微點(diǎn)撥 ①合金是混合物,合金的物理性質(zhì)相比于成分金屬有所改變,但合金中各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)不變。②并非所有的金屬都能相互形成合金,若一種金屬的熔點(diǎn)高于另一種金屬的沸點(diǎn),則二者不能形成合金。
2.常見金屬材料(1)分類。
(2)常見的合金材料。
③鋁合金:密度小,強(qiáng)度高,塑性好,易于加工,具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力。
3.金屬礦物的開發(fā)利用(1)金屬在自然界中的存在。
(2)金屬冶煉的實(shí)質(zhì)。金屬的冶煉過程就是把金屬從化合態(tài)還原為游離態(tài)的過程。即Mn++ne-==M(寫反應(yīng)通式,用M表示金屬)。
(3)金屬冶煉的方法(用化學(xué)方程式表示)。
微點(diǎn)撥 ①金屬冶煉與金屬活潑性的關(guān)系:
②冶煉Mg時(shí)電解熔融MgCl2而不電解熔融MgO,原因是MgO的熔點(diǎn)高,熔融時(shí)會(huì)耗費(fèi)更多能源,增加生產(chǎn)成本。③冶煉Al時(shí)只能電解熔融Al2O3而不能電解熔融AlCl3,原因是AlCl3是共價(jià)化合物,熔融態(tài)不導(dǎo)電;加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化溫度。
Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3
自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)合金中至少含有兩種金屬元素,不含非金屬元素。(　　)(2)合金中各種元素的含量一定,所以合金是純凈物。(　　)(3)合金的硬度一般大于成分金屬,而熔點(diǎn)一般低于成分金屬。(　　)(4)電解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液時(shí),陰極上依次析出Cu、Fe、Al。(　　)(5)可以用金屬鈉置換四氯化鈦(TiCl4)溶液中的鈦來制取單質(zhì)鈦。(　　)(6)人類歷史上使用鋁的時(shí)間比鐵晚,原因是鋁不如鐵活潑。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×
2.冶煉金屬常用以下幾種方法:①熱分解法　②以活潑金屬Na、Mg等作為還原劑?、垡訡、CO或H2作為還原劑?、茈娊夥ā、堇娩X熱反應(yīng)原理還原下列金屬各采用哪種方法冶煉最佳(用上述方法的序號(hào)填空)。(1)Fe、Zn、Cu等中等活潑金屬　　　　　　　　。?(2)Na、Mg、Al等活潑或較活潑金屬　　　　　　　。?(3)Hg、Ag等不活潑金屬　　　　　　　　。?(4)V、Cr、Mn、W等高熔點(diǎn)金屬　　　　　　　　。?
考向1　合金的性質(zhì)及應(yīng)用【典例1】 (2020福建莆田第七中學(xué)期中)明末科學(xué)家宋應(yīng)星出版的《天工開物》中記載了有關(guān)“五金”的內(nèi)容:“……黃金美者,其值去黑鐵(生鐵)一萬六千倍,然使釜、鬵(xín,一種炊具)、斤(這里指菜刀、鐮刀、鋤頭等)、斧不呈效于日用之間……貿(mào)遷有無,……”下列解釋正確的是(　　)A.明代使用的釜、鬵一類的炊具都屬于青銅合金B(yǎng).添加了鉻、鎳的不銹鋼菜刀和農(nóng)具使用后即使不保養(yǎng),也不會(huì)生銹C.金屬的另一個(gè)用途就是鑄成錢幣作為貿(mào)易交往中的流通手段D.黑鐵在空氣中發(fā)生的腐蝕主要是化學(xué)腐蝕
答案 C　解析 明代使用的釜、鬵都屬于鐵合金,故A錯(cuò)誤;不銹鋼制作就是在普通鋼中添加鉻、鎳等元素改變了鋼鐵內(nèi)部結(jié)構(gòu),不銹鋼不容易生銹;家里用的農(nóng)具是鐵合金,如果沒及時(shí)洗干凈后晾干,鐵能與氧氣、水分同時(shí)接觸,容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕而生銹,故B錯(cuò)誤;金屬可以用來鑄成錢幣作為貿(mào)易交往中的流通手段,故C正確;生鐵的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕,故D錯(cuò)誤。
對(duì)點(diǎn)演練1下列說法中正確的是(　　)A.鐵是人類最早使用的金屬,鋼鐵屬于鐵碳合金B(yǎng).黑色金屬材料及它們的合金是應(yīng)用最廣泛的金屬材料C.金屬鎂有“國防金屬”的美譽(yù),也被譽(yù)為“21世紀(jì)的金屬”D.銅綠的主要成分是堿式碳酸銅,這是銅在潮濕空氣中發(fā)生電化學(xué)腐蝕的結(jié)果
答案 B　解析 銅是人類最早使用的金屬,A錯(cuò)誤;金屬鈦被譽(yù)為“21世紀(jì)的金屬”,C錯(cuò)誤;銅綠是銅與空氣中的氧氣、水蒸氣和二氧化碳直接作用生成的,并未發(fā)生電化學(xué)腐蝕,D錯(cuò)誤。
考向2　金屬礦物的開發(fā)與利用【典例2】 (2020河北邢臺(tái)月考)古代煉丹的五金通常是指金、銀、銅、鐵、錫。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A.用焦炭熱還原SnO2可得到SnB.用H2還原Fe2O3可得到FeC.Cu2S與過量O2共熱產(chǎn)物中只含CuD.Ag2O直接熱分解可得到Ag
答案 C　解析 根據(jù)金屬活潑性順序可知,可以用熱還原法冶煉Sn,因此可以用焦炭熱還原SnO2得到Sn,故A正確;根據(jù)金屬活潑性順序可知,也可以用熱還原法冶煉Fe,因此可以用H2還原Fe2O3得到Fe,故B正確;銅能夠與氧氣反應(yīng),Cu2S與過量O2共熱產(chǎn)物中含有CuO等,故C錯(cuò)誤;銀的活潑性較差,工業(yè)上將Ag2O直接加熱分解可得到Ag,故D正確。
特別提醒(1)電解法冶煉活潑金屬使用的是熔融的金屬鹽或金屬氧化物,而不是鹽溶液。(2)銅除了用熱還原法冶煉外,還可以用濕法煉銅或電解法進(jìn)行冶煉。
對(duì)點(diǎn)演練2《五金·鐵》中記載:“若造熟鐵,則生鐵流出時(shí),相連數(shù)尺內(nèi),低下數(shù)寸,筑一方塘,短墻抵之。其鐵流入塘內(nèi),數(shù)人執(zhí)柳木排立墻上……眾人柳棍疾攪,即時(shí)炒成熟鐵。”以下說法不正確的是(　　)A.金屬冶煉方法由金屬活潑性決定B.熟鐵比生鐵質(zhì)地更硬,延展性稍差C.炒鐵是為了降低鐵水中的含碳量D.該法與近代往生鐵水中吹空氣煉鋼異曲同工
答案 B　解析 活潑性不同的金屬,其冶煉方法不同,即金屬冶煉方法由金屬活潑性決定,故A正確;熟鐵比生鐵質(zhì)地更軟,且延展性好,故B錯(cuò)誤;炒鐵過程中降低了鐵水中的含碳量,從而將生鐵轉(zhuǎn)化成熟鐵,故C正確;該冶煉方法和近代往生鐵水中吹空氣煉鋼,都是利用空氣中的氧氣氧化碳元素,其原理基本相同,故D正確。
知識(shí)梳理1.鋁的原子結(jié)構(gòu)和在自然界中的存在鋁的原子結(jié)構(gòu)示意圖為　　　　　　　　。鋁位于元素周期表　　　　　　　　　　　,自然界中的鋁全部以　　　　態(tài)存在。?
2.鋁的性質(zhì)(1)物理性質(zhì)。鋁是　　　　色、具有金屬光澤的固體,硬度　　　,具有良好的　　　　　　、導(dǎo)熱性和延展性。?
寫出圖中有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式:
①Al 形成致密的氧化膜, 　 　?②　　　　　　　　　　　?
④離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　?⑤?　 ?
4Al+3O2==2Al2O3
Al+3Cl2 2AlCl3　
2Al+6H+==2Al3++3H2↑
2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3
3.氧化鋁(1)物理性質(zhì):Al2O3是高熔點(diǎn)的氧化物,常作為　　　材料及冶煉　　　　　　的原料。?(2)化學(xué)性質(zhì)(用離子方程式表示):
Al2O3+6H+==2Al3++3H2O
4.氫氧化鋁(1)物理性質(zhì):Al(OH)3是難溶于水的白色膠狀沉淀,它能吸附水中的　　　　　　,常用于水的凈化,并能　　　　　色素。?(2)化學(xué)性質(zhì)。
②受熱分解:化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
Al(OH)3+3H+==Al3++3H2O
2Al(OH)3 Al2O3+3H2O
(3)制備(用離子方程式表示)。
5.Al3+、Al(OH)3、Al 之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系
寫出上述轉(zhuǎn)化的離子方程式:(1)①　 ;?②　 ;?③　 。?(2)　 。?(3)　 。?(4)　 。?(5)①　 ;?②　 。?(6)　 。?
Al3++3OH-==Al(OH)3↓
自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)鋁制品在空氣中能穩(wěn)定存在是因?yàn)殇X不活潑。(　　)(2)冶煉鋁時(shí)常用焦炭作為還原劑。(　　)(3)氫氧化鋁可用于中和過多胃酸。(　　)(4)Al2O3的熔點(diǎn)高,可作為耐高溫材料,實(shí)驗(yàn)室可用氧化鋁坩堝熔化NaOH、Na2CO3固體等。(　　)(5)常溫下不能用鋁制容器盛放濃硫酸、濃硝酸,因它們都具有強(qiáng)氧化性。(　　)
(6)鋁與少量NaOH溶液反應(yīng)得到鋁鹽,與足量NaOH溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鹽。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)√(8)×
2.(2020江西新余第四中學(xué)檢測(cè))某化學(xué)興趣小組要在“校園科藝節(jié)活動(dòng)”中使用氫氣球表演節(jié)目。經(jīng)過測(cè)量,每個(gè)氫氣球的體積約為1.12 L(已折成標(biāo)準(zhǔn)狀況)。已知興趣小組采用Al和氫氧化鈉溶液反應(yīng)制取氫氣。(1)若實(shí)驗(yàn)需要1 L 2.5 ml·L-1的NaOH溶液,則要用托盤天平稱取NaOH固體　　　 g。配制溶液過程中所需儀器除托盤天平、鑰匙、燒杯、玻璃棒外,還需要　　　　　　、　　　　　　(填儀器名稱)。?
(2)該化學(xué)興趣小組為了營造氣氛,做了驚艷全場(chǎng)的鋁熱反應(yīng)(如下圖),寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。興趣小組同學(xué)取反應(yīng)后的“鐵塊”溶于鹽酸,向其中滴加KSCN溶液,發(fā)現(xiàn)溶液變紅色。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(3)若要除去上述所得“鐵塊”中含有的氧化鋁,可選擇　　　　　　　　(填試劑名稱),所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　。?
答案 (1)100　1 000 mL容量瓶　膠頭滴管　　(2)8Al+3Fe3O4 4Al2O3+9Fe　固體中有沒反應(yīng)完的磁性氧化鐵或熔融的鐵被空氣中的氧氣氧化　(3)氫氧化鈉溶液　Al2O3+2NaOH==2NaAlO2+H2O
考向1　鋁的性質(zhì)【典例1】 如表中,對(duì)陳述Ⅰ、Ⅱ的正確性及兩者間因果關(guān)系的判斷,完全正確的是(　　)
答案 A　解析 因?yàn)锳l和Al2O3既可以與強(qiáng)酸反應(yīng),又可以與強(qiáng)堿反應(yīng),故最好不要盛放酸性或堿性較強(qiáng)的液體食物,兩者有因果關(guān)系,A正確;鋁與氧氣反應(yīng)生成氧化鋁,其熔點(diǎn)高,鋁箔在酒精燈火焰上加熱熔化但不滴落,Ⅱ錯(cuò),B錯(cuò)誤;明礬中鋁離子水解生成氫氧化鋁膠體,膠體吸附水中的懸浮物而凈化水,不能殺菌消毒,C錯(cuò)誤;鐵和鋁與濃硫酸或濃硝酸發(fā)生鈍化反應(yīng),D錯(cuò)誤。
對(duì)點(diǎn)演練1鋁是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)階段的一種既能與酸(非氧化性酸)反應(yīng)又能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)放出H2的金屬,就鋁的這一特殊性質(zhì)回答下列問題:(1)等質(zhì)量的兩份鋁分別與足量的鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng),所得H2的體積之比是　　　　　。?(2)足量的兩份鋁分別投入到等體積、等物質(zhì)的量濃度的鹽酸和氫氧化鈉溶液中,產(chǎn)生H2的體積之比是　　　。?
(3)足量的兩份鋁分別投入到等體積、一定物質(zhì)的量濃度的HCl、NaOH溶液中,二者產(chǎn)生的H2相等,則HCl和NaOH的物質(zhì)的量濃度之比是　　　　　。?(4)甲、乙兩燒杯中各盛有100 mL 3 ml·L-1的鹽酸和NaOH溶液,向兩燒杯中分別加入等質(zhì)量的鋁粉,反應(yīng)結(jié)束后,測(cè)得生成的氣體體積比為V(甲)∶V(乙)=1∶2,則加入鋁粉的質(zhì)量為　　　(填字母)。?A.5.4 gB.3.6 gC.2.7 gD.1.8 g
答案 (1)1∶1　(2)1∶3　(3)3∶1　(4)A
解析 (1)根據(jù)化學(xué)方程式:2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑可知,Al與H2的關(guān)系式均為2Al~3H2,故只要參加反應(yīng)的Al的量相等,所得H2的量必相等。(2)因?yàn)樵诜磻?yīng)中Al過量,產(chǎn)生的H2由HCl和NaOH的量決定。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中的關(guān)系式:6HCl~3H2、2NaOH~3H2,故當(dāng)HCl、NaOH物質(zhì)的量相等時(shí),二者產(chǎn)生H2的物質(zhì)的量之比是1∶3,即產(chǎn)生H2的體積之比為1∶3。(3)因?yàn)殇X足量且產(chǎn)生H2的量相等,根據(jù)關(guān)系式可得n(HCl)∶n(NaOH)=3∶1,又因?yàn)閮扇芤后w積相等,故物質(zhì)的量濃度c(HCl)∶c(NaOH)=n(HCl)∶n(NaOH)=3∶1。
(4)其反應(yīng)原理分別為2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑?？梢姰?dāng)參加反應(yīng)的HCl和NaOH的物質(zhì)的量相同時(shí),產(chǎn)生H2的體積比是1∶3,而題設(shè)條件體積比為1∶2,說明此題投入的鋁粉對(duì)鹽酸來說是過量的,而對(duì)于NaOH來說是不足的。2Al+6HCl==2AlCl3+　3H2↑ 6 ml 3 ml 3 ml·L-1×0.1 L0.15 ml
則Al與NaOH溶液反應(yīng)生成的H2為0.15 ml×2=0.3 ml。2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑2×27 g 3 ml5.4 g 0.3 ml即投入的鋁粉的質(zhì)量為5.4 g。
深度指津 (1)鋁能與酸溶液反應(yīng)生成H2和鋁鹽(含Al3+),但與稀硝酸反應(yīng)不生成H2,且常溫下在濃硝酸、濃硫酸中發(fā)生鈍化。(2)鋁與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成H2和偏鋁酸鹽(含Al )。(3)鋁與酸或堿溶液反應(yīng)生成H2的量的計(jì)算及比較。
Al與酸、堿反應(yīng),實(shí)質(zhì)上都是 ,2 ,故Al與酸、堿溶液反應(yīng)時(shí),Al與H2的物質(zhì)的量均可利用關(guān)系式2Al~3H2進(jìn)行計(jì)算,也可以直接利用電子得失守恒進(jìn)行計(jì)算。
①等質(zhì)量的鋁分別與足量鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng),產(chǎn)生氫氣的體積比為
②足量的鋁分別與含等物質(zhì)的量HCl和NaOH的溶液反應(yīng),產(chǎn)生氫氣的體積
③等質(zhì)量的鋁分別與溶質(zhì)物質(zhì)的量相等的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng),若產(chǎn)
a.鋁與鹽酸反應(yīng)時(shí),鋁過量而鹽酸不足。b.鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)時(shí),鋁不足而氫氧化鈉溶液過量。
考向2　含鋁化合物的性質(zhì)【典例2】 (2020甘肅武威第十八中學(xué)診斷考試)工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3,含F(xiàn)e2O3雜質(zhì))為原料冶煉鋁的工藝流程如下:
下列敘述正確的是(　　)A.試劑X可以是氫氧化鈉溶液,也可以是鹽酸B.反應(yīng)①過濾后所得沉淀為氫氧化鐵C.圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都不是氧化還原反應(yīng)D.反應(yīng)②的化學(xué)方程式為NaAlO2+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+NaHCO3
答案 D　解析 由溶液乙通入過量的Y生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉可知,溶液乙中含有偏鋁酸根、氣體Y為二氧化碳,故試劑X可以是氫氧化鈉溶液,不可能為鹽酸,故A錯(cuò)誤;氧化鐵與氫氧化鈉不反應(yīng),反應(yīng)①后過濾所得沉淀為氧化鐵,故B錯(cuò)誤;電解熔融氧化鋁生成鋁,屬于氧化還原反應(yīng),故C錯(cuò)誤;反應(yīng)②為過量的二氧化碳與偏鋁酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaAlO2+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+NaHCO3,故D正確。
對(duì)點(diǎn)演練2(2020北京月考)鋁熱反應(yīng)常用于冶煉高熔點(diǎn)金屬,某小組探究Al粉與Fe3O4發(fā)生反應(yīng)所得黑色固體的成分,實(shí)驗(yàn)過程及現(xiàn)象如下:
下列說法不正確的是(　　)A.反應(yīng)①產(chǎn)生的氣體是H2B.反應(yīng)②為Al2O3+2OH-==2Al +H2OC.反應(yīng)③的白色沉淀是Al(OH)3D.黑色固體中不含Al和Fe3O4
答案 D　解析 探究Al粉與Fe3O4發(fā)生反應(yīng)所得黑色固體的成分,由實(shí)驗(yàn)可知,黑色固體與稀硫酸反應(yīng)生成氣體,黑色固體可能含有鋁或者鐵或者二者都有。向溶液b中加KSCN溶液不變紅,可知溶液b不含鐵離子;黑色固體與NaOH溶液反應(yīng)無氣體產(chǎn)生,則一定不含Al,則黑色固體含有鐵。溶液a與二氧化碳反應(yīng)生成白色沉淀為氫氧化鋁,則黑色固體中一定含氧化鋁。反應(yīng)①產(chǎn)生的氣體是H2,為金屬與稀硫酸反應(yīng)生成,故A正確;黑色固體含氧化鋁,則反應(yīng)②為Al2O3+2OH-==2Al +H2O,故B正確;反應(yīng)③中Al 與二氧化碳反應(yīng),可知白色沉淀是Al(OH)3,故C正確;黑色固體中不含Al,可能含F(xiàn)e3O4,故D錯(cuò)誤。
深度指津 含鋁化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系及其應(yīng)用(1)Al3+、Al 、Al(OH)3的轉(zhuǎn)化關(guān)系。
(2)可溶性鋁鹽與強(qiáng)堿(如NaOH)溶液反應(yīng),鋁元素的存在形式。
(3)含鋁元素雜質(zhì)的除雜方法歸類。利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于強(qiáng)堿溶液的特性,可除去許多物質(zhì)中的含鋁雜質(zhì),如下列除雜過程(括號(hào)中物質(zhì)為雜質(zhì)):①M(fèi)g(Al):加足量NaOH溶液,過濾、洗滌、干燥;②Fe2O3(Al2O3):加足量NaOH溶液,過濾、洗滌、干燥;③Mg(OH)2[Al(OH)3]:加足量NaOH溶液,過濾、洗滌、干燥;④Mg2+(Al3+):加過量NaOH溶液,過濾、洗滌,再加酸充分溶解得到的沉淀。
知識(shí)梳理1.單質(zhì)銅(1)銅的物理性質(zhì):銅是一種有金屬光澤的　　　　　　　色固體,有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性(僅次于銀,可用于制電纜),有良好的延展性。?
(2)銅的化學(xué)性質(zhì):
2Cu+O2 2CuO
Cu+Cl2 CuCl2
Cu+2H2SO4(濃) CuSO4+SO2↑+2H2O　
Cu+4HNO3(濃) ==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀) ==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+2AgNO3==Cu(NO3)2+2Ag
Cu+2FeCl3==CuCl2+2FeCl2
微點(diǎn)撥 (1)通常利用反應(yīng)2Cu+O2 2CuO除去某些混合氣體中的少量O2。(2)銅為變價(jià)金屬,與Cl2反應(yīng)生成CuCl2,與S反應(yīng)生成Cu2S,由此可知氧化性:Cl2>S。(3)Cu與稀硫酸不反應(yīng),但在通入O2的條件下,Cu可在稀硫酸中逐漸溶解:2Cu+O2+2H2SO4==2CuSO4+2H2O。
2.銅的重要化合物(1)黑色氧化銅在高溫下分解為磚紅色的Cu2O,化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　;磚紅色的Cu2O與稀硫酸反應(yīng),溶液變藍(lán),同時(shí)生成紅色的單質(zhì)銅,離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
4CuO 2Cu2O+O2↑
(2)氫氧化銅,　　色　　　　　　水的固體。其化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用如下:?
反應(yīng)①的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　　　;?反應(yīng)②的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　。?
Cu(OH)2 CuO+H2O　
(3)Cu2(OH)2CO3的名稱為　　　　　　,是銅綠、孔雀石的主要成分,受熱分解可生成黑色的氧化銅,化學(xué)方程式為Cu2(OH)2CO3 2CuO+CO2↑+H2O,可溶于稀硫酸,離子方程式為Cu2(OH)2CO3+4H+==2Cu2++CO2↑+3H2O。?(4)藍(lán)色的硫酸銅晶體受熱分解為白色的硫酸銅粉末,化學(xué)方程式為CuSO4·5H2O CuSO4+5H2O。
微點(diǎn)撥 (1)無水CuSO4可作為檢驗(yàn)水的試劑,但不能作為水蒸氣的吸收試劑而用于除雜。(2)銅鹽溶液有毒,主要是因?yàn)镃u2+作為一種重金屬離子能與蛋白質(zhì)作用,使蛋白質(zhì)變性失去生理活性,因此人們利用了它的這一性質(zhì)用膽礬、熟石灰、水配成了波爾多液,用來殺滅植物病毒而減少病蟲害。
3.銅的冶煉(1)濕法煉銅:Fe+CuSO4==FeSO4+Cu。(2)高溫?zé)掋~:工業(yè)上用高溫冶煉黃銅礦的方法獲得銅(粗銅):
電解精煉銅的原理是用粗銅為陽極,銅在陽極上失電子變?yōu)镃u2+,用純銅棒為陰極,Cu2+在陰極上得電子生成銅。
自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)CuO是黑色固體,與水反應(yīng)生成Cu(OH)2。(　　)(2)將氣體通過無水硫酸銅,粉末變藍(lán),證明原氣體中含有水蒸氣。(　　)(3)CuSO4·5H2O失去結(jié)晶水屬于物理變化。(　　)(4)Cu2(OH)2CO3是銅銹的主要成分,在干燥的空氣中銅不易生銹。(　　)(5)1 ml Cu和足量熱濃硫酸反應(yīng)可生成NA個(gè)SO3分子。(　　)(6)中國古代利用明礬溶液的酸性清除銅鏡表面的銅銹。(　　)(7)將CuCl2溶液在蒸發(fā)皿中加熱蒸干,可制得無水CuCl2固體。(　　)
答案 (1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√　(7)×
2.孔雀石的主要成分為Cu2(OH)2CO3。某同學(xué)設(shè)計(jì)從孔雀石中冶煉銅的方案如下(假設(shè)孔雀石中雜質(zhì)不溶于水和稀硫酸):
(1)反應(yīng)①能觀察到的現(xiàn)象是　　　　　　　　　　　　　　　,有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(2)反應(yīng)②加入的金屬可能是　　　　　　　　,有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　。?
(3)操作a可能的方法是　　　　　　　　,欲除掉的雜質(zhì)為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;要從操作a所得到的溶液中得到溶質(zhì)的晶體,需要進(jìn)行的操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
答案 (1)固體逐漸消失,溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色,有氣泡產(chǎn)生　Cu2(OH)2CO3+2H2SO4==2CuSO4+CO2↑+3H2O(2)鐵　Fe+Cu2+==Fe2++Cu(答案合理即可)(3)過濾　難溶于水和稀硫酸的雜質(zhì)　加熱濃縮、冷卻結(jié)晶
考向1　銅及其化合物的性質(zhì)和應(yīng)用【典例1】 (2020黑龍江牡丹江第一高級(jí)中學(xué)期末)為了探究鐵、銅及其化合物的性質(zhì),某同學(xué)設(shè)計(jì)并進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)
A.高溫加熱裝置中發(fā)生的反應(yīng)為3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)B.虛線框處宜選擇的裝置是甲C.實(shí)驗(yàn)時(shí)將螺旋狀銅絲加熱變黑后再趁熱迅速伸入試管中,可觀察到銅絲由黑色變?yōu)榧t色D.實(shí)驗(yàn)后,可用鋁粉在高溫下還原玻璃管中的固體獲得鐵單質(zhì)
答案 B　解析 高溫加熱裝置中鐵粉與水蒸氣反應(yīng)生成四氧化三鐵與氫氣,化學(xué)方程式為3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g),故A正確;生成氫氣的密度比空氣的密度小,所以用向下排空氣法收集H2,應(yīng)選擇裝置乙,故B錯(cuò)誤;氧化銅與氫氣在加熱時(shí)反應(yīng)生成銅和水,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CuO+H2 Cu+H2O,所以銅絲由黑色變?yōu)榧t色,故C正確;玻璃管中的固體含有Fe3O4,鋁粉與Fe3O4發(fā)生鋁熱反應(yīng)生成氧化鋁和鐵單質(zhì),故D正確。
對(duì)點(diǎn)演練1(2020全國3,7)宋代《千里江山圖》描繪了山清水秀的美麗景色,歷經(jīng)千年色彩依然,其中綠色來自孔雀石顏料[主要成分為Cu(OH)2·CuCO3],青色來自藍(lán)銅礦顏料[主要成分為Cu(OH)2·2CuCO3]。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A.保存《千里江山圖》需控制溫度和濕度B.孔雀石、藍(lán)銅礦顏料不易被空氣氧化C.孔雀石、藍(lán)銅礦顏料耐酸耐堿D.Cu(OH)2·CuCO3中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于Cu(OH)2·2CuCO3
答案 C　解析 字畫保存需要控制適宜的溫度和濕度,溫度、濕度過高或過低,均對(duì)字畫的保存造成危害,A項(xiàng)正確;Cu(OH)2、CuCO3中Cu、H、C元素都處于最高價(jià),無還原性,不易被O2氧化,B項(xiàng)正確;Cu(OH)2、CuCO3都可與酸性物質(zhì)反應(yīng),C項(xiàng)錯(cuò)誤;由于Cu(OH)2中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于CuCO3中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù),故Cu(OH)2·CuCO3中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于Cu(OH)2·2CuCO3中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù),D項(xiàng)正確。
深度指津 銅及其化合物的顏色、狀態(tài)及溶解性
提醒:反應(yīng)CuSO4+H2S==CuS↓+H2SO4可說明CuS難溶于非氧化性強(qiáng)酸。
考向2　銅及其化合物的制備【典例2】 工業(yè)上由黃銅礦(主要成分為CuFeS2)冶煉銅的主要流程如下:
(1)氣體A中的大氣污染物可選用下列試劑中的　　　　吸收。?a.濃硫酸　 b.濃硝酸　 c.NaOH溶液　 d.氨水(2)用稀硫酸浸泡熔渣B,取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈紅色,說明溶液中存在　　 　(填離子符號(hào)),檢驗(yàn)溶液中還存在Fe2+的方法是　　　　　　　(注明試劑、現(xiàn)象)。?(3)由泡銅冶煉粗銅的化學(xué)反應(yīng)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(4)以CuSO4溶液為電解質(zhì)溶液進(jìn)行粗銅(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質(zhì))的電解精煉,下列說法正確的是　　　。?a.電能全部轉(zhuǎn)化為化學(xué)能b.粗銅接電源正極,發(fā)生氧化反應(yīng)c.溶液中Cu2+向陽極移動(dòng)d.利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬
(5)利用化學(xué)反應(yīng)2Cu+O2+2H2SO4==2CuSO4+2H2O可以制備CuSO4,若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池,其正極電極反應(yīng)式為　 。?
答案 (1)cd　(2)Fe3+　取少量待測(cè)液置于試管中,加入酸性高錳酸鉀溶液,紫色褪去,則含有Fe2+(3)3Cu2O+2Al 6Cu+Al2O3　(4)bd　(5)O2+4e-+4H+==2H2O
解析 (1)根據(jù)題意分析,氣體A中的大氣污染物為二氧化硫,能夠被NaOH溶液或氨水吸收。濃硫酸不能吸收二氧化硫。濃硝酸與二氧化硫反應(yīng)會(huì)生成一氧化氮,從而污染環(huán)境。(2)熔渣B中含有鐵元素的化合物,加入稀硫酸溶解,取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈紅色,說明溶液中存在Fe3+,檢驗(yàn)Fe2+時(shí),可加入酸性KMnO4溶液,溶液紫色褪去,說明含有Fe2+。
(3)泡銅中化合態(tài)的銅在高溫下可被金屬鋁置換出來:3Cu2O+2Al 6Cu+Al2O3。(4)精煉粗銅時(shí),粗銅為陽極,純銅為陰極,硫酸銅溶液為電解質(zhì)溶液,a.電能不能全部轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,還會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能,錯(cuò)誤;b.粗銅接電源正極,發(fā)生氧化反應(yīng),正確;c.溶液中Cu2+向陰極移動(dòng),錯(cuò)誤;d.利用陽極沒有參與反應(yīng)的剩余金屬,即陽極泥,可回收Ag、Pt、Au等金屬,正確。(5)利用反應(yīng)2Cu+O2+2H2SO4==2CuSO4+2H2O可以制備CuSO4,若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池,其正極發(fā)生還原反應(yīng),O2在正極被還原,電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+==2H2O。
對(duì)點(diǎn)演練2(2020江西撫州南城一中期末)CuSO4是一種重要的化工原料,其制備途徑及性質(zhì)如圖所示(假設(shè)恰好完全反應(yīng))。下列說法正確的是(　　)
A.途徑①所用混酸中,H2SO4與HNO3的物質(zhì)的量之比為2∶3B.1 ml CuSO4在1 100 ℃反應(yīng)所得混合氣體中O2為0.75 mlC.Z只能是葡萄糖D.相對(duì)于途徑①③,途徑②更好地體現(xiàn)了綠色化學(xué)思想
答案 D　解析 途徑①的反應(yīng)為銅與稀硝酸、稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、一氧化氮和水,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Cu+2HNO3+3H2SO4==3CuSO4+2NO↑+4H2O,由方程式可知混酸中H2SO4與HNO3的物質(zhì)的量之比為3∶2,故A錯(cuò)誤。CuSO4在1 100 ℃時(shí)分解生成氧化亞銅,銅元素化合價(jià)降低被還原,硫酸銅中硫元素為最高價(jià)態(tài),只能表現(xiàn)氧化性,則只能是氧元素被氧化,則X可能是O2和SO3或O2和SO2或O2、SO2和SO3的混合氣體。若X為O2和SO3的混合氣體,由得失電子數(shù)目守恒可知1 ml CuSO4在1 100 ℃所得混合氣體中O2為0.25 ml;若X為O2和SO2的混合氣體,由得失電子數(shù)目守恒可知1 ml CuSO4在1 100 ℃所得混合氣體中O2為0.75 ml;若X為O2、SO2和SO3的
混合氣體,由得失電子數(shù)目守恒可知1 ml CuSO4在1 100 ℃所得混合氣體中O2介于0.25 ml和0.75 ml之間,故B錯(cuò)誤。含有醛基的有機(jī)化合物都能與新制的氫氧化銅共熱反應(yīng)生成氧化亞銅,故C錯(cuò)誤。途徑①中會(huì)生成有害氣體一氧化氮,途徑③中會(huì)生成有害氣體二氧化硫,相對(duì)于途徑①③,途徑②生成等量硫酸銅需要的硫酸少,且無有害氣體產(chǎn)生,更好地體現(xiàn)了綠色化學(xué)思想,故D正確。
1.金屬的制法(1)電解法(K、Ca、Na、Mg、Al等活潑金屬)(2)熱還原法(Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等較活潑金屬)(3)熱分解法(Hg、Ag等不活潑金屬)
2.掌握3種制備氫氧化鋁的方法(1)向鋁鹽溶液中加入氨水,離子方程式為
無機(jī)化工流程解題指導(dǎo)
素養(yǎng)解讀1.無機(jī)化工流程題要求學(xué)生能認(rèn)識(shí)化學(xué)現(xiàn)象與模型之間的聯(lián)系,能運(yùn)用多種模型來描述和解釋化學(xué)現(xiàn)象,預(yù)測(cè)物質(zhì)及其變化的可能結(jié)果;能依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型,建立解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架,考查學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知能力。
2.無機(jī)化工流程題涉及的問題包括:原料的預(yù)處理、反應(yīng)條件的控制、化學(xué)反應(yīng)原理、綠色化學(xué)問題、化工生產(chǎn)安全等。上述問題要求學(xué)生具有終身學(xué)習(xí)的意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度;崇尚真理,形成真理面前人人平等的意識(shí);關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題,認(rèn)識(shí)環(huán)境保護(hù)和資源合理開發(fā)的重要性,具有可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和綠色化學(xué)觀念;深刻理解化學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境之間的相互關(guān)系,贊賞化學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重大貢獻(xiàn),能運(yùn)用已有知識(shí)和方法綜合分析化學(xué)過程對(duì)自然可能帶來的各種影響,權(quán)衡利弊,勇于承擔(dān)責(zé)任,積極參與有關(guān)化學(xué)問題的社會(huì)決策。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。
案例探究情境:新型負(fù)載鎳催化劑的應(yīng)用是近年來加氫工藝技術(shù)革新的開始,負(fù)載鎳催化劑在空氣中安全穩(wěn)定,投料好稱量,操作安全性高。最重要的是新型負(fù)載鎳催化劑具有平穩(wěn)的活性釋放特性,在生產(chǎn)制作的過程中比骨架鎳要均勻,且單位質(zhì)量或體積的活性中心差別不大,但骨架鎳會(huì)有比較大的區(qū)別。新型負(fù)載催化劑是一種非常適合未來連續(xù)化大生產(chǎn)的催化劑,目前多采用無定形硅藻土做載體,其比表面積大,結(jié)合力強(qiáng),能讓鎳分散得很均勻,有效地降低了反應(yīng)“熱點(diǎn)”,使活性釋放緩慢。
【典例】 (2020全國3,27)某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物,還有少量其他不溶性物質(zhì)。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O ):
溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
回答下列問題:(1)“堿浸”中NaOH的兩個(gè)作用分別是　　　　　 　　　　　。為回收金屬,用稀硫酸將“濾液①”調(diào)為中性,生成沉淀。寫出該反應(yīng)的離子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(2)“濾液②”中含有的金屬離子是　　　　　　　　。?(3)“轉(zhuǎn)化” 中可替代H2O2的物質(zhì)是　　　　　　　。若工藝流程改為先“調(diào)pH”后“轉(zhuǎn)化”,即 ,“濾液③”中可能含有的雜質(zhì)離子為　　　　。?
(4)利用上述表格數(shù)據(jù),計(jì)算Ni(OH)2的Ksp=　　　　　　　　　　　(列出計(jì)算式) 。如果“轉(zhuǎn)化”后的溶液中Ni2+ 濃度為1.0 ml·L-1,則“調(diào)pH”應(yīng)控制的pH范圍是　　　　。?(5)硫酸鎳在強(qiáng)堿溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作鎳鎘電池正極材料的NiOOH。寫出該反應(yīng)的離子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(6)將分離出硫酸鎳晶體后的母液收集、循環(huán)使用,其意義是　　　　　　　　　　　。?
解析 (1)廢鎳催化劑中能與NaOH溶液反應(yīng)的有油脂、鋁及其氧化物。濾液①中的溶質(zhì)為NaAlO2、高級(jí)脂肪酸鈉和甘油,當(dāng)向該濾液中滴加稀硫酸將溶液調(diào)為中性時(shí),其中的NaAlO2可與稀硫酸反應(yīng)得到Al(OH)3沉淀。(2)濾餅①的成分為Ni、Fe及其氧化物等,用稀硫酸酸浸時(shí)可得到NiSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3等,則濾液②中的金屬陽離子有Ni2+、Fe2+、Fe3+。
(3)加H2O2溶液“轉(zhuǎn)化”的目的是將Fe2+氧化為Fe3+,替代起氧化作用的H2O2溶液的可以為O2或空氣,這樣既能將Fe2+氧化,又不引進(jìn)新雜質(zhì)。由于Fe2+開始沉淀、沉淀完全時(shí)的pH與Ni2+的相近,所以若工藝流程改為先“調(diào)pH”后“轉(zhuǎn)化”,則“調(diào)pH”得到Fe(OH)3沉淀,Fe2+與Ni2+一起存在于溶液中,通過“轉(zhuǎn)化”(氧化)使Fe2+轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3+而被沉淀出來,則濾液③中可能的雜質(zhì)離子為氧化得到的Fe3+。
(4)根據(jù)Ni2+開始沉淀時(shí)的pH為7.2,可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-)=0.01×(107.2-14)2;根據(jù)Ni2+完全沉淀時(shí)的pH為8.7,也可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)· c2(OH-)=10-5×(108.7-14)2?！罢{(diào)pH”是為了使Fe3+沉淀完全,根據(jù)Fe3+完全沉淀時(shí)的pH為3.2可知,pH應(yīng)大于3.2;同時(shí)不能使Ni2+沉淀,則c(Ni2+)·c2(OH-)

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