课件 高考化学一轮复习第四单元 重要的金属元素 第十四讲　金属材料　金属矿物的开发和利用

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第14讲　金属材料　金属矿物的 开发和利用
考点一　铝及其化合物考点二　金属材料与金属矿物的开发利用经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
(1)铝在元素周期表中的位置及存在铝位于元素周期表第　　　周期第　　　族,铝是地壳中含量最多的金属元素。 (2)铝的物理性质铝是　　　　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　　　　。  
(3)铝的化学性质铝原子的结构示意图为　　　　　　 ,铝原子最外层有3个电子,在反应中易　　　　电子,具有较强的　　　　性。 写出图中标号反应的化学方程式或离子方程式:①　 ; ②　 ; ③　 ; ④　 ; ⑤　 。 
4Al+3O2 = 2Al2O3
2Al+6H+ = 2Al3++3H2↑
2Al+2OH-+6H2O = 2[Al(OH)4]-+3H2↑
(1)物理性质白色固体,难溶于水,熔点很高。(2)化学性质[微点拨] Al2O3是两性氧化物,既能与酸反应,又能与碱反应。(3)用途①作　　　　材料; ②作冶炼铝的原料。
Al2O3+6HCl = 2AlCl3+3H2O
Al2O3+2NaOH+3H2O = 2Na[Al(OH)4]
(1)物理性质白色胶状不溶于水的固体,有较强的　　　　性。 (2)化学性质写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:①　 。 ②　 。 ③　 。 
Al(OH)3+3H+ = Al3++3H2O
Al(OH)3+OH- = [Al(OH)4]-
(3)用途①作胃酸中和剂;②Al(OH)3胶体具有净水作用。(4)氢氧化铝的制备方法(用离子方程式表示)①向铝盐中加入氨水: 　 。  ②Na[Al(OH)4]溶液中通入过量CO2: 　 。  
4. 常见的铝盐——明矾
硫酸铝钾的结晶水合物是无色晶体,俗称明矾,其化学式为　　　　　　　　　　,　　溶于水,常温下其水溶液的pH　　　(填“”或“=”)7。明矾可以净水,其净水的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　(离子方程式),因　　　　　　吸附水中杂质形成沉淀而净水。  
KAl(SO4)2·12H2O
Al3++3H2O ⇌ Al(OH)3(胶体)+3H+
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物,其原因是Al和Al2O3都能与酸、碱反应(　)(2)Al(OH)3能与胃酸(主要成分是盐酸)反应,常用作胃酸中和剂(　)(3)1 ml Al与足量的硫酸或足量的氢氧化钠溶液反应转移电子数相同(　)(4)对铝制品的表面进行处理,常采用化学方法,如增加膜的厚度、对氧化膜进行着色等(　)
2.[2024·江苏无锡调研] 下列关于金属铝及其化合物的叙述,正确的是(　 )A.铝耐腐蚀是因为常温下金属铝不能与氧气反应B.铝合金密度小,硬度大,耐腐蚀,是制造飞机的理想材料C.相同质量的铝分别与足量盐酸和烧碱溶液反应,产生氢气的质量比为3∶1D.铝表面有氧化膜保护,铝制器皿可以长时间盛放酸碱性溶液
[解析] 铝耐腐蚀是因为常温下金属铝与氧气反应生成一层致密的氧化铝薄膜,A错误;铝合金密度小,硬度大,耐腐蚀,是制造飞机的理想材料,B正确;铝与盐酸反应生成氯化铝和H2,铝和烧碱反应生成四羟基合铝酸钠和H2,相同质量的铝分别与足量盐酸和烧碱溶液反应,产生氢气的质量比为1∶1,C错误;氧化铝是两性氧化物,氧化铝可以和酸性溶液和强碱溶液反应,故铝制器皿不可以长时间盛放酸碱性溶液,D错误。
1.下列关于金属铝及其化合物的叙述中,不正确的是(　 )A.铝的化学性质很活泼,但在空气中不易锈蚀B.氧化铝能与氢氧化钠溶液反应,故氧化铝为酸性氧化物C.等物质的量的铝分别与足量的HCl、NaOH溶液反应,所得H2物质的量一定相等D.铝在冷的浓硝酸中发生钝化,因此可用铝槽车运输浓硝酸
[解析] 铝的化学性质很活泼,在表面形成氧化铝保护膜,故在空气中不易锈蚀,A正确;氧化铝既能和强酸反应又能与强碱反应,故氧化铝为两性氧化物,B错误;根据反应方程式2Al+6HCl = 2AlCl3+3H2↑和2Al+2NaOH+6H2O = 2Na[Al(OH)4]+3H2↑可知,当Al的物质的量相等时,反应产生H2的物质的量相等,C正确;铝在冷的浓硝酸中发生钝化,因此可用铝槽车运输浓硝酸,D正确。
2.用砂纸仔细打磨铝片后,称取质量均为2.7 g的两块铝片,将其中一铝片迅速放入120 mL 2 ml·L-1 NaOH溶液中,另一铝片在空气中放置一段时间后,再放入等浓度等体积的NaOH溶液中。下列说法不正确的是(　 )A.均有氧化还原反应发生B.消耗NaOH的物质的量相同C.均有气体生成,且体积相同D.均有Na[Al(OH)4]生成,且质量相同
[解析] 2.7 g Al的物质的量为0.1 ml,120 mL 2 ml·L-1 NaOH溶液中NaOH的物质的量为0.12 L×2 ml·L-1=0.24 ml,二者发生反应:2Al+2NaOH+6H2O = 2Na[Al(OH)4]+3H2↑;铝片在空气中放置一段时间,表面被氧化生成Al2O3,放入NaOH溶液中,表面的Al2O3先发生反应,随后Al与NaOH溶液反应,A正确。无论Al还是Al2O3,与NaOH溶液反应均生成Na[Al(OH)4],据Na、Al守恒可知,消耗NaOH的物质的量相等,且生成Na[Al(OH)4]的质量相等,B、D正确。两块铝片与NaOH溶液反应均有H2生成,放置在空气中一段时间的铝片,表面覆有Al2O3,与NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4],则内层铝与NaOH反应放出H2量减小,故两块铝片与NaOH溶液反应产生氢气的体积不同,C错误。
【规律小结】 铝与酸、碱反应的定量关系(1)无论是与酸还是与碱反应,Al与H2的关系都是2Al~3H2。(2)等质量的铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应: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。(3)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。
题组二　氧化铝和氢氧化铝的性质
3.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后再过滤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
[解析] 向含有少量Al3+的Fe3+溶液中加入过量氨水时,Fe3+、Al3+均转化为氢氧化物沉淀,达不到除杂的目的,B错误。
【规律小结】 氧化铝、氢氧化铝两性的重要应用(1)检验与鉴别①用过量NaOH溶液检验Al3+的存在。②用过量NaOH溶液鉴别AlCl3溶液和MgCl2溶液。
(2)分离与除杂用过量NaOH溶液和相应的酸溶液分离Al3+、Mg2+或分离MgO、Al2O3等。具体来说(括号内为杂质):①Mg(Al):加足量NaOH溶液。②Fe2O3(Al2O3):加足量NaOH溶液。③Mg(OH)2[Al(OH)3]:加足量NaOH溶液。④Mg2+(Al3+):加过量NaOH溶液,过滤,再加酸充分溶解。
考点二　金属材料与金属矿物的开发利用
[微点拨1] ①合金具有金属的大多共性。②合金中成分元素的含量影响着合金的性能。
3. 金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在形式(2)金属冶炼的实质金属的冶炼过程是指将金属从其　　　　　中还原出来,用于生产各种金属材料的过程,即　　　　　　　　　　(写反应通式,用M表示金属)。 
Mn++ne- = M
(3)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)
[微点拨2] “铝热法”是热还原法中的一种,以铝为还原剂,来冶炼熔点较高的金属,一般情况下,该金属的活泼性比铝弱。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)合金的硬度一般大于它的成分金属,而熔点一般低于它的成分金属(　)(2)合金中不可能含有非金属,各组分金属元素以化合态形式存在(　)(3)利用MgO和铝粉在高温下发生铝热反应冶炼金属镁(　)(4)钙单质可以从熔融TiCl4中置换出Ti(　)
[解析] (2)生铁、钢中都含有非金属碳。
(5)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(　)(6)用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物(　)(7)用海水为原料制得精盐,再电解NaCl溶液制取金属钠(　)
[解析] (7)电解NaCl溶液得到的是氢氧化钠溶液而不是金属钠,应电解熔融态NaCl。
2.将金属与冶炼金属的方法搭配起来。①以C、CO或H2作还原剂还原　②利用铝热反应原理用Al还原　③电解法　④热分解法(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属　　　　。  (2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属　　　　。  (3)Hg、Ag等不活泼金属　　　　。  (4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属　　　　。  
题组一　金属材料的利用
1.[2024·湖南雅礼中学模拟] 我国歼-20、运-20等装备集体亮相,展示了我国现代化战略空军建设的阶段性成果和军工领域的最新科研成果。航空航天领域成果的取得离不开金属材料的贡献。下列关于金属材料的说法中不正确的是 (　 )A.金属材料包括纯金属和它们的合金B.合金的硬度一般比其成分金属大,但熔点一般比其成分金属低C.铝合金应用十分广泛,因为它不仅价格合适,耐酸、碱腐蚀,而且具有优良的机械性能D.新型钛合金强度高、质量轻、耐高温,广泛用于航空航天领域,如飞机发动机零件和火箭结构件
[解析] 金属材料包括纯金属和它们的合金,A正确;合金的硬度一般比各成分金属大,熔点一般比各成分金属低,B正确;铝易与酸、碱溶液发生反应,不耐酸、碱腐蚀,C错误;新型钛合金强度高、质量轻、耐高温,广泛用于航空航天领域,如飞机发动机零件和火箭结构件,D正确。
2.银铜合金广泛应用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如图所示:[注:Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450 ℃和80 ℃]
(1)电解精炼银时,阴极的电极反应式为 　　　　　　　　　。滤渣A与稀硝酸反应,产生的气体在空气中迅速变为红棕色,该气体变色的化学方程式为　 。 
[解析] (1)电解精炼银时,阴极的电极反应式为Ag++e- = Ag;气体变色是因为发生反应2NO+O2 = 2NO2。
Ag++e- = Ag
2NO+O2 = 2NO2
(2)固体B的组成为　 ;在生成 固体B的过程中,需要控制NaOH的加入量。若NaOH过量,则因过量而引起反应的离子方程式为　 。 
[解析] (2)结合工艺流程及Al(OH)3和Cu(OH)2的分解温度可知固体混合物B中含有CuO、Al(OH)3。若NaOH过量,则Al(OH)3会转化为Na[Al(OH)4]。
CuO、Al(OH)3
(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式:　　CuO+　　Al2O3 　　CuAlO2+　　↑。 
[解析] (3)该反应为氧化还原反应,根据得失电子守恒、原子守恒确定缺项物质并配平方程式。
(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%,理论上5.0 kg废料中的铜可完全转化为　　(结果保留整数) ml CuAlO2,至少需要1.0 ml·L-1的Al2(SO4)3溶液　　L。 
(5)CuSO4溶液可用于制备胆矾,其基本操作是　　　　　　　　　　、过滤、洗涤和干燥。 
[解析] (5)由CuSO4溶液制备胆矾的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥。
题组二　金属的冶炼方法
3.[2024·辽宁锦州质检] 《天工开物》中述及铜的开采与冶炼:“凡铜砂……淘洗去土滓,然后入炉煎炼,其熏蒸旁溢者为自然铜……色似干银泥……凡铜质有数种,……有与铅同体者,其煎炼炉法,旁通高、低二孔,铅质先化从上孔流出,铜质后化从下孔流出。”下列有关说法错误的是(　 )A.“淘洗去土滓”属于原料的富集B.炼制所得自然铜为合金C.铜与铅混合物的分离过程利用了物质的熔点不同D.可用热分解法冶炼铜
[解析] “淘洗去土滓”,使矿石和土分离,属于原料的富集,A正确;纯铜为紫红色固体,“…自然铜……色似干银泥”,可知炼制所得自然铜为合金,B正确;铜与铅混合物的分离过程中,铅质先熔,从上孔流出,利用了物质的熔点不同,C正确;不能用热分解法冶炼铜,可用热还原法冶炼铜,D错误。
4.炼铁厂以赤铁矿石(主要成分为Fe2O3)、焦炭、石灰石、空气等为主要原料炼铁,主要反应过程如图所示:请根据所学知识回答相关问题:(1)炼铁厂用来炼铁的主要设备是　　　　,原料中焦炭的作用有　 。 反应③的化学方程式为　 。 
作还原剂制备原料气CO
[解析] (1)炼铁的主要设备是高炉;炼铁过程中焦炭先与O2反应生成CO2,CO2再与焦炭反应生成CO,CO用于还原Fe2O3生成Fe,因此焦炭的作用为作还原剂制备原料气CO;反应③为CO与Fe2O3在高温条件下制备Fe,反应的化学方程式为3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。
(2)铁的化合物之一聚合硫酸铁[Fe2(OH)6-2n(SO4)n]m广泛用于水的净化。以FeSO4·7H2O为原料,经溶解、氧化、水解聚合等步骤,可制备聚合硫酸铁。Ⅰ.将一定量的FeSO4·7H2O溶于稀硫酸,在约70 ℃下边搅拌边缓慢加入一定量的H2O2溶液,继续反应一段时间,得到红棕色黏稠液体。H2O2氧化Fe2+的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
2Fe2++H2O2+2H+ = 2Fe3++2H2O
②计算该样品中铁的质量分数(写出计算过程)。
[解析] (2)Ⅰ.酸性条件下,H2O2氧化Fe2+生成Fe3+,同时自身被还原生成H2O,根据化合价升降守恒、电荷守恒、原子守恒和溶液为酸性可知反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+ = 2Fe3++2H2O。Ⅱ.①Sn2+具有还原性,能被K2Cr2O7氧化,若实验中不除去过量的Sn2+,会导致K2Cr2O7消耗偏多,则样品中铁的质量分数的测定结果将偏大。
【方法技巧】 金属冶炼方法的选择利用金属活泼性的差异,可以采取不同的冶炼方法冶炼金属,常见金属的冶炼方法如下表:
题组三　金属矿物的开发利用
5.[2024·江西红色十校联考] 以辉铋矿(主要成分为Bi2S3,含少量杂质PbO2等)为原料,采用湿法冶金制备精铋工艺流程如下,下列说法错误的是(　 )A.“浸出、置换、再生、电解精炼”工序中不全是氧化还原反应B.“浸出”时盐酸可以还原杂质PbO2C.“浸出”产生S的主要离子反应为6Fe3++Bi2S3 = 6Fe2++2Bi3++3SD.再生液可以加入“浸出”操作中循环利用
[解析] “浸出、置换、再生、电解精炼”工序中全是氧化还原反应,A错误;盐酸能与PbO2反应生成PbCl2和氯气,故“浸出”时盐酸可以还原杂质PbO2,B正确;“浸出”时Bi2S3和FeCl3反应生成FeCl2、BiCl3和S沉淀,主要离子反应为6Fe3++Bi2S3 = 6Fe2++2Bi3++3S,C正确;再生液是氯气和氯化亚铁反应生成的氯化铁,“浸出”操作中需要加入氯化铁溶液,可以循环利用,D正确。
6.某矿渣的成分为Cu2O、Al2O3、Fe2O3、SiO2,工业上用该矿渣获取铜和胆矾的操作流程如图所示:已知:①Cu2O+2H+ = Cu+Cu2++H2O。
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表所示:(1)为了加快反应Ⅰ的速率,可以采取的措施是　 (写两条)。 
[解析] (1)由于矿渣为固体,所以为了加快反应Ⅰ的速率,可以采取的措施是将固体粉碎或适当升高反应的温度或增大反应物H2SO4的浓度等。
适当升高温度;不断搅拌;将矿渣粉碎;适当增大硫酸的浓度等(任写两条)　
(2)固体混合物A中的成分是　 。 
[解析] (2)SiO2是酸性氧化物,不能与硫酸发生反应;其他金属氧化物Cu2O、Al2O3、Fe2O3与硫酸发生反应:Cu2O+H2SO4 = Cu+CuSO4+H2O,Al2O3+3H2SO4 = Al2(SO4)3+3H2O,Fe2O3+3H2SO4 = Fe2(SO4)3+3H2O,Fe2(SO4)3+Cu = CuSO4+ 2FeSO4,因此发生反应Ⅰ后过滤出的固体混合物A中的成分是SiO2和Cu。
(3)反应Ⅰ完成后,铁元素的存在形式为　　 　(填离子符号);写出生成该离子的离子方程式: 　 。 
[解析] (3)因为在矿渣中铁元素的化合价为+3价,先与酸发生复分解反应生成Fe2(SO4)3, Fe2(SO4)3与Cu发生反应:2Fe3++Cu = Cu2++2Fe2+,因固体混合物中有Cu,则Fe3+已反应完全,铁元素的存在形式为Fe2+。
2Fe3++Cu = Cu2++2Fe2+
(4)操作1主要包括蒸发浓缩、冷却结晶、　 。 洗涤CuSO4·5H2O粗产品不能用大量水洗,而应用冰水洗涤,原因是  　。 
[解析] (4)从硫酸铜溶液中制取CuSO4·5H2O粗产品的操作1主要包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤;洗涤CuSO4·5H2O粗产品不能用大量水洗,而用冰水洗涤的原因是CuSO4·5H2O溶于水,而且温度越高,溶解度越大,用冰水既可以洗去晶体表面的杂质离子,又可以减少晶体的损失。
冰水既可以洗去晶体表面的杂质离子,又可以减少晶体的损失
(5)用NaClO调pH,生成沉淀B的同时生成一种具有漂白作用的物质,利用题中所给信息分析沉淀B为　　　　　　,该反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
[解析] (5)根据题中信息②可知加入NaClO调pH时将Fe2+氧化为Fe3+,NaClO具有氧化性,Fe2+具有还原性,用NaClO调节pH时,反应生成Fe(OH)3沉淀和具有漂白作用的HClO。
2Fe2++5ClO-+5H2O = 2Fe(OH)3↓+Cl-+4HClO
1. [正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)[2023·湖南卷] 青铜器“四羊方尊”的主要材质为合金(　)(2)[2023·辽宁卷] 冶炼镁:2MgO(熔融) 2Mg+O2↑(　)(3)[2023·浙江卷] 铝有强还原性,可用于制作门窗框架(　)
[解析] (2)工业上采用电解熔融MgCl2的方法冶炼Mg。
[解析] (3)铝制作门窗框架与其还原性无关,与其物理性质有关。
(4)[2023·湖北卷] 用离子方程式表示Al(OH)3溶于烧碱溶液:Al(OH)3+OH- = [Al(OH)4]-(　)(5)[2022·湖北卷] Be2+与Al3+的电荷与半径之比相近,导致两元素性质相似。Be(OH)2和Al(OH)3 均可表现出弱酸性(　)(6)[2022·浙江卷] 工业上通过电解六水合氯化镁制取金属镁(　)(7)[2022·广东卷] 铝能形成致密氧化膜,故技术人员开发高端耐腐蚀镀铝钢板(　)
2. [2021·广东卷] 今年五一假期,人文考古游持续成为热点。很多珍贵文物都记载着中华文明的灿烂成就,具有深邃的文化寓意和极高的学术价值。下列国宝级文物主要由合金材料制成的是(　 )
[解析] 铸客大铜鼎属于铜合金,A项正确;河姆渡出土陶灶的主要化学成分是硅酸盐,不属于合金,B项错误;兽首玛瑙杯的主要化学成分为二氧化硅,不属于合金,C项错误;角形玉杯的主要化学成分是硅酸盐,不属于合金,D项错误。
3. [2022·湖北卷] 武当山金殿是铜铸鎏金大殿。传统鎏金工艺是将金溶于汞中制成“金汞漆”,涂在器物表面,然后加火除汞,使金附着在器物表面。下列说法错误的是( 　)A. 鎏金工艺利用了汞的挥发性B. 鎏金工艺中金发生了化学反应C. 鎏金工艺的原理可用于金的富集D. 用电化学方法也可实现铜上覆金
[解析] 加热除汞,说明汞易挥发,A正确;将金溶于汞中制成“金汞漆”,然后加热汞挥发后留下金,整个过程中没有新物质生成,属于物理变化,可用于金的富集,B错误,C正确;用电解的方法,铜作阴极,电解液中含有可溶性的含金离子,则可实现铜上镀金,D正确。
4. [2021·河北卷] “灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献,陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生 作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢。下列说法错误的是(　 )A.钢是以铁为主的含碳合金B.钢的含碳量越高,硬度和脆性越大C.生铁由于含碳量高,熔点比熟铁高D.冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
[解析] 生铁和钢都属于铁的合金,都是以铁为主的含碳合金,A项正确;钢中含碳量越高,硬度越大,韧性越低,反之,则硬度越低,韧性越高,B项正确;由题可知,生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢,说明生铁的熔点比熟铁的熔点要低,C项错误;工业炼铁的原料之一是铁矿石,包括赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、黄铁矿等,D项正确。
5. [2022·山东卷] 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Fe(OH)3和S;金属M为ZnB.浸取时,增大O2压强可促进金属离子浸出C.中和调pH的范围为3.2~4.2D.还原时,增大溶液酸度有利于Cu的生成
[解析] CuS精矿(含有Zn、Fe元素的杂质)在高压O2作用下,用硫酸溶液浸取,CuS反应产生CuSO4、S、H2O,Fe2+被氧化为Fe3+,然后加入NH3调节溶液pH,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀,而Cu2+、Zn2+仍以离子形式存在于溶液中,过滤得到的固体X中含有S、Fe(OH)3;然后向滤液中通入高压H2,根据还原性:Zn>H2>Cu,Cu2+被还原为Cu单质,通过过滤分离出来;而Zn2+仍然以离子形式存在于溶液中,再经一系列处理可得到Zn单质。由上述分析可知固体X主要成分是S、Fe(OH)3,金属M为Zn,A正确;
CuS难溶于硫酸,在溶液中存在沉淀溶解平衡CuS(s) ⇌ Cu2+(aq)+S2-(aq),增大O2的浓度,可以反应消耗S2-,使之转化为S,从而使沉淀溶解平衡正向移动,促进金属离子的浸取,B正确;
根据流程图可知,用NH3调节溶液pH时,要使Fe3+转化为沉淀,而Cu2+、Zn2+仍以离子形式存在于溶液中,结合离子沉淀的pH范围,可知中和时应该调节溶液pH范围为3.2~4.2,C正确;在用H2还原Cu2+变为Cu单质时,H2失去电子被氧化为H+,若还原时增大溶液的酸度,c(H+)增大,不利于H2失去电子还原Cu2+,因此不利于Cu的生成,D错误。
1. 下列关于铝及其化合物的说法,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
[解析] 明矾中的Al3+水解生成Al(OH)3胶体,可以吸附水中的杂质,但是胶体不具有杀菌消毒的作用,A项错误。
2. 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。采用如图所示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:
回答下列问题:(1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是　 　。 
[解析] (1)由于在常温下,酸浸、氧化反应较慢,所以可加热以加快酸浸和氧化反应速率。
加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)
(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　 　。 
[解析] (3)Mn2+开始沉淀的pH=8.1,当pH=3.2时,Fe3+完全沉淀,Al3+开始沉淀的pH=3.0,完全沉淀的pH=4.7,故pH=3.0~3.1时,Mn2+未沉淀,Fe3+大部分已经沉淀,Al3+刚开始沉淀,故可除去Mn2+,Fe3+和Al3+能除去一部分。
(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　 　。 
[解析] (4)滤饼②中除含有V2O5·xH2O外,还含有Fe(OH)3和Al(OH)3,沉淀转溶时Fe(OH)3沉淀不会溶解,铝元素以[Al(OH)4]-的形式存在,故滤渣③的主要成分为Fe(OH)3。
(5)“调pH”中有沉淀生成,生成沉淀反应的化学方程式是　 　。 
[解析] (5)因在强碱环境中沉淀转溶时,铝元素以[Al(OH)4]-的形式存在,用HCl调节pH=8.5时,发生反应Na[Al(OH)4]+HCl = Al(OH)3↓+NaCl+H2O。
Na[Al(OH)4]+HCl = Al(OH)3↓+NaCl+H2O
(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时,需要加入过量NH4Cl,其原因是　 　。 
利用同离子效应,促进NH4VO3尽可能析出完全
1. [2024·山西忻州名校联考] 某同学通过下列实验探究Al及其化合物的性质,操作正确且能达到目的的是( 　)A.实验室中将NH3·H2O溶液滴入Al2 (SO4)3溶液中,制备Al(OH)3沉淀B.将一块铝箔用砂纸打磨后立即在酒精灯上点燃,观察铝燃烧的火焰C.将Al(OH)3沉淀转入蒸发皿中加足量稀盐酸,加热蒸干得无水AlCl3固体D.将铝置于装有浓硫酸的试管中再加水,探究Al在不同浓度硫酸中的反应
[解析] 氢氧化铝是两性氢氧化物,溶于强酸强碱溶液,不溶于弱碱溶液,实验室中将NH3·H2O溶液滴入硫酸铝溶液中,制备氢氧化铝,A正确;铝在空气中不能燃烧,铝被氧化生成的氧化铝熔点高,B错误;氯化铝在溶液中水解生成氢氧化铝和氯化氢,蒸发时氯化氢挥发,得到水解产物氢氧化铝,不能得到氯化铝,C错误;常温下,铝在浓硫酸中发生钝化,不再继续反应,且应将浓硫酸加入水中进行稀释,稀硫酸和铝发生反应,题述操作不能探究不同浓度溶液中的反应,D错误。
2. [2024·山东日照模拟] 下列实验操作、现象与结论中不对应的是( 　)
[解析] 滴加几滴KSCN溶液,溶液变红,说明该溶液含有Fe3+,不能判断是否含有Fe2+,A错误;将铝箔置于火焰上灼烧,其表面生成Al2O3 ,铝箔熔化但不滴落,说明熔点:氧化铝>铝,B正确;Al与沸水反应生成Al(OH)3和H2,但由于反应缓慢,无明显现象,加入NaOH,NaOH与附着在Al表面的Al(OH)3反应,促使铝与水的反应正向进行,产生大量氢气,C正确;向Al2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量,先生成白色沉淀Al(OH)3,后沉淀消失转化为Na[Al(OH)4],说明Al(OH)3具有酸性,D正确。
3. [2024·湖南怀化质检] 铝及其部分化合物的“价—类”二维图如图所示。下列说法错误的是(　 )A.反应⑤⑥基本类型相同B.反应①⑥所加试剂可能相同C.1 ml a完全转化为b时失去3 ml电子D.物质类别处“　　”代表四羟基合铝酸盐
[解析] 根据“价—类”二维图可知,a为Al,b为Al2O3,c为铝盐,e为Al(OH)3,c与d、d与e可以相互转化,根据含有铝元素物质之间的相互转化可以得出d为四羟基合铝酸盐。反应⑤是四羟基合铝酸盐转化为氢氧化铝,离子方程式为[Al(OH)4]-+H+(少量) Al(OH)3↓+H2O,属于复分解反应,反应⑥是铝盐转化为氢氧化铝,离子方程式为Al3++3OH- = Al(OH)3↓,属于复分解反应,A正确。
反应①是铝转化为铝盐,加酸可以实现转化,反应⑥是铝盐转化为氢氧化铝,通入氨气或者加少量碱可以实现转化,B错误。a转化为b时Al元素的化合价由0价升高到+3价,则1 ml a完全转化为b时,失去3 ml电子,C正确。c与d、d与e可以相互转化,根据含有铝元素物质之间的相互转化可以得出d为四羟基合铝酸盐,D正确。
4. [2023·福建四地六校联考] 新材料的发展充分体现了“中国技术”“中国制造”和“中国力量”。下列成果所涉及的材料为金属材料的是(　 )A.“天问一号”火星探测器太阳翼的材料——石墨纤维复合聚酰胺薄膜B.“长征五号B”运载火箭中使用了耐热性、导热性好的材料——氮化铝陶瓷C.“领雁”AG50飞机主体结构的复合材料——玻璃纤维复合材料D.“奋斗者”号深潜器载人舱的外壳——钛合金
[解析] 石墨纤维属于无机非金属材料;聚酰胺为有机高分子合成材料,石墨纤维复合聚酰胺薄膜属于复合材料,不属于金属材料,A错误。氮化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,B错误。玻璃纤维是由熔融状态下的玻璃快速抽拉而形成的细丝,玻璃纤维复合材料不属于金属材料,C错误。钛合金是合金,属于金属材料,D正确。
5. [2024·辽宁沈阳二中模拟] 合金在生产和科学研究中发挥着重要作用。下列有关合金的性质与用途不具有对应关系的是(　 )A.生铁容易被腐蚀,可用于炼钢和制造各种铸件B.钠钾合金常温下呈液态、导热性好,可用于核反应堆的传热介质C.镁锂合金密度小、硬度和强度大,可用于制造火箭、导弹、航天器等D.镍铬铝铜合金具有很高的电阻率,可用于制备电路中的精密元件
[解析] 生铁用于炼钢和制造各种铸件,是由于生铁具有优良的铸造、切削加工和耐磨性能,题中性质与用途不具有对应关系,A错误;钠钾合金用于核反应堆的传热介质,是由于钠钾合金常温下呈液态、导热性好,B正确;镁锂合金用于制造火箭、导弹、航天器等,是由于镁锂合金具有密度小、硬度和强度大的特点,C正确;镍铬铝铜合金用于制备电路中的精密元件,是由于镍铬铝铜合金具有很高的电阻率,D正确。
6. [2023·黑龙江望奎一中模拟] 合理、高效地开发、利用金属矿物,将其中的金属从其化合物中还原出来,用于生产各种金属材料,这一过程在工业上称为金属的冶炼。下列有关金属的冶炼的说法不正确的是(　 )A.电解熔融NaCl制取金属钠的反应中,钠元素被还原,氯元素被氧化B.古法炼铜“曾青得铁则化为铜”的反应中,利用的是置换反应的原理C.用铝热法原理炼铁的反应中,1 ml Fe3O4被Al还原成Fe,转移9 ml e-D.高炉炼铁的主要反应是用CO还原Fe2O3进行炼铁
[解析] 电解熔融NaCl制取金属钠的反应中,Na+得电子生成Na,Cl-失电子生成Cl2,钠元素被还原,氯元素被氧化,A正确;“曾青得铁则化为铜”的原理为铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,属于置换反应,B正确;在铝热反应炼铁过程中,1 ml Fe3O4被Al还原生成Fe,Fe元素化合价从+2、+3价降低为0价,转移电子为1 ml×2+2 ml×3=8 ml,C错误;高炉炼铁主要是利用CO的还原性将Fe2O3还原为Fe,D正确。
7. [2024·山东滨州联考] 某矿石主要含CuO和Cu2(OH)2CO3,以及少量Fe2O3、FeO和SiO2。按如下流程可制得Cu3N和铁红。下列说法不正确的是(　 )A.每生成1 ml Cu3N,转移的电子为6 mlB.滤液G可以并入滤液E加以利用C.加入NH4HCO3溶液需控制温度以抑制NH4HCO3分解D.由FeCO3转化为Fe2O3的操作包括洗涤、干燥、空气中煅烧
[解析] 某矿石主要含CuO和Cu2(OH)2CO3,以及少量Fe2O3、FeO和SiO2,酸浸时,SiO2不反应,滤渣A为SiO2,滤液B中含有Cu2+、Fe2+、Fe3+,加物质C过滤,滤渣D最终转化为Cu3N,滤液E最终转化为氧化铁,所以滤液E中含有Fe2+,滤渣D为Cu和多余的Fe,物质C应该为铁粉,滤渣D加酸溶解,过滤,得到的滤液G为含Fe2+溶液,滤渣F为Cu;滤液E中的Fe2+与碳酸氢铵反应生成FeCO3,FeCO3在空气中煅烧得到Fe2O3。Cu转化为 Cu3N,Cu的化合价升高为+1价,则每生成1 ml Cu3N,转移的电子为3 ml,A错误;
滤液G为含Fe2+溶液,滤液E中含有Fe2+,所以滤液G可以并入滤液E加以利用,B正确;温度太高,会促进NH4HCO3分解,故需控制温度以防止NH4HCO3分解,C正确;通过过滤把FeCO3从溶液中分离出来,需要洗涤、干燥,然后在空气中煅烧得到Fe2O3,D正确。
9. [2024·湖北部分学校联考] 以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下:已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是( 　)A.浸出镁的反应为MgO+2NH4Cl = MgCl2+2NH3↑+H2OB.沉镁的操作能在较高温度下进行C.分离Mg2+与Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物Ksp的不同,调节溶液的pH来实现D.流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
[解析] 菱镁矿煅烧时,MgCO3转化为MgO,加氯化铵溶液浸出镁,化学方程式为MgO+2NH4Cl = MgCl2+2NH3↑+H2O,A正确;加入氨水可将Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀,高温会使氨水挥发、一水合氨分解,B错误;Mg2+与 Al3+、 Fe3+的氢氧化物都是难溶物沉淀,不同的沉淀其Ksp不同,可利用该原理选择沉淀的顺序,而且三者沉淀完全的pH是不一样的,只需要调节pH来完成,C正确;浸出产生的氨气可溶于水成为氨水,用于后续的沉镁,沉镁的滤液中的氯化铵可用来浸出轻烧粉,D正确。
10. 现有一种制取铜和其他产物的新工艺,原料的综合利用率较高,其主要流程如下:注:反应Ⅱ的离子方程式为Cu2++CuS+4Cl- = 2[CuCl2]-+S。
考点三　金属矿物的开发利用综合考查
请回答下列问题:(1)从黄铜矿冶炼粗铜的传统工艺是将精选后的富铜矿砂与空气在高温下煅烧,这种方法的缺点是要消耗大量的热能以及　 。 
[解析] (1)黄铜矿的主要成分是FeCuS2,与空气在高温下煅烧,反应生成的SO2会污染大气。
产生的SO2会污染大气(合理即可)
(2)为使反应Ⅰ充分进行,工业上可采取的措施是　　　　　　(写出合理的一种即可),反应Ⅰ的产物为　　　　　　　　(填化学式)。 
[解析] (2)由反应Ⅱ的离子方程式及滤渣分离后物质可知,反应Ⅰ中FeCuS2与S反应得到FeS2和CuS。
(3)反应Ⅲ的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。一定温度下,在反应Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸,可以析出硫酸铜晶体,其可能的原因是　 　 。 
4[CuCl2]-+O2+4H+ = 4Cu2++8Cl-+2H2O
该温度下,硫酸铜的溶解度小于氯化铜
(4)工业上炼钢时,为了降低碳含量,可将铁红投入熔融的生铁(含碳量大于2%的铁碳合金)中,该过程中主要反应的化学方程式是 　 。 
[解析] (4)工业上炼钢时,为了降低碳含量,可将铁红投入熔融的生铁中,铁红是Fe2O3,在高温下与C反应生成Fe和CO,化学方程式为3C+Fe2O3 2Fe+3CO↑。