高考化学一轮复习讲练测第8讲金属材料(不锈钢、铝合金、合金)(讲)原卷版+解析

第8讲金属材料（不锈钢、铝合金、合金）【学科核心素养】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。【核心素养发展目标】1.能从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能反应，培养宏观辨识与微观探析的能力。2.能列举常见合金的组成和性能，能科学、合理的选择和使用金属材料，培养学生的科学精神和社会责任感。【知识点解读】知识点一铝、镁的性质及应用1．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。2．金属铝的化学性质①4Al＋3O2eq\o(=====,\s\up7(△))2Al2O3②2Al＋Fe2O3eq\o(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3③2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑④2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑3．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＋2Aleq\o(=====,\s\up7(高温))2Fe＋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＋4Aleq\o(=====,\s\up7(高温))3Mn＋2Al2O3；②金属焊接，如野外焊接钢轨等4.铝的制备和用途(1)制备原理电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)eq\o(=====,\s\up7(电解),\s\do5())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＋O2eq\o(=====,\s\up7(点燃))2MgO3Mg＋N2eq\o(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2与水反应反应很困难能与沸水反应Mg＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(△))Mg(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＋CO2eq\o(=====,\s\up7(点燃))2MgO＋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eq\f(1,3)＜eq\f(VHClH2,VNaOHH2)＜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)3eq\o(=====,\s\up7(△))Al2O3＋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↓＋3NHeq\o\al(＋,4)。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↓＋HCOeq\o\al(－,3)。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↓＋3NHeq\o\al(＋,4)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↓＋HCOeq\o\al(－,3)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↓＋3NHeq\o\al(＋,4)②由NaAlO2制备Al(OH)3宜用CO2与AlOeq\o\al(－,2)反应：2H2O＋AlOeq\o\al(－,2)＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)③从节约原料角度，由Al制备Al(OH)3，宜用eq\f(1,4)Al制备Al3＋，eq\f(3,4)Al制备AlOeq\o\al(－,2)，然后将二者混合：Al3＋＋3AlOeq\o\al(－,2)＋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－、AlOeq\o\al(－,2)、HS－、SiOeq\o\al(2－,3)、COeq\o\al(2－,3)、HCOeq\o\al(－,3)、SOeq\o\al(2－,3)等。②与AlOeq\o\al(－,2)不能大量共存的(阳)离子有：H＋、Al3＋、NHeq\o\al(＋,4)、Fe2＋、Fe3＋等。③AlOeq\o\al(－,2)与HCOeq\o\al(－,3)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＋、NHeq\o\al(＋,4)、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NHeq\o\al(＋,4)反应，则生成的NH3·H2O又使Al3＋沉淀且生成NHeq\o\al(＋,4))；Ⅲ.NHeq\o\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O[若先溶解Al(OH)3，则产生的AlOeq\o\al(－,2)又与NHeq\o\al(＋,4)反应生成沉淀]；Ⅳ.Al(OH)3＋OH－===AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O。②向含有AlOeq\o\al(－,2)、COeq\o\al(2－,3)、OH－的混合溶液中逐滴加入盐酸，反应顺序是：Ⅰ.OH－＋H＋===H2O；Ⅱ.AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓(AlOeq\o\al(－,2)比COeq\o\al(2－,3)先反应)；Ⅲ.COeq\o\al(2－,3)＋H＋===HCOeq\o\al(－,3)；Ⅳ.HCOeq\o\al(－,3)＋H＋===CO2↑＋H2O[HCOeq\o\al(－,3)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O2①潮湿的空气中：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜，绿色)②2Cu＋O2eq\o(=====,\s\up7(△))2CuO(__黑色__固体)Cl2Cu＋Cl2eq\o(=====,\s\up7(点燃))CuCl2(__棕黄__色烟)S2Cu＋Seq\o(=====,\s\up7(△))Cu2S氧化性酸浓硫酸Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=====,\s\up7(△))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、FeCl3Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag、Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl22.铜的氧化物和氢氧化物氧化铜氧化亚铜氢氧化铜化学式CuOCu2OCu(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＋＋H2O②CuO＋H2eq\o(=====,\s\up7(△))Cu＋H2O③CuO＋COeq\o(=====,\s\up7(△))Cu＋CO2①Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O②Cu2O＋H2eq\o(=====,\s\up7(△))2Cu＋H2O①Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O②Cu(OH)2eq\o(=====,\s\up7(△))CuO＋H2O3.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)2CO3eq\o(=====,\s\up7(△))2CuO＋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：CuSO4·5H2Oeq\o(=====,\s\up7(△))CuSO4＋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—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——钢钢是用量最大、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，用于制不锈钢,及各种特种钢))(2)几种有色金属材料铝及铝合金eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(铝\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：良好的延展性和导电性,用途：制导线)),铝合金\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：密度小、强度高、塑性好、易于成型、,制造工艺简单、成本低廉,用途：主要用于建筑业、容器和包装业、,交通运输业、电子行业等))))铜及铜合金eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(铜\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：良好的导电性和导热性,用途：主要用于电器和电子工业、建筑业)),铜合金：青铜是我国使用最早的合金，常见的,还有黄铜和白铜))【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、NaMgAl、ZnFe、Sn、Pb(H)Cu、Hg、AgPt、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：2HgOeq\o(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；由Ag2O冶炼Ag的化学方程式：2Ag2Oeq\o(=====,\s\up7(△))4Ag＋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＋4COeq\o(=====,\s\up7(高温))3Fe＋4CO2；b．C还原ZnO：ZnO＋Ceq\o(=====,\s\up7(高温))Zn＋CO↑；c．H2还原WO3：WO3＋3H2eq\o(=====,\s\up7(高温))W＋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)eq\o(=====,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑、MgCl2(熔融)eq\o(=====,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑、2Al2O3eq\o(=====,\s\up7(通电),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑。【典例剖析】高频考点一铝及其化合物性质例1.（2020·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.(2021·浙江卷)常温下，铝遇浓硝酸或浓硫酸时会发生钝化B.(2019·江苏卷)0.1mol·L-1NaOH溶液：Na+、K+、CO32-、AlQUOTEO2-能大量共存O2-能大量共存C.(2020·江苏卷)室温下，Al与4.0mol﹒L-1NaOH溶液反应生成NaAlO2D.(2019·江苏卷)因为Al2O3具有两性，所以可用于电解冶炼铝高频考点二有关铝及其化合物的工艺流程或实验例2.（2021·浙江6月选考）固体化合物X由3种元素组成，某学习小组开展如下探究实验。其中，白色沉淀B能溶于NaOH溶液。请回答：(1)白色固体C的化学式是_______，蓝色溶液D中含有的溶质是_______(用化学式表示)。(2)化合物X的化学式是_______；化合物X的一价阴离子与CH4具有相同的空间结构，写出该阴离子的电子式_______。(3)蓝色溶液A与作用，生成一种气体，溶液蓝色褪去，同时生成易溶于硝酸的白色沉淀。①写出该反应的离子方程式_______。②设计实验验证该白色沉淀的组成元素_______。【变式探究】（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）=__________________。高频考点三铜及其化合物的性质及转化例3.(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↓＋Ieq\o\al(－,3)②Ieq\o\al(－,3)＋2S2Oeq\o\al(2－,3)===S4Oeq\o\al(2－,6)＋3I－反应①中的氧化剂为________。【变式探究】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CuSB．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CuOD．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四、铜及其化合物的制备例4．（2021·全国甲卷）胆矾（CuSO4·5H2O）易溶于水，难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO（杂质为氧化铁和泥沙）为原料与稀硫酸反应制备胆矾，并测定其结晶水的含量。回答下列问题：（1）制备胆矾时，用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外，还必须使用的仪器有______（填标号）A.烧杯B.容量瓶C.蒸发皿D.移液管（2）将CuO加入到适量的稀硫酸中，加热，其主要反应的化学方程式为_____________________，与直接用废液和浓硫酸反应相比，该方法的优点是_________________________________。（3）待CuO完全反应后停止加热，边搅拌边加入适量H2O2，冷却后用NH3·H2O调pH为3.5~4，再煮沸10min，冷却后过滤。滤液经如下实验操作：加热蒸发、冷却结晶、_____________、乙醇洗涤、___________，得到胆矾。其中，控制溶液pH为3.5~4的目的是__________________________，煮沸10min的作用是___________________________。（4）结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后质量为m2，将坩埚加热至胆矾全部变成白色，至于干燥器中冷却至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m3，根据实验数据，胆矾分子中的结晶水的个数为_________________（写表达式）（5）下列操作中，会导致结晶水数目测定偏高的是____________（填标号）①胆矾未充分干燥②坩埚未置于干燥器中冷却③加热时有少量胆矾迸溅出来【变式探究】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溶液高频考点五、金属材料的性质及其应用例5.（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】下列关于新型合金材料说法不正确的是()A．镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料B．钛合金生物相容性好，强度大，可作人造骨骼C．形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状D．利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金高频考点六金属的冶炼例6.《五金·铁》中记载：“若造熟铁，则生铁流出时，相连数尺内，低下数寸，筑一方塘，短墙抵之。其铁流入塘内，数人执柳木排立墙上……众人柳棍疾搅，即时炒成熟铁。”以下说法不正确的是()A．金属冶炼方法由金属活动性决定B．生铁比熟铁质地更硬，延展性稍差C．炒铁是为了提高铁水中的碳含量D．该法与近代往生铁水中吹空气炼钢异曲同工【方法技巧】有些很活泼的金属也可以用还原法来冶炼，如Na＋KCleq\o(=====,\s\up7(850℃))K↑＋NaCl2RbCl＋Mgeq\o(========,\s\up7(700～800℃))MgCl2＋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】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)eq\o(→,\s\up7(石灰乳))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up7(煅烧))MgOeq\o(→,\s\up7(电解))Mg【举一反三】铜及其化合物在生产生活中有广泛应用，铜在化合物中的常见化合价有＋1、＋2。已知Cu2O与稀硫酸反应，溶液呈蓝色。(1)工业上可用Cu2S＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2Cu＋SO2反应制取粗铜，该反应中________元素被还原。(2)将少量铜丝放入适量的稀硫酸中，温度控制在50℃，加入H2O2溶液，一段时间后，升温到60℃，再反应一段时间后可制得硫酸铜，该反应的离子方程式为______________。温度控制在50～60℃的原因除了加快反应速率外，还有___________________。在CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl溶液，加热，生成CuCl沉淀，写出生成CuCl的离子方程式：______________________________________________。(3)现向Cu、Cu2O和CuO组成的混合物中，加入2L0.6mol·L－1HNO3溶液恰好使混合物溶解，同时收集到4480mLNO气体(标准状况)。Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式为_______________________________________________________________________________________________________________。若将上述混合物用足量的H2加热还原，所得到固体的质量为__________g。若混合物中含0.2molCu，将该混合物与稀硫酸充分反应，消耗H2SO4的物质的量为________mol。第8讲金属材料（不锈钢、铝合金、合金）【学科核心素养】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。【核心素养发展目标】1.能从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能反应，培养宏观辨识与微观探析的能力。2.能列举常见合金的组成和性能，能科学、合理的选择和使用金属材料，培养学生的科学精神和社会责任感。【知识点解读】知识点一铝、镁的性质及应用1．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。2．金属铝的化学性质①4Al＋3O2eq\o(=====,\s\up7(△))2Al2O3②2Al＋Fe2O3eq\o(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3③2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑④2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑3．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＋2Aleq\o(=====,\s\up7(高温))2Fe＋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＋4Aleq\o(=====,\s\up7(高温))3Mn＋2Al2O3；②金属焊接，如野外焊接钢轨等4.铝的制备和用途(1)制备原理电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)eq\o(=====,\s\up7(电解),\s\do5())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＋O2eq\o(=====,\s\up7(点燃))2MgO3Mg＋N2eq\o(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2与水反应反应很困难能与沸水反应Mg＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(△))Mg(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＋CO2eq\o(=====,\s\up7(点燃))2MgO＋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eq\f(1,3)＜eq\f(VHClH2,VNaOHH2)＜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)3eq\o(=====,\s\up7(△))Al2O3＋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↓＋3NHeq\o\al(＋,4)。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↓＋HCOeq\o\al(－,3)。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↓＋3NHeq\o\al(＋,4)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↓＋HCOeq\o\al(－,3)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↓＋3NHeq\o\al(＋,4)②由NaAlO2制备Al(OH)3宜用CO2与AlOeq\o\al(－,2)反应：2H2O＋AlOeq\o\al(－,2)＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)③从节约原料角度，由Al制备Al(OH)3，宜用eq\f(1,4)Al制备Al3＋，eq\f(3,4)Al制备AlOeq\o\al(－,2)，然后将二者混合：Al3＋＋3AlOeq\o\al(－,2)＋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－、AlOeq\o\al(－,2)、HS－、SiOeq\o\al(2－,3)、COeq\o\al(2－,3)、HCOeq\o\al(－,3)、SOeq\o\al(2－,3)等。②与AlOeq\o\al(－,2)不能大量共存的(阳)离子有：H＋、Al3＋、NHeq\o\al(＋,4)、Fe2＋、Fe3＋等。③AlOeq\o\al(－,2)与HCOeq\o\al(－,3)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＋、NHeq\o\al(＋,4)、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NHeq\o\al(＋,4)反应，则生成的NH3·H2O又使Al3＋沉淀且生成NHeq\o\al(＋,4))；Ⅲ.NHeq\o\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O[若先溶解Al(OH)3，则产生的AlOeq\o\al(－,2)又与NHeq\o\al(＋,4)反应生成沉淀]；Ⅳ.Al(OH)3＋OH－===AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O。②向含有AlOeq\o\al(－,2)、COeq\o\al(2－,3)、OH－的混合溶液中逐滴加入盐酸，反应顺序是：Ⅰ.OH－＋H＋===H2O；Ⅱ.AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓(AlOeq\o\al(－,2)比COeq\o\al(2－,3)先反应)；Ⅲ.COeq\o\al(2－,3)＋H＋===HCOeq\o\al(－,3)；Ⅳ.HCOeq\o\al(－,3)＋H＋===CO2↑＋H2O[HCOeq\o\al(－,3)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O2①潮湿的空气中：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜，绿色)②2Cu＋O2eq\o(=====,\s\up7(△))2CuO(__黑色__固体)Cl2Cu＋Cl2eq\o(=====,\s\up7(点燃))CuCl2(__棕黄__色烟)S2Cu＋Seq\o(=====,\s\up7(△))Cu2S氧化性酸浓硫酸Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=====,\s\up7(△))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、FeCl3Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag、Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl22.铜的氧化物和氢氧化物氧化铜氧化亚铜氢氧化铜化学式CuOCu2OCu(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＋＋H2O②CuO＋H2eq\o(=====,\s\up7(△))Cu＋H2O③CuO＋COeq\o(=====,\s\up7(△))Cu＋CO2①Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O②Cu2O＋H2eq\o(=====,\s\up7(△))2Cu＋H2O①Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O②Cu(OH)2eq\o(=====,\s\up7(△))CuO＋H2O3.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)2CO3eq\o(=====,\s\up7(△))2CuO＋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：CuSO4·5H2Oeq\o(=====,\s\up7(△))CuSO4＋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—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——钢钢是用量最大、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，用于制不锈钢,及各种特种钢))(2)几种有色金属材料铝及铝合金eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(铝\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：良好的延展性和导电性,用途：制导线)),铝合金\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：密度小、强度高、塑性好、易于成型、,制造工艺简单、成本低廉,用途：主要用于建筑业、容器和包装业、,交通运输业、电子行业等))))铜及铜合金eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(铜\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：良好的导电性和导热性,用途：主要用于电器和电子工业、建筑业)),铜合金：青铜是我国使用最早的合金，常见的,还有黄铜和白铜))【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、NaMgAl、ZnFe、Sn、Pb(H)Cu、Hg、AgPt、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：2HgOeq\o(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；由Ag2O冶炼Ag的化学方程式：2Ag2Oeq\o(=====,\s\up7(△))4Ag＋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＋4COeq\o(=====,\s\up7(高温))3Fe＋4CO2；b．C还原ZnO：ZnO＋Ceq\o(=====,\s\up7(高温))Zn＋CO↑；c．H2还原WO3：WO3＋3H2eq\o(=====,\s\up7(高温))W＋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)eq\o(=====,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑、MgCl2(熔融)eq\o(=====,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑、2Al2O3eq\o(=====,\s\up7(通电),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑。【典例剖析】高频考点一铝及其化合物性质例1.（2020·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【答案】D【解析】铝在空气中可以与氧气反应生成致密氧化铝，致密氧化铝包覆在铝表面阻止铝进一步反应，铝具有延展性，故铝可用于制作铝金属制品，A错误；氧化铝为离子化合物，可用作电解冶炼铝的原料，B错误；氢氧化铝为两性氢氧化物，可以用于中和过多的胃酸，C错误；明矾溶于水后电离出的铝离子水解生成氢氧化铝胶体，氢氧化铝胶体能吸附水中的悬浮物，用于净水，D正确；故选D。【变式探究】（高考组合题）下列说法错误的是（）A.(2021·浙江卷)常温下，铝遇浓硝酸或浓硫酸时会发生钝化B.(2019·江苏卷)0.1mol·L-1NaOH溶液：Na+、K+、CO32-、AlQUOTEO2-能大量共存O2-能大量共存C.(2020·江苏卷)室温下，Al与4.0mol﹒L-1NaOH溶液反应生成NaAlO2D.(2019·江苏卷)因为Al2O3具有两性，所以可用于电解冶炼铝【答案】D【解析】浓硫酸和浓硝酸具有强氧化性，铝在浓硫酸和浓硫酸中会发生钝化，阻碍反应的继续进行，A正确；碱性溶液中，Na+、K+、CO32-、AlQUOTEO2-能大量共存O2-能大量共存，B正确；室温下，铝与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，C正确；和酸、碱都反应可以体现Al2O3具有两性，电解冶炼铝，只能说明熔融氧化铝能导电，二者没有必然联系，D错误。高频考点二有关铝及其化合物的工艺流程或实验例2.（2021·浙江6月选考）固体化合物X由3种元素组成，某学习小组开展如下探究实验。其中，白色沉淀B能溶于NaOH溶液。请回答：(1)白色固体C的化学式是_______，蓝色溶液D中含有的溶质是_______(用化学式表示)。(2)化合物X的化学式是_______；化合物X的一价阴离子与CH4具有相同的空间结构，写出该阴离子的电子式_______。(3)蓝色溶液A与作用，生成一种气体，溶液蓝色褪去，同时生成易溶于硝酸的白色沉淀。①写出该反应的离子方程式_______。②设计实验验证该白色沉淀的组成元素_______。【答案】(1)Al2O3(2)CuAl2Cl8将白色沉淀溶于硝酸，得到蓝色溶液，说明有Cu元素；再向溶液中加入AgNO3溶液，有白色沉淀，说明有Cl元素【解析】含有Cu2+的溶液显蓝色，含有[Cu(NH3)4]2+的溶液显深蓝色，化合物X溶解后得到的溶液A呈现蓝色，且加入足量氨水后得到深蓝色溶液，即可推得化合物X中含有Cu2+；向含有Al3+的溶液中加入氨水可用于制备Al(OH)3，且Al(OH)3为可溶于NaOH溶液的白色沉淀，即可推断白色沉淀B为Al(OH)3沉淀；深蓝色溶液在加入硝酸酸化的AgNO3溶液后有白色沉淀析出，可推得化合物X中含有Cl-，综上，化合物X中含有Al3+、Cu2+和Cl-。(1)由上述分析可得，白色沉淀D为Al(OH)3，灼烧Al(OH)3得到Al2O3，故白色固体为Al2O3；溶液D中含有的阳离子有Cu2+、NH4+、Ag+、H+，阴离子有NO3-，故溶液中含有：。(2)由图示数据并根据原子守恒可知，4.020gX中含有铝离子物质的量为：=0.02mol，含有氯离子物质的量为：=0.08mol，由化合物应显电中性可得三种离子物质的量比值为n(Cu2+)：n(Al3+)：n(Cl-)=1：2：8，则可得X的化学式为CuAl2Cl8；阴离子AlCl4-中Al原子的杂化方式为sp3，空间结构为正四面体，与CH4相同，其电子式为。(3)①由上述分析可知，蓝色溶液A中含有Al3+、Cu2+和Cl-，与N2H5+反应时溶液蓝色褪去，即反应后溶液中不存在Cu2+，可推测铜元素以沉淀形式析出，反应得到的沉淀为白色且可溶于硝酸，可推测铜元素在其中不是蓝色且稳定的+2价，而是+1价，即反应过程中Cu元素化合价降低，N2H5+中氮元素显-2价，具有还原性，反应过程中N元素化合价升高生成N2，符合反应中有气体产生，根据化合价升降守恒、电荷守恒以及原子守恒和溶液呈酸性可知反应离子方程式为。②Cu2+在溶液中显蓝色，CuCl中Cu元素为+1价，能被硝酸氧化为+2价，CuCl与硝酸反应过程中Cl元素以Cl-形式存在于溶液中，Cl-与AgNO3溶液反应生成不溶于硝酸的白色沉淀，故答案为将白色沉淀于硝酸，得到蓝色溶液，说明有Cu元素；再向溶液中加入AgNO3溶液，有白色沉淀，说明有Cl元素。【变式探究】（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）=__________________。【解析】根据流程，矿粉焙烧时FeS2与O2反应生成Fe2O3和SO2，在空气中CaO可将SO2转化为CaSO4；“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的NaAlO2、Na2SiO3；Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，（1）过量SO2与NaOH反应生成NaHSO3和H2O，反应的化学方程式为SO2+NaOH=NaHSO3，离子方程式为SO2+OH-=HSO3-。（2）①根据题给已知，多数金属硫酸盐的分解温度高于600℃，不添加CaO的矿粉低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于FeS2。②添加CaO，CaO起固硫作用，添加CaO发生的反应为2CaO+2SO2+O2=2CaSO4，根据硫去除率的含义，700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低的原因是：硫元素转化为CaSO4留在矿粉中。（3）“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的NaAlO2、Na2SiO3，向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，CO2与NaAlO2反应生成NaHCO3和Al（OH）3，反应的离子方程式为CO2+AlO2-+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-，即Al元素存在的形式由NaAlO2转化为Al（OH）3。（4）Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，反应的化学方程式为FeS2+16Fe2O311Fe3O4+2SO2↑，理论上完全反应消耗的n（FeS2）：n（Fe2O3）=1:16。【答案】（1）SO2+OH−==HSO3−（2）①FeS2②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中（3）NaAlO2Al(OH)3（4）1∶16高频考点三铜及其化合物的性质及转化例3.(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↓＋Ieq\o\al(－,3)②Ieq\o\al(－,3)＋2S2Oeq\o\al(2－,3)===S4Oeq\o\al(2－,6)＋3I－反应①中的氧化剂为________。【解析】（1）H2O2在酸性条件下具有强氧化性，能跟铜反应，反应的化学方程式为Cu＋H2O2＋H2SO4＝CuSO4＋2H2O。（2）FeCl3溶液刻蚀印刷电路板铜箔，是铁离子把铜氧化成铜离子，反应的离子方程式为Cu＋2Fe3＋＝Cu2＋＋2Fe2＋。由于Fe3+易水解，因此FeCl3溶液应保持酸性，目的是防止Fe3＋水解生成Fe(OH)3。（3）反应①中的铜的化合价由+2→+1价，化合价降低，因此，氧化剂为Cu2＋。【答案】(1)Cu＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋2H2O(2)Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋酸性防止Fe3＋水解生成Fe(OH)3(3)Cu2＋【变式探究】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CuSB．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CuOD．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【答案】C【解析】硫的氧化性较弱，只能将铜氧化为＋1价生成Cu2S，A项错误；稀释铜与过量的浓硫酸反应后的溶液，应将反应后的试管中的物质缓慢加入水中，并不断搅拌，B项错误；CuSO4与NaOH溶液反应生成Cu(OH)2沉淀，过滤、洗涤、灼烧后可得CuO，C项正确；淀粉水解后应先加NaOH溶液至溶液呈碱性，然后加入新制Cu(OH)2悬浊液并加热，才会产生砖红色沉淀，D项错误。高频考点四、铜及其化合物的制备例4．（2021·全国甲卷）胆矾（CuSO4·5H2O）易溶于水，难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO（杂质为氧化铁和泥沙）为原料与稀硫酸反应制备胆矾，并测定其结晶水的含量。回答下列问题：（1）制备胆矾时，用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外，还必须使用的仪器有______（填标号）A.烧杯B.容量瓶C.蒸发皿D.移液管（2）将CuO加入到适量的稀硫酸中，加热，其主要反应的化学方程式为_____________________，与直接用废液和浓硫酸反应相比，该方法的优点是_________________________________。（3）待CuO完全反应后停止加热，边搅拌边加入适量H2O2，冷却后用NH3·H2O调pH为3.5~4，再煮沸10min，冷却后过滤。滤液经如下实验操作：加热蒸发、冷却结晶、_____________、乙醇洗涤、___________，得到胆矾。其中，控制溶液pH为3.5~4的目的是__________________________，煮沸10min的作用是___________________________。（4）结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后质量为m2，将坩埚加热至胆矾全部变成白色，至于干燥器中冷却至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m3，根据实验数据，胆矾分子中的结晶水的个数为_________________（写表达式）（5）下列操作中，会导致结晶水数目测定偏高的是____________（填标号）①胆矾未充分干燥②坩埚未置于干燥器中冷却③加热时有少量胆矾迸溅出来【答案】（1）A、C（1分）（2）CuO+H2SO4eq\o(=,\s\up5(△))CuSO4+H2O；不产生SO2（硫酸利用率高）（3)过滤；干燥；除尽Fe3+和抑制CuSO4水解；破坏Fe(OH)3胶体，便于过滤(4)(5)①③【解析】（1）实验中需要用到烧杯溶解固体，蒸发皿用于蒸发结晶，故选AC。（2）金属氧化物与酸反应可以生成盐和水，反应方程式为CuO+H2SO4eq\o(=,\s\up5(△))CuSO4+H2O；废铜与浓硫酸反应会产生SO2等有害气体，该方法会污染环境，同时原子利用率较低。（3）结晶之后经过过滤骤可以得到晶体，用乙醇洗涤之后经过蒸发干燥可以得到胆矾固体；调节pH可以使Fe3+转化为沉淀而除去，同时加热可以抑制CuSO4水解；煮沸可以破坏Fe(OH)3胶体，生成沉淀，便于过滤。(4)由题意可得，结晶水的质量为(m2-m3)，物质的量为(m2-m3)/18；CuSO4的质量为(m3-m1)，物质的量为(m3-m1)/160：根据加热反应方程式CuO+H2SO4eq\o(=,\s\up5(△))CuSO4+H2O，可得结晶水的个数。（5）选项①，胆矾未充分干燥使得m3偏小，从而使得结晶水的测量值偏高，故选①；选项②，坩埚未置于干燥器中冷却使得m3偏大，从而使得结晶水的测量值偏低，故不选②；选项③，加热时有少量胆矾溅落出来使得m3偏小，从而使得结晶水的测量值偏高，故选③。故选①③。【变式探究】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【答案】D【解析】A项，氯化铜水解：CuCl2＋2H2OCu(OH)2＋2HCl，生成的氯化氢易挥发，通入HCl可以抑制CuCl2的水解，正确；B项，CuCl2·2H2O加热失去结晶水必须在HCl的气流中进行，所以先滴入浓硫酸产生HCl气体，使硬质玻璃管中充满HCl气体后再点燃c处酒精灯，正确；C项，硬质玻璃管内部右侧有生成的水蒸气和通入的氯化氢，由于氯化氢极易溶于水，会产生白雾，正确；D项，氯化氢极易溶于水，为了防止倒吸，d中下层应为有机溶剂，可以是四氯化碳，上层为氢氧化钠溶液，错误。高频考点五、金属材料的性质及其应用例5.（高考组合题）下列说法错误的是