新高考化学一轮复习（选择性考试A方案）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

第4节用途广泛的金属材料开发利用金属矿

物

［考试要求］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。

［命题预测1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

①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(或函1金属与非金属)熔合而成的

具有同金属特性的物质。

(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画低；

②硬度和强度：一般比它的各成分金属的画人。

2.常见金属材料

金属」黑色金属材料：铁、金、镒以及它们的合金

材料U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。

（低碳钢：韧性、焊接性好，强度低

碳素钢《中碳钢：强度高，韧性及加工性好

钢｛1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

厂青铜（主要含Cu、Sn、Pb）：我国使用最

早的合金

①铜合金一

一黄铜（主要含Cu、Zn等）

一白铜（主要含Cu、Ni、Zn等）

厂硅铝合金

厂种类一一镁铝合金

②铝合金一硬铝

〜“一一特性：密度小，强度高，塑性好，易于加工

匚用途：建筑、容器、包装业、交通运输业等

整重点强调

（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、络、镒及其

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，

/复习诊断

1.判断正误，正确的画“，错误的画“X”，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。（X）

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。（X）

错因：在合金中，金属或非金属都是以单质的形式存在。

⑶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。（X）

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。（义）

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。（X）

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

②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D

2.某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：

硬度（金刚石为

熔点/℃密度(g/cn?)导电性（银为100）

10）

某合

25003.007.42.3

金

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

之重点强调

(1)冶炼Mg时只能电解MgCb,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A1时只能电解AhOs,不能电解A1C1M原因是A1C13是共价化合物，熔

融态不导电)。加入冰晶石(NasAlFs)的目的是降低ALO3的熔化温度。

(3)有叱活动忤很强的金属也可以用还原法来冶炼，如

Na+KCl8°°CKf+NaQ、2RbCl+Mg70^旦",MgCL+2Rbt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+Ch直显2Cu+SO2o

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+Cuo

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。

/复习诊断

1.判断正误，正确的画“，错误的画“X”，错误的指明错因。

(1)用金属钠置换氯化钛(TiCL)溶液中的钛。(X)

错因：应用金属钠与熔融的氮化钛反应制金属钛。

(2)用海水为原料制得精盐，再电解纯净的Na。溶液制取金属钠。(X)

错因：制钠：2NaCl(熔融)^^2Na+Cbf。

(3)用黄铜矿经电解精炼得到精铜。(X)

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MgCL(aq)石龙乳Mg(0H)2短烧MgO电程Mg。

(X)

错因：MNO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()

L铝七矿一除杂•-AIA-^Al

Cu（粗）型曳-Cu（精）

矿

一黄铜矿

物Er（）+SO2+}ft

资

—石英（粗）必siCL牛Si（纯）

人高温）提纯

源2

-石灰石纯心；英•玻璃

高温

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SOz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得的方法

答案B

②题组训练

1.下列金属冶炼的反应原理中错误的是（）

A.MgCL（熔融）=ttMg+Cbt

A

B.AI2O3+3H2=^=2A1+3H2O

C.Fe2O3+3CO=®^2Fe+3CO2

D.2Ag2O=^=4Ag+O2t

答案B

2.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TiCL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.S02具有氧化性，可用于纸浆漂白

D.AL03具有两性，可用于电解冶炼铝

答案B

2.(2()18•全国卷I)磷酸亚铁锂(LiFePO』)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：

-NaAl()2滤液

疆溶

»沉淀

含、、做液

含磷酸♦LiP

也SO“HN()3]Fc等注液…碳酸钠含口

亚铁律准液------►沉淀

滤渣»炭黑等滤渣

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、FesLi

C.“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AKFc、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，因此题述流程中不能用

硫酸钠代替碳酸钠，D错误。

3.(2019•全国卷II)立德粉ZnS,BaSCU他称锌根白)，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，钢的焰色为一(填标号)。

A.黄色B.红色

C.紫色D,绿色

(2)以重晶石(BaSOa)为原料，可按如下工艺生产立德粉:

水

重晶石混料一不，"二I-x壮则净化的

.炭粉而fl回转炉卜还原料一-也槽卜加5溶液一

900-1200t

诉最您耳❷立德粉

也臀T而粉碎成品

硫酸锌

①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钢，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S?-的含量可以用“碘量法”测得。称取机g样品，置于碘量瓶中，

移取25.00mL0.1000molL-的12-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L用（）.1（）（）（）molL-'

Na2s2O3溶液滴定，反应式为I2+2S2Or=21-+540r0测定时消耗Na2s2O3溶液

体积VmLo终点颜色变化为,样品中S2-的含量为

_________________________（写出表达式）。

答案（DD

9OOC

（2）@BaSO4+4C^U2PBaS+4COtCO+H2O=CO2+H2

②BaCCh③S2-+Ba2"+Z/++S0K=ZnSBaS04I

（3）浅蓝色至无色旦半分钟内不恢复原色

（25.00-1v）X0.1000X32

------------i-n-X---1--0-0--0-----------X100%

解析（1）根据常见元素的焰色反应，可知钢元素的焰色为绿色。

（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（BaSOQ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BaSCh+4c90°U2P℃BaS+

4COt；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+H20

②潮湿空气中的C02和水蒸气跟“还原料”中的硫化钢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+CO24-H2O=H2S+

BaCO3I,由此可知难溶于水的物质为BaCO3o

③硫化钢溶液与硫酸锌反应生成难溶于水的立德粉(ZnS.BaSCU),因此离子反

2-2+2-

应方程式为S+Ba+Zn*+SOi=ZnSBaSO4I。

(3)淀粉溶液遇到L溶液变蓝，当Na2s2。3将L消耗完后，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Na2s2。3消耗的L的物质的量

为H]©

由化学方程式可得：

i2+2s20M=2r+S4O5-

1mol2mol

n\0.1000mol-L^XVXIO-3L

贝=;vx0.1000X10-3mol

设样品中S2-的含量为M，则由反应

h+S2-=21-+SI可得：

I2〜S?-

1mol32g

25.00X10-3LXQ.1000mol-L-1-|vX0.1000XIO-3molmgXzp

(25.00-1v)X0.1000X32

由此可得：w=-------[xiooo-------X]00%。

4.(2017・江苏高考)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为AI2O3,含SiO2

和FSO3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:

NaOHNaHCO,

溶液溶液上

铝土矿一敲溶过滤I反应过滤II灼烧电解I

滤渣电解n

注：SiCh在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

⑴“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NaHCCh溶液，溶液的pH—(填“增

大”“不变”或“减小”)o

(3)“电解I”是电解熔融AI2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是

(4)铝粉在1()0()℃时可与N?反应制备AlNo在铝粉中添加少量NH4C1固体并

充分混合，有利于AIN的制备，其主要原因是

答案(1)ALO3+2OH--2A1O5+H2O(2)减小

(3)石墨电极被阳极上产生的Ch氧化

(4)NH4cl分解产牛的HC1能够破坏A1表面的ALCh薄膜

解析⑵“过滤1”所得滤液的主要成分是NaAlCh,显强碱性，加入NaHCO3

后,NaAIO2可与NaHCOs发生反应：AlOf+HCOf+H2O=A1(OH)3I+CO匕

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帆，流程简图如下：

-,________僚剂厂即和血(：i溶液I

废HA.、乩和

电'HG1溶液I钢软溶液I一一

路1-------1反应Dr*|有机乂(溶石RH)

板掾作2；L有机员I稀硫酸

.(溶住砸

反应m一|?向),溶2]

操作操3)作包用作⑤

贵就金M

Cu等胞矶

回答下列问题:

(1)反应I是将Cu转化为CU(NH3)»,反应中H2O2的作用是—o写出操作

①的名称：O

(2)反应II是铜氨溶液中的Cu(NH3)广与有机物RH反应，写出该反应的离子方

程式：o操作②用到的主要仪器名称

为一,其目的是—(填序号)。

a.富集铜元素