人教版高考化学一轮复习专题3金属及其化合物第3单元金属的冶炼铝铜及其化合物学案

这是一份人教版高考化学一轮复习专题3金属及其化合物第3单元金属的冶炼铝铜及其化合物学案，共31页。

第三单元　金属的冶炼　铝、铜及其化合物
[课标解读]　
1.了解合金的概念及其重要应用；了解化学与金属材料的关系。
2.掌握金属铝、铜及其重要化合物的主要性质及应用。　
3.了解铝、铜及其重要化合物的制备方法。　
4.了解常见金属的活动性顺序和常见金属的冶炼方法。　
5.了解其他过渡元素和两性元素。

　合金与金属矿物的开发利用

知识梳理
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，属于混合物。
(2)性能：合金具有许多优良的物理、化学性能或机械性能。
①熔点：一般比它的各成分金属的低；
②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。
注意：并非所有的金属都能形成合金，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。如Cu与Na，Fe与Na等不能形成合金。
2．常见的金属材料
(1)金属材料的工业分类
黑色金属材料
有色金属材料
铁、铬、锰以及它们的合金
除黑色金属以外的其他金属及其合金
(2)常见合金材料



[辨易错]
(1)合金是一种混合物，任何金属均可熔合为合金。 (　　)
(2)合金是一类金属材料，不含非金属元素。 (　　)
(3)钢的熔点比铁的低。 (　　)
(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。 (　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×
3．金属矿物的开发利用
(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少数化学性质不活泼的金属存在游离态。
(2)金属冶炼的实质
使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。
(3)金属冶炼的一般步骤

(4)常见冶炼方法(对于金属活动性顺序表中金属)
①电解法——K～Al
Na：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑；
Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑；
Al：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
②热还原法——Zn～Cu
高炉炼铁：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2；
铝热反应制铬：2Al＋Cr2O32Cr＋Al2O3；
焦炭还原铜：C＋2CuO2Cu＋CO2↑。
③热分解法——Hg、Ag
Hg：2HgO2Hg＋O2↑；
Ag：2Ag2O4Ag＋O2↑。
[辨易错]
(1)任何金属在自然界中均以化合态存在。 (　　)
(2)任何金属在常温下均为固态。 (　　)
(3)电解NaCl溶液可以得到Na和Cl2。 (　　)
(4)热还原法可以冶炼Fe、Cu、Zn等金属。 (　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
知识应用
1．工业上冶炼铝为什么用电解熔融Al2O3而不用电解熔融AlCl3？冶炼镁为什么用电解熔融MgCl2而不用电解熔融MgO?
[答案]　AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，故不能用电解AlCl3的方法冶炼铝。尽管MgO属于离子化合物，但其熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本，而MgCl2的熔点较低，更易熔融，故工业冶炼镁使用电解熔融MgCl2的方法。
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？
[答案]　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。

命题点　金属材料与金属矿物的开发利用
1．(2020·湛江调研考试)东汉时期的马踏飞燕充分体现了我国光辉灿烂的古代科技。下列说法错误的是(　　)
A．青铜是我国使用最早的合金，含铜、锡、铅等元素
B．青铜的机械性能优良，硬度和熔点均高于纯铜
C．铜器皿表面的铜绿可用明矾溶液清洗
D．“曾青得铁则化为铜”的过程发生了置换反应
B　[青铜是以铜为主的合金，还含有锡、铅等元素，A项正确；合金比它的各成分金属的硬度大、熔点低，B项错误；铜绿的主要成分为CuCO3·Cu(OH)2，明矾[KAl(SO4)2·12H2O]中的Al3＋水解使其溶液显酸性，可清洗铜锈，C项正确；“曾青得铁则化为铜”涉及的反应是Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，该反应属于置换反应，D项正确。]
2．金属、金属材料的性质在很大程度上决定了它们的用途。下列相关说法中不正确的是(　　)
A．钛合金与人体具有很好的“相容性”，可以用来制造人造骨骼
B．铁具有良好的导热性，可以用于制造炊具
C．不锈钢的抗腐蚀性好，常用于制造医疗器械
D．钛及其合金熔点高，可用作保险丝
D　[熔点低可以作保险丝，熔点高不可作保险丝。]
3．胡粉[主要成分是2PbCO3·Pb(OH)2]具有败毒抗癌、杀虫疗疮的功效，东汉炼丹理论家魏伯阳所著的《周易参同契》中记载：“胡粉投火中，色坏还为铅”，下列说法错误的是(　　)
A．胡粉不溶于水
B．胡粉可与盐酸或硝酸反应
C．“火”中含有炭、CO
D．“色坏还为铅”的原理是PbO被氧化为Pb
D　[PbO可能被C或CO还原为Pb，D项错误。]
4．氧化还原反应广泛应用于金属冶炼，下列说法不正确的是(　　)
A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，Na＋被还原
B．冶炼镁、铝采用电解法
C．用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 mol电子
D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化
C　[1 mol Fe3O4被还原成Fe，转移电子1×3×(－0)＝8 mol。]
5．下列是部分矿物资源铝土矿(主要含有氧化铝、氧化铁)和黄铜矿(主要成分CuFeS2)的利用及产品生产流程，有关说法不正确的是(　　)

A．除杂过程中铝元素的存在形式的变化可以如下：
Al2O3―→AlO―→Al(OH)3―→Al2O3
B．Al和Cu(精)均在电解槽的阴极获得
C．粗铜炼制过程中反应2CuFeS2＋O2高温,Cu2S＋2FeS＋SO2，每转移1.2 mol电子，则有0.2 mol硫被氧化
D．若电解法分别制铝和铜的过程中转移电子数相等，理论上获得的铝和铜的物质的量之比为3∶2
D　[制铝过程中Al～3e－，制铜过程Cu～2e－，当转移电子数相等时，铝和铜的物质的量之比为2∶3。]

(1)合金的熔点一般低于它的成分金属的熔点。
(2)常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。
(3)成分金属与合金的物理性质相比有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。
(4)金属越活泼，一般发现或使用的越晚。
(5)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如
Na＋KClK↑＋NaCl、2RbCl＋MgMgCl2＋2Rb↑等，在此主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，汽化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。
(6)活泼金属用电解法冶炼时，不能用其化合物的水溶液进行电解。
　铜及其化合物

知识梳理
1．铜的主要性质

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
①化学方程式：2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3。
②化学方程式：2Cu＋SCu2S。
③与氧化性酸反应
a．与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O；
b．与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；
c．与浓硝酸反应的离子方程式：Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。
④与某些盐溶液反应
a．与硝酸银溶液反应的离子方程式：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋；
b．与FeCl3溶液反应的离子方程式：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。
2．铜的重要化合物的性质及应用
(1)氧化物

(2)氢氧化铜——蓝色难溶物，是一种弱碱。

(3)铜盐
①Cu2(OH)2CO3
Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，呈绿色，是铜锈的主要成分，受热易分解的方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。
②CuSO4
a．CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾。受热或遇浓硫酸，蓝色晶体变为白色粉末。
b．无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水或水蒸气的检验试剂。
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，用来杀灭植物的病菌。
[辨易错]
(1)铁、铜在潮湿的空气中均易形成金属氧化物。 (　　)
(2)无水CuSO4既可检验水蒸气的存在又可作干燥剂。 (　　)
(3)Cu2O和CuO在稀硫酸中反应原理相同。 (　　)
(4)铜盐和“84”消毒液的杀菌消毒原理相同。 (　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
知识应用
某研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案：
(1)CuCuSO4硫酸铜溶液CuSO4·5H2O
(2)CuCuO硫酸铜溶液CuSO4·5H2O

对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？为什么？
[答案]　方案(1)：产生污染性气体，且消耗硫酸较多。
方案(2)：消耗能量较多，且步骤复杂。
方案(3)：不产生污染性气体，原料利用率高，节约能源。因此方案(3)更经济合理。

命题点1　铜及其化合物的性质及实验探究
1．(2020·嘉祥一中月考)某化学兴趣小组进行了有关Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示。下列有关说法正确的是(　　)

A．实验①中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生，说明稀硝酸被Cu还原为NO2
B．实验③中滴加稀硫酸，铜片继续溶解，说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强
C．实验③发生反应的化学方程式为3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4===4CuSO4＋2NO↑＋4H2O
D．由上述实验可得出结论：Cu在常温下既可以和稀硝酸反应，也可以和稀硫酸反应
C　[A项，稀硝酸与Cu反应的产物为NO，在试管口与O2反应生成NO2，错误；B项，实验③中滴加稀硫酸，溶液中有NO，发生3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，错误；D项，由B项知实验③中铜溶解仍然是NO在酸性条件下氧化Cu，Cu不与稀硫酸反应，错误。]
2．已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H＋发生：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。将经高温灼烧后的CuO样品投入足量的热的稀硝酸中，下列有关说法中正确的是(　　)
A．如果溶液变为蓝色，同时有紫红色固体出现，说明样品全部生成了Cu2O
B．溶液中最终可能有紫红色固体出现
C．这种实验的结果无法说明CuO分解的程度
D．如果溶液变成蓝色，最终没有紫红色固体出现，说明CuO没有分解
C　[Cu2O可以被稀硝酸氧化为Cu2＋，不会生成Cu，A、B、D错误。]
3．氯化亚铜(CuCl)可用作催化剂、杀菌剂、媒染剂、脱色剂等。某化学学习小组同学设计如图装置(夹持仪器略)，通过热分解CuCl2·2H2O(易水解)制备氯化亚铜，下列说法正确的是(　　)

A．先通入N2，再点燃酒精灯，制备实验结束，持续通入N2至装置甲冷却至室温
B．装置乙中的试剂Y为浓硫酸
C．装置丙中的湿润蓝色石蕊试纸变红
D．装置丁中的NaOH溶液吸收尾气，只发生一个化学反应
B　[该制备反应的化学方程式是2(CuCl2·2H2O)△,2CuCl＋Cl2↑＋4H2O。为抑制CuCl2·2H2O水解，开始和反应过程中需通入HCl，制备实验结束，再通入N2将装置中残留的HCl排出，A项错误；装置乙中盛放浓硫酸，防止丙中水蒸气进入装置甲中，B项正确；湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色，C项错误；NaOH溶液吸收通入的HCl和生成的Cl2，发生2个化学反应，D项错误。]

(1)Cu与稀硫酸不反应，但在通入O2的条件下，Cu可在稀硫酸中逐渐溶解：2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O。
(2)无水CuSO4只能作为检验水的试剂，不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。
(3)＋1价铜在酸性条件下能发生歧化反应生成Cu和Cu2＋，利用这一原理可区别Cu和Cu2O。向红色物质中加入稀硫酸(但注意不能用硝酸检验)，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu2O，否则为Cu。反应的化学方程式为Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O。
命题点2　涉及Fe、Cu等金属的化工流程试题分析
4．CuCl是有机合成的重要催化剂，并用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料(含Fe、Al及SiO2杂质)，生产CuCl的工艺流程如下：

物质
开始沉淀时的pH
沉淀完全时的pH
Fe(OH)3
2.7
3.7
Cu(OH)2
5.6
6.7
Al(OH)3
3.8
4.7
已知：CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成CuCl，CuCl的溶液用水稀释后可生成CuCl沉淀。
(1)煅烧的主要目的是___________________________________。
(2)操作Ⅰ为调节溶液的pH，范围为________，加入的物质X可以是________(填字母)。
A．CuO　　　　　 B．Cu(OH)2
C．NaOH溶液 D．CaCO3
(3)滤渣Ⅱ的主要成分是________。
(4)往滤液Ⅱ中加入食盐并通入SO2可生成CuCl，请写出反应的离子方程式：_______________________________________________________
_____________________________________________________。
(5)工业上常用CuSO4来制备CuCl，在提纯后的CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl，加热生成CuCl沉淀，该反应的离子方程式是______________________________________________。
[解析]　(1)铜在废铜料中主要以铜单质的形式存在，从流程图知CuCl需从溶液中提取，故煅烧的目的是将铜转化为溶于酸的氧化物。(2)调节溶液的pH时，应保证Fe3＋、Al3＋完全沉淀，而Cu2＋不能沉淀，溶液的pH应在4.7≤pH<5.6，加入物质X的目的是消耗H＋调节溶液的pH，但不能引入新杂质。(3)溶液的pH在4.7≤pH<5.6时，Fe3＋和Al3＋完全转化为相应的氢氧化物沉淀，滤渣Ⅱ的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)根据题给的反应物和生成物，再结合氧化还原反应的基本规律可写出反应的离子方程式：2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－===2CuCl＋SO＋4H＋。(5)根据得失电子守恒配平即可。
[答案]　(1)使铜转化为可溶于酸的氧化物
(2)4.7≤pH<5.6　ABC
(3)Fe(OH)3和Al(OH)3
(4)2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－===2CuCl＋SO＋4H＋
(5)2Cu2＋＋SO＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SO＋2H＋

(1)废铜利用的一般流程模板

(2)废品(含Fe2O3、CuO、FeO、SiO2)制备Fe2O3和FeSO4·7H2O的一般流程模板

　铝及其重要化合物

知识梳理
1．铝的存在与主要性质
(1)铝的结构和存在
铝位于元素周期表第3周期ⅢA族，原子结构示意图为。铝元素在地壳中含量丰富，仅次于氧、硅。自然界中的铝全部以化合态存在。
(2)铝的主要化学性质

③Al与碱液(NaOH)：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
④Al与CuSO4溶液：2Al＋3CuSO4===3Cu＋Al2(SO4)3。
⑤铝热反应
a．铝热反应的实验装置及试剂作用：

b．原理：利用Al的还原性较强，高温下把金属氧化物中的金属置换出来。
c．引发操作：加入少量KClO3，插上Mg条并点燃。
d．应用：冶炼难熔金属，如Cr、Mn、V、W、Cu、Fe等；金属焊接，如野外焊接钢轨等。
2．工业电解熔融Al2O3制备Al

注意：电解Al2O3时Na3AlF6的作用是作助熔剂。
[辨易错]
(1)除去氧化膜的铝箔在空气中加热，铝箔熔化但不滴落，说明铝易氧化形成氧化膜保护铝。 (　　)
(2)铝制容器可以用于盛装浓硫酸和浓硝酸，说明铝不与二者反应。 (　　)
(3)能与Al反应生成H2的溶液一定是酸性溶液。 (　　)
(4)利用铝热反应可以制备Fe、Mg、Cu、Cr、Ni等。 (　　)
[答案]　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×
3．铝的重要化合物
(1)铝的氧化物(Al2O3)——两性氧化物
①物理性质：白色固体，难溶于水，熔、沸点很高，可用作耐火材料。
②化学性质(写离子方程式)

③用途：耐火材料，工业冶炼铝。
(2)铝的氢氧化物[Al(OH)3]——两性氢氧化物
白色胶状固体，难溶于水，有较强的吸附性。

写出上图标号中有关反应的离子方程式：
①Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
②Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。
③2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。
(3)铝盐——明矾
①化学式为KAl(SO4)2·12H2O，为复盐。
②电离方程式为KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO。
③应用：净水，净水原理为明矾电离出的Al3＋在水中水解生成Al(OH)3胶体，吸附水中悬浮物而沉淀，使水净化，其离子方程式为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋。
(4)偏铝酸盐——偏铝酸钠
①向NaAlO2溶液中滴加盐酸至过量，反应现象为先生成白色沉淀，然后沉淀又逐渐溶解至消失，反应的有关离子方程式为AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
②向NaAlO2溶液中通入少量CO2，反应的离子方程式为2AlO＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO。
(5)Al(OH)3的实验室制法
①向铝盐中加入足量氨水，离子方程式为
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
②向偏铝酸盐中通入足量CO2，离子方程式为
AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。
[深思考]
通过小组讨论，总结所有符合下面转化关系的物质，把铝及化合物的化学式写在横线上。

(1)a________、e________、b________、d________。
(2)a________、e________、b________、d________。
[答案]　(1)NaAlO2　HCl　AlCl3　Al(OH)3
(2)AlCl3　NaOH　NaAlO2　Al(OH)3(合理即可)
知识应用
铝及其化合物广泛应用于生产、生活中。从铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2、Fe2O3等杂质)提取Al2O3的两种方案：
方案1：

方案2：

(1)方案1中沉淀A、B分别是________、________。
(2)方案1中的②③步转化的离子方程式分别为
②__________________________________________________，
③__________________________________________________。
(3)方案2中的沉淀A、B分别是________、________。
(4)方案2中的②③步转化的离子方程式分别为
②__________________________________________________，
③________________________________________________。
[答案]　(1)SiO2　Fe(OH)3
(2)②Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓、Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O
③AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
(3)Fe2O3　H2SiO3
(4)②SiO＋2H＋===H2SiO3↓、AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O
③Al3＋＋3NH3·3H2O===Al(OH)3↓＋3NH

命题点1　铝及其重要化合物的性质和应用
1．下列除去杂质的方法不正确的是 (　　)
A．镁粉中混有少量铝粉：加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥
B．用过量氨水除去Fe3＋溶液中的少量Al3＋
C．Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤
D．MgO中混有少量Al2O3：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤、洗涤、干燥得到MgO
B　[加入氨水Fe3＋、Al3＋均生成沉淀，B项不正确。]
2．铝盐是工农业生产中的重要原料，回答下列相关问题：
(1)AlCl3溶液的配制方法：取AlCl3固体少许，_________________________
_____________________________________________________。
(2)由AlCl3溶液制取AlCl3·6H2O的方法：___________________________
_____________________________________________________。
(3)泡沫灭火器工作时反应的离子方程式为___________________________
_____________________________________________________。
外筒(铁筒)中所盛试剂为________。
(4)AlO与HCO在溶液中不能共存，二者反应的离子方程式为___________
________________________________________________________________。
(5)明矾的净水原理为________________________________。
(用离子方程式表示)。如果溶液pH过低，净水效果________(填“提高”或“降低”)。
[答案]　(1)溶于盛有浓盐酸的烧杯中
(2)加入盐酸后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
(3)Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑　
NaHCO3溶液
(4)AlO＋HCO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO
(5)Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋　降低

(1)Al3＋、Al(OH)3、AlO之间的转化关系

(2)“铝三角”转化的应用
①判断离子共存问题：Al3＋与OH－以及弱酸根阴离子AlO、CO、S2－等，AlO与H＋、HCO以及弱碱阳离子Al3＋、Fe3＋等因生成沉淀或发生水解相互促进的反应而不能大量共存。
②鉴别(利用滴加顺序不同，现象不同)
a．向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后沉淀溶解。
b．向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液，开始无明显现象，后产生白色沉淀，沉淀不溶解。
命题点2　Al(OH)3制备与铝土矿提取铝
3．用稀硫酸、NaOH溶液和金属铝为原料制取Al(OH)3。甲、乙、丙三位学生的制备途径分别是

若要得到等量的Al(OH)3，则(　　)
A．三者消耗的原料相同
B．甲消耗的原料的总物质的量最多
C．乙消耗的原料的总物质的量最少
D．丙消耗的原料的总物质的量最多
B　[要制备1 mol Al(OH)3，三方案所需物质的量关系

4．某铝土矿中主要含有Al2O3、Al(OH)3、AlO(OH)，还含有Fe2O3等杂质。利用拜耳法生产铝的流程如图所示：

请回答下列问题：
(1)粉碎后的铝土矿碱浸时应在高温下进行，其目的是
_____________________________________________________________
___________________________________________________________。
(2)AlO(OH)与NaOH溶液反应的化学方程式为_______________________
________________________________________________________________。
(3)在稀释、结晶过程中，稀释的目的是_____________________________
________________________________________________________________；
加Al(OH)3晶核的目的是促进Al(OH)3的析出。上述“稀释、结晶”工艺，也可用通入足量的________气体的方法来代替。
(4)浓缩所得的NaOH溶液由于吸收了空气中的CO2而含有杂质，该杂质可通过苛化反应除去，写出苛化反应的化学方程式：________________________
_____________________________________________________。
(5)该生产流程能实现________________(填化学式)的循环利用。
[答案]　(1)加快反应速率
(2)AlO(OH)＋NaOH===NaAlO2＋H2O
(3)降低碱性，促使AlO水解生成Al(OH)3沉淀　CO2
(4)Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH
(5)NaOH

　两性金属(Zn、Be、Ga)

根据两性金属Al的性质推导其他两性金属的性质，进而理解应用。很好地考查了学生的“科学探究与创新意识，证据推理与模型认知”的化学核心素养。


2．ZnO、BeO、Ga2O3与H＋、OH－的反应

3．Zn(OH)2、Be(OH)2、Ga(OH)3与H＋、OH－的反应


1．铝、铍及其化合物具有相似的化学性质，已知反应：BeCl2＋Na2BeO2＋2H2O===2NaCl＋2Be(OH)2↓能完全进行，则下列推断正确的是 (　　)
A．Be(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液
B．因BeCl2水溶液的导电性强，故BeCl2是离子化合物
C．常温下Na2BeO2溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物为BeO
D．常温下BeCl2溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物是BeCl2
A　[铝、铍及其化合物具有相似的化学性质，Be(OH)2与Al(OH)3性质相似，Be(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液，A正确；某些共价化合物水溶液的导电性也较强，B错误；Na2BeO2溶液蒸干灼烧后得到Na2BeO2，C错误；常温下BeCl2溶液的pH<7，蒸干并灼烧后得到的残留物是BeO，D错误。]
2．镓(Ga)与铝同主族，曾被称为“类铝”，其氧化物和氢氧化物均为两性化合物。工业制备镓的流程如图所示：

下列判断不合理的是(　　)
A．Al、Ga均处于第ⅢA族
B．Ga2O3可与盐酸反应生成GaCl3
C．Ga(OH)3可与NaOH反应生成NaGaO2
D．酸性：Al(OH)3>Ga(OH)3
D　[根据流程中通入适量CO2生成Al(OH)3但不生成Ga(OH)3可知酸性Al(OH)3＜Ga(OH)3，D项错误。]
3．锌和铝都是活泼金属，其氢氧化物既能溶于强酸溶液，又能溶于强碱溶液，但是Al(OH)3不溶于氨水，而Zn(OH)2能溶于氨水，生成[Zn(NH3)4]2＋。
下列各组中的两种溶液，用相互滴加的实验方法可以鉴别的是________(填序号)。
①Al2(SO4)3和NaOH 　②Al2(SO4)3和氨水
③ZnSO4和NaOH　④ZnSO4和氨水
[答案]　①③④
　重要的过渡金属

分析近几年高考试题，除了考查教材中涉及的Al、Fe、Cu、Na金属外，还涉及一些重要应用的过渡金属如V、Cr、Mn、Ti等，目的是考查学生的拓展迁移能力。同时很好的体现了“科学探究与创新意识”的核心素养。

1．钒及其化合物
(1)钒单质具有耐酸性，在空气中不易被氧化，可溶于氢氟酸、硝酸和王水。
(2)钒的氧化物
钒的常见化合价为＋2、＋3、＋4、＋5，对应氧化物分别为VO、V2O3、VO2和V2O4、V2O5。
钒的氧化物的化学性质
化学式
VO
V2O3
VO2、V2O4
V2O5
物质类别
碱性氧化物
碱性氧化物
两性氧化物
两性氧化物
反应方程式
VO＋2H＋===V2＋＋H2O
V2O3＋6H＋===2V3＋＋3H2O
VO2＋2H＋===VO2＋＋H2O
2VO2＋OH－===HV2O
V2O5＋2H＋===2VO＋H2O
V2O5＋6OH－===2VO＋3H2O
(3)氢氧化钒
化学式
V(OH)2
V(OH)3
制备
V2＋＋2OH－=== V(OH)2↓
V3＋＋3OH－===V(OH)3↓(绿色)
性质(碱)
V(OH)2＋2H＋===V2＋＋2H2O在空气中极易被氧化
V(OH)3＋3H＋===V3＋＋3H2O在空气中易被氧化
(4)钒盐
①五价钒盐在碱性较强的溶液中以VO形式存在，在酸性溶液中发生一系列反应生成偏矾酸盐(VO)、焦矾酸盐(V2O)、多钒酸盐等。
②四价矾盐在酸性溶液中主要以VO2＋形式存在，如VOSO4。
2．铬及其化合物
(1)铬单质：最硬的金属，化学性质稳定，常温下在空气中、水中不生锈。
(2)铬的氧化物与氢氧化物
Cr2O3和Cr(OH)3具有两性，其转化关系如下：

相关反应的离子方程式：
①Cr3＋＋3OH－===Cr(OH)3↓
②Cr(OH)3＋OH－===[Cr(OH)4]－
③[Cr(OH)4]－＋H＋===Cr(OH)3↓＋H2O
④Cr(OH)3＋3H＋===Cr3＋＋3H2O
(3)铬盐
铬元素的常见价态有＋2、＋3、＋6。
①Cr(Ⅱ)：在酸性溶液中，Cr2＋具有很强的还原性。
②Cr(Ⅲ)：Cr3＋在酸性条件下是稳定的，但在碱性条件下能被氧化成CrO，2Cr3＋＋3H2O2＋10OH－===2CrO＋8H2O。
在碱性溶液中，亚铬酸盐(CrO)可以被H2O2或Na2O2氧化成铬酸盐：
2CrO＋3H2O2＋2OH－===2CrO＋4H2O
2CrO＋3Na2O2＋2H2O===2CrO＋6Na＋＋4OH－
③Cr(Ⅵ)：在水溶液中Cr2O和CrO存在下列平衡：
2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O
(黄色)　　　　 (橙红色)
在酸性溶液中，Cr2O具有强氧化性，但在碱性溶液中Cr2O的氧化性要弱得多。
3．锰及其化合物
锰元素常见价态：＋2、＋4、＋6、＋7。
(1)Mn(Ⅳ)
MnO2不溶于水、硝酸，是两性氧化物。
①在酸性介质中具有强氧化性，如MnO2＋4HCl(浓)nCl2＋Cl2↑＋2H2O；遇易燃物可燃烧。
②遇强氧化剂表现还原性，如3MnO2＋3K2CO3＋KClO33K2MnO4＋KCl＋3CO2↑
③可用作催化剂，如2KClO32KCl＋3O2↑
2H2O2MnO2,2H2O＋O2↑
(2)Mn(Ⅵ)
①MnO能存在于强碱性溶液中，在酸性、中性环境中均发生歧化。即MnO―→MnO＋MnO2
②MnO为绿色，具有强氧化性，能氧化Fe2＋、S2－、HCl等。
(3)Mn(Ⅶ)
KMnO4热稳定性差，通常保存在棕色试剂瓶中：
4KMnO4＋2H2O4MnO2↓＋3O2↑＋4KOH
①在酸性介质中，MnO具有强氧化性，本身被还原为Mn2＋。
②在碱性、中性或微弱酸性溶液中，MnO氧化性减弱，还原产物为MnO2。
③在强碱性溶液中，MnO还原产物为MnO。
4．钛及其化合物的性质
(1)Ti：常温时与酸不反应，但可与HF反应(Ti＋6HF===H2TiF6＋2H2↑)，也可与热的浓盐酸反应[2Ti＋6HCl(浓) 2TiCl3＋3H2↑]。
(2)TiO2：不溶于水和稀酸，可溶解在HF溶液及热的浓硫酸中；可与Cl2反应，TiO2＋2Cl2===TiCl4＋O2；与碱溶液缓慢反应，TiO2＋2NaOH===Na2TiO3＋H2O；在高温下与Cl2、C发生反应，TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO。
(3)TiCl4：暴露在空气中会冒出白烟，TiCl4＋3H2O===H2TiO3↓＋4HCl；Mg作还原剂时可制备金属钛，2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti。

1．某电镀废料的主要成分为Cr(OH)3(含有Al2O3、ZnO、CuO、NiO等杂质)。以该废料为原料制备重铬酸钠的工艺流程如下：

已知：①水浸过滤后的滤液中含有Na2CrO4和少量的NaAlO2、Na2ZnO2等物质；②2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O。
请回答下列问题：
(1)为了提高水浸效率，可采取的措施有____________________________
_________________________________________(填两条即可)。
(2)焙烧过程中，氧化剂为________，51.5 g Cr(OH)3参加反应时转移电子为________mol。
(3)“一系列操作”包括加入稀硫酸、蒸发浓缩、降温结晶、过滤等。加入稀硫酸的目的是_______________________________。
(4)将重铬酸钠转化为重铬酸钾的方法是：在浓重铬酸钠溶液中加入氯化钾晶体，采取降温结晶法析出重铬酸钾。由此推知，相同条件下，重铬酸钾的溶解度________(填“大于”或“小于”)重铬酸钠的溶解度。
[解析]　

[答案]　(1)加热、搅拌　(2)O2　1.5
(3)促进铬酸钠转化为重铬酸钠　(4)小于
2．金属钒被誉为“合金的维生素”。从废钒(主要成分为V2O5、Fe2O3、SiO2等)中回收V2O5的一种工艺流程如下图所示：

已知：
步骤②、③中的转化过程可简化为：Rn＋(水层)＋nHA(有机层)RAn(有机层)＋nH＋(水层)(式中Rn＋表示VO2＋或Fe3＋，HA表示有机萃取剂)
回答下列问题：
(1)步骤①酸浸过程中发生氧化还原反应的化学方程式为___________________，滤渣的成分为________。
(2)萃取时应加入适量碱的作用是________________________。
(3)步骤④中反应的离子方程式为____________________。
(4)沉钒所得NH4VO3为离子化合物，NH的电子式为________。
(5)V2O5是两性氧化物，在强酸性溶液中以VO形式存在，VO具有强氧化性，能将I－氧化为I2，本身被还原为VO＋，则V2O5与氢碘酸反应的离子方程式为_______________________________________________________
_____________________________________________________。
[解析]　(1)由浸出液的成分可知V2O5→VO2＋，故反应的化学方程式为V2O5＋K2SO3＋2H2SO4===K2SO4＋2VOSO4＋2H2O，在酸浸时V2O5、Fe2O3均溶解，而SiO2不溶，故滤渣的成分为SiO2。
(2)由Rn＋(水层)＋nHA(有机层)RAn(有机层)＋nH＋(水层)可知，加入碱，c(H＋)减小，平衡右移，有利于R进入有机层，提高萃取率。
(3)由反应后的溶液成分可知VO2＋→VO、KClO3→Cl－，故反应的离子方程式为ClO＋6VO2＋＋3H2O===Cl－＋6VO＋6H＋。
(5)由题目分析知V2O5和氢碘酸反应中V2O5→VO＋、I－→I2，故反应的离子方程式为：V2O5＋4I－＋6H＋===2I2＋2VO＋＋3H2O。
[答案]　(1)V2O5＋K2SO3＋2H2SO4===K2SO4＋2VOSO4＋2H2O　SiO2
(2)使平衡右移，提高萃取率
(3)6VO2＋＋ClO＋3H2O===Cl－＋6VO＋6H＋

(5)V2O5＋4I－＋6H＋===2VO＋＋2I2＋3H2O

[真题验收]
1．(2020·全国卷Ⅲ，T7)宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石颜料[主要成分为Cu(OH)2·CuCO3]，青色来自蓝铜矿颜料[主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3]。下列说法错误的是(　　)
A．保存《千里江山图》需控制温度和湿度
B．孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化
C．孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱
D．Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3
C　[Cu(OH)2和CuCO3在高温时均易分解，在潮湿的空气中会有微量溶解，因此保存《千里江山图》需控制温度和湿度，A项正确；孔雀石和蓝铜矿颜料中的Cu元素均为＋2价，处于Cu元素的最高价态，因此孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化，B项正确；Cu(OH)2和CuCO3均能与酸发生反应，C项错误；Cu(OH)2中Cu的质量分数约为65.3%，CuCO3中Cu的质量分数约为51.6%，因此Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3中铜的质量分数，D项正确。]
2．(2020·江苏高考，T3)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　[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。]
3．(2020·全国卷Ⅰ，T26)钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。

该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Al3＋
Mn2＋
开始沉淀pH
1.9
7.0
3.0
8.1
完全沉淀pH
3.2
9.0
4.7
10.1
回答下列问题：
(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是_________________________________
_____________________________________________________。
(2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VO，同时还有________离子被氧化。写出VO＋转化为VO反应的离子方程式__________________________
_____________________________________________________。
(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，随滤液②可除去金属离子K＋、Mg2＋、Na＋、________，以及部分的________。
(4)“沉淀转溶”中，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是________。
(5)“调pH”中有沉淀生成，生成沉淀反应的化学方程式是
_____________________________________________________。
(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是_______________________________________________________
_____________________________________________________。
[解析]　(1)“酸浸氧化”中温度较低时，酸浸和氧化反应速率较慢，加热的目的是加快酸浸和氧化反应速率。(2)从原料看，“酸浸氧化”中四氧化三铁溶于稀硫酸，发生反应Fe3O4＋4H2SO4===FeSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O，加入的二氧化锰除氧化VO＋和VO2＋外，还氧化Fe2＋。VO＋转化为VO反应的离子方程式为VO＋＋MnO2＋2H＋===VO＋Mn2＋＋H2O。(3)根据表格中数据知，pH在3.0～3.1时，铁离子接近沉淀完全，少量铁离子随滤液②除去，Al3＋部分沉淀，大量铝离子随滤液②除去，K＋、Mg2＋、Na＋、Mn2＋随滤液②除去。(4)在pH>13的强碱性溶液中，V2O5·xH2O转化为钒酸盐而溶解，Al(OH)3转化为Na[Al(OH)4]而溶解，Fe(OH)3不溶，故滤渣③的主要成分是Fe(OH)3。(5)pH＝8.5时铝元素沉淀，故“调pH”时生成氢氧化铝沉淀，反应的化学方程式为Na[Al(OH)4]＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O。(6)“沉钒”时要使NH4VO3尽可能析出完全，利用同离子效应，加入过量NH4Cl可达到此目的。
[答案]　(1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)
(2)Fe2＋　VO＋＋MnO2＋2H＋===VO＋Mn2＋＋H2O
(3)Mn2＋　Al3＋和Fe3＋
(4)Fe(OH)3
(5)Na[Al(OH)4]＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O
(6)利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全
[新题预测]
金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀而被广泛用作高新科技材料。以钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛同时获得副产品甲的工业生产流程如图所示。

请回答下列问题：
(1)钛酸亚铁(用R表示)与碳在高温下反应的化学方程式为2R＋C2Fe＋2TiO2＋CO2↑，钛酸亚铁的化学式为_____________；
钛酸亚铁和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，该反应的化学方程式为_______________________________________________________
_____________________________________________________。
(2)上述生产流程中加入铁屑的目的是________。此时溶液Ⅰ中含有Fe2＋、TiO2＋和少量Mg2＋等阳离子，常温下，其对应氢氧化物的Ksp如表所示。
氢氧化物
Fe(OH)2
TiO(OH)2
Mg(OH)2
Ksp
8.0×10－16
1.0×10－29
1.8×10－11
若将含有Fe2＋、TiO2＋和Mg2＋的溶液加水稀释，立即析出大量白色沉淀，该反应的离子方程式为___________________________。
(3)除去所得金属钛中少量Mg，可选用的试剂是________。
[解析]　(1)由2R＋C2Fe＋2TiO2＋CO2↑，根据原子守恒，可推知钛酸亚铁的化学式为FeTiO3。钛酸亚铁和浓硫酸反应，生成TiOSO4，无气体生成，元素Ti的化合价不变，说明发生非氧化还原反应，则产物中还有FeSO4，故该反应的化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4(浓)===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。 (2)钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是FeSO4，加入铁屑，可防止Fe2＋被氧化。根据题表提供的Ksp数据知，三种物质组成类型相同且TiO(OH)2的溶度积常数最小，则加水稀释，立即析出的白色沉淀为TiO(OH)2。
[答案]　(1)FeTiO3　FeTiO3＋2H2SO4(浓)===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O　(2)防止Fe2＋被氧化　TiO2＋＋2H2O===TiO(OH)2↓＋2H＋(或TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋)　(3)稀盐酸