04第14讲金属材料金属矿物的开发和利用【正文】听课手册

第14讲金属材料金属矿物的开发和利用1.了解金属材料及其重要化合物的主要性质,了解其在生产、生活中的应用。

2.了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质的转化,认识物质及其转化在促进社会文明进步,自然资源综合利用和环境保护中的重要作用。考点一镁、铝及其化合物铝矿石提铝1.镁、铝单质(1)镁、铝的结构和存在形态名称镁铝周期表中位置

原子结构示意图

自然界存在形态

(2)金属铝的物理性质银白色、有金属光泽的固体,具有良好的、和等,密度较小,质地柔软。

(3)铝的主要化学性质铝原子最外层有3个电子,在反应中易电子,具有较强的性。

写出图中标号反应的化学方程式或离子方程式:;

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;

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。

[补充说明]对比记忆金属镁的化学性质:1.与非金属单质反应:2Mg+O22MgO、3Mg+N2Mg3N2。2.能与沸水反应:Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑。3.与非氧化性酸反应:Mg+2H+Mg2++H2↑,反应速率比Al快。4.与碱不反应。5.与某些氧化物反应:能在CO2中燃烧,2Mg+CO22MgO+C(金属镁着火不能用二氧化碳灭火器和泡沫灭火器灭火)。2.铝的重要化合物(1)铝的氧化物(Al2O3)——两性氧化物(2)铝的氢氧化物[Al(OH)3]——两性氢氧化物①Al(OH)3的两性表现②Al(OH)3受热分解:2Al(OH)3Al2O3+3H2O。(3)铝盐——明矾①化学式为,为复盐。

②电离方程式为KAl(SO4)2K++Al3++2SO42③应用:净水,净水原理为明矾电离出的Al3+在水中水解生成胶体,吸附水中悬浮物而沉淀,使水净化,其离子方程式为。

(4)四羟基合铝酸盐——四羟基合铝酸钠①向Na[Al(OH)4]溶液中滴加盐酸至过量,反应现象为先生成白色沉淀,然后沉淀又逐渐溶解至消失,有关反应的离子方程式为

。

②向Na[Al(OH)4]溶液中通入少量CO2,反应的离子方程式为。

3.铝矿石提铝铝土矿的主要成分是Al2O3,含有的杂质是Fe2O3、MgO和SiO2,由于Al2O3具有两性,而杂质SiO2是酸性氧化物,Fe2O3、MgO是碱性氧化物,因而可设计出两种提纯Al2O3的方案。方案一:碱溶法方案二:酸溶法【对点自测】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物,其原因是Al和Al2O3都能与酸、碱反应 ()(2)Al(OH)3能与胃酸(主要成分是盐酸)反应,常用作胃酸中和剂 ()(3)1molAl与足量的硫酸或足量的氢氧化钠溶液反应转移电子数相同 ()(4)对铝制品的表面进行处理,常采用化学方法,如增加膜的厚度、对氧化膜进行着色等 ()(5)下列物质的转化在给定条件下能够实现:Al2O3Na[Al(OH)4](aq)Al(OH)3 ()(6)向Na[Al(OH)4]溶液中通入过量CO2的离子方程式:2[Al(OH)4]-+CO22Al(OH)3↓+CO32-+H2O (题组一镁、铝及其化合物性质及应用1.铝是生活中重要的金属材料,下列说法正确的是 ()A.Al与NaOH混合固体可用于疏通管道B.常温下不能与O2发生反应C.铝合金的硬度一定比纯铝小D.可通过电解熔融AlCl3制备金属铝2.下列除去杂质的方法不正确的是 ()A.镁粉中混有少量铝粉:加入过量烧碱溶液充分反应,过滤、洗涤、干燥B.用过量氨水除去Fe3+溶液中的少量Al3+C.Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2:加入足量烧碱溶液,充分反应,过滤,向滤液中通入过量CO2后再过滤D.MgO中混有少量Al2O3:加入足量烧碱溶液,充分反应,过滤、洗涤、干燥,得到MgO规律小结铝及其化合物性质的应用(1)检验与鉴别①用过量NaOH溶液检验Al3+的存在。②用过量NaOH溶液鉴别AlCl3溶液和MgCl2溶液。(2)分离与除杂用过量NaOH溶液和相应的酸溶液分离Al3+、Mg2+或分离MgO、Al2O3等。具体来说(括号内为杂质):①Mg(Al):加足量NaOH溶液。②Fe2O3(Al2O3):加足量NaOH溶液。③Mg(OH)2[Al(OH)3]:加足量NaOH溶液。④Mg2+(Al3+):加过量NaOH溶液,过滤,再加酸充分溶解。题组二铝土矿中提取铝的工艺流程3.铝土矿中主要含有Al2O3,还有少量Fe2O3、SiO2杂质,从铝土矿中冶炼金属铝的方法如图所示(步骤①②③中每步反应结束后经过过滤才进行下一步反应)。下列有关说法不正确的是 ()A.电解熔融氧化铝制取金属铝时加入冰晶石的作用是降低氧化铝熔融所需的温度B.步骤②的作用是除去母液1中的Fe3+和H+C.步骤③生成沉淀的离子反应方程式为[Al(OH)4]-+CO2HCO3-+Al(OH)3D.将步骤①和步骤②顺序颠倒,再通入过量CO2也能得到氢氧化铝沉淀4.[2024·河北张家口模拟]工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示。对上述流程中的判断正确的是 ()A.试剂X可以是氨水,沉淀中含有铁的化合物B.工业上可采用Fe还原Al2O3的方法制Al,但成本较高C.反应Ⅱ中CO2可以用CH3COOH溶液代替D.反应Ⅰ中的反应为Al2O3+2OH-2[Al(OH)4]-考点二铜及其重要化合物1.铜单质(1)物理性质:色固体,具有导电性、导热性和延展性,不能被磁铁吸引。

(2)化学性质写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:①化学方程式:(绿色固体)。

②化学方程式:。

③与氧化性酸a.与浓硫酸共热的化学方程式:b.与稀硝酸反应的离子方程式:c.与浓硝酸反应的离子方程式:④与FeCl3溶液反应的离子方程式:[微点拨1]①铜为变价金属,与Cl2反应生成CuCl2,与S反应生成Cu2S,由此可知氧化性:Cl2>S。②Cu与稀硫酸不反应,但在通入O2的条件下,Cu可在稀硫酸中逐渐溶解:2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O。2.氧化铜和氧化亚铜名称氧化铜(CuO)氧化亚铜(Cu2O)颜色

与酸反应(H+)

Cu2O+2H+Cu2++Cu+H2O与H2反应

Cu2O+H22Cu+H2O转化关系4CuO2Cu2O+O2↑[微点拨2]Cu+的性质及检验①+1价的铜有较强的还原性,易被氧化剂氧化为+2价。②+1价铜在酸性条件下能发生歧化反应生成Cu和Cu2+,利用这一原理可区别Cu和Cu2O。向红色物质中加入稀硫酸(注意不能用硝酸检验),若溶液由无色变成蓝色,则该红色物质为Cu2O,否则为Cu。反应的化学方程式为Cu2O+H2SO4CuSO4+Cu+H2O。3.氢氧化铜(1)物理性质:蓝色不溶于水的固体。(2)化学性质及应用反应①的化学方程式:。

反应②的离子方程式:。

4.铜盐——硫酸铜CuSO4·5H2O为蓝色晶体,俗称或。无水CuSO4为白色粉末,遇水变色(生成CuSO4·5H2O)。

[微点拨3]①无水CuSO4能用作检验水的试剂,不能作为水蒸气的吸收试剂以干燥气体。②铜盐溶液有毒,具有杀菌作用,这是因为Cu2+是一种重金属离子,能使蛋白质变性而失去生理活性。【对点自测】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)CuO是黑色固体,与水反应生成Cu(OH)2 ()(2)无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水 ()(3)将铁片置于CuSO4溶液中,铁片上有红色物质析出,说明铁比铜活泼 ()(4)CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化 ()(5)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分,在干燥的空气中铜不易生锈 ()(6)“曾青得铁,则化为铜”,发生的反应为置换反应 ()(7)除去Cu粉中混有的CuO的方法是加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤、干燥 ()(8)1molCu和足量热浓硫酸反应可生成1molSO3分子 ()题组铜及其化合物的性质和应用1.[2022·海南卷]胆矾(CuSO4·5H2O)是一种重要化工原料。某研究小组以生锈的铜屑为原料[主要成分是Cu,含有少量的油污、CuO、CuCO3、Cu(OH)2]制备胆矾。流程如下。回答问题:(1)步骤①的目的是。

(2)步骤②中,若仅用浓H2SO4溶解固体B,将生成(填化学式)污染环境。

(3)步骤②中,在H2O2存在下Cu溶于稀H2SO4,反应的化学方程式为。

(4)经步骤④得到的胆矾,不能用水洗涤的主要原因是。

(5)实验证明,滤液D能将I-氧化为I2。ⅰ.甲同学认为不可能是步骤②中过量H2O2将I-氧化为I2,理由是。

ⅱ.乙同学通过实验证实,只能是Cu2+将I-氧化为I2,写出乙同学的实验方案及结果:

(不要求写具体操作过程)。

2.银铜合金广泛应用于航空工业。从切割废料中回收银并制备含铜化工产品的工艺如图所示。[注:Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450℃和80℃](1)电解精炼银时,阴极的电极反应式为

。滤渣A与稀硝酸反应,产生的气体在空气中迅速变为红棕色,该气体变色的化学方程式为。

(2)固体B的组成为;在生成固体B的过程中,需要控制NaOH的加入量。若NaOH过量,则因过量而引起反应的离子方程式为。

(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式:CuO+Al2O3CuAlO2+↑。

(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%,理论上5.0kg废料中的铜可完全转化为(结果保留整数)molCuAlO2,至少需要1.0mol·L-1的Al2(SO4)3溶液L。

(5)CuSO4溶液可用于制备胆矾,其基本操作是、过滤、洗涤和干燥。

考点三金属材料与金属矿物的开发利用1.合金[微点拨1]①合金具有金属的大多共性。②合金中成分元素的含量影响着合金的性能。2.常见金属材料(1)分类(2)三种常见的合金3.金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中的存在形式(2)金属冶炼的实质金属的冶炼过程是指将金属从其中还原出来,用于生产各种金属材料的过程,即(写反应通式,用M表示金属)。

(3)金属冶炼的方法例如下列金属的冶炼(用化学方程式表示)[微点拨2]①冶炼Mg时只能电解MgCl2而不能电解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而不能电解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用热还原法得到的铜还要经过电解精炼才能得到精铜。【对点自测】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)合金的硬度一般大于它的成分金属,而熔点一般低于它的成分金属 ()(2)合金中不可能含有非金属,各组分金属元素以化合态形式存在 ()(3)利用MgO和铝粉在高温下发生铝热反应冶炼金属镁 ()(4)钙单质可以从熔融TiCl4中置换出Ti ()(5)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 ()(6)用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物 ()(7)用海水为原料制得精盐,再电解NaCl溶液制取金属钠 ()题组一合金与金属材料1.很多珍贵文物都记载着中华文明的灿烂成就,具有深邃的文化寓意和极高的学术价值。下列国宝级文物主要由合金材料制成的是 ()选项ABCD文物名称铸客大铜鼎河姆渡出土陶灶兽首玛瑙杯角形玉杯2.[2024·湖南雅礼中学模拟]航空航天领域成果的取得离不开金属材料的贡献。下列关于金属材料的说法中不正确的是 ()A.金属材料包括纯金属和它们的合金B.合金的硬度一般比其成分金属大,但熔点一般比其成分金属低C.铝合金应用十分广泛,因为它不仅价格合适,耐酸、碱腐蚀,而且具有优良的机械性能D.新型钛合金强度高、质量轻、耐高温,广泛用于航空航天领域,如飞机发动机零件和火箭结构件题组二金属矿物的开发利用3.下列关于金属的冶炼方法叙述不正确的是 ()选项金属存在形式冶炼方法A金游离态金子比沙子密度大,利用水洗法直接分离B银化合态银的金属性弱,用加热Ag2O的方法冶炼C铁化合态铝的金属性比铁强,可用铝热法炼铁D钠化合态钠的金属性强,一般还原剂很难将其还原出来,所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼4.某矿渣的成分为Cu2O、Al2O3、Fe2O3、SiO2,工业上用该矿渣获取铜和胆矾的操作流程如图所示。已知:①Cu2O+2H+Cu+Cu2++H2O。②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表所示:沉淀物Cu(OH)2Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2开始沉淀pH5.44.02.75.8沉淀完全pH6.75.23.78.8(1)为了加快反应Ⅰ的速率,可以采取的措施是(写两条)。

(2)固体混合物A中的成分是。

(3)反应Ⅰ完成后,铁元素的存在形式为(填离子符号);写出生成该离子的离子方程式:

。

(4)操作1主要包括蒸发浓缩、冷却结晶、。

洗涤CuSO4·5H2O粗产品不能用大量水洗,而应用冰水洗涤,原因是

。

(5)用NaClO调pH,生成沉淀B的同时生成一种具有漂白作用的物质,利用题中所给信息分析沉淀B为,该反应的离子方程式为

。

方法技巧金属冶炼方法的选择利用金属活泼性的差异,可以采取不同的冶炼方法冶炼金属,常见金属的冶炼方法如下表:金属活动性顺序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu自然界中存在化合态(Fe有陨铁)少量游离态,主要化合态游离态冶炼方法电解法热还原法(H除外)热分解法富集经典真题·明考向1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)[2023·湖南卷]青铜器“四羊方尊”的主要材质为合金 ()(2)[2023·辽宁卷]冶炼镁:2MgO(熔融)2Mg+O2↑ ()(3)[2023·浙江卷]铝有强还原性,可用于制作门窗框架 ()(4)[2023·湖北卷]用离子方程式表示Al(OH)3溶于烧碱溶液:Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]- ()(5)[2022·湖北卷]Be2+与Al3+的电荷与半径之比相近,导致两元素性质相似。Be(OH)2和Al(OH)3均可表现出弱酸性 ()(6)[2022·浙江卷]工业上通过电解六水合氯化镁制取金属镁 ()(7)[2022·广东卷]铝能形成致密氧化膜,故技术人员开发高端耐腐蚀镀铝钢板 ()2.[2023·浙江卷节选]某研究小组用铝土矿为原料制备絮凝剂聚合氯化铝([Al2(OH)aClb]m,a=1~5),按如下流程开展实验:已知:①铝土矿主要成分为Al2O3,含少量Fe2O3和SiO2。用NaOH溶液溶解铝土矿过程中SiO2转变为难溶性的铝硅酸盐。②[Al2(OH)aClb]m的絮凝效果可用盐