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新高考化学一轮复习讲练测第08讲 金属材料（讲）（解析版）
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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。
【核心素养分析】
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。
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 \(=====,\s\up7(△))2Al2O3
②2Al＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3
③2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
④2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
3．铝热反应
4.铝的制备和用途
(1)制备原理
电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d5( ))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
【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 \(=====,\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 \\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 \\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 \\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 \\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 \\al(＋,4)
②由NaAlO2制备Al(OH)3宜用CO2与AlOeq \\al(－,2)反应：
2H2O＋AlOeq \\al(－,2)＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq \\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 \\al(－,2)，然后将二者混合：
Al3＋＋3AlOeq \\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 \\al(－,2)、HS－、SiOeq \\al(2－,3)、COeq \\al(2－,3)、HCOeq \\al(－,3)、SOeq \\al(2－,3)等。
②与AlOeq \\al(－,2)不能大量共存的(阳)离子有：H＋、Al3＋、NHeq \\al(＋,4)、Fe2＋、Fe3＋等。
③AlOeq \\al(－,2)与HCOeq \\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 \\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 \\al(＋,4)反应，则生成的NH3·H2O又使Al3＋沉淀且生成NHeq \\al(＋,4))；Ⅲ.NHeq \\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O[若先溶解Al(OH)3，则产生的AlOeq \\al(－,2)又与NHeq \\al(＋,4)反应生成沉淀]；Ⅳ.Al(OH)3＋OH－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O。
②向含有AlOeq \\al(－,2)、COeq \\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 \\al(－,2)＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓(AlOeq \\al(－,2)比COeq \\al(2－,3)先反应)；Ⅲ.COeq \\al(2－,3)＋H＋===HCOeq \\al(－,3)；Ⅳ.HCOeq \\al(－,3)＋H＋===CO2↑＋H2O[HCOeq \\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
2.铜的氧化物和氢氧化物
3.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 \(=====,\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 \(=====,\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\c1(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\c1(碳素钢\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(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\c1(铝\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(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\c1(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\c1(铜\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(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
(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 \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；由Ag2O冶炼Ag的化学方程式：2Ag2Oeq \(=====,\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 \(=====,\s\up7(高温))3Fe＋4CO2；
b．C还原ZnO：ZnO＋Ceq \(=====,\s\up7(高温))Zn＋CO↑；
c．H2还原WO3：WO3＋3H2eq \(=====,\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 \(=====,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑、
MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑、2Al2O3eq \(=====,\s\up7(通电),\s\d5(冰晶石))4Al＋3O2↑。
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】3．(2020·浙江卷)下列关于铝及其化合物的说法，不正确的是( )
A．明矾可用作净水剂和消毒剂
B．利用铝热反应可冶炼高熔点金属
C．铝可用作包装材料和建筑材料
D．氢氧化铝可用作治疗胃酸过多的药物
【答案】A
【解析】明矾可以用于净水，但没有消毒作用，水的消毒剂是利用物质的强氧化性，如氯气、高铁酸钠等，故A不正确；由于铝热反应放出大量的热，因此可冶炼高熔点金属，故B正确；铝表面有一层致密的保护膜且具有良好的延展性，可用作包装材料和建筑材料，故C正确；胃酸的成分是盐酸，胃酸过多，可利用氢氧化铝的碱性中和，而且氢氧化铝是弱碱，不会对身体有很大的损伤，所以氢氧化铝可用作治疗胃酸过多的药物，故D正确。
高频考点二 有关铝及其化合物的工艺流程或实验
例2.(2021·湖南卷) 以镁铝复合氧化物(MgOAl2O3)为载体的负载型镍铜双金属催化剂(NiCu/MgOAl2O3)是一种新型高效加氢或脱氢催化剂，其制备流程如下：
eq \x(\a\al(MgSO4溶液,Al2SO43溶液,NiSO4溶液,CuSO4溶液))eq \(――→,\s\up11(尿素调pH),\s\d4(90 ℃))eq \x(悬浊液)eq \(――→,\s\up11(①60 ℃晶化),\s\d4(②过滤))
eq \x(滤饼)eq \(――→,\s\up11(洗涤),\s\d4( ))eq \(――→,\s\up11(干燥),\s\d4(110 ℃))eq \(――→,\s\up11(焙烧),\s\d4(550 ℃))eq \(――→,\s\up11(H2还原),\s\d4(550 ℃))eq \x(产品)
已知：常温下，Ksp[Cu(OH)2]＝2.21×10－20，
Ksp[Al(OH)3]＝1.30×10－33。
回答下列问题：
(1)在加热条件下，尿素[CO(NH2)2]在水中发生水解反应，放出________和________两种气体(写化学式)。
(2)“晶化”过程中，需保持恒温60 ℃，可采用的加热方式为________。
(3)“洗涤”过程中，检验滤饼是否洗净的方法是_____________________________________。
(4)常温下，若“悬浊液”中eq \f(cCu2＋,cAl3＋)＝1.7×109，则溶液的pH＝________。
(5)“还原”过程中所发生反应的化学方程式为______________________________。
【解析】将MgSO4、Al2(SO4)3、NiSO4、CuSO4混合溶液在90℃下加入尿素发生反应生成悬浊液Mg(OH)2、Al(OH)3、Cu(OH)2、Ni(OH)2，在60 ℃晶化过滤，得到滤饼，洗涤、干燥，焙烧得到MgO、CuO、NiO、Al2O3，在550 ℃温度下用氢气还原。
(1)根据题意，尿素[CO(NH2)2]在加热条件下与水发生水解反应即CO(NH2)2＋H2Oeq \(=====,\s\up7(△))CO2↑＋2NH3↑，因此放出NH3和CO2两种气体。
(2)“晶化”过程中，需保持恒温60 ℃，温度在100 ℃以下，因此采用的加热方式为水浴加热。
(3)“洗涤”过程中，检验滤饼是否洗净，主要检验洗涤液中是否还含有硫酸根离子，因此常用的方法是取最后一次洗涤液少量于试管中，向试管中加入稀盐酸，再加入氯化钡，若有白色沉淀则未洗净，若无沉淀则已洗净。
(4)常温下，若“悬浊液”中eq \f(cCu2＋,cAl3＋)＝1.7×109，eq \f(cCu2＋,cAl3＋)＝1.7×109＝eq \f(cCu2＋·c3OH－,cAl3＋·c3OH－)＝eq \f(Ksp[CuOH2]·cOH－,Ksp[AlOH3])＝eq \f(2.21×10－20·cOH－,1.30×10－33)＝1.7×109，则c(OH－)＝1×10－4 ml·L－1，c(H＋)＝eq \f(Kw,cOH－)＝eq \f(1×10－14,1.0×10－4) ml·L－1＝1×10－10 ml·L－1，则溶液的pH＝10。
(5)“还原”过程最终得到NiCu/MgOAl2O3，说明是NiO、CuO与氢气发生还原反应，因此所发生反应的化学方程式为NiO＋H2eq \(=====,\s\up7(550 ℃))Ni＋H2O，CuO＋H2eq \(=====,\s\up7(550 ℃))Cu＋H2O。
【答案】(1)NH3 CO2 (2)水浴加热 (3)取最后一次洗涤液少量于试管中，向试管中加入稀盐酸，再加入氯化钡，若有白色沉淀则未洗净，若无沉淀则已洗净 (4)10
(5)NiO＋H2eq \(=====,\s\up7(550 ℃))Ni＋H2O，CuO＋H2eq \(=====,\s\up7(550 ℃))Cu＋H2O
【变式探究】（2021·浙江卷）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，4.020g X中含有铝离子物质的量为：=0.02ml，含有氯离子物质的量为：=0.08ml，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。
高频考点三 铜及其化合物
例3. （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 \(=====,\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 \(=====,\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 \(=====,\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】6.(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 \\al(－,3)
②Ieq \\al(－,3)＋2S2Oeq \\al(2－,3)===S4Oeq \\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＋
高频考点四、金属材料及其冶炼
例4（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
【答案】A
【解析】不锈钢是铁与铬、镍等形成的合金，A错误；商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎属于青铜器，青铜是铜锡合金，B正确；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，C正确；铝合金具有密度小、硬度大等优点，可大量用于高铁建设，D正确。
【变式探究】《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
【答案】C
【解析】活泼性不同的金属，其冶炼方法不同，即金属冶炼方法由金属活动性决定，故A正确；熟铁比生铁质地更软，且延展性好，生铁比熟铁质地更硬，延展性稍差，故B正确；炒铁过程中降低了铁水中的碳含量，从而将生铁转化成熟铁，故C错误；该冶炼方法和近代往生铁水中吹空气炼钢，都是利用空气中的氧气氧化C元素，其原理基本相同，故D正确。
【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 \(=====,\s\up7(850 ℃))K↑＋NaCl
2RbCl＋Mgeq \(========,\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。
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 \(=====,\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 \(=====,\s\up7(高温))3Mn＋2Al2O3；
②金属焊接，如野外焊接钢轨等
铝
镁
与非金属反应
能被Cl2、O2氧化
2Mg＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2MgO
3Mg＋N2eq \(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2
与水反应
反应很困难
能与沸水反应
Mg＋2H2Oeq \(=====,\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 \(=====,\s\up7(点燃))2MgO＋C
反应物
化学方程式
非金属
O2
①潮湿的空气中：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜，绿色)
② 2Cu＋O2eq \(=====,\s\up7(△))2CuO (__黑色__固体)
Cl2
Cu＋Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))CuCl2 (__棕黄__色烟)
S
2Cu＋Seq \(=====,\s\up7(△))Cu2S
氧化
性酸
浓硫酸
Cu＋2H2SO4(浓)eq \(=====,\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、
FeCl3
Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag 、
Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
氧化铜
氧化亚铜
氢氧化铜
化学式
CuO
Cu2O
Cu(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＋＋H2O
②CuO＋H2eq \(=====,\s\up7(△))Cu＋H2O
③CuO＋COeq \(=====,\s\up7(△))Cu＋CO2
①Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
②Cu2O＋H2eq \(=====,\s\up7(△))2Cu＋H2O
①Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O
②Cu(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))
CuO＋H2O
金属活动性顺序
K、Ca、Na
Mg
Al、Zn
Fe、Sn、Pb(H)
Cu、Hg、Ag
Pt、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
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。
【核心素养分析】
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。
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 \(=====,\s\up7(△))2Al2O3
②2Al＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3
③2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
④2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
3．铝热反应
4.铝的制备和用途
(1)制备原理
电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d5( ))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
【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 \(=====,\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 \\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 \\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 \\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 \\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 \\al(＋,4)
②由NaAlO2制备Al(OH)3宜用CO2与AlOeq \\al(－,2)反应：
2H2O＋AlOeq \\al(－,2)＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq \\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 \\al(－,2)，然后将二者混合：
Al3＋＋3AlOeq \\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 \\al(－,2)、HS－、SiOeq \\al(2－,3)、COeq \\al(2－,3)、HCOeq \\al(－,3)、SOeq \\al(2－,3)等。
②与AlOeq \\al(－,2)不能大量共存的(阳)离子有：H＋、Al3＋、NHeq \\al(＋,4)、Fe2＋、Fe3＋等。
③AlOeq \\al(－,2)与HCOeq \\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 \\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 \\al(＋,4)反应，则生成的NH3·H2O又使Al3＋沉淀且生成NHeq \\al(＋,4))；Ⅲ.NHeq \\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O[若先溶解Al(OH)3，则产生的AlOeq \\al(－,2)又与NHeq \\al(＋,4)反应生成沉淀]；Ⅳ.Al(OH)3＋OH－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O。
②向含有AlOeq \\al(－,2)、COeq \\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 \\al(－,2)＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓(AlOeq \\al(－,2)比COeq \\al(2－,3)先反应)；Ⅲ.COeq \\al(2－,3)＋H＋===HCOeq \\al(－,3)；Ⅳ.HCOeq \\al(－,3)＋H＋===CO2↑＋H2O[HCOeq \\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
2.铜的氧化物和氢氧化物
3.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 \(=====,\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 \(=====,\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\c1(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\c1(碳素钢\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(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\c1(铝\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(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\c1(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\c1(铜\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(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
(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 \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；由Ag2O冶炼Ag的化学方程式：2Ag2Oeq \(=====,\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 \(=====,\s\up7(高温))3Fe＋4CO2；
b．C还原ZnO：ZnO＋Ceq \(=====,\s\up7(高温))Zn＋CO↑；
c．H2还原WO3：WO3＋3H2eq \(=====,\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 \(=====,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑、
MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑、2Al2O3eq \(=====,\s\up7(通电),\s\d5(冰晶石))4Al＋3O2↑。
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】3．(2020·浙江卷)下列关于铝及其化合物的说法，不正确的是( )
A．明矾可用作净水剂和消毒剂
B．利用铝热反应可冶炼高熔点金属
C．铝可用作包装材料和建筑材料
D．氢氧化铝可用作治疗胃酸过多的药物
【答案】A
【解析】明矾可以用于净水，但没有消毒作用，水的消毒剂是利用物质的强氧化性，如氯气、高铁酸钠等，故A不正确；由于铝热反应放出大量的热，因此可冶炼高熔点金属，故B正确；铝表面有一层致密的保护膜且具有良好的延展性，可用作包装材料和建筑材料，故C正确；胃酸的成分是盐酸，胃酸过多，可利用氢氧化铝的碱性中和，而且氢氧化铝是弱碱，不会对身体有很大的损伤，所以氢氧化铝可用作治疗胃酸过多的药物，故D正确。
高频考点二 有关铝及其化合物的工艺流程或实验
例2.(2021·湖南卷) 以镁铝复合氧化物(MgOAl2O3)为载体的负载型镍铜双金属催化剂(NiCu/MgOAl2O3)是一种新型高效加氢或脱氢催化剂，其制备流程如下：
eq \x(\a\al(MgSO4溶液,Al2SO43溶液,NiSO4溶液,CuSO4溶液))eq \(――→,\s\up11(尿素调pH),\s\d4(90 ℃))eq \x(悬浊液)eq \(――→,\s\up11(①60 ℃晶化),\s\d4(②过滤))
eq \x(滤饼)eq \(――→,\s\up11(洗涤),\s\d4( ))eq \(――→,\s\up11(干燥),\s\d4(110 ℃))eq \(――→,\s\up11(焙烧),\s\d4(550 ℃))eq \(――→,\s\up11(H2还原),\s\d4(550 ℃))eq \x(产品)
已知：常温下，Ksp[Cu(OH)2]＝2.21×10－20，
Ksp[Al(OH)3]＝1.30×10－33。
回答下列问题：
(1)在加热条件下，尿素[CO(NH2)2]在水中发生水解反应，放出________和________两种气体(写化学式)。
(2)“晶化”过程中，需保持恒温60 ℃，可采用的加热方式为________。
(3)“洗涤”过程中，检验滤饼是否洗净的方法是_____________________________________。
(4)常温下，若“悬浊液”中eq \f(cCu2＋,cAl3＋)＝1.7×109，则溶液的pH＝________。
(5)“还原”过程中所发生反应的化学方程式为______________________________。
【解析】将MgSO4、Al2(SO4)3、NiSO4、CuSO4混合溶液在90℃下加入尿素发生反应生成悬浊液Mg(OH)2、Al(OH)3、Cu(OH)2、Ni(OH)2，在60 ℃晶化过滤，得到滤饼，洗涤、干燥，焙烧得到MgO、CuO、NiO、Al2O3，在550 ℃温度下用氢气还原。
(1)根据题意，尿素[CO(NH2)2]在加热条件下与水发生水解反应即CO(NH2)2＋H2Oeq \(=====,\s\up7(△))CO2↑＋2NH3↑，因此放出NH3和CO2两种气体。
(2)“晶化”过程中，需保持恒温60 ℃，温度在100 ℃以下，因此采用的加热方式为水浴加热。
(3)“洗涤”过程中，检验滤饼是否洗净，主要检验洗涤液中是否还含有硫酸根离子，因此常用的方法是取最后一次洗涤液少量于试管中，向试管中加入稀盐酸，再加入氯化钡，若有白色沉淀则未洗净，若无沉淀则已洗净。
(4)常温下，若“悬浊液”中eq \f(cCu2＋,cAl3＋)＝1.7×109，eq \f(cCu2＋,cAl3＋)＝1.7×109＝eq \f(cCu2＋·c3OH－,cAl3＋·c3OH－)＝eq \f(Ksp[CuOH2]·cOH－,Ksp[AlOH3])＝eq \f(2.21×10－20·cOH－,1.30×10－33)＝1.7×109，则c(OH－)＝1×10－4 ml·L－1，c(H＋)＝eq \f(Kw,cOH－)＝eq \f(1×10－14,1.0×10－4) ml·L－1＝1×10－10 ml·L－1，则溶液的pH＝10。
(5)“还原”过程最终得到NiCu/MgOAl2O3，说明是NiO、CuO与氢气发生还原反应，因此所发生反应的化学方程式为NiO＋H2eq \(=====,\s\up7(550 ℃))Ni＋H2O，CuO＋H2eq \(=====,\s\up7(550 ℃))Cu＋H2O。
【答案】(1)NH3 CO2 (2)水浴加热 (3)取最后一次洗涤液少量于试管中，向试管中加入稀盐酸，再加入氯化钡，若有白色沉淀则未洗净，若无沉淀则已洗净 (4)10
(5)NiO＋H2eq \(=====,\s\up7(550 ℃))Ni＋H2O，CuO＋H2eq \(=====,\s\up7(550 ℃))Cu＋H2O
【变式探究】（2021·浙江卷）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，4.020g X中含有铝离子物质的量为：=0.02ml，含有氯离子物质的量为：=0.08ml，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。
高频考点三 铜及其化合物
例3. （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 \(=====,\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 \(=====,\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 \(=====,\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】6.(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 \\al(－,3)
②Ieq \\al(－,3)＋2S2Oeq \\al(2－,3)===S4Oeq \\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＋
高频考点四、金属材料及其冶炼
例4（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
【答案】A
【解析】不锈钢是铁与铬、镍等形成的合金，A错误；商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎属于青铜器，青铜是铜锡合金，B正确；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，C正确；铝合金具有密度小、硬度大等优点，可大量用于高铁建设，D正确。
【变式探究】《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
【答案】C
【解析】活泼性不同的金属，其冶炼方法不同，即金属冶炼方法由金属活动性决定，故A正确；熟铁比生铁质地更软，且延展性好，生铁比熟铁质地更硬，延展性稍差，故B正确；炒铁过程中降低了铁水中的碳含量，从而将生铁转化成熟铁，故C错误；该冶炼方法和近代往生铁水中吹空气炼钢，都是利用空气中的氧气氧化C元素，其原理基本相同，故D正确。
【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 \(=====,\s\up7(850 ℃))K↑＋NaCl
2RbCl＋Mgeq \(========,\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。
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 \(=====,\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 \(=====,\s\up7(高温))3Mn＋2Al2O3；
②金属焊接，如野外焊接钢轨等
铝
镁
与非金属反应
能被Cl2、O2氧化
2Mg＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2MgO
3Mg＋N2eq \(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2
与水反应
反应很困难
能与沸水反应
Mg＋2H2Oeq \(=====,\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 \(=====,\s\up7(点燃))2MgO＋C
反应物
化学方程式
非金属
O2
①潮湿的空气中：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜，绿色)
② 2Cu＋O2eq \(=====,\s\up7(△))2CuO (__黑色__固体)
Cl2
Cu＋Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))CuCl2 (__棕黄__色烟)
S
2Cu＋Seq \(=====,\s\up7(△))Cu2S
氧化
性酸
浓硫酸
Cu＋2H2SO4(浓)eq \(=====,\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、
FeCl3
Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag 、
Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
氧化铜
氧化亚铜
氢氧化铜
化学式
CuO
Cu2O
Cu(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＋＋H2O
②CuO＋H2eq \(=====,\s\up7(△))Cu＋H2O
③CuO＋COeq \(=====,\s\up7(△))Cu＋CO2
①Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
②Cu2O＋H2eq \(=====,\s\up7(△))2Cu＋H2O
①Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O
②Cu(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))
CuO＋H2O
金属活动性顺序
K、Ca、Na
Mg
Al、Zn
Fe、Sn、Pb(H)
Cu、Hg、Ag
Pt、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
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