2019高考化学第4节用途广泛的金属材料金属矿物的利用考点（2）金属材料与金属矿物的开发和利用讲与练（含解析）.docx

考点二金属材料与金属矿物的开发和利用李仕才1合金(1)概念：合金是指由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。熔点：一般比它的各成分金属的低；硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。2常见金属材料(1)重要的黑色金属材料钢钢铁是用量最大、用途最广的合金。钢(2)几种有色金属材料3金属在自然界中的存在形式金、铂等化学性质不活泼的金属，在自然界以游离态存在；化学性质较活泼的金属在自然界中以化合态存在。4金属冶炼的一般步骤(1)富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。(2)冶炼：利用氧化还原反应，用还原剂把金属矿石中的金属从化合态还原为游离态。(3)精炼：提纯金属。5金属冶炼方法(1)热分解法(适用于Hg、Ag等不活泼金属)例如：2HgO2HgO2，2Ag2O4AgO2。用热分解冶炼法冶炼金属的特点：金属元素的金属性弱，金属元素的原子不易失去电子，其金属离子容易得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差。(2)热还原法(适用于Zn、Cu等中等活泼金属)焦炭还原法：C还原ZnO、CuO，其化学方程式依次为C2ZnO2ZnCO2，C2CuO2CuCO2。一氧化碳还原法：CO还原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为3COFe2O32Fe3CO2，COCuOCuCO2。氢气还原法：H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为3H2WO3W3H2O，4H2Fe3O43Fe4H2O。活泼金属还原法(铝热反应)：Al还原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为2AlCr2O3Al2O32Cr，10Al3V2O56V5Al2O3。(3)电解法(适用于Al以前的活泼金属)：Al2O3、MgCl2、NaCl的电解反应，其化学方程式依次为2Al2O3(熔融)4Al3O2，MgCl2(熔融)MgCl2，2NaCl(熔融)2NaCl2。判断正误(正确的打“”，错误的打“”)1人类使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高。()2工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应。()3电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时，阴极上依次析出Cu、Fe、Al。()4电解氯化镁溶液制取金属镁。()5用金属钠置换四氯化钛(TiCl4)溶液中的钛来制取单质钛。()6将MgO与铝粉混合发生铝热反应制备镁。()7氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝。()8工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气。()9MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg，在给定条件下制取金属镁。()1合金是两种或两种以上金属或金属跟非金属熔合而成的物质，简单拧在一起的金属不是合金。2黑色金属材料是铁、锰、铬及它们的合金。由于钢铁表面通常覆盖一层黑色的四氧化三铁，而锰及铬主要用于冶炼黑色的合金钢，所以才会被“错误分类”为黑色金属。3不同的金属有不同的用途。选用金属材料时要考虑它本身的性质。锡在低温时会崩碎成粉末，去南极等寒冷地区不能用锡制品。4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。5并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，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。6常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。一、合金的组成、性质及应用1合金与纯金属制成的金属材料相比，优点是()合金的硬度一般比它的各成分金属的大一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有不同性能的合金合金比纯金属的导电性更强合金比纯金属的应用范围更广泛A BC D解析：合金的机械性能比各成分金属的大，故正确；根据教材知识，是正确的；合金的电阻率比纯金属要大，故是错误的；合金由于性能好而应用更广泛，是正确的。答案：A2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合金的性质与其组成金属的性质不完全相同B火烧孔雀石Cu2(OH)2CO3制得铜也属于还原法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工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的解析：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，A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，B正确；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，C正确；工业上利用电解熔融MgCl2的方法来制得金属镁，D错误。答案：D32016年在上海首飞的C919大型飞机采用了大量新材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是()A铝锂合金是铝与锂形成的混合物B铝锂合金的硬度比锂大C铝锂合金的熔点比铝低D铝锂合金耐酸碱腐蚀解析：铝锂合金中的铝能与酸和碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。答案：D4中国载人潜水器“蛟龙”号在西太平洋的马里亚纳海沟试验海域成功创造了载人深潜新的历史记录，首次突破7 000米，最深达到7 020米海底。“蛟龙”号载人潜水器的外壳是耐超高压的钛合金，下列有关合金的说法中正确的是()A钛合金是一种新型的金属单质B钛合金的熔点比成分金属的低，硬度小C钛合金的化学性质与钛单质相同D青铜、碳素钢、合金钢和硬铝均是合金解析：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，不属于新型金属单质，A错误；合金的熔点一般比成分金属的熔点低但硬度大，B错误；合金的化学性质与其成分金属的化学性质是相同的，钛合金除具备钛单质的性质外，还具有其他成分的性质，C错误。答案：D二、合金成分的分析5取硬铝样品进行如下实验(每一步试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成可能为()AAl、Mg、Si、Zn BAl、Fe、Zn、NaCAl、Na、Cu、Fe DAl、Cu、Mg、Si、Mn解析：硬铝中一定含有Al，样品加入足量稀盐酸后有难溶物存在，说明有金属活动性在H之后的金属或非金属存在，再加入浓NaOH溶液后有气体生成和难溶物存在，根据题目信息可知硬铝样品中含有Si，最终的难溶物为Cu，D项中含有上述三种物质。答案：D6某同学设计了如下实验测量m g铜银合金样品中铜的质量分数：下列说法中不正确的是()A合金的熔点比其成分金属低，通常比成分金属具有更优良的金属特性B铜银都能与硝酸反应，收集到的V L气体一定全为NOC操作是过滤，操作是洗涤，操作是烘干D根据反应收集到的气体体积可以计算铜和银的质量分数解析：解答本题要注意以下两点：没有告诉硝酸的浓度，合金与硝酸反应放出的气体中可能含有NO2；W g固体应该是干燥纯净的AgCl，由此确定三步操作。答案：D三、金属的冶炼7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湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应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解析：用磁铁矿炼铁的反应为Fe3O44CO3Fe4CO2，当有1 mol Fe3O4被CO还原成Fe时，转移8 mol电子。答案：C8下列说法不正确的是()A有些活泼金属如铝可作热还原法的还原剂B用电解熔融MgCl2的方法来冶炼金属镁C可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝D回收废旧金属可以重新制成金属或它们的化合物解析：铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2AlFe2O32FeAl2O3；MgO的熔点高，金属镁应该用电解熔融的MgCl2的方法制取；铝是活泼金属，很难用还原剂把它还原出来；回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物。答案：C9铝热反应的本质是利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来，关于铝热反应解答下列问题：(1)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有_。AKCl BKClO3CMnO2 DMg(2)用等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物在一定条件下与Al粉进行铝热反应。引发铝热反应的操作是_。产物中单质是_(写名称)。(3)取少量(1)中铝热反应所得的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象，_(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3，理由是_(用离子方程式说明)。解析：(1)做铝热反应的实验时，需要KClO3作助燃剂，且用镁条引燃。(2)在混合物上加少量KClO3固体并插上Mg条，点燃Mg条后放出热量，使KClO3固体分解放出O2，进一步加剧Mg的燃烧，可在短时间内使混合物温度迅速升高，引发反应。MgO不能与铝发生铝热反应，所以产物中单质B为Fe。(3)反应后固体混合物中若有Fe2O3，因发生反应：Fe2O36H=2Fe33H2O和Fe2Fe3=3Fe2，Fe3转化为Fe2，KSCN溶液也不会变红。答案：(1)BD(2)加少量KClO3，插上镁条并将其点燃Fe(3)不能Fe2O36H=2Fe33H2O、Fe2Fe3=3Fe2金属活动性顺序与金属的冶炼方法1下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是()解析：钠一般是由电解熔融NaCl的方法来制取，而电解饱和食盐水得到的是NaOH、H2和Cl2。答案：D2工业上制备下列金属，采用的化学反应原理正确的是()A钾：K2OH2=2KH2OB钙：CaOCCaCOC锰：3MnO24Al3Mn2Al2O3D汞：HgSHgS解析：钾为活泼金属，不可以用H2还原法制取，A项错误；钙的工业制法与镁相似，电解熔融的氯化钙，B项错误；工业制取Mn用还原法，单质Al与二氧化锰发生置换反应，C项正确；汞单质的制取用加热分解法，分解HgO得到Hg单质，D项错误。答案：C3用自然资源生产部分材料，其产品流程示意图如图所示：下列有关说法正确的是()A制取铝也可用电解熔融AlCl3的方法B由赤铁矿冶炼生铁时，发生的反应既有吸热反应，又有放热反应C粗铜精炼时往往以粗铜作电解池的阴极D将MgCl2溶液加热浓缩、冷却结晶、过滤，即可得到氯化镁晶体解析：AlCl3属于共价化合物，熔融状态下不能导电，故无法通过电解熔融AlCl3的方法制取金属铝，A项错误；冶炼生铁时发生反应CO2CO2(放热反应)、CCO22CO(吸热反应)、3COFe2O32Fe3CO2(吸热反应)，B项正确；粗铜精炼时应以粗铜作阳极，C项错误；MgCl2在溶液中会水解生成Mg(OH)2，若直接将溶液加热浓缩、冷却结晶将得不到氯化镁晶体，需在加热浓缩时向溶液中滴加浓盐酸，防止Mg2水解，D项错误。答案：B4铜的冶炼过程大致可分为富集，将硫化物矿进行浮选；焙烧，主要反应为2CuFeS24O2=Cu2S3SO22FeO(炉渣)；制粗铜，在1 200 发生的主要反应为2Cu2S3O2=2Cu2O2SO2；2Cu2OCu2S=6CuSO2；电解精炼铜。下列说法正确的是()A冶炼过程中的尾气可用来制硫酸B上述过程中，由1 mol CuFeS2制取1 mol Cu时共消耗2 mol O2C在反应2Cu2OCu2S=6CuSO2中，只有Cu2O作氧化剂D电解精炼铜的过程中，每转移1 mol电子时，阳极溶解铜的质量为32 g解析：1 mol CuFeS2反应，焙烧时需要氧气2 mol；生成的Cu2S转化为Cu2O还需要氧气，B不正确。C项中作氧化剂的除Cu2O外还有Cu2S，C不正确。电解精炼铜时阳极除溶解铜外还溶解比铜活泼的金属，当转移1 mol电子时，溶解铜的物质的量小于0.5 mol，D不正确。答案：A5某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”，“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。查阅化学手册知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如表所示：物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/6602 0541 5351 462沸点/2 4672 9802 750(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理：_(填“合理”或“不合理”)。(2)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是_，反应的离子方程式为_。(3)实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是_(填字母)。A浓硫酸B稀硫酸C稀硝酸 D氢氧化钠溶液解析：(1)根据铁、铝的熔点、沸点，在一定温度下Fe、Al能熔合。(2)根据Al与碱液反应生成H2，可证明Al的存在，故选用NaOH溶液。(3)Fe、Al均为活泼金属，可以用稀硫酸溶解。答案：(1)合理(2)NaOH溶液2Al2OH2H2O=2AlO3H2(3)B知能拓展工艺流程题的解题策略一、题型特点无机化工流程题是近年来高考中备受关注的一种题型，该类题源于生产实际，以解决化学实际问题为目的，将化工生产过程中的主要生产流程用框图形式展示出来，并根据其中涉及的化学知识步步设问，使问题情境真实，构成与化工生产紧密联系的化学工艺流程题。试题新颖，内容丰富，阅读量大，其结构分题头、流程图和问题三部分。题头一般简单介绍该工艺生产的原料和生产目的，流程图部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺展示出来，问题部分主要根据生产过程中涉及的化学知识设计一系列的问题。二、解题思路三、解答工艺流程题的两方法1首尾分析法：对线型流程工艺(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的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从此分析中找出它们的关系，弄清原料转化的基本原理和除杂、分离、提纯的化工工艺，再结合题设问题，逐一解答。2分段分析法：对于用同样的原料生产多种(两种或两种以上)产品(含副产品)的工艺流程题，用此法更容易找到解题的切入点。题型一以制备某一物质为目的的工艺流程题【解题策略】制备类工艺流程题在流程上一般分为3个过程：1原料处理阶段的常见考点(1)加快反应速率。(2)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。水浸：与水接触反应或溶解。浸出：固体加水(酸)溶解得到离子。浸出率：固体溶解后，离子在溶液中含量的多少(更多转化)。酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程。(3)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。2分离提纯阶段的常见考点(1)调pH除杂控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如若要除去Al3、Mn2溶液中含有的Fe2，先用氧化剂把Fe2氧化为Fe3，再调溶液的pH。调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2溶液中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。(2)加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯氏制碱法中的NaHCO3；还有H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。(3)降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)；为使化学平衡向着题目要求的方向移动。3获得产品阶段的常见考点(1)洗涤(冰水、热水)洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗；乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质，又可减少晶体溶解的损耗。(2)蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。(3)蒸发浓缩、冷却结晶：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，母液中是NaCl和少量K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；同样原理可除去KNO3溶液中的少量NaCl。(4)蒸发结晶、趁热过滤：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，母液中是K2Cr2O7和少量NaCl；同样原理可除去NaCl溶液中的少量KNO3。题型二以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题【解题策略】这类题其实就是混合物的除杂、分离、提纯。当遇到这一类题时，一定要在题目中找出要得到的主要物质是什么，混有的杂质有哪些，主要物质和杂质的性质差别是什么？认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物，要用什么样的方法才能将杂质除去，要相信题中的每一种试剂、每一步操作都是为了得到更多和更纯的产品，经过这样的思考后将工艺流程转化为物质转化流程，更能明白每一步所加试剂或操作的目的。1物质分离提纯的原则(1)不增：不引入新的杂质。(2)不减：不减少被提纯的物质。(3)易分离：被提纯物与杂质易于分离。(4)易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。2明确常用的提纯方法(1)水溶法：除去可溶性杂质。(2)酸溶法：除去碱性杂质。(3)碱溶法：除去酸性杂质。(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。(6)调节溶液的pH法：如除去酸性Cu2溶液中的Fe3等。3明确常用的分离方法(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，并将提取后互不相溶的两种液体分开，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴，并分离有机层和无机层。(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO45H2O、FeSO47H2O等。(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。针对训练1：(2017新课标全国卷)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeOCr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：回答下列问题：(1)步骤的主要反应为：FeOCr2O3Na2CO3NaNO3Na2CrO4Fe2O3CO2NaNO2上述反应配平后FeOCr2O3与NaNO3的系数比为_。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是_。(2)滤渣1中含量最多的金属元素是_，滤渣2的主要成分是_及含硅杂质。(3)步骤调滤液2的pH使之变_(填“大”或“小”)，原因是_(用离子方程式表示)。(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到_(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。a80 b60 c40 d10 步骤的反应类型是_。(5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m2 kg，产率为_。解析：本题以K2Cr2O7的制备为载体，考查氧化还原反应原理、平衡移动原理等。由题中所给反应可知滤渣1为Fe2O3，滤液1中含有Al3、SiO，调节pH7，则滤渣2中含Al(OH)3及含硅杂质，滤液2中含有CrO、Na，此时调节pH促使平衡2CrO2HCr2OH2O正向移动，再加入KCl得到K2Cr2O7。(1)利用得失电子守恒方法配平：2FeOCr2O34Na2CO37NaNO34Na2CrO4Fe2O34CO27NaNO2，则FeOCr2O3与NaNO3的系数比为27。陶瓷中含有SiO2，在高温下能与Na2CO3反应，会损坏仪器。(2)由步骤可知熔块中含有NaNO2、Na2CrO4、Fe2O3等，故滤渣1中含量最多的金属元素为Fe，而步骤需除去Al3及含硅物质，故滤渣2中应主要含Al(OH)3及含硅杂质。(3)步骤调pH的目的是促进CrO转化为Cr2O，根据2CrO2HCr2OH2O，可知应增大c(H)，故pH要变小。(4)根据溶解度曲线图可知，选择K2Cr2O7溶解度小于溶液中其他溶质溶解度且溶解度最小的温度区，故选d。反应为2KCr2O=K2Cr2O7，此反应为复分解反应。(5)根据Cr原子守恒建立关系式：Cr2O3K2Cr2O7 152 294 m140% kg m(K2Cr2O7)m(K2Cr2O7) kg故产率为100%100%。答案：(1)27陶瓷在高温下会与Na2CO3反应(2)FeAl(OH)3(3)小2CrO2HCr2OH2O(4