从矿物到基础材料

从矿物到基础材料从矿物到基础材料 从矿物到基础材料 专题复习精指导浙江省上虞中学312300龚黎 珍 从矿物到基础材料 专题一直是高考考查的热点问题 各课改 省区对本专题都给予很高的关注 相关的试题有一定的开放性和探 究性 对本专题的复习指导主要是两点 一 线索指导 1 注重程序化复习Si Al Cu Fe四种元素单质及其重要化合物的 相关知识 即组成 结构 性质 用途 存在 制法 或 2 铁 铝的游离态与化合态之间的相互转化复习时 要紧紧抓住 铁三角 和 铝三角 深刻理解转化的本质和实现转化所需的条 件 在此基础上 将相关物质的制取 性质 应用 按系列类比复习 找出共性和特性 将知识点 连成线 织成网 形成网络化 记忆 二 重点关注 1 Si及其化合物在材料领域中的重要作用 2 Al及其化合物不同于其他金属及其化合物的特殊性质 3 Cu及其化合物多以实验试剂或计算题的背景材料在考题中出现 尤其值得关注的物质有Cu CuO Cu2O Cu OH 2和无水硫酸铜等 4 Fe是一种与人类生产生活有密切关系的元素 它较好地实现了化 学与社会的对接 下面对本专题作具体复习要点梳理 一 从铝土矿到铝合金铝土矿 主要成分为Al2O3 还有少量的Fe2O 3 SiO2等杂质 是铝元素在地壳中的主要存在形式之一 1 从铝土矿中提取铝 1 铝元素在地壳中含量仅次于氧 硅 是地壳中含量最多的金属 元素 2 工业提取铝涉及的主要反应有 Al2O3 2NaOH 2NaAlO2 H2O N aAlO2 CO2 2H2O Al OH 3 NaHCO3 2Al OH 3 Al2O3 3H2O 2Al2 O3电解4Al 3O2 3 合金的硬度一般比各成分金属的硬度都大 多数合金的熔点低 于组成它的成分金属 铝合金具有密度小 强度高 塑性好 制造工艺简单 成本低 抗 蚀性等特点 常用于制轻质合金 做导线 炊具 建筑装饰材料等 2 铝的性质 1 铝在常温下能很快被氧化 形成致密的氧化膜 因而具有一定 的抗腐蚀性 2 跟酸的反应非氧化性酸如2Al 6HCl 2AlCl3 3H2 强氧化性酸 常温下铝 或者铁 遇浓硫酸或浓硝酸 会在铝表面生成致密的氧 化膜而发生钝化 3 跟碱的反应铝能和强碱溶液反应 该反应可理解为铝先和强碱溶液中的水反应生成氢氧化铝 氢氧化 铝再和强碱反应生成偏铝酸盐2Al 6H2O 2Al OH 3 3H2 Al OH 3 Na OH NaAlO2 2H2O简写为2Al 2H2O 2NaOH 2NaAlO2 3H2 4 铝热反应2Al Fe2O3Al2O3 2Fe特点放出大量热 使生成的金 属呈液态 高温应用焊接钢轨和冶炼某些难熔金属 如V Cr Mn等 3 氧化铝的性质 1 典型的两性氧化物 既能溶于强酸 又能溶于强碱 Al2O3 6H 2Al3 3H2O Al2O3 2OH 2 用途耐火材料 Al2O3熔点高 冶炼金属铝 刚玉的主要成分 为 氧化铝 优质刚玉 红宝石 蓝宝石等 可作装饰品 4 氢氧化铝的性质 1 典型的两性氢氧化物 既能溶于强酸 又能溶于强碱 Al OH 3 3H Al3 3H2O Al OH 3 OH 2 不稳定性2Al OH 3 Al2O3 3H2O 3 用途明矾 KAl SO4 2 12H2O 净水原理明矾溶于水发生水解反 应 生成Al OH 3胶体 吸附水中的杂质 使水澄清 4 制取Al3 3NH3 H2O Al OH 3 3NH4Al3 3AlO2 2AlO2 H2O AlO2 2H2O 6H2O 4Al OH 3 二 铁 铜的获取及应用 1 铁 铜的存在铁和铜在自然界中主要以化合态形式存在 常见的铁矿石有磁铁矿 主要成分是Fe3O4 赤铁矿 主要成分是 Fe2O3 常见的铜矿石有黄铜矿 主要成分是CuFeS2 孔雀石 主要成分是CuCO3 Cu OH 2 2 铁 铜的冶炼 1 炼铁A 反应原理在高温下 用还原剂 主要是CO 把铁从铁矿 石里还原出来 B 原料铁矿石 焦炭 石灰石和空气C 设备高炉D 生产过程点燃 C O2CO2CO2 C2CO Fe2O3 3CO2Fe 3CO2 高温CaCO3CaO CO2 SiO2 CaO CaSiO3高温 2 炼铜4CuFeS2 13O24CuO 2Fe2O3 8SO2高温2CuO C2Cu CO2 高 温 3 铁 铜及其化合物的应用 1 铁 铜物理性质比较不同点铁 银白色 质软 易被磁化 铜 紫红色 导电性比铁好 2 铁 铜化学性质铁铜高温高温与水3Fe 4H2O g Fe3O4 4H2 与Cl22Fe 3Cl22FeCl3点燃 与非金属单质Cu Cl2CuCl2点燃与硫Fe S FeS2Cu S Cu2S与非氧化 性酸Fe 2H Fe2 H2 Fe Cu2 Fe2 Cu Fe 2Fe3 3Fe2 不反应Cu 2Ag Cu2 2Ag Cu 2Fe3 2Fe2 Cu2 与金属的盐溶液与浓硫酸 硝酸在常温下遇浓 硫酸 浓硝酸发生钝化 加热时可反应 但无氢气生成在加热条件 下可与浓硫酸反应 常温下可与硝酸反应 但无氢气生成 3 Fe2 与Fe3 的检验A 观察法Fe2 溶液呈浅绿色 Fe3 溶液 呈棕黄色 Cu2 溶液呈蓝色B KS法滴入KS无色溶液 溶液呈红色 则是Fe3 溶液 与KS溶液作用不显红色 再滴氯水则变红则是Fe2 溶液 C 碱液法加入碱液 氨水也可 产生红褐色沉淀是Fe3 白色沉 淀迅速转变为灰绿色 最后呈红褐色是Fe2 溶液 4 Fe2 Fe3 的转化A Fe2 Fe3 在强氧化剂的作用下 如2Fe2 Cl2 2Fe3 2Cl B Fe3 Fe2 在强还原剂的作用下 如Fe 2Fe3 3Fe2 三 含硅矿物与信息材料 1 硅的存在硅在地壳中的含量排在第二位 全部以化合态存在 物 质形式主要是SiO2和硅酸盐 2 硅酸盐 1 硅酸盐性质稳定 熔点较高 大都难溶于水 2 硅酸钠Na2SiO3水溶液俗称水玻璃 常用作黏合剂 防腐剂和 防火剂等 能与酸反应通CO2 碳酸 或者加入盐酸有白色沉淀Na2SiO3 CO2 H2 O Na2CO3 H2SiO3 硅酸 白色沉淀 酸性比H2CO3弱 3 分子筛组成Na2O Al2O3 2SiO2 nH2O 应用筛分分子 分离 提纯混合物 作干燥剂 离子交换剂 催化剂及催化剂载体等 4 传统无机非金属材料主要原料普通水泥黏土 石灰石 少量石 膏普通玻璃石英 纯碱 石灰石陶瓷黏土 石英沙产品主要成分2Ca O SiO 2 3CaO SiO 2 3CaO Al2O3Na2SiO 3 CaSiO 3 SiO2成分复杂 主要是硅酸盐高温制玻璃反应SiO2 Na2CO3高温N a2SiO3 CO2 SiO2 CaCO3高温CaSiO3 CO2 3 硅单质 1 结构与金刚石相似 为正四面体空间网状结构 2 化学性质性质稳定 常温下只与单质氟 氢氟酸和强碱溶液反 应 Si 2F2 SiF4 气态 Si 4HF SiF4 2H2 Si 2NaOH H2O Na2Si O3 2H2 Si O2高温SiO2 3 制取SiO2 2C高温Si 2CO Si 2Cl2高温SiCl4 SiCl4 2H2高温 Si 4HCl 4 用途制造半导体材料 信息材料 制造变压器的铁芯 制造 耐酸合金钢等 4 二氧化硅 1 性质SiO2 4HF SiF4 2H2O SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O SiO2 2C高温Si 2CO SiO2 CaO高温CaSiO3 2 用途制造光导纤维 光学镜片 石英坩埚等 疑难解析 一 铝三角 Al3 3NH3 H2O Al OH 3 3NH4或Al3 3OH Al OH 3 Al OH 3 3H Al3 3H2O Al OH 3 OH AlO2或2AlO 2或AlO2 AlO2 Al3 4OH AlO2 6H2O 4Al OH 3 AlO2 2H2O CO2 2H2O Al OH 3 HCO3 CO2 3H2O 2Al OH 3 CO3 H H2O Al OH 3 4H Al3 2H2O 2H2O 2 另外Al3 3AlO2 二 铝三角 转化关系中的图象问题 1 可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图象A 向可溶性铝盐溶液中 滴加NaOH溶液直到过量Al3 3OH Al OH 3 Al OH 3 OH AlO2 2H2O B 向NaOH溶液中滴加可溶性铝盐溶液直到过量Al3 4OH AlO2Al3 3AlO2 2H2O 6H2O 4Al OH 3 2 偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图象A 向偏铝酸盐溶液中滴加稀盐 酸直至过量AlO2Al OH 3 3H Al3 3H2O H H2O Al OH 3 B 向稀盐酸中滴加偏铝酸盐溶液直至过量AlO2A l3 3AlO2 4H Al3 2H2O 6H2O 4Al OH 3 三 铁三角 1 Fe Fe2 铁与氧化性较弱的非金属 如S I2 非氧化性酸 如盐酸 不活泼金属的盐溶液 如CuSO4溶液 反应 2 Fe2 Fe比较活泼的金属 如Zn 能从亚铁盐溶液中置换出来 3 Fe Fe3 铁与强氧化剂 如Cl 2 HNO 3 浓H2SO4 在一定条件下反应 4 Fe3 Fe铁盐溶液与活泼金属 K Na Ca除外 反应时 铁可 被还原 5 Fe2 Fe3 亚铁盐与强氧化剂反应 6 Fe3 Fe2 铁盐溶液与较强的还原剂反应 四 铁与稀硝酸反应的解题规律 1 审清两种物质的量HNO3过量时Fe 4HNO3 稀 Fe NO3 3 NO 2H2O Fe过量时Fe 2Fe NO3 3 3Fe NO3 2 2 得总方程 式3Fe 8HNO3 稀 3Fe NO3 2 2NO 4H2O 2 注意不同范围产物的变化n Fe n HNO3 1 4 产物仅有Fe NO3 3 HNO3可能有剩余 n Fe n HNO3 3 8 产物仅有Fe NO3 2 Fe可能有剩余 1 4 n Fe n HNO3 3 8 产物为Fe NO3 3和Fe NO3 2 五 硅及硅酸盐 1 硅酸盐的表示方法硅酸盐的种类多 结构复杂 其组成的表示方 法有两种 1 盐化学式法如硅酸钠Na2SiO 3 硅酸钙CaSiO3等 此法一般用于组成较简单的硅酸盐 2 氧化物法氧化物的顺序活泼金属金属氧化物 较活泼金属氧化 物 SiO2 H2O 氧化物前系数配置原则除氧元素外 其他元素按配置前后原子个数 守恒原则 注意事项氧化物之间以 隔开 系数配置出现分数应化为整数 例如钾长石KAlSi3O8 不能写成1 2K2O 1 2Al2O3 3SiO2 应写成 K2O Al2O3 6SiO2 2 硅及其化合物的特性 1 Si在低温时的还原性大于C 但C在高温下能还原出Si SiO2 2C高温Si 2CO 2 非金属单质一般不跟非氧化性酸反应 但Si能与HF反应Si 4HF SiF4 2H2 3 非金属单质跟碱溶液反应一般无H2放出 但Si却能生成H2Si 2 NaOH H2O Na2SiO3 2H2 4 非金属单质一般为非导体 但Si为半导体 5 SiO2是酸性氧化物 但它不溶于水 不能直接与水反应制备H2 SiO3 6 酸性氧化物一般不与酸反应 但SiO2能与HF反应SiO2 4HF Si F4 2H2O 7 无机酸一般易溶于水 但H2SiO3难溶于水 8 H2CO3酸性大于H2SiO3 所以有Na2SiO3 CO2 H2O Na2CO3 H2S iO3 但高温下 SiO2 Na2CO3高温Na2SiO3 CO2 也能发生 3 二氧化碳和二氧化硅的比较二氧化碳空气中二氧化硅自然界中的 存在岩石中 硅石 石英 水晶 硅藻土中都含SiO2坚硬难熔的固 体 不溶于水物理性质熔沸点低 常温时是气体 微溶于水CO2 H2O H2CO3化学性质与水与酸与NaOH溶液CO2 2NaOH Na2CO3 H2O与CaO CO2