2024届新高考一轮复习人教版 第三章 第3讲 金属材料 金属矿物的开发利用 学案

第3讲金属材料金属矿物的开发利用

知识逻辑学业质量要求.♦丸・素养目标

反映

J宏观辨识与

金属材料1.结合真实情境中的应用实例，了解金属材料的主要性质，了“二月微观探析

I*'

解这些物质在生产、生活中的应用

................//!证据推理与

金属矿物的

2.从微观的角度认识铝、镁的原子结构，理解其性质，从宏观模型认知i

开发利用

/•辨识铝、镁及其化合物的性质和应用，领悟结构决定性质

科学探究与

镁、铝及其化1/；3.通过铝、镁及其化合物的反应领悟可持续发展意识和绿色化创新意识

合物的性质卜

I学理念，培养归纳总结能力、分析问题能力、解决问题能力：\

科学态度与

社会责任

-------••必备知识•整合••-------

一、金属材料

1.合金

常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体

(1)概念: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。

⑵特性:合金具有不同于各成分金属的物理、化学或机械性能。

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.常见的金属材料

(1)金属材料。

黑色金属材料有色金属材料

除黑色金属以外的其他金属材料及其合

铁、铭、镜以及它们的合金

金

(2)黑色金属材料一一钢铁。

①钢是用量最大、用途最广的合金。

「低碳钢

根据含碳量

根据化学「碳素钢一中碳钢

钢----------不同

②成分匚合金钢一高碳钢

(3)有色金属材料一一铜和铝。

'性能:密度小、强度高、塑性好、易于

成型、制造工艺简单、成本低廉

①铝合金，

用途:主要用于建筑业、容器和包装业、

、交通运输业、电子行业等

②铜合金:腼是我国使用最早的合金,常见的还有黄铜和白铜。

［理解•辨析］

判断正误:正确的画“，错误的画“X”。

⑴不锈钢、硬铝都是合金，青铜是铜单质,不属于合金。()

⑵港珠澳大桥的建设使用了大量钢材,钢材是合金。()

(3)锄馍合金能大量吸收比形成金属氢化物,可作储氢材料。()

⑷金属冶炼的实质是金属离子失去电子被还原的过程。()

⑸所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应。()

解析：(1)青铜也是合金。

⑷化合价降低,金属离子得到电子被还原。

⑸活动性弱于A1的金属，其氧化物能发生铝热反应。

答案：⑴X(2)V(3)V⑷X(5)X

二、金属矿物的开发利用

L金属在自然界中的存在形式

金属化合物中的金属元素都显正价

金、柏等极少数金属

2.金属冶炼的一X般步骤

富集o冶炼o

[.:I:

除去杂质,提高矿利用氧化还原反应，提

纯

石中有用成分的用还原剂把矿石中金

属

含最的金属离子还原成

单质

3.金属冶炼的实质

金属冶炼的过程就是把金属从化合态还原为流宣态的过程,

即:M""+ne-^=Mo

4.金属冶炼的方法（用化学方程式表示）

（1）电解法。

Na:2NaCl（熔融）坐£2Na+Ckt；

Mg:MgS（熔融）MMg+Cl2f;

电解

Al:2Al2。3（熔融）TZF4A1+302to

⑵热还原法。

高炉炼铁:高2。3+3篁）现2Fe+3c（）2;

铝热反应制铭:2ABCr203«/\l203+2Cr;

焦炭还原铜：C+2CuO幽2C11+CO2t。

（3）热分解法。

Hg:2HgO22Hg+02t;

Ag:2Ag2024Ag+。2t。

金属活动性与冶炼方法的关系：

KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAgPtAu

F—电解法一+―热还原法一+热分+■其他不

解法方法

三、镁及其化合物

1.镁的位置

镁元素在元素周期表中位于第三周期第1IA族。镁在化学反应中,能

表现出较强的金属性，即失电子的能力强,是常用的还原剂。

2.镁的物理性质

具有银白色金属光泽的固体,密度、硬度均较小，熔点较低，有良好的

导电、传热和延展性。

3.镁的化学性质

镁与非金属的化合物

①与非金属

2+④与H*1—i—1②与CO2

2

Mg\H2----------------Mg----------------MgO、C

下g热水

Mg(OH)2.H2

①与非金属反应。

在色中燃烧：2M8a里继2；

与N2反应:3Mg+Nz史壁此国版;

与与反应:Mg+Ck箜MgCb。

②与CO?反应：2Mg+C02型2胆0+C。

镁着火时.，不能用干粉灭火器灭火

③与H,0反应:Mg+2H20UMg(0H)2+H2f。

④与H'反应:Mg+2H'M1++H2t。

4.镁的用途

制造信号弹和焰火;镁合金用于制造火箭、导弹和飞机的部件;氧化镁

用十制耐高温材料,冶金工业上用作还原剂和脱氧剂。

5.海水提镁

工艺流程:

盐酸酸

'化、浓缩

制石灰乳:化学方程式为CaCOs幽CaO+CO2t>Ca0+H20

_Ca(OH)2

沉淀：离子方程式为MiCa(OH)2—Mg(OH)」+面+

酸化:化学方程式为Mg(0H)2+2HCl—MgCl2+2H2O

基本步骤及主蒸发结晶:析出MgC12・6H2。

要反应L抑制MgCb水解

脱水:在氯化氢气流中使MgCL•6H2。脱水制得无水

氯化镁

电解：电解熔融氯化镁制得镁,化学方程式为

MgCk(熔融)蚂Ig+Cbt

［理解•辨析］

判断正误:正确的画“J”，错误的画“X”。

(DMg在空气中燃烧,产物只是MgOo()

⑵镁着火不可以用CO2灭火,钠着火也不可以用CO?灭火。()

⑶下列转化关系均可通过一步反应实现:MgfMgOfMg(0H)2fMgCk。

()

(4)1molMg与足量盐酸反应时，转移2N4个电子(设NA为阿伏加德罗

常数的值)。()

解析：(l)Mg除了与氧气反应还能与此、C02反应生成卜癌总、Co

(3)MgO不能与水反应生成Mg(0H)2o

答案：⑴X⑵J⑶X⑷J

四、铝及其化合物

1.铝的结构和存在

(+13)2^3

铝位丁一元素周期表第二周期第3族，原了结构示意图为,铝

是地壳中含量最多的金属元素。自然界中的铝全部以化合态的形式存

在。

2.金属铝的物理性质

怨自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。

3.金属铝的化学性质

L常温:生成致密的氧化膜

—点燃

L点燃：4A1+3C）2=^=2A12O3

氧化遇冷的浓硝酸或浓硫酸堆，

性酸加热产生NO2气体或SO2气体

A1-非氧化

二科也-2A1+6HC1^=2A1C13+3H2f

性酸（如盐酸）---------------------------

FC高温

FezCh2A1+Fe2（）3=AkO3+2Fe

她”2Al+2NaOH+2H2O^=2NaAlO2+3H2t

溶液

只能溶于强碱溶液（如NaOH溶液）,

不能溶于弱域溶液（如氨水）

4.铝热反应

实

u镁带：为铝热反应提供高温条件

验

氯酸钾:产生氧气,引发反应

蹲一氧化铁和铝粉的混合物

装

置

实

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

验

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

现

融物落入沙中

象

实

验高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热:立绚里

结姑e+Al。

论

原①制取熔点较高、活动性弱于A1的金属，如铁、铭、镐、鸨等,

理如3Mn024-4AlM3Mn+2AL03;

应②金属焊接,如野外焊接钢轨等

用

［理解•辨析］

判断正误:正确的面“，错误的画“X”。

⑴用用烟钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热，

熔化后的液态铝滴落下来,说明铝的熔点较低。()

(2)1molAl与足量的硫酸或足量的氢氧化钠溶液反应，转移电子数

相同。()

⑶铝与Fa()3发生铝热反应后，固体物质质量增加。()

(4)AkO3是两性氧化物,故可用作耐高温材料。()

(5)A1(OH)3具有弱碱性，可用于治疗胃酸过多。()

解析：(1)熔化后的液态铝不会滴落下来，因为铝的表面会生成一层氧

化膜,AI2O3熔点高。

⑶化学反应前后质量守恒，因此固体质量不变。

(4)AL。,可用作耐高温材料是因为熔点高。

答案：(1)X(2)V(3)X(4)X(5)V

五、铜及其化合物

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生成铜绿的化学方程式:2CU+02+C0,+H20_CU2(OH)2cos(绿色固体)。

②Cu和S反应的化学方程式:2CU+SACU2S。

③与浓硫酸共热的化学方程式:Cu+2H2s0,(浓)ACuSOMOzt+2上0。

④与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu+8H'+2NOg_3Cu2++2NOt+4H20o

⑤与浓硝酸反应的离子方程式:Cu+4H'+2N03——Cj+2N02t+2乩0。

⑥与FeCL溶液反应的离子方程式:Cu+2Fe”-2Fe2++Cu，

2.氧化铜和氧化亚铜

名称氧化铜氧化亚铜

颜色黑色砖红色

与酸反应

2+2+

CuO+2H\_:CU+H2OCU20+2H_CU+CU+H20

(10

与乩反应CU0+H^CU+H20CwO+HzaCu+HQ

转化关系4CUO*B2CU2O+O2t

3.氢氧化铜

(1)物理性质:遹色灌溶于水的固体。

(2)化学性质及应用。

4.铜盐

(1)Ci(OH)2cO3名称为碱式碳酸铜,是铜绿、孔雀石的主要成分。

△CU2(OH)2c。3与2CuO+

p7CO?t+H2O

Cll2(OAUHA)2cO3-----------------

稀硫酸一Cii2(OH)2co3+4H♦一2C『十

CO2f+3H2O

(2)CuS0i•5HQ俗称蓝矶、胆矶。

△①

可发生CuSO,•5H2。(蓝色晶体)膏CuSON白色粉末)+5比(),无水CuSOt

遇水变蓝色,可用于检验水的存在。

(3)铜盐溶液有毒，主要是因为C/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，因此可将胆矶、熟石灰、水配成波尔

多液，用来杀灭植物的病毒。

5.铜的冶炼

⑴湿法炼铜：Fe+CuSO1_FeSO1+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):

8

2CuFeS2+4O,-^-Cu2S+3SO2+2FeO(炉渣)

2g8+叫」20°Ue

2CU2O+CU2SJ^Z=6CU+S02t

⑶电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极,铜在阳极上失电子变为Cu2+,

用纯铜棒作阴极,Cj在阴极上得电子生成铜。

［理解•辨析］

判断正误:正确的画“J”，错误的画“X”。

(1)将气体通过无水硫酸铜,粉末变蓝,证明原气体中含有水蒸气。

()

(2)012(。中20)3是铜锈的主要成分,在干燥的空气中铜不易生锈。

()

⑶1molCu和足量热浓硫酸反应可生成N,个S03分子(设NA为阿伏加

德罗常数的值)。()

(4)将CuCb溶液在蒸发皿中加热蒸干，可制得无水CuCk固体。()

解析：（3）Cu和足量热浓硫酸反应生成S02,而不是S03o

（4）CuC12溶液在蒸发皿中加热蒸干时,C/'水解最终得到CU（0H）2。

答案：（1）J（2）V（3）X（4）X

TX知识建构

存在、原子结构、物理性质、存在、原子结构、物理性质、

金

合金金冶炼方法

属

黑色金属材料一属

材

铜「分类冶

料

炼

铜的氧化物铜及其化合物有色金属材料海水提镁

铜的氢氧化物铜的化合物

铜盐

•关键能力•提升••

考点一合金、金属矿物的开发利用

1.《天工开物》中记载了有关“五金”的内容：“……黄金美者，其值

去黑铁（生铁）一万六千倍，然使釜、鬻（xin,一种炊具）、斤（这里指菜

刀、镰刀、锄头等）、斧不呈效于日用之间……贸迁有无……”下列

解释正确的是（C）

A.明代使用的釜、鬻一类的炊具都属于青铜合金

B.添加了铭、银的不锈钢菜刀和农具使用后即使不保养,也不会生锈

C.金属的另一个用途就是铸成钱币作为贸易交往中的流通手段

D.黑铁在空气中发生的腐蚀主要是化学腐蚀

解析：明代使用的釜、鬻都属于铁合金,故A错误;不锈钢就是在普通

钢中添加倍、银等元素改变了钢铁内部结构，不锈钢不容易生锈,家里

用的农具是铁合金,如果没及时洗干净后晾干,铁能与氧气、水分同时

接触,容易发生电化学腐蚀而生锈，故B错误;金属可以用来铸成钱币

作为贸易交往中的流通手段，故C止确；生铁的腐蚀主要是电化学腐

蚀，故D错误。

2.国产大型客机C919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列

关于铝锂合金的认识不正确的是（D）

A.铝锂合金密度较小,强度较大,硬度大于纯铝，熔点低于锂单质

B.改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金

C.铝锂合金具有金属光泽，可导电、导热

D.铝锂合金的性质与各成分金属的性质完全相同

解析:合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度大于其成分金属，

故A正确;合金的性质与成分的含量有关,所以改变原料的配比，可以

制得性能不同的铝锂合金,故B正确;铝锂合金具有金属材料的一些

通性,有金属光泽,可导电、导热,故C正确;合金的熔点比它的各成分

金属的熔点低,硬度大于其成分金属,所以铝锂合金的性质与各成分

金属的性质不完全相同，故D错误。

考向二金属矿物的开发与利用

3.（2023•河北邢台月考）古代炼丹的五金通常是指金、银、铜、铁、

锡。下列说法错误的是（C）

A.用焦炭热还原SnOz可得到Sn

B.用乩还原F&Qs可得到Fe

C.Cu2S与过量共热的固体产物中只含Cu

D.Ag2O直接热分解可得到Ag

解析:根据金属活动性顺序可知，可以用热还原法冶炼Sn、Fe,因此可

以用焦炭热还原SnOz得到Sn,故A止确；也可以用还原1诂2。3得到Fe,

故B正确;铜能够与氧气反应,Cu2s与过量。2共热的产物中含有CuO

等，故C错误;银的活泼性较差,工业上将Ag。直接加热分解可得到Ag,

故D正确。

4.氧化铝是工业上电解制铝的原料,工业上用铝土矿（主要成分为

A1A,还含有Fe2O3>SiOz等）为原料制取氧化铝的流程如图所示，下列

说法错误的是（B）

A.滤渣可用于炼铁

B.实验室可在蒸发皿中加热分解氢氧化铝

C.步骤①②③中均不涉及氧化还原反应

D.实验室中进行过滤时，用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒

解析：铝土矿（主要成分为A1A,还含有Fe。,、Si。2等）中加入足量烧

碱,ALO：,、SiO?溶解得到偏铝酸钠和硅酸钠,加入氧化钙,得到硅酸钙

沉淀,滤液2中还含有NaOH和偏铝酸钠,通入足量的二氧化碳，偏铝酸

钠反应生成氢氧化铝沉淀,氢氧化铝高温灼烧得到氧化铝。流程中滤

渣主要成分为氧化铁,可用于炼铁,A项正确；固体加热要在用烟中进

行,B项错误;流程中第一步发生反应A12O；i+2NaOH_2NaA102+H,0>

SiO2+2NaOH_Na2Si03+H20,第二步发生反应CaO+Na2SiO3+H2O—CaSiO3

I+2NaOH,第三步是二氧化碳和氢氧化钠、偏铝酸钠的反应,都不涉及

氧化还原反应,C项正确。

考点二镁、铝、铜及其重要化合物

户典型例题

（2022•上海统测）科学探究可以培养学生良好的科学思维。某兴趣小

组进行了金属燃烧实验:

实

123

验

将另一片相同铝箔伸将一段镁条在

步将•片铝箔在空气中

入充满氧气的集气瓶空气中用酒精

骤用酒精灯加热

中，引燃灯加热

铝箔不燃烧,熔化后也

现铝箔剧烈燃烧，发出镁条剧烈燃烧，

不滴下，外面立即形成

象耀眼白光发出耀眼白光

一层薄膜

回答下列问题。

⑴进行实验1、2的目的是研究铝和氧气反应的剧烈程度是否与氧气

的有关。

⑵某同学分析实验2、3后就得出如下结论:不同金属的活动性是不

同的。其他同学认为这个结论不可靠,你认为他们的理由是。

（3）小组同学认为镁和铝的活动性可以通过与氧气反应的剧烈程度来

比较，你认为还可以通过的实验

来比较。

（4）在实验1中，有同学用细针去刺破液态铝外面的薄膜，观察到里面

的液态铝依然没有流出来。实验后，同学们查阅资料获知该薄膜是氧

化铝,其熔点明显高于酒精灯火焰的温度，由此推断,刺破薄膜后液态

铝会迅速和反应,又会形成致密氨化膜,所以液态铝不会流

出来。

人思路点拨

金属活动性不同

控制变量来

探分析实验目的

究

和酸反应的快慢不

解析：⑴实验1、2中氧气的浓度不同，故实验的目的是研究铝和氧气

反应的剧烈程度是否与氧气的浓度有关。（2）不能只用镁、铝金属做

实验,且选择的金属样本种类太少（或实验中存在氧气浓度和金属种

类两个变量没有控制）就得出此结论。（3）还可以用镁、铝和酸反应产

生气泡得快慢或者镁是否和可溶性铝盐反应来验证镁、铝的活动性。

（4）铝能迅速和氧气反应生成氧化铝膜,故液态铝不会流出。

答案：（1）浓度（或纯度、含量）

⑵只用镁、铝金属做实验,选择的金属样本种类太少（或实验中存在

氧气浓度和金属种类两个变量没有控制）（3）镁、铝与酸反应产生气

泡得快慢（或镁是否与可溶性铝盐反应等）（4）氧气

①变式发散

由以上3个实验可知,铝制品在空气中能稳定存在的原因是什么？

提示:铝能和氧气反应生成氧化铝膜，保护了内部的铝不会与氧气接

触。

♦针对训练

1.下列关于镁、铝的说法正确的是（D）

A.铝制品在空气中能稳定存在是因为铝不活泼

B.浓硝酸、浓硫酸能用铝制器皿盛装是因为铝与浓硝酸、浓硫酸不反

应

C.镁、铝均能与NaDH溶液反应

D.铝与Fez。,发生铝热反应是利用了A1的还原性比Fe的强

解析:铝是一种比较活泼的金属,铝在空气中与氧气反应,在其表面生

成一层致密的氧化物薄膜,这是铝在空气中能够稳定存在的原因，故A

错误;常温下，铝和浓硫酸、浓硝酸发生钝化,在铝表面生成一层致密

的氧化物薄膜而阻止进一步反应,而不是铝和浓硫酸、浓硝酸不反应，

故B错误;镁与NaOH溶液不反应,而A1能与NaOH溶液反应，故C错误;

铝可与1诂2。3发生铝热反应,2Al+Fe2O3±±2Fe+Al2O3,则A1的还原性比

Fe的强，故D正确。

2.某同学通过实验探究Mg、Al、Cu的性质，下列操作正确且能达到目

的的是（A）

A.镁条在空气中燃烧所得的固体物质是混合物

B.将水加入浓硫酸中得到稀硫酸,将铝条置于其中探究A1的活泼性

C.金属镁质地柔软,不适宜制作高强度的合金材料

D.常温下，将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCk的生成

解析:Mg在空气中燃烧生成MgO、Mg.N和C,所以镁条在空气中燃烧所

得的固体物质是混合物,故A正确;稀释浓硫酸时应将浓硫酸加入水

中并不断搅拌,故B错误;虽然Mg质地柔软，但密度小,常用来制作合

金材料,如镁铝合金,故C错误;观察CuCL的生成应该用红热的铜丝,

故D错误。

3.下列除去杂质的方法不正确的是(C•

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.Al(0H)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CO?后过滤

C.用过量氨水除去含F葭溶液中的少量Al3+

D.除去CO?中混有的少量CO:将气体通入灼热的氧化铜

解析:铝能与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气,镁与氢氧化钠

溶液不反应,故A正确;氢氧化铝与氢氧化纳溶液反应生成偏铝酸钠

和水,氢氧化镁与氢氧化钠溶液不反应,反应生成的偏铝酸钠溶液能

与二氧化碳反应生成氢氧化铝，故B正确;铁离子和铝离子与氨水反

应分别生成氢氧化铁沉淀和氢氧化铝沉淀，氢氧化铁沉淀和氢氧化铝

沉淀都不能与氨水反应，则用过量氨水不能除去含Fe"溶液中的少量

A1",故C错误;一氧化碳与氧化铜共热反应生成铜和二氧化碳,则将

混有少量一氧化碳的二氧化碳混合气体通入灼热的氧化铜能除去一

氧化碳，故D正确。

4.(2022•山西晋城二模)“铝渣”是铝工业的副产品，主要成分为Al、

AIR、LiF、CaOo利用“铝渣”制备Li2c的流程如图所示:

浓硫酸Na2cCh溶液水CO2

滤渣滤液A1(OH)3

Li3P稀溶液

系列-------I—

口2c。3二X热分解一除钙

操作X1-------------r-

Ca3(PO4)2

已知:LiHC03易溶于水;Li2c(卜在不同温度下的溶解度如下表。

温度/℃010205075100

溶解度/

(g/100g1.5931.4061.3291.1810.8660.740

H2O)

回答下列问题。

(1)“酸浸”过程不能在玻璃反应釜中进行，其主要原因是

(2)“沉淀”反应得到沉淀中，其成分有CaCQ，、o

(3)“转化”步骤的目的是—o

(4)“除钙”时温度不能太高，否则会影响IjCOs的产率，其原因

是_(用化学方程式表示)。

⑸从“热分解”后的溶液中获得LizCQ,晶体的操作是蒸发结

晶、、洗涤、干燥。

(6)利用表中数据计算100℃时Li2c的降近似值为o

⑺以LizCQ,为原料采用固相法可制备锂离子电池的正极材料LiMn2Ob

其制备过程:将血位和Li2c0,按•定物质的量之比配料，球磨后，高温

加热,反应过程会产生两种气体,则两种气体的物质的量之比为

(要求：密度大的气体与密度小的气体作比)O

解析：“铝渣”主要成分为Al、A1F：,、LiF、CaO,经浓硫酸酸浸后，氟

化物转化为HF气体逸此部分氧化钙转化为微溶的硫酸钙以滤渣形

式除去，得到的滤液中含铝离子、锂离子和少量钙离子，再加入碳酸钠

溶液后，会生成Ca。4、Li2c。3、Al(OH"沉淀，过滤后的滤液分离除去，

滤渣中再通入二氧化碳和水，使其中的碳酸盐转化为可溶于水的碳酸

氢盐,从而过滤除去Al(0H)3沉淀,再加入磷酸锂稀溶液使钙离子转化

为磷酸钙沉淀,达到“除钙”目的,碳酸氢锂溶液经过热分解和一系列

操作生成碳酸锂、二氧化碳和水。

(1)“酸浸”过程会产生HF,因为HF会腐蚀玻璃，所以不能在玻璃反

应釜中进行。

(2)依据上述分析可知，“沉淀”反应得到沉淀中有CaCO3、Li2c0八

Al(OH)3o

(3)沉淀过程有Cad%、Li2c0：,、Al(OH"生成，所以通入二氧化碳和水，

会使CaCO：,、Li2cO3分别转化为可溶于水的Ca(HC03)2、LiHCOs,再经过

滤可除去A1(OH)3沉淀。

(4)因为LiHCU的性质与NaHCU相似,可推知，若温度过高,LiHCO,受

热易分解,其化学方程式为2LiHC03±£Li2C03+C02t+乩0。

(5)根据Li2c(卜在不同温度下的溶解度数据可知，随着温度的升

高,Li2cQ,的溶解度不断减小,所以从“热分解”后的溶液中获得Li2CO3

晶体的操作是蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥。

(6)100℃时,Li2c(X的溶解度为0.740g/100g则溶质Li2cCb的

物质的量为4W二°・018。1，其浓度约为黑署二0」mol/L所以

74g,mol0.100L

24-3

Ksp=c(Li)•c(C0t)=4X10o

(7)MnO2和Li2cO3发生反应转化为LiMmOi过程中,Mn元素化合价降低,

根据氧化还原反应的规律可知，必有元素化合价升高,C元素和Li元

素化合价均已是最高价,所以推知必产生02,另一种气体应为C02,根

据氧化还原反应的配平原则可知，反应的化学方程式为8MnO2+2Li3CO3

=^4LiMnA+2C02t+021,又因为密度C02>02,则两种气体的物质的量

之比为2：1。

答案：(1)生成的HF会腐蚀玻璃

⑵Li2c。3、Al(0H)3

(3)将CaC()3、LizCQ转化为易溶于水的碳酸氢盐,便于与Al(OHK分离

(4)2LiHC03回i2cCb+CO2t+1120

(5)趁热过滤

(6)4X103

(7)2：1

[归纳总结]含铝杂质的提纯方法归类

利用ALAl。、Al(0H)3可溶于强碱的特性，可除去许多物质中的含

铝杂质。如：

(l)Mg(Al):加足量NaOH溶液;

(2)Fe203(Al203):加足量NaOH溶液;

⑶Mg(OH)2[A1(OH)3]:加足量NaOH溶液；

(4)Mg"(AK):加过量NaOH溶液,过滤,再加酸充分溶解。

微专题6工艺流程中的热点金属

1.工艺流程题的结构

规律：“主线主产品，分支副产品，回头为循环”。

2.对原料预处理的常用方法

(1)研磨一一减小固体颗粒的体积，增大固体与液体或气体间的接触

面积,加快反应速率。

(2)水浸一一与水接触反应或溶解。

(3)酸浸一一与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液,不溶

物通过过滤除去。

(4)灼烧一一除去可燃性杂质或使原料初步转化,如从海带中提取碘

时灼烧就是为了除去可燃性杂质。

⑸煨烧一一改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧

化、分解。

3.解答工艺流程题的方法一一目标分析法

制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成,每一步操作都有其具

体的目标、任务。

重点要放在与题设有关操作的目

审题时

标、任务上

要从成本角度原料是否廉价易得)、

《析可环保角度展否符合绿色化学的要求)、

现实角度等方面考虑

要看框内,看框外，里外结合；边分析,边

考虑，易处着手;先局部，后全盘,逐步深

入。而且还要看清问题，不能答非所问

要求用理论回答的试题应采用“四段论法”：

4根据什4所以有什

♦晨论目募户陋

S*典型例题

(2022•四川成都摸底测试)硫酸锌是制造锌领白和锌盐的主要原料,

也可用作木材的防腐剂等。用氧化锌烟尘(主要成分为ZnO,还含有少

量PbO、CuO、Fe2O3,FeO等)生产ZnS0-7H20的流程如图所示:

过

量

稀

酸NaClO

杞

，|ZnO锌粉

化L

酸

锌

浸一带,7H2。

烟

—

尘

-T射

对滤渣2滤渣3

有关金属离子［c(M”)=0.1mol•Lf形成氢氧化物沉淀的pH范围如

下:

金属离子Fe3'Fe2'Zn2-Cu2+

开始沉淀的pH1.56.36.24.7

沉淀完全的pH2.88.38.26.7

(1)“酸浸”时用的稀酸是;滤渣1的主要成分是

(2)“氧化”时的离子方程式为；

加入ZnO除杂时溶液的pH控制范围是〜5.Oo

⑶滤渣3含有锌和;由滤液得到ZnSO.­7H20的操作

是_、

洗涤、干■燥。

⑷取14.35gZnSOi•7H2O加热至不同温度,剩余固体的质量如下表:

温度/℃100250680930

质量/g8.958.056.724.05

则680℃时剩余固体的化学式为(填字母)。

A.ZnOB.Zn30(SO,)2

C.ZnSO,D.ZnSOt-H20

人思路点拨

2-3

2Fe*+C10+2H*=2Fe*+Cr+H2O

4

稀被破

调节pH,沉淀Fe?二部分十

过量

NaClO

稀酸|ZnO锌射Zr^Cu"=Cu+Zn

申嗑-ZnS(h-7H3O

酸浸L化

上滤渣1滤渣2滤渣3•

/:*.•.'

PbSO4/*\ZnS()4溶液

将金属氧化物CU(OH)2>ci.Zn

转化为硫酸盐Fe(OH)3

解析：⑴因制备的是ZnS0「7H2。，“酸浸”时为不引入杂质，应用稀

硫酸；由于PbSOi不溶于稀硫酸,故滤渣1的主要成分是PbSO,o

⑵加入NaClO可将溶液中的F/氧化为Fe",故“氧化”时的离子方

程式为2F£+C10+2H__2Fe*+Cr+H2。；由表中数据可知,Fe*完全转化

为为(0H)3沉淀时的pH为2.8,故加入ZnO除杂时pH最小为2.8。

⑶由于Ci?•完全转化为Cu(0H)2沉淀时的pH为6.7,故加入ZnO调pH

除杂后溶液中还有Cu2+,当加入过量锌粉时发生置换反应Zn+Cu2+-

Zn2++Cu,则滤渣3含有过量的锌和生成的铜；由滤液得到ZnSO.•7HQ

的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。

(4)14.35gZnSO.•7H20的物质的量为0.05mol,根据Zn原子守恒

计算,若加热得到ZnSOt•H20,则剩余固体质量为8.95g,此时温度为

100℃;若加热得到ZnSOi,则剩余固体质量为8.05g,此时温度为

250°C;若加热得到ZnO,则剩余固体质量为4.05g,此时温度为

930℃;若加热得到Zn30(S0)2,则剩余固体质量为6.72g,此时温度

为680℃;故680℃时剩余固体的化学式为ZmO(SOD2。

答案：⑴稀硫酸(或H2s0,)PbSO.

243，

(2)2Fe+C10+2H_2Fe+Cr+H202.8(3)铜(或Cu)蒸发浓缩、

冷却结晶、过滤

(4)B

①变式发散

(1)“酸浸”时主要反应的化学方程式为—O

(2)滤渣2的主要成分是

答案：(l)ZnO+H2soi-ZnSOMbO

(2)Fe(01I)3>Cu(011)2

-针对训练

1.(2022•江苏阜宁中学期中)工业上由粗镒粉(主要杂质为Fe、Ni、

Pb等金属单质)制备高纯碳酸锦。其主要工艺流程如图：

下列有关说法不正确的是(B)

A.可以通过搅拌的方式提高“酸浸”时粗罐粉的单位时间内浸取率

B.向酸浸后的滤液中加入MnO„反应的离子方程式为Mn4++2Fe2+_

2Fe3++Mn2+

C.除铁时加入物质X的作用是调节溶液的pH,使Fe*转化为Fe（OH）3

沉淀而除去

D.取除铁后的滤液,加入几滴KSCN溶液，尢明显现象，证明Fe"已除尽

解析:提高“酸浸”时粗锦粉单位时间内浸取率,可以采取的措施有适

当升高温度、搅拌、适当升高硫酸浓度等，故A正确;在书写离子方程

式时,氧化物不能拆写成离子,正确的离子方程式为MnO2+2Fe"+4H-

Mr?+2F/+2Ho故B不正确；氧化过程中将Fe?+转化为Fe",加入X调

节pH,使F/以氢氧化铁形式沉淀除去，故C正确；向含Fe”容液中滴

加KSCN溶液,溶液变红，因此取除铁后的滤液,加入几滴KSCN溶液，

无明显现象，证明Fb已除尽，故D正确。

2.（2022•山东济宁二模）一种以银电极废料（含Ni以及少量Ab。,、

Fe2’（）3和不溶性杂质）为原料制备NiOOH的流程如图所示：

稀矶酸KC10溶液

银电极废料T酸浸H除杂H总化卜NiOOH

“酸浸”后溶液中的金属离子除Ni2+外还有少量的和Fe『等,下列

说法错误的是（B）

A.氧化性:Fe*>Ni2+

B.除杂过程仅为过滤操作

C.氧化过程中每生成1molNiOOH消耗2molOH

D.工业上也可电解碱性Ni（OH）2悬浊液制备NiOOH,加入一定量的KC1

有助于提高生产效率

解析：“酸浸”后溶液中的金属离子除Ni2^卜还有少量的A产和Fe"等,

则发生反应Ni+2Fe3+—2Fe2++Ni2；则氧化性Fe3+>Ni2+,A项正确；除杂

过程包括调节pH,将Al，'和Fe?'转化为沉淀,再过滤除去不溶性杂质，B

项错误;Ni在经过KC10的氧化，得到NiOOH,离子方程式为

2Ni2++C10+40H_2Ni001II+C「+112。，则氧化过程中每生成1mol

NiOOH消耗2molOH；C项正确；电解碱性Ni(OH)2悬浊液制备NiOOH,

阳极反应为Ni(OH)2-e+OH_NiOOH+H2O,若加入一定量的KC1,氯离

子在阳极上失电子变为氯气,氯气在碱性条件下生成CIO；CIO将

Ni(OH)2氧化为NiOOH,有助于提高生产效率,D项正确。

3.(2022•重庆巴蜀中学练习)工业上常采用堆浸一反萃取一电积法

从锌矿(主要成分为ZnS,含有FeS2>CuS、NiS、SiO?等杂质)中获得锌,

其流程如图所示：

H2O2NaOH适量Zn粉萃取剂

已知:①“堆浸”时金属硫化物均转化为硫酸盐;

②pH较高时,FeOOH为胶状沉淀；

③在我国，富矿少、贫矿多,矿物中锌的质量分数低于5%的矿属于贫

矿。

回答下列问题。

⑴“堆浸渣”的主要成分为「堆浸”时为了提高反应速率，

可以采取的措施为(填字母)o

A.将锌矿粉碎B.大幅度升温

C.延长堆浸时间D.将锌矿充分暴露

⑵流程中①和②的操作名称分别为、o

(3)“除铁”时,pH对不同金属离子沉淀率的影响如图所示,事实上Zn2\

Cu2\Ni"在pHW6时难以沉淀，但是有铁离子存在时,pH升高,Zn2\

Cu2\Ni"的沉淀率均升高，原因可能为—。

2.72.83.03.23.43.6

pH

(4)“置换铜”时用锌粉同时直接置换银的速率极小,可采用“睇盐净

化法”，即在酸性含Ni?♦溶液中同时加入锌粉和Sb203,得到合金NiSb,

该反应的离子方程式为

(5)反萃液的主要成分为ZnS0„可通过一系列反应制备对可见光敏感

的半导体催化剂ZnFe20lo其中在无氧条件下灼烧ZnFe2(C20,)3•6H20

获得产品ZnFe20i时需要借助电炉和下列仪器中(填字母)共

同完成。

abcde

(6)“电积”时得到的锌的质量分数为96.0机某企业利用上述流程

从1600吨锌矿中可获得此种锌的质量为80吨，已知上述流程的总损

耗率约为2%则该锌矿为(填“富矿”或“贫矿”)。

解析:锌矿(主要成分为ZnS,含有FeS?、CuS、NiS、SiO2等杂质)中加

入野外细菌堆浸,金属硫化物转化为硫酸盐,Si。?不反应,堆浸渣中含

有SiB等难溶物，堆浸液中含有硫酸锌、硫酸铜、硫酸银、硫酸亚铁

等物质。堆浸液中加入上。2是为了将Fe"转化为Fe3+,加入NaOH溶液

是为了将Fe"转化为FeOOH沉淀而除去,过滤出FeOOH沉淀,滤液中主

要含有Cu/Ni?.和Znt向其中加入适量的Zn粉,是将Ci?,置换出来

而除去,过滤出Cu后,滤液中主要含有Z/和Ni2+,有机相萃取剂萃取

Zn2+,分液得到含锌有机相,含锌有机相经过反萃取获得含有Z广的反

萃液,最后电积反萃液提取金属锌。

(1)由分析可知，“堆浸渣”的主要成分为SiOz。

A.将锌矿粉碎，增大接触面积,可以加快反应速率;B.大幅度升温,将

使细菌失去活性,反应速率减慢。延长堆浸时间,可以提高浸取率，

但不能加快反应速率;D.将锌矿充分暴露,酒大与的接触面积,可加

快反应速率；故选ADo

(3)“除铁”时ZiACu2\Hi?/在pHW6时难以沉淀而除去,但是有Fe*

存在时,pH升高,能够形成FeOOH胶体,其具有很强的吸附性,能吸附

Zn2\Cu2\NF,从而使它们的沉淀率均升高。

(4)在酸性含Ni"溶液中同时加入锌粉和Sb203,可得到合金NiSb,该反

应的离子方程式为5Zn+2Ni2++6H++Sb.O_2NiSb+5Zn2++3H20。

(5)灼烧时需要借助电炉，灼烧固体应该在母期中进行,故选eo

(6)锌矿中锌的质量分数为;x100%^4.90%<5%,则该锌矿为贫

1600X98为

矿。

答案：(l)SiO2AD

⑵过滤分液

⑶有F葭存在时,pH升高,能够形成FeOOH胶体,其具有很强的吸附性,

能吸附Zn'Cu2\Ni：从而使它们的沉淀率均升高

2+f2+

(4)5Zn+2Ni+6H+S3203__2NiSb+5Zn+3H20

⑸e

(6)贫矿

4.叠氮化钠(NaNj不溶于乙醛，微溶于乙醇,易溶于水,常用于汽车安

全防护袋的气源,汽车发生剧烈碰撞时,立即自动充气。实验室模拟尿

素法制备水合助(凡也•乩0)并利用其进一步反应制取NaW的流程如

图所示：

冰

水

冷

却

嬴初①结品，抽滤、洗涤

NaN3

-f②重结晶

硫酸由催化剂)NaOH与亚硝酸乙酯混合溶液

己知:①凡乩•H20易溶于水,具有强还原性,易被氧化成N2；

②一定条件下，碱性NaClO溶液与尿素溶液反应生成N2H4•ILOo

回答下列问题。

⑴吸收塔内发生反应的离子方程式为。

⑵写出反应器1中生成水合册反应的化学方程式:

⑶反应器2中加入无水乙醛的作用是o

(4)已知亚硝酸乙酯的结构简式为CH3CH20N0,反应器2中生成NaN,和

CH3CH20HO若生成39gNaN.则该反应中转移电子的物质的量

为o

⑸反应器1要控制NaClO溶液的用量,其主要目的是

(6)某实验室设计了如图所示装置制备NJU双极膜是阴、阳复合膜,

层间的H20解离成0H和H'并可分别通过双极膜定向移动。

双极膜

①双极膜中产生的(填或"0H”)移向多孔钳电极。

②石墨电极反应式为

解析：由题给流程可知,氯气与氢氧化钠溶液在吸收塔中反应得到次

氯酸钠溶液，次氯酸钠溶液与尿素在反应器1中硫酸镒作催化剂、碱

性条件下反应得到含有碳酸钠、氯化钠的水合脱溶液,溶液经蒸储、

脱盐、精制得到碳酸钠和水合脱，水合脱溶于无水乙醛后，与亚硝酸乙

酯和氢氧化钠混合液在反应器2中发生反应生成叠氮化钠和乙醇,所

得反应液经过结晶、抽滤、洗涤、重结晶，制得叠氮化钠。

(1)由分析可知，吸收塔内发生反应为氯气与氢氧化钠溶液反应生成

氯化钠、次氯酸钠和水,反应的离子方程式为Cl2+20H_Cr+C10>H20o

⑵由分析可知,反应器1中生成水合册的反应为次氯酸钠溶液与尿

素在硫酸锌作催化剂、碱性条件下反应得到碳酸钠、氯化钠和水合脱，

反应的化学方程式为CO(NH2)2+NaC10+2NaOH-N2Hl•H20+Na2C03+NaCl0

(3)由题中信息可知,叠氮化钠是离子化合物,不溶于乙醛，微溶于乙

醇，易溶于水,所以在反应器2中加入无水乙醛的作用是降低叠氮化

钠的溶解度,便于叠氮化钠结晶析出。

(4)由题意可知反应器2中发生的反应为M也•H,0+CH3CH20N0+Na0H_

NaN3+CH3CH2OH+3H2O,CH3CH2ONO中N元素化合价为+3价,NaN3中N元素

化合价为W价。若反应生成39g叠氮化钠,反应中转移电子的物质的

量为小段X?2mole

65g/mol3

(5)由题给信息可知,水合股具有强还原性,易被氧化成氮气,若次氯

酸钠溶液过量，会将水合股氧化,导致产率降低。

(6)由图可知，多孔伯电极为负极,氨分子在负极失去电子发生氧化反

应生成册,石墨电极为正极,在水分子作用下，次氯酸根离子在正极得

到电子发生还原反应生成氯离子和氢氧根离子。①由分析可知，多孔

伯电极为负极，石墨电极为正极,溶液中阴离子(0H)向多孔的电极移

动;②由分析可知,石墨电极为正极，次氯酸根离子在正极得到电子发

生还原反应生成氯离子和氢氧根离子，电极反应式为C10+2e>H20_

Cr+20H-o

答案：⑴ck+2OH—cr+ciow

(2)CO(NH2)2+NaC10+2Na0H^N2H4•H20+Na2C03+NaCl

(3)降低Nag的溶解度,有利于NaN结晶析出

(4)2mol

⑸防止过量的NaClO将生成的N2H4-H20氧化

(6)@01f(2)C10>2e+H20_C1+201f

［规律方法］化工生产工艺流程类试题解答方法

1.抓首尾,看中间：从原料到产品为一条龙的生产工序试题,其关键点

是认真分析对比原材料与产品的组成，从中得出将原料转化为产品和

除去原材料中所含杂质的基本原理和所用工艺。

2.用交叉,看分流:有些化工生产选用多组原料,解题关键在于找准中

间产品和相互交叉的流水生产线,在分析过程中，抓住中间产品的关

联作用，逐一破解。

3.明目的,读流程:化工工艺流程综合题目一般是关于物质制备,首先

明确题目目的是制取什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解

产品的性质，并结合基本概念和反应原理分析流程图试题中的元素及

化合物知识,从质量守恒原理的角度分析未知物质，寻找解题的突破

□o“一”前是投料(反应物)，“一”后是生成物。

4.看控制，找分离:物质制备工艺都涉及物质的分离提纯,注意制备过

程中所需的原料和条件的控制以及物质分离方法的选择(如过滤、萃

取、分液、蒸锵等)，尽可能写出主要反应的化学方程式或制备原理。

若出现工艺评价内容，从成本、环保、现实等多角度考虑分析即可。

--------------••高考真题.导向“--------------

L(不定项)(2022•山东卷)高压氢还原法可直接从溶液中提取金属

粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工

艺流程如下,可能用到的数据见下表。

硫酸溶液，

高压NH3高压H2

硫化」—H中和——I

铜精矿T浸取fT过漉还原-*过滤fCu

-------1调pH|

«(a

【金氤

固体X

Fe(OH)3Cu(OH)2Zn(OH)2

开始沉淀pH1.94.26.2

沉淀完全P1I3.26.78.2

下列说法错误的是(