金屬材料和金屬的冶煉-2025年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)講義（學(xué)生版）

第14講金屬材料和金屬的冶煉

目標(biāo)

01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。

02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

重點(diǎn)?夯基易錯(cuò)

i.金屬冶煉的一般方法

（1）金屬在自然界中的存在

［化.態(tài).在金屬化合物中，金屬元素都顯正價(jià)

［游1態(tài)）一金、伯等極少數(shù)金屬

（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

,____A____,_________A.________<A、

----------金屬活動(dòng)性逐漸減弱---------------?

KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg

電解

I局/皿|AI

NaCl（熔融）Fe2O3HgO

例如下列金屬的冶煉（用化學(xué)方程式表示）

一Na：2NaCl（熔融）@里=2Na+Cl2t

電

解i甬由

Mg:MgCl?（熔融）粵』Mg+Ckt

法

誦由

工Al：2A1Q,（熔融）T^^4A1+3（M

______________冰晶石__________

熱高爐煉鐵：FezOa+BCO國堡2Fe+3cOz

還

原

焦炭還原制銅：2CuO+Cq=2Cu+CO2t

法

工

熱

分Hg：2HgO0=2Hg+O2t

解

法

Ag:2Ag2O^=4Ag+O2f

一

2.合金的概念及性能

7^1由兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非

金屬）熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)

「具有金屬特性

福-—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

L硬度：合金的硬度一般比它的各成分金屬

的硬度大

3.常見的金屬材料

⑴分類

「

金黑色金屬材料鐵、鎰、鋌以及它們的合金

屬

材

料有色金屬材料除黑色金屬以外的其他各種金屬

一

及其合金

（2）幾種常見的合金

「低碳鋼：韌性、焊接性好,強(qiáng)度低

碳素鋼1--中碳鋼:強(qiáng)度高，韌性及加工性好

鋼

①L高碳鋼:硬而脆，熱處理后彈性好

鐵

脩鋼—具有各種不同的優(yōu)良性能，用于制

飛士~~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）：我國最早使用

黃銅（主要含Cu、Zn等）

K白銅（主要含Cu、Ni、Zn等）

正易錯(cuò)辨析

I.金屬鈉的冶煉用電解熔融的NaCl,則金屬鋁的冶煉也用電解熔融的AlCb（）

2.CuO是黑色固體，與水反應(yīng)生成CU（OH）2（）

3.CuSO/5H2O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（）

方法?規(guī)律總結(jié)

1.冶煉銅的“兩方法”

（1）濕法煉銅：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu0

（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）：

800℃

2CuFeS2+4O2=====Cu2s+3SC）2+2FeO（爐渣）

1200℃

2CU2S+3O2=====2CU2O+2SO2

2CU2O+CU2S====6CU+SO2t

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(dá)

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M+,用純銅作陰極即可得精銅。

2.銅及其常見化合物的顏色

物質(zhì)顏色物質(zhì)顏色

紫紅色白色

CuCuSO4

黑色藍(lán)色

CuOCUSO4-5H2O

磚紅色綠色

Cu2OCU2(OH)2CO3

黑色藍(lán)色

Cu2SCU(OH)2

點(diǎn)撥?能力培養(yǎng)

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

2.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.金屬陽離子得電子的能力

D.金屬熔點(diǎn)的高低

3.不同的金屬在冶煉方法上也有所不同，下列說法正確的是（）

A.機(jī)、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，還用來制造還原劑一氧化碳

真題?明考向

1.（2022?福建?高考真題）用銘鐵合金（含少量Ni、Co單質(zhì)）生產(chǎn)硫酸銘的工藝流程如下:

稀硫酸Na2s草酸

絡(luò)鐵合金―浸出—除雜f沉鐵-CJSC）。

氣體濾渣1濾渣2

下列說法錯(cuò)誤的是

A.“浸出”產(chǎn)生的氣體含有H?B.“除雜”的目的是除去Ni、Co元素

C.流程中未產(chǎn)生六價(jià)銘化合物D.“濾渣2”的主要成分是FeKCzOj

2.（2021?河北?高考真題）“灌鋼法”是我國古代勞動(dòng)人民對鋼鐵冶煉技術(shù)的重大貢獻(xiàn)，陶弘景在其《本草經(jīng)

集注》中提到“鋼鐵是雜煉生^作刀鐮者”?！肮噤摲ā敝饕菍⑸F和熟鐵（含碳量約0.1%）混合加熱，生鐵熔

化灌入熟鐵，再鍛打成鋼。下列說法錯(cuò)誤的是

A.鋼是以鐵為主的含碳合金

B.鋼的含碳量越高，硬度和脆性越大

C.生鐵由于含碳量高，熔點(diǎn)比熟鐵高

D.冶煉鐵的原料之一赤鐵礦的主要成分為Fe2（）3

考點(diǎn)二：鋁、鎂的提取

重點(diǎn)?夯基易錯(cuò)

1.鋁及其化合物的性質(zhì)

濃。、

|[A1(OH)4]+H2)H2s4

?濃HNQ-f鈍化）

④強(qiáng)堿常溫儂泡

(AI2O3非金屬小酸

氧化性酸AF++

單質(zhì)③氧化物

⑤Fe.2O3

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

O?嚴(yán)應(yīng)形成致密的氧化膜

①A1-L^>4A1+3C>22Al2O3

—盧燃

②2A1+3cb=金三=2A1C13；

氧化性酸一

+

如:稀HNQ：Al+4H+NO3=AF++NOf+2H2O

Al堡

非氧化性酸

2A1+6H+2AF++3H2T

如:鹽酸

?2A1+2OH-+6H2O=2[A1(OH)4]-+3H2t;

聲y日

⑤2Al+Fe2C)3=====2Fe+AbC>3(鋁熱反應(yīng))。

2.由鋁土礦冶煉鋁的流程

鋁土礦主要成分為AI2O3,含有少量SiC>2、Fe2（）3等雜質(zhì)。

方案一：堿溶法

(NaOH)

①(口)加)熱1000笠灼燒④

足量,、FK沉淀:Al(OH)/

co2■(懸濁液造_,

①③中相關(guān)反應(yīng)的離子方程式為

①AI2O3+2OH-+3H2O=2[A1(OH)4]-,

SiO2+2OH-=SiOr+H2Oo

?[A1(OH)4]-+CO2=A1(OH)3I+HCOr,SiOF+2CO2+2H2O=H2SiO3I+2HCOr=(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9

體

伊

②加過量氣

制

一

i控

NaOH溶

的

反

閹液，加熱定Q

件

應(yīng)

f①加液|過濾一條(OH);A1

畫

十-----?

沉

濾

過

淀

滌

洗

〕

①②中相關(guān)反應(yīng)的離子方程式為

3

①AI2O3+6H+=2A1++3H2O,

3+

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

②AF++4OH-=[A1(OH)4]-,

3+

Fe+3OH-=Fe(OH)3I?

3.鎂的提取

(1)從海水中提取鎂的流程

貝殼"壇CaO皿石灰乳沉淀、

海水或苦鹵------LMg(OH)2過濾磷基MgCl2-6H2O

Mg迎MRCI??-I氣體

電解叫“脫水(△)

主要化學(xué)反應(yīng):

①制石灰乳：CaCC>3=篦曼

CaO+CO2t、CaO+H2O=Ca(OH)2；

2+22

②沉淀Mg：Mg++Ca(OH)2=Mg(OH)2+Ca+；

③制備MgCb：Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O>MgCb-6H2O==灣==MgCb+6H2O；

通申

④電解MgCl2：MgCb(熔融)=====Mg+Cbto

(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+2H+=Mg2++

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+=Mg2++2H2。。

△

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(0H)2。

正易錯(cuò)辨析

1.MgO與A1粉的混合物也可稱為鋁熱劑()

2.AI2O3的熔點(diǎn)高，可作耐高溫材料，實(shí)驗(yàn)室可用氧化鋁用煙熔化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H2還原AI2O3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MgCl2固體()

8.工業(yè)上冶煉金屬鎂也可以采用電解熔融MgO的方法()

9.在Mg(HCC)3)2溶液中加入足量的Ca(OH)2溶液，最終得到的沉淀是MgCC>3和CaCCM)

方法?規(guī)律總結(jié)

(1)鎂、鋁的特殊化學(xué)性質(zhì)

①鋁是活潑金屬，但抗腐蝕性能強(qiáng)，原因是常溫下A1與。2反應(yīng)生成一層致密的氧化物薄膜而防止內(nèi)部金

屬進(jìn)一步被氧化。鋁能與酸(H+)反應(yīng)，是屬于活潑金屬的通性；鋁能與堿溶液反應(yīng)，是鋁表現(xiàn)出來的特殊性。

②鋁與某些金屬氧化物可發(fā)生鋁熱反應(yīng)，鋁熱反應(yīng)可用于焊接金屬、冶煉高熔點(diǎn)的貴重金屬，但A1與MgO

不能發(fā)生鋁熱反應(yīng)，原因是Mg的活潑性強(qiáng)于A1。

③鎂在空氣中燃燒除了與。2反應(yīng)產(chǎn)生MgO外，還與N2反應(yīng)產(chǎn)生Mg3N2，與CO2反應(yīng)生成C和MgO。

④由于Mg能夠在CO2中燃燒，所以鎂著火時(shí)不能用干冰滅火器和泡沫滅火器滅火。

(2)鋁與酸、堿反應(yīng)生成氫氣的量的關(guān)系

①等物質(zhì)的量的A1分別與足量的非氧化性酸(H+)和堿(OH1反應(yīng)，生成H2的物質(zhì)的量之比為1：1,消耗H

+和OH-的物質(zhì)的量之比為3：lo

②足量的A1分別與含等物質(zhì)的量的H+和OH-的溶液反應(yīng)，生成H2的物質(zhì)的量之比為1：30

③等質(zhì)量的鋁分別與等物質(zhì)的量的強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，若兩種反應(yīng)產(chǎn)生H,的體積之比為_<1,

3K(H2)NaOH

則說明與酸反應(yīng)時(shí)，A1過量、H+不足；而與堿反應(yīng)時(shí)，A1不足、OH-過量。

⑶能與鋁反應(yīng)生成H2的溶液，可能是酸性溶液，也可能是堿性溶液。

(4)等質(zhì)量的鋁與足量的酸或堿溶液反應(yīng)，生成H2的量相同。

⑸等物質(zhì)的量的酸和堿與足量的鋁反應(yīng)，生成H2的量由酸和堿的物質(zhì)的量決定。

I，點(diǎn)撥?能力培養(yǎng)

1.下列關(guān)于鋁的化合物的說法錯(cuò)誤的是（）

A.氧化鋁俗名為剛玉，是高溫耐火材料

B.KA1（SO4）2T2H2。溶于水可形成A1（OH）3膠體，可以凈水

C.AP+和[A1（OH）4「兩種離子不能大量共存于同一溶液中

3

D.將AlCb溶液滴入濃氨水中的離子方程式：Al++4NH3H2O=[A1（OH）4]+4NH4

真題?明考向

1.（2023?浙江?高考真題）物質(zhì)的性質(zhì)決定用途，下列兩者對應(yīng)關(guān)系不正確的是

A.鋁有強(qiáng)還原性，可用于制作門窗框架

B.氧化鈣易吸水，可用作干燥劑

C.維生素C具有還原性，可用作食品抗氧化劑

D.過氧化鈉能與二氧化碳反應(yīng)生成氧氣，可作潛水艇中的供氧劑

2.（2021?浙江?高考真題）下列說法不正確的是

A.鐵粉與氧化鋁發(fā)生的鋁熱反應(yīng)可用于焊接鐵軌

B.鎂燃燒會發(fā)出耀眼的白光，可用于制造信號彈和焰火

C.熟石膏與水混合成糊狀后能很快凝固，常用于制作模型和醫(yī)療石膏繃帶

D.工業(yè)上可用氨水消除燃煤煙氣中的二氧化硫

演練*提能力

1.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

2.（2019?天津?高考真題）下列有關(guān)金屬及其化合物的不合理的是

A.將廢鐵屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工業(yè)廢氣中的Cl?

B.鋁中添加適量鋰，制得低密度、高強(qiáng)度的鋁合金，可用于航空工業(yè)

C.鹽堿地（含較多Na2cO3等）不利于作物生長，可施加熟石灰進(jìn)行改良

D.無水CoCL呈藍(lán)色，吸水會變?yōu)榉奂t色，可用于判斷變色硅膠是否吸水

3.地球上的金屬礦物資源是有限的，強(qiáng)力推進(jìn)“富礦精開”顯得尤為重要，下圖是由某鋁土礦（主要成分為

AI2O3）冶煉鋁的流程示意圖（部分設(shè)備和原料已省略），下列說法正確的是

電解

A.電解的方程式為A1Q3WL2A1+O3T

冰晶石

B.該鋁土礦中AI2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%

C.該流程電解鋁過程中鋁的損失率約為5.6%

D.該流程能耗是回收鋁質(zhì)飲料罐得到鋁能耗的約3%?5%

4.下列常見金屬的冶煉原理不合理的是

A.電解法冶煉金屬鋁：2AleX熔融）幽2A1+3cl2t

B.電解法冶煉金屬鈉：2NaCl（熔融）曳牲2Na+Cl2T

A人

C.加熱法冶煉金屬汞：2HgO=2Hg+O2T

高溫

D.熱還原法冶煉金屬鐵:Fe2O3+3CO^=2Fe+3CO2

5.金屬的冶煉體現(xiàn)了人類文明的發(fā)展歷程，下列關(guān)于金屬冶煉的說法不正確的是

A.不活潑金屬如粕、金等，在自然界中可以以單質(zhì)的形態(tài)存在，可以采用物理方法提純

B.高爐煉鐵原料為石灰石、焦炭和赤鐵礦，是利用碳單質(zhì)還原FezCh的反應(yīng)產(chǎn)生純鐵

C.冶煉金屬鋁時(shí)要加入冰晶石，其目的是降低氧化鋁的熔點(diǎn)

D.電解熔融的NaCl獲得金屬Na

6.足量下列物質(zhì)與相同質(zhì)量的鋁反應(yīng)，放出氫氣且消耗溶質(zhì)物質(zhì)的量最少的是

A.氫氧化鈉溶液B,稀硫酸C.鹽酸D.稀硝酸

7.（2022?海南?高考真題）依據(jù)下列實(shí)驗(yàn)，預(yù)測的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象正確的是

選項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容預(yù)測的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

AMgC"溶液中滴加NaOH溶液至過量產(chǎn)生白色沉淀后沉淀消失

BFeC"溶液中滴加KSCN溶液溶液變血紅色

CAgl懸濁液中滴加NaCl溶液至過量黃色沉淀全部轉(zhuǎn)化為白色沉淀

D酸性KM!!?！谷芤褐械渭右掖贾吝^量溶液紫紅色褪去

A.AB.BC.CD.D

8.有一鎂鋁合金共21g,把其加入1L5moi[T的鹽酸中，共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體22.4L,下列說法

正確的是（不考慮溶液體積的變化和鹽酸的揮發(fā)）

A.n（Al）:n（Mg）=3:2

B.反應(yīng)后溶液中的c（HCl）=3mol-LT

C.上述反應(yīng)中僅涉及2種基本反應(yīng)類型的反應(yīng)

D.常溫下，該合金能完全溶解在足量的NaOH溶液中

9.工業(yè)上由黃銅礦（主要成分為CuFeSz）冶煉銅的主要流程如下：

石英砂石英砂I氣體A

黃

I焙燒.冰銅I焙燒I泡銅A1.粗電解精

銅（C%。、Cu）蒿浪銅篇章銅

礦

t（mCu2S-nFeS）|

空氣成氣1

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o

（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CM+向陽極移動(dòng)

d.從陽極泥中可回收Ag、Pt、Au等金屬

(4)利用反應(yīng)2CU+C)2+2H2so4=2CUSO4+2H2。可制備CuS0,若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池，其正極電極反

4

應(yīng)式為=

=====10.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)放出叢的

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o

⑵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)生的相等，則HC1

和NaOH的物質(zhì)的量濃度之比是。

(4)甲、乙兩燒杯中各盛有100mL3moi［T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，測得生成的氣體體積比為■(甲)：■(乙)=1：2,則加入鋁粉的質(zhì)量為

__________________________________________________________________(填字母)。

A.5.4gB.3.6gC.2.7gD.1.8g

11.從海水中提取鎂的工藝流程如圖所示：

海為結(jié).過濾”反覆舟^(0田2僧Mg。2,6H2。)

⑤型

、水

［貝殼生石灰］石1乳)||MgCl?)

回答下列問題：

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

(2)怎樣使MgCl2-6H2O失去晶體水，得至UMgCl2?

(3)上述工藝流程涉及到的四大基本反應(yīng)類型有

(4)寫出電解熔融MgCl2的電極反應(yīng)式：o

12.利用鋁灰(主要成分為Al、A12O3>AIN、FeO等)制備鋁糅劑［主要成分為A1(OH)2C1］的一種工藝如下:

水鹽酸漂白液純堿

鋁灰全年Ml直h雷髓劑

氣體AH2廢渣CO2

(1)氣體A能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)。鋁灰在90℃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”