还剩34页未读，
继续阅读
2024年高考化学一轮总复习 第3单元 第3讲 金属材料 开发利用金属矿物 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ）
展开
这是一份2024年高考化学一轮总复习 第3单元 第3讲 金属材料 开发利用金属矿物 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ），共37页。
第3讲 金属材料 开发利用金属矿物
复习目标
1．掌握铝及其重要化合物的性质、用途和制备方法。
2.了解合金的定义及特点，了解金属材料的分类。
3.掌握铜及其化合物的性质及用途。
4.掌握金属冶炼的常用方法。
考点一 铝及其重要化合物
1．铝
(1)铝的物理性质
银白色、具有金属光泽的固体，熔、沸点高，密度小。质地柔软，具有良好的延展性、导电性、导热性。铝是地壳中含量最多的金属元素。
(2)铝的化学性质：铝是第三周期ⅢA族元素，容易失电子，是活泼的金属元素。
①与非金属单质反应
与O2：4Al＋3O22Al2O3(常温下在空气中形成氧化膜)；
与Cl2：2Al＋3Cl22AlCl3。
②与稀盐酸、稀硫酸反应，离子方程式为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。
③与强氧化性酸(浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸)反应：
a．常温下，在浓H2SO4、浓HNO3中发生钝化。
b．与稀硝酸反应：Al＋4HNO3(稀)===Al(NO3)3＋NO↑＋2H2O。
④与NaOH等强碱溶液反应：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
⑤与某些氧化物反应：8Al＋3Fe3O44Al2O3＋9Fe。
(3)工业制法：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
2．氧化铝
(1)物理性质及用途：俗名矾土，白色粉末状晶体，不溶于水，熔点很高，常用作耐火材料，也是冶炼铝的原料。
(2)化学性质(两性)：
与盐酸、NaOH溶液反应的离子方程式分别为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O。
3．氢氧化铝
(1)物理性质
白色胶状固体，不溶于水，有较强的吸附性。
(2)化学性质
②两性：与盐酸、NaOH溶液反应的离子方程式分别为Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O、Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。
③受热分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。
(3)制备
向可溶性铝盐中加入氨水：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
(4)用途
①作胃酸中和剂。
②Al(OH)3胶体具有净水作用。
4．偏铝酸钠的性质
(1)与稀盐酸等反应：AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓(酸适量)、AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O(酸过量)。
(2)水解反应：NaAlO2＋2H2OAl(OH)3＋NaOH。
(3)与碳酸氢钠溶液反应：AlO＋HCO＋H2O===Al(OH)3↓＋。
(4)与CO2反应[可用于Al(OH)3的制备]：
2AlO＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO(CO2不足)、AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋(CO2过量)。
5．可溶性铝盐的性质
(1)与强碱反应：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓(碱适量)、Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O(碱过量)。
(2)水解反应
①单水解：Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋。
②泡沫灭火器的灭火原理：Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑。
③与碳酸钠溶液混合：2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑。
④与偏铝酸钠溶液混合[可用于Al(OH)3的制备]：Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓。
6．明矾[KAl(SO4)2·12H2O]
(1)复盐：由两种不同的金属离子(或其中一种为铵根离子)和一种酸根离子组成的化合物，叫做复盐。复盐溶于水时，电离出的离子，跟组成它的简单盐电离出的离子相同。
(2)净水原理
KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO(电离)、Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋。
生成的Al(OH)3胶粒的吸附能力很强，能吸附水中的悬浮物质，并聚集成沉淀，使水澄清，但不能杀菌、消毒。
请指出下列各说法的错因
(1)能用铝槽车储运浓硫酸和浓硝酸，是因为铝的化学性质稳定，不与浓硫酸、浓硝酸反应。
错因：常温下，铝与浓硫酸、浓硝酸发生钝化，不是不反应。
(2)1 mol Al与足量的盐酸或NaOH 溶液反应，所消耗的HCl和NaOH物质的量不同，故转移电子数不同。
错因：1_mol_Al与足量的盐酸或NaOH溶液反应，转移电子数均为3NA。
(3)Al2O3的熔点高，可作耐高温材料，实验室可用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3固体等。
错因：Al2O3能与NaOH、Na2CO3等反应。
(4)实验室通常用可溶性铝盐溶液和NaOH溶液反应制备Al(OH)3。
错因：Al(OH)3能溶于NaOH溶液，实验室通常用可溶性铝盐溶液和氨水反应制备Al(OH)3。
(5)明矾可作净水剂，起到杀菌消毒的作用。
错因：明矾不能杀菌消毒。
(6)AlO、HCO在水溶液中因发生双水解反应而不能大量共存。
错因：AlO与HCO在水溶液中因发生反应AlO＋HCO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO而不能大量共存，不是因为双水解。
一、铝与氢氧化钠溶液的反应
1．该反应的实质是：2Al＋6H2O===2Al(OH)3＋3H2↑、Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O，故反应的电子转移的方向和数目应表示为：
===2NaAlO2＋3H2↑＋4H2O。
2．铝既能与酸(如醋酸、盐酸、稀硫酸等)反应，又能与强碱反应，均能生成H2，表现出两性物质的性质，因此能与Al反应放出H2的溶液可能显酸性也可能显碱性。
二、氧化铝、氢氧化铝两性的重要应用
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。
(3)用互滴法鉴别AlCl3溶液与NaOH溶液或NaAlO2溶液与盐酸。
2．分离与除杂
除杂时，具体操作如下(括号内为杂质)：
(1)Mg(Al)：加足量NaOH溶液，过滤。
(2)Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液，过滤。
(3)Mg(OH)2[Al(OH)3]：加足量NaOH溶液，过滤。
(4)Mg2＋(Al3＋)：加过量NaOH溶液，过滤，再加相应酸充分溶解。
3．实验室制备Al(OH)3不选用NaOH溶液，其原因是Al(OH)3呈两性，但它只溶于酸或强碱，而不溶于弱碱(氨水)，则使用氨水容易控制产物。
角度一 铝的性质
1．铝是一种低毒金属元素，它并非人体需要的微量元素，不会导致急性中毒，但食品中铝的含量超过国家标准就会对人体造成危害。下列关于铝的说法正确的是( )
A．铝在空气中不易被腐蚀是因为其性质不活泼
B．铝既能溶于酸溶液，又能溶于强碱溶液
C．在铝与NaOH溶液的反应中，氧化剂是NaOH和H2O
D．铝不能与氯气、硫发生反应
答案 B
2．等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积之比为5∶6，则下列关于甲、乙两烧杯中的反应情况描述不正确的是( )
A．甲、乙中参加反应的Al的物质的量之比为5∶6
B．甲、乙中参加反应的硫酸和氢氧化钠的质量之比为49∶16
C．甲、乙中反应转移的电子数为5∶6
D．甲中酸过量，乙中碱过量
答案 D
铝与酸、碱反应的定量关系
(1)无论是与酸还是与碱反应，Al与H2的关系都是2Al～3H2。
(2)等质量的铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：
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。
(3)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。
角度二 铝及其化合物的相互转化
3．现有100 mL 3 mol/L的NaOH溶液和100 mL 1 mol/L氯化铝溶液，①将NaOH溶液分多次加到AlCl3溶液中；②将AlCl3溶液分多次加到NaOH溶液中。比较两种操作的结果是( )
A．现象相同，沉淀质量也相等
B．现象相同，沉淀质量不等
C．现象不同，沉淀质量相等
D．现象不同，沉淀质量不等
答案 C
解析 100 mL 3 mol/L的NaOH溶液中n(NaOH)＝0.3 mol，100 mL 1 mol/L的AlCl3溶液中n(AlCl3)＝0.1 mol。①将NaOH溶液分多次加到AlCl3溶液中，只发生反应：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，且0.1 mol AlCl3最后全部转化成0.1 mol Al(OH)3，现象为立即有白色沉淀生成；②将AlCl3溶液分多次加到NaOH溶液中，先发生反应Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，0.3 mol NaOH恰好反应完则消耗0.075 mol Al3＋，余0.025 mol Al3＋，后发生反应Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓，生成0.1 mol Al(OH)3，观察到的现象为先没有沉淀后出现沉淀。所以二者现象不同，最终均生成0.1 mol Al(OH)3沉淀，沉淀质量相等。
4．现有Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3、NaOH(aq)六种物质，它们之间有如图所示转化关系，图中每条线两端的物质之间都可以发生反应，下列推断中不合理的是( )
A．N一定是HCl(aq)
B．X可能为Al或Cl2
C．Y一定为NaOH(aq)
D．Q、Z中的一种必定为Al2O3
答案 B
解析 在Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3、NaOH(aq)六种物质中，只有NaOH(aq)能与Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3五种物质反应，对照图示转化关系，可知Y为NaOH(aq)。只有HCl(aq)能与除Cl2以外的Al、Al2O3、Al(OH)3、NaOH(aq)四种物质反应，对照图示转化关系可知N为HCl(aq)，X为Cl2。Al2O3、Al(OH)3、Al都既能与HCl(aq)反应，又能与NaOH(aq)反应，且只有Al能与Cl2反应，则M为Al，Q、Z分别为Al2O3、Al(OH)3中的一种，故B项不合理。
“铝三角”——Al3＋、Al(OH)3、AlO之间的转化关系
考点二 铜 金属材料
一、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
①在潮湿的空气里铜表面逐渐形成一层绿色的铜锈，化学方程式：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。
②铜丝在硫蒸气中反应：2Cu＋SCu2S。
③铜与氯化铁溶液：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋。
2．氧化铜和氧化亚铜
(1)氧化铜是黑色固体，与盐酸反应的离子方程式为CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O。
(2)氧化亚铜是砖红色固体，与盐酸反应Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O。
(3)转化关系：4CuO2Cu2O＋O2↑。
3．氢氧化铜
蓝色固体，受热发生分解，可表示为Cu(OH)2CuO＋H2O，新制的Cu(OH)2与含醛基的有机物共热可生成砖红色Cu2O。
4．碱式碳酸铜和硫酸铜
(1)碱式碳酸铜是铜绿、孔雀石的主要成分。
(2)CuSO4·5H2O俗称胆矾、蓝矾。无水CuSO4为白色固体遇水变蓝色，可用于检验水的存在。
二、金属材料
1．合金
2．常见的金属材料
(1)金属材料分类
(2)几种常见的合金
请指出下列各说法的错因
(1)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物。
错因：铜锈主要成分为Cu2(OH)2CO3，不是铜的氧化物。
(2)除去Cu粉中的CuO可加稀硝酸溶解。
错因：Cu也能与稀硝酸反应。
(3)合金的熔点一般高于成分金属。
错因：合金的熔点一般低于成分金属。
(4)合金材料中不可能含有非金属元素。
错因：碳素钢就含有碳元素。
(5)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属材料。
错因：铜是人类使用最早的金属材料。
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＋2H2SO42CuSO4＋2H2O。
(2)Cu＋的性质及检验
①＋1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．理解合金的组成及性质应注意的问题
(1)并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一金属的沸点，则二者不能形成合金。
(2)物理性质：合金与其成分金属的物理性质不同。
(3)化学性质：合金中的各成分金属在形成合金时，并未改变物质结构，所以合金中各物质保持其原有的化学性质。
角度一 铜及其化合物
1．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到实验目的的是( )
A．将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后再加入水，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．将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿
D．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体
答案 C
2．下列关于铜的化合物的说法正确的是( )
A．加热条件下将铜丝伸入硫蒸气的硬质试管中，可以观察到黑色的CuS固体生成
B．蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是化学变化
C．用稀盐酸除去铜锈的离子方程式为CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O
D．电解精炼铜时，粗铜作阴极，精铜作阳极
答案 B
解析 加热条件下铜与硫蒸气反应的生成物是黑色Cu2S，A错误；铜锈的成分是Cu2(OH)2CO3，反应的离子方程式为Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O，C错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，D错误。
铜及其重要化合物之间的转化
角度二 金属材料
3．我国制造C919大型飞机采用了大量新材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是( )
A．铝锂合金是铝与锂形成的混合物
B．铝锂合金的硬度比锂大
C．铝锂合金的熔、沸点比铝低
D．铝锂合金耐酸碱腐蚀
答案 D
4．合金是建造航空母舰的主体材料。航母升降机可由铝合金制造，舰体材料为合金钢，螺旋桨主要用铜合金制造。下列说法中不正确的是( )
A．铝合金、合金钢和铜合金都具有硬度大、耐腐蚀等性质
B．AlMg合金焊接前可用NaOH溶液处理Al2O3膜
C．航母用钢由低硅生铁冶炼而成，在炼铁过程中为降低硅含量需加入CaCO3
D．CuAl合金用稀硫酸或NaOH溶液处理，该合金均能完全溶解
答案 D
考点三 金属矿物的开发和利用
1．金属在自然界中存在的形态
除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。
2．金属冶炼的实质
利用氧化还原反应将金属从金属化合物中还原出来：Mn＋＋ne－===M。
3．金属的冶炼方法
(1)热分解法
Hg：2HgO2Hg＋O2↑
Ag：2Ag2O4Ag＋O2↑
(2)热还原法常用H2、CO、焦炭、活泼金属作还原剂
①氢气还原法。例如H2还原WO3：3H2＋WO3W＋3H2O。
②焦炭还原法。例如C还原CuO：C＋2CuO2Cu＋CO2↑。
③活泼金属还原法。例如Al还原Fe3O4：
8Al＋3Fe3O44Al2O3＋9Fe。
④一氧化碳还原法。例如CO还原Fe2O3：
3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。
(3)电解法
Na：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑；
Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑；
Al：2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑。
(4)其他方法
湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。
火法炼铜：Cu2S＋O22Cu＋SO2。
请指出下列各说法的错因
(1)金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性。
错因：金属离子未必只有氧化性，如Fe2＋有还原性。
(2)工业上电解熔融的AlCl3制取Al。
错因：AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电，故不能采用该方法制取Al。
(3)工业上金属Mg、Cu、Ag都是用热还原法制得的。
错因：在工业上用电解法冶炼Mg，用热还原法冶炼Cu，用热分解法冶炼Ag。
(4)铝热反应可用于冶炼Fe、Mg、Cr等金属。
错因：Mg的活动性比Al强，应用电解法冶炼。
(5)高炉炼铁的还原剂是碳单质。
错因：高炉炼铁的原理：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，还原剂是CO。
一、金属的冶炼
1．金属冶炼的一般步骤
2．金属的冶炼与金属活动性的关系
3．工业上不能用电解熔融AlCl3的方法制取金属Al，是因为AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电。
二、铝热反应
1．铝热反应的实验
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
实验原理
利用铝的还原性，在高温下，将难熔金属从其氧化物中置换出来
实验结论
高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，化学方程式为Fe2O3＋2Al2Fe＋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；②金属焊接，如野外焊接钢轨等
2.注意事项
(1)保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防止高温物质从四周溅出，同时损坏纸漏斗。
(2)蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人。
(3)实验装置不要距人群太近，应远离易燃物。
角度一 金属冶炼的原理与方法
1．下列说法不正确的是( )
A．工业上通过电解熔融氯化钠制备金属钠和氯气
B．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
C．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应
D．MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg
答案 D
2．诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。工业上冶炼金属钼的化学原理为：
①2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2；②MoO3＋2NH3·H2O===(NH4)2MoO4＋H2O；③(NH4)2MoO4＋2HCl===H2MoO4↓＋2NH4Cl；④H2MoO4MoO3＋H2O；⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼。则下列说法正确的是( )
A．煅烧MoS2的尾气可以直接排入空气中
B．MoO3既是金属氧化物，也是碱性氧化物
C．H2MoO4是一种强酸
D．利用H2、CO和Al还原等质量的MoO3，所消耗的还原剂的物质的量之比为3∶3∶2
答案 D
解析 SO2是大气污染物，不能直接排入空气中，A错误；由反应④知MoO3是H2MoO4的酸酐，B错误；由反应③和复分解反应制酸的原理知H2MoO4是弱酸，C错误；由22O，OO2， 2O3，还原等质量的MoO3即失去电子数相等，故利用H2、CO和Al还原等质量的MoO3，所消耗的还原剂的物质的量之比为3∶3∶2，D正确。
角度二 铝热反应
3．利用如图所示装置做铝热反应实验，下列说法不正确的是( )
A．该反应的化学方程式是2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
B．该反应会产生高温，发出强光
C．根据铝热反应的原理，可以冶炼铬、锰等金属
D．若反应中转移3 mol电子，消耗氧化剂的物质的量是1 mol
答案 D
4．铁砂的主要成分是微粒状的磁性氧化铁、石英、石灰石的混合物。我校化学小组从铁砂中分离出磁性氧化铁，并进行铝热反应实验。
(1)取磁性氧化铁按图示装置进行铝热反应，引发铝热反应的实验操作是________________，取少量生成的“铁块”溶于盐酸，向其中滴加KSCN溶液，发现溶液变血红色。出现此结果的原因，除了可能混有没有反应完的磁性氧化铁外，还有一个原因是______________________________________________________。请设计一个简单的实验方案，证明上述所得“铁块”中含有金属铝。该实验所用的试剂是________，反应的离子方程式是____________________________________。
(2)此铝热反应的化学方程式为________________________________，每摩尔单质铝参与反应，转移的电子数为________。
(3)除磁性氧化铁可做铝热反应实验外，下列哪些试剂也可以________。
A．Na2O2 B．CuO
C．MgO D．Cr2O3
答案 (1)点燃镁带 可能是生成的红热的铁在掉落到蒸发皿的过程中表面被空气中的氧气氧化成了Fe3O4 NaOH溶液 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
(2)3Fe3O4＋8Al9Fe＋4Al2O3 3NA
(3)BD
微专题 金属化合物的热重分析
1．分析方法
金属化合物的热重分析研究对象一般为各种金属含氧酸盐、金属氢氧化物、金属氧化物的热分解过程，一般为先失水、再分解、后氧化。
如CoC2O4·2H2O在空气中加热时，受热分解过程分为三个阶段：
第一阶段，失去结晶水生成盐：CoC2O4·2H2O→CoC2O4。
第二阶段，盐受热分解生成氧化物：CoC2O4→CoO。
第三阶段，低价态氧化物与空气中的氧气反应生成高价态氧化物：CoO→Co2O3(或Co3O4)。
注意：①每个阶段有可能还分为不同步骤，如第一阶段中可能分步失去不同的结晶水，而不是一步失去所有的结晶水。
②如果是变价金属元素，则在空气中加热产物可能为多种价态的金属氧化物。
2．基本方法和思路
(1)设晶体(金属化合物)为1 mol，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)，则固体残留率＝×100%。
(4)晶体中金属质量不会减少，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(氧元素)，由n(金属)∶n(氧元素)，即可求出失重后物质的化学式。
1．称取45.7 mg Zn3(PO4)2·4H2O进行热重分析，化合物质量随温度的变化关系如图所示，为获得Zn3(PO4)2·2H2O和Zn3(PO4)2·H2O的混合产品，烘干时的温度范围为( )
A．90～145 ℃ B．145～200 ℃
C．200～273 ℃ D．＞273 ℃
答案 B
2．铜有两种常见的氧化物CuO和Cu2O。某学习小组取0.98 g(用精密天平测量)Cu(OH)2固体，将其加热有铜的氧化物生成，其质量随温度变化的曲线如图1所示。另外，某同学绘制了三条表示金属氧化物与其所含金属元素质量的关系曲线，如图2所示。则下列分析正确的是( )
A．图1中产物a、b的化学式分别为Cu2O和CuO
B．图1整个过程中共生成0.26 g H2O
C．图2三条曲线中，表示CuO和其中所含Cu元素质量的关系曲线是曲线A
D．图2中绘制错误的曲线共2条
答案 D
解析 0.98 g Cu(OH)2的物质的量为0.01 mol，若全部生成CuO，则质量为0.01 mol×80 g·mol－1＝0.80 g，所以a点是CuO；若全部生成Cu2O，则质量为0.005 mol×144 g·mol－1＝0.72 g，所以b点是Cu2O，A错误；从开始到a点时，发生的反应为Cu(OH)2CuO＋H2O，a点到b点发生的反应为4CuO2Cu2O＋O2↑，结合图1可知，整个过程中共生成0.18 g H2O，B错误；CuO和其所含铜元素的质量关系(以CuO的质量为10 g计算)为10 g CuO中含8 g铜元素，观察图2知，曲线B符合，而曲线A上的任何一点都表示金属氧化物的质量小于其所含金属元素的质量，这是错误的，曲线C不符合Cu2O和其所含的铜元素的质量关系，C错误，D正确。
3．在加热固体NH4Al(SO4)2·12H2O时，固体质量随温度的变化曲线如图所示：已知a点物质为NH4Al(SO4)2，b点物质为Al2(SO4)3，下列判断正确的是( )
A．0～T ℃的过程变化是物理变化
B．a→b反应中生成物只有Al2(SO4)3和NH3两种
C．c点物质是工业上冶炼铝的原料
D．Al2(SO4)3能够净水，可用离子方程式表示为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
答案 C
解析 因为a点物质为NH4Al(SO4)2，则0～T ℃的过程变化是失去结晶水生成NH4Al(SO4)2，是化学变化，A错误；a→b发生的反应为硫酸铝铵分解生成Al2(SO4)3、NH3、H2O和SO3，B错误；b点物质为硫酸铝，继续加热分解则在c点生成氧化铝，所以c点物质是工业上冶炼铝的原料，C正确；硫酸铝能够净水，其原理是铝离子水解生成氢氧化铝胶体，氢氧化铝胶粒具有吸附性，可以吸附水中悬浮的杂质，正确的离子方程式为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，D错误。
4．MnCO3在空气中加热易转化为不同价态的锰的氧化物，其固体残留率(纵坐标)随温度的变化如图所示。
(1)300 ℃时，剩余固体中n(Mn)∶n(O)为________。
(2)图中点D对应固体的成分为________________(填化学式)。
答案 (1)1∶2 (2)Mn3O4和MnO
解析 设MnCO3的物质的量为1 mol，即质量为115 g。
(1)A点剩余固体质量为115 g×75.65%≈87 g，减少的质量为115 g－87 g＝28 g，可知MnCO3失去的物质组成为“CO”，故剩余固体的成分为MnO2，则n(Mn)∶n(O)为1∶2。
(2)C点剩余固体质量为115 g×61.74%≈71 g，据锰元素守恒知m(Mn)＝55 g，则m(O)＝71 g－55 g＝16 g，则n(Mn)∶n(O)＝1∶1，故剩余固体的成分为MnO，同理，B点剩余固体质量为115 g×66.38%≈76 g，因m(Mn)＝55 g，则m(O)＝76 g－55 g＝21 g，则n(Mn)∶n(O)＝∶≈3∶4，故剩余固体的成分为Mn3O4，因D点介于B、C之间，故D点对应固体的成分为Mn3O4与MnO的混合物。
核心素养 证据推理与模型认知——可溶性铝盐溶液(偏铝酸盐溶液)与碱(酸)反应的有关计算及图像
[素养要求] 运用数形结合思想分析Al3＋与碱、AlO与酸反应图像特点，理解反应的本质与数量关系，建立认知模型，培养“证据推理与模型认知”的核心素养。
1．Al3＋与碱、AlO与酸反应的图像
操作
现象
图像
反应原理
可溶性铝盐溶液中逐滴滴加NaOH溶液至过量
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓；Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
可溶性铝盐溶液中逐滴滴加氨水至过量
立即产生白色沉淀→渐多→最多→不消失
Al3＋＋3NH3·H2O=== Al(OH)3↓＋3NH
偏铝酸盐溶液中逐滴滴加盐酸至过量
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
AlO＋H＋＋H2O=== Al(OH)3↓；Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
偏铝酸盐溶液中缓慢通入CO2至过量
立即产生白色沉淀→渐多→最多→不消失
2AlO＋CO2＋3H2O===CO＋2Al(OH)3↓；CO＋CO2＋H2O===2HCO
NaOH溶液中逐滴滴加可溶性铝盐溶液至过量
开始无明显现象→沉淀渐多→最多→不消失
Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O；Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓
盐酸中逐滴滴加偏铝酸盐溶液至过量
开始无明显现象→沉淀渐多→最多→不消失
AlO＋4H＋=== Al3＋＋2H2O；Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓
2．可溶性铝盐与强碱反应的计算规律
(1)求产物Al(OH)3的量
①当n(OH－)≤3n(Al3＋)时，n[Al(OH)3]＝n(OH－)。
②当3n(Al3＋)
(2)求反应物碱的量
①若碱不足(Al3＋未完全沉淀)：n(OH－)＝3n[Al(OH)3]。
②若碱使生成的Al(OH)3部分溶解：n(OH－)＝4n(Al3＋)－n[Al(OH)3]。
1．如图表示AlCl3溶液与NaOH溶液互滴过程中微粒的量的关系曲线，下列判断错误的是( )
A．x表示AlCl3的物质的量
B．①线表示Al3＋的物质的量的变化
C．③线表示Al(OH)3的物质的量的变化
D．④线表示AlO的物质的量的变化
答案 A
解析 由图像可知，①②表示的粒子、③④表示的粒子的物质的量关系均为1∶1，该图表示向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液过程中粒子的物质的量的关系，则x表示NaOH的物质的量，首先发生反应Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，溶液中铝离子物质的量减少，则①线表示Al3＋的物质的量的变化，随着反应进行Al(OH)3的物质的量先增大，后减小，发生反应：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O，故②③线表示Al(OH)3的物质的量的变化，Al(OH)3溶解时，AlO的物质的量增大，④线表示AlO的物质的量的变化，A错误，B、C、D正确。
2．某实验小组对一含有Al3＋的未知溶液进行分析：往该溶液逐滴滴加某浓度NaOH溶液，所加NaOH溶液体积(mL)与产生沉淀的物质的量(mol)的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A．该未知溶液中至少含有3种阳离子
B．滴加的NaOH溶液的物质的量浓度为5 mol·L－1
C．若将最终沉淀过滤、洗涤、灼烧，其质量一定为6 g
D．若溶液中仅有两种金属阳离子，且另一种离子为二价阳离子，则a＝10
答案 C
解析 通过对图像进行分析可知，开始滴入a mL氢氧化钠溶液无沉淀生成，说明溶液中含有H＋，继续滴入氢氧化钠溶液则生成沉淀，其中一定生成了Al(OH)3沉淀，加入过量的氢氧化钠溶液沉淀减少，说明溶液中除了Al3＋，应还有另一种金属阳离子，故该未知溶液中至少含有3种阳离子，A正确；依据图像所示可知，溶解0.05 mol Al(OH)3消耗了10 mL NaOH溶液，则c(NaOH)＝＝5 mol·L－1，B正确；加入过量NaOH溶液后最后得到的沉淀不能确定其成分，无法计算灼烧后得到的氧化物的质量，C错误；若溶液中仅有两种金属阳离子，且另一种离子为二价阳离子，则Al3＋的物质的量为0.05 mol，二价金属阳离子的物质的量为0.15 mol，则满足等量关系：0.05 mol×3＋0.15 mol×2＋5 mol·L－1×a×10－3 L＝5 mol·L－1×0.1 L，解得a＝10，D正确。
3．向含有a mol AlCl3的溶液中加入含b mol NaOH的溶液，生成沉淀的物质的量可能是( )
①a mol ②b mol ③ mol ④ mol ⑤(4a－b) mol ⑥0 mol
A．①②④⑤ B．①③④⑤
C．①④⑤⑥ D．①③④⑤⑥
答案 D
解析 由Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O可知，沉淀量由a表示的范围是0≤n[Al(OH)3]≤a mol，沉淀量由b表示的范围是0≤n[Al(OH)3]≤ mol，故①③④⑥是可能的，当3a
(1)当V1＝160 mL时，则金属粉末中n(Mg)＝________ mol，V2＝________ mL。
(2)若在滴加NaOH溶液的过程中，欲使沉淀量最大，则滴入的NaOH溶液的体积V为________mL。
答案 (1)0.06 440 (2)400
解析 当加入的NaOH溶液为V1 mL时才产生沉淀，说明金属消耗完时，酸有剩余，只有当酸被中和后，才会产生碱性沉淀物，当加入的NaOH溶液为V2 mL时，继续加入NaOH沉淀量不变，意味着此时Al(OH)3已全部溶于NaOH溶液中，沉淀为Mg(OH)2。
(1)设Mg为x mol，则Al为(0.1－x) mol。当加入的NaOH为160 mL时，溶液中存在x mol Mg2＋、(0.1－x) mol Al3＋、0.2 mol SO、0.16 mol Na＋，依电荷守恒原理可得3(0.1－x)＋2x＋0.16＝2×0.2，解得x＝0.06，则n(Al)＝0.04 mol。当所加入的NaOH为V2 mL时，溶液中含有0.04 mol AlO、0.2 mol SO、10－3V2 mol Na＋，根据电荷守恒原理可得10－3V2＝0.04＋2×0.2，V2＝440。
(2)若在滴加NaOH溶液的过程中，欲使沉淀量最大，此时溶液中只有10－3V mol Na＋、0.2 mol SO，根据电荷守恒原理可得10－3V＝2×0.2，V＝400。
高考真题演练
1．(2022·湖南高考)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下：
下列说法错误的是( )
A．不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料
B．采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C．合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2
D．滤液可回收进入吸收塔循环利用
答案 C
解析 烟气(含HF)和过量的碳酸钠在吸收塔中发生反应Na2CO3＋HF===NaF＋NaHCO3，向合成槽中加入NaAlO2发生反应6NaF＋NaAlO2＋4NaHCO3===Na3AlF6↓＋4Na2CO3＋2H2O，过滤得到Na3AlF6和含有Na2CO3的滤液，故C错误。
2．(2021·广东高考)今年五一假期，人文考古游持续成为热点。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
A
B
C
D
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
答案 A
3．(2021·河北高考)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献，陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢。下列说法错误的是( )
A．钢是以铁为主的含碳合金
B．钢的含碳量越高，硬度和脆性越大
C．生铁由于含碳量高，熔点比熟铁高
D．冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
答案 C
4．(2020·全国卷Ⅱ)北宋沈括《梦溪笔谈》中记载：“信州铅山有苦泉，流以为涧。挹其水熬之则成胆矾，烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”。下列有关叙述错误的是( )
A．胆矾的化学式为CuSO4
B．胆矾可作为湿法冶铜的原料
C．“熬之则成胆矾”是浓缩结晶过程
D．“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”是发生了置换反应
答案 A
5．(2020·全国卷Ⅲ)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 孔雀石和蓝铜矿的主要成分均可与酸反应生成相应的铜盐，因此，用其制作的颜料不耐酸腐蚀，C错误。
6．(2020·江苏高考)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
课时作业
建议用时：40分钟
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1．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。分析下表数据，不能形成合金的是( )
Na
Cu
Al
Fe
熔点/℃
97.8
1083
660
1535
沸点/℃
883
2567
2467
2750
A．Cu和Al B．Fe和Na
C．Fe和Cu D．Al和Na
答案 B
解析 合金是不同种金属在熔化状态下形成的一种熔合物，即两种金属都成为液态时进行混合，一种液态、一种气体不能转化成合金。由于金属钠的沸点较低，在铁熔化时温度达1535 ℃，而此时金属钠已变成气态，无法完成液态时混合。
2．下列关于金属的一些说法不正确的是( )
A．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
B．工业上金属Mg、Al都是用电解法冶炼得到
C．越活泼的金属越难冶炼
D．金属的化合价越低越难冶炼
答案 D
3．工业上制备下列物质的生产流程合理的是( )
A．由铝土矿冶炼铝：铝土矿Al2O3AlCl3Al
B．从海水中提取镁：海水Mg(OH)2MgOMg
C．由NaCl制漂白粉：饱和食盐水Cl2漂白粉
D．由黄铁矿制硫酸：黄铁矿SO2SO3H2SO4
答案 D
4．下列说法正确的是( )
A．Zn、Na、Cu可以分别用置换法、直接加热法和电解法冶炼得到
B．将金属钛、铝混合后在空气中熔化可制得强度较大的钛合金材料
C．“吹尽黄沙始到金”，说明金在自然界中常以游离态形式存在
D．铝合金的大量使用归功于人们能使用焦炭从氧化铝中获得铝
答案 C
解析 Zn、Cu用热还原法冶炼得到，Na用电解法冶炼得到，A错误；应在隔绝空气条件下熔化制合金，B错误；制铝是通过电解熔融氧化铝，D错误。
5．有一块镁铝合金，其中镁与铝的质量比是8∶9。加入足量稀H2SO4使其完全溶解后，再加入NaOH溶液，生成沉淀的质量随NaOH溶液体积变化的曲线如下图，其中正确的是( )
答案 A
解析 镁与铝的质量比是8∶9，则镁、铝物质的量之比为1∶1。当NaOH溶液过量Al(OH)3完全溶解，沉淀中只含Mg(OH)2，B错误；等物质的量的Mg(OH)2与Al(OH)3的质量之比是58∶78，即剩余的Mg(OH)2的质量小于沉淀最大质量的一半，排除C、D，故A正确。
6．下面转化关系图中，A、B、C、G、F中均含有一种相同的常见金属元素，①为化合反应，B为金属氧化物，E的摩尔质量为40 g·mol－1，下列有关说法中不正确的是( )
A．A是铝
B．C一定是AlCl3
C．等物质的量的A、B与E反应生成F时消耗E的物质的量之比为1∶2
D．上述转化中发生了两个氧化还原反应
答案 B
解析 常见金属元素主要为钠、铝、铁、铜，E可能是酸或碱，由于E的摩尔质量为40 g·mol－1，可知E是NaOH，再结合转化关系图可推导出：A是铝，B是Al2O3，C是铝盐(不一定是AlCl3)，G是Al(OH)3，F是NaAlO2，B错误。
7．以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2、少量FeS2)为原料，生产Fe3O4的部分工艺流程如下：
下列说法错误的是( )
A．用NaOH溶液吸收焙烧过程产生的SO2有利于保护环境和资源再利用
B．从高硫铝土矿中可制得Al、Fe的化合物
C．向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由AlO转化为Al3＋
D．FeS2与Fe2O3混合后在无氧条件下焙烧的目的是生成Fe3O4和SO2
答案 C
解析 AlO与CO2反应生成Al(OH)3，不能得到Al3＋，C错误。
8．(2022·浙江三市高三质量检测)下列说法正确的是( )
A．在潮湿环境下，合金都易发生电化学腐蚀
B．汽车尾气中的氮氧化物是汽油不完全燃烧造成的
C．工业制玻璃和炼铁都要加石灰石，用来除去杂质二氧化硅
D．通过电解熔融氧化铝的方法，可以制备金属铝
答案 D
9．CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如图所示。下列说法不正确的是( )
A．相对于途径①③，途径②更绿色环保
B．途径①发生的反应可能是3Cu＋2HNO3＋3H2SO4===3CuSO4＋2NO↑＋4H2O
C．将CuSO4溶液蒸发，利用余热蒸干，可制得胆矾晶体
D．1 mol CuSO4在1100 ℃所得混合气体X为SO3和O2，其中O2为0.25 mol
答案 C
解析 胆矾晶体不能通过蒸干得到(会失去结晶水)，应通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到，C错误。
10．(2022·郑州市高三第一次质量检测)某化学实验小组进行如下实验：取5 mL饱和的Na2CO3溶液于试管中，放入一片打磨过的铝片。观察到铝片表面出现细小的气泡，加热该溶液，铝片表面产生大量白色沉淀和气泡。下列分析错误的是( )
A．产生的气体为氢气
B．产生气体的原因和反应CO＋H2OHCO＋OH－有关
C．加热时产生沉淀和气体的原因是AlO＋HCO＋2H2OAl(OH)3↓＋CO2↑＋2OH－
D．反应后的溶液中不可能存在大量的Al3＋
答案 C
解析 碳酸钠水解显碱性：CO＋H2OHCO＋OH－，铝与氢氧根离子、水反应生成氢气，反应的离子方程式为2Al＋2H2O＋2OH－===2AlO＋3H2↑，碳酸根离子部分水解生成碳酸氢根离子，碳酸氢根离子与偏铝酸根离子反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸根离子，反应的离子方程式：AlO＋HCO＋H2OAl(OH)3↓＋CO，联立三式可得加热时产生沉淀和气体的原因是2Al＋6H2O2Al(OH)3↓＋3H2↑，故C错误。
11．(2022·湖南省高三六校联考)向27.2 g Cu和Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5 L，固体物质完全反应，生成NO和Cu(NO3)2，向所得溶液中加入1.0 mol·L－1的NaOH溶液1.0 L，此时溶液呈中性。金属离子已完全沉淀，沉淀质量为39.2 g。下列说法正确的是( )
A．Cu和Cu2O的物质的量之比为2∶1
B．产生的NO的体积为4.48 L
C．原硝酸的物质的量浓度为1.8 mol·L－1
D．Cu和Cu2O与硝酸反应后剩余的HNO3的物质的量浓度为0.2 mol·L－1
答案 A
解析 向所得溶液中加入1.0 mol·L－1的NaOH溶液1.0 L，此时溶液呈中性，金属离子已完全沉淀，沉淀质量为39.2 g，即生成的Cu(OH)2的质量为39.2 g，则n[Cu(OH)2]＝＝0.4 mol，Cu2＋消耗的NaOH的物质的量为0.8 mol，则所得溶液中有HNO3剩余，剩余HNO3的物质的量为1.0 mol·L－1×1.0 L－0.8 mol＝0.2 mol。27.2 g Cu和Cu2O的混合物中，n总(Cu)＝0.4 mol，m总(Cu)＝0.4 mol×64 g·mol－1＝25.6 g，则m(O)＝27.2 g－25.6 g＝1.6 g，n(O)＝＝0.1 mol，故混合物中Cu2O为0.1 mol，Cu为0.2 mol。Cu与Cu2O的物质的量之比为0.2∶0.1＝2∶1，A正确；未指明是否处于标准状况，不能用22.4 L·mol－1计算NO的体积，B错误；n(Cu2O)＝0.1 mol，n(Cu)＝0.2 mol，则表现出氧化性的硝酸为＝0.2 mol，根据最后所得溶液呈中性及NaOH为1 mol，知表现出酸性的硝酸为1.0 mol，故原硝酸的物质的量浓度为＝2.4 mol·L－1，C错误；Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3的物质的量为0.2 mol，物质的量浓度为＝0.4 mol·L－1，D错误。
二、非选择题
12．(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(杂质为氧化铁及泥沙)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____________________，与直接用废铜和浓硫酸反应相比，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10 min，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10 min的作用是____________________________。
(4)结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后总质量为m2，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置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值偏高的是________(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
(2)CuO＋H2SO4CuSO4＋H2O 不会产生二氧化硫且产生等量胆矾消耗硫酸少(硫酸利用率高)
(3)过滤 干燥 除尽铁，抑制硫酸铜水解 破坏氢氧化铁胶体，易于过滤
(4)
(5)①③
解析 (3)硫酸铜溶液制硫酸铜晶体，操作步骤有加热蒸发、冷却结晶、过滤、乙醇洗涤、干燥；CuO中含氧化铁杂质，溶于硫酸后会形成铁离子，为使铁元素以氢氧化铁形式沉淀完全，需控制溶液pH为3.5～4，酸性环境同时还可抑制铜离子的水解；操作过程中可能会生成氢氧化铁胶体，所以煮沸10 min，目的是破坏氢氧化铁胶体，使其沉淀，易于过滤。
(4)由题意可知，水的质量是(m2－m3)g，所以胆矾(CuSO4·nH2O)中n值的表达式为∶＝n∶1，解得n＝。
(5)①胆矾未充分干燥，导致所测m2偏大，根据n＝可知，最终会导致结晶水数目测定值偏高；②坩埚未置于干燥器中冷却，部分白色硫酸铜会与空气中水蒸气结合重新生成胆矾，导致所测m3偏大，根据n＝可知，最终会导致结晶水数目测定值偏低；③加热胆矾晶体时有晶体从坩埚中溅出，会使m3数值偏小，根据n＝可知，最终会导致结晶水数目测定值偏高。
某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3＋、Cu2＋、Au3＋等离子。有人设计了图中的工艺流程，利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑，从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜。
填写下面空白：
(1)图中标号处需加入的相应物质分别是
①________ ②________ ③________
④________ ⑤________
(2)①处发生反应的离子方程式是_____________________________________
_______________________________________________________；
③处发生反应的化学方程式是______________________________________。
(3)铁红的化学式为________；分别写出铁红和氧化铜的一种主要用途：铁红________________；氧化铜__________________________。
答案 (1)①铁屑 ②稀硫酸(或稀盐酸) ③稀硝酸 ④氢氧化钠 ⑤氢氧化钠
(2)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，2Au3＋＋3Fe===2Au＋3Fe2＋ 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
(3)Fe2O3 用作红色颜料 用作制造铜盐的原料
解析 本实验的目的是用废铁屑、常用的酸和碱从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜。废水中含有H＋、Fe3＋、Cu2＋、Au3＋，因此首先加入废铁屑将Cu和Au都置换出来；然后加入稀盐酸或稀硫酸将过量的铁粉溶解以实现Fe与Cu、Au的分离；Cu和Au的分离可以利用Cu与稀硝酸能反应将其分离，Cu2＋和Fe2＋中分别加入碱使其转化为沉淀，灼烧分别生成它们的氧化物。
第3讲 金属材料 开发利用金属矿物
复习目标
1．掌握铝及其重要化合物的性质、用途和制备方法。
2.了解合金的定义及特点，了解金属材料的分类。
3.掌握铜及其化合物的性质及用途。
4.掌握金属冶炼的常用方法。
考点一 铝及其重要化合物
1．铝
(1)铝的物理性质
银白色、具有金属光泽的固体，熔、沸点高，密度小。质地柔软，具有良好的延展性、导电性、导热性。铝是地壳中含量最多的金属元素。
(2)铝的化学性质：铝是第三周期ⅢA族元素，容易失电子，是活泼的金属元素。
①与非金属单质反应
与O2：4Al＋3O22Al2O3(常温下在空气中形成氧化膜)；
与Cl2：2Al＋3Cl22AlCl3。
②与稀盐酸、稀硫酸反应，离子方程式为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。
③与强氧化性酸(浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸)反应：
a．常温下，在浓H2SO4、浓HNO3中发生钝化。
b．与稀硝酸反应：Al＋4HNO3(稀)===Al(NO3)3＋NO↑＋2H2O。
④与NaOH等强碱溶液反应：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
⑤与某些氧化物反应：8Al＋3Fe3O44Al2O3＋9Fe。
(3)工业制法：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
2．氧化铝
(1)物理性质及用途：俗名矾土，白色粉末状晶体，不溶于水，熔点很高，常用作耐火材料，也是冶炼铝的原料。
(2)化学性质(两性)：
与盐酸、NaOH溶液反应的离子方程式分别为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O。
3．氢氧化铝
(1)物理性质
白色胶状固体，不溶于水，有较强的吸附性。
(2)化学性质
②两性：与盐酸、NaOH溶液反应的离子方程式分别为Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O、Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。
③受热分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。
(3)制备
向可溶性铝盐中加入氨水：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
(4)用途
①作胃酸中和剂。
②Al(OH)3胶体具有净水作用。
4．偏铝酸钠的性质
(1)与稀盐酸等反应：AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓(酸适量)、AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O(酸过量)。
(2)水解反应：NaAlO2＋2H2OAl(OH)3＋NaOH。
(3)与碳酸氢钠溶液反应：AlO＋HCO＋H2O===Al(OH)3↓＋。
(4)与CO2反应[可用于Al(OH)3的制备]：
2AlO＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO(CO2不足)、AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋(CO2过量)。
5．可溶性铝盐的性质
(1)与强碱反应：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓(碱适量)、Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O(碱过量)。
(2)水解反应
①单水解：Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋。
②泡沫灭火器的灭火原理：Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑。
③与碳酸钠溶液混合：2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑。
④与偏铝酸钠溶液混合[可用于Al(OH)3的制备]：Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓。
6．明矾[KAl(SO4)2·12H2O]
(1)复盐：由两种不同的金属离子(或其中一种为铵根离子)和一种酸根离子组成的化合物，叫做复盐。复盐溶于水时，电离出的离子，跟组成它的简单盐电离出的离子相同。
(2)净水原理
KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO(电离)、Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋。
生成的Al(OH)3胶粒的吸附能力很强，能吸附水中的悬浮物质，并聚集成沉淀，使水澄清，但不能杀菌、消毒。
请指出下列各说法的错因
(1)能用铝槽车储运浓硫酸和浓硝酸，是因为铝的化学性质稳定，不与浓硫酸、浓硝酸反应。
错因：常温下，铝与浓硫酸、浓硝酸发生钝化，不是不反应。
(2)1 mol Al与足量的盐酸或NaOH 溶液反应，所消耗的HCl和NaOH物质的量不同，故转移电子数不同。
错因：1_mol_Al与足量的盐酸或NaOH溶液反应，转移电子数均为3NA。
(3)Al2O3的熔点高，可作耐高温材料，实验室可用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3固体等。
错因：Al2O3能与NaOH、Na2CO3等反应。
(4)实验室通常用可溶性铝盐溶液和NaOH溶液反应制备Al(OH)3。
错因：Al(OH)3能溶于NaOH溶液，实验室通常用可溶性铝盐溶液和氨水反应制备Al(OH)3。
(5)明矾可作净水剂，起到杀菌消毒的作用。
错因：明矾不能杀菌消毒。
(6)AlO、HCO在水溶液中因发生双水解反应而不能大量共存。
错因：AlO与HCO在水溶液中因发生反应AlO＋HCO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO而不能大量共存，不是因为双水解。
一、铝与氢氧化钠溶液的反应
1．该反应的实质是：2Al＋6H2O===2Al(OH)3＋3H2↑、Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O，故反应的电子转移的方向和数目应表示为：
===2NaAlO2＋3H2↑＋4H2O。
2．铝既能与酸(如醋酸、盐酸、稀硫酸等)反应，又能与强碱反应，均能生成H2，表现出两性物质的性质，因此能与Al反应放出H2的溶液可能显酸性也可能显碱性。
二、氧化铝、氢氧化铝两性的重要应用
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。
(3)用互滴法鉴别AlCl3溶液与NaOH溶液或NaAlO2溶液与盐酸。
2．分离与除杂
除杂时，具体操作如下(括号内为杂质)：
(1)Mg(Al)：加足量NaOH溶液，过滤。
(2)Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液，过滤。
(3)Mg(OH)2[Al(OH)3]：加足量NaOH溶液，过滤。
(4)Mg2＋(Al3＋)：加过量NaOH溶液，过滤，再加相应酸充分溶解。
3．实验室制备Al(OH)3不选用NaOH溶液，其原因是Al(OH)3呈两性，但它只溶于酸或强碱，而不溶于弱碱(氨水)，则使用氨水容易控制产物。
角度一 铝的性质
1．铝是一种低毒金属元素，它并非人体需要的微量元素，不会导致急性中毒，但食品中铝的含量超过国家标准就会对人体造成危害。下列关于铝的说法正确的是( )
A．铝在空气中不易被腐蚀是因为其性质不活泼
B．铝既能溶于酸溶液，又能溶于强碱溶液
C．在铝与NaOH溶液的反应中，氧化剂是NaOH和H2O
D．铝不能与氯气、硫发生反应
答案 B
2．等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积之比为5∶6，则下列关于甲、乙两烧杯中的反应情况描述不正确的是( )
A．甲、乙中参加反应的Al的物质的量之比为5∶6
B．甲、乙中参加反应的硫酸和氢氧化钠的质量之比为49∶16
C．甲、乙中反应转移的电子数为5∶6
D．甲中酸过量，乙中碱过量
答案 D
铝与酸、碱反应的定量关系
(1)无论是与酸还是与碱反应，Al与H2的关系都是2Al～3H2。
(2)等质量的铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：
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。
(3)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。
角度二 铝及其化合物的相互转化
3．现有100 mL 3 mol/L的NaOH溶液和100 mL 1 mol/L氯化铝溶液，①将NaOH溶液分多次加到AlCl3溶液中；②将AlCl3溶液分多次加到NaOH溶液中。比较两种操作的结果是( )
A．现象相同，沉淀质量也相等
B．现象相同，沉淀质量不等
C．现象不同，沉淀质量相等
D．现象不同，沉淀质量不等
答案 C
解析 100 mL 3 mol/L的NaOH溶液中n(NaOH)＝0.3 mol，100 mL 1 mol/L的AlCl3溶液中n(AlCl3)＝0.1 mol。①将NaOH溶液分多次加到AlCl3溶液中，只发生反应：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，且0.1 mol AlCl3最后全部转化成0.1 mol Al(OH)3，现象为立即有白色沉淀生成；②将AlCl3溶液分多次加到NaOH溶液中，先发生反应Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，0.3 mol NaOH恰好反应完则消耗0.075 mol Al3＋，余0.025 mol Al3＋，后发生反应Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓，生成0.1 mol Al(OH)3，观察到的现象为先没有沉淀后出现沉淀。所以二者现象不同，最终均生成0.1 mol Al(OH)3沉淀，沉淀质量相等。
4．现有Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3、NaOH(aq)六种物质，它们之间有如图所示转化关系，图中每条线两端的物质之间都可以发生反应，下列推断中不合理的是( )
A．N一定是HCl(aq)
B．X可能为Al或Cl2
C．Y一定为NaOH(aq)
D．Q、Z中的一种必定为Al2O3
答案 B
解析 在Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3、NaOH(aq)六种物质中，只有NaOH(aq)能与Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3五种物质反应，对照图示转化关系，可知Y为NaOH(aq)。只有HCl(aq)能与除Cl2以外的Al、Al2O3、Al(OH)3、NaOH(aq)四种物质反应，对照图示转化关系可知N为HCl(aq)，X为Cl2。Al2O3、Al(OH)3、Al都既能与HCl(aq)反应，又能与NaOH(aq)反应，且只有Al能与Cl2反应，则M为Al，Q、Z分别为Al2O3、Al(OH)3中的一种，故B项不合理。
“铝三角”——Al3＋、Al(OH)3、AlO之间的转化关系
考点二 铜 金属材料
一、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
①在潮湿的空气里铜表面逐渐形成一层绿色的铜锈，化学方程式：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。
②铜丝在硫蒸气中反应：2Cu＋SCu2S。
③铜与氯化铁溶液：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋。
2．氧化铜和氧化亚铜
(1)氧化铜是黑色固体，与盐酸反应的离子方程式为CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O。
(2)氧化亚铜是砖红色固体，与盐酸反应Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O。
(3)转化关系：4CuO2Cu2O＋O2↑。
3．氢氧化铜
蓝色固体，受热发生分解，可表示为Cu(OH)2CuO＋H2O，新制的Cu(OH)2与含醛基的有机物共热可生成砖红色Cu2O。
4．碱式碳酸铜和硫酸铜
(1)碱式碳酸铜是铜绿、孔雀石的主要成分。
(2)CuSO4·5H2O俗称胆矾、蓝矾。无水CuSO4为白色固体遇水变蓝色，可用于检验水的存在。
二、金属材料
1．合金
2．常见的金属材料
(1)金属材料分类
(2)几种常见的合金
请指出下列各说法的错因
(1)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物。
错因：铜锈主要成分为Cu2(OH)2CO3，不是铜的氧化物。
(2)除去Cu粉中的CuO可加稀硝酸溶解。
错因：Cu也能与稀硝酸反应。
(3)合金的熔点一般高于成分金属。
错因：合金的熔点一般低于成分金属。
(4)合金材料中不可能含有非金属元素。
错因：碳素钢就含有碳元素。
(5)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属材料。
错因：铜是人类使用最早的金属材料。
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＋2H2SO42CuSO4＋2H2O。
(2)Cu＋的性质及检验
①＋1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．理解合金的组成及性质应注意的问题
(1)并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一金属的沸点，则二者不能形成合金。
(2)物理性质：合金与其成分金属的物理性质不同。
(3)化学性质：合金中的各成分金属在形成合金时，并未改变物质结构，所以合金中各物质保持其原有的化学性质。
角度一 铜及其化合物
1．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到实验目的的是( )
A．将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后再加入水，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．将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿
D．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体
答案 C
2．下列关于铜的化合物的说法正确的是( )
A．加热条件下将铜丝伸入硫蒸气的硬质试管中，可以观察到黑色的CuS固体生成
B．蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是化学变化
C．用稀盐酸除去铜锈的离子方程式为CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O
D．电解精炼铜时，粗铜作阴极，精铜作阳极
答案 B
解析 加热条件下铜与硫蒸气反应的生成物是黑色Cu2S，A错误；铜锈的成分是Cu2(OH)2CO3，反应的离子方程式为Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O，C错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，D错误。
铜及其重要化合物之间的转化
角度二 金属材料
3．我国制造C919大型飞机采用了大量新材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是( )
A．铝锂合金是铝与锂形成的混合物
B．铝锂合金的硬度比锂大
C．铝锂合金的熔、沸点比铝低
D．铝锂合金耐酸碱腐蚀
答案 D
4．合金是建造航空母舰的主体材料。航母升降机可由铝合金制造，舰体材料为合金钢，螺旋桨主要用铜合金制造。下列说法中不正确的是( )
A．铝合金、合金钢和铜合金都具有硬度大、耐腐蚀等性质
B．AlMg合金焊接前可用NaOH溶液处理Al2O3膜
C．航母用钢由低硅生铁冶炼而成，在炼铁过程中为降低硅含量需加入CaCO3
D．CuAl合金用稀硫酸或NaOH溶液处理，该合金均能完全溶解
答案 D
考点三 金属矿物的开发和利用
1．金属在自然界中存在的形态
除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。
2．金属冶炼的实质
利用氧化还原反应将金属从金属化合物中还原出来：Mn＋＋ne－===M。
3．金属的冶炼方法
(1)热分解法
Hg：2HgO2Hg＋O2↑
Ag：2Ag2O4Ag＋O2↑
(2)热还原法常用H2、CO、焦炭、活泼金属作还原剂
①氢气还原法。例如H2还原WO3：3H2＋WO3W＋3H2O。
②焦炭还原法。例如C还原CuO：C＋2CuO2Cu＋CO2↑。
③活泼金属还原法。例如Al还原Fe3O4：
8Al＋3Fe3O44Al2O3＋9Fe。
④一氧化碳还原法。例如CO还原Fe2O3：
3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。
(3)电解法
Na：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑；
Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑；
Al：2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑。
(4)其他方法
湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。
火法炼铜：Cu2S＋O22Cu＋SO2。
请指出下列各说法的错因
(1)金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性。
错因：金属离子未必只有氧化性，如Fe2＋有还原性。
(2)工业上电解熔融的AlCl3制取Al。
错因：AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电，故不能采用该方法制取Al。
(3)工业上金属Mg、Cu、Ag都是用热还原法制得的。
错因：在工业上用电解法冶炼Mg，用热还原法冶炼Cu，用热分解法冶炼Ag。
(4)铝热反应可用于冶炼Fe、Mg、Cr等金属。
错因：Mg的活动性比Al强，应用电解法冶炼。
(5)高炉炼铁的还原剂是碳单质。
错因：高炉炼铁的原理：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，还原剂是CO。
一、金属的冶炼
1．金属冶炼的一般步骤
2．金属的冶炼与金属活动性的关系
3．工业上不能用电解熔融AlCl3的方法制取金属Al，是因为AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电。
二、铝热反应
1．铝热反应的实验
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
实验原理
利用铝的还原性，在高温下，将难熔金属从其氧化物中置换出来
实验结论
高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，化学方程式为Fe2O3＋2Al2Fe＋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；②金属焊接，如野外焊接钢轨等
2.注意事项
(1)保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防止高温物质从四周溅出，同时损坏纸漏斗。
(2)蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人。
(3)实验装置不要距人群太近，应远离易燃物。
角度一 金属冶炼的原理与方法
1．下列说法不正确的是( )
A．工业上通过电解熔融氯化钠制备金属钠和氯气
B．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
C．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应
D．MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg
答案 D
2．诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。工业上冶炼金属钼的化学原理为：
①2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2；②MoO3＋2NH3·H2O===(NH4)2MoO4＋H2O；③(NH4)2MoO4＋2HCl===H2MoO4↓＋2NH4Cl；④H2MoO4MoO3＋H2O；⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼。则下列说法正确的是( )
A．煅烧MoS2的尾气可以直接排入空气中
B．MoO3既是金属氧化物，也是碱性氧化物
C．H2MoO4是一种强酸
D．利用H2、CO和Al还原等质量的MoO3，所消耗的还原剂的物质的量之比为3∶3∶2
答案 D
解析 SO2是大气污染物，不能直接排入空气中，A错误；由反应④知MoO3是H2MoO4的酸酐，B错误；由反应③和复分解反应制酸的原理知H2MoO4是弱酸，C错误；由22O，OO2， 2O3，还原等质量的MoO3即失去电子数相等，故利用H2、CO和Al还原等质量的MoO3，所消耗的还原剂的物质的量之比为3∶3∶2，D正确。
角度二 铝热反应
3．利用如图所示装置做铝热反应实验，下列说法不正确的是( )
A．该反应的化学方程式是2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
B．该反应会产生高温，发出强光
C．根据铝热反应的原理，可以冶炼铬、锰等金属
D．若反应中转移3 mol电子，消耗氧化剂的物质的量是1 mol
答案 D
4．铁砂的主要成分是微粒状的磁性氧化铁、石英、石灰石的混合物。我校化学小组从铁砂中分离出磁性氧化铁，并进行铝热反应实验。
(1)取磁性氧化铁按图示装置进行铝热反应，引发铝热反应的实验操作是________________，取少量生成的“铁块”溶于盐酸，向其中滴加KSCN溶液，发现溶液变血红色。出现此结果的原因，除了可能混有没有反应完的磁性氧化铁外，还有一个原因是______________________________________________________。请设计一个简单的实验方案，证明上述所得“铁块”中含有金属铝。该实验所用的试剂是________，反应的离子方程式是____________________________________。
(2)此铝热反应的化学方程式为________________________________，每摩尔单质铝参与反应，转移的电子数为________。
(3)除磁性氧化铁可做铝热反应实验外，下列哪些试剂也可以________。
A．Na2O2 B．CuO
C．MgO D．Cr2O3
答案 (1)点燃镁带 可能是生成的红热的铁在掉落到蒸发皿的过程中表面被空气中的氧气氧化成了Fe3O4 NaOH溶液 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
(2)3Fe3O4＋8Al9Fe＋4Al2O3 3NA
(3)BD
微专题 金属化合物的热重分析
1．分析方法
金属化合物的热重分析研究对象一般为各种金属含氧酸盐、金属氢氧化物、金属氧化物的热分解过程，一般为先失水、再分解、后氧化。
如CoC2O4·2H2O在空气中加热时，受热分解过程分为三个阶段：
第一阶段，失去结晶水生成盐：CoC2O4·2H2O→CoC2O4。
第二阶段，盐受热分解生成氧化物：CoC2O4→CoO。
第三阶段，低价态氧化物与空气中的氧气反应生成高价态氧化物：CoO→Co2O3(或Co3O4)。
注意：①每个阶段有可能还分为不同步骤，如第一阶段中可能分步失去不同的结晶水，而不是一步失去所有的结晶水。
②如果是变价金属元素，则在空气中加热产物可能为多种价态的金属氧化物。
2．基本方法和思路
(1)设晶体(金属化合物)为1 mol，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)，则固体残留率＝×100%。
(4)晶体中金属质量不会减少，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(氧元素)，由n(金属)∶n(氧元素)，即可求出失重后物质的化学式。
1．称取45.7 mg Zn3(PO4)2·4H2O进行热重分析，化合物质量随温度的变化关系如图所示，为获得Zn3(PO4)2·2H2O和Zn3(PO4)2·H2O的混合产品，烘干时的温度范围为( )
A．90～145 ℃ B．145～200 ℃
C．200～273 ℃ D．＞273 ℃
答案 B
2．铜有两种常见的氧化物CuO和Cu2O。某学习小组取0.98 g(用精密天平测量)Cu(OH)2固体，将其加热有铜的氧化物生成，其质量随温度变化的曲线如图1所示。另外，某同学绘制了三条表示金属氧化物与其所含金属元素质量的关系曲线，如图2所示。则下列分析正确的是( )
A．图1中产物a、b的化学式分别为Cu2O和CuO
B．图1整个过程中共生成0.26 g H2O
C．图2三条曲线中，表示CuO和其中所含Cu元素质量的关系曲线是曲线A
D．图2中绘制错误的曲线共2条
答案 D
解析 0.98 g Cu(OH)2的物质的量为0.01 mol，若全部生成CuO，则质量为0.01 mol×80 g·mol－1＝0.80 g，所以a点是CuO；若全部生成Cu2O，则质量为0.005 mol×144 g·mol－1＝0.72 g，所以b点是Cu2O，A错误；从开始到a点时，发生的反应为Cu(OH)2CuO＋H2O，a点到b点发生的反应为4CuO2Cu2O＋O2↑，结合图1可知，整个过程中共生成0.18 g H2O，B错误；CuO和其所含铜元素的质量关系(以CuO的质量为10 g计算)为10 g CuO中含8 g铜元素，观察图2知，曲线B符合，而曲线A上的任何一点都表示金属氧化物的质量小于其所含金属元素的质量，这是错误的，曲线C不符合Cu2O和其所含的铜元素的质量关系，C错误，D正确。
3．在加热固体NH4Al(SO4)2·12H2O时，固体质量随温度的变化曲线如图所示：已知a点物质为NH4Al(SO4)2，b点物质为Al2(SO4)3，下列判断正确的是( )
A．0～T ℃的过程变化是物理变化
B．a→b反应中生成物只有Al2(SO4)3和NH3两种
C．c点物质是工业上冶炼铝的原料
D．Al2(SO4)3能够净水，可用离子方程式表示为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
答案 C
解析 因为a点物质为NH4Al(SO4)2，则0～T ℃的过程变化是失去结晶水生成NH4Al(SO4)2，是化学变化，A错误；a→b发生的反应为硫酸铝铵分解生成Al2(SO4)3、NH3、H2O和SO3，B错误；b点物质为硫酸铝，继续加热分解则在c点生成氧化铝，所以c点物质是工业上冶炼铝的原料，C正确；硫酸铝能够净水，其原理是铝离子水解生成氢氧化铝胶体，氢氧化铝胶粒具有吸附性，可以吸附水中悬浮的杂质，正确的离子方程式为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，D错误。
4．MnCO3在空气中加热易转化为不同价态的锰的氧化物，其固体残留率(纵坐标)随温度的变化如图所示。
(1)300 ℃时，剩余固体中n(Mn)∶n(O)为________。
(2)图中点D对应固体的成分为________________(填化学式)。
答案 (1)1∶2 (2)Mn3O4和MnO
解析 设MnCO3的物质的量为1 mol，即质量为115 g。
(1)A点剩余固体质量为115 g×75.65%≈87 g，减少的质量为115 g－87 g＝28 g，可知MnCO3失去的物质组成为“CO”，故剩余固体的成分为MnO2，则n(Mn)∶n(O)为1∶2。
(2)C点剩余固体质量为115 g×61.74%≈71 g，据锰元素守恒知m(Mn)＝55 g，则m(O)＝71 g－55 g＝16 g，则n(Mn)∶n(O)＝1∶1，故剩余固体的成分为MnO，同理，B点剩余固体质量为115 g×66.38%≈76 g，因m(Mn)＝55 g，则m(O)＝76 g－55 g＝21 g，则n(Mn)∶n(O)＝∶≈3∶4，故剩余固体的成分为Mn3O4，因D点介于B、C之间，故D点对应固体的成分为Mn3O4与MnO的混合物。
核心素养 证据推理与模型认知——可溶性铝盐溶液(偏铝酸盐溶液)与碱(酸)反应的有关计算及图像
[素养要求] 运用数形结合思想分析Al3＋与碱、AlO与酸反应图像特点，理解反应的本质与数量关系，建立认知模型，培养“证据推理与模型认知”的核心素养。
1．Al3＋与碱、AlO与酸反应的图像
操作
现象
图像
反应原理
可溶性铝盐溶液中逐滴滴加NaOH溶液至过量
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓；Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
可溶性铝盐溶液中逐滴滴加氨水至过量
立即产生白色沉淀→渐多→最多→不消失
Al3＋＋3NH3·H2O=== Al(OH)3↓＋3NH
偏铝酸盐溶液中逐滴滴加盐酸至过量
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
AlO＋H＋＋H2O=== Al(OH)3↓；Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
偏铝酸盐溶液中缓慢通入CO2至过量
立即产生白色沉淀→渐多→最多→不消失
2AlO＋CO2＋3H2O===CO＋2Al(OH)3↓；CO＋CO2＋H2O===2HCO
NaOH溶液中逐滴滴加可溶性铝盐溶液至过量
开始无明显现象→沉淀渐多→最多→不消失
Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O；Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓
盐酸中逐滴滴加偏铝酸盐溶液至过量
开始无明显现象→沉淀渐多→最多→不消失
AlO＋4H＋=== Al3＋＋2H2O；Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓
2．可溶性铝盐与强碱反应的计算规律
(1)求产物Al(OH)3的量
①当n(OH－)≤3n(Al3＋)时，n[Al(OH)3]＝n(OH－)。
②当3n(Al3＋)
(2)求反应物碱的量
①若碱不足(Al3＋未完全沉淀)：n(OH－)＝3n[Al(OH)3]。
②若碱使生成的Al(OH)3部分溶解：n(OH－)＝4n(Al3＋)－n[Al(OH)3]。
1．如图表示AlCl3溶液与NaOH溶液互滴过程中微粒的量的关系曲线，下列判断错误的是( )
A．x表示AlCl3的物质的量
B．①线表示Al3＋的物质的量的变化
C．③线表示Al(OH)3的物质的量的变化
D．④线表示AlO的物质的量的变化
答案 A
解析 由图像可知，①②表示的粒子、③④表示的粒子的物质的量关系均为1∶1，该图表示向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液过程中粒子的物质的量的关系，则x表示NaOH的物质的量，首先发生反应Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，溶液中铝离子物质的量减少，则①线表示Al3＋的物质的量的变化，随着反应进行Al(OH)3的物质的量先增大，后减小，发生反应：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O，故②③线表示Al(OH)3的物质的量的变化，Al(OH)3溶解时，AlO的物质的量增大，④线表示AlO的物质的量的变化，A错误，B、C、D正确。
2．某实验小组对一含有Al3＋的未知溶液进行分析：往该溶液逐滴滴加某浓度NaOH溶液，所加NaOH溶液体积(mL)与产生沉淀的物质的量(mol)的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A．该未知溶液中至少含有3种阳离子
B．滴加的NaOH溶液的物质的量浓度为5 mol·L－1
C．若将最终沉淀过滤、洗涤、灼烧，其质量一定为6 g
D．若溶液中仅有两种金属阳离子，且另一种离子为二价阳离子，则a＝10
答案 C
解析 通过对图像进行分析可知，开始滴入a mL氢氧化钠溶液无沉淀生成，说明溶液中含有H＋，继续滴入氢氧化钠溶液则生成沉淀，其中一定生成了Al(OH)3沉淀，加入过量的氢氧化钠溶液沉淀减少，说明溶液中除了Al3＋，应还有另一种金属阳离子，故该未知溶液中至少含有3种阳离子，A正确；依据图像所示可知，溶解0.05 mol Al(OH)3消耗了10 mL NaOH溶液，则c(NaOH)＝＝5 mol·L－1，B正确；加入过量NaOH溶液后最后得到的沉淀不能确定其成分，无法计算灼烧后得到的氧化物的质量，C错误；若溶液中仅有两种金属阳离子，且另一种离子为二价阳离子，则Al3＋的物质的量为0.05 mol，二价金属阳离子的物质的量为0.15 mol，则满足等量关系：0.05 mol×3＋0.15 mol×2＋5 mol·L－1×a×10－3 L＝5 mol·L－1×0.1 L，解得a＝10，D正确。
3．向含有a mol AlCl3的溶液中加入含b mol NaOH的溶液，生成沉淀的物质的量可能是( )
①a mol ②b mol ③ mol ④ mol ⑤(4a－b) mol ⑥0 mol
A．①②④⑤ B．①③④⑤
C．①④⑤⑥ D．①③④⑤⑥
答案 D
解析 由Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O可知，沉淀量由a表示的范围是0≤n[Al(OH)3]≤a mol，沉淀量由b表示的范围是0≤n[Al(OH)3]≤ mol，故①③④⑥是可能的，当3a
(1)当V1＝160 mL时，则金属粉末中n(Mg)＝________ mol，V2＝________ mL。
(2)若在滴加NaOH溶液的过程中，欲使沉淀量最大，则滴入的NaOH溶液的体积V为________mL。
答案 (1)0.06 440 (2)400
解析 当加入的NaOH溶液为V1 mL时才产生沉淀，说明金属消耗完时，酸有剩余，只有当酸被中和后，才会产生碱性沉淀物，当加入的NaOH溶液为V2 mL时，继续加入NaOH沉淀量不变，意味着此时Al(OH)3已全部溶于NaOH溶液中，沉淀为Mg(OH)2。
(1)设Mg为x mol，则Al为(0.1－x) mol。当加入的NaOH为160 mL时，溶液中存在x mol Mg2＋、(0.1－x) mol Al3＋、0.2 mol SO、0.16 mol Na＋，依电荷守恒原理可得3(0.1－x)＋2x＋0.16＝2×0.2，解得x＝0.06，则n(Al)＝0.04 mol。当所加入的NaOH为V2 mL时，溶液中含有0.04 mol AlO、0.2 mol SO、10－3V2 mol Na＋，根据电荷守恒原理可得10－3V2＝0.04＋2×0.2，V2＝440。
(2)若在滴加NaOH溶液的过程中，欲使沉淀量最大，此时溶液中只有10－3V mol Na＋、0.2 mol SO，根据电荷守恒原理可得10－3V＝2×0.2，V＝400。
高考真题演练
1．(2022·湖南高考)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下：
下列说法错误的是( )
A．不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料
B．采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C．合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2
D．滤液可回收进入吸收塔循环利用
答案 C
解析 烟气(含HF)和过量的碳酸钠在吸收塔中发生反应Na2CO3＋HF===NaF＋NaHCO3，向合成槽中加入NaAlO2发生反应6NaF＋NaAlO2＋4NaHCO3===Na3AlF6↓＋4Na2CO3＋2H2O，过滤得到Na3AlF6和含有Na2CO3的滤液，故C错误。
2．(2021·广东高考)今年五一假期，人文考古游持续成为热点。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
A
B
C
D
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
答案 A
3．(2021·河北高考)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献，陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢。下列说法错误的是( )
A．钢是以铁为主的含碳合金
B．钢的含碳量越高，硬度和脆性越大
C．生铁由于含碳量高，熔点比熟铁高
D．冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
答案 C
4．(2020·全国卷Ⅱ)北宋沈括《梦溪笔谈》中记载：“信州铅山有苦泉，流以为涧。挹其水熬之则成胆矾，烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”。下列有关叙述错误的是( )
A．胆矾的化学式为CuSO4
B．胆矾可作为湿法冶铜的原料
C．“熬之则成胆矾”是浓缩结晶过程
D．“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”是发生了置换反应
答案 A
5．(2020·全国卷Ⅲ)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 孔雀石和蓝铜矿的主要成分均可与酸反应生成相应的铜盐，因此，用其制作的颜料不耐酸腐蚀，C错误。
6．(2020·江苏高考)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
课时作业
建议用时：40分钟
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1．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。分析下表数据，不能形成合金的是( )
Na
Cu
Al
Fe
熔点/℃
97.8
1083
660
1535
沸点/℃
883
2567
2467
2750
A．Cu和Al B．Fe和Na
C．Fe和Cu D．Al和Na
答案 B
解析 合金是不同种金属在熔化状态下形成的一种熔合物，即两种金属都成为液态时进行混合，一种液态、一种气体不能转化成合金。由于金属钠的沸点较低，在铁熔化时温度达1535 ℃，而此时金属钠已变成气态，无法完成液态时混合。
2．下列关于金属的一些说法不正确的是( )
A．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
B．工业上金属Mg、Al都是用电解法冶炼得到
C．越活泼的金属越难冶炼
D．金属的化合价越低越难冶炼
答案 D
3．工业上制备下列物质的生产流程合理的是( )
A．由铝土矿冶炼铝：铝土矿Al2O3AlCl3Al
B．从海水中提取镁：海水Mg(OH)2MgOMg
C．由NaCl制漂白粉：饱和食盐水Cl2漂白粉
D．由黄铁矿制硫酸：黄铁矿SO2SO3H2SO4
答案 D
4．下列说法正确的是( )
A．Zn、Na、Cu可以分别用置换法、直接加热法和电解法冶炼得到
B．将金属钛、铝混合后在空气中熔化可制得强度较大的钛合金材料
C．“吹尽黄沙始到金”，说明金在自然界中常以游离态形式存在
D．铝合金的大量使用归功于人们能使用焦炭从氧化铝中获得铝
答案 C
解析 Zn、Cu用热还原法冶炼得到，Na用电解法冶炼得到，A错误；应在隔绝空气条件下熔化制合金，B错误；制铝是通过电解熔融氧化铝，D错误。
5．有一块镁铝合金，其中镁与铝的质量比是8∶9。加入足量稀H2SO4使其完全溶解后，再加入NaOH溶液，生成沉淀的质量随NaOH溶液体积变化的曲线如下图，其中正确的是( )
答案 A
解析 镁与铝的质量比是8∶9，则镁、铝物质的量之比为1∶1。当NaOH溶液过量Al(OH)3完全溶解，沉淀中只含Mg(OH)2，B错误；等物质的量的Mg(OH)2与Al(OH)3的质量之比是58∶78，即剩余的Mg(OH)2的质量小于沉淀最大质量的一半，排除C、D，故A正确。
6．下面转化关系图中，A、B、C、G、F中均含有一种相同的常见金属元素，①为化合反应，B为金属氧化物，E的摩尔质量为40 g·mol－1，下列有关说法中不正确的是( )
A．A是铝
B．C一定是AlCl3
C．等物质的量的A、B与E反应生成F时消耗E的物质的量之比为1∶2
D．上述转化中发生了两个氧化还原反应
答案 B
解析 常见金属元素主要为钠、铝、铁、铜，E可能是酸或碱，由于E的摩尔质量为40 g·mol－1，可知E是NaOH，再结合转化关系图可推导出：A是铝，B是Al2O3，C是铝盐(不一定是AlCl3)，G是Al(OH)3，F是NaAlO2，B错误。
7．以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2、少量FeS2)为原料，生产Fe3O4的部分工艺流程如下：
下列说法错误的是( )
A．用NaOH溶液吸收焙烧过程产生的SO2有利于保护环境和资源再利用
B．从高硫铝土矿中可制得Al、Fe的化合物
C．向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由AlO转化为Al3＋
D．FeS2与Fe2O3混合后在无氧条件下焙烧的目的是生成Fe3O4和SO2
答案 C
解析 AlO与CO2反应生成Al(OH)3，不能得到Al3＋，C错误。
8．(2022·浙江三市高三质量检测)下列说法正确的是( )
A．在潮湿环境下，合金都易发生电化学腐蚀
B．汽车尾气中的氮氧化物是汽油不完全燃烧造成的
C．工业制玻璃和炼铁都要加石灰石，用来除去杂质二氧化硅
D．通过电解熔融氧化铝的方法，可以制备金属铝
答案 D
9．CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如图所示。下列说法不正确的是( )
A．相对于途径①③，途径②更绿色环保
B．途径①发生的反应可能是3Cu＋2HNO3＋3H2SO4===3CuSO4＋2NO↑＋4H2O
C．将CuSO4溶液蒸发，利用余热蒸干，可制得胆矾晶体
D．1 mol CuSO4在1100 ℃所得混合气体X为SO3和O2，其中O2为0.25 mol
答案 C
解析 胆矾晶体不能通过蒸干得到(会失去结晶水)，应通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到，C错误。
10．(2022·郑州市高三第一次质量检测)某化学实验小组进行如下实验：取5 mL饱和的Na2CO3溶液于试管中，放入一片打磨过的铝片。观察到铝片表面出现细小的气泡，加热该溶液，铝片表面产生大量白色沉淀和气泡。下列分析错误的是( )
A．产生的气体为氢气
B．产生气体的原因和反应CO＋H2OHCO＋OH－有关
C．加热时产生沉淀和气体的原因是AlO＋HCO＋2H2OAl(OH)3↓＋CO2↑＋2OH－
D．反应后的溶液中不可能存在大量的Al3＋
答案 C
解析 碳酸钠水解显碱性：CO＋H2OHCO＋OH－，铝与氢氧根离子、水反应生成氢气，反应的离子方程式为2Al＋2H2O＋2OH－===2AlO＋3H2↑，碳酸根离子部分水解生成碳酸氢根离子，碳酸氢根离子与偏铝酸根离子反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸根离子，反应的离子方程式：AlO＋HCO＋H2OAl(OH)3↓＋CO，联立三式可得加热时产生沉淀和气体的原因是2Al＋6H2O2Al(OH)3↓＋3H2↑，故C错误。
11．(2022·湖南省高三六校联考)向27.2 g Cu和Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5 L，固体物质完全反应，生成NO和Cu(NO3)2，向所得溶液中加入1.0 mol·L－1的NaOH溶液1.0 L，此时溶液呈中性。金属离子已完全沉淀，沉淀质量为39.2 g。下列说法正确的是( )
A．Cu和Cu2O的物质的量之比为2∶1
B．产生的NO的体积为4.48 L
C．原硝酸的物质的量浓度为1.8 mol·L－1
D．Cu和Cu2O与硝酸反应后剩余的HNO3的物质的量浓度为0.2 mol·L－1
答案 A
解析 向所得溶液中加入1.0 mol·L－1的NaOH溶液1.0 L，此时溶液呈中性，金属离子已完全沉淀，沉淀质量为39.2 g，即生成的Cu(OH)2的质量为39.2 g，则n[Cu(OH)2]＝＝0.4 mol，Cu2＋消耗的NaOH的物质的量为0.8 mol，则所得溶液中有HNO3剩余，剩余HNO3的物质的量为1.0 mol·L－1×1.0 L－0.8 mol＝0.2 mol。27.2 g Cu和Cu2O的混合物中，n总(Cu)＝0.4 mol，m总(Cu)＝0.4 mol×64 g·mol－1＝25.6 g，则m(O)＝27.2 g－25.6 g＝1.6 g，n(O)＝＝0.1 mol，故混合物中Cu2O为0.1 mol，Cu为0.2 mol。Cu与Cu2O的物质的量之比为0.2∶0.1＝2∶1，A正确；未指明是否处于标准状况，不能用22.4 L·mol－1计算NO的体积，B错误；n(Cu2O)＝0.1 mol，n(Cu)＝0.2 mol，则表现出氧化性的硝酸为＝0.2 mol，根据最后所得溶液呈中性及NaOH为1 mol，知表现出酸性的硝酸为1.0 mol，故原硝酸的物质的量浓度为＝2.4 mol·L－1，C错误；Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3的物质的量为0.2 mol，物质的量浓度为＝0.4 mol·L－1，D错误。
二、非选择题
12．(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(杂质为氧化铁及泥沙)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____________________，与直接用废铜和浓硫酸反应相比，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10 min，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10 min的作用是____________________________。
(4)结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后总质量为m2，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置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值偏高的是________(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
(2)CuO＋H2SO4CuSO4＋H2O 不会产生二氧化硫且产生等量胆矾消耗硫酸少(硫酸利用率高)
(3)过滤 干燥 除尽铁，抑制硫酸铜水解 破坏氢氧化铁胶体，易于过滤
(4)
(5)①③
解析 (3)硫酸铜溶液制硫酸铜晶体，操作步骤有加热蒸发、冷却结晶、过滤、乙醇洗涤、干燥；CuO中含氧化铁杂质，溶于硫酸后会形成铁离子，为使铁元素以氢氧化铁形式沉淀完全，需控制溶液pH为3.5～4，酸性环境同时还可抑制铜离子的水解；操作过程中可能会生成氢氧化铁胶体，所以煮沸10 min，目的是破坏氢氧化铁胶体，使其沉淀，易于过滤。
(4)由题意可知，水的质量是(m2－m3)g，所以胆矾(CuSO4·nH2O)中n值的表达式为∶＝n∶1，解得n＝。
(5)①胆矾未充分干燥，导致所测m2偏大，根据n＝可知，最终会导致结晶水数目测定值偏高；②坩埚未置于干燥器中冷却，部分白色硫酸铜会与空气中水蒸气结合重新生成胆矾，导致所测m3偏大，根据n＝可知，最终会导致结晶水数目测定值偏低；③加热胆矾晶体时有晶体从坩埚中溅出，会使m3数值偏小，根据n＝可知，最终会导致结晶水数目测定值偏高。
某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3＋、Cu2＋、Au3＋等离子。有人设计了图中的工艺流程，利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑，从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜。
填写下面空白：
(1)图中标号处需加入的相应物质分别是
①________ ②________ ③________
④________ ⑤________
(2)①处发生反应的离子方程式是_____________________________________
_______________________________________________________；
③处发生反应的化学方程式是______________________________________。
(3)铁红的化学式为________；分别写出铁红和氧化铜的一种主要用途：铁红________________；氧化铜__________________________。
答案 (1)①铁屑 ②稀硫酸(或稀盐酸) ③稀硝酸 ④氢氧化钠 ⑤氢氧化钠
(2)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，2Au3＋＋3Fe===2Au＋3Fe2＋ 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
(3)Fe2O3 用作红色颜料 用作制造铜盐的原料
解析 本实验的目的是用废铁屑、常用的酸和碱从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜。废水中含有H＋、Fe3＋、Cu2＋、Au3＋，因此首先加入废铁屑将Cu和Au都置换出来；然后加入稀盐酸或稀硫酸将过量的铁粉溶解以实现Fe与Cu、Au的分离；Cu和Au的分离可以利用Cu与稀硝酸能反应将其分离，Cu2＋和Fe2＋中分别加入碱使其转化为沉淀，灼烧分别生成它们的氧化物。
相关学案
2024年高考化学一轮总复习 第7单元 第3讲 盐类的水解 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ）： 这是一份2024年高考化学一轮总复习 第7单元 第3讲 盐类的水解 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ），共32页。
2024年高考化学一轮总复习 第7单元 第1讲 电离平衡 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ）： 这是一份2024年高考化学一轮总复习 第7单元 第1讲 电离平衡 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ），共32页。
2024年高考化学一轮总复习 第6单元 第3讲 化学平衡常数 化学反应的方向 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ）： 这是一份2024年高考化学一轮总复习 第6单元 第3讲 化学平衡常数 化学反应的方向 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ），共43页。学案主要包含了化学平衡常数的应用，化学平衡常数与转化率的计算等内容，欢迎下载使用。
