2023-2024屆高考一輪復(fù)習(xí)化學(xué)教案（魯科版）第3章金屬及其化合物第14講金屬材料和金屬的冶煉

第14講金屬材料和金屬的冶煉

［復(fù)習(xí)目標(biāo)］L了解金屬的性質(zhì)與金屬冶煉的關(guān)系，知道金屬鋁、鎂的提取方法。2.了解合金

的概念及金屬材料的重要應(yīng)用。

考點(diǎn)一金屬冶煉的一般方法金屬材料

?歸納整合必備知識(shí)

1.金屬冶煉的一般方法

（1）金屬在自然界中的存在

化合態(tài)I-在金屬化合物中，金屬元素都顯正價(jià)

［游離態(tài)］-金、苗等極少數(shù)金屬

（2）金屬冶煉的實(shí)質(zhì)

金屬的冶煉過(guò)程就是把金屬?gòu)幕蠎B(tài)還原為渡離態(tài)的過(guò)程，即M"++〃e-=M（寫反應(yīng)通式,

用M表示金屬）。

（3）金屬冶煉的方法

電解熱還原熱分解

----------金屈活動(dòng)性逐漸減弱---------------?

KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg

電解11瑞［△

NaC1（熔融）Fe2O3HgO

例如下列金屬的冶煉（用化學(xué)方程式表示）

（熔融）奠

Na：2NaCIL2Na+Clf

電2

解Mg：MgCl2（熔融）速生

法Mg+Cl/

浦由

AI：2人1,0,（熔融^^=;4人1+30/

________________冰晶?____________

熱高爐煉鐵：Fe2θ,+3CO型送=2Fe+3CC）2

還

原

法焦炭還原制銅：2CuO+C=^=2Cu+CO2f

熱

分Hg：2HgO02Hg+O?f

解

△

法Ag:2Ag2O4Ag+θ21

一

2.合金的概念及性能

F_由兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非

l?j-金屬）熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)

「具有金屬特性

（i?——熔點(diǎn)：多數(shù)合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬

的熔點(diǎn)低

一硬度：合金的硬度一般比它的各成分金屬

的硬度大

3.常見(jiàn)的金屬材料

⑴分類

一

金黑色金屋物料錢、銃遛以及它們的合金

屈

材

料有色金限材料除黑色金屬以外的其他各種金屬

一

及其合金

（2）兒種常見(jiàn)的合金

∣-低碳鋼：韌性、焊接性好，強(qiáng)度低

/碳素鋼］--中碳鋼:強(qiáng)度高，韌性及加工性好

鋼L高碳鋼:硬而脆，熱處理后彈性好

①

鐵

俗蓊可—具有各種不同的優(yōu)良性能,用于制

P—不銹鋼及各種特種鋼

種類：硅鋁合金、鎂鋁合金、硬鋁等

特性:密度小、強(qiáng)度高、塑（造）性好、易于加工

H用途：建筑業(yè)、容器包裝業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等

青銅（主要含Cu、Sn、Pb）：我國(guó)最早使用

黃銅（主要含Cu、Zn等）

K白銅（主要含Cu、Ni、Zn等）

■知識(shí)拓展?—

銅及其常見(jiàn)化合物的顏色

物質(zhì)顏色物質(zhì)顏色

Cu紫紅色CUSO4白色

藍(lán)色

CuOCuSO4SH2O

磚紅色

CU2。Cu2(OH)2CO3綠色

藍(lán)色

CU2SCu(OH)2

E易錯(cuò)辨析

1.金屬鈉的冶煉用電解熔融的Nae1,則金屬鋁的冶煉也用電解熔融的AlCI3（）

2.CUo是黑色固體，與水反應(yīng)生成CU（OH）2（）

3.CuSθ4?5H2θ失去結(jié)晶水屬于物理變化（）

4.合金材料中不可能含有非金屬元素（）

5.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（）

答案1.×2.×3.×4.×5.√

■專項(xiàng)突破關(guān)鍵能力

一、金屬材料的應(yīng)用

1.下列金屬材料中，最適合制造飛機(jī)外殼的是（）

A.鎂鋁合金B(yǎng).銅合金

C.碳素鋼D.銅錫合金

答案A

解析由于鎂鋁合金的密度小，強(qiáng)度大，機(jī)械性能好，適合制造飛機(jī)外殼，故選A項(xiàng)。

2.鎂鋁合金質(zhì)優(yōu)體輕，又不易銹蝕，被大量用于航空工業(yè)、造船工業(yè)、日用化工等領(lǐng)域。下

列關(guān)于鎂鋁合金性質(zhì)的敘述中，正確的是（）

A.此合金的熔點(diǎn)比鎂和鋁的熔點(diǎn)都高

B.此合金能全部溶解于稀鹽酸中

C.此合金能全部溶解于氫氧化鈉溶液中

D.此合金的硬度比鎂和鋁的硬度都小

答案B

解析鎂鋁合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬的熔點(diǎn)低，硬度比它的各成分金屬的硬度大，合金

的化學(xué)性質(zhì)與各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)基本相同。

二、金屬冶煉金屬礦物質(zhì)的開發(fā)利用

3.金屬的冶煉一般用熱分解法、熱還原法和電解法，選用冶煉方法的依據(jù)主要是（）

A.金屬在自然界里存在的形式

B.金屬元素在地殼中的含量

C.金屬陽(yáng)離子得電子的能力

D.金屬熔點(diǎn)的高低

答案C

解析不同的金屬有不同的冶煉方法，金屬的冶煉方法是根據(jù)金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱確定，即根

據(jù)金屬陽(yáng)離子得電子的能力確定，與其在自然界中的含量多少、熔點(diǎn)高低以及存在形式?jīng)]有

太大的關(guān)系，故C項(xiàng)正確。

4.不同的金屬在冶煉方法上也有所不同，下列說(shuō)法正確的是（）

A.李凡、銘、錦、鐵等難熔金屬通常采用鋁熱法煉制

B.鋁及其合金是電氣、工業(yè)、家庭廣泛使用的材料，是因?yàn)殇X的冶煉方法比較簡(jiǎn)單

C.由于鈉、鎂、鋁等金屬化學(xué)性質(zhì)太活潑，人們通常采用電解熔融狀態(tài)下的氯化物的方式

來(lái)獲取它們的單質(zhì)

D.煉鐵時(shí)加入的焦炭除了提供熱量外，還用來(lái)制造還原劑一氧化碳

答案D

解析A項(xiàng)，鐵用Co還原法煉制，錯(cuò)誤：B項(xiàng)，是因?yàn)锳l有良好的性能，才被廣泛使用，

錯(cuò)誤；C項(xiàng)，氯化鋁是共價(jià)化合物，熔融時(shí)不導(dǎo)電，工業(yè)上用電解氧化鋁的方法制取鋁，錯(cuò)

誤；D項(xiàng)，高爐煉鐵中焦炭的作用為與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生熱量和制造還原劑一氧化碳，正確。

5.工業(yè)上由黃銅礦（主要成分為CUFeS2）冶煉銅的主要流程如下：

氣體A

泡銅Aljm電解精

（CUq、Cu）高溫銅精煉銅

熔渣B

（1）氣體A中的大氣污染物可選用下列試劑中的（填字母）吸收。

a.濃硫酸b.稀硝酸

c.NaoH溶液d.氨水

（2）由泡銅冶煉粗銅的化學(xué)方程式為。

（3）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(shuō)法正確的是（填字母）。

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(yáng)極移動(dòng)

d.從陽(yáng)極泥中可回收Ag、Pt、AU等金屬

（4）利用反應(yīng)2Cu+O2+2H2SO4=2CUSO4+2H2O可制備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⑴Cd（2）3CU2O+2A1=?≤=A12O3+6Cu

（3）bd（4）4H^+O2+4e^=2H2O

解析（1）氣體A中的大氣污染物為SO2,可以用NaOH溶液或氨水吸收。（3）電解精煉銅的

過(guò)程中，電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的同時(shí)，部分電能也轉(zhuǎn)化為熱能，a錯(cuò)：電解精煉粗銅時(shí)，粗銅

作陽(yáng)極，與電源正極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)，b對(duì)；電解過(guò)程中Cip+向陰極移動(dòng)，C錯(cuò)；粗銅

中Ag、Pt,AU的放電能力比銅弱，形成陽(yáng)極泥，可以回收，d對(duì)。（4）根據(jù)總反應(yīng)，O?發(fā)生

還原反應(yīng)，因此正極反應(yīng)式為O2÷4H+÷4e^=2H2θo

■練后反思

冶煉銅的“兩方法”

（1）濕法煉銅：Fe+CuSO4=FeSO4+Cuo

（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）：

SOO

2CuFeS2+4O2==CU2S+3SO2+2FeO（爐渣）

12006C

2CU2S+3O2-2CU2O+2SO2

2CU2O+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(guò)電解精煉可

得到純度達(dá)99.95%?99.98%的銅。電解精煉銅的原理是用粗銅作陽(yáng)極，失電子變?yōu)镃/+,

用純銅作陰極即可得精銅。

考點(diǎn)二鋁、鎂的提取

■歸納整合必備知識(shí)

1.鋁及其化合物的性質(zhì)

[[AI(OH)tΓ+H2]JfeH2SO4.

濃HNQ,.ED

3)強(qiáng)堿常溫

非金屬k?氧化性酸_AΓu+

單質(zhì)y?氧化物

非包化性酸」

?Fe2O3U

-1IAΓ+H2

(Fe+A2j

寫出圖中有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式：

o?普選形成致密的氧化膜

Al

G-L?‰A1+3O22A12O3

①---------------

②2A1+3C12=?=2AlCl3；

氧化性酸

A1邀聲雷布TAl+4H++NO*=A產(chǎn)+NO1+2H2。

+3

非氧化性嗖.2A1+6H=2AI÷+3H2t

③如：捻酸------------------------

-

(4)2A1+2OH^+6H2O=2[A1(OH)4]+3H2t；

高湍

⑤2Al+Fe203==2Fe+Ah03(鋁熱反應(yīng))。

2.由鋁土礦冶煉鋁的流程

鋁土礦主要成分為AhCh,含有少量SiO2、Fe2O3等雜質(zhì)。

方案一：堿溶法

[NaOH1[^)?----------------------------

u→≡jl≡r(I)冰晶石

①(∏)加熱1O(X)七

灼燒④

高研邈4便固足量

｛沉淀:Al(OH)J

∣??

①③中相關(guān)反應(yīng)的離子方程式為

①AI2O3+20H-+3H2θ=2[Al(0H)4「，

Sio2+2OH-=Sior+H2O。

-

(3)[A1(OH)4]+CO2=Al(OH)3I+HCOΓ,SiθΓ+2CO2+2H2O=H2SiO3I+2HCo3。(實(shí)

際生產(chǎn)中，硅元素轉(zhuǎn)化為硅鋁酸鈉沉淀)

方案二：酸溶法

③通CO?

②加過(guò)量氣體,并

NaOH溶趣國(guó)控制

一

鋁液,加熱.定的反IAI(OH%登

土應(yīng)條件

礦H??}過(guò)濾,----------

一洗滌UNaHeQJ

①②中相關(guān)反應(yīng)的離子方程式為

+3+

①AkCh+6H=2A1+3H2O,

+3+

Fe2O3+6H=2Fe+3H2O(.

②A13++4OH-=[Al(OH)j,

3

Fe'+30H=Fe(OH)3I?

3.鎂的提取

(1)從海水中提取鎂的流程

貝殼外Cao生石灰乳沉淀

海水或苦鹵----LMg(OHL過(guò)濾遵器MgCl2?6H2O

Mg?MgCL--I氣體

S電解g2脫水(△)

主要化學(xué)反應(yīng)：

①制石灰乳：CaCO3=?≡=CaO+CO2t、CaO+H2O=Ca(OH)2;

2+2+2+

②沉淀Mg:Mg+Ca(OH)2=Mg(OH)2+Ca;

HC

③制備Mg。?：Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O、MgC12?6H2O=≈MgCl2+6H2O;

④電解MgCl2:MgCl2(熔融)*^Mg+Cbt。

(2)鎂的重要化合物

①氧化鎂：白色粉末狀固體，難溶于水，屬于堿性氧化物,與鹽酸反應(yīng)的離子方程式為MgO

2+

+2H*=Mg+H2Oo

②氫氧化鎂：白色固體，難溶于水，中強(qiáng)堿，與鹽酸反應(yīng)的離子方程式為Mg(OH)2+2H」一

2+

Mg+2H2O-

特別提醒氫氧化鎂的溶解度小于碳酸鎂，能發(fā)生反應(yīng)：MgCO3+H2O^=Mg(OH)2+

CO2t,鎂元素在水垢中的存在形式是Mg(C)H)2。

IΞ易錯(cuò)辨析

1.MgO與Al粉的混合物也可稱為鋁熱劑()

2.Al2O3的熔點(diǎn)高，可作耐高溫材料，實(shí)臉室可用氧化鋁增蝸熔化NaOH,Na2CO3固體等()

3.鋁和酸反應(yīng)時(shí)，氧化劑是酸，鋁和堿反應(yīng)時(shí)，氧化劑是堿()

4.氫氧化鋁可作胃酸的中和劑()

5.在加熱情況下利用H?還原AbCh的方法得到金屬鋁()

6.明磯可作凈水劑，起到殺菌消毒的作用()

7.加熱MgCl2溶液最終可制得Mgel2固體()

8.工業(yè)上冶煉金屬鎂也可以采用電解熔融Mgc)的方法()

9.在Mg(HCO3)2溶液中加入足量的Ca(OH)2溶液，最終得到的沉淀是MgCO3和CaC03()

答案1.×2.×3.×4.√5.×6.×7.×8.×9.×

■專項(xiàng)突破關(guān)鍵能力

一、鋁及其化合物的性質(zhì)

1.下列關(guān)于鋁的化合物的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()

A.氧化鋁俗名為剛玉，是高溫耐火材料

B.KAl(Se)4)2-12比0溶于水可形成AI(OH)3膠體，可以凈水

C.AF+和[Al(0H)4「兩種離子不能大量共存于同一溶液中

3+

D.將AICI3溶液滴入濃氨水中的離子方程式：A1+4NH3?H2O=[A1(OH)4]+4NH4*

答案D

解析將AIel3溶液滴入濃氨水中，生成氫氧化鋁沉淀，D錯(cuò)誤。

2.鋁是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)階段的唯一一種既能與酸(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(wèn)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0

(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HC1、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IoomL3mol?L-ι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“甲)：M乙)=1:2,則加入鋁粉的質(zhì)量

為(填字母)0

A.gB.gC.gD.g

答案(1)1：1(2)1:3(3)3：1(4)A

解析⑴根據(jù)化學(xué)方程式：2A1+6HC1=2A1C∣3+3H2t、2A1+2NaOH+

6H2O=2Na［Al(OH)4］+3H2t,得Al與比的關(guān)系式均為2A1?3比，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(guò)量，產(chǎn)生的H?由HCl和NaoH的量決定。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中的關(guān)系式：

6HC1?3H2、2NaOH?3H2,故當(dāng)HC1、NaOH的物質(zhì)的量相等時(shí)，二者產(chǎn)生H2的體積比為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〃(HCI)：n(NaOH)=3：1,又因?yàn)閮扇芤后w積

相等，故c(HCl)：C(NaOH)=n(HCl)：//(NaOH)=3：1,

(4)當(dāng)參加反應(yīng)的HCI和NaOH的物質(zhì)的量一樣多時(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(shuō)明此題投入的鋁粉對(duì)鹽酸來(lái)說(shuō)是過(guò)量的，而對(duì)于NaoH來(lái)說(shuō)是不足的。

2A1+6HC1=2A1C13+3H2t

6mol3mol

3mol?L^1XLmol

則Al與NaOH反應(yīng)生成的也為mol×2=mol。

2Al+2NaOH+6H2O=2NafAl(OH)4］+3H2t

2×27g3mol

5.4gmol

即投入的鋁粉為go

二、鎂、鋁提取工業(yè)流程的分析應(yīng)用

3.從海水中提取鎂的工藝流程如圖所示：

［海水］結(jié)與過(guò)濾，母液片F(xiàn)?(OH)2)?MgC12?

⑤%

小

頤戶(生石灰盧(石/乳)MgCI2)

回答下列問(wèn)題：

(1)海水通過(guò)結(jié)晶、過(guò)濾得到的固體物質(zhì)主要是(填化學(xué)式)。

答案NaCl

⑵怎樣使MgCl2?6H2O失去晶體水，得至IJMgCl2?

答案將晶體置于HCl氣體氛圍中脫水

(3)上述工藝流程涉及到的四大基本反應(yīng)類型有

答案化合反應(yīng)、分解反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)

(4)寫出電解熔融MgCI2的電極反應(yīng)式：。

答案陽(yáng)極：2C「-2b=C12t,

陰極：Mg2'+2e^^=Mg

4.利用鋁灰(主要成分為Al、AI2O3SA1N、Feo等)制備鋁糅劑［主要成分為Al(OH)2。］的一

種工藝如下：

水鹽酸漂白液純堿

鋁灰申審彘唾;翦髓劑

氣體AH2廢渣CO2

⑴氣體A能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)。鋁灰在90°C時(shí)水解生成A的化學(xué)方程式為

“水解”采用90℃而不在室溫下進(jìn)行的原因是.

(2)“酸溶”時(shí)，AbCh發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。

(3)“氧化”時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為.

(4)“廢渣”的成分為(填化學(xué)式)。

(5)采用噴霧干燥而不用蒸發(fā)的原因是。

90℃

答案(1)A1N+3H2O^=A1(OH)3+NH3t

加快AIN水解的反應(yīng)速率，降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出

i2343+

(2)AI2O3+6H=2AI+3H2O

2++3+

(3)2Fe+2H+C10=2Fe+CΓ+H2O

(4)Fe(OH)3

(5)防止Al(OH)2Cl水解生成Al(OH)3

真題演練明確考向

1.正誤判斷，正確的打“，錯(cuò)誤的打“X”。

(1)青銅和黃銅是不同結(jié)構(gòu)的單質(zhì)銅(2022?全國(guó)乙卷，7C)(X)

(2)青銅比純銅熔點(diǎn)低、硬度大，所以古代用青銅鑄劍(2022?江蘇，7C)(√)

(3)氧化鋁熔點(diǎn)高，常用于制造耐高溫材料(2022?浙江6月選考，8C)(√)

(4)工業(yè)上通過(guò)電解六水合氯化鎂制取金屬鎂(2022?浙江6月選考，9A)(X)

(5)鋁熱反應(yīng)非常劇烈，操作時(shí)要戴上石棉手套和護(hù)目鏡(2022?浙江6月選考，11B)(√)

(6)技術(shù)人員開發(fā)高端耐腐蝕鍍鋁鋼板，是因?yàn)殇X能形成致密氧化膜(2022?廣東，6D)(√)

(7)利用海水制取漠和鎂單質(zhì)，此過(guò)程中Br-可被氧化,Mg2+可被還原(2022.廣東，12B)(√)

(8)MgCl2溶液中滴加NaOH溶液至過(guò)量，現(xiàn)象為產(chǎn)生白色沉淀后沉淀消失(2022?海南，6A)

(X)

2.(2020?山東，9)以菱鎂礦(主要成分為MgCO3,含少量Sie)2、Fe2O3和ALCh)為原料制備高

純鎂砂的工藝流程如下：

氨水

氫高

菱輕浸

煨浸氧純

鎂燒出

燒出化鎂

礦粉一液

鎂砂

)

是(

錯(cuò)誤的

列說(shuō)法

)3。下

l(C)H

)和A

C)H3

、Fe(

ic)2

中有S

廢渣

生的

時(shí)產(chǎn)

浸出

已知

O

t+H

H3

+2N

gCL

Cl=M

NH4

O+2

為Mg

的反應(yīng)

浸出鎂

A.

2

下進(jìn)行

高溫度

應(yīng)在較

操作均

沉鎂的

浸出和

B.

Cl

、NH

有NH3

物質(zhì)

用的

環(huán)使

可循

程中

C.流

4

不同

SP的

化物K

氫氧

它們

用了

+是利

、Fe3

AF+

g?+與

分離M

D.

B

答案

，A

氨氣

生成

解，

的水

化校

了款

促進(jìn)