第20讲 金属材料、矿物开发利用、热重分析 -备战2023年高考化学【一轮·夯实基础】复习精讲精练

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【复习目标】
1．了解合金的定义及特点，分类、组成及用途。
2．了解金属材料的分类。
3．掌握金属冶炼的反应原理，了解金属冶炼的一般步骤。
4．掌握金属冶炼的常用方法。
【知识精讲】
1．合金的概念及性能

【例题1】正误判断(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)将MgO与铝粉混合发生铝热反应制备镁。( )
2．常见的金属材料
（1）金属材料分类

（2）几种常见的合金
①铁合金

②铝合金

③铜合金
④新型合金
【例题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( )
A．合金的性质与其成分金属的性质不完全相同
B．锈蚀后的铁制品没有回收价值
C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
D．越活泼的金属越难冶炼
【例题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
3．金属矿物的开发利用
（1）金属在自然界中的存在形态
（2）金属冶炼的实质
金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即Mn＋＋ne－===M(写反应通式，用M表示金属)。
（3）金属冶炼的方法
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。
例如下列金属的冶炼：
说明：
①工业上冶炼铝用电解熔融Al2O3而不用电解熔融AlCl3，是因为AlCl3为共价化合物，熔融时不导电。
②冶炼镁用电解熔融的MgCl2而不用电解熔融MgO，是因为MgO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。
【例题4】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
【例题5】不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是( )
A．钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制
B．铝及其合金是电气、工业、家庭广泛使用的材料，是因为铝的冶炼方法比较简单
C．由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质
D．炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制造还原剂一氧化碳
【例题6】以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2、少量FeS2)为原料，生产Fe3O4的部分工艺流程如下：
下列说法错误的是( )
A．用NaOH溶液吸收焙烧过程产生的SO2有利于保护环境和资源再利用
B．从高硫铝土矿中可制得Al、Fe的化合物
C．向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由AlOeq \\al(－,2)转化为Al3＋
D．FeS2与Fe2O3混合后在无氧条件下焙烧的目的是生成Fe3O4和SO2
4．热重分析判断金属及其化合物的组成
（1）分析方法
金属化合物的热重分析研究对象一般为各种金属含氧酸盐、金属氢氧化物、金属氧化物的热分解过程，一般为先失水、再分解、后氧化。
如CC2O4·2H2O在空气中加热时，受热分解过程分为三个阶段：
第一阶段，失去结晶水生成盐：CC2O4·2H2O→CC2O4。
第二阶段，盐受热分解生成氧化物：CC2O4→CO。
第三阶段，低价态氧化物与空气中的氧气反应生成高价态氧化物：CO→C2O3(或C3O4)。
注意：
①每个阶段有可能还分为不同步骤，如第一阶段中可能分步失去不同的结晶水，而不是一步失去所有的结晶水。
②如果是变价金属元素，则在空气中加热产物可能为多种价态的金属氧化物。
（2）基本方法和思路
①设晶体(金属化合物)为1 ml，其质量为m。
②失重一般是先失水，再失非金属氧化物。
③计算每步固体剩余的质量m(余)，则固体残留率＝eq \f(m余,m)×100%。
④晶体中金属质量不再减少，仍在m(余)中。
⑤失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m(氧元素)，由n(金属)∶n(氧元素)，即可求出失重后物质的化学式。
【例题7】8.34 g FeSO4·7H2O(M＝278 g·ml－1)样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示，下列说法正确的是( )（双选）
A．温度为78 ℃时，固体M的化学式为FeSO4·5H2O
B．温度为159 ℃时，固体N的化学式为FeSO4·H2O
C．在隔绝空气条件下，由N得到P的化学方程式为FeSO4·H2Oeq \(=====,\s\up7(高温))FeSO4＋H2O
D．取适量380 ℃时所得的样品P，隔绝空气加热至650 ℃，得到一种固体Q，同时有两种无色气体生成，Q的化学式为Fe3O4
【例题8】将草酸锌晶体(ZnC2O4·2H2O)加热分解可得到一种纳米材料。加热过程中固体残留率随温度的变化如图所示，300～460 ℃范围内，发生反应的化学方程式为______________________。
【例题9】将Ce(SO4)2·4H2O(摩尔质量为404 g·ml－1)在空气中加热，样品的固体残留率
(eq \f(固体样品的剩余质量,固体样品的起始质量)×100%) 随温度的变化如下图所示。
当固体残留率为70.3%时，所得固体可能为______(填字母)。
A．Ce(SO4)2 B．Ce2(SO4)3 C．CeOSO4
【真题演练】
1．（2022·山东·高考真题）高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下，可能用到的数据见下表。
下列说法错误的是（ ）
A．固体X主要成分是和S；金属M为Zn
B．浸取时，增大压强可促进金属离子浸出
C．中和调pH的范围为3.2~4.2
D．还原时，增大溶液酸度有利于Cu的生成
2．（2022·浙江·高考真题）下列说法正确的是（ ）
A．工业上通过电解六水合氯化镁制取金属镁
B．接触法制硫酸时，煅烧黄铁矿以得到三氧化硫
C．浓硝酸与铁在常温下不能反应，所以可用铁质容器贮运浓硝酸
D．“洁厕灵”(主要成分为盐酸)和“84消毒液”(主要成分为次氯酸钠)不能混用
3．（2022·浙江·高考真题）下列说法正确的是（ ）
A．铁与碘反应易生成碘化铁
B．电解ZnSO4溶液可以得到Zn
C．用石灰沉淀富镁海水中的Mg2+，生成碳酸镁
D．SO2通入BaCl2溶液中生成BaSO3沉淀
4．（2021·湖南·高考真题）下列说法正确的是（ ）
A．糖类、蛋白质均属于天然有机高分子化合物
B．粉末在空气中受热，迅速被氧化成
C．可漂白纸浆，不可用于杀菌、消毒
D．镀锌铁皮的镀层破损后，铁皮会加速腐蚀
5．（2020·浙江·高考真题）下列说法不正确的是（ ）
A．[Cu(NH3)4]SO4可通过CuSO4溶液与过量氨水作用得到
B．铁锈的主要成分可表示为Fe2O3·nH2O
C．钙单质可以从TiCl4中置换出Ti
D．可用H2还原MgO制备单质Mg
6．（2020·浙江·高考真题）下列说法不正确的是（ ）
A．高压钠灯可用于道路照明
B．可用来制造光导纤维
C．工业上可采用高温冶炼黄铜矿的方法获得粗铜
D．不溶于水，可用作医疗上检查肠胃的钡餐
7．（2020·浙江·高考真题）下列关于铝及其化合物说法，不正确的是（ ）
A．明矾可用作净水剂和消毒剂B．利用铝热反应可冶炼高熔点金属
C．铝可用作包装材料和建筑材料D．氢氧化铝可用作治疗胃酸过多的药物
【课后精练】
第I卷（选择题）
1．（2022·河南河南·高三阶段练习）邮票记载了我国发展历程，形象地呈现了人类与化学相互依存的关系，下列邮票相关的叙述中没有发生化学变化的是（ ）
A．AB．BC．CD．D
2．（2021·全国·高三专题练习）我国古代地理名著《水经注》中有如下记载：“屈茨二百里有山，夜则火光，昼则旦烟，人取此山石炭冶此山铁，恒充三十六国用”，下列有关理解正确的是（ ）
A．“石炭”是焦炭B．“山铁”是单质铁
C．“石炭”能用于还原铁矿石D．“石炭”夜晚燃烧时不冒烟
3．（2022·浙江金华·高三阶段练习）下列物质对应的化学式不正确的是（ ）
A．石炭酸：B．黄铁矿的主要成分：
C．生石膏：D．冰晶石：
4．（2022·浙江宁波·高三阶段练习）下列说法不正确的是（ ）
A．炼铁高炉中的炉渣沉降在铁水底部除去
B．铝与浓硫酸、溶液都能反应
C．工业制硝酸的第一步是在催化剂条件下，被氧化成
D．向紫色石蕊试液中通入过量，溶液变红不褪色
5．（2022·全国·模拟预测）化学创造美好生活。下列生产活动中，没有运用相应化学原理的是（ ）
A．AB．BC．CD．D
6．（2021·吉林·长春市第二十九中学高三阶段练习）下列物质的制备与工业生产相符合的是（ ）
A．
B．
C．制取镁：海水
D．铝土矿
7．（2022·江苏南京·二模）氧化物在生产生活中有广泛应用。下列有关氧化物的性质与用途具有对应关系的是（ ）
A．CO有还原性，可用于高炉炼铁
B．SiO2硬度高，可用作半导体材料
C．Al2O3具有两性，可用作耐火材料
D．ClO2易溶于水，可用于自来水消毒
8．（2021·广西·河池高中高三阶段练习）下列有关金属冶炼的原理，错误的是（ ）
A．B．
C．Fe2O3+3CO2Fe+3CO2D．2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
9．（2020·全国·高三专题练习）工业上用铝土矿主要成分，含、等杂质冶炼铝的主要流程如图：
注：碱溶时转变为铝硅酸钠沉淀
下列叙述错误的是（ ）
A．操作I增大NaOH溶液用量可提高的浸取率
B．操作Ⅱ、Ⅲ为过滤，操作Ⅳ为灼烧
C．通入过量的离子方程式为
D．加入的冰晶石目的是降低的熔融温度
10．（2022·全国·高三专题练习）以含钴废渣(主要成分为CO和C2O3，含少量Al2O3和ZnO)为原料制备CCO3的工艺流程如图：
下列说法正确的是（ ）
A．酸浸时可采用高温提高酸浸速率
B．除铝时加入Na2CO3溶液过滤后所得滤渣是Al2(CO3)3
C．萃取时萃取剂总量一定，分多次加入萃取比一次加入萃取效果更好
D．沉钴时将含C2+的溶液缓慢滴加到Na2CO3溶液中，可提高CCO3的产率
11．（2022·全国·高三专题练习）由含硒废料(主要 含S、Se 、Fe2O3、CuO 、ZnO 、SiO2等)制取硒的流程如图：
下列有关说法正确的是（ ）
A．“分离”时得到含硫煤油的方法是蒸馏
B．“酸溶”时能除去废料中的全部氧化物杂质
C．“酸化”的离子反应为：+2H+=Se↓+SO2↑+H2O
D．若向“酸溶”所得的滤液中加入少量铜，铜不会溶解
12．（2022·北京育才学校三模）下列说法不正确的是（ ）
A．原子光谱可用于鉴定氢元素B．电解法可用于冶炼铝等活泼金属
C．分馏法可用于提高石油中乙烯的产量D．焰色试验可用于区分NaCl和KCl
13．（2022·全国·高三专题练习）从砷化镓废料(主要成分为GaAs、、和)中回收镓和砷的工艺流程如图所示。
下列说法错误的是（ ）
A．“碱浸”时，温度保持在70℃的目的是提高“碱浸”速率，同时防止过度分解
B．滤渣Ⅲ的主要成分是
C．“旋流电积”所得“尾液”溶质主要是，可进行循环利用，提高经济效益
D．得到的操作为直接蒸干
14．（2022·全国·高三专题练习）锡酸钠晶体()在染料工业上用作媒染剂。以锡碲渣废料(主要成分是SnO、TeO，还含有少量Fe、Te、Sb、Pb、As等元素的氧化物)为原料，制备锡酸钠晶体的工艺流程如图：
已知：水碎液中溶质的主要成分为、、、、，均为强电解质。下列说法不正确的是（ ）
A．“碱溶”时，SnO发生反应的化学方程式为
B．“除Sb”时发生反应的离子方程式为
C．“除Te”过程中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶1
D．在“浓缩、结晶”时，加入NaOH的主要目的是有利于锡酸钠的结晶析出
15．（2020·湖北·公安县第三中学高三阶段练习）下列物质的制备与工业生产相符的是（ ）
①NH3NOHNO3
②浓HClCl2 漂白粉
③MgCl2(aq) 无水MgCl2Mg
④饱和NaCl(aq) NaHCO3Na2CO3
⑤铝土矿NaAlO2溶液 Al(OH)3 Al2O3Al
A．①④⑤B．①③⑤C．②③④D．②④⑤
16．（2022·浙江省宁波市鄞州中学模拟预测）下列说法不正确的是（ ）
A．工业制备硝酸的主要设备为热交换器、接触室和吸收塔
B．工业炼铁时，铁矿石和焦炭从炼铁高炉的上口加入
C．从海带中提取碘的工业生产步骤：浸泡→碱化→过滤→氧化→结晶→过滤→提纯
D．玻璃是将石灰石、纯碱、石英在玻璃熔炉中高温熔融制得的
第II卷（非选择题）
17．（2020·广西·高三阶段练习）铝氢化钠（NaAlH4）是有机合成中的一种重要还原剂。以铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质）为原料制备铝氢化钠的一种工艺流程如图：
请根据所学知识回答下列问题：
（1）为了提高“碱溶”效率，在“碱溶”前对铝土矿进行的处理措施是___________；“过滤I”所得滤渣的主要成分为____________。
（2）反应I中主要反应的离子方程式为____________________。
（3）反应III的化学方程式为________________。
（4）某学习小组对上面的工艺流程进行适当改变（如图所示。粗线框内为改变的流程），也达到了相同的目标。
①A溶液可选用下列选项中的___________（填标号）。
a NaOH溶液 b NH3·H2O溶液
c NaHCO3溶液 d Na2CO3溶液
②通常使用的B气体是________，通入过量B气体，滤液3中的主要溶质是____（填化学式）。
（5）铝氢化钠遇水发生剧烈反应生成偏铝酸钠和氢气，用此反应测定上述产品中铝氢化钠的纯度 （产品中杂质不与水反应），若用如图所示装置 （部分夹持仪器省略），则测出的最终结果准确度更高的是_________（填“甲”或“乙”）。
18．（2022·河南河南·模拟预测）高纯硫化锂(Li2S)是一种潜在的锂离子电池电解质材料。一种制备Li2S的工艺流程如下：
已知Li2S易潮解，加热条件下易被氧化。
回答下列问题：
(1)上述流程中多次用到Ar，其目的是___________。
(2)实验室常用FeS与稀硫酸反应制备H2S，该反应的离子方程式为_______________，所用发生装置与制备___________(任写一种气体化学式)发生装置相同。
(3)“LiHS制备”过程所用实验装置(夹持仪器与加热装置均省略)如图：
①仪器X的名称为___________，冷却水从___________(填“a”或“b”)进入。
②图中两个空锥形瓶的作用是___________。
③试剂Y为___________。
(4)“热解”时反应的化学方程式为___________，适宜的加热方式为___________ (填“ 油浴”或“水浴”)加热。
(5)该工艺中，Li2S的产率为___________%(结果保留两位小数)。
19．（2022·江西·模拟预测）地壳中含量最多的金属元素是铝，其单质和化合物广泛应用于日常生活中。
(1)双羟基铝碳酸钠[NaAl(OH)2CO3]是一种常用的抗酸药，它与胃酸（成分为盐酸）反应的化学方程式为_________________________。
(2)可以用电镀法在钢制品上电镀铝，为测定镀层厚度，用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应消耗2mlNaOH时，所得气体在标况下的体积为______L。
(3)如图是从铝土矿(主要成分为Al2O3，还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质)中提取Al2O3并生产AlN的工艺流程：
①“溶解”时，SiO2与NaOH溶液反应生成的硅酸钠与溶液中偏铝酸钠发生反应：2NaSiO3+2NaAlO2+2H2O=Na2Al2Si2O8+4NaOH，“赤泥”的主要成分为_________。(写化学式)
②“酸化”时，通入过量的CO2与NaAlO2溶液反应，生成的滤液中溶质的主要成分是______。(写名称)
③“还原”时，炭黑在高温下被氧化为CO，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为__________，Al2O3的电子式为_______________。
(4)1L某混合溶液，可能含有的离子如表：
往该溶液中逐滴加入NaOH溶液，产生沉淀的物质的量(n)与加入NaOH溶液的体积(v)的关系如图所示。
①该溶液中一定含有的离子是___________________。
②V1、V2、V3、V4之间的关系为___________________。
20．（2022·广西玉林·一模）用废镍触媒(主要成分为Ni，含少量的NiO、Al2O3、Fe3O4及其他杂质)制备硫酸镍的过程如下图所示：
已知：
①常温下，几种难溶碱开始沉淀和完全沉淀的pH如下表：
②金属离子浓度≤1.0×10-5ml·L-1时，可以认为该金属离子已经沉淀完全。
③Ni的常见化合价为+2、+3。
回答下列问题：
(1)为加快碱化除铝的速率，可以采取的措施是_______(列举一条即可)。
(2)用离子方程式表示加入双氧水的目的_________________。
(3)酸化时，反应温度对产品收率的影响有如下数据：
本反应选取的最佳温度范围为_______，温度低产品收率低的原因为____________。
(4)如果加入双氧水的量不足或“保温时间较短”，对实验结果的影响是产品中混有绿矾。设计实验证明产品中是否含杂质Fe2+(不考虑硫酸镍影响)：____________。
(5)通过该题数据可知Ksp[Fe(OH)3]为____________。
21．（2022·全国·高三专题练习）硫酸四氨合铜晶体[Cu(NH3)4SO4·H2O，相对分子质量为246]是深蓝色正交晶体，易溶于水，不溶于乙醇等有机溶剂。常用作杀虫剂、媒染剂，也是高效、安全的广谱杀菌剂、植物生长激素。某兴趣小组设计利用下图装置制备硫酸四氨合铜晶体。
回答下列问题：
(1)仪器乙的化学名称为__________，仪器甲中发生反应的离子方程式为_________。
(2)小组有同学提出可以用铜和浓硫酸反应制备硫酸铜，立即遭到其他同学的否定，理由是_______(写一种)。
(3)小组同学拟用浓氨水和氢氧化钠快速反应制备氨气，应选用装置_______(填字母)，该原理能够快速制备氨气的原因____________(请结合平衡移动解释)。
(4)反应后取下仪器甲，向其中缓缓加入95%乙醇溶液，过滤，用_______洗涤，得到Cu(NH3)4SO4·H2O晶体。加入乙醇的速度不能过快，目的是____________。
(5)准确称取ag晶体，溶解后加入足量NaOH溶液，加热并将产生的氨气用V1mL0.100ml·L-1的盐酸完全吸收，然后用0.100ml·L-1NaOH溶液滴定剩余的盐酸，消耗NaOH溶液V2mL，则晶体的纯度为____________(用有关字母表示，不用化简)。
22．（2022·全国·高三专题练习）氯化铁在工农业生产中有着广泛应用。某化学活动小组以废铁屑为原料，设计探究氯化铁制备的实验方案。
查阅资料：①无水氯化铁在100℃左右时升华。②氯化铁遇水蒸气强烈水解。
I.干法制取
(1)预处理的目的是除去铁屑表面附着的油脂，操作方法为____________。
(2)仪器甲的名称为_______，装置A中反应的离子方程式为______________________。
(3)实验装置的连接顺序是A→______→_____→_____→_____→_____。_______
II.湿法制备
实验步骤：
①将处理后的废铁屑加入三颈烧瓶中，缓慢加入适当过量的稀盐酸，得到含FeCl2的混合液。
②缓慢通入足量的氯气。
③将三颈烧瓶中的FeCl3混合液转移出来，分离提纯得到无水氯化铁固体。
(4)加入适当过量的稀盐酸，目的是_______。
(5)通入足量的氯气后，确认不存在Fe2+的操作是_______。
(6)从溶液中分离提纯得到无水氯化铁固体的方法是_______。
III.纯度测定
(7)准确称量mg固体，溶于稀盐酸配成100mL溶液，取出10mL置于锥形瓶中，加入过量的KI溶液充分反应，加入几滴淀粉溶液，用aml·L-1Na2S2O3溶液滴定三次，消耗Na2S2O3溶液的平均值为VmL。滴定终点的现象为____________，氯化铁的纯度为____________(I2+2Na2S2O3=Na2S4O6+2NaI)。方法名称
主要反应原理(举例)
热分解法
2HgO2Hg＋O2↑
2Ag2O4Ag＋O2↑
热还原法
CO作还原剂
Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2(高炉炼铁)
H2作还原剂
WO3＋3H2W＋3H2O
铝热反应
Fe2O3＋2Aleq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3
电解法
2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up11(电解),\s\d4(冰晶石))4Al＋3O2↑
MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑
2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑
开始沉淀pH
1.9
4.2
6.2
沉淀完全pH
3.2
6.7
8.2
A．上海炼钢厂将生铁炼成钢
B．春牛耕种田地
C．中国第一颗人造卫星发射
D．用侯氏制碱法生产纯碱
选项
生产活动
化学原理
A
食品中添加适量二氧化硫
SO2可以起到漂白、防腐、抗氧化等作用
B
利用氯碱工业制备氢氧化钠
溶液中Na2CO3与Ca(OH)2反应
C
高炉炼铁
CO高温下还原铁矿石
D
利用冰箱冷藏食物
温度低时，化学反应速率慢
可能大量含有的阳离子
H+、Mg2+、Al3+、NH
可能大量含有的阴离子
Cl-、CO
沉淀物
开始沉淀
完全沉淀
Al(OH)3
3.8
5.2
Fe(OH)3
2.7
3.2
Fe(OH)2
7.6
9.7
Ni(OH)2
7.1
9.2
温度/°C
70
75
80
85
90
95
收率/%
53.3
62.7
70.2
77.1
81.5
81.45