湖北第二師范學(xué)院高中化學(xué)教學(xué)案例專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉

1、專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉【高考幫化學(xué)】專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉考情精解讀A考點幫知識全通關(guān)目錄CONTENTS考綱要求命題規(guī)律命題分析預(yù)測考點1鎂及其化合物考點2鋁及其化合物考點3鐵及其重要化合物考點4銅及其重要化合物考點5金屬材料與金屬礦物的開發(fā)利用合金知識體系構(gòu)建方法1“鋁三角”轉(zhuǎn)化關(guān)系及其應(yīng)用方法2 Al(OH)3的圖像和計算方法3“鐵三角”及其應(yīng)用方法4 Fe2+、Fe3+的檢驗方法5 銅及其化合物的性質(zhì)微課4 從鋁土礦中提取Al2O3的流程微課5 無機化學(xué)工藝流程題的解題流程B方法幫素養(yǎng)大提升C考法幫考向全掃描考向1 以工藝流程為載體考查鐵鹽的水解考向2 遷移“氫氣還原氧

2、化銅”實驗裝置模型考查金屬元素的性質(zhì)考情精解讀考綱要求命題規(guī)律命題分析預(yù)測知識體系構(gòu)建1.了解常見金屬的活動順序。2.了解常見金屬及其重要化合物的制備方法,掌握其主要性質(zhì)及其應(yīng)用。3.了解合金的概念及其重要應(yīng)用。4.以上各部分知識的綜合應(yīng)用考綱要求命題規(guī)律核心考點考題取樣考向必究鎂、鋁及其化合物2017海南,T6C鐵及其化合物2017全國卷,T26分析含Mg、Fe、Al等金屬氧化物的水泥中Ca含量,考查鐵鹽的水解(考向1)2017全國卷,T26綠礬的性質(zhì)探究(考向2)2016全國卷,T28實驗探究Fe2+、Fe3+的性質(zhì)(方法3)銅及其化合物2017浙江4月選考,T27有關(guān)銅及其化合物的推斷(

3、方法5)金屬元素及其化合物性質(zhì)的綜合考查與金屬化合物的制備2017全國卷,T27用含Si、Al等雜質(zhì)的鉻鐵礦制備重鉻酸鉀(微課5)2017海南,T17用含Mg、Fe、Ca、Al等金屬氧化物的硼鎂泥制備硫酸鎂晶體(微課5)2015新課標全國卷 , T10有關(guān)Mg、Al、Fe、Cu的性質(zhì)實驗考查(微課5)考情分析本專題是歷年高考的考查重點,常在選擇題中重點考查常見金屬元素的基本反應(yīng)、離子檢驗及用途,非選擇題中常借助工藝流程的形式,以除雜或提純等相關(guān)問題為主線綜合考查金屬元素化合物的性質(zhì)。高頻考點及可能題型:金屬離子如Fe3+、Fe2+、Al3+、Cu2+等的檢驗(選擇或非選擇題,215分)、金屬及

4、其化合物的化學(xué)方程式的書寫或正誤判斷(非選擇題或選擇題,215分)、金屬化合物性質(zhì)的實驗探究(實驗題,15分)、用含多種金屬元素的礦物制備某種金屬化合物(工藝流程題,15分)、有關(guān)金屬及其化合物的計算(非選擇題或選擇題,26分)、直接考查氫氧化鋁的兩性或借助 Cr(OH)3、Zn(OH)2、Co(OH)2等兩性氫氧化物的性質(zhì)考查氫氧化鋁的兩性命題分析預(yù)測(非選擇題,26分),涉及本專題的實驗探究題較好地考查了考生的知識遷移和應(yīng)用能力,以及“證據(jù)推理與模型認知”學(xué)科素養(yǎng)。命題預(yù)測預(yù)計2019年會繼續(xù)在選擇題中或非選擇題中加強對常見金屬元素的考查,以工藝流程的形式考查考生對陌生金屬元素的認知能力,

5、考生應(yīng)該在熟練掌握常見金屬元素性質(zhì)及應(yīng)用的基礎(chǔ)上,強化對陌生金屬元素(如第四周期的Ti、V、Cr、Mn、Co 、Ni、Ga等)知識的遷移能力命題分析預(yù)測知識體系構(gòu)建A考點幫知識全通關(guān)考點1鎂及其化合物考點2鋁及其化合物考點3鐵及其重要化合物考點4銅及其重要化合物考點5金屬材料與金屬礦物的開發(fā)利用合金考點1鎂及其化合物1.鎂的物理性質(zhì)銀白色固體,密度較小、質(zhì)軟、有延展性,是電和熱的良導(dǎo)體。2.鎂及其重要化合物的化學(xué)性質(zhì)物質(zhì)主要性質(zhì)反應(yīng)方程式鎂與非金屬單質(zhì)反應(yīng)2Mg+O2 2MgO(發(fā)出耀眼白光)3Mg+N2 Mg3N2與CO2反應(yīng)2Mg+CO2 2MgO+C(燃燒,生成白色粉末和黑色固體)與非氧

6、化性強酸反應(yīng)Mg+2H+ Mg2+H2與沸水反應(yīng)Mg+2H2O Mg(OH)2+H2物質(zhì)主要性質(zhì)反應(yīng)方程式氧化鎂堿性氧化物MgO+2H+ Mg2+H2O氫氧化鎂中強堿Mg(OH)2+2H+ Mg2+2H2O難溶于水Mg2+2OH- Mg(OH)2溶解度小于碳酸鎂的MgCO3+H2O Mg(OH)2+CO2氮化鎂與水發(fā)生水解反應(yīng)Mg3N2+6H2O 3Mg(OH)2+2NH3續(xù)表化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉拓展延伸1.Mg著火后,不可用CO2及水滅火,應(yīng)用沙土滅火。2.MgO的熔點高,常用作耐火材料。3.Mg(OH)2為難溶于水的白色沉淀,常用NaOH溶液檢驗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?；瘜W(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉考點2鋁及其化合物（重點） 1.鋁(1)物理性質(zhì)較軟的銀白色金屬,熔點為660.4 ,沸點為2 467 ,密度為 2.70 gcm-3,延展性好,是電和熱的良導(dǎo)體。(2)化學(xué)性質(zhì)鋁原子最外層有 3個電子,化學(xué)反應(yīng)中易失去電子而表現(xiàn)出較強的還原性。與非金屬單質(zhì)反應(yīng)4Al+3O2 2Al2O32Al+3Cl2 2AlCl32Al+3S Al2S3(水溶液中不能存在)鋁與非氧化性強酸反應(yīng)2Al+6H+ 2Al3+3H2 注意 1.鎂、鋁在空氣中容易被氧氣氧化,表面形成一層氧化膜

8、,該氧化膜比較致密,可以保護鎂、鋁,防止其進一步被氧化,所以鎂、鋁雖然很活潑,但不需要特殊保存。2.在進行鎂、鋁有關(guān)的實驗時,要首先用砂紙打磨鎂、鋁表面以除去金屬氧化物。3.鋁在純氧中或鋁粉在空氣中可以燃燒。將打磨過的鋁片置于空氣中加熱,會看到鋁片熔化,但并未滴落,是因為鋁片表面快速生成的氧化鋁熔點很高。4.鋁、鐵遇到冷的濃硝酸、濃硫酸表面也可形成一層致密的氧化膜(即鈍化),可防止鋁、鐵進一步與酸反應(yīng)。化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉注意 鋁與強堿溶液的反應(yīng)中,水作氧化劑(NaOH不是氧化劑):鋁熱反應(yīng)實驗中的有關(guān)問題實驗裝

9、置實驗現(xiàn)象鎂帶劇烈燃燒,放出大量的熱,并發(fā)出耀眼的白光,氧化鐵與鋁粉在較高溫度下發(fā)生劇烈反應(yīng);紙漏斗的下部被燒穿,有熔融物落入沙中化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉實驗結(jié)論高溫下,鋁與氧化鐵發(fā)生反應(yīng),放出大量的熱:Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3原理應(yīng)用制取熔點較高、活動性弱于Al的金屬,如鐵、鉻、錳、鎢等,3MnO2+4Al 3Mn+2Al2O3;金屬焊接,如野外焊接鋼軌等續(xù)表化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉2.氧化鋁和氫氧化鋁兩性氧化物:既能與酸反應(yīng)生成鹽和水,又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物。兩性氫氧化物:既能與酸反應(yīng)生成鹽和水,又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氫氧化物。名稱氧化鋁氫氧化鋁

10、化學(xué)式Al2O3Al(OH)3類別兩性氧化物兩性氫氧化物物理性質(zhì)高熔點,高沸點,高硬度,不溶于水的白色固體不溶于水的白色膠狀固體,具有吸附性化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉續(xù)表名稱氧化鋁氫氧化鋁化學(xué)性質(zhì)用途煉鋁原料、制作耐火材料可用作吸附劑、媒染劑和凈水劑;治療胃酸;可作為制造瓷釉、耐火材料、防水織物的原料化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉3.一種重要的復(fù)鹽明礬化學(xué)式KAl(SO4)212H2O(水溶液pHCl2C.Fe2+與SCN-不能形成紅色物質(zhì)D.Fe2+被氧化為Fe3+化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉4.B溶液中的

11、Fe2+與加入的新制氯水發(fā)生反應(yīng):2Fe2+Cl2 2Fe3+ +2Cl-,氧化性:Fe3+Cl2。能使含F(xiàn)e3+的溶液變?yōu)榧t色,說明原溶液中一定含有SCN-。因原溶液中加入含F(xiàn)e2+的溶液后,無明顯變化,說明Fe2+與SCN-不能形成紅色物質(zhì)。方法5 銅及其化合物的性質(zhì)方法解讀： 1.含銅物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系 2Cu+O2+H2O+CO2 Cu2(OH)2CO3(堿式碳酸銅) 4CuO 2Cu2O+O2 (黑色) (紅色) CuSO45H2O CuSO4+5H2O(藍色) (白色)注意 難溶性金屬氫氧化物、碳酸鹽,受熱一般易分解;易溶性金屬氫氧化物、碳酸鹽,受熱一般難分解。如Cu(OH)2屬于

12、難溶性金屬氫氧化物,受熱易分解?；瘜W(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉2.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):2CuFeS2+4O2 Cu2S+3SO2+2FeO(爐渣)2Cu2S+3O2 2Cu2O+2SO22Cu2O+Cu2S 6Cu+SO2粗銅中銅的含量為99.5%99.7%,主要含有Ag、Zn、Fe、Au等雜質(zhì),粗銅通過電解精煉可得到純度達99.95%99.98%的銅。電解精煉銅的原理是用粗銅作陽極,失電子變?yōu)镃u2+,用純銅棒作陰極,電解即可得精銅?；瘜W(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、

13、銅金屬的冶煉示例6 Cu2S是火法煉銅的一種重要原料,下面是由Cu2S冶煉銅及制取CuSO45H2O的流程圖:Cu2S Cu Cu2O、CuO A B 膽礬(1)Cu2S中銅元素的化合價為,火法煉銅的反應(yīng)原理是 (用化學(xué)方程式表示)。(2)Cu2O、CuO加入足量稀硫酸得到的體系A(chǔ)中溶液呈藍色,且有紅色物質(zhì)生成,寫出生成紅色物質(zhì)的離子方程式。(3)若使A中單質(zhì)反應(yīng),加入的試劑最好是。A.適量的NaNO3B.適量的HNO3C.適量的H2O2(4)若B溶液的體積為0.2 L,電解B溶液一段時間后溶液的pH由2變?yōu)?(體積變化忽略不計),此時電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是?；瘜W(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金

14、屬的冶煉化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉微課4 從鋁土礦中提取Al2O3的流程微點解讀從鋁土礦(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等雜質(zhì))中提取Al2O3的兩大工藝流程:化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉示例7 2013大綱全國卷,29,15分鋁是一種應(yīng)用廣泛的金屬,工業(yè)上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融電解制得。鋁土礦的主要成分是Al2O3和SiO2等。從鋁土礦中提煉Al2O3的流程如下:以螢石(CaF2)和純堿為原料制備冰晶石的流程如下:化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉回答下列問題:(1)寫出反應(yīng)1的化學(xué)方程式 。(2)

15、濾液中加入CaO生成的沉淀是,反應(yīng)2的離子方程式為。(3)E可作為建筑材料,化合物C是,寫出由D制備冰晶石的化學(xué)方程式 。(4)電解制鋁的化學(xué)方程式是,以石墨為電極,陽極產(chǎn)生的混合氣體的成分是 。化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉微課5 無機化學(xué)工藝流程題的解題流程微點解讀化學(xué)工藝流程題是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來,并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識步步設(shè)問,是無機框圖的創(chuàng)新。它以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ),與化工生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護等相融合,考查物質(zhì)的制備、檢驗、分離或提純等基本實驗原理在化工生產(chǎn)中的實際應(yīng)用,要求考生依據(jù)流程圖分析原理,緊扣信息、

16、抓住關(guān)鍵、準確答題。這類試題具有較強的實用性和綜合性,是近幾年高考化學(xué)試題的?？碱}型。1.以物質(zhì)制備為目的的化學(xué)工藝流程(1)原料處理階段的常見考查點加快反應(yīng)速率溶解:通常用酸溶,如硫酸、鹽酸、濃硫酸等。灼燒、焙燒、煅燒:改變結(jié)構(gòu),使一些物質(zhì)能溶解,并使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解。(2)分離提純階段的常見考查點調(diào)pH除雜a.控制溶液的酸堿性使其中的某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。如要除去化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉去Al3+、Mn2+溶液中含有的Fe2+,先用氧化劑把Fe2+氧化為Fe3+,再調(diào)溶液的pH,將Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀,過濾除去。b.用于調(diào)節(jié)溶液pH的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點:一是能與H+

17、反應(yīng),使溶液pH增大;二是不引入新雜質(zhì)。例如,若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3 等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH。加熱:加快反應(yīng)速率或促進平衡向某個方向移動。如果在制備過程中出現(xiàn)一些受熱易分解的物質(zhì)或產(chǎn)物,則要注意對溫度的控制。如侯氏制堿法中的NaHCO3;還有H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質(zhì)?；瘜W(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉降溫:防止某物質(zhì)在高溫時溶解(或分解)或促進化學(xué)平衡向著題目要求的方向移動。(3)獲得產(chǎn)品階段的常見考查點洗滌(冰水或熱水):洗去晶體表面的雜質(zhì)離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損

18、耗;乙醇洗滌既可洗去晶體表面的雜質(zhì),又可減少晶體溶解的損耗。蒸發(fā)時的氣體氛圍抑制水解:如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時,應(yīng)在HCl的氣流中加熱,以防其水解。蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶:如NaCl和K2Cr2O7混合溶液,若將混合溶液加熱蒸發(fā)后再降溫,則析出的固體主要是K2Cr2O7,這樣就可分離出大部分的K2Cr2O7;化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉同樣原理可除去KNO3中混有的少量NaCl。蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾:如NaCl和K2Cr2O7混合溶液,若將混合溶液蒸發(fā)一段時間,析出的固體主要是NaCl,同樣原理可除去NaCl中混有的少量KNO3?；瘜W(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶

19、煉化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉示例8 2015新課標全國卷,27,14分硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5H2O和Fe3O4,還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示:回答下列問題:(1)寫出Mg2B2O5H2O與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式。為提高浸出速率,除適當(dāng)增加硫酸濃度外,還可采取的措施有 (寫出兩條)?；瘜W(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉(2)利用的磁性,可將其從“浸渣”中分離?！敖敝羞€剩余的物質(zhì)是。(寫化學(xué)式)(3)“凈化除雜”需先加H2O2溶液,作用是。然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5,目

20、的是。(4)“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是(填名稱)。(5)以硼酸為原料可制得硼氫化鈉(NaBH4),它是有機合成中的重要還原劑,其電子式為。(6)單質(zhì)硼可用于生產(chǎn)具有優(yōu)良抗沖擊性能的硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼,用化學(xué)方程式表示制備過程?；瘜W(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉思維導(dǎo)引化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉解析 (1)Mg2B2O5H2O與硫酸反應(yīng)得到硼酸和硫酸鎂: Mg2B2O5H2O+ 2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4。結(jié)合影響反應(yīng)速率的因素,提高反應(yīng)速率可以適當(dāng)升高溫度、減小鐵硼礦粉粒徑或適當(dāng)提高硫酸的濃度等。(2)給出的物質(zhì)中只有 Fe3O4 有磁性,二氧化硅不溶于

21、水,硫酸鈣屬于微溶物,所以“浸渣”中還有SiO2和CaSO4。(3)能與H2O2反應(yīng)的是Fe2+,H2O2把Fe2+氧化成Fe3+。調(diào)節(jié)溶液pH約為5時,Fe3+和Al3+都形成沉淀,過濾除去。(4)“粗硼酸”中的雜質(zhì)主要是硫酸鎂。(5)NaBH4的電子式為Na+ 化學(xué)專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉(6)2H3BO3 B2O3+3H2O,結(jié)合鋁熱反應(yīng)知識,可寫出鎂置換出B的化學(xué)方程式:B2O3+3Mg 2B+3MgO。答案(1)Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4提高反應(yīng)溫度、減小鐵硼礦粉粒徑(2)Fe3O4SiO2和CaSO4 (3)將Fe2+氧化成Fe3+使Fe3+與Al3+形成氫氧化物沉淀而除去 (4)(七水)硫酸鎂 (5)Na+ (6)2H3BO3