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高考化学一轮复习讲练 第3章 第12讲 镁、铝、铜及其化合物 金属冶炼 (含解析)
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这是一份高考化学一轮复习讲练 第3章 第12讲 镁、铝、铜及其化合物 金属冶炼 (含解析)，共23页。试卷主要包含了常见的铝盐——明矾，4 g B．3，1 L 0，5%～99等内容，欢迎下载使用。
第12讲 镁、铝、铜及其化合物 金属冶炼
考纲要求 1.了解镁、铝、铜单质及其重要化合物的性质、用途和制备方法。2.了解常见金属的活动顺序。3.了解合金的概念及金属材料的重要应用。
一、镁、铝单质的性质
1．镁、铝的结构和存在
镁、铝分别位于元素周期表的第三周期ⅡA族和ⅢA族，原子结构示意图为和，它们都是活泼的金属，在自然界中全部以化合态的形式存在。铝是地壳中含量最多的金属元素。
2．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。铝的熔点比镁高，硬度比镁大。
3．对比掌握镁、铝的化学性质
铝
镁
与非金属反应
能被Cl2、O2氧化
2Mg＋O22MgO
3Mg＋N2Mg3N2
与水反应
反应很困难
能与沸水反应Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑
与酸(H＋)反应
能与H＋反应产生H2
反应速度比Al快Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
与碱反应
能溶于强碱溶液产生H2
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＋CO22MgO＋C
问题思考
铝的化学性质用以下转化关系表示
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
④________________________________________________________________________。
答案 4Al＋3O22Al2O3
2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
4．铝的制备
(1)铝土矿Al2O3。
(2)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
二、铝的重要化合物
1．氧化铝和氢氧化铝(两性)
名称
氧化铝(Al2O3)
氢氧化铝[Al(OH)3]
物理性质
白色固体，熔点很高
白色胶状物质，难溶于水
化学性质
与酸
反应
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
与碱
反应
Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
加热
不分解
2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
制备方法
Al(OH)3加热分解
①Al3＋与氨水反应
②AlO溶液中通入CO2
③可溶性铝盐和偏铝酸盐混合
主要用途
①作耐火材料
②冶炼铝的原料
①制药 ②净水作用
2.常见的铝盐——明矾
(1)明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O，属于复盐。
(2)明矾净水的原理
明矾溶于水时发生电离，电离方程式为KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO，其中Al3＋发生水解反应，产生Al(OH)3(胶体)，其吸附能力很强，可以吸附水中的杂质并形成沉淀，使水澄清。
问题思考
1．铝与氢氧化钠溶液反应时，反应机理是怎样的？请用双线桥法标出该反应电子转移的方向与数目。
答案 铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al(OH)3，Al(OH)3可溶于NaOH生成NaAlO2和H2O，反应中Al为还原剂，水为氧化剂。
2．中学化学学习阶段接触到许多既能与酸反应又能与碱反应的物质，除了Al及其重要化合物外，你还知道哪些？
答案 ①弱酸的铵盐，如：NH4HCO3、CH3COONH4、(NH4)2S等；②弱酸的酸式盐，如：NaHCO3、KHS、NaHSO3等；③氨基酸。
(1)铝在自然界中有游离态和化合态两种形式( )
(2)MgO与Al粉的混合物也可称为铝热剂( )
(3)冶炼铝时常用焦炭作还原剂( )
(4)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( )
(5)相同质量的镁条分别在足量的CO2和O2中完全燃烧，所得固体的质量相同( )
(6)工业上制造镁粉时，可将镁蒸气在N2中冷却( )
(7)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( )
(8)明矾可作净水剂，起到杀菌消毒的作用( )
(9)AlO、HCO在水溶液中因发生双水解反应而不能大量共存( )
(10)AlO与NH在水溶液中因发生双水解反应不能大量共存( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)× (9)× (10)√
题组一 镁、铝单质的性质及应用
1．镁是一种活泼的金属单质，下列关于金属镁的说法中正确的是( )
A．镁能与NaOH溶液反应生成Mg(OH)2沉淀
B．大量镁条燃烧引起的火灾不能用干冰灭火器灭火
C．镁在任何条件下都不能与水反应
D．镁能在N2中燃烧，且生成MgN
答案 B
解析 镁不是两性金属，不能与NaOH溶液反应，故A错误；镁能在CO2中燃烧，故B正确；镁在加热条件下能与水反应生成氢氧化镁和氢气，故C错误；镁能在N2中燃烧，且生成Mg3N2，故D错误。
2．下列关于铝单质的叙述中，正确的是( )
A．不能用铝制的器皿来盛放酸梅汤或碱水是因为铝会和酸或碱反应
B．铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性是因为铝的化学性质很稳定
C．铝和NaOH溶液反应：Al＋2OH－===AlO＋2H2↑
D．用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热，熔化后的液态铝会滴落下来，是因为金属铝的熔点较低
答案 A
解析 A项，无论是铝还是其氧化物都能与酸或碱反应，正确；B项，铝表面形成致密的氧化膜，错误；C项，电荷、原子均不守恒，正确的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑，错误；D项，打磨后的铝箔在酒精灯上灼烧表面生成Al2O3，高熔点的Al2O3兜住了熔融的液态铝，不会滴落，错误。
3．铝是中学化学学习阶段的唯一一种既能与酸(非氧化性酸)反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属，就铝的这一特殊性质回答下列问题：
(1)等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，所得H2的体积之比是________。
(2)足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸和氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是__________________________________________________________________。
(3)足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，二者产生的H2相等，则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是________。
(4)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L－1的盐酸和NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后，测得生成的气体体积比为V(甲)∶V(乙)＝1∶2，则加入铝粉的质量为________(填字母)。
A．5.4 g B．3.6 g C．2.7 g D．1.8 g
答案 (1)1∶1 (2)1∶3 (3)3∶1 (4)A
解析 (1)根据化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，得Al与H2的关系式均为2Al～3H2，故只要参加反应的Al的量相等，所得H2的量必相等。
(2)因为在反应中Al过量，产生的H2由HCl和NaOH的量决定。根据化学反应中的关系式：6HCl～3H2、2NaOH～3H2，故当HCl、NaOH物质的量相等时，二者产生H2的体积比为1∶3。
(3)因为铝足量且产生H2的量相等，根据关系式n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1，又因为两溶液体积相等，故物质的量浓度c(HCl)∶c(NaOH)＝n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1。
(4)其反应原理分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。可见当参加反应的HCl和NaOH的物质的量一样多时，产生H2的体积比是1∶3，而题设条件体积比为1∶2，说明此题投入的铝粉对盐酸来说是过量的，而对于NaOH来说是不足的。
2Al＋6HCl === 2AlCl3 ＋ 3H2↑
6 mol 3 mol
3 mol·L－1×0.1 L 0.15 mol
则Al与NaOH反应生成的H2为0.15 mol×2＝0.3 mol。
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2×27 g 3 mol
5．4 g 0.3 mol
即投入的铝粉为5.4 g。
铝与酸或碱反应生成H2的量的关系
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋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＜＜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。
题组二 氧化铝、氢氧化铝的特性及应用
4．下列除去杂质的方法不正确的是( )
A．镁粉中混有少量铝粉：加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥
B．用过量氨水除去Fe3＋溶液中的少量Al3＋
C．Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤
D．MgO中混有少量Al2O3：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤、洗涤、干燥得到MgO
答案 B
解析 Al(OH)3不溶于氨水，故向含少量Al3＋的Fe3＋溶液中加入过量氨水时，Fe3＋、Al3＋均转化为氢氧化物沉淀，达不到除杂的目的。
5．(2020·内江高三月考)用含少量镁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝，下列操作步骤中最恰当的组合是( )
①加盐酸溶解 ②加烧碱溶液溶解 ③过滤 ④通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀 ⑤加入盐酸生成Al(OH)3沉淀 ⑥加入过量烧碱溶液
A．①⑥⑤③ B．②③④③
C．②③⑤③ D．①③⑤③
答案 B
6．工业上以铝土矿(主要成分是氧化铝，含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：
下列叙述正确的是( )
A．反应①中试剂X是氢氧化钠溶液
B．试剂Y是HCl，它与AlO反应生成氢氧化铝
C．图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应
D．将X与Y试剂进行对换，最终可以达到相同结果
答案 A
解析 B项，若试剂Y是HCl，它与AlO反应生成Al3＋，错误；C项，图中所示转化只有一步是氧化还原反应2Al2O34Al＋3O2↑，错误；D项，试剂X为氢氧化钠，滤渣C为氧化铁，滤液A为偏铝酸钠和氢氧化钠混合溶液，通入过量二氧化碳气体，发生反应：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，不能对换，错误。
1．含铝杂质的提纯方法归类
利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于强碱的特性，可除去许多物质中的含铝杂质，如：
(1)Mg(Al)：加足量NaOH溶液。
(2)Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液。
(3)Mg(OH)2[Al(OH)3]：加足量NaOH溶液。
(4)Mg2＋(Al3＋)：加过量NaOH溶液，过滤，再加酸充分溶解。
2．Al(OH)3的三种制备方法
方法一：可溶性铝盐溶液与过量氨水反应
反应原理：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
方法二：向可溶性偏铝酸盐溶液中通入过量CO2
反应原理：AlO＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
方法三：相互促进水解法
1．单质铜
(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常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里则会被锈蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。有关化学方程式：______________________________________________。
②写出下列化学方程式：
铜在空气中加热：______________________________________________________________；
铜丝在硫蒸气中反应：__________________________________________________________。
答案 ①2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3
②2Cu＋O22CuO 2Cu＋SCu2S
2．铜及其常见化合物的颜色
物质
颜色
物质
颜色
Cu
紫红色
CuSO4
白色
CuO
黑色
CuSO4·5H2O
蓝色
Cu2O
砖红色
Cu2(OH)2CO3
绿色
Cu2S
黑色
Cu(OH)2
蓝色
问题思考
铜的重要化合物转化关系如下，
完成下列方程式：
(1)铜的氧化物
①CuO高温分解得Cu2O，化学方程式为4CuO2Cu2O＋O2↑。
②Cu2O溶于稀硫酸产生蓝色溶液和紫红色固体，离子方程式为Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。
(2)氢氧化铜
氢氧化铜悬浊液煮沸变黑的原因，用化学方程式表示为Cu(OH)2CuO＋H2O。
(3)硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末，化学方程式为CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O。
(4)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，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：Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O，可溶于稀硫酸，离子方程式：Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O。
(1)CuO是黑色固体，与水反应生成Cu(OH)2( )
(2)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物( )
(3)无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水( )
(4)将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀( )
(5)CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
题组一 铜及其化合物的性质和应用
1．(2019·西安调研)我国宋代沈括在《梦溪笔谈》中记载：“信州铅山县有苦泉，流以为涧。挹其水熬之，则成胆矾。熬胆矾铁釜，久之亦化为铜。”下列对文中词语的理解，正确的是( )
A．“苦泉”中泉水属于胶体
B．“熬”表示加热蒸馏
C．“胆矾”化学式为CuSO4
D．“化”表示置换转化
答案 D
解析 由题意可知，“苦泉”泉水中含有硫酸铜，属于溶液，不属于胶体，故A错误；硫酸铜溶液蒸发得到硫酸铜晶体，从溶液中获取晶体，属于蒸发操作，故B错误；胆矾是硫酸铜晶体，“胆矾”化学式为CuSO4·5H2O，故C错误；熬胆矾铁釜，久之亦化为铜，是发生了：Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4，硫酸铜与Fe置换反应生成Cu，即“化”表示置换转化，故D正确。
2．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，下列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 Cu与Cl2在常温下不反应，需要加热才能发生反应，B项错误；CuCl2水解生成的HCl易挥发，加热蒸干能促进CuCl2的水解而得不到CuCl2固体，C项错误。
题组二 铜及其化合物的制备
3．(2020·衡阳调研)某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物，工业上以该废渣为原料生产CuCl2·2H2O晶体的工艺流程如下：
下列说法正确的是( )
A．焙烧过程中每消耗1 mol CuS则消耗3 mol O2
B．焙烧后的废气能够使酸性高锰酸钾溶液褪色
C．滤渣中主要含铁的氧化物
D．将获得的CuCl2·2H2O晶体加热可制得CuCl2固体
答案 B
解析 A项，2CuS＋3O22CuO＋2SO2，由方程式可知，1 mol CuS消耗1.5 mol O2，错误；B项，废气中含有SO2，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，正确；C项，调节pH时，Fe3＋水解转化为Fe(OH)3而除去，错误；D项，将CuCl2·2H2O直接加热脱水，Cu2＋水解，HCl挥发会产生Cu(OH)2，无法得到CuCl2，错误。
4．(2019·西宁检测)工业上由黄铜矿(主要成分为CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下：
(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的______(填字母)吸收。
a．浓硫酸 b．稀硝酸
c．NaOH溶液 d．氨水
(2)由泡铜冶炼粗铜的化学方程式为______________________________________________。
(3)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是__________(填字母)。
a．电能全部转化为化学能
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．溶液中Cu2＋向阳极移动
d．从阳极泥中可回收Ag、Pt、Au等金属
(4)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为___________________________________________________________。
答案 (1)cd (2)3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu (3)bd (4)4H＋＋O2＋4e－===2H2O
解析 (1)气体A中的大气污染物为SO2，可以用NaOH溶液或氨水吸收。(2)依据图示，泡铜中的Cu2O与Al高温下发生铝热反应制得铜。(3)电解精炼铜过程中，电能转变为化学能的同时，部分电能也转化为热能，a错；电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连，发生氧化反应，b对；电解过程中Cu2＋向阴极移动，c错；粗铜中Ag、Pt、Au的放电能力比铜的弱，形成阳极泥，可以回收，d对。(4)根据总反应，O2发生还原反应，因此正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
铜的冶炼“两方法”
(1)湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。
(2)高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)：
2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)
2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2
2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑
粗铜中铜的含量为99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%～99.98%的铜。电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极，失电子变为Cu2＋，用纯铜棒作阴极即可得精铜。
1．合金的概念及性能
2．常见的金属材料
(1)金属材料分类
(2)几种常见的合金
②
③
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)。
4．铝热反应实验中的有关问题
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＋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
(1)金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性( )
(2)金属元素的单质在常温下均为固体( )
(3)合金材料中不可能含有非金属元素( )
(4)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属( )
(5)合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属( )
(6)金属氧化物与铝粉的混合物都是铝热剂( )
(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)电解氯化镁溶液制取金属镁( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)×
题组一 金属材料、合金的性能及应用
1．(2019·中原区校级月考)青铜的主要成分是铜和锡，锡的熔点是232 ℃，含锡25%的青铜熔点约为800 ℃，《吕氏春秋·别类编》中有关于青铜的记载“金(铜)柔锡柔，合两柔则为刚，燔(烧)之则为淖(液体)。”下列说法正确的是( )
A．在轮船外壳悬挂锌、锡等金属块可减慢钢铁的腐蚀
B．合金的熔点一定低于各组分金属的熔点
C．铜和锡在元素周期表均位于第四周期
D．“合两柔则为刚”体现了合金的硬度通常大于各组分金属的特点
答案 D
解析 要保护钢铁，在和海水构成的原电池中应该让钢铁作正极才能被保护，活泼性比Fe强的金属作负极，锡金属性弱于铁，不能保护铁，故A错误；青铜的主要成分是铜和锡，锡的熔点是232 ℃，含锡25%的青铜熔点约为800 ℃，青铜的熔点高于锡，故B错误；锡位于周期表的第五周期，故C错误；“金(即铜)柔锡柔，合两柔则刚”体现了合金硬度大于成分金属硬度，故D正确。
2．C919大型飞机的制造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
解析 铝锂合金中的铝既能与酸反应，又能与碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。
题组二 金属冶炼、金属矿物的开发利用
3．(2020·长子县模拟)《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．熟铁比生铁质地更硬，延展性稍差
C．炒铁是为了降低铁水中的碳含量
D．该法与近代往生铁水吹空气炼钢异曲同工
答案 B
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，故B错误；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正确；该冶炼方法和近代往生铁水吹空气炼钢，都是利用空气中氧气氧化C元素，其原理基本相同，故D正确。
4．(2019·九江质检)下列说法正确的是( )
A．工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
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不涉及氧化还原反应
D．MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg
答案 B
解析 电解NaCl溶液生成NaOH、H2和Cl2，得不到单质钠，A错误；电解熔融Al2O3发生的是氧化还原反应，C错误；工业上冶炼镁是电解熔融MgCl2而不是MgO，D错误。
5．(2019·潍坊期中)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 C项，通入过量的二氧化碳，滤液中的AlO只能转化为氢氧化铝沉淀。
题组三 铝热反应及应用
6．铝热反应的本质是利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来，关于铝热反应解答下列问题：
(1)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有________(填字母)。
A．KCl B．KClO3
C．MnO2 D．Mg
(2)用等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物在一定条件下与Al粉进行铝热反应。
①引发铝热反应的操作是______________________________________________________。
②产物中单质是________(写名称)。
(3)取少量(1)中铝热反应所得的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象，________(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3，理由是_____________
___________________________________(用离子方程式说明)。
答案 (1)BD
(2)①加少量KClO3，插上镁条并将其点燃 ②铁
(3)不能 Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
解析 (1)做铝热反应的实验时，需要KClO3作助燃剂，且用镁条引燃。(2)在混合物上加少量KClO3固体并插上Mg条，点燃Mg条后放出热量，使KClO3固体分解放出O2，进一步加剧Mg的燃烧，可在短时间内使混合物温度迅速升高，引发反应。MgO不能与铝发生铝热反应，所以产物中单质为Fe。(3)反应后固体混合物中若有Fe2O3，因发生反应：Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe3＋转化为Fe2＋，加KSCN溶液不会变红。
1．(高考选项组合)下列说法或性质对应用途正确的是( )
A．氢氧化铝不可用于中和过多胃酸(2018·全国卷Ⅱ，7C改编)
B．KAl(SO4)2·12H2O溶于水可形成Al(OH)3胶体(2018·江苏，6B)
C．Al2O3是两性氧化物，可用作耐高温材料(2018·江苏，3C)
D．给定条件转化：Al(s)NaAlO2(aq)Al(OH)3(s)(2018·江苏，9B)
答案 B
2．(2018·全国卷Ⅰ，7)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：
下列叙述错误的是( )
A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋
D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
答案 D
解析 Li2SO4易溶于水，用硫酸钠代替碳酸钠，不能形成含Li沉淀，D项错误；合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用，A项正确；LiFePO4中含有Li和Fe元素，正极片碱溶所得滤液中含有Al元素，B项正确；Fe2＋能被HNO3氧化为Fe3＋，Fe3＋遇到碱液后沉淀，而另一种金属离子——锂离子遇到碳酸钠后沉淀，C项正确。
3．[2016·海南，14(1)(2)(3)]KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废易拉罐(主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题：
(1)为尽量少引入杂质，试剂①应选用________(填标号)。
a．HCl溶液 b．H2SO4溶液
c．氨水 d．NaOH溶液
(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为____________________________________。
(3)沉淀B的化学式为__________________________________________________________；
将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是_____________________________________。
答案 (1)d
(2)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
(3)Al(OH)3 Al3＋水解，使溶液中H＋浓度增大
解析 (2)选用NaOH溶液溶解易拉罐，主要发生反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。(3)滤液A中铝元素以AlO形式存在，与溶液中HCO发生反应：AlO＋HCO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO，故沉淀B为Al(OH)3，明矾溶于水时，KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO，Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋，使溶液呈弱酸性。
4．[2019·全国卷Ⅰ，26(1)(2)(4)]硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为__________。
(2)“滤渣1”的主要成分有_____________________________________________________。
为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3＋离子，可选用的化学试剂是________。
(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为__________________________，
母液经加热后可返回________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是________。
答案 (1)NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3
(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN
(4)2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO[或2Mg2＋＋2CO＋H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑] 溶浸 高温焙烧
解析 (1)由流程图加入物质可知，“溶浸”时产生的气体只能是NH3，NH3与NH4HCO3反应生成用于“沉镁”的物质只能是(NH4)2CO3。(2)由流程图可知，在过滤获取H3BO3之前没有除Fe3＋、Al3＋的步骤，推知氧化铁、氧化铝在“溶浸”时没有溶解，而二氧化硅不溶于硫酸铵溶液，因而滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe3＋的试剂可选用KSCN。(4)“沉镁”中，结合反应物有Mg2＋、CO，生成物为Mg(OH)2·MgCO3，依据离子方程式书写要求，即可写出方程式。母液含硫酸铵，可以将母液返回“溶浸”工序循环使用，体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁，联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁。
基础知识训练
1．(2019·西湖区校级模拟)下列关于金属的说法正确的是( )
A．人类使用金属铝的年代早于铜、铁
B．“真金不怕火炼”表明金(Au)在高温条件下也很难与氧气反应
C．通过高炉炼得的铁为纯铁
D．武德合金的熔点高，可用于制造保险丝
答案 B
2．(2020·武汉部分市级示范高中联考)下列有关金属的说法错误的是( )
A．氧化膜使得性质活泼的金属铝成为一种应用广泛的金属材料
B．钛被称为继铁、铝之后的第三金属，也有人说“21世纪将是钛的世纪”
C．在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因此，稀土元素又称为冶金工业的维生素
D．出土的古代铜制品往往覆盖着一层铜绿，铜绿的主要成分是CuCO3
答案 D
3．下列关于合金的说法不正确的是( )
A．合金的熔点一般比它的成分金属的熔点高
B．合金的硬度一般比它的成分金属大
C．合金与各成分金属相比，具有许多优良的物理、化学或机械性能
D．合金在工业上的用途比纯金属更广
答案 A
4．(2020·闵行区二模)探究氢氧化铝的两性，最适宜的试剂是( )
A．Al、NaOH溶液、稀盐酸
B．Al2O3、氨水、稀盐酸
C．Al2(SO4)3溶液、NaOH溶液、稀盐酸
D．AlCl3溶液、氨水、稀盐酸
答案 C
解析 可溶性的铝盐Al2(SO4)3溶液与少量NaOH溶液反应生成氢氧化铝沉淀，继续加过量的氢氧化钠，氢氧化铝沉淀会溶解，氢氧化铝沉淀中加盐酸也会溶解。
5．下列叙述正确的是( )
A．依据铝热反应原理，能发生反应2Al＋3MgO3Mg＋Al2O3
B．存在于污水中的重金属离子，常用加入明矾等电解质的方法进行处理
C．镁铝合金既可完全溶于过量盐酸又可完全溶于过量NaOH溶液
D．氯化铝溶液中加入过量氨水反应实质是：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
答案 D
解析 铝热反应的原理：Al与活动性比其差的金属氧化物发生置换反应，Mg的活动性强于铝，故Al与MgO不能反应，故A错误；明矾净水的原理是水解产物Al(OH)3胶体吸附水中的悬浮物，不能沉淀水中的重金属离子，故B错误；镁铝合金可溶于过量盐酸，但Mg不与NaOH反应，故不能完全溶于NaOH溶液，故C错误；Al(OH)3不溶于氨水，只溶于强碱，故D正确。
6．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。
7．通过观察化学实验现象，分析归纳出正确的结论，是学习化学科学最基本的技能之一。下列由实验现象得出正确结论的是( )
选项
实验现象
结论
A
把相同大小的一块铝和镁分别投入相同浓度的NaOH溶液中：铝溶解有气泡放出，而镁没有任何变化
由此得出：铝的金属性比镁强
B
取一块铝箔，用酒精灯点燃：铝箔只熔化成液体而没有脱落
由此得出：铝不易燃烧
C
向氯化铵溶液中投入一铝片：铝片上产生大量气泡
由此得出：该气体是氨气
D
向氯化铝溶液中逐滴滴加NaOH溶液至过量：先产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解，最后沉淀完全消失
由此得出：氢氧化铝能溶于强碱溶液
答案 D
解析 A项，比较金属性的强弱是用金属单质与水或酸反应产生H2的快慢程度，错误；B项，由于生成了熔点很高的氧化铝，错误；C项，产生的气体应为H2和NH3的混合气体，错误。
8．(2019·安徽江淮十校第二次联考)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．将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuS
B．向Cu与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察CuSO4溶液的颜色
C．向CuSO4溶液中加入适量的NaOH，过滤洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取CuO
D．在淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热水解，再加入少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热，产生红色沉淀
答案 C
解析 硫的氧化性较弱，只能将铜氧化为＋1价，生成Cu2S，A项错误；铜与过量浓硫酸反应后稀释，应将反应后的溶液缓慢加入水中，并不断搅拌，B项错误；CuSO4与NaOH溶液反应生成Cu(OH)2沉淀，过滤、洗涤、灼烧后可得CuO，C项正确；淀粉水解后应先加NaOH溶液至溶液呈碱性，然后加入新制Cu(OH)2悬浊液并加热，才会产生红色沉淀，D项错误。
9．下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是( )
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
铜绿的主要成分是碱式碳酸铜
可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿
Ⅰ对；Ⅱ对；无
B
铜表面易形成致密的氧化膜
铜制容器可以盛放浓硫酸
Ⅰ对；Ⅱ对；有
C
向硫酸铜溶液中通入少量氨气，有蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体
把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑
Ⅰ对；Ⅱ对；有
D
蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化
硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
Ⅰ错；Ⅱ对；无
答案 D
解析 稀盐酸可以与Cu2(OH)2CO3反应，而且稀盐酸不能与Cu反应，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A错误；铜表面不能形成致密的氧化膜，B错误；Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果关系，C错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末有新物质生成，属于化学变化，CuSO4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D正确。
10．(2020·渭南一模)CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径如图所示。下列说法正确的是( )
A．途径①所用混酸中H2SO4与HNO3物质的量之比最好为2∶3
B．利用途径③制备16 g硫酸铜，消耗硫酸的物质的量为0.1 mol
C．生成等量的硫酸铜，三个途径中参加反应的硫酸的物质的量：①＝②＝③
D．与途径①③相比，途径②更好地体现了绿色化学思想
答案 D
解析 Cu与混酸反应，硝酸根离子由硝酸提供，氢离子由硝酸和硫酸提供，H2SO4与HNO3物质的量之比最好为3∶2，故A错误；途径③制备硫酸铜，这一过程中消耗硫酸的物质的量为0.2 mol，故B错误；三个途径中①②参加反应的硫酸的物质的量相等，而③生成SO2，消耗更多的硫酸，则①＝②<③，故C错误；途径②无污染性气体产生，更好地体现了绿色化学思想，故D正确。
11．(2019·潍坊期末)工业上，常用铜阳极泥(主要成分是Cu2Te，含少量的Ag、Au)回收碲，其工艺流程如下(已知TeO2微溶于水，易与浓强碱、浓强酸反应)：
下列叙述错误的是( )
A．合理处理阳极泥有利于保护环境和资源再利用
B．操作1、2、3均为过滤
C．可由滤渣2提取金属Ag、Au
D．上述流程中用浓硝酸代替浓盐酸可提高碲的回收率
答案 D
解析 铜阳极泥主要成分为Cu2Te，含少量的Ag、Au，在稀硫酸中溶解，并通入氧气，得到TeO2、Au、Ag、硫酸铜溶液；然后过滤，滤液1含有硫酸铜等，滤渣1含有TeO2、Au、Ag，加入浓盐酸过滤，滤渣2含有Au、Ag，TeO2和加入的浓盐酸反应得到四氯化碲溶液，通入SO2气体，可将溶液中的Te4＋还原为Te，同时得到硫酸。阳极泥中的Cu2Te可用于制备硫酸铜、Te等，则合理处理阳极泥有利于保护环境和资源再利用，A项正确；由以上分析可知，操作1、2、3用于分离固体和液体，均为过滤，B项正确；可由滤渣2提取金属Ag、Au，C项正确；浓硝酸可氧化Ag，使制备的碲中混有杂质，则不能用浓硝酸，D项错误。
12．下列是部分矿物资源铝土矿(主要含有氧化铝、氧化铁)和黄铜矿(主要成分CuFeS2)的利用及产品生产流程，有关说法不正确的是( )
A．除杂过程中铝元素的存在形式的变化可以如右：Al2O3→AlO→Al(OH)3→Al2O3
B．Al和Cu(精)均在电解槽的阴极获得
C．粗铜炼制过程中反应2CuFeS2＋O2Cu2S＋2FeS＋SO2，每转移1.2 mol电子，则有0.2 mol硫被氧化
D．若电解法分别制铝和铜的过程中转移电子数相等，理论上获得的铝和铜的物质的量之比为3∶2
答案 D
解析 制铝过程中Al～3e－，制铜过程中Cu～2e－，当转移电子数相等时，铝和铜的物质的量之比为2∶3。
13．工业上以废铜为原料经一系列化学反应可生产氯化亚铜(CuCl)，其工艺流程如下图所示：
试依据如图转化回答下列问题：
(1)工业生产Cl2时，尾气常用石灰乳吸收，而不用烧碱溶液吸收的原因是
____________________________________________________________________________。
(2)还原过程中的产物为Na[CuCl2]，试写出该反应的化学方程式：___________________
____________________________________________________________________________。
制备中当氯化过程完成后必须经还原过程再制得CuCl，为什么不用一步法制得CuCl？(已知Cu2＋＋Cu＋2Cl－===2CuCl↓)_______________________________ ____________________。
(3)还原过程中加入少量盐酸的作用是_____________________________________________，
加入NaCl且过量的原因是______________________________________________________。
(4)合成结束后所得产品用酒精淋洗的目的是_______________________________________。
(5)实验室中在CuCl2热溶液中通入SO2气体也可制备白色的CuCl沉淀，试写出该反应的离子方程式：___________________________________________________________________。
答案 (1)石灰乳来源丰富，成本低，且反应结束后可得副产品漂白粉
(2)CuCl2＋2NaCl＋Cu===2Na[CuCl2] CuCl沉淀沉积在Cu表面阻碍反应的进行
(3)防止Cu2＋水解 增大NaCl的浓度有利于生成更多的Na[CuCl2]，提高产率
(4)使CuCl尽快干燥，防止被空气氧化
(5)2Cu2＋＋2Cl－＋SO2＋2H2O2CuCl↓＋4H＋＋SO
14．氮化铝(AlN)是一种新型无机非金属材料。为了分析某AlN样品(样品中的杂质不与氢氧化钠溶液反应)中AlN的含量，某实验小组设计了如下两种实验方案。
已知：AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋NH3↑
方案1 取一定量的样品，用以下装置测定样品中AlN的纯度(夹持装置已略去)。
(1)上图装置C中球形干燥管的作用是______________________________________________。
(2)完成以下实验步骤：组装好实验装置，首先________，再加入实验药品。接下来的实验操作是____________，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体。打开K1，通入氮气一段时间，测定装置C反应前后的质量变化。通入氮气的目的是_________________
_______________________________________________________________________________。
(3)若去掉装置B，则导致测定结果________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。由于上述装置还存在缺陷，导致测定结果偏高，请提出改进意见：____________________________。
方案2 按以下步骤测定样品中AlN的纯度：
(4)步骤②生成沉淀的离子方程式为_______________________________________________。
(5)步骤③的操作是____________。AlN的纯度是__________(用含m1、m2的代数式表示)。
答案 (1)防止倒吸
(2)检查装置的气密性 关闭K1，打开K2 把装置中残留的氨气全部赶入装置C
(3)偏高 在装置C的出口处连接一个干燥装置
(4)CO2＋AlO＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓
(5)过滤、洗涤 %
解析 (2)实验步骤如下：组装好实验装置，首先检查装置的气密性，再加入实验药品；接下来的实验操作是关闭K1，打开K2，并打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体；打开K1，通入氮气一段时间，测定装置C反应前后的质量变化。由于反应中产生的氨气会残留在装置中，因此通入氮气的目的是把装置中残留的氨气全部赶入装置C。
(3)生成的氨气中含有水蒸气，若去掉装置B，则装置C的质量增加，导致测定结果偏高。由于空气中含有的水蒸气也会进入装置C，导致测定结果偏高，因此改进的措施是在装置C的出口处连接一个干燥装置。
(4)滤液中含有偏铝酸钠，则步骤②生成沉淀的离子方程式为CO2＋AlO＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓。
(5)m2 g固体的成分是氧化铝，根据铝原子守恒可知AlN的纯度是×100%＝%。
第12讲 镁、铝、铜及其化合物 金属冶炼
考纲要求 1.了解镁、铝、铜单质及其重要化合物的性质、用途和制备方法。2.了解常见金属的活动顺序。3.了解合金的概念及金属材料的重要应用。
一、镁、铝单质的性质
1．镁、铝的结构和存在
镁、铝分别位于元素周期表的第三周期ⅡA族和ⅢA族，原子结构示意图为和，它们都是活泼的金属，在自然界中全部以化合态的形式存在。铝是地壳中含量最多的金属元素。
2．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。铝的熔点比镁高，硬度比镁大。
3．对比掌握镁、铝的化学性质
铝
镁
与非金属反应
能被Cl2、O2氧化
2Mg＋O22MgO
3Mg＋N2Mg3N2
与水反应
反应很困难
能与沸水反应Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑
与酸(H＋)反应
能与H＋反应产生H2
反应速度比Al快Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
与碱反应
能溶于强碱溶液产生H2
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＋CO22MgO＋C
问题思考
铝的化学性质用以下转化关系表示
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
④________________________________________________________________________。
答案 4Al＋3O22Al2O3
2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
4．铝的制备
(1)铝土矿Al2O3。
(2)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
二、铝的重要化合物
1．氧化铝和氢氧化铝(两性)
名称
氧化铝(Al2O3)
氢氧化铝[Al(OH)3]
物理性质
白色固体，熔点很高
白色胶状物质，难溶于水
化学性质
与酸
反应
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
与碱
反应
Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
加热
不分解
2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
制备方法
Al(OH)3加热分解
①Al3＋与氨水反应
②AlO溶液中通入CO2
③可溶性铝盐和偏铝酸盐混合
主要用途
①作耐火材料
②冶炼铝的原料
①制药 ②净水作用
2.常见的铝盐——明矾
(1)明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O，属于复盐。
(2)明矾净水的原理
明矾溶于水时发生电离，电离方程式为KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO，其中Al3＋发生水解反应，产生Al(OH)3(胶体)，其吸附能力很强，可以吸附水中的杂质并形成沉淀，使水澄清。
问题思考
1．铝与氢氧化钠溶液反应时，反应机理是怎样的？请用双线桥法标出该反应电子转移的方向与数目。
答案 铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al(OH)3，Al(OH)3可溶于NaOH生成NaAlO2和H2O，反应中Al为还原剂，水为氧化剂。
2．中学化学学习阶段接触到许多既能与酸反应又能与碱反应的物质，除了Al及其重要化合物外，你还知道哪些？
答案 ①弱酸的铵盐，如：NH4HCO3、CH3COONH4、(NH4)2S等；②弱酸的酸式盐，如：NaHCO3、KHS、NaHSO3等；③氨基酸。
(1)铝在自然界中有游离态和化合态两种形式( )
(2)MgO与Al粉的混合物也可称为铝热剂( )
(3)冶炼铝时常用焦炭作还原剂( )
(4)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( )
(5)相同质量的镁条分别在足量的CO2和O2中完全燃烧，所得固体的质量相同( )
(6)工业上制造镁粉时，可将镁蒸气在N2中冷却( )
(7)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( )
(8)明矾可作净水剂，起到杀菌消毒的作用( )
(9)AlO、HCO在水溶液中因发生双水解反应而不能大量共存( )
(10)AlO与NH在水溶液中因发生双水解反应不能大量共存( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)× (9)× (10)√
题组一 镁、铝单质的性质及应用
1．镁是一种活泼的金属单质，下列关于金属镁的说法中正确的是( )
A．镁能与NaOH溶液反应生成Mg(OH)2沉淀
B．大量镁条燃烧引起的火灾不能用干冰灭火器灭火
C．镁在任何条件下都不能与水反应
D．镁能在N2中燃烧，且生成MgN
答案 B
解析 镁不是两性金属，不能与NaOH溶液反应，故A错误；镁能在CO2中燃烧，故B正确；镁在加热条件下能与水反应生成氢氧化镁和氢气，故C错误；镁能在N2中燃烧，且生成Mg3N2，故D错误。
2．下列关于铝单质的叙述中，正确的是( )
A．不能用铝制的器皿来盛放酸梅汤或碱水是因为铝会和酸或碱反应
B．铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性是因为铝的化学性质很稳定
C．铝和NaOH溶液反应：Al＋2OH－===AlO＋2H2↑
D．用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热，熔化后的液态铝会滴落下来，是因为金属铝的熔点较低
答案 A
解析 A项，无论是铝还是其氧化物都能与酸或碱反应，正确；B项，铝表面形成致密的氧化膜，错误；C项，电荷、原子均不守恒，正确的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑，错误；D项，打磨后的铝箔在酒精灯上灼烧表面生成Al2O3，高熔点的Al2O3兜住了熔融的液态铝，不会滴落，错误。
3．铝是中学化学学习阶段的唯一一种既能与酸(非氧化性酸)反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属，就铝的这一特殊性质回答下列问题：
(1)等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，所得H2的体积之比是________。
(2)足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸和氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是__________________________________________________________________。
(3)足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，二者产生的H2相等，则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是________。
(4)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L－1的盐酸和NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后，测得生成的气体体积比为V(甲)∶V(乙)＝1∶2，则加入铝粉的质量为________(填字母)。
A．5.4 g B．3.6 g C．2.7 g D．1.8 g
答案 (1)1∶1 (2)1∶3 (3)3∶1 (4)A
解析 (1)根据化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，得Al与H2的关系式均为2Al～3H2，故只要参加反应的Al的量相等，所得H2的量必相等。
(2)因为在反应中Al过量，产生的H2由HCl和NaOH的量决定。根据化学反应中的关系式：6HCl～3H2、2NaOH～3H2，故当HCl、NaOH物质的量相等时，二者产生H2的体积比为1∶3。
(3)因为铝足量且产生H2的量相等，根据关系式n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1，又因为两溶液体积相等，故物质的量浓度c(HCl)∶c(NaOH)＝n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1。
(4)其反应原理分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。可见当参加反应的HCl和NaOH的物质的量一样多时，产生H2的体积比是1∶3，而题设条件体积比为1∶2，说明此题投入的铝粉对盐酸来说是过量的，而对于NaOH来说是不足的。
2Al＋6HCl === 2AlCl3 ＋ 3H2↑
6 mol 3 mol
3 mol·L－1×0.1 L 0.15 mol
则Al与NaOH反应生成的H2为0.15 mol×2＝0.3 mol。
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2×27 g 3 mol
5．4 g 0.3 mol
即投入的铝粉为5.4 g。
铝与酸或碱反应生成H2的量的关系
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋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＜＜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。
题组二 氧化铝、氢氧化铝的特性及应用
4．下列除去杂质的方法不正确的是( )
A．镁粉中混有少量铝粉：加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥
B．用过量氨水除去Fe3＋溶液中的少量Al3＋
C．Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤
D．MgO中混有少量Al2O3：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤、洗涤、干燥得到MgO
答案 B
解析 Al(OH)3不溶于氨水，故向含少量Al3＋的Fe3＋溶液中加入过量氨水时，Fe3＋、Al3＋均转化为氢氧化物沉淀，达不到除杂的目的。
5．(2020·内江高三月考)用含少量镁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝，下列操作步骤中最恰当的组合是( )
①加盐酸溶解 ②加烧碱溶液溶解 ③过滤 ④通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀 ⑤加入盐酸生成Al(OH)3沉淀 ⑥加入过量烧碱溶液
A．①⑥⑤③ B．②③④③
C．②③⑤③ D．①③⑤③
答案 B
6．工业上以铝土矿(主要成分是氧化铝，含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：
下列叙述正确的是( )
A．反应①中试剂X是氢氧化钠溶液
B．试剂Y是HCl，它与AlO反应生成氢氧化铝
C．图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应
D．将X与Y试剂进行对换，最终可以达到相同结果
答案 A
解析 B项，若试剂Y是HCl，它与AlO反应生成Al3＋，错误；C项，图中所示转化只有一步是氧化还原反应2Al2O34Al＋3O2↑，错误；D项，试剂X为氢氧化钠，滤渣C为氧化铁，滤液A为偏铝酸钠和氢氧化钠混合溶液，通入过量二氧化碳气体，发生反应：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，不能对换，错误。
1．含铝杂质的提纯方法归类
利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于强碱的特性，可除去许多物质中的含铝杂质，如：
(1)Mg(Al)：加足量NaOH溶液。
(2)Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液。
(3)Mg(OH)2[Al(OH)3]：加足量NaOH溶液。
(4)Mg2＋(Al3＋)：加过量NaOH溶液，过滤，再加酸充分溶解。
2．Al(OH)3的三种制备方法
方法一：可溶性铝盐溶液与过量氨水反应
反应原理：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
方法二：向可溶性偏铝酸盐溶液中通入过量CO2
反应原理：AlO＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
方法三：相互促进水解法
1．单质铜
(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常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里则会被锈蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。有关化学方程式：______________________________________________。
②写出下列化学方程式：
铜在空气中加热：______________________________________________________________；
铜丝在硫蒸气中反应：__________________________________________________________。
答案 ①2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3
②2Cu＋O22CuO 2Cu＋SCu2S
2．铜及其常见化合物的颜色
物质
颜色
物质
颜色
Cu
紫红色
CuSO4
白色
CuO
黑色
CuSO4·5H2O
蓝色
Cu2O
砖红色
Cu2(OH)2CO3
绿色
Cu2S
黑色
Cu(OH)2
蓝色
问题思考
铜的重要化合物转化关系如下，
完成下列方程式：
(1)铜的氧化物
①CuO高温分解得Cu2O，化学方程式为4CuO2Cu2O＋O2↑。
②Cu2O溶于稀硫酸产生蓝色溶液和紫红色固体，离子方程式为Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。
(2)氢氧化铜
氢氧化铜悬浊液煮沸变黑的原因，用化学方程式表示为Cu(OH)2CuO＋H2O。
(3)硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末，化学方程式为CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O。
(4)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，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：Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O，可溶于稀硫酸，离子方程式：Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O。
(1)CuO是黑色固体，与水反应生成Cu(OH)2( )
(2)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物( )
(3)无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水( )
(4)将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀( )
(5)CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
题组一 铜及其化合物的性质和应用
1．(2019·西安调研)我国宋代沈括在《梦溪笔谈》中记载：“信州铅山县有苦泉，流以为涧。挹其水熬之，则成胆矾。熬胆矾铁釜，久之亦化为铜。”下列对文中词语的理解，正确的是( )
A．“苦泉”中泉水属于胶体
B．“熬”表示加热蒸馏
C．“胆矾”化学式为CuSO4
D．“化”表示置换转化
答案 D
解析 由题意可知，“苦泉”泉水中含有硫酸铜，属于溶液，不属于胶体，故A错误；硫酸铜溶液蒸发得到硫酸铜晶体，从溶液中获取晶体，属于蒸发操作，故B错误；胆矾是硫酸铜晶体，“胆矾”化学式为CuSO4·5H2O，故C错误；熬胆矾铁釜，久之亦化为铜，是发生了：Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4，硫酸铜与Fe置换反应生成Cu，即“化”表示置换转化，故D正确。
2．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，下列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 Cu与Cl2在常温下不反应，需要加热才能发生反应，B项错误；CuCl2水解生成的HCl易挥发，加热蒸干能促进CuCl2的水解而得不到CuCl2固体，C项错误。
题组二 铜及其化合物的制备
3．(2020·衡阳调研)某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物，工业上以该废渣为原料生产CuCl2·2H2O晶体的工艺流程如下：
下列说法正确的是( )
A．焙烧过程中每消耗1 mol CuS则消耗3 mol O2
B．焙烧后的废气能够使酸性高锰酸钾溶液褪色
C．滤渣中主要含铁的氧化物
D．将获得的CuCl2·2H2O晶体加热可制得CuCl2固体
答案 B
解析 A项，2CuS＋3O22CuO＋2SO2，由方程式可知，1 mol CuS消耗1.5 mol O2，错误；B项，废气中含有SO2，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，正确；C项，调节pH时，Fe3＋水解转化为Fe(OH)3而除去，错误；D项，将CuCl2·2H2O直接加热脱水，Cu2＋水解，HCl挥发会产生Cu(OH)2，无法得到CuCl2，错误。
4．(2019·西宁检测)工业上由黄铜矿(主要成分为CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下：
(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的______(填字母)吸收。
a．浓硫酸 b．稀硝酸
c．NaOH溶液 d．氨水
(2)由泡铜冶炼粗铜的化学方程式为______________________________________________。
(3)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是__________(填字母)。
a．电能全部转化为化学能
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．溶液中Cu2＋向阳极移动
d．从阳极泥中可回收Ag、Pt、Au等金属
(4)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为___________________________________________________________。
答案 (1)cd (2)3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu (3)bd (4)4H＋＋O2＋4e－===2H2O
解析 (1)气体A中的大气污染物为SO2，可以用NaOH溶液或氨水吸收。(2)依据图示，泡铜中的Cu2O与Al高温下发生铝热反应制得铜。(3)电解精炼铜过程中，电能转变为化学能的同时，部分电能也转化为热能，a错；电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连，发生氧化反应，b对；电解过程中Cu2＋向阴极移动，c错；粗铜中Ag、Pt、Au的放电能力比铜的弱，形成阳极泥，可以回收，d对。(4)根据总反应，O2发生还原反应，因此正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
铜的冶炼“两方法”
(1)湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。
(2)高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)：
2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)
2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2
2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑
粗铜中铜的含量为99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%～99.98%的铜。电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极，失电子变为Cu2＋，用纯铜棒作阴极即可得精铜。
1．合金的概念及性能
2．常见的金属材料
(1)金属材料分类
(2)几种常见的合金
②
③
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)。
4．铝热反应实验中的有关问题
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＋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
(1)金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性( )
(2)金属元素的单质在常温下均为固体( )
(3)合金材料中不可能含有非金属元素( )
(4)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属( )
(5)合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属( )
(6)金属氧化物与铝粉的混合物都是铝热剂( )
(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)电解氯化镁溶液制取金属镁( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)×
题组一 金属材料、合金的性能及应用
1．(2019·中原区校级月考)青铜的主要成分是铜和锡，锡的熔点是232 ℃，含锡25%的青铜熔点约为800 ℃，《吕氏春秋·别类编》中有关于青铜的记载“金(铜)柔锡柔，合两柔则为刚，燔(烧)之则为淖(液体)。”下列说法正确的是( )
A．在轮船外壳悬挂锌、锡等金属块可减慢钢铁的腐蚀
B．合金的熔点一定低于各组分金属的熔点
C．铜和锡在元素周期表均位于第四周期
D．“合两柔则为刚”体现了合金的硬度通常大于各组分金属的特点
答案 D
解析 要保护钢铁，在和海水构成的原电池中应该让钢铁作正极才能被保护，活泼性比Fe强的金属作负极，锡金属性弱于铁，不能保护铁，故A错误；青铜的主要成分是铜和锡，锡的熔点是232 ℃，含锡25%的青铜熔点约为800 ℃，青铜的熔点高于锡，故B错误；锡位于周期表的第五周期，故C错误；“金(即铜)柔锡柔，合两柔则刚”体现了合金硬度大于成分金属硬度，故D正确。
2．C919大型飞机的制造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
解析 铝锂合金中的铝既能与酸反应，又能与碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。
题组二 金属冶炼、金属矿物的开发利用
3．(2020·长子县模拟)《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．熟铁比生铁质地更硬，延展性稍差
C．炒铁是为了降低铁水中的碳含量
D．该法与近代往生铁水吹空气炼钢异曲同工
答案 B
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，故B错误；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正确；该冶炼方法和近代往生铁水吹空气炼钢，都是利用空气中氧气氧化C元素，其原理基本相同，故D正确。
4．(2019·九江质检)下列说法正确的是( )
A．工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
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不涉及氧化还原反应
D．MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg
答案 B
解析 电解NaCl溶液生成NaOH、H2和Cl2，得不到单质钠，A错误；电解熔融Al2O3发生的是氧化还原反应，C错误；工业上冶炼镁是电解熔融MgCl2而不是MgO，D错误。
5．(2019·潍坊期中)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 C项，通入过量的二氧化碳，滤液中的AlO只能转化为氢氧化铝沉淀。
题组三 铝热反应及应用
6．铝热反应的本质是利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来，关于铝热反应解答下列问题：
(1)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有________(填字母)。
A．KCl B．KClO3
C．MnO2 D．Mg
(2)用等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物在一定条件下与Al粉进行铝热反应。
①引发铝热反应的操作是______________________________________________________。
②产物中单质是________(写名称)。
(3)取少量(1)中铝热反应所得的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象，________(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3，理由是_____________
___________________________________(用离子方程式说明)。
答案 (1)BD
(2)①加少量KClO3，插上镁条并将其点燃 ②铁
(3)不能 Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
解析 (1)做铝热反应的实验时，需要KClO3作助燃剂，且用镁条引燃。(2)在混合物上加少量KClO3固体并插上Mg条，点燃Mg条后放出热量，使KClO3固体分解放出O2，进一步加剧Mg的燃烧，可在短时间内使混合物温度迅速升高，引发反应。MgO不能与铝发生铝热反应，所以产物中单质为Fe。(3)反应后固体混合物中若有Fe2O3，因发生反应：Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe3＋转化为Fe2＋，加KSCN溶液不会变红。
1．(高考选项组合)下列说法或性质对应用途正确的是( )
A．氢氧化铝不可用于中和过多胃酸(2018·全国卷Ⅱ，7C改编)
B．KAl(SO4)2·12H2O溶于水可形成Al(OH)3胶体(2018·江苏，6B)
C．Al2O3是两性氧化物，可用作耐高温材料(2018·江苏，3C)
D．给定条件转化：Al(s)NaAlO2(aq)Al(OH)3(s)(2018·江苏，9B)
答案 B
2．(2018·全国卷Ⅰ，7)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：
下列叙述错误的是( )
A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋
D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
答案 D
解析 Li2SO4易溶于水，用硫酸钠代替碳酸钠，不能形成含Li沉淀，D项错误；合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用，A项正确；LiFePO4中含有Li和Fe元素，正极片碱溶所得滤液中含有Al元素，B项正确；Fe2＋能被HNO3氧化为Fe3＋，Fe3＋遇到碱液后沉淀，而另一种金属离子——锂离子遇到碳酸钠后沉淀，C项正确。
3．[2016·海南，14(1)(2)(3)]KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废易拉罐(主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题：
(1)为尽量少引入杂质，试剂①应选用________(填标号)。
a．HCl溶液 b．H2SO4溶液
c．氨水 d．NaOH溶液
(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为____________________________________。
(3)沉淀B的化学式为__________________________________________________________；
将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是_____________________________________。
答案 (1)d
(2)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
(3)Al(OH)3 Al3＋水解，使溶液中H＋浓度增大
解析 (2)选用NaOH溶液溶解易拉罐，主要发生反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。(3)滤液A中铝元素以AlO形式存在，与溶液中HCO发生反应：AlO＋HCO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO，故沉淀B为Al(OH)3，明矾溶于水时，KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO，Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋，使溶液呈弱酸性。
4．[2019·全国卷Ⅰ，26(1)(2)(4)]硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为__________。
(2)“滤渣1”的主要成分有_____________________________________________________。
为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3＋离子，可选用的化学试剂是________。
(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为__________________________，
母液经加热后可返回________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是________。
答案 (1)NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3
(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN
(4)2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO[或2Mg2＋＋2CO＋H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑] 溶浸 高温焙烧
解析 (1)由流程图加入物质可知，“溶浸”时产生的气体只能是NH3，NH3与NH4HCO3反应生成用于“沉镁”的物质只能是(NH4)2CO3。(2)由流程图可知，在过滤获取H3BO3之前没有除Fe3＋、Al3＋的步骤，推知氧化铁、氧化铝在“溶浸”时没有溶解，而二氧化硅不溶于硫酸铵溶液，因而滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe3＋的试剂可选用KSCN。(4)“沉镁”中，结合反应物有Mg2＋、CO，生成物为Mg(OH)2·MgCO3，依据离子方程式书写要求，即可写出方程式。母液含硫酸铵，可以将母液返回“溶浸”工序循环使用，体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁，联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁。
基础知识训练
1．(2019·西湖区校级模拟)下列关于金属的说法正确的是( )
A．人类使用金属铝的年代早于铜、铁
B．“真金不怕火炼”表明金(Au)在高温条件下也很难与氧气反应
C．通过高炉炼得的铁为纯铁
D．武德合金的熔点高，可用于制造保险丝
答案 B
2．(2020·武汉部分市级示范高中联考)下列有关金属的说法错误的是( )
A．氧化膜使得性质活泼的金属铝成为一种应用广泛的金属材料
B．钛被称为继铁、铝之后的第三金属，也有人说“21世纪将是钛的世纪”
C．在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因此，稀土元素又称为冶金工业的维生素
D．出土的古代铜制品往往覆盖着一层铜绿，铜绿的主要成分是CuCO3
答案 D
3．下列关于合金的说法不正确的是( )
A．合金的熔点一般比它的成分金属的熔点高
B．合金的硬度一般比它的成分金属大
C．合金与各成分金属相比，具有许多优良的物理、化学或机械性能
D．合金在工业上的用途比纯金属更广
答案 A
4．(2020·闵行区二模)探究氢氧化铝的两性，最适宜的试剂是( )
A．Al、NaOH溶液、稀盐酸
B．Al2O3、氨水、稀盐酸
C．Al2(SO4)3溶液、NaOH溶液、稀盐酸
D．AlCl3溶液、氨水、稀盐酸
答案 C
解析 可溶性的铝盐Al2(SO4)3溶液与少量NaOH溶液反应生成氢氧化铝沉淀，继续加过量的氢氧化钠，氢氧化铝沉淀会溶解，氢氧化铝沉淀中加盐酸也会溶解。
5．下列叙述正确的是( )
A．依据铝热反应原理，能发生反应2Al＋3MgO3Mg＋Al2O3
B．存在于污水中的重金属离子，常用加入明矾等电解质的方法进行处理
C．镁铝合金既可完全溶于过量盐酸又可完全溶于过量NaOH溶液
D．氯化铝溶液中加入过量氨水反应实质是：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
答案 D
解析 铝热反应的原理：Al与活动性比其差的金属氧化物发生置换反应，Mg的活动性强于铝，故Al与MgO不能反应，故A错误；明矾净水的原理是水解产物Al(OH)3胶体吸附水中的悬浮物，不能沉淀水中的重金属离子，故B错误；镁铝合金可溶于过量盐酸，但Mg不与NaOH反应，故不能完全溶于NaOH溶液，故C错误；Al(OH)3不溶于氨水，只溶于强碱，故D正确。
6．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。
7．通过观察化学实验现象，分析归纳出正确的结论，是学习化学科学最基本的技能之一。下列由实验现象得出正确结论的是( )
选项
实验现象
结论
A
把相同大小的一块铝和镁分别投入相同浓度的NaOH溶液中：铝溶解有气泡放出，而镁没有任何变化
由此得出：铝的金属性比镁强
B
取一块铝箔，用酒精灯点燃：铝箔只熔化成液体而没有脱落
由此得出：铝不易燃烧
C
向氯化铵溶液中投入一铝片：铝片上产生大量气泡
由此得出：该气体是氨气
D
向氯化铝溶液中逐滴滴加NaOH溶液至过量：先产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解，最后沉淀完全消失
由此得出：氢氧化铝能溶于强碱溶液
答案 D
解析 A项，比较金属性的强弱是用金属单质与水或酸反应产生H2的快慢程度，错误；B项，由于生成了熔点很高的氧化铝，错误；C项，产生的气体应为H2和NH3的混合气体，错误。
8．(2019·安徽江淮十校第二次联考)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．将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuS
B．向Cu与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察CuSO4溶液的颜色
C．向CuSO4溶液中加入适量的NaOH，过滤洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取CuO
D．在淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热水解，再加入少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热，产生红色沉淀
答案 C
解析 硫的氧化性较弱，只能将铜氧化为＋1价，生成Cu2S，A项错误；铜与过量浓硫酸反应后稀释，应将反应后的溶液缓慢加入水中，并不断搅拌，B项错误；CuSO4与NaOH溶液反应生成Cu(OH)2沉淀，过滤、洗涤、灼烧后可得CuO，C项正确；淀粉水解后应先加NaOH溶液至溶液呈碱性，然后加入新制Cu(OH)2悬浊液并加热，才会产生红色沉淀，D项错误。
9．下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是( )
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
铜绿的主要成分是碱式碳酸铜
可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿
Ⅰ对；Ⅱ对；无
B
铜表面易形成致密的氧化膜
铜制容器可以盛放浓硫酸
Ⅰ对；Ⅱ对；有
C
向硫酸铜溶液中通入少量氨气，有蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体
把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑
Ⅰ对；Ⅱ对；有
D
蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化
硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
Ⅰ错；Ⅱ对；无
答案 D
解析 稀盐酸可以与Cu2(OH)2CO3反应，而且稀盐酸不能与Cu反应，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A错误；铜表面不能形成致密的氧化膜，B错误；Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果关系，C错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末有新物质生成，属于化学变化，CuSO4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D正确。
10．(2020·渭南一模)CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径如图所示。下列说法正确的是( )
A．途径①所用混酸中H2SO4与HNO3物质的量之比最好为2∶3
B．利用途径③制备16 g硫酸铜，消耗硫酸的物质的量为0.1 mol
C．生成等量的硫酸铜，三个途径中参加反应的硫酸的物质的量：①＝②＝③
D．与途径①③相比，途径②更好地体现了绿色化学思想
答案 D
解析 Cu与混酸反应，硝酸根离子由硝酸提供，氢离子由硝酸和硫酸提供，H2SO4与HNO3物质的量之比最好为3∶2，故A错误；途径③制备硫酸铜，这一过程中消耗硫酸的物质的量为0.2 mol，故B错误；三个途径中①②参加反应的硫酸的物质的量相等，而③生成SO2，消耗更多的硫酸，则①＝②<③，故C错误；途径②无污染性气体产生，更好地体现了绿色化学思想，故D正确。
11．(2019·潍坊期末)工业上，常用铜阳极泥(主要成分是Cu2Te，含少量的Ag、Au)回收碲，其工艺流程如下(已知TeO2微溶于水，易与浓强碱、浓强酸反应)：
下列叙述错误的是( )
A．合理处理阳极泥有利于保护环境和资源再利用
B．操作1、2、3均为过滤
C．可由滤渣2提取金属Ag、Au
D．上述流程中用浓硝酸代替浓盐酸可提高碲的回收率
答案 D
解析 铜阳极泥主要成分为Cu2Te，含少量的Ag、Au，在稀硫酸中溶解，并通入氧气，得到TeO2、Au、Ag、硫酸铜溶液；然后过滤，滤液1含有硫酸铜等，滤渣1含有TeO2、Au、Ag，加入浓盐酸过滤，滤渣2含有Au、Ag，TeO2和加入的浓盐酸反应得到四氯化碲溶液，通入SO2气体，可将溶液中的Te4＋还原为Te，同时得到硫酸。阳极泥中的Cu2Te可用于制备硫酸铜、Te等，则合理处理阳极泥有利于保护环境和资源再利用，A项正确；由以上分析可知，操作1、2、3用于分离固体和液体，均为过滤，B项正确；可由滤渣2提取金属Ag、Au，C项正确；浓硝酸可氧化Ag，使制备的碲中混有杂质，则不能用浓硝酸，D项错误。
12．下列是部分矿物资源铝土矿(主要含有氧化铝、氧化铁)和黄铜矿(主要成分CuFeS2)的利用及产品生产流程，有关说法不正确的是( )
A．除杂过程中铝元素的存在形式的变化可以如右：Al2O3→AlO→Al(OH)3→Al2O3
B．Al和Cu(精)均在电解槽的阴极获得
C．粗铜炼制过程中反应2CuFeS2＋O2Cu2S＋2FeS＋SO2，每转移1.2 mol电子，则有0.2 mol硫被氧化
D．若电解法分别制铝和铜的过程中转移电子数相等，理论上获得的铝和铜的物质的量之比为3∶2
答案 D
解析 制铝过程中Al～3e－，制铜过程中Cu～2e－，当转移电子数相等时，铝和铜的物质的量之比为2∶3。
13．工业上以废铜为原料经一系列化学反应可生产氯化亚铜(CuCl)，其工艺流程如下图所示：
试依据如图转化回答下列问题：
(1)工业生产Cl2时，尾气常用石灰乳吸收，而不用烧碱溶液吸收的原因是
____________________________________________________________________________。
(2)还原过程中的产物为Na[CuCl2]，试写出该反应的化学方程式：___________________
____________________________________________________________________________。
制备中当氯化过程完成后必须经还原过程再制得CuCl，为什么不用一步法制得CuCl？(已知Cu2＋＋Cu＋2Cl－===2CuCl↓)_______________________________ ____________________。
(3)还原过程中加入少量盐酸的作用是_____________________________________________，
加入NaCl且过量的原因是______________________________________________________。
(4)合成结束后所得产品用酒精淋洗的目的是_______________________________________。
(5)实验室中在CuCl2热溶液中通入SO2气体也可制备白色的CuCl沉淀，试写出该反应的离子方程式：___________________________________________________________________。
答案 (1)石灰乳来源丰富，成本低，且反应结束后可得副产品漂白粉
(2)CuCl2＋2NaCl＋Cu===2Na[CuCl2] CuCl沉淀沉积在Cu表面阻碍反应的进行
(3)防止Cu2＋水解 增大NaCl的浓度有利于生成更多的Na[CuCl2]，提高产率
(4)使CuCl尽快干燥，防止被空气氧化
(5)2Cu2＋＋2Cl－＋SO2＋2H2O2CuCl↓＋4H＋＋SO
14．氮化铝(AlN)是一种新型无机非金属材料。为了分析某AlN样品(样品中的杂质不与氢氧化钠溶液反应)中AlN的含量，某实验小组设计了如下两种实验方案。
已知：AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋NH3↑
方案1 取一定量的样品，用以下装置测定样品中AlN的纯度(夹持装置已略去)。
(1)上图装置C中球形干燥管的作用是______________________________________________。
(2)完成以下实验步骤：组装好实验装置，首先________，再加入实验药品。接下来的实验操作是____________，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体。打开K1，通入氮气一段时间，测定装置C反应前后的质量变化。通入氮气的目的是_________________
_______________________________________________________________________________。
(3)若去掉装置B，则导致测定结果________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。由于上述装置还存在缺陷，导致测定结果偏高，请提出改进意见：____________________________。
方案2 按以下步骤测定样品中AlN的纯度：
(4)步骤②生成沉淀的离子方程式为_______________________________________________。
(5)步骤③的操作是____________。AlN的纯度是__________(用含m1、m2的代数式表示)。
答案 (1)防止倒吸
(2)检查装置的气密性 关闭K1，打开K2 把装置中残留的氨气全部赶入装置C
(3)偏高 在装置C的出口处连接一个干燥装置
(4)CO2＋AlO＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓
(5)过滤、洗涤 %
解析 (2)实验步骤如下：组装好实验装置，首先检查装置的气密性，再加入实验药品；接下来的实验操作是关闭K1，打开K2，并打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体；打开K1，通入氮气一段时间，测定装置C反应前后的质量变化。由于反应中产生的氨气会残留在装置中，因此通入氮气的目的是把装置中残留的氨气全部赶入装置C。
(3)生成的氨气中含有水蒸气，若去掉装置B，则装置C的质量增加，导致测定结果偏高。由于空气中含有的水蒸气也会进入装置C，导致测定结果偏高，因此改进的措施是在装置C的出口处连接一个干燥装置。
(4)滤液中含有偏铝酸钠，则步骤②生成沉淀的离子方程式为CO2＋AlO＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓。
(5)m2 g固体的成分是氧化铝，根据铝原子守恒可知AlN的纯度是×100%＝%。
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