2021高三全国统考化学（经典版）一轮学案：第3章 第4节 用途广泛的金属材料开发利用金属矿物含答案

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精2021高三全国统考化学（经典版）一轮学案：第3章第4节用途广泛的金属材料开发利用金属矿物含答案第4节用途广泛的金属材料开发利用金属矿物［考试说明］1.了解合金的概念及重要应用.2.了解常见金属的活动性顺序及金属冶炼的一般方法。3.了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用。[命题规律］化学与自然资源的综合利用,关乎社会可持续发展，考查形式一般为以某种矿石（或工业废渣）为素材设计工艺流程图,结合新信息考查金属的冶炼、方程式书写、实验操作、电化学知识及溶度积和化学计算等。考点1合金、金属材料及其应用知识梳理1.合金（1)概念：合金是指由两种或两种以上的金属（或eq\o(□,\s\up1（01))金属与非金属）熔合而成的具有eq\o（□,\s\up1(02）)金属特性的物质.（2）性能:合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。①熔点:一般比它的各成分金属的eq\o（□，\s\up1（03)）低；②硬度和强度：一般比它的各成分金属的eq\o(□,\s\up1（04））大.2．常见金属材料eq\a\vs4\al\co1（金属，材料)—eq\b\lc\[\rc\（\a\vs4\al\co1(黑色金属材料：铁、铬、锰以及它们的合金，有色金属材料：除黑色金属以外的其他金属及)）其合金(1)重要的黑色金属材料——钢铁钢铁是用量最大、用途最广的合金。钢eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(碳素钢\b\lc\{\rc\（\a\vs4\al\co1（低碳钢：韧性、焊接性好，强度低，中碳钢：强度高，韧性及加工性好，高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好））,合金钢：具有各种不同的优良性能，常见的有不锈钢，及各种特种钢)）(2）有色金属材料——铜和铝(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。（2）合金的物理性质相比于成分金属有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。(3）黑色金属材料和有色金属材料不是从材料的颜色上分的，铁、铬、锰及其合金材料不是黑色的，仍为银白色，而有色金属中除金为黄色，铜为红色外，其他绝大多数是银白色的。（4)金属活动性顺序中存在“一强一弱”规律。金属单质的还原性越弱，对应阳离子的氧化性越强,即常见离子的氧化性由强到弱的顺序是Ag＋〉Fe3＋>Cu2＋>H＋〉Pb2＋〉Sn2＋〉Fe2＋>Zn2＋。(注意Fe3＋、Fe2＋的位置）1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。(1）下列物质或材料都属于合金：钢、青铜、铝镁合金、水银、硅钢。（×）错因:水银是金属汞,属单质.(2）合金中的金属元素以化合物的形式存在。（×)错因：在合金中,金属或非金属都是以单质的形式存在。（3）合金的硬度低于成分金属,合金的熔点一般高于其成分金属.(×)错因：合金的硬度高于成分金属，合金的熔点一般低于它的成分金属。（4)合金比纯金属的导电性更强.（×)错因：合金的导电性不一定比纯金属更强,如铝合金的导电性比纯铝要差.(5)合金不如纯金属的应用范围广。（×）错因:合金比纯金属的应用范围更广。2．金属单质具有的通性是（)A．硬度大B．熔、沸点较低C．质软D．具有金属光泽、导电、导热、有延展性答案D题组训练1。中国自主研发的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答案D2．某合金与铁的物理性质的比较如下表所示:熔点/℃密度(g/cm3)硬度(金刚石为10）导电性（银为100)某合金25003。007。42.3铁15357.864.517还知该合金耐腐蚀、强度大，从以上性能看，该合金不适合做(）A．导线 B．门窗框C．炉具 D．飞机外壳答案A考点2金属矿物的开发利用知识梳理1。金属在自然界中存在的形态除了金、铂等极少数金属外,绝大多数金属以eq\o（□，\s\up1(01)）化合物的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显eq\o(□，\s\up1（02)）正化合价。2．金属冶炼的实质使金属化合物中的金属离子eq\o（□，\s\up1（01）)得电子被eq\o(□，\s\up1(02））还原为金属单质的过程：Mn＋＋ne－=M。3．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eq\o(□,\s\up1(01）)还原剂把金属矿石中的金属离子eq\o（□,\s\up1（02））还原成金属单质。(3)精炼：提纯金属。4．金属冶炼方法（1）金属冶炼方法与金属活动性的关系（2）金属冶炼的方法（用化学方程式表示）(1)冶炼Mg时只能电解MgCl2，不能电解MgO，原因是MgO的熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本.(2）冶炼Al时只能电解Al2O3,不能电解AlCl3（原因是AlCl3是共价化合物,熔融态不导电).加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度.(3)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼,如Na＋KCl850℃,K↑＋NaCl、2RbCl＋Mgeq\o(=,\s\up7(700～800℃））MgCl2＋2Rb↑等,利用K、Rb沸点低，汽化离开反应体系，使反应得以进行。（4)铜的冶炼“三方法”①火法炼铜（还原法炼铜):Cu2S＋O2eq\o(=，\s\up7(高温）)2Cu＋SO2。粗铜中铜的含量为99。5％~99.7％，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95％～99。98％的铜。②湿法炼铜：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu.③生物炼铜:“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性，并能利用空气中的氧气氧化硫化铜矿石，然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。1.判断正误，正确的画“√”,错误的画“×”，错误的指明错因。（1）用金属钠置换氯化钛(TiCl4）溶液中的钛。(×)错因：应用金属钠与熔融的氯化钛反应制金属钛。（2)用海水为原料制得精盐,再电解纯净的NaCl溶液制取金属钠.(×）错因:制钠：2NaCl(熔融）eq\o（=,\s\up7（电解)）2Na＋Cl2↑。（3)用黄铜矿经电解精炼得到精铜.（×）错因：黄铜矿冶炼后得到粗铜，粗铜电解精炼得到精铜。(4)在给定条件下制取金属镁MgCl2（aq)eq\o（→,\s\up7（石灰乳))Mg(OH）2eq\o(→,\s\up7(煅烧))MgOeq\o(→，\s\up7(电解)）Mg。（×）错因：MgO熔点高，电解耗能大。2．下列是部分矿物资源的利用及产品流程,有关说法不正确的是（)A．粗铜电解精炼时，粗铜作阳极B．生产铝、铜、高纯硅及玻璃过程中都涉及氧化还原反应C．黄铜矿冶炼铜时，副产物SO2可用于生产硫酸，FeO可用作冶炼铁的原料D．粗硅制高纯硅时，提纯四氯化硅可用多次分馏的方法答案B题组训练1。下列金属冶炼的反应原理中错误的是（）A．MgCl2（熔融)eq\o（=，\s\up7(电解)）Mg＋Cl2↑B．Al2O3＋3H2eq\o(=，\s\up7（△）)2Al＋3H2OC．Fe2O3＋3COeq\o（=，\s\up7（高温)）2Fe＋3CO2D．2Ag2Oeq\o(=，\s\up7（△））4Ag＋O2↑答案B2．下列关于金属冶炼的说法中正确的是()A．金属银、汞可用热分解法冶炼B．将金属钠加入TiCl4溶液中制得金属钛C．金属Mg、Al都可以用电解熔融氯化物的方法制得D．电解法是冶炼活泼金属（如钾、钠、镁、铝等)的唯一方法答案A高考真题实战1．(2019·江苏高考)下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是（)A．NH4HCO3受热易分解,可用作化肥B．稀硫酸具有酸性，可用于除去铁锈C．SO2具有氧化性，可用于纸浆漂白D．Al2O3具有两性，可用于电解冶炼铝答案B解析利用碳酸氢铵溶解后的铵根离子易被植物吸收作氮肥,不是利用其受热易分解的性质，A错误；铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,可用稀硫酸除去，B正确;漂白纸张是利用二氧化硫的漂白性，不是利用其氧化性，C错误；Al2O3熔融状态下能导电，可以电解冶炼铝，与其两性无关，D错误.2．(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、LiC．“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答案D解析废旧电池中含有重金属，随意丢弃容易污染环境，因此合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用,A正确;根据流程的转化可知从正极片中可回收的金属元素有Al、Fe、Li，B正确；HNO3可以将磷酸亚铁锂滤渣中的Fe2＋氧化为Fe3＋，得到含Li、P、Fe等的滤液，加入碱液生成氢氧化铁沉淀,因此“沉淀”反应的金属离子是Fe3＋，C正确;硫酸锂能溶于水，因此上述流程中不能用硫酸钠代替碳酸钠，D错误。3．(2019·全国卷Ⅱ）立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白)，是一种常用白色颜料。回答下列问题：（1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时，钡的焰色为（填标号)。A．黄色 B．红色C．紫色 D．绿色（2)以重晶石(BaSO4）为原料，可按如下工艺生产立德粉：①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡,该过程的化学方程式为。回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为。②在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差,其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的（填化学式）.③沉淀器中反应的离子方程式为。(3）成品中S2－的含量可以用“碘量法”测得。称取mg样品，置于碘量瓶中,移取25。00mL0。1000mol·L－1的I2.KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭,置暗处反应5min，有单质硫析出。以淀粉为指示剂,过量的I2用0。1000mol·L－1Na2S2O3溶液滴定,反应式为I2＋2S2Oeq\o\al（2－,3）=2I－＋S4Oeq\o\al(2－,6).测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmL.终点颜色变化为，样品中S2－的含量为(写出表达式）.答案(1）D(2）①BaSO4＋4Ceq\o(=,\s\up7(900～1200℃))BaS＋4CO↑CO＋H2O=CO2＋H2②BaCO3③S2－＋Ba2＋＋Zn2＋＋SOeq\o\al(2－，4)=ZnS·BaSO4↓（3）浅蓝色至无色且半分钟内不恢复原色eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1（25。00－\f(1,2）V））×0。1000×32,m×1000）×100%解析(1）根据常见元素的焰色反应，可知钡元素的焰色为绿色。（2）①由流程图中的原料为重晶石和过量焦炭粉经回转炉、浸出槽后得到净化的BaS溶液，可判断重晶石(BaSO4）与焦炭粉反应生成BaS和有毒气体CO，根据得失电子守恒法可配平氧化还原反应方程式BaSO4＋4Ceq\o（=,\s\up7（900～1200℃)）BaS＋4CO↑;CO与水蒸气反应得到的清洁能源气体为H2，另一种产物为CO2，则CO与水蒸气反应的化学方程式为CO＋H2O=CO2＋H2。②潮湿空气中的CO2和水蒸气跟“还原料”中的硫化钡反应生成的臭鸡蛋气味的气体为H2S，水溶性变差是因为发生了反应BaS＋CO2＋H2O=H2S＋BaCO3↓，由此可知难溶于水的物质为BaCO3。③硫化钡溶液与硫酸锌反应生成难溶于水的立德粉(ZnS·BaSO4），因此离子反应方程式为S2－＋Ba2＋＋Zn2＋＋SOeq\o\al(2－,4）=ZnS·BaSO4↓。(3)淀粉溶液遇到I2溶液变蓝，当Na2S2O3将I2消耗完后,溶液由浅蓝色变至无色，即滴定终点时，溶液会由浅蓝色变至无色且半分钟内不恢复原色。设Na2S2O3消耗的I2的物质的量为n1。由化学方程式可得：I2＋2S2Oeq\o\al（2－,3)=2I－＋S4Oeq\o\al（2－，6)1mol2moln10.1000mol·L－1×V×10－3L则n1＝eq\f(1，2）V×0.1000×10－3mol设样品中S2－的含量为w，则由反应I2＋S2－=2I－＋S↓可得：I2～S2－1mol32g25．00×10－3L×0.1000mol·L－1－eq\f(1，2)V×0.1000×10－3molmg×w由此可得：w＝eq\f(\b\lc\（\rc\）（\a\vs4\al\co1(25。00－\f(1，2）V))×0。1000×32,m×1000）×100%。4．(2017·江苏高考）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.答案(1)Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al（－，2)＋H2O（2）减小（3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化（4)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜解析（2)“过滤Ⅰ”所得滤液的主要成分是NaAlO2，显强碱性，加入NaHCO3后，NaAlO2可与NaHCO3发生反应：AlOeq\o\al（－，2）＋HCOeq\o\al(－，3)＋H2O=Al（OH）3↓＋COeq\o\al（2－,3)，溶液碱性减弱,pH减小。5．(2015·天津高考）废旧印刷电路板是一种电子废弃物,其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下：回答下列问题：（1）反应Ⅰ是将Cu转化为Cu（NH3)eq\o\al（2＋,4），反应中H2O2的作用是。写出操作①的名称：。（2）反应Ⅱ是铜氨溶液中的Cu（NH3）eq\o\al(2＋，4)与有机物RH反应，写出该反应的离子方程式:。操作②用到的主要仪器名称为，其目的是（填序号).a．富集铜元素b．使铜元素与水溶液中的物质分离c．增加Cu2＋在水中的溶解度(3）反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和。若操作③使用如图装置，图中存在的错误是。答案(1)作氧化剂过滤（2)Cu（NH3）eq