人教版2022届高中化学一轮复习 第三单元　第3节　用途广泛的金属材料　铝、铜及其重要化合物 课件

这是一份人教版2022届高中化学一轮复习 第三单元　第3节　用途广泛的金属材料　铝、铜及其重要化合物 课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识自主预诊，知识梳理1合金，4铝热反应，关键能力考向突破，第三周期第ⅢA族，导电性，2化学性质，金属铝，悬浮物，答案D等内容，欢迎下载使用。
微点拨 ①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。②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。
2.常见金属材料(1)分类。
(2)常见的合金材料。
③铝合金:密度小,强度高,塑性好,易于加工,具有较强的抗腐蚀能力。
3.金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中的存在。
(2)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)。
(3)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)。
微点拨 ①金属冶炼与金属活泼性的关系:
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。
Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)合金中至少含有两种金属元素,不含非金属元素。(　　)(2)合金中各种元素的含量一定,所以合金是纯净物。(　　)(3)合金的硬度一般大于成分金属,而熔点一般低于成分金属。(　　)(4)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时,阴极上依次析出Cu、Fe、Al。(　　)(5)可以用金属钠置换四氯化钛(TiCl4)溶液中的钛来制取单质钛。(　　)(6)人类历史上使用铝的时间比铁晚,原因是铝不如铁活泼。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×
2.冶炼金属常用以下几种方法:①热分解法　②以活泼金属Na、Mg等作为还原剂　③以C、CO或H2作为还原剂　④电解法　⑤利用铝热反应原理还原下列金属各采用哪种方法冶炼最佳(用上述方法的序号填空)。(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属　　　　　　　　。 (2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属　　　　　　　。 (3)Hg、Ag等不活泼金属　　　　　　　　。 (4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属　　　　　　　　。 
考向1　合金的性质及应用【典例1】 (2020福建莆田第七中学期中)明末科学家宋应星出版的《天工开物》中记载了有关“五金”的内容:“……黄金美者,其值去黑铁(生铁)一万六千倍,然使釜、鬵(xín,一种炊具)、斤(这里指菜刀、镰刀、锄头等)、斧不呈效于日用之间……贸迁有无,……”下列解释正确的是(　　)A.明代使用的釜、鬵一类的炊具都属于青铜合金B.添加了铬、镍的不锈钢菜刀和农具使用后即使不保养,也不会生锈C.金属的另一个用途就是铸成钱币作为贸易交往中的流通手段D.黑铁在空气中发生的腐蚀主要是化学腐蚀
答案 C　解析 明代使用的釜、鬵都属于铁合金,故A错误;不锈钢制作就是在普通钢中添加铬、镍等元素改变了钢铁内部结构,不锈钢不容易生锈;家里用的农具是铁合金,如果没及时洗干净后晾干,铁能与氧气、水分同时接触,容易发生电化学腐蚀而生锈,故B错误;金属可以用来铸成钱币作为贸易交往中的流通手段,故C正确;生铁的腐蚀主要是电化学腐蚀,故D错误。
对点演练1(2020山西实验中学月考)氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法正确的是(　　)A.冶炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭、空气、石灰石等,其中焦炭的作用是氧化剂B.湿法炼铜与火法炼铜的反应中,铜元素都发生还原反应C.工业上Mg由电解熔融的MgO制取,Na由电解熔融的NaCl制取D.越活泼的金属越容易冶炼
答案 B　解析 炼铁时要用到焦炭,它有两个作用,一是生成还原剂CO,二是燃烧放热、维持炉温,则C元素化合价升高,失电子作还原剂,故A错误;湿法炼铜与火法炼铜的反应中,铜元素化合价均由+2价变为0价,化合价降低,Cu元素被还原,发生还原反应,故B正确;MgO的熔点高,电解MgO制取Mg消耗能源高,应电解熔融的氯化镁制取Mg,故C错误;越活泼金属对应的阳离子越难得到电子被还原,难以冶炼,故D错误。
考向2　金属矿物的开发与利用【典例2】 (2020河北邢台月考)古代炼丹的五金通常是指金、银、铜、铁、锡。下列说法错误的是(　　)A.用焦炭热还原SnO2可得到SnB.用H2还原Fe2O3可得到FeC.Cu2S与过量O2共热产物中只含CuD.Ag2O直接热分解可得到Ag
答案 C　解析 根据金属活泼性顺序可知,可以用热还原法冶炼Sn,因此可以用焦炭热还原SnO2得到Sn,故A正确;根据金属活泼性顺序可知,也可以用热还原法冶炼Fe,因此可以用H2还原Fe2O3得到Fe,故B正确;铜能够与氧气反应,Cu2S与过量O2共热产物中含有CuO等,故C错误;银的活泼性较差,工业上将Ag2O直接加热分解可得到Ag,故D正确。
特别提醒(1)电解法冶炼活泼金属使用的是熔融的金属盐或金属氧化物,而不是盐溶液。(2)铜除了用热还原法冶炼外,还可以用湿法炼铜或电解法进行冶炼。
对点演练2(2020江苏启东中学月考)碱式碳酸铝镁[MgaAlb(OH)c(CO3)d]在一定条件下的转化如下图所示,下列说法正确的是(　　)
A.a、b、c、d符合关系式:2a+3b=c+dB.X可能为NaOHC.Q可能为NH3D.工业上用CO还原Al2O3的方法制取金属Al
知识梳理1.铝的原子结构和在自然界中的存在铝的原子结构示意图为　　　　　　　　。铝位于元素周期表　　　　　　　　　　　,自然界中的铝全部以　　　　态存在。 
2.铝的性质(1)物理性质。铝是　　　　色、具有金属光泽的固体,硬度　　　,具有良好的　　　　　　、导热性和延展性。 
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:
①Al 形成致密的氧化膜, 　 　 ②　　　　　　　　　　　 
④离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　 ⑤ 　  
4Al+3O2==2Al2O3
Al+3Cl2 2AlCl3　
2Al+6H+==2Al3++3H2↑
2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3
3.氧化铝(1)物理性质:Al2O3是高熔点的氧化物,常作为　　　材料及冶炼　　　　　　的原料。 (2)化学性质(用离子方程式表示):
Al2O3+6H+==2Al3++3H2O
4.氢氧化铝(1)物理性质:Al(OH)3是难溶于水的白色胶状沉淀,它能吸附水中的　　　　　　,常用于水的净化,并能　　　　　色素。 (2)化学性质。
②受热分解:化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
Al(OH)3+3H+==Al3++3H2O
2Al(OH)3 Al2O3+3H2O
(3)制备(用离子方程式表示)。
5.Al3+、Al(OH)3、Al 之间的转化关系
写出上述转化的离子方程式:(1)①　 ; ②　 ; ③　 。 (2)　 。 (3)　 。 (4)　 。 (5)①　 ; ②　 。 (6)　 。 
Al3++3OH-==Al(OH)3↓
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)铝制品在空气中能稳定存在是因为铝不活泼。(　　)(2)冶炼铝时常用焦炭作为还原剂。(　　)(3)氢氧化铝可用于中和过多胃酸。(　　)(4)Al2O3的熔点高,可作为耐高温材料,实验室可用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3固体等。(　　)(5)常温下不能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸,因它们都具有强氧化性。(　　)
(6)铝与少量NaOH溶液反应得到铝盐,与足量NaOH溶液反应生成偏铝酸盐。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)√(8)×
2.(2020江西新余第四中学检测)某化学兴趣小组要在“校园科艺节活动”中使用氢气球表演节目。经过测量,每个氢气球的体积约为1.12 L(已折成标准状况)。已知兴趣小组采用Al和氢氧化钠溶液反应制取氢气。(1)若实验需要1 L 2.5 ml·L-1的NaOH溶液,则要用托盘天平称取NaOH固体　　　 g。配制溶液过程中所需仪器除托盘天平、钥匙、烧杯、玻璃棒外,还需要　　　　　　、　　　　　　(填仪器名称)。 
(2)该化学兴趣小组为了营造气氛,做了惊艳全场的铝热反应(如下图),写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。兴趣小组同学取反应后的“铁块”溶于盐酸,向其中滴加KSCN溶液,发现溶液变红色。出现这种现象的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)若要除去上述所得“铁块”中含有的氧化铝,可选择　　　　　　　　(填试剂名称),所发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案 (1)100　1 000 mL容量瓶　胶头滴管　　(2)8Al+3Fe3O4 4Al2O3+9Fe　固体中有没反应完的磁性氧化铁或熔融的铁被空气中的氧气氧化　(3)氢氧化钠溶液　Al2O3+2NaOH==2NaAlO2+H2O
考向1　铝的性质【典例1】 (2020四川泸州泸县第二中学月考)常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓硝酸中组成原电池(图1),测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示。反应过程中有红棕色气体产生。下列说法错误的是(　　)
A.t1时刻前,Al片的电极反应式为2Al-6e-+3H2O==Al2O3+6H+B.t1时,因Al在浓硝酸中钝化,氧化膜阻碍了Al继续反应C.t1之后,负极Cu失电子,电流方向发生改变D.烧杯中发生的离子反应为2NO2+2OH-==2N +H2O
解析 t1时刻前,Al片为负极,Al发生氧化反应,电极反应式为2Al-6e-+3H2O==Al2O3+6H+,故A正确;随着反应进行铝表面钝化形成氧化膜,t1时阻碍了Al继续反应,故B正确;t1之后,铜作负极,电流方向相反,故C正确;NO2溶于NaOH溶液生成NaNO3和NaNO2,烧杯中发生的离子反应为2NO2+2OH-== +H2O,故D错误。
对点演练1(2020山东烟台一模)铝生产产业链由铝土矿开采、氧化铝制取、铝的冶炼和铝材加工等环节构成。
(1)工业上采用电解氧化铝和冰晶石(Na3AlF6)熔融体的方法冶炼得到金属铝:2Al2O3 4Al+3O2↑。加入冰晶石的作用为　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)上述工艺所得铝材中往往含有少量Fe和Si等杂质,可用电解方法进一步提纯,该电解池中阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　,下列可作阴极材料的是　　　　。 a.铝材b.石墨c.铅板d.纯铝(3)阳极氧化能使金属表面生成致密的氧化膜。以稀硫酸为电解液,铝阳极发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　。在铝阳极氧化过程中,需要不断地调整电压,理由是　　　　　　　　　　　。 
(4)下列说法正确的是　　　　。 a.阳极氧化是应用原电池原理进行金属材料表面处理的技术b.铝的阳极氧化可增强铝表面的绝缘性能c.铝的阳极氧化可提高金属铝及其合金的耐腐蚀性,但耐磨性下降d.铝的阳极氧化膜富多孔性,具有很强的吸附性能,能吸附染料而呈各种颜色
答案 (1)主要是降低Al2O3的熔化温度(2)Al-3e-==Al3+　d(3)2Al-6e-+3H2O==Al2O3+6H+　铝阳极表面不断生成氧化物,电阻增大,为保持电流稳定,需不断增大电压(4)bd
解析 (1)Al2O3的熔点较高,为了降低能耗加入冰晶石作助熔剂,所以冰晶石的主要作用是降低Al2O3的熔化温度。(2)阳极发生氧化反应,活泼的金属先放电,Al较活泼,所以Al先放电,电极反应为Al-3e-==Al3+,由于该工艺是提纯Al,所以为了减少杂质物质阴极用纯铝,选d。(3)根据信息“阳极氧化能使金属表面生成致密的氧化膜”知道是Al反应生成了Al2O3,则电极反应为2Al-6e-+3H2O==Al2O3+6H+;在电解过程中铝阳极表面不断生成氧化物,电阻增大,为保持电流稳定,需不断增大电压。(4)阳极氧化是应用电解池的原理,a错误;阳极氧化生成的氧化膜导电性比Al要差,所以可增强铝表面的绝缘性能,b正确;铝的阳极氧化生成的氧化膜硬度较大,耐磨性也较好,c错误;氧化铝有多种不同的结构,其中的δ-Al2O3富多孔性,具有很强的吸附性能,能吸附染料而呈各种颜色,d正确。
深度指津 (1)铝能与酸溶液反应生成H2和铝盐(含Al3+),但与稀硝酸反应不生成H2,且常温下在浓硝酸、浓硫酸中发生钝化。(2)铝与强碱溶液反应生成H2和偏铝酸盐(含Al )。(3)铝与酸或碱溶液反应生成H2的量的计算及比较。
Al与酸、碱反应,实质上都是 ,2 ,故Al与酸、碱溶液反应时,Al与H2的物质的量均可利用关系式2Al~3H2进行计算,也可以直接利用电子得失守恒进行计算。
①等质量的铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比为
②足量的铝分别与含等物质的量HCl和NaOH的溶液反应,产生氢气的体积
③等质量的铝分别与溶质物质的量相等的盐酸和氢氧化钠溶液反应,若产
a.铝与盐酸反应时,铝过量而盐酸不足。b.铝与氢氧化钠溶液反应时,铝不足而氢氧化钠溶液过量。
考向2　含铝化合物的性质【典例2】 (2020甘肃武威第十八中学诊断考试)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:
下列叙述正确的是(　　)A.试剂X可以是氢氧化钠溶液,也可以是盐酸B.反应①过滤后所得沉淀为氢氧化铁C.图中所示转化反应都不是氧化还原反应D.反应②的化学方程式为NaAlO2+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+NaHCO3
答案 D　解析 由溶液乙通入过量的Y生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠可知,溶液乙中含有偏铝酸根、气体Y为二氧化碳,故试剂X可以是氢氧化钠溶液,不可能为盐酸,故A错误;氧化铁与氢氧化钠不反应,反应①后过滤所得沉淀为氧化铁,故B错误;电解熔融氧化铝生成铝,属于氧化还原反应,故C错误;反应②为过量的二氧化碳与偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠,该反应的化学方程式为NaAlO2+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+NaHCO3,故D正确。
对点演练2(2020北京月考)铝热反应常用于冶炼高熔点金属,某小组探究Al粉与Fe3O4发生反应所得黑色固体的成分,实验过程及现象如下:
下列说法不正确的是(　　)A.反应①产生的气体是H2B.反应②为Al2O3+2OH-==2Al +H2OC.反应③的白色沉淀是Al(OH)3D.黑色固体中不含Al和Fe3O4
答案 D　解析 探究Al粉与Fe3O4发生反应所得黑色固体的成分,由实验可知,黑色固体与稀硫酸反应生成气体,黑色固体可能含有铝或者铁或者二者都有。向溶液b中加KSCN溶液不变红,可知溶液b不含铁离子;黑色固体与NaOH溶液反应无气体产生,则一定不含Al,则黑色固体含有铁。溶液a与二氧化碳反应生成白色沉淀为氢氧化铝,则黑色固体中一定含氧化铝。反应①产生的气体是H2,为金属与稀硫酸反应生成,故A正确;黑色固体含氧化铝,则反应②为Al2O3+2OH-==2Al +H2O,故B正确;反应③中Al 与二氧化碳反应,可知白色沉淀是Al(OH)3,故C正确;黑色固体中不含Al,可能含Fe3O4,故D错误。
深度指津 含铝化合物的转化关系及其应用(1)Al3+、Al 、Al(OH)3的转化关系。
(2)可溶性铝盐与强碱(如NaOH)溶液反应,铝元素的存在形式。
(3)含铝元素杂质的除杂方法归类。利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于强碱溶液的特性,可除去许多物质中的含铝杂质,如下列除杂过程(括号中物质为杂质):①Mg(Al):加足量NaOH溶液,过滤、洗涤、干燥;②Fe2O3(Al2O3):加足量NaOH溶液,过滤、洗涤、干燥;③Mg(OH)2[Al(OH)3]:加足量NaOH溶液,过滤、洗涤、干燥;④Mg2+(Al3+):加过量NaOH溶液,过滤、洗涤,再加酸充分溶解得到的沉淀。
知识梳理1.单质铜(1)铜的物理性质:铜是一种有金属光泽的　　　　　　　色固体,有良好的导电、导热性(仅次于银,可用于制电缆),有良好的延展性。 
(2)铜的化学性质:
2Cu+O2 2CuO
Cu+Cl2 CuCl2
Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O　
Cu+4HNO3(浓) ==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀) ==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+2AgNO3==Cu(NO3)2+2Ag
Cu+2FeCl3==CuCl2+2FeCl2
微点拨 (1)通常利用反应2Cu+O2 2CuO除去某些混合气体中的少量O2。(2)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。(3)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.铜的重要化合物(1)黑色氧化铜在高温下分解为砖红色的Cu2O,化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　;砖红色的Cu2O与稀硫酸反应,溶液变蓝,同时生成红色的单质铜,离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
4CuO 2Cu2O+O2↑
(2)氢氧化铜,　　色　　　　　　水的固体。其化学性质及应用如下: 
反应①的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　; 反应②的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　。 
Cu(OH)2 CuO+H2O　
(3)Cu2(OH)2CO3的名称为　　　　　　,是铜绿、孔雀石的主要成分,受热分解可生成黑色的氧化铜,化学方程式为Cu2(OH)2CO3 2CuO+CO2↑+H2O,可溶于稀硫酸,离子方程式为Cu2(OH)2CO3+4H+==2Cu2++CO2↑+3H2O。 (4)蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末,化学方程式为CuSO4·5H2O CuSO4+5H2O。
微点拨 (1)无水CuSO4可作为检验水的试剂,但不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。(2)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,用来杀灭植物病毒而减少病虫害。
自我诊断1.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)将气体通过无水硫酸铜,粉末变蓝,证明原气体中含有水蒸气。(　　)(3)CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化。(　　)(4)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分,在干燥的空气中铜不易生锈。(　　)(5)1 ml Cu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO3分子。(　　)(6)中国古代利用明矾溶液的酸性清除铜镜表面的铜锈。(　　)(7)将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,可制得无水CuCl2固体。(　　)
答案 (1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√　(7)×
2.(2020江苏苏州调考)铜制印刷电路板蚀刻液的选择及再生回收是研究热点。(1)用HCl-FeCl3溶液作蚀刻液①该溶液蚀刻铜板时发生主要反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　; ②从废液中可回收铜并使蚀刻液再生。再生所用的试剂有Fe和　　　　(填化学式)。 
(2)用HCl-CuCl2溶液作蚀刻液蚀刻铜后的废液中含Cu+。用下图所示方法可使蚀刻液再生并回收金属铜。
第一步,BDD电极上生成强氧化性的氢氧自由基(HO·):H2O-e-==HO·+H+;第二步,HO·氧化Cu+实现CuCl2蚀刻液再生:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(填离子方程式)。 
(3)用碱性CuCl2溶液(用NH3·H2O-NH4Cl调节pH)作蚀刻液,原理为:CuCl2+4NH3·H2O==Cu(NH3)4Cl2+4H2O;Cu(NH3)4Cl2+Cu==2Cu(NH3)2Cl。①过程中只须及时补充NH3·H2O和NH4Cl就可以使蚀刻液再生,保持蚀刻能力。蚀刻液再生过程中作氧化剂的是　　　　　　(填化学式)。 ②50 ℃,c(CuCl2)=2.5 ml·L-1,pH对蚀刻速率的影响如图所示。适宜pH约为8.3~9.0,pH过小或过大,蚀刻速率均会减小的原因是　　　　　。 
答案 (1)①2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+　②HCl和Cl2(或H2O2等其他合理氧化剂)(2)H++Cu++·OH==Cu2++H2O(3)①O2　②pH太低,NH3·H2O浓度小,Cu2+和生成的Cu+不能形成对应的配合物;pH太高,Cu2+或Cu+会转化为难溶性碱(碱式盐)
考向1　铜及其化合物的性质和应用【典例1】 为了探究铁、铜及其化合物的性质,某同学设计并进行了下列实验。下列说法错误的是(　　)
A.高温加热装置中发生的反应为3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)B.虚线框处宜选择的装置是甲C.实验时将螺旋状铜丝加热变黑后再趁热迅速伸入试管中,可观察到铜丝由黑色变为红色D.实验后,可用铝粉在高温下还原玻璃管中的固体获得铁单质
答案 B　解析 高温加热装置中铁粉与水蒸气反应生成四氧化三铁与氢气,化学方程式为3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g),故A正确;生成氢气的密度比空气的密度小,所以用向下排空气法收集H2,应选择装置乙,故B错误;氧化铜与氢气在加热时反应生成铜和水,该反应的化学方程式为CuO+H2 Cu+H2O,所以铜丝由黑色变为红色,故C正确;玻璃管中的固体含有Fe3O4,铝粉与Fe3O4发生铝热反应生成氧化铝和铁单质,故D正确。
对点演练1(2020全国3,7)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
答案 C　解析 字画保存需要控制适宜的温度和湿度,温度、湿度过高或过低,均对字画的保存造成危害,A项正确;Cu(OH)2、CuCO3中Cu、H、C元素都处于最高价,无还原性,不易被O2氧化,B项正确;Cu(OH)2、CuCO3都可与酸性物质反应,C项错误;由于Cu(OH)2中铜的质量分数高于CuCO3中铜的质量分数,故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。
考向2　铜及其化合物的制备【典例2】 (2020北京西城区期末)CuSO4用途广泛,以Cu为原料制CuSO4有多种方法。(1)实验室可用Cu与浓硫酸反应制CuSO4。①Cu与浓硫酸反应的化学方程式是　　　　　　　。 ②该方法制CuSO4存在的不足是　　　　　(写出任意一条)。 (2)实验小组采取如下方法制CuSO4。
实验表明,Fe3+能加快生成CuSO4的反应速率,加快原理可表述为:ⅰ.2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+ⅱ.……ⅱ的离子方程式是　 。 
(3)用电解的方法制CuSO4,如图所示。
①与直流电源a端相连的电极材料是　　　　　(填“铜片”或“石墨”)。 ②将进口处较浓硫酸替换为Na2SO4溶液进行实验,发现得到的CuSO4溶液pH比替换前升高,结合化学用语解释pH升高的原因是 　 。 
答案 (1)①Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O②反应产生SO2,对环境有污染(或氧化剂浓硫酸利用率不高等其他合理答案)(2)4Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O(3)①铜片　②替换为Na2SO4后,阴极区发生反应2H++2e-==H2↑,阴极区c(OH-)>c(H+),OH-也可以通过阴离子交换膜运动到阳极区,导致CuSO4溶液pH升高
解析 (1)①Cu与浓硫酸反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O;②该方法制CuSO4存在的不足是反应中产生SO2,对环境有污染或氧化剂浓硫酸利用率不高等。(2)根据反应流程,Fe3+为催化剂,因此Fe3+能加快生成CuSO4的反应速率,加快原理可表述为ⅰ.2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+;ⅱ.4Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O。(3)①用电解的方法制CuSO4,铜电极需要与直流电源正极相连,根据硫酸根离子的移动方向,a为直流电源正极,因此与直流电源a端相连的电极材料是铜片;②替换为Na2SO4后,阴极区发生反应2H++2e-==H2↑,阴极区c(OH-)>c(H+),OH-也可以通过阴离子交换膜运动到阳极区,导致CuSO4溶液pH升高。
对点演练2(2020江西抚州南城一中期末)CuSO4是一种重要的化工原料,其制备途径及性质如图所示(假设恰好完全反应)。下列说法正确的是(　　)
A.途径①所用混酸中,H2SO4与HNO3的物质的量之比为2∶3B.1 ml CuSO4在1 100 ℃反应所得混合气体中O2为0.75 mlC.Z只能是葡萄糖D.相对于途径①③,途径②更好地体现了绿色化学思想
答案 D　解析 途径①的反应为铜与稀硝酸、稀硫酸反应生成硫酸铜、一氧化氮和水,该反应的化学方程式为3Cu+2HNO3+3H2SO4==3CuSO4+2NO↑+4H2O,由方程式可知混酸中H2SO4与HNO3的物质的量之比为3∶2,故A错误。CuSO4在1 100 ℃时分解生成氧化亚铜,铜元素化合价降低被还原,硫酸铜中硫元素为最高价态,只能表现氧化性,则只能是氧元素被氧化,则X可能是O2和SO3或O2和SO2或O2、SO2和SO3的混合气体。若X为O2和SO3的混合气体,由得失电子数目守恒可知1 ml CuSO4在1 100 ℃所得混合气体中O2为0.25 ml;若X为O2和SO2的混合气体,由得失电子数目守恒可知1 ml CuSO4在1 100 ℃所得混合气体中O2为0.75 ml;若X为O2、SO2和SO3的
混合气体,由得失电子数目守恒可知1 ml CuSO4在1 100 ℃所得混合气体中O2介于0.25 ml和0.75 ml之间,故B错误。含有醛基的有机化合物都能与新制的氢氧化铜共热反应生成氧化亚铜,故C错误。途径①中会生成有害气体一氧化氮,途径③中会生成有害气体二氧化硫,相对于途径①③,途径②生成等量硫酸铜需要的硫酸少,且无有害气体产生,更好地体现了绿色化学思想,故D正确。
1.金属的制法(1)电解法(K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属)(2)热还原法(Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等较活泼金属)(3)热分解法(Hg、Ag等不活泼金属)
2.掌握3种制备氢氧化铝的方法(1)向铝盐溶液中加入氨水,离子方程式为
无机化工流程题解题指导
素养解读1.无机化工流程题要求学生能认识化学现象与模型之间的联系,能运用多种模型来描述和解释化学现象,预测物质及其变化的可能结果;能依据物质及其变化的信息建构模型,建立解决复杂化学问题的思维框架,考查学生的证据推理与模型认知能力。
2.无机化工流程题涉及的问题包括:原料的预处理、反应条件的控制、化学反应原理、绿色化学问题、化工生产安全等。上述问题要求学生具有终身学习的意识和严谨求实的科学态度;崇尚真理,形成真理面前人人平等的意识;关注与化学有关的社会热点问题,认识环境保护和资源合理开发的重要性,具有可持续发展意识和绿色化学观念;深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系,赞赏化学对社会发展的重大贡献,能运用已有知识和方法综合分析化学过程对自然可能带来的各种影响,权衡利弊,勇于承担责任,积极参与有关化学问题的社会决策。培养学生的科学态度与社会责任。
案例探究情境:新型负载镍催化剂的应用是近年来加氢工艺技术革新的开始,负载镍催化剂在空气中安全稳定,投料好称量,操作安全性高。最重要的是新型负载镍催化剂具有平稳的活性释放特性,在生产制作的过程中比骨架镍要均匀,且单位质量或体积的活性中心差别不大,但骨架镍会有比较大的区别。新型负载催化剂是一种非常适合未来连续化大生产的催化剂,目前多采用无定形硅藻土做载体,其比表面积大,结合力强,能让镍分散得很均匀,有效地降低了反应“热点”,使活性释放缓慢。
【典例】 (2020全国3,27)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O ):
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)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是　　　　　 　　　　　。为回收金属,用稀硫酸将“滤液①”调为中性,生成沉淀。写出该反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)“滤液②”中含有的金属离子是　　　　　　　　。 (3)“转化” 中可替代H2O2的物质是　　　　　　　。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即 ,“滤液③”中可能含有的杂质离子为　　　　。 
(4)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp=　　　　　　　　　　　(列出计算式) 。如果“转化”后的溶液中Ni2+ 浓度为1.0 ml·L-1,则“调pH”应控制的pH范围是　　　　。 (5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用,其意义是　　　　　　　　　　　。 
解析 (1)废镍催化剂中能与NaOH溶液反应的有油脂、铝及其氧化物。滤液①中的溶质为NaAlO2、高级脂肪酸钠和甘油,当向该滤液中滴加稀硫酸将溶液调为中性时,其中的NaAlO2可与稀硫酸反应得到Al(OH)3沉淀。(2)滤饼①的成分为Ni、Fe及其氧化物等,用稀硫酸酸浸时可得到NiSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3等,则滤液②中的金属阳离子有Ni2+、Fe2+、Fe3+。
(3)加H2O2溶液“转化”的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,替代起氧化作用的H2O2溶液的可以为O2或空气,这样既能将Fe2+氧化,又不引进新杂质。由于Fe2+开始沉淀、沉淀完全时的pH与Ni2+的相近,所以若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,则“调pH”得到Fe(OH)3沉淀,Fe2+与Ni2+一起存在于溶液中,通过“转化”(氧化)使Fe2+转变为Fe3+而被沉淀出来,则滤液③中可能的杂质离子为氧化得到的Fe3+。
(4)根据Ni2+开始沉淀时的pH为7.2,可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-)=0.01×(107.2-14)2;根据Ni2+完全沉淀时的pH为8.7,也可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)· c2(OH-)=10-5×(108.7-14)2。“调pH”是为了使Fe3+沉淀完全,根据Fe3+完全沉淀时的pH为3.2可知,pH应大于3.2;同时不能使Ni2+沉淀,则c(Ni2+)·c2(OH-)