湖北第二师范学院高中化学教学案例专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼

1、专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼【高考帮化学】专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼考情精解读A考点帮知识全通关目录CONTENTS考纲要求命题规律命题分析预测考点1镁及其化合物考点2铝及其化合物考点3铁及其重要化合物考点4铜及其重要化合物考点5金属材料与金属矿物的开发利用合金知识体系构建方法1“铝三角”转化关系及其应用方法2 Al(OH)3的图像和计算方法3“铁三角”及其应用方法4 Fe2+、Fe3+的检验方法5 铜及其化合物的性质微课4 从铝土矿中提取Al2O3的流程微课5 无机化学工艺流程题的解题流程B方法帮素养大提升C考法帮考向全扫描考向1 以工艺流程为载体考查铁盐的水解考向2 迁移“氢气还原氧

2、化铜”实验装置模型考查金属元素的性质考情精解读考纲要求命题规律命题分析预测知识体系构建1.了解常见金属的活动顺序。2.了解常见金属及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及其应用。3.了解合金的概念及其重要应用。4.以上各部分知识的综合应用考纲要求命题规律核心考点考题取样考向必究镁、铝及其化合物2017海南,T6C铁及其化合物2017全国卷,T26分析含Mg、Fe、Al等金属氧化物的水泥中Ca含量,考查铁盐的水解(考向1)2017全国卷,T26绿矾的性质探究(考向2)2016全国卷,T28实验探究Fe2+、Fe3+的性质(方法3)铜及其化合物2017浙江4月选考,T27有关铜及其化合物的推断(

3、方法5)金属元素及其化合物性质的综合考查与金属化合物的制备2017全国卷,T27用含Si、Al等杂质的铬铁矿制备重铬酸钾(微课5)2017海南,T17用含Mg、Fe、Ca、Al等金属氧化物的硼镁泥制备硫酸镁晶体(微课5)2015新课标全国卷 , T10有关Mg、Al、Fe、Cu的性质实验考查(微课5)考情分析本专题是历年高考的考查重点,常在选择题中重点考查常见金属元素的基本反应、离子检验及用途,非选择题中常借助工艺流程的形式,以除杂或提纯等相关问题为主线综合考查金属元素化合物的性质。高频考点及可能题型:金属离子如Fe3+、Fe2+、Al3+、Cu2+等的检验(选择或非选择题,215分)、金属及

4、其化合物的化学方程式的书写或正误判断(非选择题或选择题,215分)、金属化合物性质的实验探究(实验题,15分)、用含多种金属元素的矿物制备某种金属化合物(工艺流程题,15分)、有关金属及其化合物的计算(非选择题或选择题,26分)、直接考查氢氧化铝的两性或借助 Cr(OH)3、Zn(OH)2、Co(OH)2等两性氢氧化物的性质考查氢氧化铝的两性命题分析预测(非选择题,26分),涉及本专题的实验探究题较好地考查了考生的知识迁移和应用能力,以及“证据推理与模型认知”学科素养。命题预测预计2019年会继续在选择题中或非选择题中加强对常见金属元素的考查,以工艺流程的形式考查考生对陌生金属元素的认知能力,

5、考生应该在熟练掌握常见金属元素性质及应用的基础上,强化对陌生金属元素(如第四周期的Ti、V、Cr、Mn、Co 、Ni、Ga等)知识的迁移能力命题分析预测知识体系构建A考点帮知识全通关考点1镁及其化合物考点2铝及其化合物考点3铁及其重要化合物考点4铜及其重要化合物考点5金属材料与金属矿物的开发利用合金考点1镁及其化合物1.镁的物理性质银白色固体,密度较小、质软、有延展性,是电和热的良导体。2.镁及其重要化合物的化学性质物质主要性质反应方程式镁与非金属单质反应2Mg+O2 2MgO(发出耀眼白光)3Mg+N2 Mg3N2与CO2反应2Mg+CO2 2MgO+C(燃烧,生成白色粉末和黑色固体)与非氧

6、化性强酸反应Mg+2H+ Mg2+H2与沸水反应Mg+2H2O Mg(OH)2+H2物质主要性质反应方程式氧化镁碱性氧化物MgO+2H+ Mg2+H2O氢氧化镁中强碱Mg(OH)2+2H+ Mg2+2H2O难溶于水Mg2+2OH- Mg(OH)2溶解度小于碳酸镁的MgCO3+H2O Mg(OH)2+CO2氮化镁与水发生水解反应Mg3N2+6H2O 3Mg(OH)2+2NH3续表化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼拓展延伸1.Mg着火后,不可用CO2及水灭火,应用沙土灭火。2.MgO的熔点高,常用作耐火材料。3.Mg(OH)2为难溶于水的白色沉淀,常用NaOH溶液检验Mg2+的存在。4.Mg(OH

7、)2的溶解度比MgCO3的小,故水垢的主要成分中含有的是 Mg(OH)2,而非MgCO3。化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼考点2铝及其化合物（重点） 1.铝(1)物理性质较软的银白色金属,熔点为660.4 ,沸点为2 467 ,密度为 2.70 gcm-3,延展性好,是电和热的良导体。(2)化学性质铝原子最外层有 3个电子,化学反应中易失去电子而表现出较强的还原性。与非金属单质反应4Al+3O2 2Al2O32Al+3Cl2 2AlCl32Al+3S Al2S3(水溶液中不能存在)铝与非氧化性强酸反应2Al+6H+ 2Al3+3H2 注意 1.镁、铝在空气中容易被氧气氧化,表面形成一层氧化膜

8、,该氧化膜比较致密,可以保护镁、铝,防止其进一步被氧化,所以镁、铝虽然很活泼,但不需要特殊保存。2.在进行镁、铝有关的实验时,要首先用砂纸打磨镁、铝表面以除去金属氧化物。3.铝在纯氧中或铝粉在空气中可以燃烧。将打磨过的铝片置于空气中加热,会看到铝片熔化,但并未滴落,是因为铝片表面快速生成的氧化铝熔点很高。4.铝、铁遇到冷的浓硝酸、浓硫酸表面也可形成一层致密的氧化膜(即钝化),可防止铝、铁进一步与酸反应。化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼注意 铝与强碱溶液的反应中,水作氧化剂(NaOH不是氧化剂):铝热反应实验中的有关问题实验装

9、置实验现象镁带剧烈燃烧,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反应;纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼实验结论高温下,铝与氧化铁发生反应,放出大量的热:Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3原理应用制取熔点较高、活动性弱于Al的金属,如铁、铬、锰、钨等,3MnO2+4Al 3Mn+2Al2O3;金属焊接,如野外焊接钢轨等续表化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼2.氧化铝和氢氧化铝两性氧化物:既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水的氧化物。两性氢氧化物:既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物。名称氧化铝氢氧化铝

10、化学式Al2O3Al(OH)3类别两性氧化物两性氢氧化物物理性质高熔点,高沸点,高硬度,不溶于水的白色固体不溶于水的白色胶状固体,具有吸附性化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼续表名称氧化铝氢氧化铝化学性质用途炼铝原料、制作耐火材料可用作吸附剂、媒染剂和净水剂;治疗胃酸;可作为制造瓷釉、耐火材料、防水织物的原料化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼3.一种重要的复盐明矾化学式KAl(SO4)212H2O(水溶液pHCl2C.Fe2+与SCN-不能形成红色物质D.Fe2+被氧化为Fe3+化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼4.B溶液中的

11、Fe2+与加入的新制氯水发生反应:2Fe2+Cl2 2Fe3+ +2Cl-,氧化性:Fe3+Cl2。能使含Fe3+的溶液变为红色,说明原溶液中一定含有SCN-。因原溶液中加入含Fe2+的溶液后,无明显变化,说明Fe2+与SCN-不能形成红色物质。方法5 铜及其化合物的性质方法解读： 1.含铜物质之间的转化关系 2Cu+O2+H2O+CO2 Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜) 4CuO 2Cu2O+O2 (黑色) (红色) CuSO45H2O CuSO4+5H2O(蓝色) (白色)注意 难溶性金属氢氧化物、碳酸盐,受热一般易分解;易溶性金属氢氧化物、碳酸盐,受热一般难分解。如Cu(OH)2属于

12、难溶性金属氢氧化物,受热易分解。化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼2.铜的冶炼(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+4O2 Cu2S+3SO2+2FeO(炉渣)2Cu2S+3O2 2Cu2O+2SO22Cu2O+Cu2S 6Cu+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,电解即可得精铜。化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼化学专题六镁、铝、铁、

13、铜金属的冶炼示例6 Cu2S是火法炼铜的一种重要原料,下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO45H2O的流程图:Cu2S Cu Cu2O、CuO A B 胆矾(1)Cu2S中铜元素的化合价为,火法炼铜的反应原理是 (用化学方程式表示)。(2)Cu2O、CuO加入足量稀硫酸得到的体系A中溶液呈蓝色,且有红色物质生成,写出生成红色物质的离子方程式。(3)若使A中单质反应,加入的试剂最好是。A.适量的NaNO3B.适量的HNO3C.适量的H2O2(4)若B溶液的体积为0.2 L,电解B溶液一段时间后溶液的pH由2变为1(体积变化忽略不计),此时电解过程中转移电子的物质的量是。化学专题六镁、铝、铁、铜金

14、属的冶炼化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼微课4 从铝土矿中提取Al2O3的流程微点解读从铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取Al2O3的两大工艺流程:化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼示例7 2013大纲全国卷,29,15分铝是一种应用广泛的金属,工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下:以萤石(CaF2)和纯碱为原料制备冰晶石的流程如下:化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼回答下列问题:(1)写出反应1的化学方程式 。(2)

15、滤液中加入CaO生成的沉淀是,反应2的离子方程式为。(3)E可作为建筑材料,化合物C是,写出由D制备冰晶石的化学方程式 。(4)电解制铝的化学方程式是,以石墨为电极,阳极产生的混合气体的成分是 。化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼微课5 无机化学工艺流程题的解题流程微点解读化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来,并根据生产流程中有关的化学知识步步设问,是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础,与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合,考查物质的制备、检验、分离或提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用,要求考生依据流程图分析原理,紧扣信息、

16、抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性,是近几年高考化学试题的常考题型。1.以物质制备为目的的化学工艺流程(1)原料处理阶段的常见考查点加快反应速率溶解:通常用酸溶,如硫酸、盐酸、浓硫酸等。灼烧、焙烧、煅烧:改变结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质高温下氧化、分解。(2)分离提纯阶段的常见考查点调pH除杂a.控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如要除去化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼去Al3+、Mn2+溶液中含有的Fe2+,先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调溶液的pH,将Fe3+转化为沉淀,过滤除去。b.用于调节溶液pH的物质一般应满足两点:一是能与H+

17、反应,使溶液pH增大;二是不引入新杂质。例如,若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3 等物质来调节溶液的pH。加热:加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物,则要注意对温度的控制。如侯氏制碱法中的NaHCO3;还有H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼降温:防止某物质在高温时溶解(或分解)或促进化学平衡向着题目要求的方向移动。(3)获得产品阶段的常见考查点洗涤(冰水或热水):洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损

18、耗;乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质,又可减少晶体溶解的损耗。蒸发时的气体氛围抑制水解:如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加热,以防其水解。蒸发浓缩、冷却结晶:如NaCl和K2Cr2O7混合溶液,若将混合溶液加热蒸发后再降温,则析出的固体主要是K2Cr2O7,这样就可分离出大部分的K2Cr2O7;化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼同样原理可除去KNO3中混有的少量NaCl。蒸发结晶、趁热过滤:如NaCl和K2Cr2O7混合溶液,若将混合溶液蒸发一段时间,析出的固体主要是NaCl,同样原理可除去NaCl中混有的少量KNO3。化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶

19、炼化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼示例8 2015新课标全国卷,27,14分硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:回答下列问题:(1)写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式。为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的措施有 (写出两条)。化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼(2)利用的磁性,可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是。(写化学式)(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是。然后再调节溶液的pH约为5,目

20、的是。(4)“粗硼酸”中的主要杂质是(填名称)。(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为。(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程。化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼思维导引化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼解析 (1)Mg2B2O5H2O与硫酸反应得到硼酸和硫酸镁: Mg2B2O5H2O+ 2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4。结合影响反应速率的因素,提高反应速率可以适当升高温度、减小铁硼矿粉粒径或适当提高硫酸的浓度等。(2)给出的物质中只有 Fe3O4 有磁性,二氧化硅不溶于

21、水,硫酸钙属于微溶物,所以“浸渣”中还有SiO2和CaSO4。(3)能与H2O2反应的是Fe2+,H2O2把Fe2+氧化成Fe3+。调节溶液pH约为5时,Fe3+和Al3+都形成沉淀,过滤除去。(4)“粗硼酸”中的杂质主要是硫酸镁。(5)NaBH4的电子式为Na+ 化学专题六镁、铝、铁、铜金属的冶炼(6)2H3BO3 B2O3+3H2O,结合铝热反应知识,可写出镁置换出B的化学方程式:B2O3+3Mg 2B+3MgO。答案(1)Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2)Fe3O4SiO2和CaSO4 (3)将Fe2+氧化成Fe3+使Fe3+与Al3+形成氢氧化物沉淀而除去 (4)(七水)硫酸镁 (5)Na+ (6)2H3BO3