高考化学一轮复习第3章金属及其化合物第4节金属材料铜与常见过渡金属学案

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合金与金属矿物的开发利用
知识梳理
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，属于混合物。
(2)性能：合金具有许多优良的物理、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。
注意：并非所有的金属都能形成合金，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。如Cu与Na，Fe与Na等不能形成合金。
2．常见的金属材料
(1)金属材料的工业分类
(2)常见合金材料
[辨易错]
(1)合金是一种混合物，任何金属均可熔合为合金。( )
(2)合金是一类金属材料，不含非金属元素。( )
(3)钢的熔点比铁的低。( )
(4)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高。( )
[答案] (1)× (2)× (3)√ (4)×
3．金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在形态
①在自然界中绝大多数金属以化合态的形式存在。
②少数化学性质不活泼的金属存在游离态。
(2)金属冶炼的实质
使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。
(3)金属冶炼的一般步骤
(4)常见冶炼方法(对于金属活动性顺序表中金属)
①电解法——K～Al
Na：2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑；
Mg：MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑；
Al：2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d6(冰晶石))4Al＋3O2↑。
②热还原法——Zn～Cu
高炉炼铁：3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(△))2Fe＋3CO2；
铝热反应制铬：2Al＋Cr2O3eq \(=====,\s\up7(高温))2Cr＋Al2O3；
焦炭还原铜：C＋2CuOeq \(=====,\s\up7(高温))2Cu＋CO2↑。
③热分解法——Hg、Ag
Hg：2HgOeq \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；
Ag：2Ag2Oeq \(=====,\s\up7(△))4Ag＋O2↑。
[辨易错]
(1)任何金属在自然界中均以化合态存在。( )
(2)任何金属在常温下均为固态。( )
(3)电解NaCl溶液可以得到Na和Cl2。( )
(4)热还原法可以冶炼Fe、Cu、Zn等金属。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√
知识应用
1．工业上冶炼铝为什么用电解熔融Al2O3而不用电解熔融AlCl3？冶炼镁为什么用电解熔融MgCl2而不用电解熔融MgO?
[答案] AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，故不能用电解AlCl3的方法冶炼铝。尽管MgO属于离子化合物，但其熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本，而MgCl2的熔点较低，更易熔融，故工业冶炼镁使用电解熔融MgCl2的方法。
2．热还原法用到的还原剂有焦炭、CO和H2，试从所得产物纯度及对环境污染的角度考虑哪种还原剂更好？
[答案] 最好的还原剂是H2；原因是焦炭会使产品的纯度降低，CO会污染环境。
命题点 金属材料与金属矿物的开发利用
1．(2020·湛江调研考试)东汉时期的马踏飞燕充分体现了我国光辉灿烂的古代科技。下列说法错误的是( )
A．青铜是我国使用最早的合金，含铜、锡、铅等元素
B．青铜的机械性能优良，硬度和熔点均高于纯铜
C．铜器皿表面的铜绿可用明矾溶液清洗
D．“曾青得铁则化为铜”的过程发生了置换反应
B [青铜是以铜为主的合金，还含有锡、铅等元素，A项正确；合金比它的各成分金属的硬度大、熔点低，B项错误；铜绿的主要成分为CuCO3·Cu(OH)2，明矾[KAl(SO4)2·12H2O]中的Al3＋水解使其溶液显酸性，可清洗铜锈，C项正确；“曾青得铁则化为铜”涉及的反应是Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，该反应属于置换反应，D项正确。]
2．金属、金属材料的性质在很大程度上决定了它们的用途。下列相关说法中不正确的是( )
A．钛合金与人体具有很好的“相容性”，可以用来制造人造骨骼
B．铁具有良好的导热性，可以用于制造炊具
C．不锈钢的抗腐蚀性好，常用于制造医疗器械
D．钛及其合金熔点高，可用作保险丝
D [熔点低可以作保险丝，熔点高不可作保险丝。]
3．胡粉[主要成分是2PbCO3·Pb(OH)2]具有败毒抗癌、杀虫疗疮的功效，东汉炼丹理论家魏伯阳所著的《周易参同契》中记载：“胡粉投火中，色坏还为铅”，下列说法错误的是( )
A．胡粉不溶于水
B．胡粉可与盐酸或硝酸反应
C．“火”中含有炭、CO
D．“色坏还为铅”的原理是PbO被氧化为Pb
D [PbO可能被C或CO还原为Pb，D项错误。]
4．氧化还原反应广泛应用于金属冶炼，下列说法不正确的是( )
A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，Na＋被还原
B．冶炼镁、铝采用电解法
C．用磁铁矿炼铁的反应中，1 ml Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 ml电子
D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化
C [1 ml Fe3O4被还原成Fe，转移电子1×3×(eq \f(8,3)－0)＝8 ml。]
5．下列是部分矿物资源铝土矿(主要含有氧化铝、氧化铁)和黄铜矿(主要成分CuFeS2)的利用及产品生产流程，有关说法不正确的是( )
A．除杂过程中铝元素的存在形式的变化可以如下：
Al2O3―→AlOeq \\al(－,2)―→Al(OH)3―→Al2O3
B．Al和Cu(精)均在电解槽的阴极获得
C．粗铜炼制过程中反应2CuFeS2＋O2高温,Cu2S＋2FeS＋SO2，每转移1.2 ml电子，则有0.2 ml硫被氧化
D．若电解法分别制铝和铜的过程中转移电子数相等，理论上获得的铝和铜的物质的量之比为3∶2
D [制铝过程中Al～3e－，制铜过程Cu～2e－，当转移电子数相等时，铝和铜的物质的量之比为2∶3。]
(1)合金的熔点一般低于它的成分金属的熔点。
(2)常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。
(3)成分金属与合金的物理性质相比有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。
(4)金属越活泼，一般发现或使用的越晚。
(5)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如
Na＋KCleq \(=====,\s\up7(850 ℃))K↑＋NaCl、2RbCl＋Mgeq \(==========,\s\up7(700～800 ℃))MgCl2＋2Rb↑等，在此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。
(6)活泼金属用电解法冶炼时，不能用其化合物的水溶液进行电解。
铜及其化合物
知识梳理
1．铜的主要性质
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：2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3。
②化学方程式：2Cu＋Seq \(=====,\s\up7(△))Cu2S。
③与氧化性酸反应
a．与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)eq \(=====,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O；
b．与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；
c．与浓硝酸反应的离子方程式：Cu＋4H＋＋2NOeq \\al(－,3)===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。
④与某些盐溶液反应
a．与硝酸银溶液反应的离子方程式：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋；
b．与FeCl3溶液反应的离子方程式：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。
2．铜的重要化合物的性质及应用
(1)氧化物
(2)氢氧化铜——蓝色难溶物，是一种弱碱。
(3)铜盐
①Cu2(OH)2CO3
Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，呈绿色，是铜锈的主要成分，受热易分解的方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。
②CuSO4
a．CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾。受热或遇浓硫酸，蓝色晶体变为白色粉末。
b．无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水或水蒸气的检验试剂。
③铜盐的毒性
铜盐溶液有毒，主要是因为铜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，用来杀灭植物的病菌。
[辨易错]
(1)铁、铜在潮湿的空气中均易形成金属氧化物。( )
(2)无水CuSO4既可检验水蒸气的存在又可作干燥剂。( )
(3)Cu2O和CuO在稀硫酸中反应原理相同。( )
(4)铜盐和“84”消毒液的杀菌消毒原理相同。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)×
知识应用
某研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案：
对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？为什么？
[答案] 方案(1)：产生污染性气体，且消耗硫酸较多。
方案(2)：消耗能量较多，且步骤复杂。
方案(3)：不产生污染性气体，原料利用率高，节约能源。因此方案(3)更经济合理。
命题点1 铜及其化合物的性质及实验探究
1．(2020·嘉祥一中月考)某化学兴趣小组进行了有关Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．实验①中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生，说明稀硝酸被Cu还原为NO2
B．实验③中滴加稀硫酸，铜片继续溶解，说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强
C．实验③发生反应的化学方程式为3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4===4CuSO4＋2NO↑＋4H2O
D．由上述实验可得出结论：Cu在常温下既可以和稀硝酸反应，也可以和稀硫酸反应
C [A项，稀硝酸与Cu反应的产物为NO，在试管口与O2反应生成NO2，错误；B项，实验③中滴加稀硫酸，溶液中有NOeq \\al(－,3)，发生3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，错误；D项，由B项知实验③中铜溶解仍然是NOeq \\al(－,3)在酸性条件下氧化Cu，Cu不与稀硫酸反应，错误。]
2．已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H＋发生：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。将经高温灼烧后的CuO样品投入足量的热的稀硝酸中，下列有关说法中正确的是( )
A．如果溶液变为蓝色，同时有紫红色固体出现，说明样品全部生成了Cu2O
B．溶液中最终可能有紫红色固体出现
C．这种实验的结果无法说明CuO分解的程度
D．如果溶液变成蓝色，最终没有紫红色固体出现，说明CuO没有分解
C [Cu2O可以被稀硝酸氧化为Cu2＋，不会生成Cu，A、B、D错误。]
3．氯化亚铜(CuCl)可用作催化剂、杀菌剂、媒染剂、脱色剂等。某化学学习小组同学设计如图装置(夹持仪器略)，通过热分解CuCl2·2H2O(易水解)制备氯化亚铜，下列说法正确的是( )
A．先通入N2，再点燃酒精灯，制备实验结束，持续通入N2至装置甲冷却至室温
B．装置乙中的试剂Y为浓硫酸
C．装置丙中的湿润蓝色石蕊试纸变红
D．装置丁中的NaOH溶液吸收尾气，只发生一个化学反应
B [该制备反应的化学方程式是2(CuCl2·2H2O)2CuCl＋Cl2↑＋4H2O。为抑制CuCl2·2H2O水解，开始和反应过程中需通入HCl，制备实验结束，再通入N2将装置中残留的HCl排出，A项错误；装置乙中盛放浓硫酸，防止丙中水蒸气进入装置甲中，B项正确；湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色，C项错误；NaOH溶液吸收通入的HCl和生成的Cl2，发生2个化学反应，D项错误。]
(1)Cu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＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O。
(2)无水CuSO4只能作为检验水的试剂，不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。
(3)＋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(但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＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O。
命题点2 涉及Fe、Cu等金属的化工流程试题分析
4．CuCl是有机合成的重要催化剂，并用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料(含Fe、Al及SiO2杂质)，生产CuCl的工艺流程如下：
已知：CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成CuCleq \\al(－,2)，CuCleq \\al(－,2)的溶液用水稀释后可生成CuCl沉淀。
(1)煅烧的主要目的是 。
(2)操作Ⅰ为调节溶液的pH，范围为 ，加入的物质X可以是 (填字母)。
A．CuO B．Cu(OH)2
C．NaOH溶液 D．CaCO3
(3)滤渣Ⅱ的主要成分是 。
(4)往滤液Ⅱ中加入食盐并通入SO2可生成CuCleq \\al(－,2)，请写出反应的离子方程式：__________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(5)工业上常用CuSO4来制备CuCl，在提纯后的CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl，加热生成CuCl沉淀，该反应的离子方程式是 。
[解析] (1)铜在废铜料中主要以铜单质的形式存在，从流程图知CuCl需从溶液中提取，故煅烧的目的是将铜转化为溶于酸的氧化物。(2)调节溶液的pH时，应保证Fe3＋、Al3＋完全沉淀，而Cu2＋不能沉淀，溶液的pH应在4.7≤pH<5.6，加入物质X的目的是消耗H＋调节溶液的pH，但不能引入新杂质。(3)溶液的pH在4.7≤pH<5.6时，Fe3＋和Al3＋完全转化为相应的氢氧化物沉淀，滤渣Ⅱ的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)根据题给的反应物和生成物，再结合氧化还原反应的基本规律可写出反应的离子方程式：2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－===2CuCleq \\al(－,2)＋SOeq \\al(2－,4)＋4H＋。(5)根据得失电子守恒配平即可。
[答案] (1)使铜转化为可溶于酸的氧化物
(2)4.7≤pH<5.6 ABC
(3)Fe(OH)3和Al(OH)3
(4)2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－===2CuCleq \\al(－,2)＋SOeq \\al(2－,4)＋4H＋
(5)2Cu2＋＋SOeq \\al(2－,3)＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SOeq \\al(2－,4)＋2H＋
(1)废铜利用的一般流程模板
(2)废品(含Fe2O3、CuO、FeO、SiO2)制备Fe2O3和FeSO4·7H2O的一般流程模板
重要的过渡金属
分析近几年高考试题，除了考查教材中涉及的Al、Fe、Cu、Na金属外，还涉及一些重要应用的过渡金属如V、Cr、Mn、Ti等，目的是考查学生的拓展迁移能力。同时很好的体现了“科学探究与创新意识”的核心素养。
1．钒及其化合物
(1)钒单质具有耐酸性，在空气中不易被氧化，可溶于氢氟酸、硝酸和王水。
(2)钒的氧化物
钒的常见化合价为＋2、＋3、＋4、＋5，对应氧化物分别为VO、V2O3、VO2和V2O4、V2O5。
钒的氧化物的化学性质
(3)氢氧化钒
(4)钒盐
①五价钒盐在碱性较强的溶液中以VOeq \\al(3－,4)形式存在，在酸性溶液中发生一系列反应生成偏矾酸盐(VOeq \\al(－,3))、焦矾酸盐(V2Oeq \\al(4－,7))、多钒酸盐等。
②四价矾盐在酸性溶液中主要以VO2＋形式存在，如VOSO4。
2．铬及其化合物
(1)铬单质：最硬的金属，化学性质稳定，常温下在空气中、水中不生锈。
(2)铬的氧化物与氢氧化物
Cr2O3和Cr(OH)3具有两性，其转化关系如下：
相关反应的离子方程式：
①Cr3＋＋3OH－===Cr(OH)3↓
②Cr(OH)3＋OH－===[Cr(OH)4]－
③[Cr(OH)4]－＋H＋===Cr(OH)3↓＋H2O
④Cr(OH)3＋3H＋===Cr3＋＋3H2O
(3)铬盐
铬元素的常见价态有＋2、＋3、＋6。
①Cr(Ⅱ)：在酸性溶液中，Cr2＋具有很强的还原性。
②Cr(Ⅲ)：Cr3＋在酸性条件下是稳定的，但在碱性条件下能被氧化成CrOeq \\al(2－,4)，2Cr3＋＋3H2O2＋10OH－===2CrOeq \\al(2－,4)＋8H2O。
在碱性溶液中，亚铬酸盐(CrOeq \\al(－,2))可以被H2O2或Na2O2氧化成铬酸盐：
2CrOeq \\al(－,2)＋3H2O2＋2OH－===2CrOeq \\al(2－,4)＋4H2O
2CrOeq \\al(－,2)＋3Na2O2＋2H2O===2CrOeq \\al(2－,4)＋6Na＋＋4OH－
③Cr(Ⅵ)：在水溶液中Cr2Oeq \\al(2－,7)和CrOeq \\al(2－,4)存在下列平衡：
2CrOeq \\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq \\al(2－,7)＋H2O
(黄色) (橙红色)
在酸性溶液中，Cr2Oeq \\al(2－,7)具有强氧化性，但在碱性溶液中Cr2Oeq \\al(2－,7)的氧化性要弱得多。
3．锰及其化合物
锰元素常见价态：＋2、＋4、＋6、＋7。
(1)Mn(Ⅳ)
MnO2不溶于水、硝酸，是两性氧化物。
①在酸性介质中具有强氧化性，如MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O；遇易燃物可燃烧。
②遇强氧化剂表现还原性，如3MnO2＋3K2CO3＋KClO33K2MnO4＋KCl＋3CO2↑
③可用作催化剂，如2KClO3eq \(=====,\s\up7(MnO2),\s\d6(△))2KCl＋3O2↑
2H2O2eq \(=====,\s\up7(MnO2),\s\d6( ))2H2O＋O2↑
(2)Mn(Ⅵ)
①MnOeq \\al(2－,4)能存在于强碱性溶液中，在酸性、中性环境中均发生歧化。即MnOeq \\al(2－,4)―→MnOeq \\al(－,4)＋MnO2
②MnOeq \\al(2－,4)为绿色，具有强氧化性，能氧化Fe2＋、S2－、HCl等。
(3)Mn(Ⅶ)
KMnO4热稳定性差，通常保存在棕色试剂瓶中：
4KMnO4＋2H2O4MnO2↓＋3O2↑＋4KOH
①在酸性介质中，MnOeq \\al(－,4)具有强氧化性，本身被还原为Mn2＋。
②在碱性、中性或微弱酸性溶液中，MnOeq \\al(－,4)氧化性减弱，还原产物为MnO2。
③在强碱性溶液中，MnOeq \\al(－,4)还原产物为MnOeq \\al(2－,4)。
4．钛及其化合物的性质
(1)Ti：常温时与酸不反应，但可与HF反应(Ti＋6HF===H2TiF6＋2H2↑)，也可与热的浓盐酸反应[2Ti＋6HCl(浓)△,2TiCl3＋3H2↑]。
(2)TiO2：不溶于水和稀酸，可溶解在HF溶液及热的浓硫酸中；可与Cl2反应，TiO2＋2Cl2===TiCl4＋O2；与碱溶液缓慢反应，TiO2＋2NaOH===Na2TiO3＋H2O；在高温下与Cl2、C发生反应，TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO。
(3)TiCl4：暴露在空气中会冒出白烟，TiCl4＋3H2O===H2TiO3↓＋4HCl；Mg作还原剂时可制备金属钛，2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti。
1．某电镀废料的主要成分为Cr(OH)3(含有Al2O3、ZnO、CuO、NiO等杂质)。以该废料为原料制备重铬酸钠的工艺流程如下：
已知：①水浸过滤后的滤液中含有Na2CrO4和少量的NaAlO2、Na2ZnO2等物质；②2CrOeq \\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq \\al(2－,7)＋H2O。
请回答下列问题：
(1)为了提高水浸效率，可采取的措施有
(填两条即可)。
(2)焙烧过程中，氧化剂为 ，51.5 g Cr(OH)3参加反应时转移电子为 ml。
(3)“一系列操作”包括加入稀硫酸、蒸发浓缩、降温结晶、过滤等。加入稀硫酸的目的是 。
(4)将重铬酸钠转化为重铬酸钾的方法是：在浓重铬酸钠溶液中加入氯化钾晶体，采取降温结晶法析出重铬酸钾。由此推知，相同条件下，重铬酸钾的溶解度 (填“大于”或“小于”)重铬酸钠的溶解度。
[解析]
[答案] (1)加热、搅拌 (2)O2 1.5 (3)促进铬酸钠转化为重铬酸钠 (4)小于
2．金属钒被誉为“合金的维生素”。从废钒(主要成分为V2O5、Fe2O3、SiO2等)中回收V2O5的一种工艺流程如下图所示：
已知：
步骤②、③中的转化过程可简化为：Rn＋(水层)＋nHA(有机层) RAn(有机层)＋nH＋(水层)(式中Rn＋表示VO2＋或Fe3＋，HA表示有机萃取剂)
回答下列问题：
(1)步骤①酸浸过程中发生氧化还原反应的化学方程式为 ，
滤渣的成分为 。
(2)萃取时应加入适量碱的作用是 。
(3)步骤④中反应的离子方程式为 。
(4)沉钒所得NH4VO3为离子化合物，NHeq \\al(＋,4)的电子式为 。
(5)V2O5是两性氧化物，在强酸性溶液中以VOeq \\al(＋,2)形式存在，VOeq \\al(＋,2)具有强氧化性，能将I－氧化为I2，本身被还原为VO＋，则V2O5与氢碘酸反应的离子方程式为
。
[解析] (1)由浸出液的成分可知V2O5→VO2＋，故反应的化学方程式为V2O5＋K2SO3＋2H2SO4===K2SO4＋2VOSO4＋2H2O，在酸浸时V2O5、Fe2O3均溶解，而SiO2不溶，故滤渣的成分为SiO2。
(2)由Rn＋(水层)＋nHA(有机层) RAn(有机层)＋nH＋(水层)可知，加入碱，c(H＋)减小，平衡右移，有利于R进入有机层，提高萃取率。
(3)由反应后的溶液成分可知VO2＋→VOeq \\al(＋,2)、KClO3→Cl－，故反应的离子方程式为ClOeq \\al(－,3)＋6VO2＋＋3H2O===Cl－＋6VOeq \\al(＋,2)＋6H＋。
(5)由题目分析知V2O5和氢碘酸反应中V2O5→VO＋、I－→I2，故反应的离子方程式为：V2O5＋4I－＋6H＋===2I2＋2VO＋＋3H2O。
[答案] (1)V2O5＋K2SO3＋2H2SO4===K2SO4＋2VOSO4＋2H2O SiO2
(2)使平衡右移，提高萃取率
(3)6VO2＋＋ClOeq \\al(－,3)＋3H2O===Cl－＋6VOeq \\al(＋,2)＋6H＋
(5)V2O5＋4I－＋6H＋===2VO＋＋2I2＋3H2O
[真题验收]
1．(2020·全国卷Ⅲ，T7)宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石颜料[主要成分为Cu(OH)2·CuCO3]，青色来自蓝铜矿颜料[主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3]。下列说法错误的是( )
A．保存《千里江山图》需控制温度和湿度
B．孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化
C．孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱
D．Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3
C [Cu(OH)2和CuCO3在高温时均易分解，在潮湿的空气中会有微量溶解，因此保存《千里江山图》需控制温度和湿度，A项正确；孔雀石和蓝铜矿颜料中的Cu元素均为＋2价，处于Cu元素的最高价态，因此孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化，B项正确；Cu(OH)2和CuCO3均能与强酸发生反应，C项错误；Cu(OH)2中Cu的质量分数约为65.3%，CuCO3中Cu的质量分数约为51.6%，因此Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3中铜的质量分数，D项正确。]
2．(2020·全国卷Ⅰ，T26)钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
回答下列问题：
(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是
。
(2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VOeq \\al(＋,2)，同时还有 离子被氧化。写出VO＋转化为VOeq \\al(＋,2)反应的离子方程式
。
(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，随滤液②可除去金属离子K＋、Mg2＋、Na＋、 ，以及部分的 。
(4)“沉淀转溶”中，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是 。
(5)“调pH”中有沉淀生成，生成沉淀反应的化学方程式是
。
(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是
。
[解析] (1)“酸浸氧化”中温度较低时，酸浸和氧化反应速率较慢，加热的目的是加快酸浸和氧化反应速率。(2)从原料看，“酸浸氧化”中四氧化三铁溶于稀硫酸，发生反应Fe3O4＋4H2SO4===FeSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O，加入的二氧化锰除氧化VO＋和VO2＋外，还氧化Fe2＋。VO＋转化为VOeq \\al(＋,2)反应的离子方程式为VO＋＋MnO2＋2H＋===VOeq \\al(＋,2)＋Mn2＋＋H2O。(3)根据表格中数据知，pH在3.0～3.1时，铁离子接近沉淀完全，少量铁离子随滤液②除去，Al3＋部分沉淀，大量铝离子随滤液②除去，K＋、Mg2＋、Na＋、Mn2＋随滤液②除去。(4)在pH>13的强碱性溶液中，V2O5·xH2O转化为钒酸盐而溶解，Al(OH)3转化为Na[Al(OH)4]而溶解，Fe(OH)3不溶，故滤渣③的主要成分是Fe(OH)3。(5)pH＝8.5时铝元素沉淀，故“调pH”时生成氢氧化铝沉淀，反应的化学方程式为Na[Al(OH)4]＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O。(6)“沉钒”时要使NH4VO3尽可能析出完全，利用同离子效应，加入过量NH4Cl可达到此目的。
[答案] (1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)
(2)Fe2＋ VO＋＋MnO2＋2H＋===VOeq \\al(＋,2)＋Mn2＋＋H2O
(3)Mn2＋ Al3＋和Fe3＋
(4)Fe(OH)3
(5)Na[Al(OH)4]＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O
(6)利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全
[新题预测]
金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀而被广泛用作高新科技材料。以钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛同时获得副产品甲的工业生产流程如图所示。
请回答下列问题：
(1)钛酸亚铁(用R表示)与碳在高温下反应的化学方程式为2R＋Ceq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋2TiO2＋CO2↑，钛酸亚铁的化学式为
；
钛酸亚铁和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，该反应的化学方程式为
。
(2)上述生产流程中加入铁屑的目的是 。此时溶液Ⅰ中含有Fe2＋、TiO2＋和少量Mg2＋等阳离子，常温下，其对应氢氧化物的Ksp如表所示。
若将含有Fe2＋、TiO2＋和Mg2＋的溶液加水稀释，立即析出大量白色沉淀，该反应的离子方程式为 。
(3)除去所得金属钛中少量Mg，可选用的试剂是 。
[解析] (1)由2R＋Ceq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋2TiO2＋CO2↑，根据原子守恒，可推知钛酸亚铁的化学式为FeTiO3。钛酸亚铁和浓硫酸反应，生成TiOSO4，无气体生成，元素Ti的化合价不变，说明发生非氧化还原反应，则产物中还有FeSO4，故该反应的化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4(浓)===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。 (2)钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是FeSO4，加入铁屑，可防止Fe2＋被氧化。根据题表提供的Ksp数据知，三种物质组成类型相同且TiO(OH)2的溶度积常数最小，则加水稀释，立即析出的白色沉淀为TiO(OH)2。
[答案] (1)FeTiO3 FeTiO3＋2H2SO4(浓)===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O (2)防止Fe2＋被氧化 TiO2＋＋2H2O===TiO(OH)2↓＋2H＋(或TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋) (3)稀盐酸
考纲定位
要点网络
1.了解合金的概念及其重要应用；了解化学与金属材料的关系。
2.掌握金属铜及其重要化合物的主要性质及应用。
3.了解铜及其重要化合物的制备方法。
4.了解常见金属的活动性顺序和常见金属的冶炼方法。
黑色金属材料
有色金属材料
铁、铬、锰以及它们的合金
除黑色金属以外的其他金属及其合金
物质
开始沉淀时的pH
沉淀完全时的pH
Fe(OH)3
2.7
3.7
Cu(OH)2
5.6
6.7
Al(OH)3
3.8
4.7
化学式
VO
V2O3
VO2、V2O4
V2O5
物质类别
碱性氧化物
碱性氧化物
两性氧化物
两性氧化物
反应方程式
VO＋2H＋===V2＋＋H2O
V2O3＋6H＋===2V3＋＋3H2O
VO2＋2H＋===VO2＋＋H2O
2VO2＋OH－===HV2Oeq \\al(－,5)
V2O5＋2H＋===2VOeq \\al(＋,2)＋H2O
V2O5＋6OH－===2VOeq \\al(3－,4)＋3H2O
化学式
V(OH)2
V(OH)3
制备
V2＋＋2OH－=== V(OH)2↓
V3＋＋3OH－===V(OH)3↓(绿色)
性质(碱)
V(OH)2＋2H＋===V2＋＋2H2O在空气中极易被氧化
V(OH)3＋3H＋===V3＋＋3H2O在空气中易被氧化
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Al3＋
Mn2＋
开始沉淀pH
1.9
7.0
3.0
8.1
完全沉淀pH
3.2
9.0
4.7
10.1
氢氧化物
Fe(OH)2
TiO(OH)2
Mg(OH)2
Ksp
8.0×10－16
1.0×10－29
1.8×10－11