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版步步高《大一轮复习讲义》人教版第3章第17讲镁铝铜及其化合物金属冶炼
第17讲 镁、铝、铜及其化合物 金属冶炼
复习目标
1.了解镁、铝、铜单质及其重要化合物的性质、用途和制备方法。
2.了解常见金属的活动性顺序。
3.了解合金的概念及金属材料的重要应用。
考点一 镁、铝及其重要化合物
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.镁、铝单质物理性质比较
(1)相同点:
均为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、硬度均较小。
(2)不同点:
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
能与非金属单质反应
①与空气中的氧气形成致密的氧化膜
②与氯气加热反应:
2Al+3Cl2
2AlCl3
①在空气中燃烧发出耀眼白光
②与氮气反应:
3Mg+N2
Mg3N2
与水反应
反应很困难
与沸水反应:
Mg+2H2O
Mg(OH)2+H2↑
与酸反应
①与H+:
2Al+6H+===2Al3++3H2↑
②在冷的浓硫酸、浓硝酸中钝化
Mg+2H+===Mg2++H2↑,相同条件下,反应速率比Al快
与碱反应
2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑
不反应
与某些氧化物反应
与Fe2O3的铝热反应:
2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3
能在CO2中燃烧:
2Mg+CO2
2MgO+C
4.镁、铝的冶炼
Mg:
MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑;
Al:
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑。
二、镁、铝的重要化合物
1.MgO与Al2O3的比较
MgO
Al2O3
物理性质
均为白色粉末,不溶于水,熔点高(MgO>Al2O3),是优良的耐火材料
化学性质
与热水反应
MgO+H2O
Mg(OH)2
与水不反应
碱性氧化物
MgO+2H+===Mg2++H2O
两性氧化物
Al2O3+6H+===2Al3++3H2O、
Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O
2.Mg(OH)2与Al(OH)3的比较
Mg(OH)2
Al(OH)3
物理性质
白色固体,不溶于水
不溶于水的白色胶状固体,具有吸附性
化学性质
不稳定性
不稳定性:
2Al(OH)3
Al2O3+3H2O
碱性,溶于强酸
两性:
①溶于强酸Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
②溶于强碱Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O
制备
Mg2++强碱:
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
Mg2++弱碱:
Mg2++2NH3·H2O===Mg(OH)2↓+2NH
①Al3+与氨水:
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
(不用强碱)
②AlO
溶液中通入过量CO2:
AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
(不用强酸)
③Al3+与AlO
互促水解:
Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓
3.明矾
(1)化学式为KAl(SO4)2·12H2O,它是无色晶体,可溶于水。
(2)明矾净水的原理
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),能吸附水中悬浮物形成沉淀,使水澄清。
三、可溶性铝盐与NaOH溶液反应的图像与计算
1.图像
操作
可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量
向NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量
现象
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
图像
方程式
AB:
Al3++3OH-===Al(OH)3↓
BD:
Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O
AB:
Al3++4OH-===AlO
+2H2O
BC:
Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓
2.可溶性铝盐与强碱反应的计算规律
(1)求产物Al(OH)3的量
①当n(OH-)≤3n(Al3+)时,n[Al(OH)3]=
n(OH-);
②当3n(Al3+)<n(OH-)<4n(Al3+)时,
n[Al(OH)3]=4n(Al3+)-n(OH-);
③当n(OH-)≥4n(Al3+)时,n[Al(OH)3]=0,无沉淀。
(2)求反应物碱的量
①若碱不足(Al3+未完全沉淀):
n(OH-)=3n[Al(OH)3];
②若碱使生成的Al(OH)3部分溶解:
n(OH-)=4n(Al3+)-n[Al(OH)3]。
(1)MgO与Al粉的混合物也可称为铝热剂(×)
错因:
铝热反应仍是金属间的置换反应,Mg更活泼,MgO与Al不能发生铝热反应。
(2)工业上制造镁粉时,可将镁蒸气在N2中冷却(×)
错因:
Mg与N2反应生成Mg3N2,故Mg不能在N2中冷却。
(3)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(×)
错因:
Al2O3能与碱反应,所以不能用铝坩埚熔化NaOH固体。
(4)明矾可作净水剂,起到杀菌消毒的作用(×)
错因:
明矾能净水,但不能杀菌消毒。
(5)AlO
、HCO
在水溶液中因发生双水解反应而不能大量共存(×)
错因:
AlO
与HCO
能反应不能大量共存,但不是因为双水解。
1.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:
(NH4)2CO3、CH3COONH4、(NH4)2S等;②弱酸的酸式盐,如:
NaHCO3、KHS、NaHSO3等;③氨基酸。
2.将相同质量的镁条分别在①氧气、②氮气、③二氧化碳中完全燃烧,燃烧后所得固体产物的质量由大到小的顺序是______________(填序号)。
答案 ③>①>②
解析 Mg能发生反应:
2Mg+O2
2MgO、3Mg+N2
Mg3N2、2Mg+CO2
2MgO+C。
若都是1molMg参加反应,①中固体产物为1molMgO,②中为
molMg3N2,③中为1molMgO和1molC。
3.写出铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式,分析反应的本质,指出该反应的氧化剂和还原剂,并用双线桥法标出该反应电子转移的方向与数目。
答案 2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
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。
题组一 镁、铝单质的性质及应用
1.下列关于金属镁、铝的说法中正确的是( )
A.铝在地壳中的储量非常丰富,在古代常用来制造兵器
B.大量镁条燃烧引起的火灾不能用干冰灭火器灭火
C.镁铝合金既可完全溶于过量盐酸又可完全溶于过量NaOH溶液
D.依据铝热反应原理,能发生反应2Al+3MgO
3Mg+Al2O3
答案 B
解析 虽然铝在地壳中的储量非常丰富,但都是以化合态的形式存在,古代没有冶炼金属铝的技术,A错误;Mg不能溶于NaOH溶液,C错误;Mg的金属性比Al强,故Al与MgO不能发生铝热反应,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.下列说法正确的是( )
A.向NaAlO2溶液中滴加NaHCO3溶液,有沉淀和气体生成
B.制备Al(OH)3悬浊液:
向1mol·L-1AlCl3溶液中加过量的6mol·L-1NaOH溶液
C.AlCl3溶液中加入过量稀氨水:
Al3++4NH3·H2O===AlO
+4NH
+2H2O
D.将AlCl3加入Ba(HCO3)2溶液中同时有气体和沉淀产生
答案 D
解析 AlO
+HCO
+H2O===Al(OH)3↓+CO
,只有沉淀生成,A错误;Al(OH)3是两性氢氧化物,可以和过量氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠,故不能制备氢氧化铝悬浊液,B错误;Al(OH)3不溶于过量稀氨水,C错误;Al3+与HCO
发生相互促进的水解反应,生成Al(OH)3沉淀和CO2气体,故D正确。
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,过量H+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。
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。
题组三 涉及Al(OH)3图像的分析与计算
7.(2020·宝鸡高三检测)室温下,在0.2mol·L-1Al2(SO4)3溶液中,逐滴加入1.0mol·L-1NaOH溶液,实验测得溶液pH随NaOH溶液体积变化曲线如下图,下列有关说法正确的是( )
A.a点时,溶液呈酸性的原因是Al3+水解,离子方程式为Al3++3OH-Al(OH)3
B.a~b段,溶液pH增大,Al3+浓度不变
C.b~c段,加入的OH-主要用于生成Al(OH)3沉淀
D.d点时,Al(OH)3沉淀开始溶解
答案 C
解析 A项,Al2(SO4)3为强酸弱碱盐,Al3+水解使溶液显酸性,离子方程式应为Al3++3H2OAl(OH)3+3H+,错误;B项,a~b段,加入NaOH消耗H+,使Al3++3H2OAl(OH)3+3H+反应正向进行,Al3+的浓度减小,错误;C项,b~c段,pH变化不明显,说明OH-主要用于生成Al(OH)3沉淀,正确。
8.[H+、Al3+、NH
、Al(OH)3竞争OH-能力顺序]向HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl溶液中(假设各1mol),逐滴加入NaOH溶液,沉淀的物质的量随NaOH溶液体积变化的图像如图。
(假设Mg2+、Al3+结合OH-能力相同)
分析图像的变化情况,回答下列问题:
(1)H+、Al3+、Al(OH)3、NH
四种微粒与OH-反应的先后顺序依次为______________________________________________________________________________。
(2)依次写出各阶段的离子方程式:
①OA:
________________________________________________________________________。
②AB:
________________________________________________________________________。
③BC:
________________________________________________________________________。
④CD:
________________________________________________________________________。
答案
(1)H+、Al3+、NH
、Al(OH)3
(2)①H++OH-===H2O
②Al3++3OH-===Al(OH)3↓,
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
③NH
+OH-===NH3·H2O
④Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O
考点二 铜及其化合物
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
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:
①化学方程式:
2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3(绿色固体)。
②化学方程式:
2Cu+S
Cu2S。
③与氧化性酸
a.与浓硫酸共热的化学方程式:
Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O;
b.与稀硝酸反应的离子方程式:
3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O;
c.与浓硝酸反应的离子方程式:
Cu+4H++2NO
===Cu2++2NO2↑+2H2O。
④与FeCl3溶液反应的离子方程式:
Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+。
2.氧化铜和氧化亚铜
名称
氧化铜
氧化亚铜
颜色
黑色
砖红色
与酸反应(H+)
CuO+2H+===Cu2++H2O
Cu2O+2H+===Cu2++Cu+H2O
与H2反应
CuO+H2
Cu+H2O
Cu2O+H2
2Cu+H2O
转化关系
4CuO
2Cu2O+O2↑
3.氢氧化铜
(1)物理性质:
蓝色难溶于水的固体。
(2)化学性质及应用
反应①的化学方程式:
Cu(OH)2
CuO+H2O。
反应②的化学方程式:
Cu(OH)2+2H+===Cu2++2H2O。
4.铜盐
(1)Cu2(OH)2CO3名称为碱式碳酸铜,是铜绿、孔雀石的主要成分。
(2)CuSO4·5H2O俗称蓝矾、胆矾。
可发生
+5H2O,无水CuSO4遇水变蓝色,可用于检验水的存在。
(3)铜盐溶液有毒,主要是因为Cu2+作为一种重金属离子能与蛋白质作用,使蛋白质变性失去生理活性,因此可将胆矾、熟石灰、水配成波尔多液,用来杀灭植物的病毒。
(1)CuO是黑色固体,与水反应生成Cu(OH)2(×)
错因:
CuO与H2O不反应。
(2)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物(×)
错因:
铜锈主要成分为Cu2(OH)2CO3,不是铜的氧化物。
(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(×)
错因:
CuSO4·5H2O失去结晶水属于化学变化。
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至3~4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
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- 大一轮复习讲义 版步步高大一轮复习讲义人教版第3章 第17讲 镁铝铜及其化合物 金属冶炼 步步高 一轮 复习 讲义 人教版第 17 镁铝铜 及其 化合物 金属 冶炼