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新教材2022届新高考化学人教版一轮学案：3.3 铜、铝及其化合物 金属资源
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这是一份新教材2022届新高考化学人教版一轮学案：3.3 铜、铝及其化合物 金属资源，共35页。
[考试要求]
1．结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解铜、铝及其重要化合物的主要性质，了解金属材料在生产、生活中的应用。2.结合实例认识金属性质的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质的转化，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要作用。
考点一 铜及其重要化合物
1.知识梳理
1.铜的性质
(1)物理性质：铜是________色金属，具有良好的________性、________性和延展性。
(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：____________________________________(________固体)。
②化学方程式：____________________________。
③与氧化性酸
a．与浓硫酸共热：__________________________；
b．与稀硝酸反应的离子方程式：____________________________________________；
c．与浓硝酸反应的离子方程式：____________________________________________。
2．氧化铜和氧化亚铜
3.氢氧化铜
(1)物理性质：____色____溶于水的固体。
(2)化学性质及应用
4．铜盐
(1)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。
(2)CuSO4·5H2O俗称________。
可发生eq \(CuSO4·5H2O,\s\d16(蓝色晶体)) eq \(,\s\up16(△①),\s\d16(②))eq \(CuSO4,\s\d16(白色粉末))＋5H2O，无水CuSO4遇水变蓝色，可用于检验水的存在。
(3)Cu2(OH)2CO3：名称为____________，是铜绿、孔雀石的主要成分。
[判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成( )
(2)利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质，来检验水的存在( )
(3)将铁片置于CuSO4溶液中，铁片上有红色物质析出，说明铁比铜活泼( )
(4)铜在干燥的空气中性质稳定，但是在潮湿的环境中则易被锈蚀，生成铜绿( )
(5)铜与氯气、氧气、硫分别反应，得到的产物中铜的化合价均为＋2价( )
(6)湿法炼铜和火法炼铜的反应中，铜元素都发生了还原反应( )
(7)CuO是黑色固体，与水反应可生成Cu(OH)2( )
(8)Cu2O遇硝酸会被氧化成Cu2＋( )
(9)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分，在干燥的空气中不易生成( )
(10)无水硫酸铜生成CuSO4·5H2O属于物理变化( )
(11)铜绿在灼烧条件下会分解生成氢氧化铜和二氧化碳( )
[提醒]
1．铜及其化合物的颜色
2.无水CuSO4只能作为水的检验试剂，但不能作为水蒸气的吸收试剂用于除杂。
2 对点速练
练点一 铜及其化合物的性质
1．我国晋代《抱朴子》中描述了大量的化学反应，其中有：①“丹砂(HgS)烧之成水银，积变又还成丹砂”；②“以曾青涂铁，铁赤色如铜”。下列有关叙述正确的是( )
A．①中描述的化学反应是可逆反应
B．“曾青”是含有Cu2＋的溶液，如硫酸铜溶液
C．“积变又还成丹砂”中的“还”可理解为“被还原”
D．水银能跟曾青发生置换反应生成单质铜
2．某同学通过系列实验，探究Cu及其化合物的性质，下列操作正确且能达到目的的是( )
A．将铜粉和硫粉混合均匀加热以制取CuS
B．将Cu片放入过量浓硫酸中，一段时间后加水以观察CuSO4溶液的颜色
C．向CuSO4溶液中加入NaOH溶液，过滤洗涤并收集沉淀，加热以制取CuO
D．设计Cu－Al－浓硝酸原电池，以证明金属活动性：Cu3．已知酸性条件下有如下反应：2Cu＋===Cu2＋＋Cu↓。由于反应温度不同，用氢气还原氧化铜时，可能产生Cu或Cu2O，两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物做了验证，实验操作和实验现象记录如下：
由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物( )
A．是Cu B．是Cu2O
C．一定有Cu，一定有Cu2O D．一定有Cu2O，可能有Cu
练点二 化工生产中的“铜”
4．CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如下图所示。下列说法正确的是( )
A．相对于途径②，途径①更好地体现了绿色化学思想
B．Y可以是葡萄糖溶液
C．X可能是SO2和SO3的混合气体
D．将CuSO4溶液蒸发，利用余热蒸干，可制得胆矾晶体
5．从含铜丰富的自然资源黄铜矿(CuFeS2)冶炼铜的工艺流程如下：
已知：CuFeS2＋3CuCl2===4CuCl↓＋FeCl2＋2S↓
(1)浸取时，若改用FeCl3溶液，也能生成CuCl和S，该反应化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若过滤1所得滤液中只含FeCl2，则将其在空气中加热蒸干、灼烧后，所得固体的化学式为________。
(3)调节溶液的pH后，除生成Cu外，还能产生一种金属离子，此金属离子是________。(填离子符号)
(4)过滤3所得滤液中可以循环使用的物质有________，为保持流程持续循环，每生成1 ml Cu，理论上需补充CuCl2的物质的量为________。
(5)冶炼工艺还可以将精选后的黄铜矿砂与空气在高温下煅烧，使其转变为铜，化学方程式为：6CuFeS2＋13O2eq \(=====,\s\up16(高温))3Cu2S＋2Fe3O4＋9SO2 Cu2S＋O2eq \(=====,\s\up16(高温))2Cu＋SO2，此工艺与前一工艺相比主要缺点有________。
方法总结
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＋4O2eq \(=====,\s\up16(800 ℃))Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)
2Cu2S＋3O2eq \(=====,\s\up16(1 200 ℃))2Cu2O＋2SO2
2Cu2O＋Cu2Seq \(=====,\s\up16(1 200 ℃))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。
考点二 铝及其重要化合物
1 知识梳理
1.金属铝的化学性质
(5)铝热反应
①实验原理：高温下铝将较不活泼的金属从其________中还原出来。
铝粉还原氧化铁的实验装置如图所示。
②反应方程式：____________________________。
③实验现象：______________________________________。
④镁条、氯酸钾的作用：________。
⑤应用：在冶金工业上常用这一原理制取熔点________的金属，如铬、锰等，3MnO2＋4Aleq \(=====,\s\up16(高温))______________。该反应原理可以应用在生产上，如________等。
2．铝的用途
纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。
3．氧化铝(Al2O3)
(1)物理性质：________色固体，________溶于水，有很高的__________。
(2)化学性质(两性氧化物)
①与HCl反应 ________________________。
②与NaOH反应 ____________________。
4．常见的铝盐及其应用
(1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的____盐。
(2)明矾的化学式为______________，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH____7(选填“<”“>”或“＝”)。明矾可以净水，其净水的原理是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)铝制餐具可长时间存放酸性或碱性食物( )
(2)常温下，铝与稀硝酸反应可以制取氢气( )
(3)铝在空气中耐腐蚀，所以铝是不活泼金属( )
(4)1 ml Al与足量的硫酸或足量的氢氧化钠溶液反应转移电子数相同( )
(5)明矾用作净水剂不涉及化学变化( )
(6)明矾的化学式为Al2(SO4)3·12H2O( )
[提醒]
1．常温下，能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是二者能使铝发生“钝化”，而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。
2．能与铝反应产生氢气的溶液可能呈强酸性也可能呈强碱性。
3．铝与强碱溶液的反应中，水作氧化剂(NaOH不是氧化剂)：
4．铝热反应是在高温干态下进行的置换反应，铝只能与排在金属活动性顺序其后的金属氧化物反应。铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。
2 对点速练
练点一 铝的性质判断
1．镁、铝单质的化学性质以相似为主，但也存在某些重大差异性，下列物质能用于证明二者存在较大差异性的是( )
①CO2 ②盐酸 ③NaOH溶液 ④水
A．①④ B．②③
C．①③ D．②③④
2．现有一块已知质量的铝镁合金，欲测定其中镁的质量分数，几位同学设计了以下三种不同的实验方案：
实验设计①：铝镁合金eq \(――→,\s\up16(盐酸))测定生成的气体在标准状况下的体积
实验设计②：铝镁合金eq \(――――→,\s\up16(NaOH溶液))测定生成的气体在标准状况下的体积
实验设计③：铝镁合金eq \(――→,\s\up16(盐酸))eq \(――――――→,\s\up16(过量NaOH溶液))过滤，测定得到沉淀的质量
则能测定出镁的质量分数的是( )
A．都能 B．都不能
C．①不能，其他都能 D．②③不能，①能
3．下列叙述中正确的是( )
A．依据铝热反应原理，能发生反应
2Al＋3MgOeq \(=====,\s\up16(高温))3Mg＋Al2O3
B．在加入铝粉能放出氢气的溶液中，K＋、NH4+、CO32-、Cl－一定能够大量共存
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．氯化铝溶液中加入过量氨水反应实质是：
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4+
练点二 铝的有关计算
4．把铝粉和氧化铁粉末配成铝热剂，分成两等份。一份在高温下恰好完全反应后，再与足量盐酸起反应；另一份放入足量的烧碱溶液中充分反应。前后两种情况下生成的气体的质量比是( )
A．1:1 B．2:3
C．3:2 D．28:9
5．Mg、Al组成的混合物与足量盐酸反应，产生标准状况下的氢气4.48 L，下列推断中不正确的是( )
A．参加反应的Mg、Al共0.2 ml
B．参加反应的HCl为0.4 ml
C．Mg、Al在反应中共提供0.4 ml电子
D．若与足量的稀硫酸反应能产生0.2 ml H2
6．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、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100 mL 3 ml·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．5.4 g B．3.6 g
C．2.7 g D．1.8 g
方法技巧
铝与酸、碱反应生成H2的量的关系
铝与酸、碱反应的化学方程式分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。从化学方程式可以看出Al与酸、碱反应时生成H2的实质都是Aleq \(――→,\s\up16(失3e－))eq \(Al,\s\up16(＋3))，所以无论与酸还是与碱反应，Al与H2的关系都是2Al～3H2。
(1)等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气体积比eq \f(VHClH2,VNaOHH2)＝eq \f(1,1)。
(2)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比eq \f(VHClH2,VNaOHH2)＝eq \f(1,3)。
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比eq \f(1,3)考点三 金属材料与金属矿物的利用
1 知识梳理
1.合金
2．常见金属材料
(1)黑色金属材料——钢铁。
①____是用量最大，用途最广的合金。
(2)有色金属材料——铜和铝。
①我国使用最早的合金是________，常见的铜合金有黄铜和白铜。
②铝合金。
3．金属冶炼的方法
(1)热分解法：
加热分解HgO和Ag2O的化学方程式分别为：
________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________。
(2)热还原法：
①焦炭还原法：
用C还原CuO的化学方程式：
________________________________________________________________________。
②一氧化碳还原法：
工业上炼铁的反应原理：
________________________________________________________________________。
③H2还原法：
用H2还原WO3的化学方程式：
________________________________________________________________________。
④活泼金属还原法：
用Al还原Cr2O3的化学方程式：
________________________________________________________________________。
(3)电解法：
电解熔融Al2O3、MgCl2冶炼Al、Mg的化学方程式分别为：____________________________。
[思考]
用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。例如：
2Al＋4BaOeq \(=====,\s\up16(高温))3Ba↑＋BaO·Al2O3
常温下Al的金属性比Ba的金属性________(填“强”或“弱”)。利用上述方法可制取Ba的主要原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)金属在自然界中都以化合态存在，故金属的冶炼就是将金属从其化合物中置换出来( )
(2)铁的冶炼属于热还原法，还原剂为CO( )
(3)合金是混合物，合金中的成分金属保持各自的化学性质( )
(4)铝合金的熔点比纯铝的高( )
(5)合金材料中不可能含有非金属元素( )
(6)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属( )
(7)工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应( )
(8)用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜( )
(9)用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物( )
[提醒]
1．金属冶炼与金属活动性的关系：
2．用H2还原法冶炼得到的金属，纯度高，但成本也高；用CO和C还原法冶炼得到的金属，纯度低，冶炼成本也低。
3．用热还原法制得的铜须用电解精炼法进行提纯。
2 对点速练
练点一 金属的冶炼方法
1．下列金属冶炼的反应原理正确的是( )
A．2Al2O3＋3Ceq \(=====,\s\up16(高温))4Al＋3CO2↑
B．MgO＋H2eq \(=====,\s\up16(△))Mg＋H2O
C．Fe3O4＋4COeq \(=====,\s\up16(高温))3Fe＋4CO2
D．2HgOeq \(=====,\s\up16(通电))2Hg＋O2↑
2．孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。某同学设计的从孔雀石中冶炼铜的方案如下(假设孔雀石中杂质不溶于水和稀硫酸)：
(1)反应①能观察到的现象是________________________________________________________________________，
有关反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)反应②加入的金属可能是________________，有关反应的离子方程式为________________。
练点二 金属矿物的加工过程
3．铜在自然界多以化合态的形式存在于矿石中。常见的铜矿石有：黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿(Cu2S)、孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]。下列说法不正确的是( )
A．可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿
B．硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
C．工业上常采用电解法制取粗铜
D．在上述几种含铜化合物中，铜的质量分数最高的是Cu2S
4．以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2、少量FeS2)为原料，生产Fe3O4的部分工艺流程如下：
下列说法错误的是( )
A．用NaOH溶液吸收焙烧过程产生的SO2有利于保护环境和资源再利用
B．从高硫铝土矿中可制得Al、Fe的化合物
C．向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由AlO2-转化为Al3＋
D．FeS2与Fe2O3混合后在无氧条件下焙烧的目的是生成Fe3O4和SO2
5．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1 ml CuS则消耗3 ml O2
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
练点三 金属材料及其成分分析
6．我国自主研制的C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。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
7．取硬铝样品进行如下实验(每一步试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成可能为(提示：Si＋2OH－＋H2O===SiO32-＋2H2↑)( )
A．Al、Mg、Si、Zn B．Al、Fe、Zn、Na
C．Al、Na、Cu、Fe D．Al、Cu、Mg、Si、Mn
8．碳、硫的含量影响钢铁性能。碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进行测定。
(1)采用装置A，在高温下将x克钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。
①气体a的成分是________。
②若钢样中硫以FeS形式存在，A中反应：3FeS＋5O2eq \(=====,\s\up16(高温))1________＋3________。
(2)将气体a通入测硫装置中(如右图)，采用滴定法测定硫的含量。
①H2O2氧化SO2的化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②用NaOH溶液滴定生成的H2SO4，消耗z mL NaOH溶液。若消耗1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y克，则该钢样中硫的质量分数：________。
(3)将气体a通入测碳装置中(如下图)，采用重量法测定碳的含量。
①气体a通过B和C的目的是________。
②计算钢样中碳的质量分数，应测量的数据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
方法总结
定量测定合金组成与含量的两种方法
(1)定量集气法
定量集气法是指收集合金中某种物质溶于酸或碱溶液时所产生的气体的量，应用化学方程式或关系式来判断合金的组成。其原理的关键点是根据某组分的特殊性质(特别是与酸或碱反应能产生气体)，其操作要点和注意事项有：保证装置的气密性良好，注意收集气体的读数方法。
(2)沉淀法
沉淀法测定物质含量是常用的一种方法，采用沉淀法时，涉及的基本实验操作和主要问题有：称量、溶解(溶解试剂)、沉淀(重点是沉淀试剂的选择)、过滤、沉淀洗涤、沉淀的干燥、称量及数据的处理(包括测定结果的误差分析)。
本讲真题研练
1．[2020·浙江1月，9]下列说法不正确的是( )
A．[Cu(NH3)4]SO4可通过CuSO4溶液与过量氨水作用得到
B．铁锈的主要成分可表示为Fe2O3·nH2O
C．钙单质可以从TiCl4中置换出Ti
D．可用H2还原MgO制备单质Mg
2．[2019·浙江4月，27]固体化合物X由3种元素组成。某学习小组进行了如下实验：
请回答：
(1)由现象1得出化合物X含有________元素(填元素符号)。
(2)固体混合物Y的成分________(填化学式)。
(3)X的化学式________。
X与浓盐酸反应产生黄绿色气体，固体完全溶解，得到蓝色溶液，该反应的化学方程式是________________________________________________________________________。
3．[2020·山东卷，9]以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下：
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是( )
A．浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O
B．浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C．流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
D．分离Mg2＋与Al3＋、Fe3＋是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
4．[2020·江苏卷，3]下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是( )
A．铝的金属活泼性强，可用于制作铝金属制品
B．氧化铝熔点高，可用作电解冶炼铝的原料
C．氢氧化铝受热分解，可用于中和过多的胃酸
D．明矾溶于水并水解形成胶体，可用于净水
5．[2020·浙江1月，12]下列关于铝及其化合物的说法，不正确的是( )
A．明矾可用作净水剂和消毒剂
B．利用铝热反应可冶炼高熔点金属
C．铝可用作包装材料和建筑材料
D．氢氧化铝可用作治疗胃酸过多的药物
6．[2018·全国卷Ⅰ，7]磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：
下列叙述错误的是( )
A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋
D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
7．[2018·浙江选考]某同学通过如下流程制备氧化亚铜：
已知：CuCl难溶于水和稀硫酸；Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
下列说法不正确的是( )
A．步骤②中的SO2可用Na2SO3替换
B．步骤③中为防止CuCl被氧化，可用SO2水溶液洗涤
C．步骤④发生反应的离子方程式为2CuCl＋2OH－eq \(=====,\s\up16(△))Cu2O＋2Cl－＋H2O
D．如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质，用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应，根据反应前、后固体质量可计算试样纯度
8．[2018·全国卷Ⅱ，26]我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 ml·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
回答下列问题：
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为__________________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是________，若不通入氧气，其后果是__________________________。
(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为____________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为______________；沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。
9．[2017·江苏卷，18]碱式氯化铜是重要的无机杀菌剂。
(1)碱式氯化铜有多种制备方法
①方法1：45～50 ℃时，向CuCl悬浊液中持续通入空气得到Cu2(OH)2Cl2·3H2O，该反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
②方法2：先制得CuCl2，再与石灰乳反应生成碱式氯化铜。Cu与稀盐酸在持续通入空气的条件下反应生成CuCl2，Fe3＋对该反应有催化作用，其催化原理如图所示。M′的化学式为________________________________________________________________________。
(2)碱式氯化铜有多种组成，可表示为Cua(OH)bClc·xH2O。为测定某碱式氯化铜的组成，进行下列实验：①称取样品1.116 0 g，用少量稀HNO3溶解后配成100.00 mL溶液A；②取25.00 mL溶液A，加入足量AgNO3溶液，得AgCl 0.172 2 g；③另取25.00 mL溶液A，调节pH 4～5，用浓度为0.080 0 ml·L－1的EDTA(Na2H2Y·2H2O)标准溶液滴定Cu2＋(离子方程式为Cu2＋＋H2Y2－===CuY2－＋2H＋)，滴定至终点，消耗标准溶液30.00 mL。通过计算确定该样品的化学式(写出计算过程)。
第3讲 铜、铝及其化合物 金属资源
考点一
1知识梳理
1．(1)紫红 导电 导热 (2)2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3 绿色 2Cu＋Seq \(=====,\s\up16(△))Cu2S Cu＋2H2SO4(浓)eq \(=====,\s\up16(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O 3Cu＋8H＋＋2NO3-===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O Cu＋4H＋＋2NO3-===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O
2．CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O CuO＋H2eq \(=====,\s\up16(△))Cu＋H2O Cu2O＋H2eq \(=====,\s\up16(△))2Cu＋H2O 4CuOeq \(=====,\s\up16(高温))2Cu2O＋O2↑
3．(1)蓝 不
4．(2)蓝矾、胆矾 (3)碱式碳酸铜 Cu2(OH)2CO3eq \(=====,\s\up16(△))2CuO＋CO2↑＋H2O Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O
判断 答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)√ (7)× (8)√ (9)√ (10)× (11)×
2对点速练
1．解析：①中描述的化学反应为HgSeq \(=====,\s\up16(△))Hg＋S、Hg＋S===HgS，两个反应的反应条件不同，不是可逆反应，A项错误；“铁赤色如铜”，说明铁置换出铜，故“曾青”应为可溶性铜盐的水溶液，B项正确；“积变又还成丹砂”，发生的反应是Hg＋S===HgS，Hg发生了氧化反应，“还”是指恢复原来的状态，C项错误；Hg的活动性比Cu弱，因此水银不能与曾青发生置换反应生成单质铜，D项错误。
答案：B
2．解析：铜粉和硫粉反应生成Cu2S，故A错；Cu与浓硫酸的反应需要加热，故B错；Al在浓硝酸中发生钝化，故在Cu－Al－浓硝酸原电池中，Cu发生氧化反应，作负极，不能证明金属活动性：Cu答案：C
3．解析：浓H2SO4(加热)、硝酸均能氧化Cu或Cu2O；而稀H2SO4与Cu不反应，与Cu2O反应。
答案：D
4．解析：途径①中会产生有毒物质SO2而途径②不会，A错误；CuSO4与过量NaOH溶液反应会生成新制Cu(OH)2悬浊液，葡萄糖溶液能还原新制Cu(OH)2悬浊液生成Cu2O，B正确；CuSO4热分解过程中，铜元素价态降低，故必有化合价升高的元素，CuSO4中只有氧元素的化合价能升高，故X中必有O2，C错误；D项操作会导致开始得到的胆矾晶体失去结晶水，D错误。
答案：B
5．解析：(1)反应物为CuFeS2、FeCl3，生成物有CuCl、S及FeCl2,1份CuFeS2反应，S共升高4价，Cu降低1价，1份CuFeS2反应共升高3价，根据电子守恒配平。(2)FeCl2溶液加热蒸干、灼烧过程中，Fe2＋水解且被氧化，最终得Fe2O3固体。(3)[CuCl2]－中铜显＋1价，调节pH发生歧化反应生成Cu和Cu2＋。(4)由(3)分析可知滤液中有CuCl2及过量的盐酸。1 ml CuFeS2溶解需要3 ml CuCl2，生成4 ml CuCl,4 ml CuCl最终歧化生成2 ml Cu和2 ml CuCl2，此时还需要补充1 ml CuCl2。生成1 ml Cu需要补充0.5 ml CuCl2。(5)高温需要消耗能量，生成SO2会污染大气。
答案：(1)CuFeS2＋3FeCl3===CuCl＋4FeCl2＋2S
(2)Fe2O3
(3)Cu2＋ (4)HCl和CuCl2 0.5 ml
(5)会产生污染环境的气体SO2(能耗高等)(其他合理答案)
考点二
1知识梳理
1．(1)4Al＋3O2eq \(=====,\s\up16(点燃))2Al2O3 (2)2AlCl3 (3)钝化 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ (4)2NaAlO2＋3H2↑ (5)氧化物 2Al＋Fe2O3eq \(=====,\s\up16(高温))Al2O3＋2Fe 剧烈燃烧，发出耀眼的白光，有液珠滴落到盛有细沙的蒸发皿中 引燃剂 较高 2Al2O3＋3Mn 焊接钢轨
3．(1)白 难 熔点 (2)Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋2H2O
4．(1)复 (2)KAl(SO4)2·12H2O < Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水
判断 答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
2对点速练
1．解析：Al能与NaOH溶液反应而Mg不能；Mg能在CO2中燃烧而Al不能。
答案：C
2．解析：已知质量的铝镁合金，实验设计①、②中，利用金属的质量、氢气的量可计算出镁的质量，进而求得其质量分数；实验设计③中，沉淀的质量为氢氧化镁的质量，由元素守恒可知镁的质量，进而求得其质量分数，即三个实验方案中均可测定镁的质量分数。
答案：A
3．解析：铝热反应的原理：Al与活动性比其差的金属氧化物发生置换反应，Mg的活动性强于铝，故Al与MgO不能反应，故A错误；加入铝粉产生H2的溶液中，可能存在H＋或OH－，NH4+与OH－不能大量共存，CO32-与H＋不能大量共存，故B错误；镁铝合金可溶于过量盐酸，但Mg不与NaOH反应，故不能完全溶于NaOH溶液，故C错误；Al(OH)3不溶于氨水，只溶于强碱，故D正确。
答案：D
4．解析：铝粉和氧化铁粉末在高温下恰好完全反应生成铁与氧化铝，由得失电子守恒可知生成n(Fe)＝n(Al)，然后将生成物与足量的稀盐酸反应，铁与盐酸反应生成氯化亚铁与氢气，由电子得失守恒可知，n(H2)＝n(Fe)，所以n(H2)＝n(Al)；直接加入足量的NaOH溶液使之充分反应，铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与氢气，由电子得失守恒可知2n′(H2)＝3n(Al)，所以n′(H2)＝3n2 (Al)。故两种情况下生成气体的物质的量之比为n(H2):n′(H2)＝n(Al):3n2 (Al)＝2:3，故选B。
答案：B
5．解析：反应的实质为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，n(H2)＝·L-1＝0.2 ml，则参加反应的n(HCl)＝n(H＋)＝0.4 ml。因为盐酸过量，故产生H2的量取决于金属的量，所以若换成过量的稀H2SO4，同样产生0.2 ml H2。依据得失电子守恒，由2H＋→H2得电子总数为0.4 ml。0.2 ml Mg在反应中提供0.4 ml电子，0.2 ml Al在反应中提供0.6 ml电子，0.2 ml Mg、Al混合物提供的电子应大于0.4 ml而小于0.6 ml，A项不正确。
答案：A
6．答案：(1)1:1 (2)1:3 (3)3:1 (4)A
考点三
1知识梳理
1．金属与非金属 低 大
2．(1)钢 (2)青铜
3．(1)2HgOeq \(=====,\s\up16(△))2Hg＋O2↑ 2Ag2Oeq \(=====,\s\up16(△))4Ag＋O2↑
(2)C＋2CuOeq \(=====,\s\up16(高温))2Cu＋CO2↑ 3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up16(高温))2Fe＋3CO2 3H2＋WO3eq \(=====,\s\up16(△))W＋3H2O 2Al＋Cr2O3eq \(=====,\s\up16(高温))2Cr＋Al2O3
(3)2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up16(电解),\s\d15(冰晶石))4Al＋3O2↑，MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up16(电解))Mg＋Cl2↑
思考 答案：弱 Ba的沸点比Al低，高温变成Ba蒸汽，促进反应向右进行
判断 答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)√ (8)× (9)√
2对点速练
1．解析：金属Al采用电解熔融Al2O3的方法制备，A项错误；金属Mg采用电解熔融MgCl2的方法制备，B项错误；CO还原Fe3O4可制备Fe，C项正确；加热HgO可得Hg，而不是通电电解，D项错误。
答案：C
2．解析：孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，且有气泡产生；反应的化学方程式为Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O。经过滤除去难溶于水和稀硫酸的杂质，则滤液中主要含有CuSO4，加入的金属粉末能将Cu2＋从溶液中置换出来即可，故金属可能是Fe或Zn等。
答案：(1)固体逐渐溶解，溶液由无色变成蓝色，有气泡产生
Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O
(2)铁粉 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
3．解析：CuSO4是重金属盐，能使蛋白质变性，B项正确；工业上常用电解法精炼铜，C项不正确。
答案：C
4．解析：C项，通入过量的二氧化碳，滤液中的AlO2-只能转化为氢氧化铝沉淀。
答案：C
5．解析：A项，2CuS＋3O2eq \(=====,\s\up16(高温))2CuO＋2SO2，由方程式可知，1 ml CuS消耗1.5 ml O2，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。
答案：B
6．解析：铝锂合金中的铝能与酸和碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。
答案：D
7．解析：通过反应①知合金中必须含有排在金属活动性顺序中H之前的金属和H之后的金属或其他非金属；由反应②知合金中必须含有Si及排在金属活动性顺序中H之后的金属或其他非金属。
答案：D
8．解析：(1)①根据题给信息可知气体a的成分为CO2、SO2和过量的O2。②根据原子守恒和得失电子守恒配平方程式得：3FeS＋5O2eq \(=====,\s\up16(高温))Fe3O4＋3SO2。
(2)①过氧化氢具有氧化性，二氧化硫具有还原性，二者发生氧化还原反应生成硫酸。
②消耗1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y g，则消耗z mL NaOH溶液相当于硫的质量为yz g，所以钢样中硫的质量分数为yzx。
解析：(3)①整个装置要准确测定CO2的质量，故需要排除干扰气体SO2，由题给装置可知，活性二氧化锰的作用是除去气体a中的SO2，重铬酸钾和浓硫酸的作用是检验SO2是否除尽。
②通过测量二氧化碳吸收瓶吸收CO2前、后的质量计算出钢样中碳的质量分数。
答案：(1)①O2、SO2、CO2 ②Fe3O4 SO2
(2)①H2O2＋SO2===H2SO4 ②yzx
(3)①排除SO2对CO2测定的干扰 ②吸收CO2前、后吸收瓶的质量
本讲真题研练
1．解析：本题考查无机物的制备方法和铁锈的成分。金属镁的还原性强，工业上采用电解熔融氯化镁的方法冶炼单质Mg，不能用氢气还原MgO制备单质镁，D错误；CuSO4＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]SO4＋4H2O，A正确；铁锈的主要成分可看成是氧化铁的水合物，B正确；金属钙和四氯化钛反应生成单质钛和氯化钙，C正确。
答案：D
2．解析：本题以含铜化合物之间的转化关系为背景，考查物质推断以及陌生氧化还原方程式的书写。
固体化合物X在干燥的H2中反应生成能使CuSO4变蓝色的气体，说明X中含有氧元素；固体混合物Y加水溶解得到1.28 g紫红色固体单质，该单质为Cu，物质的量为0.02 ml，得到的碱性溶液的焰色反应呈黄色，说明该碱性溶液中存在Na＋，又固体化合物X由3种元素组成，则3种元素分别为O、Cu、Na，故该碱性溶液为NaOH溶液，与HCl恰好中和时消耗0.020 0 ml HCl，说明NaOH的物质的量为0.020 0 ml，固体X中含有钠元素的质量为0.46 g，根据固体X的质量为2.38 g，可以求得氧元素的质量为0.64 g，则n(O)＝0.04 ml，n(Na):n(Cu):n(O)＝1:1:2，则X的化学式为NaCuO2，固体混合物Y中含有Cu和NaOH。NaCuO2与浓盐酸反应产生黄绿色气体Cl2，并得到了蓝色溶液CuCl2，则反应的化学方程式为2NaCuO2＋8HCl===2NaCl＋2CuCl2＋Cl2↑＋4H2O。
答案：(1)O
(2)Cu和NaOH
(3)NaCuO2 2NaCuO2＋8HCl===2NaCl＋2CuCl2＋Cl2↑＋4H2O
3．解析：结合流程图可知浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O，A项正确；浸出可以在较高温度下进行，促进NH4Cl水解和NH3的逸出，但沉镁时应在低温下进行，以减弱氨水分解，B项错误；结合流程图可知浸出得到的NH3可转化为氨水，用于沉镁，滤液中含有过量的NH4Cl，可用于浸出时的反应液，故该流程中NH3和NH4Cl可循环使用，C项正确；本流程中分离Mg2＋时，Al3＋、Fe3＋转化为沉淀，是利用了它们氢氧化物的Ksp不同，D项正确。
答案：B
4．解析：本题考查物质的性质与用途，考查的化学学科核心素养是宏观辨识与微观探析。铝具有很好的延展性，可以用于制作铝金属制品，与铝的活泼性无关，A项错误；电解氧化铝冶炼铝是因为氧化铝熔融状态下能导电，与熔点高无关，B项错误；氢氧化铝能与胃酸的主要成分盐酸发生反应，与氢氧化铝受热分解无关，C项错误；明矾中的Al3＋可以水解生成氢氧化铝胶体，胶体具有很强的吸附能力，可以吸附水中的悬浮物，起到净水作用，D项正确。
答案：D
5．解析：明矾能电离出Al3＋，Al3＋水解产生的氢氧化铝胶体能吸附水中悬浮杂质，故明矾可作净水剂，但不能作为消毒剂，A错误；铝热反应能放出大量的热，可用于冶炼高熔点金属，B正确；铝表面易形成氧化膜保护层，不易被腐蚀，铝还具有易加工、质轻等特点，所以可用作包装材料和建筑材料，C正确；氢氧化铝能中和胃酸，可用作治疗胃酸过多的药物，D正确。
答案：A
6．解析：废旧电池中含有的金属、电解质溶液会对水体和土壤等造成污染，处理废旧电池有利于资源再利用，同时能够降低环境污染，保护环境，A项正确；从流程图看出，正极材料涉及了铝、铁、锂等金属，B项正确；因流程中加入的有HNO3，故在含Li、P、Fe等元素的滤液中加碱液，发生“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋，C项正确；因为锂及其化合物的性质与镁相似，由硫酸镁易溶于水推知，硫酸锂易溶于水，由碳酸镁微溶于水推知，碳酸锂微溶于水，所以不能用硫酸钠代替碳酸钠，D项错误。
答案：D
7．解析：步骤②中SO2的主要作用是将CuCl2还原为CuCl，Na2SO3同样具有还原性，可以替换，A项正确；SO2水溶液具有还原性，可以防止CuCl被氧化，B项正确；C项正确；如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质，用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应后，得到的固体中含有CuCl和Cu，此时无法计算试样纯度，D项错误。
答案：D
8．解析：(1)在焙烧过程中ZnS和O2反应生成ZnO和SO2。
(2)溶液中的Pb2＋与SO42-不能共存生成PbSO4沉淀，SiO2不溶于H2SO4，即滤渣1中含SiO2和PbSO4。氧化除杂过程中O2能将溶液中Fe2＋氧化生成Fe3＋，加入ZnO能调节溶液的pH，促进Fe3＋完全水解。由题表知Fe2＋、Zn2＋开始沉淀和沉淀完全时的pH非常接近，若不通入O2使Fe2＋氧化为Fe3＋，加入ZnO后无法除去Fe2＋，会影响Zn的纯度。
(3)根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应为Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋。
(4)结合图示可知电解ZnSO4溶液时生成Zn，即电解时Zn2＋在阴极被还原，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn。沉积Zn后的电解液中主要含有H2SO4，可返回溶浸工序中继续使用。
答案：(1)2ZnS＋3O2eq \(=====,\s\up16(焙烧))2ZnO＋2SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2＋
(3)Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd
(4)Zn2＋＋2e－===Zn 溶浸
9．解析：(1)①反应物为CuCl、O2和H2O，生成物为Cu2(OH)2Cl2·3H2O，根据电子守恒和原子守恒配平。②由图示Cu＋M→Cu2＋＋M′，说明Cu被M氧化；M′＋O2＋H＋→M＋H2O，说明M′被氧化为M，说明M价态高，由题信息“Fe3＋对该反应起催化作用”，M为Fe3＋，M′为Fe2＋。
答案：(1)①4CuCl＋O2＋8H2Oeq \(=========,\s\up16(45～50 ℃))2[Cu2(OH)2Cl2·3H2O] ②Fe2＋
答案：(2)n(Cl－)＝n(AgCl)×100.00 mL25.00 mL＝0.1722 g143.5g·ml－1×100.00 mL25.00 mL＝4.800×10－3 ml
n(Cu2＋)＝n(EDTA)×100.00 mL25.00 mL＝0.080 0 ml·L－1×30.00 mL×10－3 L·mL－1×100.00 mL25.00 mL＝9.600×10－3 ml
n(OH－)＝2n(Cu2＋)－n(Cl－)＝2×9.600×10－3 ml－4.800×10－3 ml＝1.440×10－2 ml
m(Cl－)＝4.800×10－3 ml×35.5 g·ml－1
＝0.170 4 g
m(Cu2＋)＝9.600×10－3 ml×64 g·ml－1
＝0.614 4 g
m(OH－)＝1.440×10－2 ml×17 g·ml－1
＝0.244 8 g
n(H2O)＝1.1160 g-0.1704g-0.6144g-0.2448g18g·ml－1
＝4.800×10－3 ml
a:b:c:x＝n(Cu2＋):n(OH－):n(Cl－):n(H2O)＝2:3:1:1
化学式为Cu2(OH)3Cl·H2O
名称
氧化铜
氧化亚铜
颜色
黑色
砖红色
与酸反
应(H＋)
________________
Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
与H2反应
________________
____________________
转化关系
________________
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
加入
试剂
稀硫酸
浓硫酸、
加热
稀硝酸
浓硝酸
实验
现象
有红色固体剩
余和溶液变为
蓝色
产生无
色气体
产生无色气
体和溶液变
为蓝色
产生红棕色气
体和溶液变为
绿色
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Zn2＋
Cd2＋
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
[考试要求]
1．结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解铜、铝及其重要化合物的主要性质，了解金属材料在生产、生活中的应用。2.结合实例认识金属性质的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质的转化，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要作用。
考点一 铜及其重要化合物
1.知识梳理
1.铜的性质
(1)物理性质：铜是________色金属，具有良好的________性、________性和延展性。
(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：____________________________________(________固体)。
②化学方程式：____________________________。
③与氧化性酸
a．与浓硫酸共热：__________________________；
b．与稀硝酸反应的离子方程式：____________________________________________；
c．与浓硝酸反应的离子方程式：____________________________________________。
2．氧化铜和氧化亚铜
3.氢氧化铜
(1)物理性质：____色____溶于水的固体。
(2)化学性质及应用
4．铜盐
(1)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。
(2)CuSO4·5H2O俗称________。
可发生eq \(CuSO4·5H2O,\s\d16(蓝色晶体)) eq \(,\s\up16(△①),\s\d16(②))eq \(CuSO4,\s\d16(白色粉末))＋5H2O，无水CuSO4遇水变蓝色，可用于检验水的存在。
(3)Cu2(OH)2CO3：名称为____________，是铜绿、孔雀石的主要成分。
[判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成( )
(2)利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质，来检验水的存在( )
(3)将铁片置于CuSO4溶液中，铁片上有红色物质析出，说明铁比铜活泼( )
(4)铜在干燥的空气中性质稳定，但是在潮湿的环境中则易被锈蚀，生成铜绿( )
(5)铜与氯气、氧气、硫分别反应，得到的产物中铜的化合价均为＋2价( )
(6)湿法炼铜和火法炼铜的反应中，铜元素都发生了还原反应( )
(7)CuO是黑色固体，与水反应可生成Cu(OH)2( )
(8)Cu2O遇硝酸会被氧化成Cu2＋( )
(9)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分，在干燥的空气中不易生成( )
(10)无水硫酸铜生成CuSO4·5H2O属于物理变化( )
(11)铜绿在灼烧条件下会分解生成氢氧化铜和二氧化碳( )
[提醒]
1．铜及其化合物的颜色
2.无水CuSO4只能作为水的检验试剂，但不能作为水蒸气的吸收试剂用于除杂。
2 对点速练
练点一 铜及其化合物的性质
1．我国晋代《抱朴子》中描述了大量的化学反应，其中有：①“丹砂(HgS)烧之成水银，积变又还成丹砂”；②“以曾青涂铁，铁赤色如铜”。下列有关叙述正确的是( )
A．①中描述的化学反应是可逆反应
B．“曾青”是含有Cu2＋的溶液，如硫酸铜溶液
C．“积变又还成丹砂”中的“还”可理解为“被还原”
D．水银能跟曾青发生置换反应生成单质铜
2．某同学通过系列实验，探究Cu及其化合物的性质，下列操作正确且能达到目的的是( )
A．将铜粉和硫粉混合均匀加热以制取CuS
B．将Cu片放入过量浓硫酸中，一段时间后加水以观察CuSO4溶液的颜色
C．向CuSO4溶液中加入NaOH溶液，过滤洗涤并收集沉淀，加热以制取CuO
D．设计Cu－Al－浓硝酸原电池，以证明金属活动性：Cu
由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物( )
A．是Cu B．是Cu2O
C．一定有Cu，一定有Cu2O D．一定有Cu2O，可能有Cu
练点二 化工生产中的“铜”
4．CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如下图所示。下列说法正确的是( )
A．相对于途径②，途径①更好地体现了绿色化学思想
B．Y可以是葡萄糖溶液
C．X可能是SO2和SO3的混合气体
D．将CuSO4溶液蒸发，利用余热蒸干，可制得胆矾晶体
5．从含铜丰富的自然资源黄铜矿(CuFeS2)冶炼铜的工艺流程如下：
已知：CuFeS2＋3CuCl2===4CuCl↓＋FeCl2＋2S↓
(1)浸取时，若改用FeCl3溶液，也能生成CuCl和S，该反应化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若过滤1所得滤液中只含FeCl2，则将其在空气中加热蒸干、灼烧后，所得固体的化学式为________。
(3)调节溶液的pH后，除生成Cu外，还能产生一种金属离子，此金属离子是________。(填离子符号)
(4)过滤3所得滤液中可以循环使用的物质有________，为保持流程持续循环，每生成1 ml Cu，理论上需补充CuCl2的物质的量为________。
(5)冶炼工艺还可以将精选后的黄铜矿砂与空气在高温下煅烧，使其转变为铜，化学方程式为：6CuFeS2＋13O2eq \(=====,\s\up16(高温))3Cu2S＋2Fe3O4＋9SO2 Cu2S＋O2eq \(=====,\s\up16(高温))2Cu＋SO2，此工艺与前一工艺相比主要缺点有________。
方法总结
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＋4O2eq \(=====,\s\up16(800 ℃))Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)
2Cu2S＋3O2eq \(=====,\s\up16(1 200 ℃))2Cu2O＋2SO2
2Cu2O＋Cu2Seq \(=====,\s\up16(1 200 ℃))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。
考点二 铝及其重要化合物
1 知识梳理
1.金属铝的化学性质
(5)铝热反应
①实验原理：高温下铝将较不活泼的金属从其________中还原出来。
铝粉还原氧化铁的实验装置如图所示。
②反应方程式：____________________________。
③实验现象：______________________________________。
④镁条、氯酸钾的作用：________。
⑤应用：在冶金工业上常用这一原理制取熔点________的金属，如铬、锰等，3MnO2＋4Aleq \(=====,\s\up16(高温))______________。该反应原理可以应用在生产上，如________等。
2．铝的用途
纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。
3．氧化铝(Al2O3)
(1)物理性质：________色固体，________溶于水，有很高的__________。
(2)化学性质(两性氧化物)
①与HCl反应 ________________________。
②与NaOH反应 ____________________。
4．常见的铝盐及其应用
(1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的____盐。
(2)明矾的化学式为______________，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH____7(选填“<”“>”或“＝”)。明矾可以净水，其净水的原理是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)铝制餐具可长时间存放酸性或碱性食物( )
(2)常温下，铝与稀硝酸反应可以制取氢气( )
(3)铝在空气中耐腐蚀，所以铝是不活泼金属( )
(4)1 ml Al与足量的硫酸或足量的氢氧化钠溶液反应转移电子数相同( )
(5)明矾用作净水剂不涉及化学变化( )
(6)明矾的化学式为Al2(SO4)3·12H2O( )
[提醒]
1．常温下，能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是二者能使铝发生“钝化”，而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。
2．能与铝反应产生氢气的溶液可能呈强酸性也可能呈强碱性。
3．铝与强碱溶液的反应中，水作氧化剂(NaOH不是氧化剂)：
4．铝热反应是在高温干态下进行的置换反应，铝只能与排在金属活动性顺序其后的金属氧化物反应。铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。
2 对点速练
练点一 铝的性质判断
1．镁、铝单质的化学性质以相似为主，但也存在某些重大差异性，下列物质能用于证明二者存在较大差异性的是( )
①CO2 ②盐酸 ③NaOH溶液 ④水
A．①④ B．②③
C．①③ D．②③④
2．现有一块已知质量的铝镁合金，欲测定其中镁的质量分数，几位同学设计了以下三种不同的实验方案：
实验设计①：铝镁合金eq \(――→,\s\up16(盐酸))测定生成的气体在标准状况下的体积
实验设计②：铝镁合金eq \(――――→,\s\up16(NaOH溶液))测定生成的气体在标准状况下的体积
实验设计③：铝镁合金eq \(――→,\s\up16(盐酸))eq \(――――――→,\s\up16(过量NaOH溶液))过滤，测定得到沉淀的质量
则能测定出镁的质量分数的是( )
A．都能 B．都不能
C．①不能，其他都能 D．②③不能，①能
3．下列叙述中正确的是( )
A．依据铝热反应原理，能发生反应
2Al＋3MgOeq \(=====,\s\up16(高温))3Mg＋Al2O3
B．在加入铝粉能放出氢气的溶液中，K＋、NH4+、CO32-、Cl－一定能够大量共存
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．氯化铝溶液中加入过量氨水反应实质是：
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4+
练点二 铝的有关计算
4．把铝粉和氧化铁粉末配成铝热剂，分成两等份。一份在高温下恰好完全反应后，再与足量盐酸起反应；另一份放入足量的烧碱溶液中充分反应。前后两种情况下生成的气体的质量比是( )
A．1:1 B．2:3
C．3:2 D．28:9
5．Mg、Al组成的混合物与足量盐酸反应，产生标准状况下的氢气4.48 L，下列推断中不正确的是( )
A．参加反应的Mg、Al共0.2 ml
B．参加反应的HCl为0.4 ml
C．Mg、Al在反应中共提供0.4 ml电子
D．若与足量的稀硫酸反应能产生0.2 ml H2
6．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、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100 mL 3 ml·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．5.4 g B．3.6 g
C．2.7 g D．1.8 g
方法技巧
铝与酸、碱反应生成H2的量的关系
铝与酸、碱反应的化学方程式分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。从化学方程式可以看出Al与酸、碱反应时生成H2的实质都是Aleq \(――→,\s\up16(失3e－))eq \(Al,\s\up16(＋3))，所以无论与酸还是与碱反应，Al与H2的关系都是2Al～3H2。
(1)等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气体积比eq \f(VHClH2,VNaOHH2)＝eq \f(1,1)。
(2)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比eq \f(VHClH2,VNaOHH2)＝eq \f(1,3)。
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比eq \f(1,3)
1 知识梳理
1.合金
2．常见金属材料
(1)黑色金属材料——钢铁。
①____是用量最大，用途最广的合金。
(2)有色金属材料——铜和铝。
①我国使用最早的合金是________，常见的铜合金有黄铜和白铜。
②铝合金。
3．金属冶炼的方法
(1)热分解法：
加热分解HgO和Ag2O的化学方程式分别为：
________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________。
(2)热还原法：
①焦炭还原法：
用C还原CuO的化学方程式：
________________________________________________________________________。
②一氧化碳还原法：
工业上炼铁的反应原理：
________________________________________________________________________。
③H2还原法：
用H2还原WO3的化学方程式：
________________________________________________________________________。
④活泼金属还原法：
用Al还原Cr2O3的化学方程式：
________________________________________________________________________。
(3)电解法：
电解熔融Al2O3、MgCl2冶炼Al、Mg的化学方程式分别为：____________________________。
[思考]
用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。例如：
2Al＋4BaOeq \(=====,\s\up16(高温))3Ba↑＋BaO·Al2O3
常温下Al的金属性比Ba的金属性________(填“强”或“弱”)。利用上述方法可制取Ba的主要原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)金属在自然界中都以化合态存在，故金属的冶炼就是将金属从其化合物中置换出来( )
(2)铁的冶炼属于热还原法，还原剂为CO( )
(3)合金是混合物，合金中的成分金属保持各自的化学性质( )
(4)铝合金的熔点比纯铝的高( )
(5)合金材料中不可能含有非金属元素( )
(6)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属( )
(7)工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应( )
(8)用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜( )
(9)用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物( )
[提醒]
1．金属冶炼与金属活动性的关系：
2．用H2还原法冶炼得到的金属，纯度高，但成本也高；用CO和C还原法冶炼得到的金属，纯度低，冶炼成本也低。
3．用热还原法制得的铜须用电解精炼法进行提纯。
2 对点速练
练点一 金属的冶炼方法
1．下列金属冶炼的反应原理正确的是( )
A．2Al2O3＋3Ceq \(=====,\s\up16(高温))4Al＋3CO2↑
B．MgO＋H2eq \(=====,\s\up16(△))Mg＋H2O
C．Fe3O4＋4COeq \(=====,\s\up16(高温))3Fe＋4CO2
D．2HgOeq \(=====,\s\up16(通电))2Hg＋O2↑
2．孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。某同学设计的从孔雀石中冶炼铜的方案如下(假设孔雀石中杂质不溶于水和稀硫酸)：
(1)反应①能观察到的现象是________________________________________________________________________，
有关反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)反应②加入的金属可能是________________，有关反应的离子方程式为________________。
练点二 金属矿物的加工过程
3．铜在自然界多以化合态的形式存在于矿石中。常见的铜矿石有：黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿(Cu2S)、孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]。下列说法不正确的是( )
A．可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿
B．硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
C．工业上常采用电解法制取粗铜
D．在上述几种含铜化合物中，铜的质量分数最高的是Cu2S
4．以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2、少量FeS2)为原料，生产Fe3O4的部分工艺流程如下：
下列说法错误的是( )
A．用NaOH溶液吸收焙烧过程产生的SO2有利于保护环境和资源再利用
B．从高硫铝土矿中可制得Al、Fe的化合物
C．向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由AlO2-转化为Al3＋
D．FeS2与Fe2O3混合后在无氧条件下焙烧的目的是生成Fe3O4和SO2
5．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1 ml CuS则消耗3 ml O2
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
练点三 金属材料及其成分分析
6．我国自主研制的C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。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
7．取硬铝样品进行如下实验(每一步试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成可能为(提示：Si＋2OH－＋H2O===SiO32-＋2H2↑)( )
A．Al、Mg、Si、Zn B．Al、Fe、Zn、Na
C．Al、Na、Cu、Fe D．Al、Cu、Mg、Si、Mn
8．碳、硫的含量影响钢铁性能。碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进行测定。
(1)采用装置A，在高温下将x克钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。
①气体a的成分是________。
②若钢样中硫以FeS形式存在，A中反应：3FeS＋5O2eq \(=====,\s\up16(高温))1________＋3________。
(2)将气体a通入测硫装置中(如右图)，采用滴定法测定硫的含量。
①H2O2氧化SO2的化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②用NaOH溶液滴定生成的H2SO4，消耗z mL NaOH溶液。若消耗1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y克，则该钢样中硫的质量分数：________。
(3)将气体a通入测碳装置中(如下图)，采用重量法测定碳的含量。
①气体a通过B和C的目的是________。
②计算钢样中碳的质量分数，应测量的数据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
方法总结
定量测定合金组成与含量的两种方法
(1)定量集气法
定量集气法是指收集合金中某种物质溶于酸或碱溶液时所产生的气体的量，应用化学方程式或关系式来判断合金的组成。其原理的关键点是根据某组分的特殊性质(特别是与酸或碱反应能产生气体)，其操作要点和注意事项有：保证装置的气密性良好，注意收集气体的读数方法。
(2)沉淀法
沉淀法测定物质含量是常用的一种方法，采用沉淀法时，涉及的基本实验操作和主要问题有：称量、溶解(溶解试剂)、沉淀(重点是沉淀试剂的选择)、过滤、沉淀洗涤、沉淀的干燥、称量及数据的处理(包括测定结果的误差分析)。
本讲真题研练
1．[2020·浙江1月，9]下列说法不正确的是( )
A．[Cu(NH3)4]SO4可通过CuSO4溶液与过量氨水作用得到
B．铁锈的主要成分可表示为Fe2O3·nH2O
C．钙单质可以从TiCl4中置换出Ti
D．可用H2还原MgO制备单质Mg
2．[2019·浙江4月，27]固体化合物X由3种元素组成。某学习小组进行了如下实验：
请回答：
(1)由现象1得出化合物X含有________元素(填元素符号)。
(2)固体混合物Y的成分________(填化学式)。
(3)X的化学式________。
X与浓盐酸反应产生黄绿色气体，固体完全溶解，得到蓝色溶液，该反应的化学方程式是________________________________________________________________________。
3．[2020·山东卷，9]以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下：
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是( )
A．浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O
B．浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C．流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
D．分离Mg2＋与Al3＋、Fe3＋是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
4．[2020·江苏卷，3]下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是( )
A．铝的金属活泼性强，可用于制作铝金属制品
B．氧化铝熔点高，可用作电解冶炼铝的原料
C．氢氧化铝受热分解，可用于中和过多的胃酸
D．明矾溶于水并水解形成胶体，可用于净水
5．[2020·浙江1月，12]下列关于铝及其化合物的说法，不正确的是( )
A．明矾可用作净水剂和消毒剂
B．利用铝热反应可冶炼高熔点金属
C．铝可用作包装材料和建筑材料
D．氢氧化铝可用作治疗胃酸过多的药物
6．[2018·全国卷Ⅰ，7]磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：
下列叙述错误的是( )
A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋
D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
7．[2018·浙江选考]某同学通过如下流程制备氧化亚铜：
已知：CuCl难溶于水和稀硫酸；Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
下列说法不正确的是( )
A．步骤②中的SO2可用Na2SO3替换
B．步骤③中为防止CuCl被氧化，可用SO2水溶液洗涤
C．步骤④发生反应的离子方程式为2CuCl＋2OH－eq \(=====,\s\up16(△))Cu2O＋2Cl－＋H2O
D．如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质，用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应，根据反应前、后固体质量可计算试样纯度
8．[2018·全国卷Ⅱ，26]我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 ml·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
回答下列问题：
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为__________________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是________，若不通入氧气，其后果是__________________________。
(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为____________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为______________；沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。
9．[2017·江苏卷，18]碱式氯化铜是重要的无机杀菌剂。
(1)碱式氯化铜有多种制备方法
①方法1：45～50 ℃时，向CuCl悬浊液中持续通入空气得到Cu2(OH)2Cl2·3H2O，该反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
②方法2：先制得CuCl2，再与石灰乳反应生成碱式氯化铜。Cu与稀盐酸在持续通入空气的条件下反应生成CuCl2，Fe3＋对该反应有催化作用，其催化原理如图所示。M′的化学式为________________________________________________________________________。
(2)碱式氯化铜有多种组成，可表示为Cua(OH)bClc·xH2O。为测定某碱式氯化铜的组成，进行下列实验：①称取样品1.116 0 g，用少量稀HNO3溶解后配成100.00 mL溶液A；②取25.00 mL溶液A，加入足量AgNO3溶液，得AgCl 0.172 2 g；③另取25.00 mL溶液A，调节pH 4～5，用浓度为0.080 0 ml·L－1的EDTA(Na2H2Y·2H2O)标准溶液滴定Cu2＋(离子方程式为Cu2＋＋H2Y2－===CuY2－＋2H＋)，滴定至终点，消耗标准溶液30.00 mL。通过计算确定该样品的化学式(写出计算过程)。
第3讲 铜、铝及其化合物 金属资源
考点一
1知识梳理
1．(1)紫红 导电 导热 (2)2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3 绿色 2Cu＋Seq \(=====,\s\up16(△))Cu2S Cu＋2H2SO4(浓)eq \(=====,\s\up16(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O 3Cu＋8H＋＋2NO3-===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O Cu＋4H＋＋2NO3-===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O
2．CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O CuO＋H2eq \(=====,\s\up16(△))Cu＋H2O Cu2O＋H2eq \(=====,\s\up16(△))2Cu＋H2O 4CuOeq \(=====,\s\up16(高温))2Cu2O＋O2↑
3．(1)蓝 不
4．(2)蓝矾、胆矾 (3)碱式碳酸铜 Cu2(OH)2CO3eq \(=====,\s\up16(△))2CuO＋CO2↑＋H2O Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O
判断 答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)√ (7)× (8)√ (9)√ (10)× (11)×
2对点速练
1．解析：①中描述的化学反应为HgSeq \(=====,\s\up16(△))Hg＋S、Hg＋S===HgS，两个反应的反应条件不同，不是可逆反应，A项错误；“铁赤色如铜”，说明铁置换出铜，故“曾青”应为可溶性铜盐的水溶液，B项正确；“积变又还成丹砂”，发生的反应是Hg＋S===HgS，Hg发生了氧化反应，“还”是指恢复原来的状态，C项错误；Hg的活动性比Cu弱，因此水银不能与曾青发生置换反应生成单质铜，D项错误。
答案：B
2．解析：铜粉和硫粉反应生成Cu2S，故A错；Cu与浓硫酸的反应需要加热，故B错；Al在浓硝酸中发生钝化，故在Cu－Al－浓硝酸原电池中，Cu发生氧化反应，作负极，不能证明金属活动性：Cu
3．解析：浓H2SO4(加热)、硝酸均能氧化Cu或Cu2O；而稀H2SO4与Cu不反应，与Cu2O反应。
答案：D
4．解析：途径①中会产生有毒物质SO2而途径②不会，A错误；CuSO4与过量NaOH溶液反应会生成新制Cu(OH)2悬浊液，葡萄糖溶液能还原新制Cu(OH)2悬浊液生成Cu2O，B正确；CuSO4热分解过程中，铜元素价态降低，故必有化合价升高的元素，CuSO4中只有氧元素的化合价能升高，故X中必有O2，C错误；D项操作会导致开始得到的胆矾晶体失去结晶水，D错误。
答案：B
5．解析：(1)反应物为CuFeS2、FeCl3，生成物有CuCl、S及FeCl2,1份CuFeS2反应，S共升高4价，Cu降低1价，1份CuFeS2反应共升高3价，根据电子守恒配平。(2)FeCl2溶液加热蒸干、灼烧过程中，Fe2＋水解且被氧化，最终得Fe2O3固体。(3)[CuCl2]－中铜显＋1价，调节pH发生歧化反应生成Cu和Cu2＋。(4)由(3)分析可知滤液中有CuCl2及过量的盐酸。1 ml CuFeS2溶解需要3 ml CuCl2，生成4 ml CuCl,4 ml CuCl最终歧化生成2 ml Cu和2 ml CuCl2，此时还需要补充1 ml CuCl2。生成1 ml Cu需要补充0.5 ml CuCl2。(5)高温需要消耗能量，生成SO2会污染大气。
答案：(1)CuFeS2＋3FeCl3===CuCl＋4FeCl2＋2S
(2)Fe2O3
(3)Cu2＋ (4)HCl和CuCl2 0.5 ml
(5)会产生污染环境的气体SO2(能耗高等)(其他合理答案)
考点二
1知识梳理
1．(1)4Al＋3O2eq \(=====,\s\up16(点燃))2Al2O3 (2)2AlCl3 (3)钝化 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ (4)2NaAlO2＋3H2↑ (5)氧化物 2Al＋Fe2O3eq \(=====,\s\up16(高温))Al2O3＋2Fe 剧烈燃烧，发出耀眼的白光，有液珠滴落到盛有细沙的蒸发皿中 引燃剂 较高 2Al2O3＋3Mn 焊接钢轨
3．(1)白 难 熔点 (2)Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋2H2O
4．(1)复 (2)KAl(SO4)2·12H2O < Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水
判断 答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
2对点速练
1．解析：Al能与NaOH溶液反应而Mg不能；Mg能在CO2中燃烧而Al不能。
答案：C
2．解析：已知质量的铝镁合金，实验设计①、②中，利用金属的质量、氢气的量可计算出镁的质量，进而求得其质量分数；实验设计③中，沉淀的质量为氢氧化镁的质量，由元素守恒可知镁的质量，进而求得其质量分数，即三个实验方案中均可测定镁的质量分数。
答案：A
3．解析：铝热反应的原理：Al与活动性比其差的金属氧化物发生置换反应，Mg的活动性强于铝，故Al与MgO不能反应，故A错误；加入铝粉产生H2的溶液中，可能存在H＋或OH－，NH4+与OH－不能大量共存，CO32-与H＋不能大量共存，故B错误；镁铝合金可溶于过量盐酸，但Mg不与NaOH反应，故不能完全溶于NaOH溶液，故C错误；Al(OH)3不溶于氨水，只溶于强碱，故D正确。
答案：D
4．解析：铝粉和氧化铁粉末在高温下恰好完全反应生成铁与氧化铝，由得失电子守恒可知生成n(Fe)＝n(Al)，然后将生成物与足量的稀盐酸反应，铁与盐酸反应生成氯化亚铁与氢气，由电子得失守恒可知，n(H2)＝n(Fe)，所以n(H2)＝n(Al)；直接加入足量的NaOH溶液使之充分反应，铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与氢气，由电子得失守恒可知2n′(H2)＝3n(Al)，所以n′(H2)＝3n2 (Al)。故两种情况下生成气体的物质的量之比为n(H2):n′(H2)＝n(Al):3n2 (Al)＝2:3，故选B。
答案：B
5．解析：反应的实质为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，n(H2)＝·L-1＝0.2 ml，则参加反应的n(HCl)＝n(H＋)＝0.4 ml。因为盐酸过量，故产生H2的量取决于金属的量，所以若换成过量的稀H2SO4，同样产生0.2 ml H2。依据得失电子守恒，由2H＋→H2得电子总数为0.4 ml。0.2 ml Mg在反应中提供0.4 ml电子，0.2 ml Al在反应中提供0.6 ml电子，0.2 ml Mg、Al混合物提供的电子应大于0.4 ml而小于0.6 ml，A项不正确。
答案：A
6．答案：(1)1:1 (2)1:3 (3)3:1 (4)A
考点三
1知识梳理
1．金属与非金属 低 大
2．(1)钢 (2)青铜
3．(1)2HgOeq \(=====,\s\up16(△))2Hg＋O2↑ 2Ag2Oeq \(=====,\s\up16(△))4Ag＋O2↑
(2)C＋2CuOeq \(=====,\s\up16(高温))2Cu＋CO2↑ 3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up16(高温))2Fe＋3CO2 3H2＋WO3eq \(=====,\s\up16(△))W＋3H2O 2Al＋Cr2O3eq \(=====,\s\up16(高温))2Cr＋Al2O3
(3)2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up16(电解),\s\d15(冰晶石))4Al＋3O2↑，MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up16(电解))Mg＋Cl2↑
思考 答案：弱 Ba的沸点比Al低，高温变成Ba蒸汽，促进反应向右进行
判断 答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)√ (8)× (9)√
2对点速练
1．解析：金属Al采用电解熔融Al2O3的方法制备，A项错误；金属Mg采用电解熔融MgCl2的方法制备，B项错误；CO还原Fe3O4可制备Fe，C项正确；加热HgO可得Hg，而不是通电电解，D项错误。
答案：C
2．解析：孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，且有气泡产生；反应的化学方程式为Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O。经过滤除去难溶于水和稀硫酸的杂质，则滤液中主要含有CuSO4，加入的金属粉末能将Cu2＋从溶液中置换出来即可，故金属可能是Fe或Zn等。
答案：(1)固体逐渐溶解，溶液由无色变成蓝色，有气泡产生
Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O
(2)铁粉 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
3．解析：CuSO4是重金属盐，能使蛋白质变性，B项正确；工业上常用电解法精炼铜，C项不正确。
答案：C
4．解析：C项，通入过量的二氧化碳，滤液中的AlO2-只能转化为氢氧化铝沉淀。
答案：C
5．解析：A项，2CuS＋3O2eq \(=====,\s\up16(高温))2CuO＋2SO2，由方程式可知，1 ml CuS消耗1.5 ml O2，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。
答案：B
6．解析：铝锂合金中的铝能与酸和碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。
答案：D
7．解析：通过反应①知合金中必须含有排在金属活动性顺序中H之前的金属和H之后的金属或其他非金属；由反应②知合金中必须含有Si及排在金属活动性顺序中H之后的金属或其他非金属。
答案：D
8．解析：(1)①根据题给信息可知气体a的成分为CO2、SO2和过量的O2。②根据原子守恒和得失电子守恒配平方程式得：3FeS＋5O2eq \(=====,\s\up16(高温))Fe3O4＋3SO2。
(2)①过氧化氢具有氧化性，二氧化硫具有还原性，二者发生氧化还原反应生成硫酸。
②消耗1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y g，则消耗z mL NaOH溶液相当于硫的质量为yz g，所以钢样中硫的质量分数为yzx。
解析：(3)①整个装置要准确测定CO2的质量，故需要排除干扰气体SO2，由题给装置可知，活性二氧化锰的作用是除去气体a中的SO2，重铬酸钾和浓硫酸的作用是检验SO2是否除尽。
②通过测量二氧化碳吸收瓶吸收CO2前、后的质量计算出钢样中碳的质量分数。
答案：(1)①O2、SO2、CO2 ②Fe3O4 SO2
(2)①H2O2＋SO2===H2SO4 ②yzx
(3)①排除SO2对CO2测定的干扰 ②吸收CO2前、后吸收瓶的质量
本讲真题研练
1．解析：本题考查无机物的制备方法和铁锈的成分。金属镁的还原性强，工业上采用电解熔融氯化镁的方法冶炼单质Mg，不能用氢气还原MgO制备单质镁，D错误；CuSO4＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]SO4＋4H2O，A正确；铁锈的主要成分可看成是氧化铁的水合物，B正确；金属钙和四氯化钛反应生成单质钛和氯化钙，C正确。
答案：D
2．解析：本题以含铜化合物之间的转化关系为背景，考查物质推断以及陌生氧化还原方程式的书写。
固体化合物X在干燥的H2中反应生成能使CuSO4变蓝色的气体，说明X中含有氧元素；固体混合物Y加水溶解得到1.28 g紫红色固体单质，该单质为Cu，物质的量为0.02 ml，得到的碱性溶液的焰色反应呈黄色，说明该碱性溶液中存在Na＋，又固体化合物X由3种元素组成，则3种元素分别为O、Cu、Na，故该碱性溶液为NaOH溶液，与HCl恰好中和时消耗0.020 0 ml HCl，说明NaOH的物质的量为0.020 0 ml，固体X中含有钠元素的质量为0.46 g，根据固体X的质量为2.38 g，可以求得氧元素的质量为0.64 g，则n(O)＝0.04 ml，n(Na):n(Cu):n(O)＝1:1:2，则X的化学式为NaCuO2，固体混合物Y中含有Cu和NaOH。NaCuO2与浓盐酸反应产生黄绿色气体Cl2，并得到了蓝色溶液CuCl2，则反应的化学方程式为2NaCuO2＋8HCl===2NaCl＋2CuCl2＋Cl2↑＋4H2O。
答案：(1)O
(2)Cu和NaOH
(3)NaCuO2 2NaCuO2＋8HCl===2NaCl＋2CuCl2＋Cl2↑＋4H2O
3．解析：结合流程图可知浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O，A项正确；浸出可以在较高温度下进行，促进NH4Cl水解和NH3的逸出，但沉镁时应在低温下进行，以减弱氨水分解，B项错误；结合流程图可知浸出得到的NH3可转化为氨水，用于沉镁，滤液中含有过量的NH4Cl，可用于浸出时的反应液，故该流程中NH3和NH4Cl可循环使用，C项正确；本流程中分离Mg2＋时，Al3＋、Fe3＋转化为沉淀，是利用了它们氢氧化物的Ksp不同，D项正确。
答案：B
4．解析：本题考查物质的性质与用途，考查的化学学科核心素养是宏观辨识与微观探析。铝具有很好的延展性，可以用于制作铝金属制品，与铝的活泼性无关，A项错误；电解氧化铝冶炼铝是因为氧化铝熔融状态下能导电，与熔点高无关，B项错误；氢氧化铝能与胃酸的主要成分盐酸发生反应，与氢氧化铝受热分解无关，C项错误；明矾中的Al3＋可以水解生成氢氧化铝胶体，胶体具有很强的吸附能力，可以吸附水中的悬浮物，起到净水作用，D项正确。
答案：D
5．解析：明矾能电离出Al3＋，Al3＋水解产生的氢氧化铝胶体能吸附水中悬浮杂质，故明矾可作净水剂，但不能作为消毒剂，A错误；铝热反应能放出大量的热，可用于冶炼高熔点金属，B正确；铝表面易形成氧化膜保护层，不易被腐蚀，铝还具有易加工、质轻等特点，所以可用作包装材料和建筑材料，C正确；氢氧化铝能中和胃酸，可用作治疗胃酸过多的药物，D正确。
答案：A
6．解析：废旧电池中含有的金属、电解质溶液会对水体和土壤等造成污染，处理废旧电池有利于资源再利用，同时能够降低环境污染，保护环境，A项正确；从流程图看出，正极材料涉及了铝、铁、锂等金属，B项正确；因流程中加入的有HNO3，故在含Li、P、Fe等元素的滤液中加碱液，发生“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋，C项正确；因为锂及其化合物的性质与镁相似，由硫酸镁易溶于水推知，硫酸锂易溶于水，由碳酸镁微溶于水推知，碳酸锂微溶于水，所以不能用硫酸钠代替碳酸钠，D项错误。
答案：D
7．解析：步骤②中SO2的主要作用是将CuCl2还原为CuCl，Na2SO3同样具有还原性，可以替换，A项正确；SO2水溶液具有还原性，可以防止CuCl被氧化，B项正确；C项正确；如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质，用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应后，得到的固体中含有CuCl和Cu，此时无法计算试样纯度，D项错误。
答案：D
8．解析：(1)在焙烧过程中ZnS和O2反应生成ZnO和SO2。
(2)溶液中的Pb2＋与SO42-不能共存生成PbSO4沉淀，SiO2不溶于H2SO4，即滤渣1中含SiO2和PbSO4。氧化除杂过程中O2能将溶液中Fe2＋氧化生成Fe3＋，加入ZnO能调节溶液的pH，促进Fe3＋完全水解。由题表知Fe2＋、Zn2＋开始沉淀和沉淀完全时的pH非常接近，若不通入O2使Fe2＋氧化为Fe3＋，加入ZnO后无法除去Fe2＋，会影响Zn的纯度。
(3)根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应为Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋。
(4)结合图示可知电解ZnSO4溶液时生成Zn，即电解时Zn2＋在阴极被还原，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn。沉积Zn后的电解液中主要含有H2SO4，可返回溶浸工序中继续使用。
答案：(1)2ZnS＋3O2eq \(=====,\s\up16(焙烧))2ZnO＋2SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2＋
(3)Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd
(4)Zn2＋＋2e－===Zn 溶浸
9．解析：(1)①反应物为CuCl、O2和H2O，生成物为Cu2(OH)2Cl2·3H2O，根据电子守恒和原子守恒配平。②由图示Cu＋M→Cu2＋＋M′，说明Cu被M氧化；M′＋O2＋H＋→M＋H2O，说明M′被氧化为M，说明M价态高，由题信息“Fe3＋对该反应起催化作用”，M为Fe3＋，M′为Fe2＋。
答案：(1)①4CuCl＋O2＋8H2Oeq \(=========,\s\up16(45～50 ℃))2[Cu2(OH)2Cl2·3H2O] ②Fe2＋
答案：(2)n(Cl－)＝n(AgCl)×100.00 mL25.00 mL＝0.1722 g143.5g·ml－1×100.00 mL25.00 mL＝4.800×10－3 ml
n(Cu2＋)＝n(EDTA)×100.00 mL25.00 mL＝0.080 0 ml·L－1×30.00 mL×10－3 L·mL－1×100.00 mL25.00 mL＝9.600×10－3 ml
n(OH－)＝2n(Cu2＋)－n(Cl－)＝2×9.600×10－3 ml－4.800×10－3 ml＝1.440×10－2 ml
m(Cl－)＝4.800×10－3 ml×35.5 g·ml－1
＝0.170 4 g
m(Cu2＋)＝9.600×10－3 ml×64 g·ml－1
＝0.614 4 g
m(OH－)＝1.440×10－2 ml×17 g·ml－1
＝0.244 8 g
n(H2O)＝1.1160 g-0.1704g-0.6144g-0.2448g18g·ml－1
＝4.800×10－3 ml
a:b:c:x＝n(Cu2＋):n(OH－):n(Cl－):n(H2O)＝2:3:1:1
化学式为Cu2(OH)3Cl·H2O
名称
氧化铜
氧化亚铜
颜色
黑色
砖红色
与酸反
应(H＋)
________________
Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
与H2反应
________________
____________________
转化关系
________________
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
加入
试剂
稀硫酸
浓硫酸、
加热
稀硝酸
浓硝酸
实验
现象
有红色固体剩
余和溶液变为
蓝色
产生无
色气体
产生无色气
体和溶液变
为蓝色
产生红棕色气
体和溶液变为
绿色
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Zn2＋
Cd2＋
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
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