镁铝铜及其化合物 金属冶炼.docx

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镁铝铜及其化合物金属冶炼

镁、铝、铜及其化合物　金属冶炼

一、镁、铝单质的性质

1．镁、铝的结构和存在

镁、铝分别位于元素周期表的第三周期ⅡA族和ⅢA族，原子结构示意图为

和

，它们都是活泼的金属，在自然界中全部以化合态的形式存在。

铝是地壳中含量最多的金属元素。

2．金属铝的物理性质

银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。

铝的熔点比镁高，硬度比镁大。

3．对比掌握镁、铝的化学性质

铝

镁

与非金属反应

能被Cl2、O2氧化

2Mg＋O2

2MgO

3Mg＋N2

Mg3N2

与水反应

反应很困难

能与沸水反应Mg＋2H2O

Mg（OH）2＋H2↑

与酸（H＋）反应

能与H＋反应产生H2

反应速度比Al快Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑

与碱反应

能溶于强碱溶液产生H2

不反应

与某些氧化物反应

能与Fe2O3、MnO2、Cr2O3等金属氧化物发生铝热反应

能在CO2中燃烧：

2Mg＋CO2

2MgO＋C

问题思考

铝的化学性质用以下转化关系表示

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：

①________________________________________________________________________。

②________________________________________________________________________。

③________________________________________________________________________。

④________________________________________________________________________。

答案　4Al＋3O2

2Al2O3

2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3

2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑

2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑

4．铝的制备

（1）铝土矿

Al2O3。

（2）2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑。

二、铝的重要化合物

1．氧化铝和氢氧化铝（两性）

名称

氧化铝（Al2O3）

氢氧化铝[Al（OH）3]

物理性质

白色固体，熔点很高

白色胶状物质，难溶于水

化学性质

与酸

反应

Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O

Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

与碱

反应

Al2O3＋2OH－===2AlO

＋H2O

Al（OH）3＋OH－===AlO

＋2H2O

加热

不分解

2Al（OH）3

Al2O3＋3H2O

制备方法

Al（OH）3加热分解

①Al3＋与氨水反应

②AlO

溶液中通入CO2

③可溶性铝盐和偏铝酸盐混合

主要用途

①作耐火材料

②冶炼铝的原料

①制药　②净水作用

2.常见的铝盐——明矾

（1）明矾的化学式为KAl（SO4）2·12H2O，属于复盐。

（2）明矾净水的原理

明矾溶于水时发生电离，电离方程式为KAl（SO4）2===K＋＋Al3＋＋2SO

，其中Al3＋发生水解反应，产生Al（OH）3（胶体），其吸附能力很强，可以吸附水中的杂质并形成沉淀，使水澄清。

问题思考

1．铝与氢氧化钠溶液反应时，反应机理是怎样的？

请用双线桥法标出该反应电子转移的方向与数目。

答案　铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al（OH）3，Al（OH）3可溶于NaOH生成NaAlO2和H2O，反应中Al为还原剂，水为氧化剂。

2．中学化学学习阶段接触到许多既能与酸反应又能与碱反应的物质，除了Al及其重要化合物外，你还知道哪些？

答案　①弱酸的铵盐，如：

NH4HCO3、CH3COONH4、（NH4）2S等；②弱酸的酸式盐，如：

NaHCO3、KHS、NaHSO3等；③氨基酸。

（1）铝在自然界中有游离态和化合态两种形式（　　）

（2）MgO与Al粉的混合物也可称为铝热剂（　　）

（3）冶炼铝时常用焦炭作还原剂（　　）

（4）铝与少量NaOH溶液反应得到铝盐，与足量NaOH溶液反应生成偏铝酸盐（　　）

（5）相同质量的镁条分别在足量的CO2和O2中完全燃烧，所得固体的质量相同（　　）

（6）工业上制造镁粉时，可将镁蒸气在N2中冷却（　　）

（7）Al2O3的熔点高，可作耐高温材料，实验室可用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3固体等（　　）

（8）明矾可作净水剂，起到杀菌消毒的作用（　　）

（9）AlO

、HCO

在水溶液中因发生双水解反应而不能大量共存（　　）

（10）AlO

与NH

在水溶液中因发生双水解反应不能大量共存（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×　（6）×　（7）×　（8）×　（9）×　（10）√

题组一　镁、铝单质的性质及应用

1．镁是一种活泼的金属单质，下列关于金属镁的说法中正确的是（　　）

A．镁能与NaOH溶液反应生成Mg（OH）2沉淀

B．大量镁条燃烧引起的火灾不能用干冰灭火器灭火

C．镁在任何条件下都不能与水反应

D．镁能在N2中燃烧，且生成MgN

答案　B

解析　镁不是两性金属，不能与NaOH溶液反应，故A错误；镁能在CO2中燃烧，故B正确；镁在加热条件下能与水反应生成氢氧化镁和氢气，故C错误；镁能在N2中燃烧，且生成Mg3N2，故D错误。

2．下列关于铝单质的叙述中，正确的是（　　）

A．不能用铝制的器皿来盛放酸梅汤或碱水是因为铝会和酸或碱反应

B．铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性是因为铝的化学性质很稳定

C．铝和NaOH溶液反应：

Al＋2OH－===AlO

＋2H2↑

D．用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热，熔化后的液态铝会滴落下来，是因为金属铝的熔点较低

答案　A

解析　A项，无论是铝还是其氧化物都能与酸或碱反应，正确；B项，铝表面形成致密的氧化膜，错误；C项，电荷、原子均不守恒，正确的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑，错误；D项，打磨后的铝箔在酒精灯上灼烧表面生成Al2O3，高熔点的Al2O3兜住了熔融的液态铝，不会滴落，错误。

3．铝是中学化学学习阶段的唯一一种既能与酸（非氧化性酸）反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属，就铝的这一特殊性质回答下列问题：

（1）等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，所得H2的体积之比是________。

（2）足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸和氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是__________________________________________________________________。

（3）足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，二者产生的H2相等，则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是________。

（4）甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol·L－1的盐酸和NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后，测得生成的气体体积比为V（甲）∶V（乙）＝1∶2，则加入铝粉的质量为________（填字母）。

A．5.4gB．3.6gC．2.7gD．1.8g

答案　

（1）1∶1　

（2）1∶3　（3）3∶1　（4）A

解析　

（1）根据化学方程式：

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，得Al与H2的关系式均为2Al～3H2，故只要参加反应的Al的量相等，所得H2的量必相等。

（2）因为在反应中Al过量，产生的H2由HCl和NaOH的量决定。

根据化学反应中的关系式：

6HCl～3H2、2NaOH～3H2，故当HCl、NaOH物质的量相等时，二者产生H2的体积比为1∶3。

（3）因为铝足量且产生H2的量相等，根据关系式n（HCl）∶n（NaOH）＝3∶1，又因为两溶液体积相等，故物质的量浓度c（HCl）∶c（NaOH）＝n（HCl）∶n（NaOH）＝3∶1。

（4）其反应原理分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。

可见当参加反应的HCl和NaOH的物质的量一样多时，产生H2的体积比是1∶3，而题设条件体积比为1∶2，说明此题投入的铝粉对盐酸来说是过量的，而对于NaOH来说是不足的。

2Al＋6HCl===　2AlCl3　＋　3H2↑

6mol3mol

3mol·L－1×0.1L0.15mol

则Al与NaOH反应生成的H2为0.15mol×2＝0.3mol。

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

2×27g　　　　　　　　　　　　3mol

5．4g　　　　　　　　　　　　0.3mol

即投入的铝粉为5.4g。

铝与酸或碱反应生成H2的量的关系

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

（1）等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：

①产生H2的物质的量相等。

②消耗H＋、OH－的物质的量之比为n（H＋）∶n（OH－）＝3∶1。

（2）足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：

①消耗Al的物质的量之比为1∶3。

②生成H2的物质的量之比为1∶3。

（3）一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：

若产生氢气的体积比为

＜

＜1，则必定

①铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。

②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。

题组二　氧化铝、氢氧化铝的特性及应用

4．下列除去杂质的方法不正确的是（　　）

A．镁粉中混有少量铝粉：

加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥

B．用过量氨水除去Fe3＋溶液中的少量Al3＋

C．Al（OH）3中混有少量Mg（OH）2：

加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤

D．MgO中混有少量Al2O3：

加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤、洗涤、干燥得到MgO

答案　B

解析　Al（OH）3不溶于氨水，故向含少量Al3＋的Fe3＋溶液中加入过量氨水时，Fe3＋、Al3＋均转化为氢氧化物沉淀，达不到除杂的目的。

5．（2020·内江高三月考）用含少量镁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝，下列操作步骤中最恰当的组合是（　　）

①加盐酸溶解　②加烧碱溶液溶解　③过滤　④通入过量CO2生成Al（OH）3沉淀　⑤加入盐酸生成Al（OH）3沉淀　⑥加入过量烧碱溶液

A．①⑥⑤③B．②③④③

C．②③⑤③D．①③⑤③

答案　B

6．工业上以铝土矿（主要成分是氧化铝，含氧化铁杂质）为原料冶炼铝的工艺流程如下：

下列叙述正确的是（　　）

A．反应①中试剂X是氢氧化钠溶液

B．试剂Y是HCl，它与AlO

反应生成氢氧化铝

C．图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应

D．将X与Y试剂进行对换，最终可以达到相同结果

答案　A

解析　B项，若试剂Y是HCl，它与AlO

反应生成Al3＋，错误；C项，图中所示转化只有一步是氧化还原反应2Al2O3

4Al＋3O2↑，错误；D项，试剂X为氢氧化钠，滤渣C为氧化铁，滤液A为偏铝酸钠和氢氧化钠混合溶液，通入过量二氧化碳气体，发生反应：

NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋NaHCO3，不能对换，错误。

1．含铝杂质的提纯方法归类

利用Al、Al2O3、Al（OH）3可溶于强碱的特性，可除去许多物质中的含铝杂质，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＋）：

加过量NaOH溶液，过滤，再加酸充分溶解。

2．Al（OH）3的三种制备方法

方法一：

可溶性铝盐溶液与过量氨水反应

反应原理：

Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH

方法二：

向可溶性偏铝酸盐溶液中通入过量CO2

反应原理：

AlO

＋2H2O＋CO2===Al（OH）3↓＋HCO

方法三：

相互促进水解法

1．单质铜

（1）物理性质：

紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。

（2）化学性质

①常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里则会被锈蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。

有关化学方程式：

______________________________________________。

②写出下列化学方程式：

铜在空气中加热：

______________________________________________________________；

铜丝在硫蒸气中反应：

__________________________________________________________。

答案　①2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2（OH）2CO3

②2Cu＋O2

2CuO　2Cu＋S

Cu2S

2．铜及其常见化合物的颜色

物质

颜色

物质

颜色

Cu

紫红色

CuSO4

白色

CuO

黑色

CuSO4·5H2O

蓝色

Cu2O

砖红色

Cu2（OH）2CO3

绿色

Cu2S

黑色

Cu（OH）2

蓝色

问题思考

铜的重要化合物转化关系如下，

完成下列方程式：

（1）铜的氧化物

①CuO高温分解得Cu2O，化学方程式为4CuO

2Cu2O＋O2↑。

②Cu2O溶于稀硫酸产生蓝色溶液和紫红色固体，离子方程式为Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。

（2）氢氧化铜

氢氧化铜悬浊液煮沸变黑的原因，用化学方程式表示为Cu（OH）2

CuO＋H2O。

（3）硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末，化学方程式为CuSO4·5H2O

CuSO4＋5H2O。

（4）Cu2（OH）2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿、孔雀石的主要成分，受热分解可生成黑色的氧化铜，化学方程式：

Cu2（OH）2CO3

2CuO＋CO2↑＋H2O，可溶于稀硫酸，离子方程式：

Cu2（OH）2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O。

（1）CuO是黑色固体，与水反应生成Cu（OH）2（　　）

（2）铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物（　　）

（3）无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水（　　）

（4）将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀（　　）

（5）CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）√　（5）×

题组一　铜及其化合物的性质和应用

1．（2019·西安调研）我国宋代沈括在《梦溪笔谈》中记载：

“信州铅山县有苦泉，流以为涧。

挹其水熬之，则成胆矾。

熬胆矾铁釜，久之亦化为铜。

”下列对文中词语的理解，正确的是（　　）

A．“苦泉”中泉水属于胶体

B．“熬”表示加热蒸馏

C．“胆矾”化学式为CuSO4

D．“化”表示置换转化

答案　D

解析　由题意可知，“苦泉”泉水中含有硫酸铜，属于溶液，不属于胶体，故A错误；硫酸铜溶液蒸发得到硫酸铜晶体，从溶液中获取晶体，属于蒸发操作，故B错误；胆矾是硫酸铜晶体，“胆矾”化学式为CuSO4·5H2O，故C错误；熬胆矾铁釜，久之亦化为铜，是发生了：

Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4，硫酸铜与Fe置换反应生成Cu，即“化”表示置换转化，故D正确。

2．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，下列操作正确且能达到实验目的的是（　　）

A．将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后再加入水，观察硫酸铜溶液的颜色

B．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成

C．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体

D．将表面有铜绿[Cu2（OH）2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿

答案　D

解析　Cu与Cl2在常温下不反应，需要加热才能发生反应，B项错误；CuCl2水解生成的HCl易挥发，加热蒸干能促进CuCl2的水解而得不到CuCl2固体，C项错误。

题组二　铜及其化合物的制备

3．（2020·衡阳调研）某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物，工业上以该废渣为原料生产CuCl2·2H2O晶体的工艺流程如下：

下列说法正确的是（　　）

A．焙烧过程中每消耗1molCuS则消耗3molO2

B．焙烧后的废气能够使酸性高锰酸钾溶液褪色

C．滤渣中主要含铁的氧化物

D．将获得的CuCl2·2H2O晶体加热可制得CuCl2固体

答案　B

解析　A项，2CuS＋3O2

2CuO＋2SO2，由方程式可知，1molCuS消耗1.5molO2，错误；B项，废气中含有SO2，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，正确；C项，调节pH时，Fe3＋水解转化为Fe（OH）3而除去，错误；D项，将CuCl2·2H2O直接加热脱水，Cu2＋水解，HCl挥发会产生Cu（OH）2，无法得到CuCl2，错误。

4．（2019·西宁检测）工业上由黄铜矿（主要成分为CuFeS2）冶炼铜的主要流程如下：

（1）气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的______（填字母）吸收。

a．浓硫酸b．稀硝酸

c．NaOH溶液d．氨水

（2）由泡铜冶炼粗铜的化学方程式为______________________________________________。

（3）以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼，下列说法正确的是__________（填字母）。

a．电能全部转化为化学能

b．粗铜接电源正极，发生氧化反应

c．溶液中Cu2＋向阳极移动

d．从阳极泥中可回收Ag、Pt、Au等金属

（4）利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为___________________________________________________________。

答案　

（1）cd　

（2）3Cu2O＋2Al

Al2O3＋6Cu（3）bd　（4）4H＋＋O2＋4e－===2H2O

解析　

（1）气体A中的大气污染物为SO2，可以用NaOH溶液或氨水吸收。

（2）依据图示，泡铜中的Cu2O与Al高温下发生铝热反应制得铜。

（3）电解精炼铜过程中，电能转变为化学能的同时，部分电能也转化为热能，a错；电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连，发生氧化反应，b对；电解过程中Cu2＋向阴极移动，c错；粗铜中Ag、Pt、Au的放电能力比铜的弱，形成阳极泥，可以回收，d对。

（4）根据总反应，O2发生还原反应，因此正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

铜的冶炼“两方法”

（1）湿法炼铜：

Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。

（2）高温炼铜：

工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜（粗铜）：

2CuFeS2＋4O2

Cu2S＋3SO2＋2FeO（炉渣）

2Cu2S＋3O2

2Cu2O＋2SO2

2Cu2O＋Cu2S

6Cu＋SO2↑

粗铜中铜的含量为99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%～99.98%的铜。

电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极，失电子变为Cu2＋，用纯铜棒作阴极即可得精铜。

1．合金的概念及性能

2．常见的金属材料

（1）金属材料分类

（2）几种常见的合金

②

③

3．金属矿物的开发利用

（1）金属在自然界中的存在。

（2）金属冶炼的实质。

金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。

即Mn＋＋ne－===M（写反应通式，用M表示金属）。

（3）金属冶炼的方法（用化学方程式表示）。

4．铝热反应实验中的有关问题

实验装置

实验现象

①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中

实验结论

高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热Fe2O3＋2Al

2Fe＋Al2O3

原理应用

①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等；

②金属焊接，如野外焊接钢轨等

（1）金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性（　　）

（2）金属元素的单质在常温下均为固体（　　）

（3）合金材料中不可能含有非金属元素（　　）

（4）铁是人类在生产、生活中最早使用的金属（　　）

（5）合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属（　　）

（6）金属氧化物与铝粉的混合物都是铝热剂（　　）

（7）人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高（　　）

（8）电解氯化镁溶液制取金属镁（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）√　（6）×　（7）×　（8）×

题组一　金属材料、合金的性能及应用

1．（2019·中原区校级月考）青铜的主要成分是铜和锡，锡的熔点是232℃，含锡25%的青铜熔点约为800℃，《吕氏春秋·别类编》中有关于青铜的记载“金（铜）柔锡柔，合两柔则为刚，燔（烧）之则为淖（液体）。

”下列说法正确的是（　　）

A．在轮船外壳悬挂锌、锡等金属块可减慢钢铁的腐蚀

B．合金的熔点一定低于各组分金属的熔点

C．铜和锡在元素周期表均位于第四周期

D．“合两柔则为刚”体现了合金的硬度通常大于各组分金属的特点

答案　D

解析　要保护钢铁，在和海水构成的原电池中应该让钢铁作正极才能被保护，活泼性比Fe强的金属作负极，锡金属性弱于铁，不能保护铁，故A错误；青铜的主要成分是铜和锡，锡的熔点是232℃，含锡25%的青铜熔点约为800℃，青铜的熔点高于锡，故B错误；锡位于周期表的第五周期，故C错误；“金（即铜）柔锡柔，合两柔则刚”体现了合金硬度大于成分金属硬度，故D正确。

2．C919大型飞机的制造采用了大量新材料铝锂合金。

下列关于铝锂合金的说法不正确的是（　　）

A．铝锂合金是铝与锂形成的混合物

B．铝锂合金的硬度比锂大

C．铝锂合金的熔、沸点比铝低

D．铝锂合金耐酸碱腐蚀

答案　D

解析　铝锂合金中的铝既能与酸反应，又能与碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。

题组二　金属冶炼、金属矿物的开发利用

3．（2020·长子县模拟）《五金·铁》中记载：

“若造熟铁，则生铁流出时，相连数尺内，低下数寸，筑一方塘，短墙抵之。

其铁流入塘内，数人执柳木排立墙上……众人柳棍疾搅，即时炒成熟铁。

”以下说法不正确的是（　　）

A．金属冶炼方法由金属活动性决定

B．熟铁比生铁质地更硬，延展性稍差

C．炒铁是为了降低铁水中的碳含量

D．该法与近代往生铁水吹空气炼钢异曲同工

答案　B

解析　活泼性不同的金属，其冶炼方法不同，即金属冶炼方法由金属活动性决定，故A正确；熟铁比生铁质地更软，且延展性好，故B错误；炒铁过程中降低了铁水中的碳含量，从而将生铁转化成熟铁，故C正确；该冶炼方法和近代往生铁水吹空气炼钢，都是利用空气中氧气氧化C元素，其原理基本相同，故D正确。

4．（2019·九江质检）下列说法正确的是（　　）

A．