第3節(jié)金屬材料備考要點素養(yǎng)要求1.能說明常見金屬及其化合物的應(yīng)用(如金屬冶煉等)、對社會的價值、對環(huán)境的影響。2.了解銅及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用。3.了解常見金屬的活潑性順序和常見金屬的制備方法。1.宏觀辨識與微觀探析:認識鋁與強酸、強堿的反應(yīng)及其化合物的兩性,理解鋁及其化合物的性質(zhì)。2.證據(jù)推理與模型認知:具有證據(jù)意識,能基于證據(jù)對金屬材料性質(zhì)提出可能的假設(shè),通過分析推理加以證實,能運用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象,揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。3.科學(xué)探究與創(chuàng)新意識:能對金屬的性質(zhì)提出有探究價值的問題;能從問題和假設(shè)出發(fā),確定探究目的,設(shè)計探究方案,進行實驗探究?？键c一金屬礦物的開發(fā)和利用必備知識自主預(yù)診知識梳理1.合金微點撥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,若一種金屬的熔點高于另一種金屬的沸點,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,強度高,塑性好,易于加工,具有較強的抗腐蝕能力。3.金屬礦物的開發(fā)利用(1)金屬在自然界中的存在。(2)金屬冶煉的實質(zhì)。金屬的冶煉過程就是把金屬從態(tài)還原為態(tài)的過程。即(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)。微點撥①金屬冶煉與金屬活潑性的關(guān)系:②冶煉Mg時電解熔融MgCl2而不電解熔融MgO,原因是MgO的熔點高,熔融時會耗費更多能源,增加生產(chǎn)成本。③冶煉Al時只能電解熔融Al2O3而不能電解熔融AlCl3,原因是AlCl3是共價化合物,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。(4)鋁熱反應(yīng)。實驗原理Al和某些金屬氧化物在高溫下進行,反應(yīng)迅速并放出大量的熱,新生成的金屬單質(zhì)呈熔融態(tài)且易與Al2O3分離實驗裝置續(xù)表實驗現(xiàn)象①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)生劇烈的反應(yīng)②紙漏斗的下部被燒穿,有熔融物落入沙中實驗結(jié)論高溫下,鋁與氧化鐵發(fā)生反應(yīng),放出大量的熱,化學(xué)方程式為

原理應(yīng)用①可制取熔點較高、活潑性弱于Al的金屬,如鐵、鉻、錳、鎢等②常用于金屬焊接,如野外焊接鋼軌等自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(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,而熔點一般低于成分金屬。()(4)電解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液時,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間比鐵晚,原因是鋁不如鐵活潑。()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③以C、CO或H2作為還原劑④電解法⑤利用鋁熱反應(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等高熔點金屬。

關(guān)鍵能力考向突破考向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),也不會生銹C.金屬的另一個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)腐蝕對點演練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,也被譽為“21世紀的金屬”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)果考向2金屬礦物的開發(fā)與利用【典例2】(2020河北邢臺月考)古代煉丹的五金通常是指金、銀、銅、鐵、錫。下列說法錯誤的是()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行冶煉。對點演練2《五金·鐵》中記載:“若造熟鐵,則生鐵流出時,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,即時炒成熟鐵?！币韵抡f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吹空氣煉鋼異曲同工考點二銅及其重要化合物必備知識自主預(yù)診知識梳理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):與Cu反應(yīng)的物質(zhì)化學(xué)方程式非金屬O2(產(chǎn)物為色固體)

Cl2(產(chǎn)生棕黃色煙)

氧化性酸濃硫酸

濃硝酸

稀硝酸

鹽溶液AgNO3溶液

FeCl3溶液

微點撥(1)通常利用反應(yīng)2Cu+O22CuO除去某些混合氣體中的少量O2。(2)銅為變價金屬,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+2H2SO42CuSO4+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,同時生成紅色的單質(zhì)銅,離子方程式為。

(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:。

(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)2CO32CuO+CO2↑+H2O,可溶于稀硫酸,離子方程式為Cu2(OH)2CO3+4H+2Cu2++CO2↑+3H2O。

(4)藍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CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O。微點撥(1)無水CuSO4可作為檢驗水的試劑,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,主要是因為Cu2+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+CuSO4FeSO4+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+4O2Cu2S+3SO2+2FeO(爐渣)2Cu2S+3O22Cu2O+2SO22Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑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,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)1molCu和足量熱濃硫酸反應(yīng)可生成NA個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。()2.孔雀石的主要成分為Cu2(OH)2CO3。某同學(xué)設(shè)計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,需要進行的操作是。

關(guān)鍵能力考向突破考向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)計并進行了下列實驗。下列說法錯誤的是()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.實驗時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.實驗后,可用鋁粉在高溫下還原玻璃管中的固體獲得鐵單質(zhì)對點演練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],青色來自藍銅礦顏料[主要成分為Cu(OH)2·2CuCO3]。下列說法錯誤的是()A.保存《千里江山圖》需控制溫度和濕度B.孔雀石、藍銅礦顏料不易被空氣氧化C.孔雀石、藍銅礦顏料耐酸耐堿D.Cu(OH)2·CuCO3中銅的質(zhì)量分數(shù)高于Cu(OH)2·2CuCO3深度指津銅及其化合物的顏色、狀態(tài)及溶解性物質(zhì)顏色狀態(tài)及溶解性物質(zhì)顏色狀態(tài)及溶解性Cu紫紅色,有金屬光澤固態(tài),難溶于非氧化性酸,易溶于強氧化性酸CuSO4白色粉末,易溶于水,水溶液呈藍色CuO黑色粉末,可溶于酸溶液CuSO4·5H2O藍色晶體續(xù)表物質(zhì)顏色狀態(tài)及溶解性物質(zhì)顏色狀態(tài)及溶解性Cu2O磚紅色固體,難溶于水,可溶于酸溶液(生成Cu和Cu2+)Cu2(OH)2CO3綠色粉末,難溶于水,可溶于酸溶液CuClCuI白色粉末,難溶于水Cu(OH)2藍色難溶于水,可溶于酸溶液CuS黑色粉末,難溶于水及非氧化性強酸[Cu(NH3)4]2+深藍色絡(luò)合離子,溶于水提醒:反應(yīng)CuSO4+H2SCuS+H2SO4可說明CuS難溶于非氧化性強酸?？枷?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),檢驗溶液中還存在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+2H2SO42CuSO4+2H2O可以制備CuSO4,若將該反應(yīng)設(shè)計為原電池,其正極電極反應(yīng)式為。

對點演練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.1molCuSO4在1100℃反應(yīng)所得混合氣體中O2為0.75molC.Z只能是葡萄糖D.相對于途徑①③,途徑②更好地體現(xiàn)了綠色化學(xué)思想網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心速記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.必記五反應(yīng)(1)工業(yè)上冶煉Mg:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑(2)工業(yè)上冶煉Al:2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑(3)工業(yè)上冶煉Fe:3CO+Fe2O32Fe+3CO2(4)鋁熱反應(yīng):Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe(5)銅綠的生成:2Cu+O2+CO2+H2OCu2(OH)2CO304學(xué)科素養(yǎng)提升無機化工流程解題指導(dǎo)素養(yǎng)解讀1.無機化工流程題要求學(xué)生能認識化學(xué)現(xiàn)象與模型之間的聯(lián)系,能運用多種模型來描述和解釋化學(xué)現(xiàn)象,預(yù)測物質(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)推理與模型認知能力。2.無機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)的意識和嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度;崇尚真理,形成真理面前人人平等的意識;關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的社會熱點問題,認識環(huán)境保護和資源合理開發(fā)的重要性,具有可持續(xù)發(fā)展意識和綠色化學(xué)觀念;深刻理解化學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境之間的相互關(guān)系,贊賞化學(xué)對社會發(fā)展的重大貢獻,能運用已有知識和方法綜合分析化學(xué)過程對自然可能帶來的各種影響,權(quán)衡利弊,勇于承擔責(zé)任,積極參與有關(guān)化學(xué)問題的社會決策。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。案例探究情境:新型負載鎳催化劑的應(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,但骨架鎳會有比較大的區(qū)別。新型負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,能讓鎳分散得很均勻,有效地降低了反應(yīng)“熱點”,使活性釋放緩慢?！镜淅?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:金屬離子Ni2+Al3+Fe3+Fe2+開始沉淀時(c=0.01mol·L-1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全時(c=1.0×10-5mol·L-1)的pH8.74.73.29.0回答下列問題:(1)“堿浸”中NaOH的兩個作用分別是。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),計算Ni(OH)2的Ksp=(列出計算式)。如果“轉(zhuǎn)化”后的溶液中Ni2+濃度為1.0mol·L-1,則“調(diào)pH”應(yīng)控制的pH范圍是。

(5)硫酸鎳在強堿溶液中用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Na[Al(OH)4]、高級脂肪酸鈉和甘油,當向該濾液中滴加稀硫酸將溶液調(diào)為中性時,其中的Na[Al(OH)4]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,又不引進新雜質(zhì)。由于Fe2+開始沉淀、沉淀完全時的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+開始沉淀時的pH為7.2,可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-)=0.01×(107.2-14)2mol3·L-3;根據(jù)Ni2+完全沉淀時的pH為8.7,也可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-)=10-5×(108.7-14)2mol3·L-3?！罢{(diào)pH”是為了使Fe3+沉淀完全,根據(jù)Fe3+完全沉淀時的pH為3.2可知,pH應(yīng)大于3.2;同時不能使Ni2+沉淀,則c(Ni2+)·c2(OH-)<0.01×(107.2-14)2mol3·L-3,根據(jù)c(Ni2+)=1.0mol·L-1,可求得c(OH-)<10-7.8mol·L-1,對應(yīng)c(H+)>10-6.2mol·L-1,則“調(diào)pH”的pH應(yīng)小于6.2,則“調(diào)pH”控制的pH范圍是3.2~6.2。(5)Ni2+被ClO-氧化為NiOOH,ClO-被還原為Cl-,根據(jù)電子守恒可配平得:2Ni2++ClO-2NiOOH↓+Cl-,最后可配平得:2Ni2++ClO-+4OH-2NiOOH↓+Cl-+H2O。(6)母液中含有未結(jié)晶的硫酸鎳,循環(huán)使用母液可提高鎳的回收率。答案(1)除去油脂、溶解鋁及其氧化物[Al(OH)4]-+H+Al(OH)3↓+H2O(2)Ni2+、Fe2+、Fe3+(3)O2或空氣Fe3+(4)0.01×(107.2-14)2[或10-5×(108.7-14)2]mol3·L-33.2~6.2(5)2Ni2++ClO-+4OH-2NiOOH↓+Cl-+H2O(6)提高鎳回收率方法規(guī)律1.工藝流程題過程解讀(1)讀流程圖。①箭頭:箭頭進入的是投料(反應(yīng)物),出去的是主產(chǎn)物或副產(chǎn)物(生成物)。②三線:出線和進線均表示物料流向或操作流程,可逆線表示物質(zhì)循環(huán)。(2)解題要點。①審題要點:a.了解生產(chǎn)目的、原料及產(chǎn)品;b.了解題目提供的信息;c.分析各步的反應(yīng)條件、原理及物質(zhì)成分;d.理解物質(zhì)分離、提純、條件控制等操作的目的及要點。②答題切入點:a.原料及產(chǎn)品的分離提純;b.生產(chǎn)目的及反應(yīng)原理;c.生產(chǎn)要求及反應(yīng)條件;d.有關(guān)產(chǎn)率、產(chǎn)量及組成的計算;e.綠色化學(xué)。(3)解題方法。①首尾分析法:對線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為一條線的生產(chǎn)工序)試題,首先對比分析流程圖中的第一種物質(zhì)(原材料)與最后一種物質(zhì)(產(chǎn)品),從此分析中找出它們的關(guān)系,弄清原料轉(zhuǎn)化的基本原理和除雜、分離、提純的化工工藝,再結(jié)合題設(shè)問題,逐一解答。②分段分析法:對于用同樣的原料生產(chǎn)多種(兩種或兩種以上)產(chǎn)品(含副產(chǎn)品)的工藝流程題,用此法更容易找到解題的切入點。③交叉分析法:有些化工生產(chǎn)選用多組原材料,先合成一種或幾種中間產(chǎn)品,再用這一中間產(chǎn)品與部分其他原材料生產(chǎn)所需的主要產(chǎn)品,這種題適合用交叉分析法。就是將提供的流程示意圖結(jié)合常見化合物的制取原理劃分成幾條生產(chǎn)流水線,然后上下交叉分析。2.無機化工流程題中表述性詞匯“十大答題方向”化工生產(chǎn)流程和綜合實驗題中經(jīng)常會出現(xiàn)一些表述性詞語,這些表述性詞語就是隱性的信息,它可以暗示我們所應(yīng)考慮的答題角度。①“控制較低溫度”——?？紤]物質(zhì)的揮發(fā)、物質(zhì)的不穩(wěn)定性和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等。②“加過量試劑”——常考慮反應(yīng)完全或增大轉(zhuǎn)化率、提高產(chǎn)率等。③“能否加其他物質(zhì)”——?？紤]會不會引入雜質(zhì)或是否影響產(chǎn)品的純度。④“在空氣中或在其他氣體中”——主要考慮O2、H2O、CO2或其他氣體是否參與反應(yīng)或達到防氧化、防水解、防潮解等目的。⑤“判斷沉淀是否洗凈”——常取少量最后一次洗滌液置于試管中,向其中滴加某試劑,以檢驗?zāi)撤N離子是否存在。⑥“檢驗?zāi)澄镔|(zhì)的設(shè)計方案”——通常取少量某液體置于試管中,加入另一試劑,通過產(chǎn)生的某種現(xiàn)象得出結(jié)論。⑦“控制pH”——?？紤]防水解、促進生成沉淀或除去雜質(zhì)等。⑧“用某些有機試劑清洗”——常考慮降低物質(zhì)溶解度有利于析出、減少損耗和提高利用率等。⑨“趁熱過濾(或冰水洗滌)”的目的——防止某些物質(zhì)降溫時會析出(或升溫時會溶解)而帶入新的雜質(zhì)。⑩“反應(yīng)中采取加熱措施”的作用——一般是為了增大反應(yīng)速率或加速某固體的溶解。素養(yǎng)提升1.(2020北京化學(xué),18)MnO2是重要的化工原料,由軟錳礦制備MnO2的一種工藝流程如圖:軟錳礦Mn2+溶出液Mn2+純化液MnO2資料:①軟錳礦的主要成分為MnO2,主要雜質(zhì)有Al2O3和SiO2。②金屬離子沉淀的pH:離子Fe3+Al3+Mn2+Fe2+開始沉淀時1.53.45.86.3完全沉淀時2.84.77.88.3③該工藝條件下,MnO2與H2SO4反應(yīng)。(1)溶出。①溶出前,軟錳礦需研磨。目的是。

②溶出時,Fe的氧化過程及得到Mn2+的主要途徑如圖所示:ⅰ.步驟Ⅱ是從軟錳礦中溶出Mn2+的主要反應(yīng),反應(yīng)的離子方程式是。

ⅱ.若Fe2+全部來自于反應(yīng)Fe+2H+Fe2++H2↑,完全溶出Mn2+所需Fe與MnO2的物質(zhì)的量比值為2。而實際比值(0.9)小于2,原因是。

(2)純化。已知:MnO2的氧化性與溶液pH有關(guān)。純化時先加入MnO2,后加入NH3·H2O,調(diào)溶液pH≈5,說明試劑加入順序及調(diào)節(jié)pH的原因:。

(3)電解。Mn2+純化液經(jīng)電解得MnO2。生成MnO2的電極反應(yīng)式是。

(4)產(chǎn)品純度測定。向ag產(chǎn)品中依次加入足量bgNa2C2O4和足量稀硫酸,加熱至充分反應(yīng)。再用cmol·L-1KMnO4溶液滴定剩余Na2C2O4至終點,消耗KMnO4溶液的體積為dL(已知:MnO2及MnO4-均被還原為Mn2+。相對分子質(zhì)量:MnO2—86.94;Na2C2O4—134.0),產(chǎn)品純度為(用質(zhì)量分數(shù)表示2.(2020山東化學(xué),16)用軟錳礦(主要成分為MnO2,含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制備高純MnCO3的工藝流程如下:已知:MnO2是一種兩性氧化物;25℃時相關(guān)物質(zhì)的Ksp見下表。物質(zhì)Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2Ksp1×10-16.3mol3·L-31×10-38.6mol4·L-41×10-32.3mol4·L-41×10-12.7mol3·L-3回答下列問題:(1)軟錳礦預(yù)先粉碎的目的是,MnO2與BaS溶液反應(yīng)轉(zhuǎn)化為MnO的化學(xué)方程式為。

(2)保持BaS投料量不變,隨MnO2與BaS投料比增大,S的量達到最大值后無明顯變化,而Ba(OH)2的量達到最大值后會減小,減小的原因是。

(3)濾液Ⅰ可循環(huán)使用,應(yīng)當將其導(dǎo)入到操作中(填操作單元的名稱)。

(4)凈化時需先加入的試劑X為(填化學(xué)式),再使用氨水調(diào)溶液的pH,則pH的理論最小值為(當溶液中某離子濃度c≤1.0×10-5mol·L-1時,可認為該離子沉淀完全)。

(5)碳化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。

3.(2019全國1,26)硼酸(H3BO3)是一種重要的化工原料,廣泛應(yīng)用于玻璃、醫(yī)藥、肥料等工業(yè)。一種以硼鎂礦(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)為原料生產(chǎn)硼酸及輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程如下:回答下列問題:(1)在95℃“溶浸”硼鎂礦粉,產(chǎn)生的氣體在“吸收”中反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

(2)“濾渣1”的主要成分有。為檢驗“過濾1”后的濾液中是否含有Fe3+離子,可選用的化學(xué)試劑是。

(3)根據(jù)H3BO3的解離反應(yīng):H3BO3+H2OH++B(OH)4-,Ka=5.81×10-10mol·L-1,可判斷H3BO3是酸;在“過濾2”前,將溶液pH調(diào)節(jié)至3.(4)在“沉鎂”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的離子方程式為

,母液經(jīng)加熱后可返回工序循環(huán)使用。由堿式碳酸鎂制備輕質(zhì)氧化鎂的方法是。

第3節(jié)金屬材料考點一金屬礦物的開發(fā)和利用必備知識·自主預(yù)診1.金屬與非金屬金屬特性低大2.(2)①高碳中碳低碳鉻(Cr)和鎳(Ni)3.(1)正(2)化合游離Mn++ne-M(3)MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑Fe2O3+3CO2Fe+3CO22CuO+C2Cu+CO2↑(4)Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3自我診斷1.答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)×2.答案(1)③(2)④(3)①(4)⑤關(guān)鍵能力·考向突破典例1C明代使用的釜、鬵都屬于鐵合金,故A錯誤;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,如果沒及時洗干凈后晾干,鐵能與氧氣、水分同時接觸,容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕而生銹,故B錯誤;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錯誤。對點演練1B銅是人類最早使用的金屬,A錯誤;金屬鈦被譽為“21世紀的金屬”,C錯誤;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錯誤。典例2C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。對點演練2B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。考點二銅及其重要化合物必備知識·自主預(yù)診1.(1)紫紅(2)2Cu+O22CuO黑Cu+Cl2CuCl2Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2OCu+4HNO3(濃)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OCu+2AgNO3Cu(NO3)2+2AgCu+2FeCl3CuCl2+2FeCl22.(1)4CuO2Cu2O+O2↑Cu2O+2H+Cu+Cu2++H2O(2)藍不溶于Cu(OH)2CuO+H2OCu(OH)2+2H+Cu2++2H2O(3)堿式碳酸銅自我診斷1.答案(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×(6)√(7)×2.答案(1)固體逐漸消失,溶液由無色變?yōu)樗{色,有氣泡產(chǎn)生Cu2(OH)2CO3+2H2SO42CuSO4+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)晶關(guān)鍵能力·考向突破典例1B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錯誤;氧化銅與氫氣在加熱時反應(yīng)生成銅和水,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CuO+H2Cu+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。對點演練1C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,均對字畫的保存造成危害,A項正確;Cu(OH)2、CuCO3中Cu、H、C元素都處于最高價,無還原性,不易被O2氧化,B項正確;Cu(OH)2、CuCO3都可與酸性物質(zhì)反應(yīng),C項錯誤;由于Cu(OH)2中銅的質(zhì)量分數(shù)高于CuCO3中銅的質(zhì)量分數(shù),故Cu(OH)2·CuCO3中銅的質(zhì)量分數(shù)高于Cu(OH)2·2CuCO3中銅的質(zhì)量分數(shù),D項正確。典例2答案(1)cd(2)Fe3+取少量待測液置于試管中,加入酸性高錳酸鉀溶液,紫色退去,則含有Fe2+(3)3Cu2O+2Al6Cu+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Fe2+時,可加入酸性KMnO4溶液,溶液紫色退去,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+2Al6Cu+Al2O3。(4)精煉粗銅時,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,還會轉(zhuǎn)化為熱能,錯誤;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,錯誤;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+2H2SO42CuSO4+2H2O可以制備CuSO4,若將該反應(yīng)設(shè)計為原電池,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。對點演練2D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+3H2SO43CuSO4+2NO↑+4H2O,由方程式可知混酸中H2SO4與HNO3的物質(zhì)的量之比最好為3∶2,故A錯誤。CuSO4在1100℃時分解生成氧化亞銅,銅元素化合價降低被還原,硫酸銅中硫元素為最高價態(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1molCuSO4在1100℃所得混合氣體中O2為0.25mol;若X為O2和SO2的混合氣體,由得失電子數(shù)目守恒可知1molCuSO4在1100℃所得混合氣體中O2為0.75mol;若X為O2、SO2和SO3的混合氣體,由得失電子數(shù)目守恒可知1molCuSO4在1100℃所得混合氣體中O2介于0.25mol和0.75mol之間,故B錯誤。含有醛基的有機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錯誤。途徑①中會生成有害氣體一氧化氮,途徑③中會生成有害氣體二氧化硫,相對于途徑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。學(xué)科素養(yǎng)提升4素養(yǎng)提升1.答案(1)①增大反應(yīng)速率,提高浸出率②MnO2+4H++2Fe2+Mn2++2Fe3++2H2O二氧化錳能夠氧化單質(zhì)鐵生成Fe2+(2)MnO2的氧化性隨酸性的減弱逐漸減弱(3)Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+(4)(b-335cd解析(1)①研磨軟錳礦可增大固體與濃硫酸的接觸面積,增大反應(yīng)速率,提高浸出率。②ⅰ.根據(jù)反應(yīng)途徑可知,二氧化錳與亞鐵離子反應(yīng)生成二價錳離子和鐵離子,則反應(yīng)的離子方程式為MnO2+4H++2Fe2+Mn2++2Fe3++2H2O;ⅱ.根據(jù)方程式可知,Fe與MnO2的物質(zhì)的量比值為2,實際反應(yīng)時,二氧化錳能夠氧化單質(zhì)鐵為Fe2+,導(dǎo)致需要的Fe2+減少,故實際比值(0.9)小于2。(2)MnO2的氧化性與溶液pH有關(guān),且隨酸性的減弱,氧化性逐漸減弱,溶液顯酸性時,二氧化錳的氧化性較強,故純化時先加入MnO2,后加入NH3·H2O,調(diào)溶液pH≈5,除去溶液中的Al3+、Fe3+。(3)電解時,溶液呈酸性,Mn2+失電子,與水反應(yīng)生成二氧化錳和氫離子,則電極反應(yīng)式為Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+。(4)根據(jù)題意可知,部分草酸鈉與二氧化錳發(fā)生氧化還原反應(yīng),剩余部分