高考化学一轮复习-金属材料及金属矿物的开发利用（知识清单）（全国通用）（解析版）

这是一份高考化学一轮复习-金属材料及金属矿物的开发利用（知识清单）（全国通用）（解析版），共17页。学案主要包含了知能解读01，知能解读02，知能解读03，重难点突破01，重难点突破02，重难点突破03，易混易错01，易混易错02等内容，欢迎下载使用。

01 镁及其化合物
1．镁的化学性质
(1)与氧气反应：2Mg＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2MgO。
(2)与氮气反应：3Mg＋N2eq \(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2。
(3)与盐酸(或硫酸)反应：Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑。
(4)与二氧化碳反应：2Mg＋CO2eq \(=====,\s\up7(点燃))2MgO＋C(镁着火不能用CO2灭火器灭火)。
(5)与水反应：Mg＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(△))Mg(OH)2＋H2↑。
2．镁的重要化合物
(1)氧化镁：
①白色粉末状固体，难溶于水，镁的熔点很高，可用于制造耐高温材料。
②属于碱性氧化物，与盐酸反应的离子方程式为MgO＋2H＋===Mg2＋＋H2O。
(2)氢氧化镁：
①白色固体，难溶于水。
②中强碱，与盐酸反应的离子方程式为Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O。
③氢氧化镁的溶解度小于碳酸镁，能发生反应MgCO3＋H2Oeq \(=====,\s\up7(△))Mg(OH)2＋CO2↑，镁元素在水垢中的存在形式是Mg(OH)2。
3．海水提取镁
从海水中提取镁的流程如图所示：
主要化学反应为
(1)制石灰乳：CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2。
(2)沉淀Mg2＋：Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋Ca2＋。
(3)制备MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O、MgCl2·6H2Oeq \(========,\s\up7(HCl),\s\d7(加热))MgCl2＋6H2O。
(4)电解MgCl2：MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑。
【跟踪训练】
1．下列有关镁及其化合物的离子方程式书写正确的是( )
A．MgCO3与盐酸反应：CO32−＋2H＋===CO2↑＋2H2O
B．Mg(OH)2与H2SO4反应：Mg2＋＋2OH－＋2H＋＋SO42−===MgSO4↓＋2H2O
C．碳酸氢镁与足量的氢氧化钠溶液反应：Mg2＋＋2HCO3−＋2OH－===MgCO3↓＋CO32−＋2H2O
D．工业上以海水为原料制取Mg(OH)2：Ca(OH)2＋Mg2＋===Mg(OH)2＋Ca2＋
答案 D
解析 MgCO3、Mg(OH)2为难溶性物质，在写离子方程式时不能拆成离子形式，A、B错误；由于MgCO3的溶解度比Mg(OH)2大，所以碳酸氢镁与足量的氢氧化钠溶液反应时，生成的是Mg(OH)2而不是MgCO3，C错误。
2．某同学通过系列实验探究Mg及其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是( )
A．将水加入浓硫酸中得到稀硫酸，置镁片于其中探究Mg的活泼性
B．将NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中，观察Mg(OH)2沉淀的生成
C．将Mg(OH)2浊液直接倒入已装好滤纸的漏斗中过滤，洗涤并收集沉淀
D．将Mg(OH)2沉淀转入蒸发皿中，加足量稀盐酸，加热蒸干得无水MgCl2固体
答案 B
解析 稀释浓硫酸应将浓硫酸加到水中，而不能将水加入浓硫酸中得到稀硫酸，A错误；过滤时应该用玻璃棒引流，C错误；由于氯化镁水解生成氢氧化镁和氯化氢，水解吸热，且氯化氢易挥发，所以加热时促进镁离子水解，蒸干得不到无水MgCl2固体，为氢氧化镁固体，D错误。
02 铜及其化合物
1．单质铜的化学性质
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：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。
②化学方程式：2Cu＋Seq \(=====,\s\up7(△))Cu2S。
③与氧化性酸
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FeCl3溶液反应的离子方程式：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。
2．氧化铜和氧化亚铜
3．氢氧化铜
反应①的化学方程式：Cu(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))CuO＋H2O。
反应②的化学方程式：Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。
4．铜盐
(1)Cu2(OH)2CO3名称为碱式碳酸铜，绿色固体，是铜绿、孔雀石的主要成分。
①受热分解：Cu2(OH)2CO3eq \(=====,\s\up7(△))2CuO+CO2↑+H2O
②与强酸反应（写离子方程式）：Cu2(OH)2CO3+4H+===2Cu2++CO2↑+3H2O
(2)CuSO4·5H2O俗称蓝矾、胆矾。
无水CuSO4遇水变蓝色，可用于检验水的存在。
(3)铜盐溶液有毒，主要是因为Cu2＋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，因此可将胆矾、熟石灰、水配成波尔多液，用来杀灭植物的病毒。
【跟踪训练】
1．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是( )
A．将铜丝插入浓硫酸中加热，反应后把水加入反应器中，观察硫酸铜溶液的颜色
B．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成
C．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体
D．将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿
答案 D
解析 A项反应后，应将反应后液体倒入盛水的烧杯中，并不断搅拌；B项应将铜丝在空气中加热到红热后伸入盛满氯气的集气瓶中；C项CuCl2水解生成的盐酸易挥发，加热蒸干CuCl2溶液得不到无水CuCl2固体。
2．在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
A．Cu2(OH)2CO3eq \(――→,\s\up7(△))CuOeq \(――――→,\s\up7(HCl(aq)))CuCl2(aq)
B．CuOeq \(――→,\s\up7(H2O))Cu(OH)2eq \(―――――――→,\s\up7(葡萄糖溶液),\s\d5(△))Cu2O
C．Cueq \(――→,\s\up7(O2),\s\d5(△))CuOeq \(―――→,\s\up7(H2SO4))CuSO4(aq)eq \(――→,\s\up7(Na))Cu(s)
D．Cueq \(――→,\s\up7(S),\s\d5(△))CuSeq \(―――→,\s\up7(H2SO4))CuSO4eq \(――→,\s\up7(H2O))CuSO4·5H2O
答案 A
解析 CuO与水不反应，B错误；Na与CuSO4溶液反应最终会生成Cu(OH)2，得不到Cu，C错误；Cu和S在加热条件下反应生成Cu2S，D错误。
03 金属材料 金属的冶炼
1．合金的概念及性能
(1)定义：由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：
合金具有金属特性，多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度一般比它的各成分金属的硬度大。
2．常见金属材料
(1)铁合金：属于黑色金属材料，是当今用量最大、用途最广的合金。
包括生铁（含碳量较高）和钢（如碳素钢、合金钢等）
(2)铝合金：硅铝合金、镁铝合金、硬铝等
特性：密度小、强度高、塑性好、易于加工。
用途：建筑、容器、包装业、交通运输业等。
(3)铜合金：青铜（主要含Cu、Sn、Pb）、黄铜（主要含Cu、Zn）、白铜（主要含Cu、Ni、Zn）
3．金属矿物的开发利用
(1)金属冶炼的实质
金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即Mn＋＋ne－===M(写反应通式，用M表示金属)。
(2)金属冶炼的方法
(3)金属冶炼的方法：根据金属的活动性不同，金属冶炼的方法分为热分解法、热还原法、电解法等。
【跟踪训练】
1．合金在生产和科学研究中发挥着重要作用。下列有关合金的性质与用途不具有对应关系的是( )
A．生铁容易被腐蚀，可用于炼钢和制造各种铸件
B．钠钾合金常温下呈液态、导热性好，可用于快中子反应堆的热交换剂
C．镁锂合金密度小、硬度和强度大，可用于制造火箭、导弹、航天器等
D．镍铬铝铜合金具有很高的电阻率，可用于制备电路中的精密元件
答案 A
解析 生铁用于炼钢和制造各种铸件，是由于生铁具有优良的铸造、切削加工和耐磨性能，题中性质与用途不具有对应关系，A错误；钠钾合金用于快中子反应堆的热交换剂，是由于钠钾合金导热性好，B正确；镁锂合金用于制造火箭、导弹、航天器等，是由于镁锂合金具有密度小、硬度和强度大的特点，C正确；镍铬铝铜合金用于制备电路中的精密元件，是由于镍铬铝铜合金具有很高的电阻率，D正确。
2．明代宋应星的《天工开物》中有关于“火法”冶炼锌的工艺记载：“每炉甘石十斤，装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷定毁罐取出……即倭铅也。”下列说法不正确的是(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌)( )
A．该冶炼锌的反应属于置换反应
B．“煤炭”中起作用的主要成分是炭
C．冶炼Zn的化学方程式为ZnCO3＋2Ceq \(=====,\s\up9(高温))Zn＋3CO↑
D．“倭铅”是指金属锌和铅的混合物
答案 D
解析 炉甘石的主要成分为ZnCO3，煤的主要组成元素为C，该工艺中描述的反应为ZnCO3＋2Ceq \(=====,\s\up9(高温))Zn＋3CO↑。在反应中C作还原剂，该冶炼锌的反应为置换反应，A、B、C正确；根据题意和化学方程式推知，“倭铅”指金属锌，D错误。
01 海水提镁的工艺流程分析
(1)沉淀池中沉淀Mg2+的反应是Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋Ca2＋。
(2)由MgCl2溶液MgCl2·6H2O得到的操作是蒸发浓缩、冷却结晶，过滤。
(3)MgCl2·6H2O要在HCl气流中脱水，目的是防止MgCl2水解：MgCl2·6H2Oeq \(=====,\s\up7(△))Mg(OH)Cl+HCl↑+5H2O。
【跟踪训练】
1．以混有SiO2的MgCO3为原料制备氧化镁的实验流程如图：
下列说法错误的是( )
A．酸浸的离子方程式为COeq \\al(2－,3)＋2H＋===CO2↑＋H2O
B．浸出渣的成分是SiO2
C．母液的主要溶质是NH4Cl
D．固体X是Mg(OH)2
答案 A
解析 MgCO3是微溶物，不可拆成离子，故A错误；SiO2不溶于盐酸，浸出渣为SiO2，故B正确；加入氨水沉镁：MgCl2＋2NH3·H2O===Mg(OH)2↓＋2NH4Cl，母液的主要溶质是NH4Cl，故C、D正确。
2．六水合氯化镁(MgCl2·6H2O)是一种无色而易潮解晶体，易溶于水，加热至95 ℃时失去结晶水，135 ℃以上时分解并释放出氯化氢气体。在化学工业中是重要的无机原料，可用于生产碳酸镁、氢氧化镁、氧化镁等化工产品。某工厂用六水合氯化镁和粗石灰制取的氢氧化镁中含有少量氢氧化铁杂质，通过如下流程进行提纯精制，获得阻燃剂氢氧化镁。下列说法错误的是( )
A．Mg(OH)2可以作阻燃剂是因为它分解需要吸收大量的热
B．步骤①的反应式为3Fe(OH)3＋S2Oeq \\al(2－,4)＋2OH－===3Fe(OH)2＋2SOeq \\al(2－,4)＋4H2O
C．保险粉中含有离子键、极性键、非极性键
D．Fe2＋比Mg2＋更容易和EDTA配合成可溶性化合物
答案 B
解析 Mg(OH)2分解时吸热可降低物体表面温度，可作阻燃剂，A正确；步骤①中保险粉将氢氧化铁还原为氢氧化亚铁的反应式为6Fe(OH)3＋S2Oeq \\al(2－,4)＋2OH－===6Fe(OH)2＋2SOeq \\al(2－,4)＋4H2O，B错误；保险粉(Na2S2O4)是盐，属于离子化合物，含有离子键，S2Oeq \\al(2－,4)含有极性键和非极性键，C正确；Fe(OH)2悬浊液中存在如下平衡：Fe(OH)2(s)Fe2＋(aq)＋2OH－(aq)，当不断滴入EDTA时，EDTA将结合Fe2＋促使平衡向右移动而使Fe(OH)2不断溶解，形成溶液，而Mg2＋形成Mg(OH)2沉淀，所以Fe2＋比Mg2＋更容易和EDTA配合成可溶性化合物，D正确。
02 铜及其化合物的性质
1．铜及其化合物的性质
(1)Cu与稀硫酸不反应，但在加热条件下，将氧气通入铜粉和稀硫酸的混合物中可发生反应2Cu＋O2＋2H2SO4eq \(=====,\s\up7(△))2CuSO4＋2H2O。
(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价的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。
(3)无水CuSO4作为检验水的试剂，一般不作为水蒸气的吸收试剂用于除杂或干燥。
2．红色物质Cu和Cu2O的检验
向红色物质中加入稀硫酸(不能用硝酸)，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。
3．铁、铜混合粉末与FeCl3溶液的反应
【跟踪训练】
1．部分含铜物质的分类与相应铜元素的化合价关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．a、d均易溶于水
B．b既有氧化性又有还原性
C．常温下，f与单质硫反应生成e
D．向固体c中通入H2S气体生成e
答案 B
解析 a为CuO，b为Cu2O，c为Cu(OH)2，d为CuS，e为Cu2S，f为Cu。CuO和CuS均为难溶于水的黑色粉末，A错误；Cu在常温下不与S反应，需要加热才能反应，C错误；向Cu(OH)2中通入H2S气体生成CuS，D错误。
2．氯化亚铜(CuCl)是白色粉末，微溶于水，广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组模拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl的过程，并进行相关物质转化的探究。已知：酸性条件下Cu＋不稳定。
下列说法不正确的是( )
A．X气体是HCl，可抑制CuCl2·2H2O加热时水解
B．转化1中产生的Cl2可以回收利用，也可以通入饱和NaOH溶液中除去
C．转化2中200 ℃时反应的化学方程式为Cu2(OH)2Cl2eq \(=====,\s\up7(200 ℃))2CuO＋2HCl↑
D．CuCl与稀硫酸反应的离子方程式为2Cu＋＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)===2Cu2＋＋SO2↑＋2H2O
答案 D
解析 热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，为抑制CuCl2水解，要在HCl气流下加热，温度大于300 ℃，发生反应2CuCl2eq \(=====,\s\up7(>300 ℃))2CuCl＋Cl2↑；直接加热CuCl2·2H2O会生成Cu2(OH)2Cl2，Cu2(OH)2Cl2在200 ℃下生成CuO。氯化铜水解生成氢氧化铜和氯化氢，X气体是HCl，可抑制CuCl2·2H2O加热时水解，A正确；氯气能被饱和氢氧化钠溶液吸收，防止污染，也可以将Cl2转化为氯化氢，回收循环利用，B正确；转化2中200 ℃时反应生成氧化铜，由原子守恒可知，还生成氯化氢，该反应的化学方程式为Cu2(OH)2Cl2eq \(=====,\s\up7(200 ℃))2CuO＋2HCl↑，C正确；氯化亚铜微溶于水，书写离子方程式时不能拆开，且CuCl与稀硫酸反应生成Cu2＋、Cu，D错误。
03 金属的冶炼 金属矿物的开发利用
(1)金属冶炼的方法与金属活动性的关系
(2)冶炼Mg时电解熔融MgCl2而不电解熔融MgO，原因是MgO的熔点高，熔融时会耗费更多能源，增加生产成本。
(3)冶炼Al时只能电解熔融Al2O3而不能电解熔融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。
(4)用热还原法得到的铜，还要经过电解精炼才能得到精铜。
【跟踪训练】
1．“拟晶”是一种具有凸多面体规则外形但不同于晶体的固态物质。Al65Cu23Fe12是二十世纪发现的几百种拟晶之一。具有合金的某些优良物理性能。下列有关这种拟晶的说法正确的是( )
A．无法确定Al65Cu23Fe12中三种金属的化合价
B．Al65Cu23Fe12的硬度小于金属铁
C．Al65Cu23Fe12不可用作长期浸泡在海水中的材料
D．1 ml Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去265 ml电子
答案 C
解析 拟晶Al65Cu23Fe12是由三种金属元素组成，由于金属无负价，根据化合物代数和为0的原则，三种金属的化合价均可视作0价，A错误；拟晶具有合金的某些优良物理性能，合金的硬度一般比各成分金属大，B错误；Al65Cu23Fe12与海水可以构成原电池，会加速金属的腐蚀，因此不可用作长期浸泡在海水中的材料，C正确；溶于过量的硝酸时，Al与Fe均变为＋3价，Cu变为＋2价，故1 ml Al65Cu23Fe12失电子的物质的量＝65×3＋2×23＋12×3 ml＝277 ml，D错误。
2．不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是( )
A．钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制
B．铝及其合金是电气、工业、家庭广泛使用的材料，是因为铝的冶炼方法比较简单
C．由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质
D．炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制造还原剂一氧化碳
答案 D
解析 A项，铁用CO还原法炼制，错误；B项，是因为Al有良好的性能，才被广泛使用，错误；C项，氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，工业上用电解氧化铝的方法制取铝，错误；D项，高炉炼铁中焦炭的作用为与氧气反应产生热量和制造还原剂一氧化碳，正确。
01 镁及其化合物的难点释疑
(1)Mg在空气中燃烧得到的固体物质主要为MgO和少量Mg3N2及C的混合物。
(2)Mg(OH)2为难溶于水的白色沉淀，故常用NaOH溶液检验Mg2＋的存在。
(3)由于Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小，碳酸镁水解生成氢氧化镁，反应的化学方程式：MgCO3＋H2Oeq \(=====,\s\up7(△))Mg(OH)2＋CO2↑，故水垢的主要成分中含有Mg(OH)2，而非MgCO3。
(4)由MgCl2·6H2O到无水MgCl2，必须在HCl气流中加热，以防MgCl2水解。
(5)因镁在高温下能与O2、N2、CO2等气体发生反应，故工业电解MgCl2得到的镁，应在H2氛围中冷却。
(6)Mg3N2能与水剧烈反应生成Mg(OH)2沉淀，放出氨气，所以只能在干态下制取。
【跟踪训练】
易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)将镁条点燃后迅速伸入集满CO2的集气瓶，集气瓶中产生浓烟并有黑色颗粒产生。(√)
(2)加热脱水MgCl2·6H2O晶体可获得无水MgCl2。(×)
(3)在Mg(HCO3)2溶液中加入过量Ca(OH)2溶液，产生Mg(OH)2和CaCO3两种沉淀。(√)
(4)工业上采用电解熔融MgO的方法冶炼金属镁。(×)
(5)氧化镁(熔点2 800 ℃)是优质的耐高温材料。( √ )
(6)镁在冷的浓硫酸中钝化。( × )
(7)镁是可以在空气中燃烧的，燃烧时火花四射，十分美丽，因此烟花中通常都掺有一定量的镁粉，来达到美观的效果。( √ )
(8)镁着火后，可以用泡沫灭火器灭火。( × )
02 铜及其化合物的易错点
(1)铜和氧气在常温下反应生成Cu2(OH)2CO3，在加热条件下生成CuO。
(2)单质铜可以除去某种气体中的氧气，也可以作乙醇催化氧化的催化剂。
(3)氢氧化铜既能溶于酸又能溶于碱（氨水），但它不是两性氢氧化物。
(4)向硫酸铜溶液中滴加氨水的现象是：先产生蓝色沉淀，后沉淀溶解生成深蓝色溶液
(5)新制的氢氧化铜悬浊液具有弱氧化性，可以用来检验醛基。
(6)CuSO4常用来检验某些气体或液态有机物中微量水的存在，而不是用于除水。
(7)碱式碳酸铜可以认为是Cu（OH）2和CuCO3组成的混合型化合物。
(8)硫酸铜溶液和消石灰配制波尔多液，其杀菌原理是重金属盐使细菌蛋白质变性。
【跟踪训练】
易错辨析：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)将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀( )
(3)CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化( )
(4)常温下Cu和浓H2SO4反应生成CuSO4( )
(5)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)×
03 金属材料和金属的冶炼易错点
(1)常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。
(2)合金是混合物，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不变。
(3)并非所有的金属都能相互形成合金，若一种金属的熔点高于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。
(4)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。
(5)在合金中各组成成分元素的化合价都为0价。
(6)金属越不活泼，其相应的金属阳离子的氧化性越强，越容易被冶炼。
(7)用还原法来冶炼某些很活泼的金属原理
Na+KCleq \(=====,\s\up7(850 ℃))K↑+NaCl
2RbCl+Mgeq \(========,\s\up7(700～800 ℃))MgCl2+2Rb↑
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。
【跟踪训练】
易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)合金材料中不可能含有非金属元素。( × )
(2)合金的物理性质和化学性质相比于成分金属均发生改变。( × )
(3)并非所有的金属都能形成合金。( √ )
(4)冶炼铝和钠都可以用电解法。( √ )
(5)所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应。( × )
(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)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高。( × )
(8)合金中的各组分金属元素都是以化合态形式存在。( × )
(9)铝合金的熔点比纯铝的高，硬度比纯铝的大。( × )
(10)利用MgO和铝粉在高温下发生铝热反应冶炼金属镁。( × )
(11)镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料。( √ )
(12)合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属。( √ )
01 金属及其化合物的制备
1．金属及其化合物的制备
(1)抓住“六个”关键，突破金属及其化合物的制备“微流程”
(2)“四步法”突破金属及其化合物的制备微实验
【跟踪训练】
1．国家速滑馆又称“冰丝带”，用的碲化镉(CdTe)发电玻璃被誉为“挂在墙上的油田”。一种以镉废渣(含CdO及少量ZnO、CuO、MnO、FeO杂质)为原料制备镉的工艺流程如图：
已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表：
下列说法错误的是( )
A．调节pH＝5的目的是除去Fe和Cu等杂质元素
B．“滤渣2”的主要成分为MnO2、Fe(OH)3
C．“置换”后滤液溶质的主要成分是ZnSO4
D．“熔炼”过程中利用Cd与Na2ZnO2的密度差异可以将二者分离
答案 A
解析 向镉废渣(含CdO及少量ZnO、CuO、MnO、FeO杂质)中加入硫酸溶解生成多种硫酸盐，加入石灰乳调节pH＝5，沉淀除去Cu(OH)2和CaSO4；在滤液中加入KMnO4，把Fe2＋氧化为Fe(OH)3沉淀、把Mn2＋氧化为MnO2；向滤液中加入锌置换出Cd，得到海绵镉，海绵镉用氢氧化钠溶解过量的锌，得到Cd和Na2ZnO2。调节pH＝5，沉淀除去Cu(OH)2和CaSO4，没有除去Fe元素，A错误；向滤液中加入KMnO4，将Fe2＋氧化为Fe(OH)3沉淀，将Mn2＋氧化为MnO2，则“滤渣2”的主要成分为MnO2、Fe(OH)3，B正确；向滤液中加入锌置换出Cd，“置换”后滤液溶质的主要成分是ZnSO4，C正确；海绵镉用氢氧化钠溶解过量锌，“熔炼”过程中利用Cd与Na2ZnO2的密度差异可以将二者分离，D正确。
2．高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下，可能用到的数据见下表。
下列说法错误的是( D )
A．固体X主要成分是Fe(OH)3和S；金属M为Zn
B．浸取时，增大O2压强可促进金属离子浸出
C．中和调pH的范围为3.2～4.2
D．还原时，增大溶液酸度有利于Cu的生成
答案 D
解析 固体X的主要成分是S、Fe(OH)3，金属M为Zn，A正确；CuS难溶于硫酸，在溶液中存在沉淀溶解平衡CuS(s)Cu2＋(aq)＋S2－(aq)，增大O2的浓度，可以反应消耗S2－，使之转化为S，从而使沉淀溶解平衡正向移动，可促进金属离子的浸取，B正确；用NH3调节溶液pH时，要使Fe3＋转化为沉淀，而Cu2＋、Zn2＋仍以离子形式存在于溶液中，结合离子沉淀的pH范围，可知中和时应该调节溶液pH范围为3.2～4.2，C正确；在用H2还原Cu2＋变为Cu单质时，H2失去电子被氧化为H＋，与溶液中OH－结合形成H2O，若还原时增大溶液的酸度，c(H＋)增大，不利于H2失去电子还原Cu2＋生成Cu单质，因此不利用于Cu的生成，D错误。
02 热重分析确定金属化合物的组成
(1)热重分析曲线基本图示
一般以横坐标为温度，纵坐标为固体质量(或质量分数等)建立平面直角坐标。如固体物质A受热分解：A(s)eq \(=====,\s\up7(△))B(s)＋C(g)，固体A热分解反应的热重曲线如图所示：
试样初始质量为m0，失重后试样质量为m1，由T1升高到T2过程，失重质量为Δm＝m0－m1，失重质量百分数为eq \f(m0－m1,m0)×100%。
(2)热重分析的一般方法和规律
①设晶体为1 ml，其质量为m。
②失重一般是先失水，再失非金属氧化物。
③计算每步固体剩余的质量(m余)：eq \f(m余,m)×100%＝固体残留率。
④晶体中金属质量不再减少，仍在m余中。
⑤失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m氧，由n金属∶n氧即可求出失重后物质的化学式。
【跟踪训练】
1．8.34 g绿矾晶体(FeSO4·7H2O)样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示，下列说法正确的是( )
A．温度为78 ℃时固体物质M的化学式为FeSO4·5H2O
B．温度为159 ℃时固体物质N的化学式为FeSO4·2H2O
C．在隔绝空气条件下，N得到P的化学方程式为FeSO4·2H2Oeq \(=====,\s\up9(高温))FeSO4＋2H2O
D．取适量380 ℃时所得的样品P，隔绝空气加热至650 ℃得到一种固体物质Q，同时有两种无色气体生成，Q的化学式为Fe2O3
答案 D
解析 n(FeSO4)＝eq \f(8.34 g,278 g·ml－1)＝0.03 ml，温度为78 ℃时，固体质量为6.72 g，其中m(FeSO4)＝0.03 ml×152 g·ml－1＝4.56 g，m(H2O)＝6.72 g－4.56 g＝2.16 g，n(H2O)＝0.12 ml，则n(H2O)∶n(FeSO4)＝0.12 ml∶0.03 ml＝4∶1，则化学式为FeSO4·4H2O，故78 ℃时，M的化学式为FeSO4·4H2O，A错误；温度为159 ℃时，固体质量为5.10 g，其中m(FeSO4)＝0.03 ml×152 g·ml－1＝4.56 g，m(H2O)＝5.10 g－4.56 g＝0.54 g，n(H2O)＝0.03 ml，则n(H2O)∶n(FeSO4)＝0.03 ml∶0.03 ml＝1∶1，则化学式为FeSO4·H2O，B错误；由B项分析知N的化学式为FeSO4·H2O，且P的化学式为FeSO4，在隔绝空气条件下由N得到P的化学方程式为FeSO4·H2Oeq \(=====,\s\up9(高温))FeSO4＋H2O，C错误；P的化学式为FeSO4，若Q的化学式为Fe2O3，铁的化合价升高，必有硫的化合价降低，即有二氧化硫生成，设SO2、SO3的物质的量分别为x ml、y ml，则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x＋y＝0.03,64x＋80y＝4.56－2.40))，解得x＝y＝0.015，则化学方程式为2FeSO4eq \(=====,\s\up9(高温))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑，Q的化学式为Fe2O3，D正确。
2．CuSO4·5H2O在不同温度下失水和分解，随着温度升高分别生成CuSO4→CuO→Cu2O→Cu，现称取5.000 g CuSO4·5H2O在敞口容器加热一定时间后，得到1.520 g固体，测得生成的SO2的体积为0.224 L(已折算为标准状况)，求：
(1)固体的成分及物质的量之比：________。
(2)标准状态下生成O2的体积：________。
答案 (1)n(CuO)∶n(Cu2O)＝2∶1
(2)0.168 L
解析 (1)5.000 g CuSO4·5H2O物质的量为0.02 ml，若生成的全部是硫酸铜，则质量为3.2 g，若全部生成氧化铜，则质量为1.6 g，若全部生成氧化亚铜，则质量为1.44 g，而得到1.520 g固体，说明固体的成分是氧化铜和氧化亚铜的混合物，设氧化铜物质的量为x ml，氧化亚铜物质的量为y ml，则有x＋2y＝0.02,80x＋144y＝1.52，解得x＝0.01，y＝0.005，则物质的量之比n(CuO)∶n(Cu2O)＝2∶1。
(2)生成了标准状况下0.224 L二氧化硫，即物质的量为0.01 ml，分析知硫、铜化合价降低，氧化合价升高，根据得失电子守恒得到O2物质的量为eq \f(0.01 ml×2＋0.005 ml×2×1,4)＝0.007 5 ml，其标准状态下的体积为0.007 5 ml×22.4 L·ml－1＝0.168 L。
名称
氧化铜
氧化亚铜
颜色
黑色
砖红色
与酸反应(H＋)
CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O
Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
与H2反应
CuO＋H2eq \(=====,\s\up7(△))Cu＋H2O
Cu2O＋H2eq \(=====,\s\up7(△))2Cu＋H2O
转化关系
4CuOeq \(=====,\s\up7(高温))2Cu2O＋O2↑
方法名称
主要反应原理(举例)
热分解法
Hg的冶炼：2HgOeq \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑
Ag的冶炼：2Ag2Oeq \(=====,\s\up7(△))4Ag＋O2↑
热还原法
CO作还原剂
高炉炼铁：Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2
H2作还原剂
WO3＋3H2eq \(=====,\s\up7(高温))W＋3H2O
铝热反应
Fe2O3＋2Aleq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3
电解法
Al的冶炼：2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d7(冰晶石))4Al＋3O2↑
Mg的冶炼：MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑
Na的冶炼：2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑
阳离子
Fe3＋
Fe2＋
Cu2＋
开始沉淀pH
2.7
6.3
3.8
完全沉淀pH
3.2
8.3
5.0
物质
Fe(OH)3
Cu(OH)2
Zn(OH)2
开始沉淀pH
1.9
4.2
6.2
沉淀完全pH
3.2
6.7
8.2