高考化学一轮复习精讲精练第12讲 镁、铝、铜及其化合物 金属冶炼（精讲）（2份打包，解析版+原卷版，可预览）

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第12讲 镁、铝、铜及其化合物 金属冶炼
【考情分析】
1.掌握镁、铝、铜的主要性质及其应用。
2.掌握镁、铝、铜的重要化合物的主要性质及其应用。
3.了解镁、铝、铜及其重要化合物的制备方法。
【核心素养分析】
1.宏观辨识与微观探析：认识金属材料的性能和应用，根据金属及其化合物的性质理解常见金属的冶炼原理。
2.科学态度与社会责任：根据金属的冶炼原理及方法，认识开发利用金属矿物应具有可持续性，培养绿色环保意识。
3.科学探究与创新意识：科学领悟铜、铝及其化合物的性质及探究方案并进行实验探究，得出其主要性质。
【重点知识梳理】
知识点一 铝、镁的性质及应用
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。铝是地壳中含量最多的金属元素。自然界中的铝全部以化合态的形式存在。
2．金属铝的物理性质
银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。
3．金属铝的化学性质

①4Al＋3O22Al2O3
②2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
③2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
④2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
4．铝热反应
实验装置

实验现象
①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
实验结论
高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3
原理应用
①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等，
3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3；
②金属焊接，如野外焊接钢轨等
5.铝的制备和用途
(1)制备原理
电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
【特别提醒】工业上冶炼Al用电解熔融Al2O3而不用AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融态不导电。
(2)铝的用途
纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。
【归纳总结】对比记忆铝、镁的化学性质

铝
镁
与非金属反应
能被Cl2、O2氧化
2Mg＋O22MgO
3Mg＋N2Mg3N2
与水反应
反应很困难
能与沸水反应
Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑
与碱反应
能溶于强碱溶液
不反应
与某些氧化物反应
能与Fe2O3、MnO2、Cr2O3等金属氧化物发生铝热反应
能在CO2中燃烧：
2Mg＋CO22MgO＋C
【特别提醒】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n(H＋)∶n(OH－)＝3∶1。
(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：
①消耗Al的物质的量之比为1∶3。
②生成H2的物质的量之比为1∶3。
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：
若产生氢气的体积比为＜＜1，则必定
①铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。
②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。
知识点二 铝的重要化合物
1．氧化铝
(1)物理性质：白色固体，难溶于水，熔点很高。
(2)化学性质

2．氢氧化铝
(1)物理性质：白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。
(2)化学性质(用化学方程式表示)
Al(OH)3的电离方程式为
酸式电离：Al(OH)3＋H2O [Al(OH)4]－＋H＋
碱式电离：Al(OH)3Al3＋＋3OH－

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
①Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
②Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－。
③2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。
(3)制备
①向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O ===Al(OH)3↓＋3NH。
②Na[Al(OH)4]溶液中通入足量CO2，离子方程式为
[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO。
③Na[Al(OH)4]溶液与AlCl3溶液混合：3[Al(OH)4]－＋Al3＋===4Al(OH)3↓。
3．常见的铝盐
(1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。
(2)明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH＜(填“＜”“>”或“＝”)7。明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中的杂质形成沉淀而净水。
【方法拓展】数形结合与“铝三角”
1．Al3＋、Al(OH)3、[Al(OH)4]－之间的转化关系

(1)①Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
②Al3＋＋3[Al(OH)4]－===4Al(OH)3↓
③Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
(2)Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
(3)Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－
(4)[Al(OH)4]－＋4H＋===Al3＋＋4H2O
(5)①[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
②[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O
(6)Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－
2．铝三角的应用
(1)选择制备Al(OH)3的最佳途径
①由Al3＋制备Al(OH)3，宜用Al3＋与氨水反应：
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
②由NaAlO2制备Al(OH)3宜用CO2与AlO反应：
2H2O＋AlO＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
③从节约原料角度，由Al制备Al(OH)3，宜用Al制备Al3＋，Al制备AlO，然后将二者混合：
Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓
(2)有关离子共存问题
①与Al3＋不能大量共存的(阴)离子有：OH－、AlO、HS－、SiO、CO、HCO、SO等。
②与AlO不能大量共存的(阳)离子有：H＋、Al3＋、NH、Fe2＋、Fe3＋等。
③AlO与HCO因发生(相对)强酸制弱酸的反应而不能共存。
(3)分析离子反应顺序
①向含有Al3＋、NH、H＋的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，反应顺序是：Ⅰ.H＋＋OH－===H2O；Ⅱ.Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓(若先与NH反应，则生成的NH3·H2O又使Al3＋沉淀且生成NH)；Ⅲ.NH＋OH－===NH3·H2O[若先溶解Al(OH)3，则产生的AlO又与NH反应生成沉淀]；Ⅳ.Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。
②向含有AlO、CO、OH－的混合溶液中逐滴加入盐酸，反应顺序是：Ⅰ.OH－＋H＋===H2O；Ⅱ.AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓(AlO比CO先反应)；Ⅲ.CO＋H＋===HCO；Ⅳ.HCO＋H＋===CO2↑＋H2O[HCO比Al(OH)3先反应]；Ⅴ.Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
知识点三 铜及其化合物
1．铜
(1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。
(2)化学性质
反应物
化学方程式
非金属
O2
①潮湿的空气中：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜，绿色)
②　2Cu＋O22CuO　(__黑色__固体)
Cl2
　Cu＋Cl2CuCl2　(__棕黄__色烟)
S
　2Cu＋SCu2S　
氧化
性酸
浓硫酸
　Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O　
浓硝酸
　Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　
稀硝酸
　3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　
盐
AgNO3、
FeCl3
　Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag　、　
Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2　
2.铜的氧化物和氢氧化物

氧化铜
氧化亚铜
氢氧化铜
化学式
CuO
Cu2O
Cu(OH)2
状态
不溶于水的黑色固体(粉末)
不溶于水的红色固体
不溶于水的蓝色固体
化学
性质
①CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O
②CuO＋H2Cu＋H2O
③CuO＋COCu＋CO2
①Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
②Cu2O＋H22Cu＋H2O
①Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O
②Cu(OH)2
CuO＋H2O
3.铜盐
(1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，它是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，它受热易分解：Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑　。　
(2)无水CuSO4是白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为反应产物中是否含水的检验依据，但不适于作干燥剂。CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾，受热易分解：CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O↑，蓝色晶体受热转化为白色粉末。
(3)铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的害虫。
知识点四 合金　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：合金具有不同于各成分金属的物理、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。
2．常见金属材料及应用
金属材料—
(1)重要的黑色金属材料——钢
钢是用量最大、用途最广的合金。
钢
(2)几种有色金属材料
铝及铝合金
铜及铜合金
【归纳总结】合金的组成与性质
(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。合金一定是混合物。
(2)常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。
(3)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
3．金属的性质与金属冶炼
(1)应用金属活动顺序表整合金属的性质
金属活动性顺序
K、Ca、Na
Mg
Al、Zn
Fe、Sn、Pb(H)
Cu、Hg、Ag
Pt、Au
与O2反应
常温下易被氧化，点燃生成过氧化物或其他复杂氧化物
常温下一般生成致密的氧化膜(铁在潮湿的空气中生成疏松的铁锈，不能保护内部金属)
加热化合
不反应
与H2O反应
常温下生成碱和氢气
与热水反应
有碱存在与水反应
与高温水蒸气反应
不反应
与非氧化性酸反应
生成盐和氢气
生成盐和氢气
不反应
与盐溶液反应
先与水反应，生成的碱再与盐反应
排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来
(2)金属活动顺序与金属冶炼的关系

①热分解法：适用于不活泼的金属，如Hg和Ag。由HgO冶炼Hg的化学方程式：2HgO2Hg＋O2↑；由Ag2O冶炼Ag的化学方程式：2Ag2O4Ag＋O2↑。
②热还原法：用还原剂(C、CO、H2、Al等)还原金属氧化物，适合较活泼的金属。
完成冶炼铁、锌、钨的化学方程式：
a．CO还原Fe3O4：Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2；
b．C还原ZnO：ZnO＋CZn＋CO↑；
c．H2还原WO3：WO3＋3H2W＋3H2O。
③电解法：适合冶炼金属活动性很强的金属(一般指在金属活动性顺序中排在锌前面的金属)。
工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑、
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑、2Al2O34Al＋3O2↑。
【典型题分析】
高频考点一 铝及其化合物性质
例1.（江苏卷）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
【变式探究】（高考组合题）下列说法错误的是（ ）
A. (2018·江苏卷) KAl(SO4) 2·12H2O溶于水可形成 Al(OH)3胶体
B. (2019·江苏卷) 0.1 mol·L-1 NaOH溶液:Na+、K+、CO32-、AlO2-能大量共存
C. (江苏卷) 室温下，Al与4.0 mol﹒L-1NaOH溶液反应生成NaAlO2
D.(2019·江苏卷) 因为Al2O3具有两性，所以可用于电解冶炼铝
【变式探究】 (2018·全国卷Ⅰ)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：

下列叙述错误的是 (　　)
A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋
D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
高频考点二 与Al(OH)3有关的图像
例2.（河南郑州实验中学模拟）向含Al2(SO4)3和AlCl3的混合溶液中逐滴加入1 mol·L－1 Ba(OH)2溶液至过量，加入Ba(OH)2溶液的体积和所得沉淀的物质的量的关系如图，下列说法不正确的是(　　)

A．图中C点铝元素存在形式是AlO
B．向D点溶液中通入CO2气体，立即产生白色沉淀
C．原混合溶液中c[Al2(SO4)3]∶c(AlCl3)＝1∶2
D．OA段反应的离子方程式为2Al3＋＋3SO＋3Ba2＋＋8OH－===2AlO＋3BaSO4↓＋4H2O
【方法技巧】与Al(OH)3沉淀生成有关的图像分析
(1)可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像(从上述转化关系中选择符合图像变化的离子方程式，下同)
操作
可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量
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→渐多→最多→渐少→消失
无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
图像


方程式序号
AB：(1)③
AB：(3)
BD：(6)
BC：(1)②
(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像
操作
偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量
稀盐酸中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过量
现象
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
无沉淀→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
图像


方程式序号
AB：(5)②
AB：(4)
BC：(2)
BC：(1)②
【变式探究】（江苏盐城一中模拟）向0.1 L浓度均为0.1 mol·L－1的NaOH和NaAlO2混合溶液中逐滴加入同浓度的盐酸。下列图象正确的是 (　　)

高频考点三 有关铝及其化合物的工艺流程题
例3.（2018·江苏卷）以高硫铝土矿（主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐）为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：

（1）焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为______________________。
（2）添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如题16图所示。

已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃
硫去除率=（1—）×100%
①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于__________________。
②700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是______________________________________________________。
（3）向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由_______________（填化学式）转化为_______________（填化学式）。
（4）“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n（FeS2）∶n（Fe2O3）=__________________。
【变式探究】（2017·江苏卷）铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：

注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_____________________。
（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH_________ (填“增大”、“不变”或“减小”)。
（3）“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是___________。
（4）铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是_____________________。
高频考点四 铜及其化合物的性质及转化
例4. (2018·海南卷)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，该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”)，原因是______________________________。
(3)溶液中Cu2＋的浓度可采用碘量法测得：
①2Cu2＋＋5I－===2CuI↓＋I
②I＋2S2O===S4O＋3I－
反应①中的氧化剂为________。
【变式探究】(江淮十校第二次联考)下列实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是(　　)
A．将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuS
B．向Cu与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察CuSO4 溶液的颜色
C．向CuSO4溶液中加入适量的NaOH，过滤、洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取CuO
D．在淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热水解，再加入少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热，产生砖红色沉淀
高频考点五、铜及其化合物的制备
例5．(广东深圳中学一模)用CuCl2·2H2O制取无水CuCl2的实验装置如图所示，下列说法错误的是(　　)

A．通入HCl可以抑制CuCl2的水解
B．先滴入浓硫酸，再点燃c处酒精灯
C．硬质玻璃管内部右侧会出现白雾
D．装置d中上层为苯，下层为NaOH溶液
【变式探究】(青海西宁质检)工业上由黄铜矿(主要成分为CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下：

请回答下列问题：
(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的_____________吸收。
a．浓H2SO4　　　　　 b．稀HNO3
c．NaOH溶液 d．氨水
(2)由泡铜冶炼粗铜的化学方程式为______________________________________。
(3)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是________。
a．电能全部转化为化学能
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．溶液中Cu2＋向阳极移动
d．从阳极泥中可回收Ag、Pt、Au等金属
(4)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为___________________________________。
高频考点六、金属材料的性质及其应用
例6.（高考组合题）下列说法错误的是(　　)
A．(2019·全国卷Ⅱ)制饭勺、饭盒、高压锅等的不锈钢不是合金
B．(2018·天津卷) 商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎，该鼎属于铜合金制品
C．(2019·天津卷)铝中添加适量锂，制得低密度、高强度的铝合金，可用于航空工业
D．(2019·全国卷Ⅲ) 铝合金大量用于高铁建设
【变式探究】（河北省衡水中学调研）国产大型客机C919首飞成功，即将量产。C919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识不正确的是( )
A. 铝锂合金密度较小，强度较大，硬度大于纯铝，熔点低于锂单质
B. 改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金
C. 铝锂合金具有金属光泽，可导电导热
D. 铝锂合金的性质与各成分金属的性质完全相同
高频考点七 金属的冶炼
例7.（江苏扬州中学模拟）金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有非常重要的应用。
完成下列填空：
(1)镓(Ga)与铝同主族，镓的氯化物与氨水反应的化学方程式：____________________________。
(2)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________(填“强”或“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
【方法技巧】有些很活泼的金属也可以用还原法来冶炼，如
Na＋KClK↑＋NaCl
2RbCl＋MgMgCl2＋2Rb↑等，
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。
【变式探究】 (江西省九江质检)下列说法正确的是(　　)
A．工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
B．钢铁厂用热还原法冶炼铁
C．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al不涉及氧化还原反应
D．MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg


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