(fā)利用內容要求1.結合實例認識金屬材料組成、性能與應用的聯(lián)系。2.了解鎂、鋁、銅及其重要化合物的主要性質。3.以金屬礦物的開發(fā)利用為例,了解依據(jù)物質性質及其變化綜合利用資源的方法。知識點1合金及金屬材料一、合金二、常見金屬材料1.鐵合金2.銅合金3.鋁及鋁合金鋁及4.新型合金1.鐵是我國在生產(chǎn)、生活中最早使用的金屬材料。()2.合金是不同金屬熔合而成的具有金屬特性的化合物。()3.生鐵的熔點比純鐵低,但機械強度和硬度比純鐵高。()4.不銹鋼中的含碳量大于生鐵。()5.鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物,可作儲氫材料。()答案:1.×2.×3.√4.×5.√1.新材料問世常常帶動新科技、新技術的應用和發(fā)展。下列有關說法不正確的是(A)A.中國的航空鋁材處于世界領先的行列,該鋁材是純度很高的鋁,密度小、強度高B.稀土元素被稱為“冶金工業(yè)的維生素”,加入鋼中后可增加鋼的韌性、抗氧化性C.“神舟”六號載人飛船表面覆蓋某種特殊材料,這種材料強度高、耐高溫D.2017年8月,我國宣布成功完成了某超級鋼的研制,超級鋼從組成看上是混合物解析:航空鋁材是一種鋁合金,鋁合金的密度小、強度高,故A錯誤。2.比較某合金與鐵的相關物理性質,有關數(shù)據(jù)如表所示:熔點/℃密度/(g/cm3)硬度(金剛石為10)導電性(銀為100)某合金25003.007.42.3鐵15357.864.517已知該合金耐腐蝕。由以上物理性質可以看出,該合金不適合作(A)A.導線 B.門窗框C.爐具 D.飛機外殼解析:根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知,該合金的熔點高、硬度大、導電性差,故不適合作導線。知識點2鎂、鋁、銅及其重要化合物一、鎂的性質及制備1.物理性質(1)鎂:銀白色、有金屬光澤的固體,密度較小,硬度較低。(2)鎂合金:密度較小,硬度和強度都較大。2.化學性質寫出下列反應的化學方程式(1)與N2反應:3Mg+N2Mg3N2。(2)與CO2反應:2Mg+CO22MgO+C。(3)與H2O反應:Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑。3.海水提鎂的工藝流程二、鋁及其化合物的性質及制備1.鋁(1)物理性質色、態(tài)密度質地導電、導熱、延展性存在形式銀白色,有金屬光澤的固體較小柔軟良好自然界中以化合態(tài)存在(2)化學性質寫出圖中標號反應的化學方程式或離子方程式:①②2Al+3Cl22AlCl3③④2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2⑤2Al+Fe2O32Fe+Al2O3(鋁熱反應)(3)鋁土礦提取鋁的工藝流程2.鋁的氧化物(Al2O3)——兩性氧化物3.鋁的氫氧化物[Al(OH)3]——兩性氫氧化物主要性質:白色膠狀固體,難溶于水,有較強的吸附性。寫出上圖標號中有關反應的離子方程式:①Al(OH)3+3H+Al3++3H2O。②Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O三、銅及其化合物性質1.銅的主要性質寫出有關反應的化學方程式或離子方程式(1)銅與硫單質的反應:S+2CuCu2S。(2)銅與濃硫酸共熱的化學方程式:Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O。(3)銅與稀硝酸反應的離子方程式:3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O(4)銅與濃硝酸反應的離子方程式:Cu+4H++2NO3-Cu2++2NO2↑+2H2O(5)銅與FeCl3溶液反應的離子方程式:Cu+2Fe3+2Fe2++Cu2+。2.銅的重要化合物(1)氧化銅和氧化亞銅名稱氧化銅氧化亞銅顏色黑色磚紅色與酸反應(H+)CuO+2H+Cu2++H2OCu2O+2H+Cu2++Cu+H2O與H2反應CuO+H2Cu+H2OCu2O+H22Cu+H2O轉化關系4CuO2Cu2O+O2↑(2)氫氧化銅——藍色難溶物,是一種弱堿。(3)銅鹽化學式俗名色態(tài)化學性質(用化學方程式表示)Cu2(OH)2CO3堿式碳酸銅綠色固體Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2↑CuSO4·5H2O藍礬或膽礬藍色晶體CuSO4·5H2OCuSO4+5H2OCuSO4白色粉末CuSO4+5H2OCuSO4·5H2O(檢驗水或水蒸氣)1.工業(yè)制鎂粉時,可將鎂蒸氣在N2中冷卻。()2.相同質量的鎂條分別在足量的CO2和O2中完全燃燒,所得固體的質量相同。()3.1molAl與足量的稀硫酸或足量的氫氧化鈉溶液反應轉移電子數(shù)相同。()4.可用氫氧化鈉溶液除去鎂粉中的雜質鋁。()5.Al(OH)3為兩性氫氧化物,與強酸、強堿反應時均生成鹽和水。()6.Cu與Cu2O均為紅色,可用稀硝酸鑒別。()7.銅、鐵、鎂、鋁在潮濕空氣中均易形成氧化物保護膜。()8.無水硫酸銅可用于檢驗酒精中是否含有水。()答案:1.×2.×3.√4.√5.√6.×7.×8.√題點一鎂的性質及制備1.下列有關金屬鎂的說法不正確的是(D)A.Mg在CO2中燃燒生成MgO和C,是放熱反應B.Mg和稀硫酸反應時,滴加少量硫酸銅溶液,能加快反應速率C.鎂可以用來制造信號彈和焰火,MgO可以作耐高溫材料D.鎂條與適量的稀鹽酸完全反應,將所得溶液蒸干、灼燒,得到MgCl2固體解析:金屬Mg可以在CO2中燃燒生成MgO和C,同時放出大量的熱,A項正確;Mg和稀硫酸反應時,滴加少量硫酸銅溶液,Mg置換出Cu,形成原電池,化學反應速率加快,B項正確;Mg在空氣中燃燒發(fā)出耀眼的白光,常用來制造信號彈和焰火,MgO的熔點很高,常用作耐高溫材料,C項正確;氯化鎂是強酸弱堿鹽,易水解生成氫氧化鎂和氯化氫,將所得溶液蒸干、灼燒,因鹽酸具有揮發(fā)性,可促進氯化鎂水解,所以最后得到的固體不是氯化鎂,而是氫氧化鎂受熱分解生成的氧化鎂,D項錯誤。2.已知MgO、MgCl2的熔點分別為2800℃、714℃,將MgO、MgCl2加熱熔融后通電電解,都可得到金屬鎂。海水中含有MgCl2,工業(yè)上從海水中提取鎂,正確的方法是(D)A.海水Mg(OH)2MgB.海水MgCl2溶液→MgCl2(熔融)MgC.海水Mg(OH)2MgOMgD.海水Mg(OH)2MgCl2溶液→MgCl2(熔融)Mg解析:A.海水中鎂離子濃度較低,所以要先富集鎂,NaOH價格較高,不符合經(jīng)濟理念,不符合題意;B.海水中鎂離子和稀鹽酸不反應,海水中加入稀鹽酸得不到濃度較高的MgCl2溶液,不符合題意;C.MgO熔點遠遠高于MgCl2,如果采用電解熔融MgO的方法冶煉Mg,會浪費大量能源,不符合題意;D.石灰乳價格較低,氯化鎂熔點較低,先用石灰乳從海水中獲取Mg(OH)2,再用稀鹽酸溶解Mg(OH)2得到MgCl2溶液,蒸發(fā)濃縮溶液得到MgCl2·6H2O,將MgCl2·6H2O在HCl氛圍中加熱得到無水MgCl2,電解熔融MgCl2得到金屬Mg,符合題意。題點二鋁及其化合物的性質及制備3.下列說法正確的是(A)A.Al2O3、鹽酸、NaOH溶液三者之間兩兩均能發(fā)生反應B.AlCl3溶液中逐滴加入氨水至過量,先產(chǎn)生白色沉淀,后沉淀消失C.常溫下,鋁與濃硫酸不反應,故可用鋁制容器盛放濃硫酸D.鋁和NaOH溶液反應的離子方程式為Al+2OH-AlO2-+2H2解析:A項,Al2O3和鹽酸,Al2O3和NaOH溶液,鹽酸和NaOH溶液,三組均能發(fā)生反應,正確;B項,氫氧化鋁只溶于強堿,不溶于氨水,錯誤;C項,常溫下,Al與濃硫酸發(fā)生鈍化,為氧化還原反應,錯誤;D項,正確的離子方程式為2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H24.某小組用打磨過的鋁片進行如下實驗,下列分析不合理的是(D)A.①中鋁片發(fā)生了鈍化B.②中產(chǎn)生的氣泡是氮氧化合物,不是氫氣C.③中沉淀溶解的離子方程式是Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2D.②中加水稀釋過程中,僅發(fā)生了氧化還原反應解析:①中鋁片沒明顯溶解,因為濃硝酸具有強氧化性,常溫下鋁在濃硝酸中發(fā)生鈍化,A正確;②中加水,硝酸濃度下降,鋁和變稀的硝酸發(fā)生氧化還原反應,產(chǎn)生的氣泡是氮氧化合物,不是氫氣,B正確;③中沉淀為Al(OH)3,是兩性氫氧化物,其在NaOH溶液中溶解的離子方程式是Al(OH)3+OH-AlO2-+2H25.室溫下,在0.2mol/LAl2(SO4)3溶液中,逐滴加入1.0mol/LNaOH溶液,實驗測得溶液pH隨NaOH溶液體積變化曲線如圖所示。下列有關說法正確的是(C)A.a點時,溶液呈酸性的原因是Al3+水解,離子方程式為Al3++3OH-Al(OH)3B.a～b段,溶液pH增大,Al3+濃度不變C.b～c段,加入的OH-主要用于生成Al(OH)3沉淀D.d點時,Al(OH)3沉淀開始溶解解析:A項,Al2(SO4)3為強酸弱堿鹽,Al3+水解使溶液顯酸性,離子方程式應為Al3++3H2OAl(OH)3+3H+,錯誤;B項,a～b段,加入NaOH消耗H+,使反應Al3++3H2OAl(OH)3+3H+正向進行,Al3+的濃度減小,錯誤;C項,b～c段,pH變化不明顯,說明OH-主要用于生成Al(OH)3沉淀,正確;D項,c～d段,pH逐漸增大,沉淀逐漸溶解,到達d點,Al(OH)3已完全溶解,錯誤。鋁及其化合物性質中的“5點”注意(1)鋁的化學性質活潑,但在日常生活中廣泛使用的鋁制品由于形成一層致密的氧化膜,保護鋁不再被氧化,通常具有較好的抗腐蝕性能。(2)常溫下,能用鋁制容器盛放濃硫酸、濃硝酸的原因是兩者都能使鋁發(fā)生“鈍化”,而不是鋁與濃硫酸、濃硝酸不反應。(3)鋁熱反應原理的應用:制取熔點較高、活潑性弱于鋁的金屬,如鉻、錳、鎢等;金屬焊接,如野外焊接鋼軌等。(4)既能與鹽酸反應,又能與NaOH溶液反應的物質有Al、Al2O3、Al(OH)3,多元弱酸的酸式鹽(如NaHCO3、NaHSO3、NaH2PO4等),弱酸的銨鹽(如CH3COONH4等)。(5)明礬凈水原理為明礬電離出的Al3+水解生成Al(OH)3膠體,吸附水中懸浮物而使水凈化,其離子方程式為Al3++3H2OAl(OH)3(膠體)+3H+。題點三銅及其化合物的性質6.下列有關CuSO4溶液的敘述正確的是(A)A.該溶液中Na+、NH4+、NO3B.通入CO2氣體產(chǎn)生藍色沉淀C.與H2S反應的離子方程式:Cu2++S2-CuS↓D.與過量濃氨水反應的離子方程式:Cu2++2NH3·H2OCu(OH)2↓+2NH4解析:CuSO4溶液顯酸性,Na+、NH4+、NO3-、Mg2+可以大量共存,A項正確;CO2與CuSO4溶液不發(fā)生反應,B項錯誤;H2S屬于弱電解質,書寫離子反應方程式時,要寫化學式,C項錯誤;CuSO4溶液與過量濃氨水反應生成四氨基合銅離子[Cu(NH3)7.某研究小組通過實驗探究Cu及其化合物的性質,操作正確且能達到實驗目的的是(A)A.將表面有銅綠[Cu2(OH)2CO3]的銅器放入鹽酸中浸泡,除去銅綠B.將銅絲插入濃硫酸中并加熱,觀察到實驗現(xiàn)象后,終止反應,再加入水,觀察硫酸銅溶液的顏色C.將CuCl2溶液在蒸發(fā)皿中加熱蒸干,得到無水CuCl2固體D.常溫下,將銅絲伸入盛滿氯氣的集氣瓶中,觀察CuCl2的生成解析:A.Cu2(OH)2CO3能與鹽酸反應,Cu不能,所以可以用鹽酸除去銅綠,正確;B.銅絲與濃硫酸反應后有濃硫酸剩余,濃硫酸稀釋放熱,將水加入濃硫酸中會發(fā)生危險,錯誤;C.氯化銅溶液中存在銅離子的水解,加熱促進水解,也促進HCl的揮發(fā),最終會徹底水解,無法得到CuCl2固體,錯誤;D.常溫下,銅絲與氯氣不反應,錯誤。銅及其化合物性質中的“4點”注意(1)可利用反應:2Cu+O22CuO除去混合氣體中的少量O2。(2)Cu和Cu2O均為紅色物質,要鑒別Cu與Cu2O,可各取一定量樣品,分別加入稀硫酸,若溶液由無色變?yōu)樗{色,則該紅色物質為Cu2O,若溶液不變藍色,則為Cu。(3)常用CuSO4轉化為CuSO4·5H2O時固體由白色粉末變藍色晶體檢驗少量水的存在,但注意不能用CuSO4作干燥劑。(4)銅鹽溶液有毒,主要是因為Cu2+作為一種重金屬離子能與蛋白質作用,使蛋白質變性,失去生理活性,因此人們利用這一性質用膽礬、熟石灰、水配成了波爾多液,用來殺滅植物的病毒。知識點3金屬礦物的開發(fā)和利用1.金屬在自然界中的存在形式2.金屬冶煉的實質金屬冶煉的過程就是把金屬從化合態(tài)還原為游離態(tài)的過程,即:Mn++ne-M。3.金屬冶煉方法(用化學方程式表示)4.金屬活動性與冶煉方法的關系1.金屬冶煉方法由金屬活動性決定。()2.金屬冶煉的過程,金屬離子一定發(fā)生還原反應。()3.用熱分解法可制取金屬Hg。()4.電解氯化鎂溶液制取金屬鎂。()5.冶煉Al時加入冰晶石(Na3AlF6)可降低AlCl3的熔化溫度。()6.用熱還原法得到的銅還要經(jīng)過電解精煉才能得到精銅。()答案:1.√2.√3.√4.×5.×6.√1.下列關于金屬冶煉的說法正確的是(B)A.金屬的冶煉都是把金屬單質從其礦物中分離出來B.用火法或濕法均可制備金屬銅C.工業(yè)上可用電解熔融態(tài)的MgCl2、AlCl3來制備Mg、AlD.利用鋁熱反應8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe煉鐵,1mol氧化劑參加反應轉移9NA個電子解析:A.金屬的冶煉是將化合物中的金屬轉化為金屬單質,不是把金屬從其礦物中分離出來,錯誤;B.火法或濕法均可煉銅,其原理分別為Cu2S+O22Cu+SO2和Fe+CuSO4Cu+FeSO4,正確;C.工業(yè)上可用電解熔融態(tài)的Al2O3來制備Al,錯誤;D.利用鋁熱反應8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe煉鐵,1mol氧化劑(Fe3O4)參加反應轉移8NA個電子,錯誤。2.下列金屬冶煉的原理不正確的是(B)A.利用鋁熱反應制備金屬錳:4Al+3MnO23Mn+2Al2O3B.電解氯化鈉的水溶液制備金屬鈉:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑C.利用焦炭還原氧化銅制備粗銅:C+2CuO2Cu+CO2↑D.高溫分解氧化銀制備銀單質:2Ag2O4Ag+O2↑解析:A.可以用鋁熱反應冶煉熔點高、活潑性弱于鋁的金屬,利用鋁熱反應原理冶煉Mn的反應方程式為4Al+3MnO23Mn+2Al2O3,正確;B.制備金屬鈉采用電解熔融的NaCl的方法,反應方程式為2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑,若是電解氯化鈉的水溶液,得到的是NaOH、H2、Cl2,而不能產(chǎn)生Na,錯誤;C.在高溫下,C與CuO發(fā)生反應生成Cu、CO2,正確;D.Ag2O不穩(wěn)定,高溫分解生成Ag和O2,反應方程式為2Ag2O4Ag+O2↑,正確。當堂檢測1.(2021·河北卷)“灌鋼法”是我國古代勞動人民對鋼鐵冶煉技術的重大貢獻,陶弘景在其《本草經(jīng)集注》中提到“鋼鐵是雜煉生鍒作刀鐮者”。“灌鋼法”主要是將生鐵和熟鐵(含碳量約0.1%)混合加熱,生鐵熔化灌入熟鐵,再鍛打成鋼。下列說法錯誤的是(C)A.鋼是以鐵為主的含碳合金B(yǎng).鋼的含碳量越高,硬度和脆性越大C.生鐵由于含碳量高,熔點比熟鐵高D.冶煉鐵的原料之一赤鐵礦的主要成分為Fe2O3解析:鋼是以鐵為主的含碳合金,A說法正確;鋼的含碳量越高,硬度和脆性越大,B說法正確;合金的熔點比其組分的熔點低,生鐵含碳量(2%～4.3%)大于熟鐵的含碳量(約0.1%),故生鐵熔點比熟鐵低,C說法錯誤;赤鐵礦的主要成分是Fe2O3,D說法正確。2.(2020·浙江1月選考)下列關于鋁及其化合物的說法,不正確的是(A)A.明礬可用作凈水劑和消毒劑B.利用鋁熱反應可冶煉高熔點金屬C.鋁可用作包裝材料和建筑材料D.氫氧化鋁可用作治療胃酸過多的藥物解析:A項,明礬為KAl(SO4)2·12H2O,溶于水可形成具有吸附性的Al(OH)3膠體,可以作凈水劑,但不能作消毒劑,不正確。3.(2021·湖南卷)一種工業(yè)制備無水氯化鎂的工藝流程如下:下列說法錯誤的是(D)A.物質X常選用生石灰B.工業(yè)上常用電解熔融MgCl2制備金屬鎂C.“氯化”過程中發(fā)生的反應為MgO+C+Cl2MgCl2+COD.“煅燒”后的產(chǎn)物中加稀鹽酸,將所得溶液加熱蒸發(fā)也可得到無水MgCl2解析:苦鹵水中含有大量鎂離子,加入生石灰,生石灰與水反應生成氫氧化鈣,氫氧化鈣再與鎂離子反應生成氫氧化鎂,生石灰來源豐富、價格便宜,常用來作沉鎂的沉淀劑,A說法正確;鎂為活潑金屬,工業(yè)上常用電解熔融氯化鎂的方法來制備金屬鎂,B說法正確;根據(jù)題給流程圖可知,“煅燒”氫氧化鎂得到氧化鎂,“氯化”過程中,加入碳和氯氣與氧化鎂反應,生成無水氯化鎂和一種氣體,根據(jù)原子守恒和化合價升降守恒可得反應的化學方程式為MgO+C+Cl2MgCl2+CO,C說法正確;向“煅燒”后所得氧化鎂中加稀鹽酸,得到氯化鎂溶液,由于鎂離子會發(fā)生水解反應Mg2++2H2OMg(OH)2+2H+,直接蒸發(fā)MgCl2溶液,生成的HCl揮發(fā),最終得到的是氫氧化鎂,而不是無水氯化鎂,D說法錯誤。4.(2021·杭州五校聯(lián)考)為了探究金屬單質M與鹽溶液的反應,某同學進行了下列實驗,實驗過程及現(xiàn)象如圖所示,結合實驗現(xiàn)象判斷該同學得出的下列結論中正確的是(C)A.向濾液中滴加稀鹽酸的實驗現(xiàn)象是產(chǎn)生白色沉淀B.濾渣可能是兩種單質的混合物C.濾渣在足量的稀硝酸中能完全溶解D.加入的金屬M可能是鎂或鈉解析:向混合溶液中加入金屬粉末,反應后溶液為無色,說明銅離子完全反應,發(fā)生金屬元素之間的置換反應,加入的金屬M的金屬活動性大于銅;過濾后,濾渣中加入稀鹽酸有無色氣體生成,說明加入的金屬粉末有剩余且金屬活動性大于氫,根據(jù)金屬活動性順序,銀比銅更不活潑,故濾液中無銀離子,銀完全沉淀。A.濾液中沒有銀離子,滴加稀鹽酸不會產(chǎn)生白色沉淀,錯誤;B.濾渣是含有三種單質的混合物,包括銀單質、銅單質和過量的金屬單質M,錯誤;C.硝酸具有強氧化性,濾渣在足量的稀硝酸中能完全溶解,正確;D.鈉能與水反應生成NaOH和氫氣,在濾渣中不可能有鈉剩余,即M不可能為Na,錯誤。5.(2021·全國甲卷)膽礬(CuSO4·5H2O)易溶于水,難溶于乙醇。某小組用工業(yè)廢銅焙燒得到的CuO(雜質為氧化鐵及泥沙)為原料與稀硫酸反應制備膽礬,并測定其結晶水的含量?；卮鹣铝袉栴}:(1)制備膽礬時,用到的實驗儀器除量筒、酒精燈、玻璃棒、漏斗外,還必須使用的儀器有(填字母)。

A.燒杯 B.容量瓶 C.蒸發(fā)皿 D.移液管(2)將CuO加入適量的稀硫酸中,加熱,其主要反應的化學方程式為,與直接用廢銅和濃硫酸反應相比,該方法的優(yōu)點是