第15讲　镁、铝、铜及其化合物　金属冶炼

主备人：李景才    审核人：陈会玲    审批人：       使用时间：2021年7月

复习目标　

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性顺序。3.了解合金的概念及金属材料的重要应用。

考点一　镁、铝及其重要化合物

【知识梳理】

一、镁、铝单质的性质

1．镁铝的物理性质

2．对比掌握镁、铝的化学性质

3.镁、铝的冶炼

Mg：____________________________________；     Al：____________________________________。

4..明矾

(1)化学式为________________，它是无色晶体，可溶于水。

(2)明矾净水的原理

电离方程式为KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO，其中Al3＋发生水解反应，产生______________________，能吸附水中悬浮物形成沉淀，使水澄清。

三、可溶性铝盐与NaOH溶液反应的图像分析

【易错易混】

(1)MgO与Al粉的混合物也可称为铝热剂(      )

 (2)工业上制造镁粉时，可将镁蒸气在N2中冷却(       )

 (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(      )

 (4)明矾可作净水剂，起到杀菌消毒的作用(     )

 (5)[Al(OH)4]－、HCO在水溶液中因发生双水解反应而不能大量共存(      )

1．写出铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式，分析反应的本质，指出该反应的氧化剂和还原剂，并用双线桥法标出该反应电子转移的方向与数目。

 【题组训练】

1．下列关于金属镁、铝的说法中正确的是(　　)

A．铝在地壳中的储量非常丰富，在古代常用来制造兵器

B．大量镁条燃烧引起的火灾不能用干冰灭火器灭火

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．依据铝热反应原理，能发生反应2Al＋3MgO3Mg＋Al2O3

2．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

3．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

4．[H＋、Al3＋、NH、Al(OH)3竞争OH－能力顺序]向HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl溶液中(假设各1 mol)，逐滴加入NaOH溶液，沉淀的物质的量随NaOH溶液体积变化的图像如图。(假设Mg2＋、Al3＋结合OH－能力相同)

分析图像的变化情况，回答下列问题：

(1)H＋、Al3＋、Al(OH)3、NH四种微粒与OH－反应的先后顺序依次为__________________。

(2)依次写出各阶段的离子方程式：

①OA：__________________________________  ②AB：_______________________________ _

③BC：__________________________________  ④CD：________________________________

考点二　铜及其化合物

【知识梳理】

1．铜及其化合物

(1)物理性质  (2)化学性质（物质的转化）

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：

铜绿的生成原理：__________________________________________________________

（3）．氧化亚铜与氧化铜

(4)铜盐溶液有毒，主要是因为Cu2＋作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此可将胆矾、熟石灰、水配成波尔多液，用来杀灭植物的病毒。

【易错易混辨析】

(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(     )

【题组训练】

1．(2020·全国卷Ⅲ，7)宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石颜料[主要成分为Cu(OH)2·CuCO3]，青色来自蓝铜矿颜料[主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3]。下列说法错误的是(　　)

A．保存《千里江山图》需控制温度和湿度   B．孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化

C．孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱           D．Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3

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

 3．(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____________________________________________________________。

第16讲  镁、铝、铜及其化合物　金属冶炼   课时训练

【高考真题】

 1．(2020·全国卷Ⅱ，7)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”发生了置换反应

2．(2020·江苏，3)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

 3．(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)Na[Al(OH)4](aq)Al(OH)3(s)(2018·江苏，9B)

 4．[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，9]以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下：

已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是(　　)

A．浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O

B．浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行

C．流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl

D．分离Mg2＋与Al3＋、Fe3＋是利用了它们氢氧化物Ksp的不同

 5．[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_____________________________________。

【课时作业】

一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。

 1．(2020·济南质检)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

 2．(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

3．(2020·石家庄二中模拟)铜在自然界多以化合态的形式存在于矿石中，常见的铜矿有：黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿(Cu2S)、孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]。下列说法不正确的是(　　)

A．可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿   B．硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂

C．工业上常采用电解法制取粗铜     D．在上述几种含铜化合物中，铜的质量分数最高的是Cu2S

4．(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，产生砖红色沉淀

5．已知MgO、MgCl2的熔点分别为2 800 ℃、604 ℃，将MgO、MgCl2加热熔融后通电电解，都可得到金属镁。海水中含有MgCl2，工业上从海水中提取镁正确的方法是(　　)

A．海水Mg (OH)2Mg

B．海水MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)Mg

C．海水Mg(OH)2MgOMg

D．海水Mg(OH)2MgCl2溶液―→MgCl2(熔融 )Mg

 二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。

6．(2020·渭南模拟)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0.2 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

7．(2019·洛阳第一次统考)镓(Ga)与铝同主族，曾被称为“类铝”，其氧化物和氢氧化物均为两性化合物。工业制备镓的流程如下图所示：

下列判断不合理的是(　　)

A．Al、Ga均处于第ⅢA族                     B．Ga2O3可与盐酸反应生成GaCl3

C．Ga(OH)3可与NaOH反应生成Na[Ga(OH)4]     D．酸性：Al(OH)3>Ga(OH)3

8．(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

 三、非选择题

9．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)。

 10．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＋3H2O===Na[Al(OH)4]＋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)。

第15讲    微专题

微专题一   金属材料与金属矿物的开发利用

1．合金的概念及性能

2．常见的金属材料

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

例如下列金属的冶炼(用化学方程式表示)

4．铝热反应实验中的有关问题

【易错易混判断】

(1)金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性(   )

(2)合金材料中不可能含有非金属元素(   )

(3)合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属(   )

(4)电解氯化镁溶液制取金属镁(    )

(5)工业上电解熔融的AlCl3制取Al(   )

 【题组训练】

 1．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

 2．(2020·山西省长子县模拟)《天工开物》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，数人执持柳木棍排立墙上……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

 3．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

 4．(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[Al(OH)4]－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

5．(2020·枣庄重点高中联考)《我在故宫修文物》这部纪录片里关于古代青铜器的修复引起某研究小组的兴趣。“修旧如旧”是文物保护的主旨。

(1)查阅高中教材得知铜锈为Cu2(OH)2CO3，俗称铜绿，可溶于酸。铜绿在一定程度上可以提升青铜器的艺术价值。推测参与形成铜绿的物质有Cu和________。

(2)继续查阅中国知网，了解到铜锈的成分非常复杂，主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl。考古学家将铜锈分为无害锈和有害锈，结构如图所示：

Cu2(OH)3Cl属于______(填“无害”或“有害”)锈，请解释原因：__________________。

(3)文献显示有害锈的形成过程中会产生CuCl(白色不溶于水的固体)，请结合下图回答：

①过程Ⅰ的正极反应物是__________。

②过程Ⅰ负极的电极反应式是________________________________________________。

(4)青铜器的修复有以下三种方法：

Ⅰ.柠檬酸浸法：将腐蚀文物直接放在2%～3%柠檬酸溶液中浸泡除锈。

Ⅱ.碳酸钠法：将腐蚀文物置于含Na2CO3的缓冲溶液中浸泡，使CuCl转化为难溶的Cu2(OH)2CO3。

Ⅲ.BTA保护法：如图所示：

①写出碳酸钠法的离子方程式：_______________________________________________。

②三种方法中，BTA保护法应用最为普遍，分析其可能的优点有________(填字母)。

a．替换出锈层中的Cl－，能够高效除去有害锈

b．形成高聚物透明膜，改变了铜锈的成分，不能做到“修旧如旧”

c．和酸浸法相比，不破坏无害锈，可以保护青铜器的艺术价值，做到“修旧如旧”

微专题二   有关镁、铝及其化合物的化工流程题

1．从海水中提取镁的流程

(1)流程

(2)主要化学反应

①制石灰乳：

CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2；

②沉淀Mg2＋：Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋Ca2＋；

③制备MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O；

④电解MgCl2：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。

2．工业炼铝的流程

铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界主要以化合态的形式存在于氧化铝中。铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，冶炼金属铝很重要的一个过程是Al2O3的提纯。由于Al2O3是两性氧化物，而杂质SiO2是酸性氧化物，Fe2O3是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯氧化铝的方案。

方案一：碱溶法

讨论回答下列问题：

(1)写出①③两步骤中可能发生反应的离子方程式。

答案　①Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－，SiO2＋2OH－===SiO＋H2O。

③[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO，SiO＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO。

(2)步骤③中不用盐酸(或H2SO4)酸化的理由是____________________________________。

答案　因为[Al(OH)4]－与酸反应生成的Al(OH)3具有两性，可溶于强酸，不易控制酸的量；CO2廉价而且生成的副产物NaHCO3用途广泛，经济效益好

(3)步骤④中得到较纯的Al2O3，可能含有____________杂质，在电解时它不会影响铝的纯度的原因：____________________________________________________________________。

答案　SiO2　由于SiO2的熔点很高，在加热到1 000 ℃ 左右时不会熔化，因而不影响铝的纯度

方案二：酸溶法

讨论回答下列问题：

(1)写出①②中可能发生反应的离子方程式。

答案　①Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O。

②Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。

(2)步骤②中不用氨水沉淀Fe3＋的原因：_____________________________________________________。

答案　Al(OH)3只能溶于强碱，不能溶于氨水，若用氨水则不能将Fe(OH)3和Al(OH)3分离

1．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

 3．利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备铝鞣剂[主要成分为Al(OH)2Cl]的一种工艺如下：

(1)气体A能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。铝灰在90 ℃时水解生成A的化学方程式为______________________________________________________________________________，“水解”采用90 ℃而不在室温下进行的原因是_____________________________________。

(2)“酸溶”时，Al2O3发生反应的离子方程式为____________________________________。

(3)“氧化”时，发生反应的离子方程式为__________________________________________。

(4)“废渣”的成分为____________(填化学式)。

(5)采用喷雾干燥而不用蒸发的原因是_________________________ _________ ________。