第3講金屬材料金屬礦物的開發(fā)利用必備知識(shí)·整合一、金屬材料1.合金(1)概念:合金是指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)。常溫下,多數(shù)合金是固體,但鈉鉀合金是液體(2)特性:合金具有不同于各成分金屬的物理、化學(xué)或機(jī)械性能。①熔點(diǎn):一般比它的各成分金屬的

;②硬度和強(qiáng)度:一般比它的各成分金屬的

。低大2.常見的金屬材料(1)金屬材料。黑色金屬材料有色金屬材料

以及它們的合金除黑色金屬以外的其他金屬材料及其合金鐵、鉻、錳(2)黑色金屬材料——鋼鐵。①

是用量最大、用途最廣的合金。②鋼(3)有色金屬材料——銅和鋁。②銅合金:

是我國使用最早的合金,常見的還有黃銅和白銅。青銅(1)不銹鋼、硬鋁都是合金,青銅是銅單質(zhì),不屬于合金。(

)[理解·辨析]判斷正誤:正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”。解析:(1)青銅也是合金?！?2)港珠澳大橋的建設(shè)使用了大量鋼材,鋼材是合金。(

)√(3)鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物,可作儲(chǔ)氫材料。(

)√(4)金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是金屬離子失去電子被還原的過程。(

)解析:(4)化合價(jià)降低,金屬離子得到電子被還原。×(5)所有的金屬氧化物都能和鋁發(fā)生鋁熱反應(yīng)。(

)解析:(5)活動(dòng)性弱于Al的金屬,其氧化物能發(fā)生鋁熱反應(yīng)?！炼?、金屬礦物的開發(fā)利用1.金屬在自然界中的存在形式正2.金屬冶煉的一般步驟3.金屬冶煉的實(shí)質(zhì)化合態(tài)游離態(tài)三、鎂及其化合物1.鎂的位置鎂元素在元素周期表中位于第

周期第

族。鎂在化學(xué)反應(yīng)中,能表現(xiàn)出較強(qiáng)的金屬性,即失電子的能力強(qiáng),是常用的

。2.鎂的物理性質(zhì)具有

色金屬光澤的固體,密度、硬度均較

,熔點(diǎn)較

,有良好的導(dǎo)電、傳熱和延展性。三ⅡA還原劑銀白小低3.鎂的化學(xué)性質(zhì)①與非金屬反應(yīng)。在O2中燃燒:

;與N2反應(yīng):

;與Cl2反應(yīng):

。鎂著火時(shí),不能用干粉滅火器滅火③與H2O反應(yīng):

。④與H+反應(yīng):

。4.鎂的用途制造信號(hào)彈和焰火;鎂合金用于制造火箭、導(dǎo)彈和飛機(jī)的部件;氧化鎂用于制耐高溫材料,冶金工業(yè)上用作還原劑和脫氧劑。5.海水提鎂工藝流程:[理解·辨析]判斷正誤:正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”。(1)Mg在空氣中燃燒,產(chǎn)物只是MgO。(

)解析:(1)Mg除了與氧氣反應(yīng)還能與N2、CO2反應(yīng)生成Mg3N2、C?！?2)鎂著火不可以用CO2滅火,鈉著火也不可以用CO2滅火。(

)√解析:(3)MgO不能與水反應(yīng)生成Mg(OH)2。(3)下列轉(zhuǎn)化關(guān)系均可通過一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn):Mg→MgO→Mg(OH)2→MgCl2。(

)×(4)1molMg與足量鹽酸反應(yīng)時(shí),轉(zhuǎn)移2NA個(gè)電子(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。(

)√四、鋁及其化合物1.鋁的結(jié)構(gòu)和存在三ⅢA化合2.金屬鋁的物理性質(zhì)

色有金屬光澤的固體,有良好的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等,密度較

,質(zhì)地柔軟。銀白小3.金屬鋁的化學(xué)性質(zhì)氧化膜鈍化4.鋁熱反應(yīng)弱[理解·辨析]判斷正誤:正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”。(1)用坩堝鉗夾住一小塊用砂紙仔細(xì)打磨過的鋁箔在酒精燈上加熱,熔化后的液態(tài)鋁滴落下來,說明鋁的熔點(diǎn)較低。(

)×解析:(1)熔化后的液態(tài)鋁不會(huì)滴落下來,因?yàn)殇X的表面會(huì)生成一層氧化膜,Al2O3熔點(diǎn)高。(2)1molAl與足量的硫酸或足量的氫氧化鈉溶液反應(yīng),轉(zhuǎn)移電子數(shù)相同。(

)√(3)鋁與Fe2O3發(fā)生鋁熱反應(yīng)后,固體物質(zhì)質(zhì)量增加。(

)解析:(3)化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量守恒,因此固體質(zhì)量不變?！?4)Al2O3是兩性氧化物,故可用作耐高溫材料。(

)解析:(4)Al2O3可用作耐高溫材料是因?yàn)槿埸c(diǎn)高?！?5)Al(OH)3具有弱堿性,可用于治療胃酸過多。(

)√五、銅及其化合物1.單質(zhì)銅(1)物理性質(zhì):

色固體,具有良好的延展性、

性和

性。(2)化學(xué)性質(zhì)。紫紅導(dǎo)熱導(dǎo)電綠2.氧化銅和氧化亞銅3.氫氧化銅(1)物理性質(zhì):

色

溶于水的固體。藍(lán)難(2)化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用。4.銅鹽(1)Cu2(OH)2CO3名稱為

,是銅綠、孔雀石的主要成分。堿式碳酸銅藍(lán)礬、膽礬(3)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,因此可將膽礬、熟石灰、水配成波爾多液,用來殺滅植物的病毒。(3)電解精煉銅的原理是用粗銅作陽極,銅在陽極上失電子變?yōu)镃u2+,用純銅棒作陰極,Cu2+在陰極上得電子生成銅。[理解·辨析]判斷正誤:正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”。(1)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。(

)(2)Cu2(OH)2CO3是銅銹的主要成分,在干燥的空氣中銅不易生銹。(

)√(3)1molCu和足量熱濃硫酸反應(yīng)可生成NA個(gè)SO3分子(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。(

)×解析:(3)Cu和足量熱濃硫酸反應(yīng)生成SO2,而不是SO3。√(4)將CuCl2溶液在蒸發(fā)皿中加熱蒸干,可制得無水CuCl2固體。(

)解析:(4)CuCl2溶液在蒸發(fā)皿中加熱蒸干時(shí),Cu2+水解最終得到Cu(OH)2?！陵P(guān)鍵能力·提升考點(diǎn)一合金、金屬礦物的開發(fā)利用合金的性質(zhì)及應(yīng)用1.《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C解析:明代使用的釜、鬵都屬于鐵合金,故A錯(cuò)誤;不銹鋼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。2.國產(chǎn)大型客機(jī)C919機(jī)身部分采用第三代新型鋁鋰合金材料。下列關(guān)于鋁鋰合金的認(rèn)識(shí)不正確的是(

)A.鋁鋰合金密度較小,強(qiáng)度較大,硬度大于純鋁,熔點(diǎn)低于鋰單質(zhì)B.改變?cè)系呐浔?可以制得性能不同的鋁鋰合金C.鋁鋰合金具有金屬光澤,可導(dǎo)電、導(dǎo)熱D.鋁鋰合金的性質(zhì)與各成分金屬的性質(zhì)完全相同D解析:合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬的熔點(diǎn)低,硬度大于其成分金屬,故A正確;合金的性質(zhì)與成分的含量有關(guān),所以改變?cè)系呐浔?可以制得性能不同的鋁鋰合金,故B正確;鋁鋰合金具有金屬材料的一些通性,有金屬光澤,可導(dǎo)電、導(dǎo)熱,故C正確;合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬的熔點(diǎn)低,硬度大于其成分金屬,所以鋁鋰合金的性質(zhì)與各成分金屬的性質(zhì)不完全相同,故D錯(cuò)誤。3.(2023·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共熱的固體產(chǎn)物中只含CuD.Ag2O直接熱分解可得到AgC金屬礦物的開發(fā)與利用解析:根據(jù)金屬活動(dòng)性順序可知,可以用熱還原法冶煉Sn、Fe,因此可以用焦炭熱還原SnO2得到Sn,故A正確;也可以用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共熱的產(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。4.氧化鋁是工業(yè)上電解制鋁的原料,工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3,還含有Fe2O3、SiO2等)為原料制取氧化鋁的流程如圖所示,下列說法錯(cuò)誤的是(

)BA.濾渣可用于煉鐵B.實(shí)驗(yàn)室可在蒸發(fā)皿中加熱分解氫氧化鋁C.步驟①②③中均不涉及氧化還原反應(yīng)D.實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行過濾時(shí),用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒考點(diǎn)二鎂、鋁、銅及其重要化合物(2022·上海統(tǒng)測(cè))科學(xué)探究可以培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)思維。某興趣小組進(jìn)行了金屬燃燒實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)123步驟將一片鋁箔在空氣中用酒精燈加熱將另一片相同鋁箔伸入充滿氧氣的集氣瓶中,引燃將一段鎂條在空氣中用酒精燈加熱現(xiàn)象鋁箔不燃燒,熔化后也不滴下,外面立即形成一層薄膜鋁箔劇烈燃燒,發(fā)出耀眼白光鎂條劇烈燃燒,發(fā)出耀眼白光回答下列問題。(1)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1、2的目的是研究鋁和氧氣反應(yīng)的劇烈程度是否與氧氣的

有關(guān)。

(2)某同學(xué)分析實(shí)驗(yàn)2、3后就得出如下結(jié)論:不同金屬的活動(dòng)性是不同的。其他同學(xué)認(rèn)為這個(gè)結(jié)論不可靠,你認(rèn)為他們的理由是

。

(3)小組同學(xué)認(rèn)為鎂和鋁的活動(dòng)性可以通過與氧氣反應(yīng)的劇烈程度來比較,你認(rèn)為還可以通過

的實(shí)驗(yàn)來比較。

(4)在實(shí)驗(yàn)1中,有同學(xué)用細(xì)針去刺破液態(tài)鋁外面的薄膜,觀察到里面的液態(tài)鋁依然沒有流出來。實(shí)驗(yàn)后,同學(xué)們查閱資料獲知該薄膜是氧化鋁,其熔點(diǎn)明顯高于酒精燈火焰的溫度,由此推斷,刺破薄膜后液態(tài)鋁會(huì)迅速和

反應(yīng),又會(huì)形成致密氧化膜,所以液態(tài)鋁不會(huì)流出來。

解析:(1)實(shí)驗(yàn)1、2中氧氣的濃度不同,故實(shí)驗(yàn)的目的是研究鋁和氧氣反應(yīng)的劇烈程度是否與氧氣的濃度有關(guān)。(2)不能只用鎂、鋁金屬做實(shí)驗(yàn),且選擇的金屬樣本種類太少(或?qū)嶒?yàn)中存在氧氣濃度和金屬種類兩個(gè)變量沒有控制)就得出此結(jié)論。(3)還可以用鎂、鋁和酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡得快慢或者鎂是否和可溶性鋁鹽反應(yīng)來驗(yàn)證鎂、鋁的活動(dòng)性。(4)鋁能迅速和氧氣反應(yīng)生成氧化鋁膜,故液態(tài)鋁不會(huì)流出。答案:(1)濃度(或純度、含量)(2)只用鎂、鋁金屬做實(shí)驗(yàn),選擇的金屬樣本種類太少(或?qū)嶒?yàn)中存在氧氣濃度和金屬種類兩個(gè)變量沒有控制)

(3)鎂、鋁與酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡得快慢(或鎂是否與可溶性鋁鹽反應(yīng)等)

(4)氧氣由以上3個(gè)實(shí)驗(yàn)可知,鋁制品在空氣中能穩(wěn)定存在的原因是什么?提示:鋁能和氧氣反應(yīng)生成氧化鋁膜,保護(hù)了內(nèi)部的鋁不會(huì)與氧氣接觸。1.下列關(guān)于鎂、鋁的說法正確的是(

)A.鋁制品在空氣中能穩(wěn)定存在是因?yàn)殇X不活潑B.濃硝酸、濃硫酸能用鋁制器皿盛裝是因?yàn)殇X與濃硝酸、濃硫酸不反應(yīng)C.鎂、鋁均能與NaOH溶液反應(yīng)D.鋁與Fe2O3發(fā)生鋁熱反應(yīng)是利用了Al的還原性比Fe的強(qiáng)D2.某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)探究Mg、Al、Cu的性質(zhì),下列操作正確且能達(dá)到目的的是(

)A.鎂條在空氣中燃燒所得的固體物質(zhì)是混合物B.將水加入濃硫酸中得到稀硫酸,將鋁條置于其中探究Al的活潑性C.金屬鎂質(zhì)地柔軟,不適宜制作高強(qiáng)度的合金材料D.常溫下,將銅絲伸入盛滿氯氣的集氣瓶中,觀察CuCl2的生成A解析:Mg在空氣中燃燒生成MgO、Mg3N2和C,所以鎂條在空氣中燃燒所得的固體物質(zhì)是混合物,故A正確;稀釋濃硫酸時(shí)應(yīng)將濃硫酸加入水中并不斷攪拌,故B錯(cuò)誤;雖然Mg質(zhì)地柔軟,但密度小,常用來制作合金材料,如鎂鋁合金,故C錯(cuò)誤;觀察CuCl2的生成應(yīng)該用紅熱的銅絲,故D錯(cuò)誤。3.下列除去雜質(zhì)的方法不正確的是(

)A.鎂粉中混有少量鋁粉:加入過量燒堿溶液充分反應(yīng),過濾、洗滌、干燥B.Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2:加入足量燒堿溶液,充分反應(yīng),過濾,向?yàn)V液中通入過量CO2后過濾C.用過量氨水除去含F(xiàn)e3+溶液中的少量Al3+D.除去CO2中混有的少量CO:將氣體通入灼熱的氧化銅C解析:鋁能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣,鎂與氫氧化鈉溶液不反應(yīng),故A正確;氫氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水,氫氧化鎂與氫氧化鈉溶液不反應(yīng),反應(yīng)生成的偏鋁酸鈉溶液能與二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁,故B正確;鐵離子和鋁離子與氨水反應(yīng)分別生成氫氧化鐵沉淀和氫氧化鋁沉淀,氫氧化鐵沉淀和氫氧化鋁沉淀都不能與氨水反應(yīng),則用過量氨水不能除去含F(xiàn)e3+溶液中的少量Al3+,故C錯(cuò)誤;一氧化碳與氧化銅共熱反應(yīng)生成銅和二氧化碳,則將混有少量一氧化碳的二氧化碳混合氣體通入灼熱的氧化銅能除去一氧化碳,故D正確。4.(2022·山西晉城二模)“鋁渣”是鋁工業(yè)的副產(chǎn)品,主要成分為Al、AlF3、LiF、CaO。利用“鋁渣”制備Li2CO3的流程如圖所示:已知:LiHCO3易溶于水;Li2CO3在不同溫度下的溶解度如下表。溫度/℃010205075100溶解度/(g/100gH2O)1.5931.4061.3291.1810.8660.740回答下列問題。(1)“酸浸”過程不能在玻璃反應(yīng)釜中進(jìn)行,其主要原因是

。

解析:“鋁渣”主要成分為Al、AlF3、LiF、CaO,經(jīng)濃硫酸酸浸后,氟化物轉(zhuǎn)化為HF氣體逸出,部分氧化鈣轉(zhuǎn)化為微溶的硫酸鈣以濾渣形式除去,得到的濾液中含鋁離子、鋰離子和少量鈣離子,再加入碳酸鈉溶液后,會(huì)生成CaCO3、Li2CO3、Al(OH)3沉淀,過濾后的濾液分離除去,濾渣中再通入二氧化碳和水,使其中的碳酸鹽轉(zhuǎn)化為可溶于水的碳酸氫鹽,從而過濾除去Al(OH)3沉淀,再加入磷酸鋰稀溶液使鈣離子轉(zhuǎn)化為磷酸鈣沉淀,達(dá)到“除鈣”目的,碳酸氫鋰溶液經(jīng)過熱分解和一系列操作生成碳酸鋰、二氧化碳和水。(1)“酸浸”過程會(huì)產(chǎn)生HF,因?yàn)镠F會(huì)腐蝕玻璃,所以不能在玻璃反應(yīng)釜中進(jìn)行。答案:(1)生成的HF會(huì)腐蝕玻璃4.(2022·山西晉城二模)“鋁渣”是鋁工業(yè)的副產(chǎn)品,主要成分為Al、AlF3、LiF、CaO。利用“鋁渣”制備Li2CO3的流程如圖所示:已知:LiHCO3易溶于水;Li2CO3在不同溫度下的溶解度如下表。溫度/℃010205075100溶解度/(g/100gH2O)1.5931.4061.3291.1810.8660.740回答下列問題。(2)“沉淀”反應(yīng)得到沉淀中,其成分有CaCO3、

。

解析:(2)依據(jù)上述分析可知,“沉淀”反應(yīng)得到沉淀中有CaCO3、Li2CO3、Al(OH)3。答案:(2)Li2CO3、Al(OH)34.(2022·山西晉城二模)“鋁渣”是鋁工業(yè)的副產(chǎn)品,主要成分為Al、AlF3、LiF、CaO。利用“鋁渣”制備Li2CO3的流程如圖所示:已知:LiHCO3易溶于水;Li2CO3在不同溫度下的溶解度如下表。溫度/℃010205075100溶解度/(g/100gH2O)1.5931.4061.3291.1810.8660.740回答下列問題。(3)“轉(zhuǎn)化”步驟的目的是

。解析:(3)沉淀過程有CaCO3、Li2CO3、Al(OH)3生成,所以通入二氧化碳和水,會(huì)使CaCO3、Li2CO3分別轉(zhuǎn)化為可溶于水的Ca(HCO3)2、LiHCO3,再經(jīng)過濾可除去Al(OH)3沉淀。答案:(3)將CaCO3、Li2CO3轉(zhuǎn)化為易溶于水的碳酸氫鹽,便于與Al(OH)3分離4.(2022·山西晉城二模)“鋁渣”是鋁工業(yè)的副產(chǎn)品,主要成分為Al、AlF3、LiF、CaO。利用“鋁渣”制備Li2CO3的流程如圖所示:已知:LiHCO3易溶于水;Li2CO3在不同溫度下的溶解度如下表。溫度/℃010205075100溶解度/(g/100gH2O)1.5931.4061.3291.1810.8660.740回答下列問題。(4)“除鈣”時(shí)溫度不能太高,否則會(huì)影響Li2CO3的產(chǎn)率,其原因是

(用化學(xué)方程式表示)。4.(2022·山西晉城二模)“鋁渣”是鋁工業(yè)的副產(chǎn)品,主要成分為Al、AlF3、LiF、CaO。利用“鋁渣”制備Li2CO3的流程如圖所示:已知:LiHCO3易溶于水;Li2CO3在不同溫度下的溶解度如下表。溫度/℃010205075100溶解度/(g/100gH2O)1.5931.4061.3291.1810.8660.740回答下列問題。(5)從“熱分解”后的溶液中獲得Li2CO3晶體的操作是蒸發(fā)結(jié)晶、

、洗滌、干燥。

解析:(5)根據(jù)Li2CO3在不同溫度下的溶解度數(shù)據(jù)可知,隨著溫度的升高,Li2CO3的溶解度不斷減小,所以從“熱分解”后的溶液中獲得Li2CO3晶體的操作是蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾、洗滌、干燥。答案:(5)趁熱過濾4.(2022·山西晉城二模)“鋁渣”是鋁工業(yè)的副產(chǎn)品,主要成分為Al、AlF3、LiF、CaO。利用“鋁渣”制備Li2CO3的流程如圖所示:已知:LiHCO3易溶于水;Li2CO3在不同溫度下的溶解度如下表。溫度/℃010205075100溶解度/(g/100gH2O)1.5931.4061.3291.1810.8660.740回答下列問題。(6)利用表中數(shù)據(jù)計(jì)算100℃時(shí)Li2CO3的Ksp近似值為

。

答案:(6)4×10-34.(2022·山西晉城二模)“鋁渣”是鋁工業(yè)的副產(chǎn)品,主要成分為Al、AlF3、LiF、CaO。利用“鋁渣”制備Li2CO3的流程如圖所示:已知:LiHCO3易溶于水;Li2CO3在不同溫度下的溶解度如下表。溫度/℃010205075100溶解度/(g/100gH2O)1.5931.4061.3291.1810.8660.740回答下列問題。(7)以Li2CO3為原料采用固相法可制備鋰離子電池的正極材料LiMn2O4,其制備過程:將MnO2和Li2CO3按一定物質(zhì)的量之比配料,球磨后,高溫加熱,反應(yīng)過程會(huì)產(chǎn)生兩種氣體,則兩種氣體的物質(zhì)的量之比為

(要求:密度大的氣體與密度小的氣體作比)。

答案:(7)2∶1[歸納總結(jié)]含鋁雜質(zhì)的提純方法歸類利用Al、Al2O3、Al(OH)3

可溶于強(qiáng)堿的特性,可除去許多物質(zhì)中的含鋁雜質(zhì)。如:(1)Mg(Al):加足量NaOH溶液;(2)Fe2O3(Al2O3):加足量NaOH溶液;(3)Mg(OH)2[Al(OH)3]:加足量NaOH溶液;(4)Mg2+(Al3+):加過量NaOH溶液,過濾,再加酸充分溶解。微專題6工藝流程中的熱點(diǎn)金屬1.工藝流程題的結(jié)構(gòu)規(guī)律:“主線主產(chǎn)品,分支副產(chǎn)品,回頭為循環(huán)”。2.對(duì)原料預(yù)處理的常用方法(1)研磨——減小固體顆粒的體積,增大固體與液體或氣體間的接觸面積,加快反應(yīng)速率。(2)水浸——與水接觸反應(yīng)或溶解。(3)酸浸——與酸接觸反應(yīng)或溶解,使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液,不溶物通過過濾除去。(4)灼燒——除去可燃性雜質(zhì)或使原料初步轉(zhuǎn)化,如從海帶中提取碘時(shí)灼燒就是為了除去可燃性雜質(zhì)。(5)煅燒——改變結(jié)構(gòu),使一些物質(zhì)能溶解,并使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解。3.解答工藝流程題的方法——目標(biāo)分析法制備類工藝流程題一般由多步連續(xù)的操作組成,每一步操作都有其具體的目標(biāo)、任務(wù)。要求用理論回答的試題應(yīng)采用“四段論法”:(2022·四川成都摸底測(cè)試)硫酸鋅是制造鋅鋇白和鋅鹽的主要原料,也可用作木材的防腐劑等。用氧化鋅煙塵(主要成分為ZnO,還含有少量PbO、CuO、Fe2O3、FeO等)生產(chǎn)ZnSO4·7H2O的流程如圖所示:有關(guān)金屬離子[c(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下:金屬離子Fe3+Fe2+Zn2+Cu2+開始沉淀的pH1.56.36.24.7沉淀完全的pH2.88.38.26.7(1)“酸浸”時(shí)用的稀酸是

;濾渣1的主要成分是

。

(2)“氧化”時(shí)的離子方程式為

;加入ZnO除雜時(shí)溶液的pH控制范圍是

～5.0。

(3)濾渣3含有鋅和

;由濾液得到ZnSO4·7H2O的操作是

、洗滌、干燥。(4)取14.35gZnSO4·7H2O加熱至不同溫度,剩余固體的質(zhì)量如下表:溫度/℃100250680930質(zhì)量/g8.958.056.724.05則680℃時(shí)剩余固體的化學(xué)式為

(填字母)。

A.ZnO B.Zn3O(SO4)2C.ZnSO4 D.ZnSO4·H2O解析:(1)因制備的是ZnSO4·7H2O,“酸浸”時(shí)為不引入雜質(zhì),應(yīng)用稀硫酸;由于PbSO4不溶于稀硫酸,故濾渣1的主要成分是PbSO4。(4)14.35gZnSO4·7H2O的物質(zhì)的量為0.05mol,根據(jù)Zn原子守恒計(jì)算,若加熱得到ZnSO4·H2O,則剩余固體質(zhì)量為8.95g,此時(shí)溫度為100℃;若加熱得到ZnSO4,則剩余固體質(zhì)量為8.05g,此時(shí)溫度為250℃;若加熱得到ZnO,則剩余固體質(zhì)量為4.05g,此時(shí)溫度為930℃;若加熱得到Zn3O(SO4)2,則剩余固體質(zhì)量為6.72g,此時(shí)溫度為680℃;故680℃時(shí)剩余固體的化學(xué)式為Zn3O(SO4)2。答案:(1)稀硫酸(或H2SO4)

PbSO4(3)銅(或Cu)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾(4)B(1)“酸浸”時(shí)主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

(2)濾渣2的主要成分是

。

Fe(OH)3、Cu(OH)21.(2022·江蘇阜寧中學(xué)期中)工業(yè)上由粗錳粉(主要雜質(zhì)為Fe、Ni、Pb等金屬單質(zhì))制備高純碳酸錳。其主要工藝流程如圖:B下列有關(guān)說法不正確的是(

)2.(2022·山東濟(jì)寧二模)一種以鎳電極廢料(含Ni以及少量Al2O3、Fe2O3和不溶性雜質(zhì))為原料制備NiOOH的流程如圖所示:“酸浸”后溶液中的金屬離子除Ni2+外還有少量的Al3+和Fe2+等,下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.氧化性:Fe3+>Ni2+B.除雜過程僅為過濾操作C.氧化過程中每生成1molNiOOH消耗2molOH-D.工業(yè)上也可電解堿性Ni(OH)2懸濁液制備NiOOH,加入一定量的KCl有助于提高生產(chǎn)效率B3.(2022·重慶巴蜀中學(xué)練習(xí))工業(yè)上常采用堆浸—反萃取—電積法從鋅礦(主要成分為ZnS,含有FeS2、CuS、NiS、SiO2等雜質(zhì))中獲得鋅,其流程如圖所示:已知:①“堆浸”時(shí)金屬硫化物均轉(zhuǎn)化為硫酸鹽;②pH較高時(shí),FeOOH為膠狀沉淀;③在我國,富礦少、貧礦多,礦物中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5%的礦屬于貧礦?；卮鹣铝袉栴}。(1)“堆浸渣”的主要成分為

,“堆浸”時(shí)為了提高反應(yīng)速率,可以采取的措施為

(填字母)。

A.將鋅礦粉碎 B.大幅度升溫C.延長堆浸時(shí)間 D.將鋅礦充分暴露解析:鋅礦(主要成分為ZnS,含有FeS2、CuS、NiS、SiO2等雜質(zhì))中加入野外細(xì)菌堆浸,金屬硫化物轉(zhuǎn)化為硫酸鹽,SiO2不反應(yīng),堆浸渣中含有SiO2等難溶物,堆浸液中含有硫酸鋅、硫酸銅、硫酸鎳、硫酸亞鐵等物質(zhì)。堆浸液中加入H2O2是為了將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+,加入NaOH溶液是為了將Fe3+轉(zhuǎn)化為FeOOH沉淀而除去,過濾出FeOOH沉淀,濾液中主要含有Cu2+、Ni2+和Zn2+,向其中加入適量的Zn粉,是將Cu2+置換出來而除去,過濾出Cu后,濾液中主要含有Zn2+和Ni2+,有機(jī)相萃取劑萃取Zn2+,分液得到含鋅有機(jī)相,含鋅有機(jī)相經(jīng)過反萃取獲得含有Zn2+的反萃液,最后電積反萃液提取金屬鋅。(1)由分析可知,“堆浸渣”的主要成分為SiO2。A.將鋅礦粉碎,增大接觸面積,可以加快反應(yīng)速率;B.大幅度升溫,將使細(xì)菌失去活性,反應(yīng)速率減慢;C.延長堆浸時(shí)間,可以提高浸取率,但不能加快反應(yīng)速率;D.將鋅礦充分暴露,增大與O2的接觸面積,可加快反應(yīng)速率;故選AD。答案:(1)SiO2

AD3.(2022·重慶巴蜀中學(xué)練習(xí))工業(yè)上常采用堆浸—反萃取—電積法從鋅礦(主要成分為ZnS,含有FeS2、CuS、NiS、SiO2等雜質(zhì))中獲得鋅,其流程如圖所示:已知:①“堆浸”時(shí)金屬硫化物均轉(zhuǎn)化為硫酸鹽;②pH較高時(shí),FeOOH為膠狀沉淀;③在我國,富礦少、貧礦多,礦物中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5%的礦屬于貧礦?；卮鹣铝袉栴}。(2)流程中①和②的操作名稱分別為

、

。

過濾分液3.(2022·重慶巴蜀中學(xué)練習(xí))工業(yè)上常采用堆浸—反萃取—電積法從鋅礦(主要成分為ZnS,含有FeS2、CuS、NiS、SiO2等雜質(zhì))中獲得鋅,其流程如圖所示:已知:①“堆浸”時(shí)金屬硫化物均轉(zhuǎn)化為硫酸鹽;②pH較高時(shí),FeOOH為膠狀沉淀;③在我國,富礦少、貧礦多,礦物中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5%的礦屬于貧礦?；卮鹣铝袉栴}。(3)“除鐵”時(shí),pH對(duì)不同金屬離子沉淀率的影響如圖所示,事實(shí)上Zn2+、Cu2+、Ni2+在pH≤6時(shí)難以沉淀,但是有鐵離子存在時(shí),pH升高,Zn2+、Cu2+、Ni2+的沉淀率均升高,原因可能為

。解析:(3)“除鐵”時(shí)Zn2+、Cu2+、Ni2+在pH≤6時(shí)難以沉淀而除去,但是有Fe3+存在時(shí),pH升高,能夠形成FeOOH膠體,其具有很強(qiáng)的吸附性,能吸附Zn2+、Cu2+、Ni2+,從而使它們的沉淀率均升高。答案:(3)有Fe3+存在時(shí),pH升高,能夠形成FeOOH膠體,其具有很強(qiáng)的吸附性,能吸附Zn2+、Cu2+、Ni2+,從而使它們的沉淀率均升高3.(2022·重慶巴蜀中學(xué)練習(xí))工業(yè)上常采用堆浸—反萃取—電積法從鋅礦(主要成分為ZnS,含有FeS2、CuS、NiS、SiO2等雜質(zhì))中獲得鋅,其流程如圖所示:已知:①“堆浸”時(shí)金屬硫化物均轉(zhuǎn)化為硫酸鹽;②pH較高時(shí),FeOOH為膠狀沉淀;③在我國,富礦少、貧礦多,礦物中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5%的礦屬于貧礦?；卮鹣铝袉栴}。(4)“置換銅”時(shí)用鋅粉同時(shí)直接置換鎳的速率極小,可采用“銻鹽凈化法”,即在酸性含Ni2+溶液中同時(shí)加入鋅粉和Sb2O3,得到合金NiSb,該反應(yīng)的離子方程式為

。

3.(2022·重慶巴蜀中學(xué)練習(xí))工業(yè)上常采用堆浸—反萃取—電積法從鋅礦(主要成分為ZnS,含有FeS2、CuS、NiS、SiO2等雜質(zhì))中獲得鋅,其流程如圖所示:已知:①“堆浸”時(shí)金屬硫化物均轉(zhuǎn)化為硫酸鹽;②pH較高時(shí),FeOOH為膠狀沉淀;③在我國,富礦少、貧礦多,礦物中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5%的礦屬于貧礦?；卮鹣铝袉栴}。(5)反萃液的主要成分為ZnSO4,可通過一系列反應(yīng)制備對(duì)可見光敏感的半導(dǎo)體催化劑ZnFe2O4。其中在無氧條件下灼燒ZnFe2(C2O4)3·6H2O獲得產(chǎn)品ZnFe2O4時(shí)需要借助電爐和下列儀器中

(填字母)共同完成。

解析:(5)灼燒時(shí)需要借助電爐,灼燒固體應(yīng)該在坩堝中進(jìn)行,故選e。答案:(5)e3.(2022·重慶巴蜀中學(xué)練習(xí))工業(yè)上常采用堆浸—反萃取—電積法從鋅礦(主要成分為ZnS,含有FeS2、CuS、NiS、SiO2等雜質(zhì))中獲得鋅,其流程如圖所示:已知:①“堆浸”時(shí)金屬硫化物均轉(zhuǎn)化為硫酸鹽;②pH較高時(shí),FeOOH為膠狀沉淀;③在我國,富礦少、貧礦多,礦物中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5%的礦屬于貧礦?；卮鹣铝袉栴}。(6)“電積”時(shí)得到的鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96.0%。某企業(yè)利用上述流程從1600噸鋅礦中可獲得此種鋅的質(zhì)量為80噸,已知上述流程的總損耗率約為2%,則該鋅礦為

(填“富礦”或“貧礦”)。

答案:(6)貧礦4.疊氮化鈉(NaN3)不溶于乙醚,微溶于乙醇,易溶于水,常用于汽車安全防護(hù)袋的氣源,汽車發(fā)生劇烈碰撞時(shí),立即自動(dòng)充氣。實(shí)驗(yàn)室模擬尿素法制備水合肼(N2H4·H2O)并利用其進(jìn)一步反應(yīng)制取NaN3的流程如圖所示:已知:①N2H4·H2O易溶于水,具有強(qiáng)還原性,易被氧化成N2;②一定條件下,堿性NaClO溶液與尿素溶液反應(yīng)生成N2H4·H2O?；卮鹣铝袉栴}。(1)吸收塔內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

。

4.疊氮化鈉(NaN3)不溶于乙醚,微溶于乙醇,易溶于水,常用于汽車安全防護(hù)袋的氣源,汽車發(fā)生劇烈碰撞時(shí),立即自動(dòng)充氣。實(shí)驗(yàn)室模擬尿素法制備水合肼(N2H4·H2O)并利用其進(jìn)一步反應(yīng)制取NaN3的流程如圖所示:已知:①N2H4·H2O易溶于水,具有強(qiáng)還原性,易被氧化成N2;②一定條件下,堿性NaClO溶液與尿素溶液反應(yīng)生成N2H4·H2O?；卮鹣铝袉栴}。(2)寫出反應(yīng)器1中生成水合肼反應(yīng)的化學(xué)方程式:

。

4.疊氮化鈉(NaN3)不溶于乙醚,微溶于乙醇,易溶于水,常用于汽車安全防護(hù)袋的氣源,汽車發(fā)生劇烈碰撞時(shí),立即自動(dòng)充氣。實(shí)驗(yàn)室模擬尿素法制備水合肼(N2H4·H2O)并利用其進(jìn)一步反應(yīng)制取NaN3的流程如圖所示:已知:①N2H4·H2O易溶于水,具有強(qiáng)還原性,易被氧化成N2;②一定條件下,堿性NaClO溶液與尿素溶液反應(yīng)生成N2H4·H2O?；卮鹣铝袉栴}。(3)反應(yīng)器2中加入無水乙醚的作用是

。

解析:(3)由題中信息可知,疊氮化鈉是離子化合物,不溶于乙醚,微溶于乙醇,易溶于水,所以在反應(yīng)器2中加入無水乙醚的作用是降低疊氮化鈉的溶解度,便于疊氮化鈉結(jié)晶析出。答案:(3)降低NaN3的溶解度,有利于NaN3結(jié)晶析出4.疊氮化鈉(NaN3)不溶于乙醚,微溶于乙醇,易溶于水,常用于汽車安全防護(hù)袋的氣源,汽車發(fā)生劇烈碰撞時(shí),立即自動(dòng)充氣。實(shí)驗(yàn)室模擬尿素法制備水合肼(N2H4·H2O)并利用其進(jìn)一步反應(yīng)制取NaN3的流程如圖所示:已知:①N2H4·H2O易溶于水,具有強(qiáng)還原性,易被氧化成N2;②一定條件下,堿性NaClO溶液與尿素溶液反應(yīng)生成N2H4·H2O。回答下列問題。(4)已知亞硝酸乙酯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH3CH2ONO,反應(yīng)器2中生成NaN3和CH3CH2OH。若生成39gNaN3,則該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為

。

答案:(4)2mol4.疊氮化鈉(NaN3)不溶于乙醚,微溶于乙醇,易溶于水,常用于汽車安全防護(hù)袋的氣源,汽車發(fā)生劇烈碰撞時(shí),立即自動(dòng)充氣。實(shí)驗(yàn)室模擬尿素法制備水合肼(N2H4·H2O)并利用其進(jìn)一步反應(yīng)制取NaN3的流程如圖所示:已知:①N2H4·H2O易溶于水,具有強(qiáng)還原性,易被氧化成N2;②一定條件下,堿性NaClO溶液與尿素溶液反應(yīng)生成N2H4·H2O?；卮鹣铝袉栴}。(5)反應(yīng)器1要控制NaClO溶液的用量,其主要目的是

。

解析:(5)由題給信息可知,水合肼具有強(qiáng)還原性,易被氧化成氮?dú)?若次氯酸鈉溶液過量,會(huì)將水合肼氧化,導(dǎo)致產(chǎn)率降低。答案:(5)防止過量的NaClO將生成的N2H4·H2O氧化4.疊氮化鈉(NaN3)不溶于乙醚,微溶于乙醇,易溶于水,常用于汽車安全防護(hù)袋的氣源,汽車發(fā)生劇烈碰撞時(shí),立即自動(dòng)充氣。實(shí)驗(yàn)室模擬尿素法制備水合肼(N2H4·H2O)并利用其進(jìn)一步反應(yīng)制取NaN3的流程如圖所示:已知:①N2H4·H2O易溶于水,具有強(qiáng)還原性,易被氧化成N2;②一定條件下,堿性NaClO溶液與尿素溶液反應(yīng)生成N2H4·H2O?；卮鹣铝袉栴}。(6)某實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了如圖所示裝置制備N2H4。雙極膜是陰、陽復(fù)合膜,層間的H2O解離成OH-和H+并可分別通過雙極膜定向移動(dòng)。①雙極膜中產(chǎn)生的

(填“H+”或“OH-”)移向多孔鉑電極。

解析:(6)由圖可知,多孔鉑電極為負(fù)極,氨分子在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成肼,石墨電極為正極,在水分子作用下,次氯酸根離子在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氯離子和氫氧根離子。①由分析可知,多孔鉑電極為負(fù)極,石墨電極為正極,溶液中陰離子(OH-)向多孔鉑電極移動(dòng);答案:(6)①OH-

4.疊氮化鈉(NaN3)不溶于乙醚,微溶于乙醇,易溶于水,常用于汽車安全防護(hù)袋的氣源,汽車發(fā)生劇烈碰撞時(shí),立即自動(dòng)充氣。實(shí)驗(yàn)室模擬尿素法制備水合肼(N2H4·H2O)并利用其進(jìn)一步反應(yīng)制取NaN3的流程如圖所示:已知:①N2H4·H2O易溶于水,具有強(qiáng)還原性,易被氧化成N2;②一定條件下,堿性NaClO溶液與尿素溶液反應(yīng)生成N2H4·H2O?；卮鹣铝袉栴}。(6)某實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了如圖所示裝置制備N2H4。雙極膜是陰、陽復(fù)合膜,層間的H2O解離成OH-和H+并可分別通過雙極膜定向移動(dòng)。②石墨電極反應(yīng)式為

。

[規(guī)律方法]化工生產(chǎn)工藝流程類試題解答方法1.抓首尾,看中間:從原料到產(chǎn)品為一條龍的生產(chǎn)工序試題,其關(guān)鍵點(diǎn)是認(rèn)真分析對(duì)比原材料與產(chǎn)品的組成,從中得出將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和除去原材料中所含雜質(zhì)的基本原理和所用工藝。2.用交叉,看分流:有些化工生產(chǎn)選用多組原料,解題關(guān)鍵在于找準(zhǔn)中間產(chǎn)品和相互交叉的流水生產(chǎn)線,在分析過程中,抓住中間產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)作用,逐一破解。3.明目的,讀流程:化工工藝流程綜合題目一般是關(guān)于物質(zhì)制備,首先明確題目目的是制取什么物質(zhì),從題干或問題中獲取有用信息,了解產(chǎn)品的性質(zhì),并結(jié)合基本概念和反應(yīng)原理分析流程圖試題中的元素及化合物知識(shí),從質(zhì)量守恒原理的角度分析未知物質(zhì),尋找解題的突破口?！啊鼻笆峭读?反應(yīng)物