1、專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉【高考幫化學】專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉考情精解讀A考點幫知識全通關目錄CONTENTS考綱要求命題規律命題分析預測考點1鎂及其化合物考點2鋁及其化合物考點3鐵及其重要化合物考點4銅及其重要化合物考點5金屬材料與金屬礦物的開發利用合金知識體系構建方法1“鋁三角”轉化關系及其應用方法2 Al(OH)3的圖像和計算方法3“鐵三角”及其應用方法4 Fe2+、Fe3+的檢驗方法5 銅及其化合物的性質微課4 從鋁土礦中提取Al2O3的流程微課5 無機化學工藝流程題的解題流程B方法幫素養大提升C考法幫考向全掃描考向1 以工藝流程為載體考查鐵鹽的水解考向2 遷移“氫氣還原氧

2、化銅”實驗裝置模型考查金屬元素的性質考情精解讀考綱要求命題規律命題分析預測知識體系構建1.了解常見金屬的活動順序。2.了解常見金屬及其重要化合物的制備方法,掌握其主要性質及其應用。3.了解合金的概念及其重要應用。4.以上各部分知識的綜合應用考綱要求命題規律核心考點考題取樣考向必究鎂、鋁及其化合物2017海南,T6C鐵及其化合物2017全國卷,T26分析含Mg、Fe、Al等金屬氧化物的水泥中Ca含量,考查鐵鹽的水解(考向1)2017全國卷,T26綠礬的性質探究(考向2)2016全國卷,T28實驗探究Fe2+、Fe3+的性質(方法3)銅及其化合物2017浙江4月選考,T27有關銅及其化合物的推斷(

3、方法5)金屬元素及其化合物性質的綜合考查與金屬化合物的制備2017全國卷,T27用含Si、Al等雜質的鉻鐵礦制備重鉻酸鉀(微課5)2017海南,T17用含Mg、Fe、Ca、Al等金屬氧化物的硼鎂泥制備硫酸鎂晶體(微課5)2015新課標全國卷 , T10有關Mg、Al、Fe、Cu的性質實驗考查(微課5)考情分析本專題是歷年高考的考查重點,常在選擇題中重點考查常見金屬元素的基本反應、離子檢驗及用途,非選擇題中常借助工藝流程的形式,以除雜或提純等相關問題為主線綜合考查金屬元素化合物的性質。高頻考點及可能題型:金屬離子如Fe3+、Fe2+、Al3+、Cu2+等的檢驗(選擇或非選擇題,215分)、金屬及

4、其化合物的化學方程式的書寫或正誤判斷(非選擇題或選擇題,215分)、金屬化合物性質的實驗探究(實驗題,15分)、用含多種金屬元素的礦物制備某種金屬化合物(工藝流程題,15分)、有關金屬及其化合物的計算(非選擇題或選擇題,26分)、直接考查氫氧化鋁的兩性或借助 Cr(OH)3、Zn(OH)2、Co(OH)2等兩性氫氧化物的性質考查氫氧化鋁的兩性命題分析預測(非選擇題,26分),涉及本專題的實驗探究題較好地考查了考生的知識遷移和應用能力,以及“證據推理與模型認知”學科素養。命題預測預計2019年會繼續在選擇題中或非選擇題中加強對常見金屬元素的考查,以工藝流程的形式考查考生對陌生金屬元素的認知能力,

5、考生應該在熟練掌握常見金屬元素性質及應用的基礎上,強化對陌生金屬元素(如第四周期的Ti、V、Cr、Mn、Co 、Ni、Ga等)知識的遷移能力命題分析預測知識體系構建A考點幫知識全通關考點1鎂及其化合物考點2鋁及其化合物考點3鐵及其重要化合物考點4銅及其重要化合物考點5金屬材料與金屬礦物的開發利用合金考點1鎂及其化合物1.鎂的物理性質銀白色固體,密度較小、質軟、有延展性,是電和熱的良導體。2.鎂及其重要化合物的化學性質物質主要性質反應方程式鎂與非金屬單質反應2Mg+O2 2MgO(發出耀眼白光)3Mg+N2 Mg3N2與CO2反應2Mg+CO2 2MgO+C(燃燒,生成白色粉末和黑色固體)與非氧

6、化性強酸反應Mg+2H+ Mg2+H2與沸水反應Mg+2H2O Mg(OH)2+H2物質主要性質反應方程式氧化鎂堿性氧化物MgO+2H+ Mg2+H2O氫氧化鎂中強堿Mg(OH)2+2H+ Mg2+2H2O難溶于水Mg2+2OH- Mg(OH)2溶解度小于碳酸鎂的MgCO3+H2O Mg(OH)2+CO2氮化鎂與水發生水解反應Mg3N2+6H2O 3Mg(OH)2+2NH3續表化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉拓展延伸1.Mg著火后,不可用CO2及水滅火,應用沙土滅火。2.MgO的熔點高,常用作耐火材料。3.Mg(OH)2為難溶于水的白色沉淀,常用NaOH溶液檢驗Mg2+的存在。4.Mg(OH

7、)2的溶解度比MgCO3的小,故水垢的主要成分中含有的是 Mg(OH)2,而非MgCO3。化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉考點2鋁及其化合物（重點） 1.鋁(1)物理性質較軟的銀白色金屬,熔點為660.4 ,沸點為2 467 ,密度為 2.70 gcm-3,延展性好,是電和熱的良導體。(2)化學性質鋁原子最外層有 3個電子,化學反應中易失去電子而表現出較強的還原性。與非金屬單質反應4Al+3O2 2Al2O32Al+3Cl2 2AlCl32Al+3S Al2S3(水溶液中不能存在)鋁與非氧化性強酸反應2Al+6H+ 2Al3+3H2 注意 1.鎂、鋁在空氣中容易被氧氣氧化,表面形成一層氧化膜

8、,該氧化膜比較致密,可以保護鎂、鋁,防止其進一步被氧化,所以鎂、鋁雖然很活潑,但不需要特殊保存。2.在進行鎂、鋁有關的實驗時,要首先用砂紙打磨鎂、鋁表面以除去金屬氧化物。3.鋁在純氧中或鋁粉在空氣中可以燃燒。將打磨過的鋁片置于空氣中加熱,會看到鋁片熔化,但并未滴落,是因為鋁片表面快速生成的氧化鋁熔點很高。4.鋁、鐵遇到冷的濃硝酸、濃硫酸表面也可形成一層致密的氧化膜(即鈍化),可防止鋁、鐵進一步與酸反應。化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉注意 鋁與強堿溶液的反應中,水作氧化劑(NaOH不是氧化劑):鋁熱反應實驗中的有關問題實驗裝

9、置實驗現象鎂帶劇烈燃燒,放出大量的熱,并發出耀眼的白光,氧化鐵與鋁粉在較高溫度下發生劇烈反應;紙漏斗的下部被燒穿,有熔融物落入沙中化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉實驗結論高溫下,鋁與氧化鐵發生反應,放出大量的熱:Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3原理應用制取熔點較高、活動性弱于Al的金屬,如鐵、鉻、錳、鎢等,3MnO2+4Al 3Mn+2Al2O3;金屬焊接,如野外焊接鋼軌等續表化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉2.氧化鋁和氫氧化鋁兩性氧化物:既能與酸反應生成鹽和水,又能與堿反應生成鹽和水的氧化物。兩性氫氧化物:既能與酸反應生成鹽和水,又能與堿反應生成鹽和水的氫氧化物。名稱氧化鋁氫氧化鋁

10、化學式Al2O3Al(OH)3類別兩性氧化物兩性氫氧化物物理性質高熔點,高沸點,高硬度,不溶于水的白色固體不溶于水的白色膠狀固體,具有吸附性化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉續表名稱氧化鋁氫氧化鋁化學性質用途煉鋁原料、制作耐火材料可用作吸附劑、媒染劑和凈水劑;治療胃酸;可作為制造瓷釉、耐火材料、防水織物的原料化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉3.一種重要的復鹽明礬化學式KAl(SO4)212H2O(水溶液pHCl2C.Fe2+與SCN-不能形成紅色物質D.Fe2+被氧化為Fe3+化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉4.B溶液中的

11、Fe2+與加入的新制氯水發生反應:2Fe2+Cl2 2Fe3+ +2Cl-,氧化性:Fe3+Cl2。能使含Fe3+的溶液變為紅色,說明原溶液中一定含有SCN-。因原溶液中加入含Fe2+的溶液后,無明顯變化,說明Fe2+與SCN-不能形成紅色物質。方法5 銅及其化合物的性質方法解讀： 1.含銅物質之間的轉化關系 2Cu+O2+H2O+CO2 Cu2(OH)2CO3(堿式碳酸銅) 4CuO 2Cu2O+O2 (黑色) (紅色) CuSO45H2O CuSO4+5H2O(藍色) (白色)注意 難溶性金屬氫氧化物、碳酸鹽,受熱一般易分解;易溶性金屬氫氧化物、碳酸鹽,受熱一般難分解。如Cu(OH)2屬于

12、難溶性金屬氫氧化物,受熱易分解。化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉2.銅的冶煉(1)濕法煉銅:Fe+CuSO4 FeSO4+Cu。(2)高溫煉銅:工業上用高溫冶煉黃銅礦的方法獲得銅(粗銅):2CuFeS2+4O2 Cu2S+3SO2+2FeO(爐渣)2Cu2S+3O2 2Cu2O+2SO22Cu2O+Cu2S 6Cu+SO2粗銅中銅的含量為99.5%99.7%,主要含有Ag、Zn、Fe、Au等雜質,粗銅通過電解精煉可得到純度達99.95%99.98%的銅。電解精煉銅的原理是用粗銅作陽極,失電子變為Cu2+,用純銅棒作陰極,電解即可得精銅。化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學專題六鎂、鋁、鐵、

13、銅金屬的冶煉示例6 Cu2S是火法煉銅的一種重要原料,下面是由Cu2S冶煉銅及制取CuSO45H2O的流程圖:Cu2S Cu Cu2O、CuO A B 膽礬(1)Cu2S中銅元素的化合價為,火法煉銅的反應原理是 (用化學方程式表示)。(2)Cu2O、CuO加入足量稀硫酸得到的體系A中溶液呈藍色,且有紅色物質生成,寫出生成紅色物質的離子方程式。(3)若使A中單質反應,加入的試劑最好是。A.適量的NaNO3B.適量的HNO3C.適量的H2O2(4)若B溶液的體積為0.2 L,電解B溶液一段時間后溶液的pH由2變為1(體積變化忽略不計),此時電解過程中轉移電子的物質的量是。化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金

14、屬的冶煉化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉微課4 從鋁土礦中提取Al2O3的流程微點解讀從鋁土礦(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等雜質)中提取Al2O3的兩大工藝流程:化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉示例7 2013大綱全國卷,29,15分鋁是一種應用廣泛的金屬,工業上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融電解制得。鋁土礦的主要成分是Al2O3和SiO2等。從鋁土礦中提煉Al2O3的流程如下:以螢石(CaF2)和純堿為原料制備冰晶石的流程如下:化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉回答下列問題:(1)寫出反應1的化學方程式 。(2)

15、濾液中加入CaO生成的沉淀是,反應2的離子方程式為。(3)E可作為建筑材料,化合物C是,寫出由D制備冰晶石的化學方程式 。(4)電解制鋁的化學方程式是,以石墨為電極,陽極產生的混合氣體的成分是 。化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉微課5 無機化學工藝流程題的解題流程微點解讀化學工藝流程題是將化工生產中的生產流程用框圖形式表示出來,并根據生產流程中有關的化學知識步步設問,是無機框圖的創新。它以現代工業生產為基礎,與化工生產成本、產品提純、環境保護等相融合,考查物質的制備、檢驗、分離或提純等基本實驗原理在化工生產中的實際應用,要求考生依據流程圖分析原理,緊扣信息、

16、抓住關鍵、準確答題。這類試題具有較強的實用性和綜合性,是近幾年高考化學試題的常考題型。1.以物質制備為目的的化學工藝流程(1)原料處理階段的常見考查點加快反應速率溶解:通常用酸溶,如硫酸、鹽酸、濃硫酸等。灼燒、焙燒、煅燒:改變結構,使一些物質能溶解,并使一些雜質高溫下氧化、分解。(2)分離提純階段的常見考查點調pH除雜a.控制溶液的酸堿性使其中的某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。如要除去化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉去Al3+、Mn2+溶液中含有的Fe2+,先用氧化劑把Fe2+氧化為Fe3+,再調溶液的pH,將Fe3+轉化為沉淀,過濾除去。b.用于調節溶液pH的物質一般應滿足兩點:一是能與H+

17、反應,使溶液pH增大;二是不引入新雜質。例如,若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3 等物質來調節溶液的pH。加熱:加快反應速率或促進平衡向某個方向移動。如果在制備過程中出現一些受熱易分解的物質或產物,則要注意對溫度的控制。如侯氏制堿法中的NaHCO3;還有H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質。化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉降溫:防止某物質在高溫時溶解(或分解)或促進化學平衡向著題目要求的方向移動。(3)獲得產品階段的常見考查點洗滌(冰水或熱水):洗去晶體表面的雜質離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損

18、耗;乙醇洗滌既可洗去晶體表面的雜質,又可減少晶體溶解的損耗。蒸發時的氣體氛圍抑制水解:如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時,應在HCl的氣流中加熱,以防其水解。蒸發濃縮、冷卻結晶:如NaCl和K2Cr2O7混合溶液,若將混合溶液加熱蒸發后再降溫,則析出的固體主要是K2Cr2O7,這樣就可分離出大部分的K2Cr2O7;化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉同樣原理可除去KNO3中混有的少量NaCl。蒸發結晶、趁熱過濾:如NaCl和K2Cr2O7混合溶液,若將混合溶液蒸發一段時間,析出的固體主要是NaCl,同樣原理可除去NaCl中混有的少量KNO3。化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶

19、煉化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉示例8 2015新課標全國卷,27,14分硼及其化合物在工業上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5H2O和Fe3O4,還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示:回答下列問題:(1)寫出Mg2B2O5H2O與硫酸反應的化學方程式。為提高浸出速率,除適當增加硫酸濃度外,還可采取的措施有 (寫出兩條)。化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉(2)利用的磁性,可將其從“浸渣”中分離。“浸渣”中還剩余的物質是。(寫化學式)(3)“凈化除雜”需先加H2O2溶液,作用是。然后再調節溶液的pH約為5,目

20、的是。(4)“粗硼酸”中的主要雜質是(填名稱)。(5)以硼酸為原料可制得硼氫化鈉(NaBH4),它是有機合成中的重要還原劑,其電子式為。(6)單質硼可用于生產具有優良抗沖擊性能的硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質硼,用化學方程式表示制備過程。化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉思維導引化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉解析 (1)Mg2B2O5H2O與硫酸反應得到硼酸和硫酸鎂: Mg2B2O5H2O+ 2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4。結合影響反應速率的因素,提高反應速率可以適當升高溫度、減小鐵硼礦粉粒徑或適當提高硫酸的濃度等。(2)給出的物質中只有 Fe3O4 有磁性,二氧化硅不溶于

21、水,硫酸鈣屬于微溶物,所以“浸渣”中還有SiO2和CaSO4。(3)能與H2O2反應的是Fe2+,H2O2把Fe2+氧化成Fe3+。調節溶液pH約為5時,Fe3+和Al3+都形成沉淀,過濾除去。(4)“粗硼酸”中的雜質主要是硫酸鎂。(5)NaBH4的電子式為Na+ 化學專題六鎂、鋁、鐵、銅金屬的冶煉(6)2H3BO3 B2O3+3H2O,結合鋁熱反應知識,可寫出鎂置換出B的化學方程式:B2O3+3Mg 2B+3MgO。答案(1)Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4提高反應溫度、減小鐵硼礦粉粒徑(2)Fe3O4SiO2和CaSO4 (3)將Fe2+氧化成Fe3+使Fe3+與Al3+形成氫氧化物沉淀而除去 (4)(七水)硫酸鎂 (5)Na+ (6)2H3BO3