高考化学一轮复习第3章金属及其化合物第4节用途广泛的金属材料开发利用金属矿物学案

用途广泛的金属材料开发利用金属矿物
明考纲
1．知道铜及其重要化合物的性质。

2
．了解合金的概念及重要应用。

3．了解常见金属的活动性顺序及金属冶炼的
一般方法。

4．了解化学科学发展对自然资源开发利用的
作用。

析考情
高考对本节内容的考查以金属及其化合物的
性质、合金的性质、金属的冶炼、提纯在日
常生活、生产中的应用为主，题型以选择题、
综合推断题、实验题为主，尤其是以金属及
其化合物在实际生产中的应用为载体的综合
实验题的趋势较大。

考点铜及其化合物
1．铜
(1)物理性质
铜是紫红色金属，具有良好的导热性、导电性和延展性。

(2)化学性质
反应物化学方程式
非金
属
O2
(1)潮湿的空气中：
2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3
(碱式碳酸铜，绿色)
(2)2Cu＋O2=====
△
2CuO(黑色固体)
Cl2
Cu＋Cl2=====
点燃
CuCl2(棕黄色烟)
S
2Cu＋S=====
△
Cu2S
氧化
性酸
浓硫酸
Cu＋2H2SO4(浓)=====
△
CuSO4＋SO2↑＋2H2O
浓硝酸Cu＋4HNO3===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
稀硝酸3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
盐
AgNO3、FeCl3
Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag、
Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
氧化铜氧化亚铜氢氧化铜
化学式CuO Cu2O Cu(OH)2
(1)Cu 2(OH)2CO 3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，它是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，它受热易分解：
Cu 2(OH)2CO 3=====△
2CuO ＋H 2O ＋CO 2↑。

(2)无水CuSO 4是白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO
4·5H 2O)可作为水的检验依据，但不适于作干燥剂。

CuSO 4·5H 2O 为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾，受热易分解：CuSO 4·5H 2O=====△
CuSO 4＋5H 2O↑，蓝色晶体受热转化为白色粉末。

(3)铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。

易错警示 区别红色物质Cu 和Cu 2O 的方法
向红色物质中加入稀硫酸，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu 2O ，否则为Cu 。

反应的化学方程式为Cu 2O ＋H 2SO 4===CuSO 4＋Cu ＋H 2O 。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

(1)无水CuSO 4白色粉末遇水变蓝色，发生物理变化。

( ) (2)CuSO 4·5H 2O 加热失去结晶水发生物理变化。

( )
(3)铜锈的主要成分是Cu 2(OH)2CO 3，在干燥的空气中不易生成。

( ) (4)过量的铜与浓硝酸反应一定没有NO 生成。

( ) (5)清除铜制品表面的铜绿用稀HNO 3。

( ) 提示 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
题组一 铜及其化合物的性质
1.在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列物质，铜粉溶解的是( ) ①FeCl 3 ②Fe 2O 3 ③Cu(NO 3)2 ④KNO 3 A ．只有①或②
B ．只有②或④
C ．只有①或②或③
D ．①②③④中任意一种
答案 D
解析 Cu 与Fe 3＋
作用：2Fe 3＋
＋Cu===2Fe 2＋
＋Cu 2＋
，Fe 2O 3与稀H 2SO 4反应生成Fe 3＋
，H ＋
、NO －
3具有强氧化性，能使铜粉溶解。

故①②③④能使铜粉溶解。

2．已知CuO 经高温灼烧生成Cu 2O ，Cu 2O 与H ＋
发生：Cu 2O ＋2H ＋
===Cu ＋Cu 2＋
＋H 2O 。

将经高温灼烧后的CuO 样品投入足量的热的稀硝酸溶液中，下列有关说法中正确的是 ( )
A ．如果溶液变为蓝色、同时有紫红色固体出现，说明样品全部生成了Cu 2O
B ．溶液中最终可能有紫红色固体出现
C ．这种实验的结果无法说明CuO 分解的程度
D ．如果溶液中出现蓝色，最终没有紫红色固体出现，说明CuO 没有分解 答案 C
解析 由于Cu 能够与热的稀硝酸反应，所以不论CuO 是否完全分解，溶液中最终不可能有紫红色固体出现，故A 、B 、D 项错误。

★总结提升
熟记铜及其化合物的颜色
3.[2016·株洲质检]铜是生活中常见的金属，请回答下列问题：
(1) Cu 不活泼，通常情况下不与稀硫酸反应，但向Cu 和稀硫酸的混合物中滴入H 2O 2溶液后，溶液很快变蓝色。

试写出该反应的离子方程式______________________________________________。

(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出Cu 2(OH)2CO 3绿色固体，试写出该反应的离子方程式________________________。

(3)火法炼铜的原理：Cu 2S ＋O 2=====高温
2Cu ＋SO 2，在该反应中每生成1mol Cu ，转移________mol e －。

(4)以CuSO 4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________(填选项字母)。

a ．粗铜接电源正极，发生氧化反应
b ．溶液中Cu 2＋向阴极移动
c ．电解过程中，阳极和阴极的质量变化相等
d ．利用阳极泥可回收Al 、Zn 等金属
(5)据报道，有一种叫Thibacillus Ferroxidans 的细菌在有氧气存在的酸性溶液中，可将黄铜矿CuFeS 2氧化成硫酸盐：4CuFeS 2＋2H 2SO 4＋17O 2===4CuSO 4＋2Fe 2(SO 4)3＋2H 2O 。

利用反应后的溶液，按如下流程可制备胆矾(CuSO 4·5H 2O)：
①检验溶液
B
中
Fe
3
＋
是否被除尽的实验方法是
__________________________________________________________。

②在实验室中，设计两个原理不同的方案，从溶液B 中提炼金属铜(要求：一种方案只用一个反应来完成)。

写出两种方案中涉及的化学方程式：
方案一：____________________________________________； 方案二：____________________________________________。

答案 (1)Cu ＋H 2O 2＋2H ＋
===Cu 2＋
＋2H 2O (2)2Cu 2＋
＋2CO 2－
3＋H 2O===Cu 2(OH)2CO 3↓＋CO 2↑ (3)3 (4)ab
(5)①取少量溶液B 于试管中，加入几滴KSCN 溶液，若溶液无明显现象，则说明Fe
3＋
已被除尽 ②CuSO 4＋Fe===Cu ＋FeSO 4 2CuSO 4＋2H 2O=====通电
2Cu ＋2H 2SO 4＋O 2↑(其他合理答案均可)
解析 (1)溶液变蓝说明有Cu 2＋
生成，则H 2O 2作氧化剂，离子反应方程式为：Cu ＋H 2O 2
＋2H ＋
===Cu 2＋
＋2H 2O 。

(2)由题给信息可知反应的离子方程式为：2Cu 2＋
＋2CO 2－
3＋H 2O===Cu 2(OH)2CO 3↓＋CO 2↑。

(3)根据题给方程式可知，生成2 mol Cu 时，转移6 mol 电子，则生成1 mol Cu 时，转移3 mol 电子。

(4)粗铜接电源的正极，作阳极，发生氧化反应，a 正确；溶液中阳离子向阴极移动，b 正确；电解过程中，阳极是铝、锌、铜放电，Ag 、Pt 、Au 形成阳极泥，而阴极始终是Cu 2＋
得电子生成单质铜，所以阴极和阳极质量变化不一定相等，c 错误；阳极泥是比铜活泼性差
的Ag 、Pt 、Au 沉积在阳极形成的，d 错误。

(5)①验证Fe 3＋
最好用KSCN 溶液。

②由硫酸铜得到铜，可以通过置换反应，也可以通过电解。

4．[2015·苏州五中期中]各物质之间的转化关系如图，部分生成物省略。

C 、D 是由X 、Y 、Z 中两种元素组成的化合物，X 、Y 、Z 的原子序数依次增大，在周期表中X 的原子半径最小，Y 、Z 原子最外层电子数之和为10。

D 为无色非可燃性气体，G 为黄绿色单质气体，J 、M 为金属，I 有漂白作用，反应①常用于制作印刷电路板。

据此回答下列各题：
(1)写出纯净物A 的化学式：________，C 的电子式：________，用来检验L 中阳离子的试剂是________(该试剂焰色为紫色)。

(2)沉淀E 可溶于过量________(填试剂名称)得到深蓝色的透明溶液，呈现该颜色是因为溶液中存在配离子：________(填化学式)。

(3)写出反应①的离子方程式：________________，写出反应②的化学方程式：________________(有机物用结构简式表示)。

(4)已知F 溶于稀硝酸，溶液变成蓝色，放出无色气体，请写出该反应的化学方程式：________________。

答案 (1)CuCO 3[或Cu 2(OH)2CO 3或Cu(OH)2·CuCO 3] 硫氰化钾
(2)氨水 [Cu(NH 3)4]2＋
(3)Cu ＋2Fe 3＋
===Cu 2＋
＋2Fe 2＋
CH 3CHO ＋2Cu(OH)2＋NaOH ――→△
CH 3COONa ＋Cu 2O↓＋3H 2O[写成CH 3CHO ＋2Cu(OH)2――→
△
CH 3COOH ＋Cu 2O↓＋2H 2O 也可]
(4)3Cu 2O ＋14HNO 3===6Cu(NO 3)2＋2NO↑＋7H 2O
解析 周期表中原子半径最小的是H(X)、G 为Cl 2、L 为FeCl 3、B 为CuCl 2、E 为Cu(OH)2、M 为Cu 、K 为FeCl 2、J 为Fe 、H 为HCl 、C 为H 2O 、I 为HClO ，由Y 、Z 原子序数依次增大且Y 、Z 最外层电子数之和为10可推知Y 为C 、Z 为O ，所以D 为CO 2，A 为CuCO 3或Cu 2(OH)2CO 3。

(1)A 为CuCO 3或Cu 2(OH)2CO 3，C 的电子式为H ：O··,·· ：H ，检验Fe 3＋
常用KSCN 溶液或苯酚溶液，题中指明该试剂焰色为紫色可知为KSCN 。

(2)Cu(OH)2能溶于过量氨水得到深蓝色溶液，反应方程式为Cu(OH)2＋4NH 3·H 2O===[Cu(NH 3)4](OH)2＋4H 2O ，溶液呈蓝色的原因是含有络合离子[Cu(NH 3)4]2＋。

(3)反应①的离子方程式为Cu ＋2Fe 3＋
===Cu 2＋
＋2Fe 2＋
，反应②的化学方程式为CH 3CHO ＋
2Cu(OH)2――→△
CH 3COOH ＋Cu 2O↓＋2H 2O 。

(4)F 溶于稀硝酸，溶液呈蓝色，说明F 为Cu 2O ，Cu 2O 与稀硝酸反应化学方程式为3Cu 2O ＋14HNO 3===6Cu(NO 3)2＋2NO↑＋7H 2O 。

★总结提升
铜的冶炼“三方法”
(1)湿法炼铜：Fe ＋CuSO 4===FeSO 4＋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)：
2CuFeS 2＋4O 2=====800 ℃
Cu 2S ＋3SO 2＋2FeO(炉渣)
2Cu 2S ＋3O 2=====1200 ℃
2Cu 2O ＋2SO 2
2Cu 2O ＋Cu 2S =====1200 ℃
6Cu ＋SO 2↑
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Cu 2＋
，用纯铜棒作阴极即可得精铜。

(3)生物炼铜：“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性，并能利用空气中的氧气氧化硫化亚铜矿石，然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。

生物炼铜的优点：a.成本低；b.污染小；c.反应条件简单；d.含量(品位)很低的矿石也可以被利用。

考点
合金的概念及其重要应用
1．合金
(1)概念：合金是指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：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。

①熔点：一般比它的各成分金属的低； ②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。

2．常见金属材料
金属材料—⎣⎢
⎡
黑色金属材料：铁、铬、锰以及它们的合金
有色金属材料：除黑色金属以外的其他金属及 其合金
(1)重要的黑色金属材料——钢 钢铁是用量最大、用途最广的合金。

钢
⎩⎪⎨
⎪⎧
碳素钢⎩⎪⎨⎪
⎧
低碳钢：韧性、焊接性好，强度低中碳钢：强度高，韧性及加工性好
高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好合金钢：具有各种不同的优良性能，常见的有不锈钢 及各种特种钢
(2)几种有色金属材料
易错警示(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。

(2)合金的性质不是各成分金属的性质之和。

(3)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种金属的沸点，则二者不能形成合金。

(4)常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。

(1)合金中至少含有两种金属元素，不含非金属元素。

( )
(2)合金中的金属元素以化合物的形式存在。

( )
(3)合金的硬度低于成分金属，合金的熔点一般高于其成分金属。

( )
(4)下列物质或材料都属于合金：钢、青铜、铝镁合金、水银、硅钢。

( )
提示(1)×(2)×(3)×(4)×
1.[2015·宁波模拟]美国“海狼”潜艇上的核反应堆内使用了液体铝钠合金(单质钠和
单质铝熔合而成)作载热介质，下列有关说法不正确的是 ( )
A．该铝钠合金的熔点低于金属钠
B．铝钠合金若投入一定量的水中可得无色溶液，则n(Al)≤n(Na)
C．铝钠合金投入足量氯化铜溶液中，会有氢氧化铜沉淀生成，也可能有铜析出
D．若m g不同组成的铝钠合金投入足量盐酸中，放出的H2越多，则铝的质量分数越小答案 D
解析合金的熔点低于其组分金属，A正确；铝钠合金投入水中，发生2Na＋2H2O===2NaOH
＋H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O=== 2NaAlO2＋3H2↑，当n(Na)≥n(Al)时，金属全部溶解，得到
无色溶液，B正确；铝钠合金投入到足量氯化铜溶液中，钠和水反应生成的NaOH可以和CuCl2
反应生成Cu(OH)2沉淀，若n(Al)>n(Na)，金属铝也会置换出金属铜，C正确；2Al～3H2↑，
2Na～H2↑，等质量的金属钠和金属铝比较，Al产生的氢气量多，所以放出的H2越多，铝的质量分数越大，D错误。

2．[2015·长安模拟]合金与纯金属制成的金属材料相比，优点是( )
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大②一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低③改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有不同性能的合金④合金比纯金属的导电性更强⑤合金比纯金属的应用范围更广泛
A．②③④ B．①②③⑤
C．①②④ D．①②④⑤
答案 B
解析合金的导电性比纯金属的弱。

题组二有关合金成分的分析与计算
3.[2015·大连模拟]部分氧化的铁铜合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共5.76 g，经如下处理：
下列说法正确的是( )
A．滤液A中的阳离子为Fe3＋、Fe2＋、H＋
B．样品中Fe元素的质量为2.24 g
C．样品中CuO的质量为4.0 g
D．V＝896
答案 B
解析根据题意，3.2 g滤渣一定是铜，而铜与Fe3＋不共存，则A项错误；最后的3.2 g 固体为Fe2O3，其中Fe元素的质量为2.24 g，B正确；样品中Cu元素和O元素共5.76 g－2.24 g＝3.52 g，则C项错误；因2.24 g Fe元素已部分氧化，且Fe还与Fe3＋、Cu2＋发生反应，故生成的氢气的体积应小于896 mL，D错误。

4．[2013·重庆高考]合金是建造航空母舰的主体材料。

(1)航母升降机可由铝合金制造。

①铝元素在周期表中的位置为____________________________。

工业炼铝的原料由铝土矿提取而得，提取过程中通入的气体为________。

②Al­Mg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜，其化学方程式为___________________________________________________。

焊接过程中使用的保护气为________(填化学式)。

(2)航母舰体材料为合金钢。

①舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为________。

②航母用钢可由低硅生铁冶炼而成，则在炼铁过程中为降低硅含量需加入的物质为________。

(3)航母螺旋桨主要用铜合金制造。

①80.0 g Cu­Al合金用酸完全溶解后，加入过量氨水，过滤得白色沉淀39.0 g，则合金中Cu的质量分数为__________________。

②为分析某铜合金的成分，用酸将其完全溶解后，用NaOH溶液调节pH，当pH＝3.4时开始出现沉淀。

分别在pH为7.0、8.0时过滤沉淀。

结合如图信息推断该合金中除铜外一定含有________。

答案(1)①第三周期第ⅢA族CO2
②Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O Ar(其他合理答案均可)
(2)①吸氧腐蚀②CaCO3(或CaO)
(3)①83.1%②Al、Ni
解析(1)①工业炼铝需将铝土矿与强碱溶液反应转化成偏铝酸盐，然后在偏铝酸盐溶液中通入过量的CO2，发生反应：AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3，故提取过程中需通入CO2气体。

②保护气需性质稳定，高温条件下不与Al­Mg合金反应，N2高温条件下可与Mg 反应，可用氩气作保护气。

(2)①海水接近中性，金属在其中以吸氧腐蚀为主。

②铁矿石中硅元素多以SiO2形式存在，加入CaCO3或CaO，SiO2可与之反应生成CaSiO3从而降低生铁中硅的含量。

(3)①白色沉淀为Al(OH)3,39.0 g Al(OH)3中铝元素为0.5 mol，合金中铝的质量为0.5 mol×27 g·mol－1＝13.5 g，则铜的质量为66.5 g，质量分数为83.1%。

②由于要将Cu溶解，所选用的酸为氧化性酸，若合金中有铁存在，则Fe将被氧化成Fe3＋，pH＝3.4时开始出现沉淀，利用图给信息可知溶液中无Fe3＋，一定有Al3＋，则合金中一定有Al；由题意可知pH在7.0～8.0之间一定有沉淀生成，由图给信息可知溶液中一定有Ni2＋，则合金中一定有Ni。

考点金属矿物的开发利用
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
使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：M n ＋
＋n e －
===M 。

3．金属冶炼的一般步骤
(1)富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。

(2)冶炼：利用氧化还原反应，用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质。

(3)精炼：提纯金属。

4．金属冶炼方法
(1)热分解法(适用于Hg 、Ag 等不活泼金属)
例如：2HgO=====△
2Hg ＋O 2↑，2Ag 2O=====△
4Ag ＋O 2↑。

用热分解冶炼法冶炼金属的特点：金属元素的金属性弱，金属元素的原子不易失去电子，其金属离子容易得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差。

(2)热还原法(适用于Zn —Cu 等中等活泼金属)
①焦炭还原法。

例如：C 还原ZnO 、CuO ，其化学方程式依次为C ＋2ZnO=====△
2Zn ＋CO 2↑，
C ＋2CuO=====△
2Cu ＋CO 2↑。

②一氧化碳还原法。

例如：CO 还原Fe 2O 3、CuO ，其化学方程式依次为3CO ＋Fe 2O 3=====△
2Fe
＋3CO 2，CO ＋CuO=====△
Cu ＋CO 2。

③氢气还原法。

例如：H 2还原WO 3、Fe 3O 4，其化学方程式依次为3H 2＋WO 3=====△
W ＋3H 2O,4H 2
＋Fe 3O 4=====△
3Fe ＋4H 2O 。

④活泼金属还原法。

例如：Al 还原Cr 2O 3、V 2O 5，其化学方程式依次为2Al ＋Cr 2O 3=====高温
Al 2O 3
＋2Cr,10Al ＋3V 2O 5=====高温
6V ＋5Al 2O 3。

(3)电解法(适用于Al 以前的活泼金属)
例如：Al 2O 3、MgCl 2、NaCl 的电解反应，其化学方程式依次为 2Al 2O 3(熔融)=====电解
冰晶石
4Al
＋3O 2↑，MgCl 2(熔融)=====电解
Mg ＋Cl 2↑，2NaCl(熔融)=====电解
2Na ＋Cl 2↑。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

(1)制钛：用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛。

( )
(2)炼铁：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。

( )
(3)制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液。

( )
(4)炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜。

( )
(5)铝是地壳中含量最高的金属元素。

( )
(6)能用电解AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg。

( )
(7)在铝热反应中，镁条、KClO3的作用是引燃助燃作用。

( )
提示(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)×(7)√
题组一金属冶炼原理的考查
1.下列有关金属冶炼的方法叙述正确的是( )
A．电解氯化镁水溶液制备金属镁
B．利用铝热反应制备金属铝
C．加热分解Fe2O3的方法制备金属铁
D．用火法或湿法均可制备金属铜
答案 D
解析电解氯化镁溶液得到Mg(OH)2，冶炼金属镁应电解熔融MgCl2，A错；利用铝热反应可冶炼钒、铬、锰、铁等高熔点金属，B错；用热还原法用CO、H2或Al还原Fe2O3制备金属铁，C错；可用热还原法或活泼金属置换法制备Cu，D正确。

2．[2013·山东高考]金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。

(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是________。

a．Fe2O3 B．NaCl
c．Cu2S D．Al2O3
(2)辉铜矿(Cu2S)可发生反应2Cu2S＋2H2SO4＋5O2===4CuSO4＋2H2O，该反应的还原剂是________。

当1 mol O2发生反应时，还原剂所失电子的物质的量为________mol。

向CuSO4溶液中加入镁条时有气体生成，该气体是________。

答案(1)bd (2)Cu2S 4 H2
解析(1)金属冶炼时，金属活动性顺序表中铝及其前面的金属一般采用电解法，故选bd；
(2)分析题给方程式：2Cu2S＋2H2SO4＋5O2===4CuSO4＋2H2O，Cu元素和S元素的化合价均升高，O元素的化合价降低，故还原剂是Cu2S；当1 mol O2发生反应时，氧化剂氧气得到4 mol电子，则同时还原剂所失电子也为4 mol；CuSO4溶液由于Cu2＋水解呈酸性，故加入镁条放出氢气。

★总结提升
1．金属活动性顺序及其应用
2.根据金属活动性判断金属的冶炼方法
(1)表中汞以后金属一般用热分解法或淘洗等物理方法。

(2)表中锌到铜之间的金属一般用热还原法，常用的还原剂有C、CO、H2、Al等。

(3)表中铝以前的金属一般用电解其熔融化合物的方法。

(4)某些金属如Cu，可用湿法冶金，即CuSO4＋Fe===Cu＋FeSO4。

题组二铝热反应及其应用
3.[2014·山东高考]用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有________。

a．KCl B．KClO3
c．MnO2D．Mg
取少量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bd 不能Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋(或只写Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋)
解析铝热反应需要加热，故选bd，提供铝热反应所需的热量；铝热反应得到大量的Fe，将固体混合物溶于足量的稀硫酸，Fe将Fe3＋还原为Fe2＋，故滴加KSCN溶液无明显变化，不能证明固体混合物中无Fe2O3。

4．粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。

进行如下实验：
①取适量A 进行铝热反应，产物中有单质B 生成；
②另取20 g A 全部溶于0.15 L 6.0 mol·L －1盐酸中，得溶液C ；
③将①中得到的单质B 和溶液C 反应，放出1.12 L(标准状况)气体，同时生成溶液D ，还残留有固体物质B ；
④用KSCN 溶液检验时，溶液D 不变色。

请回答下列问题：
(1)①中引发铝热反应的实验操作是______________________，产物中的单质B 是________。

(2)②中所发生的反应的化学方程式是______________________。

(3)③中所发生的反应的离子方程式是______________________。

(4)若溶液D 的体积仍视为0.15 L ，则该溶液中c (Mg 2＋)为________，c (Fe 2＋)为________。

答案 (1)加少量KClO 3，插上镁条并将其点燃 Fe
(2)Fe 2O 3＋6HCl===2FeCl 3＋3H 2O ；MgO ＋2HCl===MgCl 2＋H 2O
(3)Fe ＋2H ＋===Fe 2＋＋H 2↑；Fe ＋2Fe 3＋===3Fe 2＋
(4)0.67 mol·L －1 2.3 mol·L －1
解析 (4)假设步骤②用去的20 g 固体中，MgO 和Fe 2O 3的物质的量均为x ，则有40 g·mol －1·x ＋160 g·mol －1·x ＝20 g 。

解得x ＝0.1 mol 。

根据MgO ～MgCl 2的关系，溶液中MgCl 2的浓度为0.1 mol÷0.15 L≈0.67 mol·L －1。

步骤④说明溶液中没有Fe 3＋，也就是溶质为FeCl 2和MgCl 2。

根据Cl －守恒，可知MgCl 2和FeCl 2
的总的物质的量等于0.15 L×6.0 mol·L －12
＝0.45 mol ，所以，FeCl 2的浓度为
0.45 mol －0.1 mol 0.15 L
≈2.3 mol·L －1。

★总结提升
有金属参加或生成的置换反应小结
(1)活泼金属与水或酸反应置换出H 2。

如：2Na ＋2H 2O===2NaOH ＋H 2↑，2Al ＋3H 2SO 4===Al 2(SO 4)3＋3H 2↑。

(2)铁与水蒸气反应置换出H 2：3Fe ＋4H 2O(g)=====高温
Fe 3O 4＋4H 2。

(3)水溶液中，金属活动性顺序表中排在前面的金属置换出排在后面的金属。

如：Cu ＋2AgNO 3===Cu(NO 3)2＋2Ag 。

(4)镁置换出碳：2Mg ＋CO 2=====点燃
2MgO ＋C 。

(5)铝热反应：Al 置换出难熔的金属Fe 、Cr 、Mn 等。

如：8Al ＋3Fe 3O 4=====高温
4Al 2O 3＋9Fe 。

(6)非水溶液中，非金属单质C 、H 2等可还原出Cu 、Fe 、W 等金属。

如：C ＋2CuO=====△
2Cu
＋CO 2↑，3H 2＋WO 3=====△
W ＋3H 2O 。

特色专题的归纳整合：金属的冶炼工艺流程
化学工艺题就是将工业生产过程以框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，近几年工艺流程题已成为新课改后的高考新亮点和主流题型。

其以工艺流程作为知识载体，考查元素化合物、化学反应原理、实验相关知识等，是典型的在陌生环境下考查熟悉内容的一种新题型。

[专题归纳]
一、中学阶段涉及的金属的常见流程
1．从铝土矿中冶炼铝的工艺流程
2．从海水中提取镁的工艺流程
海水――→浓缩浓溶液――→石灰乳过滤
Mg(OH)2――→HCl MgCl 2溶液
――→
蒸发、结晶
过滤MgCl 2·6H 2O ――→
HCl △MgCl 2――→电解
Mg
3．黄铜矿冶炼铜的工艺流程
4．废铁屑制绿矾的工艺流程
二、解题关键
解工艺流程题的关键是：一切反应或操作都是为了获得产品而服务，要善于从题目或问题中获取信息来帮助自己解题，平时在学习中要注意熟记一些基本的实验操作，如沉淀的洗涤、沉淀是否完全的检验方法、离子的沉淀试剂的选取，常见离子的检验方法，特别要注意
文字表达的规范、准确，只要善于归纳总结，进行积累就一定可以突破这个难关。

[典例] [2015·盐城调研]某工厂的废金属屑中主要成分为Cu、Fe和Al，此外还含有少量Al2O3和Fe2O3，为探索工业废料的再利用，某化学兴趣小组设计了如下实验流程，用该工厂的合金废料制取氯化铝、绿矾晶体(FeSO4·7H2O)和胆矾晶体。

请回答：
(1)写出步骤Ⅰ反应的离子方程式：________________________。

(2)试剂X是________。

溶液D是________。

(3)在步骤Ⅱ时，用如图装置制取CO2并通入溶液A中。

一段时间后，观察到烧杯中产生的白色沉淀会逐渐减少。

为避免固体C减少，可采取的改进措施是________________________________________。

(4)溶液E中加入KSCN溶液无明显现象，表明滤液中不存在Fe3＋，用离子方程式解释其可能的原因：_________________________________________________________。

(5)将固体F加入热的稀H2SO4，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO4溶液，写出反应的化学方程式：_________________________________________________________。

(6)工业上常用溶液E制得净水剂Na2FeO4，流程如下：
①测得溶液E中c(Fe2＋)为0.2 mol·L－1，若要处理1 m3溶液E，理论上需要消耗25%的H2O2溶液________kg。

②写出由Fe(OH)3制取Na2FeO4的离子方程式__________________________________________________________。

[答案] (1)2Al＋2H2O＋2OH－===2AlO－2＋3H2↑、
Al2O3＋2OH－===2AlO－2＋H2O
(2)稀硫酸NaHCO3溶液
(3)在a和b间加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，除去HCl
(4)2Fe 3＋＋Fe===3Fe 2＋、2Fe 3＋＋Cu===2Fe 2＋＋Cu 2＋
(5)2Cu ＋O 2＋2H 2SO 4=====△
2CuSO 4＋2H 2O
(6)①13.6 ②2Fe(OH)3＋3ClO －＋4OH －===2FeO 2－4＋3Cl －＋5H 2O
[解析] (1)废金属屑中含有Cu 、Fe 、Al 、Al 2O 3，Fe 2O 3，当加入过量NaOH 溶液时只有Al 、Al 2O 3可以发生反应，所以步骤Ⅰ反应的离子方程式是2Al ＋2H 2O ＋2OH －===2AlO －2＋3H 2↑、Al 2O 3＋2OH －===2AlO －2＋H 2O 。

(2)过滤后得到的固体B 中含有Cu 、Fe 、Fe 2O 3，向其中加入过量的稀硫酸，发生反应：Fe 2O 3＋3H 2SO 4===Fe 2(SO 4)3＋3H 2O 、Fe 2(SO 4)3＋Fe===3FeSO 4、Fe 2(SO 4)3＋Cu===2FeSO 4＋CuSO 4、Fe ＋ H 2SO 4===FeSO 4＋H 2↑；试剂X 是稀H 2SO 4；过滤得到的滤液E 中含有FeSO 4、CuSO 4(少量)；固体F 中含有Cu ，用热的浓硫酸溶解得到CuSO 4溶液，也可以向固体F 中加入热的稀H 2SO 4，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO 4溶液。

溶液A 中含有NaOH 、NaAlO 2，向其中通入过量CO 2，发生反应产生Al(OH)3沉淀和可溶性物质NaHCO 3，溶液D 是NaHCO 3溶液，固体C 是Al(OH)3沉淀，用盐酸溶解得到AlCl 3，然后在HCl 的气氛中加热蒸干得到无水AlCl 3。

(3)在步骤Ⅱ时，用题图装置制取CO 2并通入溶液A 中。

一段时间后，观察到烧杯中产生的白色沉淀会逐渐减少，这是由于浓盐酸有挥发性，在制取的CO 2气体中含有杂质HCl 。

可采取的改进措施是在a 和b 间加一个盛有饱和NaHCO 3溶液的洗气瓶，除去HCl 。

(4)溶液E 中加入KSCN 溶液无明显现象，表明滤液中不存在Fe 3＋，是因为Fe 3＋有氧化性，发生了反应2Fe 3＋＋Fe===3Fe 2＋、2Fe 3＋＋Cu===2Fe 2＋＋Cu 2＋，Fe 3＋转化为Fe 2＋。

(5)将固体F 加入热的稀H 2SO 4，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO 4溶液，反应的离
子方程式是2Cu ＋O 2＋2H 2SO 4=====△
2CuSO 4＋2H 2O 。

(6)①Fe 2＋与H 2O 2反应的离子方程式是2Fe 2＋＋H 2O 2＋2H ＋===2Fe 3＋＋2H 2O ，由于n (Fe 2＋)＝0.2 mol·L －1×1×103 L ＝200 mol ，根据方程式可知需要H 2O 2的物质的量为100 mol ，所以理论上需要消耗的H 2O 2溶液的质量为(100 mol×34 g/mol)÷25%＝13600 g ＝13.6 kg ；②根据图示可知由Fe(OH)3 制取Na 2FeO 4的离子方程式是2Fe(OH)3＋3ClO －＋4OH －===2FeO 2－4＋3Cl －＋5H 2O 。

[考题集训]
[2015·江西联考]锰及其化合物在现代工业、国防建设中有着无可取代的位置。

(1)高锰钢指含锰量在10%以上的合金钢，可以制造钢盔、坦克钢甲、穿甲弹的弹头等。

工业炼钢的设备名称是________，生铁炼钢过程中加入氧化剂的目的是________，实际生产过程中用纯氧而不用空气的原因是______________________________________________。

(2)由粗MnO 2矿石(含有较多的MnO 、MnCO 3)获得高纯度MnO 2的生产流程如下图所示。

①为提高酸浸效率，可采取的措施有(答出一条即可)___________ ______________________________________，酸浸过程中溶解的主要物质是__________________________________________________。

②滤液a中加入NaClO3溶液反应的离子方程式为_________________________________________________________。

③该流程中可以循环利用的物质是H2SO4和________。

④若粗MnO2矿石的质量为1.269 t，在酸浸时收集到22.4 m3 CO2(标准状况下)，从滤液a中获得0.435 t MnO2，则粗MnO2矿石中MnO2的质量分数约为________(结果保留一位小数，假设整个过程中锰元素无损失)。

(3)工业上可用惰性材料作电极，通过电解酸性MnSO4溶液的方法制取MnO2，请写出电解时生成MnO2的电极反应式_________________________________________________________。

答案(1)炼钢转炉将过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去促使反应更加剧烈，并获得更多的热量
(2)①将矿石粉碎(或搅拌、加热等) MnO和MnCO3
②5Mn2＋＋2ClO－3＋4H2O===8H＋＋5MnO2＋Cl2↑
③NaClO3④68.6%
(3)Mn2＋－2e－＋2H2O===4H＋＋MnO2
解析(1)工业炼钢的设备是炼钢转炉，加入纯氧作氧化剂的目的是将过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去；工业炼钢需要高温，用纯氧促使反应更加剧烈，并获得更多的热量。

(2)①将矿石粉碎、搅拌、适当加热、适当增大稀硫酸浓度均可提高酸浸效率。

由流程图知加入稀硫酸后MnO2没有反应，MnO和MnCO3均与稀硫酸发生了反应。

②由流程图可先写出Mn2＋＋ClO－3―→MnO2＋Cl2，依得失电子守恒配平得5Mn2＋＋2ClO－3―→5MnO2＋Cl2，再结合电荷守恒和质量守恒知还应有H2O参加反应，同时生成H＋。

③由流程图可以看出，可以循环利用的物质是H2SO4和NaClO3。

④22.4 m3 CO2的物质的量为1000 mol，则MnCO3的物质的量也为1000 mol，质量为0.115 t；由MnCO3转化得到的MnO2也是1000 mol，质量为0.087 t，由MnO转化得到的MnO2的质量为0.435 t－0.087 t＝0.348 t，物质的量为4000 mol，则矿石中MnO的质量为0.284 t。

故粗MnO2矿石中MnO2的质量为1.269 t－0.284 t－0.115 t ＝0.87 t，质量分数为68.6%。

(3)Mn2＋在阳极上失去电子生成MnO2：Mn2＋－2e－―→MnO2，再根据介质呈酸性及质量守恒定律可写出：Mn2＋－2e－＋2H2O===4H＋＋MnO2。

1.[高考集萃]判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

(1)[2014·广东高考]制饭勺、饭盒、高压锅等的不锈钢是合金。

( )
(2)[2013·安徽高考]工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠。

( )
(3)[2012·重庆高考]钢铁厂用热还原法冶炼铁的生产过程中不涉及化学变化。

( )
(4)[2009·山东高考]合金材料中可能含有非金属元素。

( )。