2015高考化学专题二 第四单元（金属材料与金属矿物）一轮复习教案 9页

‎2015《金版新学案》高中化学总复习讲义：专题二 第四单元　金属材料与金属矿物 考点一　合金及常见金属材料 ‎1．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)熔合而成的具有金属特性的物质。‎ ‎(2)性能 ‎①熔点：多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点低；‎ ‎②硬度：合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度大。‎ ‎2．常见金属材料 金属材料— ‎(1)黑色金属材料——钢 ‎①钢是用量最大、用途最广的合金。‎ ‎②钢 ‎(2)几种有色金属材料 ‎　下表中是四种金属的熔、沸点数据：‎ 金属 Na Al Cu Fe 熔点(℃)‎ ‎97.81‎ ‎660‎ ‎1 038‎ ‎1 535‎ 沸点(℃)‎ ‎883‎ ‎2 467‎ ‎2 567‎ ‎2 750‎ ‎①根据表中数据，归纳出两种金属不能形成合金的有哪些组合？‎ ‎②概括出能形成合金的两种金属应具备的条件。‎ 提示：　①Na—Cu，Na—Fe ‎②要形成合金，各成分都要有共同的液态温度范围，即合金中一种金属的熔点要高于另一种金属的熔点而低于它的沸点。‎ ‎1．下列物质中，不属于合金的是(　　)‎ A．硬铝　　　　　　　　　　 B．黄铜 C．钢铁 D．水银 答案：　D ‎2．纯铁的熔点为1 ‎535 ℃‎，而高炉中炼铁时生铁(含碳量较高的铁的合金)在1 ‎200 ℃‎左右就熔化了，这是因为(　　)‎ A．铁的纯度越高熔点越低 B．合金的熔点比其成分物质的熔点高 C．因为形成了铁碳合金，所以熔点变低 D．在高炉中熔化的过程中发生了化学反应 答案：　C ‎3．铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的性质是(　　)‎ A．不易生锈　　　　　　　　　 B．导电性好 C．密度小 D．强度高 答案：　B考点二　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的存在形态：化合态。‎ ‎(2)存在单质的金属的性质特点：化学性质不活泼。‎ ‎2．金属的冶炼 ‎(1)实质：把金属从化合态还原为游离态。‎ ‎(2)一般步骤 ‎(3)方法 方法名称 主要反应原理 热分解法 ‎2HgO2Hg＋O2↑‎ ‎2Ag2O4Ag＋O2↑‎ 热还原法 CO作还原剂 Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2(高炉炼铁)‎ H2作还原剂 WO3＋3H2W＋3H2O 活泼金属作还原剂 ‎3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3‎ 电解法 ‎2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑‎ ‎2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ ‎　(1)能否用电解AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg?‎ ‎(2)热还原法用到的还原剂有焦炭、CO和H2，试从所得产物纯度及对环境污染的角度考虑哪种还原剂更好？‎ 提示：　(1)不能。因为AlCl3是共价化合物，熔融时无法电离出自由移动的离子，不导电；而MgO虽是离子化合物，但其熔点太高，熔融会消耗大量电能，成本较高。‎ ‎(2)最好的还原剂是H2；原因是焦炭会使产品的纯度降低，CO会污染环境。‎ ‎1．下列说法错误的是(　　)‎ A．有些活泼金属如铝可用作热还原法的还原剂 B．用电解NaCl溶液的方法来冶炼金属钠 C．可用电解熔融氧化铝的方法来冶炼铝 D．回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物 解析：　本题主要考查金属的冶炼方法。铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，A项对；电解NaCl溶液不能得到金属钠，金属钠应该用电解熔融的NaCl方法制取，B项错；铝是活泼金属，很难用还原剂把它还原出来，但可用电解法制得，C项对；D项对。‎ 答案：　B ‎2．金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。下列关于金属的一些说法不正确的是(　　)‎ ‎①合金的性质与其组成金属的性质不完全相同 ‎②火烧孔雀石[Cu2(OH)2CO3]也属于还原法 ‎③金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子 ‎④工业上金属Mg、Al都是用电解熔融氯化物制得的 ‎⑤越活泼的金属越难冶炼 A．①②③　　　　　　　　　 B．只有④‎ C．④⑤ D．②③④‎ 解析：　合金的性质与其成分金属的性质不完全相同，如硬度、强度更大、熔点更低等，①正确；火烧孔雀石分解生成CuO，CuO被焦炭还原为单质Cu，属于还原法制取，②正确；因AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，冶炼铝应用电解熔融Al2O3的方法，④错误；金属冶炼就是把金属阳离子还原为金属原子，越活泼的金属，其阳离子的氧化性越弱，越难被还原，③、⑤正确。‎ 答案：　B ‎3．下列各组物质中能发生铝热反应的是(　　)‎ A．Al粉和FeO粉末 B．木炭粉和CuO粉末 C．Al粉和MgO粉末 D．Al粉和稀盐酸 解析：　铝热反应是铝与金属氧化物间的反应，B中无铝粉，错误；D中无金属氧化物，错误；C中虽然是铝粉与金属氧化物的混合物，但Al不如Mg活泼，两者不能发生铝热反应。‎ 判断铝热反应能否发生可从以下方面分析：首先看状态：粉末或固体，再看化学成分：铝和金属氧化物；后看金属氧化物中的金属活动性，要比铝活动性弱。‎ 答案：　A ‎4．用铝热反应还原下列物质，制得金属各1 mol时，消耗铝最少的是(　　)‎ A．MnO2 B．Cr2O3‎ C．V2O5 D．Fe3O4‎ 解析：　制得1 mol金属需要电子最少的消耗铝最少。A～D项制得1 mol金属需要电子的物质的量依次为4 mol、3 mol、5 mol、 mol。‎ 答案：　D 　‎ ‎1．沿金属活动顺序表归纳金属的冶炼方法 K、Ca、Na、Mg、Al　Zn、Fe、Sn、Pb、Cu　　Hg、Ag　　　Pt、Au 电解法　　　　热还原法　　　　热分解法　物理方法 ‎2．铝热反应 ‎(1)原理：高温下铝将金属氧化物中的金属还原出来。‎ ‎(2)实验装置：如图所示。‎ ‎(3)实验现象 ‎①镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。‎ ‎②反应放出大量的热，并发出耀眼的强光。‎ ‎③纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。‎ ‎④待熔融物冷却后，除去外层熔渣，仔细观察，可以发现落下的是铁珠。‎ ‎(4)铝热反应的应用 ‎①‎ 该反应为放热反应，铝在高温下还原出了单质铁，在冶金工业上也常用这一原理制取熔点较高的金属，如铬、锰等，‎ ‎3MnO2＋4Al2Al2O3＋3Mn。‎ ‎②该反应原理可以应用在生产上，如焊接钢轨等。‎ ‎1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)将NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中，观察Mg(OH)2沉淀的生成(2011·广东理综，10B)(　　)‎ ‎(2)工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应(2012·广东理综，10B)(　　)‎ ‎(3)MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg(2012·江苏，7⑤改编)(　　)‎ ‎(4)相同条件下，溶液中Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋的氧化性依次减弱(2010·江苏，8D)(　　)‎ ‎(5)实验Ⅳ：放置一段时间后，饱和CuSO4溶液中出现蓝色晶体(2010·广东理综，22D)(　　)‎ 答案：　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√‎ ‎2．(2009·广东理综)下列有关金属及其合金的说法不正确的是(　　)‎ A．目前我国流通的硬币是由合金材料制造的 B．生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加 C．镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作照明弹 D．日用铝制品表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护作用 解析：　生铁、普通钢、不锈钢中碳含量依次减少，B项错。‎ 答案：　B ‎3．(2013·上海化学·26)用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。如：‎ ‎2Al＋4BaO3Ba↑＋BaO·Al2O3‎ 常温下Al的金属性比Ba的金属性________(选填“强”、“弱”)。利用上述方法可制取Ba的主要原因是__________。‎ a．高温时Al的活泼性大于Ba b．高温有利于BaO分解 c．高温时BaO·Al2O3比Al2O3稳定 d．Ba的沸点比Al的低 解析：　依据元素周期律可知Al的金属性小于Mg，Mg的金属性小于Ba；应从化学平衡移动的观点分析此反应发生的原因。‎ 答案：　弱　d ‎4．(2013·山东理综·28)金属冶炼与处理常涉及氧化还原反应。‎ ‎(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是________。‎ a．Fe2O3　　　　b．NaCl　　　　c．Cu2S　　　　d．Al2O3‎ ‎(2)辉铜矿(Cu2S)可发生反应：2Cu2S＋2H2SO4＋5O2===4CuSO4＋2H2O，该反应的还原剂是________。当1 mol O2发生反应时，还原剂所失电子的物质的量为________mol。向CuSO4溶液中加入镁条时有气体生成，该气体是________。‎ ‎(3)如图为电解精炼银的示意图，______(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体产生，则生成该气体的电极反应式为________。‎ ‎(4)为处理银器表面的黑斑(Ag2S)，将银器浸于铝质容器里的食盐水中并与铝接触，Ag2S转化为Ag，食盐水的作用是________。‎ 解析：　(1)Na、Al的金属活动性较强，冶炼时选择电解法。(2)该反应中Cu、S的化合价升高，因此还原剂为Cu2S。反应中O2中O由0价变为－2价，1 mol O2发生反应，得4 mol电子，根据得失电子守恒，则还原剂失电子为4 mol。CuSO4溶液中由于Cu2＋水解显酸性，加入镁条，产生的气体为H2。(3)电解精炼银时，粗银作阳极，与电源正极相连。b极产生的红棕色气体为NO2，电极反应式为NO＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O。(4)食盐水的作用是做电解质溶液，形成原电池。‎ 答案：　(1)b、d　(2)Cu2S　4　H2　(3)a　NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O　(4)做电解质溶液(或导电)‎ 学科素养培优(四)__H2还原CuO所得红色物质成分的探究 ‎　铜及其化合物一般都具有特殊的颜色，如Cu呈紫红色、Cu2O呈砖红色、CuO呈黑色、CuSO4·5H2O、Cu(OH)2呈蓝色、Cu2(OH)2CO3呈绿色等。在铜及其化合物中，Cu2O和铜绿[Cu2(OH)2CO3]是重点内容，试题中除以信息题的形式出现外，还常设置探究性题。‎ 研究性学习小组为检测实验室用H2还原CuO所得红色固体中是否含有Cu2O进行了探究：‎ Ⅰ.查阅资料：‎ ‎①Cu2O属于碱性氧化物；②高温灼烧CuO生成Cu2O；③Cu2O在酸性条件下能发生下列反应：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。‎ Ⅱ.设计实验方案：‎ 方案1：取该红色试样溶于足量的稀硝酸中，观察溶液颜色变化。‎ 方案2：取该红色试样溶于足量的稀硫酸中，观察溶液是否呈蓝色。‎ 方案3：称得干燥坩埚的质量为a g，取红色试样置于坩埚中称得总质量为b g，在空气中高温灼烧至质量恒定，称得最后总质量为c g。‎ ‎(1)请你评价方案1和方案2。如果你认为该方案合理，请简述其化学原理；如果你认为该方案不合理，请简述原因。‎ 方案1：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 方案2：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)方案3中，若确认红色粉末中含有Cu2O，则a、b、c应符合的数学关系为____________________，该实验方案最少得进行________次称量。‎ 解析：　(1)方案1不合理，因为稀硝酸具有强氧化性，若红色物质中存在氧化亚铜，也会被氧化成Cu2＋，使溶液始终呈现蓝色，无法验证，方案2可以证明。‎ ‎(2)若红色物质都是铜，则存在反应：‎ ‎2Cu＋O22CuO,4CuO2Cu2O＋O2↑，‎ 得到关系：2Cu～2CuO～Cu2O ‎ 128 144‎ ‎ b－a c－a 解得c＝(9b－a)/8，而红色物质中存在Cu2O，则c<(9b－a)/8，称量时，要保证高温灼烧后质量不发生变化，则高温灼烧后要称量两次，若质量不变，则反应完全。‎ 答案：　(1)不合理，因为铜和氧化亚铜均可与稀硝酸反应形成蓝色溶液 合理，因为氧化亚铜与稀硫酸反应生成Cu和Cu2＋，导致溶液呈蓝色，而铜不与稀硫酸反应 ‎(2)c<(9b－a)/8　4‎ 专题讲座(三)　无机化工流程题专项突破 ‎　工艺流程题就是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图题的创新，题目常常以现代工业生产为基础，将化学工艺流程进行简化，与化工生产成本、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离等基本实验原理在化工生产中的实际应用，是近几年高考化学命题中的常考题型。‎ 一、题型结构 ‎1．化工流程线路示意图 ‎(1)箭头：箭头进入的是投料(即反应物)、出去的是生成物(包括主产物和副产物)。‎ ‎(2)三线：物料进出线，操作流程线、循环操作线。‎ ‎2．涉及问题 ‎(1)原料的预处理。‎ ‎(2)反应条件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等)。‎ ‎(3)反应原理(化学平衡、水解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等)。‎ ‎(4)绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分利用等)。‎ ‎(5)化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。‎ 二、解题方法 ‎1．首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。‎ ‎2．分段分析法：对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工业流程题，用分段分析法更容易找到解题的切入点。‎ ‎3．交叉分析法：有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品，这种题适合用交叉分析法。就是将提供的工业流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析。‎ 三、热点分类突破 ‎1．碱金属及其矿物的开发利用 ‎(2012·广东理综·32)难溶性杂卤石 ‎(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：‎ K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s) 2Ca2＋＋2K＋＋Mg2＋＋4SO＋2H2O 为能充分利用钾资源，用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：‎ ‎(1)滤渣主要成分有________和________以及未溶杂卤石。‎ ‎(2)用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K＋的原因：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)“除杂”环节中，先加入________溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入________溶液调滤液pH至中性。‎ ‎(4)不同温度下，K＋的浸出浓度与溶浸时间的关系如图。由下图可得，随着温度升高，①__________________，②__________________。‎ ‎(5)有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：‎ CaSO4(s)＋COCaCO3(s)＋SO 已知298 K时，Ksp(CaCO3)＝2.80×10－9，Ksp(CaSO4)＝4.90×10－5，求此温度下该反应的平衡常数K(计算结果保留三位有效数字)。‎ 答案：　(1)Mg(OH)2　CaSO4(二者位置互换也正确)‎ ‎(2)加入Ca(OH)2溶液后，生成Mg(OH)2、CaSO4沉淀，溶液中Mg2＋浓度减小，使平衡右移 ‎(3)K2CO3　H2SO4‎ ‎(4)①溶浸达到平衡的时间缩短 ‎②平衡时K＋的浸出浓度增大(其他合理答案也可)‎ ‎(5)解：CaSO4(s) Ca2＋(aq)＋SO(aq)‎ Ksp(CaSO4)＝c(Ca2＋)·c(SO)‎ CaCO3(s) Ca2＋(aq)＋CO(aq)‎ Ksp(CaCO3)＝c(Ca2＋)·c(CO)‎ K＝＝＝＝1.75×104。‎ ‎2．铝及其矿物的开发利用 铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al2(SO4)3和铵明矾晶体 ‎[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如图所示：‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)固体a的化学式为________，Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎(2)由Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为________________________________________________________________________，‎ 从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为(填操作名称) ________、冷却结晶、过滤洗涤。‎ ‎(3)以1 ‎000 kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取 Al2(SO4)3，需消耗质量分数98%的硫酸(密度‎1.84 g·cm－3)________L(保留一位小数)。‎ ‎(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1，则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为__________。‎ 答案：　(1)SiO2　AlO＋CO2＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓‎ ‎(2)Al2O3＋4H2SO4＋2NH3===2NH4Al(SO4)2＋3H2O　蒸发浓缩 ‎(3)575.4　(4)3∶10‎ ‎3．铁、铜及其矿物的开发利用 酸浸法制取硫酸铜的流程示意图如下：‎ ‎(1)步骤(ⅰ)中Cu2(OH)2CO3发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)步骤(ⅱ)所加试剂起调节pH作用的离子是________(填离子符号)。‎ ‎(3)在步骤(ⅲ)发生的反应中，1 mol MnO2转移2 mol电子，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎(4)步骤(ⅳ)除去杂质的化学方程式可表示为3Fe3＋＋NH＋2SO＋6H2O===NH4Fe3(SO4)2(OH)6↓＋6H＋‎ 过滤后母液的pH＝2.0，c(Fe3＋)＝a mol·L－1，c(NH)＝b mol·L－1，c(SO)＝d mol·L－1，该反应的平衡常数K＝________(用含a、b、d的代数式表示)。‎ 解析：　(1)Cu2(OH)2CO3溶于H2SO4的反应为：‎ Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O。‎ ‎(2)加入的NH4HCO3中HCO可以与溶液中的H＋反应，故起调节pH作用的离子是HCO。‎ ‎(3)溶液中具有还原性的只有Fe2＋，再根据1 mol MnO2转移2 mol电子，即可写出相应的离子方程式为MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O。‎ ‎(4)化学平衡常数就是达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，注意溶液中的沉淀和水的浓度看作1。‎ 答案：　(1)Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O ‎(2)HCO ‎(3)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O　(4)