1．金属的冶炼方法
2．金属及其化合物的转化
3．铝、氧化铝、氢氧化铝的两性
4．拓展：以金属及其化合物制备为背景的工艺流程题
一、金属的冶炼方法
请写出冶炼下列金属的化学方程式。
（1）加热氧化汞可以得到单质汞，同时生成氧气。
（2）在高温下，一氧化碳与氧化铁反应可以制得金属铁。
（3）湿法炼铜（将铁加入硫酸铜溶液中）。
（4）电解熔融氧化铝制得金属铝。
（5）电解熔融氯化钠制得金属钠。
答案：（1）2HgO===加热2Hg+O2↑
（2）Fe2O3＋3CO===高温2Fe＋3CO2
（3）CuSO4＋Fe=Cu＋FeSO4
（4）2Al2O3（熔融）===电解4Al+3O2↑
（5）2NaCl（熔融）===电解2Na+Cl2↑
1．金属的冶炼方法
(1)利用化学反应使金属元素从化合态变为游离态的过程称为金属的冶炼。
(2)工业上常用的金属冶炼方法有热分解法、高温还原法、电解法等。
2．金属的冶炼
(1)电解熔融法
活泼金属如Na、Mg、Al等一般通过电解法冶炼。
工业上冶炼金属钠的方程式为2NaCl(熔融)===通电2Na＋Cl2↑。
工业上冶炼金属镁的方程式为MgCl2(熔融)===通电Mg＋Cl2↑。
(2)高温还原法
高温还原法可以冶炼Fe、Zn、Cu等金属，常用的还原剂有CO、H2、C和活泼金属。
CuO与CO反应的化学方程式为CuO+H2===高温Cu+H2O。
ZnO与焦炭反应的化学方程式为2ZnO+C===高温2Zn+CO2↑。
(3)热分解法
不活泼的金属常采用热分解法进行冶炼
热分解Ag2O制取Ag：2Ag2O===加热4Ag+O2↑。
热分解HgO制取Hg：2HgO===加热2Hg+O2↑。
(4)湿法冶金
利用在溶液中发生的化学反应提取和分离金属的过程。
例如：用Fe将铜从CuSO4溶液中置换出来：CuSO4＋Fe=Cu＋FeSO4
3．铁的冶炼
（1）原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。
（2）设备：炼铁高炉。
（3）反应原理：用还原剂将铁从其化合物中还原出来。
（4）工艺流程：
从高炉下方鼓入空气与C反应产生CO2并放出大量的热量；CO2再与灼热的C反应生成CO；CO在高温下将氧化铁还原为铁。
（5）铁矿石中含有SiO2需除去：石灰石在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙与铁矿石中的二氧化硅等反应生成炉渣，炉渣的密度比铁水小，故浮在铁水上面，从而分离得到铁水。
（6）炼铁的主要化学反应
还原剂的形成：C＋O2===高温CO2，C＋CO2===高温2CO。
铁的还原：Fe2O3＋3CO===高温2Fe＋3CO2。
炉渣的形成：CaCO3===高温CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2===高温CaSiO3。
（7）主要产品：用这种方法炼出来的铁是含碳2%～4.5%的生铁。将生铁进一步炼制，就可以得用途更广泛的钢(含碳0.03%～2%)。
4．铝热反应
(1)铝粉与某些金属氧化物混合，在高温条件下发生反应，放出大量的热量，该反应叫铝热反应。铝粉与某些金属氧化物以一定比例形成的混合物叫铝热剂。
(2)铝与Fe2O3的反应
反应条件：高温，反应通过点燃镁条，镁条与KClO3反应产生高温引发。
反应方程式：2Al＋Fe2O3===高温2Fe＋Al2O3。
(3)应用：
工业上常用铝热反应冶炼熔点较高的金属。如工业上常用铝与Fe2O3的反应来焊接钢轨。
(4)其他铝热反应
某些金属氧化物如V2O5、Cr2O3、MnO2等也能发生铝热反应。
写出Al与V2O5反应的化学方程式：10Al＋3V2O5===高温6V＋5Al2O3。
1．下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是( )
A．2HgO===加热2Hg＋O2↑
B．4Al＋3MnO2===高温3Mn＋2Al2O3
C．2MgO===通电2Mg＋O2↑
D．4CO＋Fe3O4===高温3Fe＋4CO2
答案：C
解析：工业上通过电解熔融氯化镁冶炼金属镁。
2．某地产孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3。
（1）试写出该孔雀石高温分解的化学方程式：__________________________。
（2）试以（1）中所得金属氧化物为原料，分别采用湿法冶炼和高温冶炼的方式制取金属铜。供选择的试剂有：①木炭，②铁屑，③生石灰，④稀硫酸，不得另选其他试剂，写出反应的化学方程式。
A．湿法冶炼：__________________________________(可不填满，也可补充，下同)。
B．高温冶炼：________________________________。
答案：(1)Cu2(OH)2CO3===高温2CuO＋H2O↑＋CO2↑
(2)A：CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
B：2CuO＋C===高温2Cu＋CO2↑
解析：孔雀石受热发生分解反应[实际上为Cu(OH)2、CuCO3的分解反应]：Cu2(OH)2CO3===高温2CuO＋H2O↑＋CO2↑。由CuO炼铜，可用焦炭还原法：C＋2CuO===高温2Cu＋CO2↑；也可用铝热还原法；Cu2(OH)2CO2和CuO都不溶于水，但溶于硫酸，可以采用湿法炼铜。
二、金属及其化合物的转化
1．(1)用化学方程式表示由Mg制备Mg(OH)2的过程。
(2)用化学方程式表示由Cu制备Cu(OH)2的过程。
答案：(1)Mg+2HCl=MgCl2+H2↑MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl
(2)2Cu+O2===加热2CuOCuO+H2SO4=CuSO4+H2O
CuSO4+2NaOH=Cu(OH)2↓+Na2SO4
2．下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
答案：C
解析：A选项，制取漂白粉用Cl2与石灰乳反应，错误；B选项，NaCl与CO2不能发生反应，错误；C选项，氧化性Cl2Br2I2，反应能进行，正确；D选项，制备Mg用熔融MgCl2，不能用MgCl2溶液，错误。故选C。
1．金属及其化合物的转化
常见的金属单质有Na、Mg、Al、Fe、Cu。
(1)常见的金属及其化合物
(2)金属及其化合物的转化
①与氧气反应；Fe与高温水蒸气反应
②Fe、Cu的氧化物用C、CO、H2、Al等还原；电解Al2O3
③一般不能一步完成
④Na、Mg与水反应
⑤与非金属单质化合；与酸、碱、盐等反应
⑥用较活泼金属置换（Fe、Cu）；电解熔融盐（NaCl、MgCl2）
⑦Na2O与水反应
⑧受热分解（Al2O3、Fe2O3、CuO）
⑨不稳定碳酸盐（CuCO3）受热分解
(10)与酸反应；与酸性氧化物反应；Al2O3与碱反应
(11)与酸反应；与酸性氧化物反应；Al(OH)3与碱反应
(12)可溶性碱制难溶性碱
2．金属阳离子的检验
(1)焰色试验：Na、K元素用焰色反应进行检验。
(2)观察颜色：
Fe2+：浅绿色，Fe3+：棕黄色，Cu2+：蓝色
(3)沉淀法：盐溶液与足量NaOH溶液反应
Mg2+：有白色沉淀生成且沉淀不溶解
Al3+：先生成白色絮状沉淀，然后沉淀逐渐溶解
Fe2+：先生成白色沉淀，迅速变为灰绿色，最终生成红褐色沉淀
Fe3+：生成红褐色沉淀
Cu2+：生成蓝色沉淀
(4)显色法：
Fe2+：加入KSCN溶液，无明显现象，再加氯水，变血红色
Fe3+：加入KSCN溶液，变血红色
1．下列说法正确的是()
A．Na2O在空气中加热可得固体Na2O2
B．Mg加入到过量FeCl3溶液中可得Fe
C．FeS2在沸腾炉中与O2反应主要生成SO3
D．H2O2溶液中加入少量MnO2粉末生成H2和O2
答案：A
解析：A项，无水状态下Na2O2比Na2O更稳定，Na2O在空气中加热可以生成更稳定的Na2O2，A正确；B项，Mg加入到FeCl3溶液中，Mg具有较强的还原性，先与Fe3+反应，生成Mg2+和Fe2+，若Mg过量，Mg与Fe2+继续反应生成Mg2+和Fe，但由于反应中FeCl3过量，Mg已消耗完，所以无Mg和Fe2+反应，所以不会生成Fe，B错误；C项，FeS2在沸腾炉中与O2发生的反应为：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，产物主要是SO2而不是SO3，C错误；D项，H2O2溶液中加入少量MnO2粉末生成H2O和O2，D错误。故选A。
2．下列关于Na、Mg、Al、Fe、Cu的说法正确的是()
A．常温下，Al、Cu均不与氧气反应
B．Al、Fe的阳离子，只有氧化性没有还原性
C．Na、Mg的单质放置在空气中均只生成氧化物
D．只需用水就可以鉴别MgSO4、Al2(SO4)3和NaOH
答案：D
解析：A项，常温下，Al与O2反应生成Al2O3、Cu在潮湿的空气中与氧气、二氧化碳和水反应生成Cu2(OH)2CO3，A错误；B项，Fe2+既有氧化性又有还原性，B错误；C项，Na在空气中久置，会生成Na2O、NaOH、Na2CO3等，C错误；D项，将三种物质配成溶液，两两混合，无明显现象的是MgSO4和Al2(SO4)3，只生成白色沉淀的是NaOH和MgSO4，先生成白色沉淀后又溶解的是NaOH和Al2(SO4)3，D正确；故选D。
3．类推的思维方法在化学学习与研究中经常使用。下列类推结论中正确的是()
A．NaOH饱和溶液导电能力强，则Ca(OH)2饱和溶液的导电能力也强
B．加热时Cu与O2反应生成CuO，则加热时Cu与S反应生成CuS
C．BaCl2溶液中通入SO2无沉淀产生，则Ba(NO3)2溶液中通入SO2也无沉淀产生
D．Al与Fe2O3能发生铝热反应，则与MnO2也能发生铝热反应
答案：D
解析：A项，NaOH是易溶于水易电离的强电解质，其饱和溶液离子浓度大，导电能力强，Ca(OH)2是微溶于水的强电解质，溶于水的能完全电离，但因微溶，其饱和溶液离子浓度小，导电能力弱。故A错误；B项，加热时Cu与O2反应生成CuO，硫的氧化性比氧气、氯气弱，只能把金属氧化到低价，Cu的低价为+1价，2Cu+S===加热Cu2S，故B错误；C项，硝酸钡在酸化后隐含硝酸的氧化性，可以氧化二氧化硫为硫酸，与BaCl2溶液反应生成硫酸钡沉淀，二氧化硫与BaCl2溶液不反应，故C错误；D项，Al与Fe2O3能发生铝热反应，则Al与MnO2也能发生铝热反应，均符合铝热反应的特点，故D正确；故选D。
三、铝、氧化铝、氢氧化铝的两性
写出下列反应的离子方程式：
(1)Al与盐酸反应：_____________________________
(2)Al2O3与盐酸反应：___________________________
(3)Al(OH)3与盐酸反应：___________________________
(4)Al与NaOH溶液反应：_____________________________
(5)Al2O3与NaOH溶液反应：___________________________
(6)Al(OH)3与NaOH溶液反应：___________________________
答案：(1)2Al+6H+=2Al3++3H2↑
(2)Al2O3+6H+=2Al3++3H2O
(3)Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
(4)2Al+2OH-+2H2O=AlO2-+3H2↑
(5)Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O
(6)Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
1．铝、氧化铝、氢氧化铝的两性
2．Al3+、Al(OH)3、AlO2-之间的转化
有关反应的方程式：
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4+制备Al(OH)3
Al3++3OH-===Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH-====AlO2-+2H2O
2AlO2-+2CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+CO32-CO2少量
或AlO2-+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO3-CO2过量制备Al(OH)3
AlO2-+H++H2O===Al(OH)3↓
Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
1．收藏的清末铝制艺术品至今保存完好，该艺术品未被锈蚀的主要原因是( )
A．铝不易被氧化
B．铝的氧化物在空气中易变成铝
C．铝不易发生化学反应
D．铝易氧化，形成的氧化膜有保护作用
答案：D
解析：A.铝为活泼金属，易被氧气氧化，A错误；B.氧化铝性质稳定，不易在空气中还原成铝单质，B错误；C.铝为活泼金属，易发生化学反应，C错误；D.铝与氧气反应生成一层致密的氧化膜，这一层氧化膜使内部的铝与外界的空气隔绝，对内部的铝起到保护作用，所以铝制艺术品至今保存完好，艺术品未被锈蚀，D正确。
2．铁和铝是科技、生产、生活中应用最广泛的金属材料。
现有铁、铝的混合物进行如下实验：
(1)操作X的名称是____________。
(2)气体A是______________。
(3)A与Cl2混合光照可能发生爆炸，生成_______(填化学式)，A在该反应中作为_________(填“氧化剂”或“还原剂”)。
(4)溶液B中阴离子除OH－外还有________，溶液D中存在的金属离子为________。
答案：(1)过滤(2)H2(或氢气)(3)HCl 还原剂(4)AlO2－ Fe2＋
解析：金属混合物中Fe与NaOH溶液不反应，而Al可以与NaOH溶液反应产生NaAlO2、H2，NaAlO2易溶于水，所以气体A是H2，溶液B是NaAlO2与NaOH的混合溶液，固体C是Fe，Fe是比较活泼的金属，与HCl发生置换反应产生FeCl2和氢气，因此溶液D为FeCl2。
(1)操作X的名称是分离难溶性的固体与可溶性液体混合物的方法，名称是过滤；(2)气体A是H2；
(3)A是H2，H2和Cl2的混合气体光照会发生爆炸，反应生成HCl，在该反应中，氢元素的化合价升高，失去电子，被氧化，所以H2作还原剂；
(4)溶液B是反应产生的NaAlO2与过量的NaOH的混合溶液，所以溶液B中阴离子除OH－外还有AlO2－；铁可以和盐酸反应生成FeCl2和H2，溶液D中含有的金属离子为Fe2＋。
以金属及其化合物制备为背景的工艺流程题
1．(1)常用尿素[CO(NH2)2]除去工业酸性废水中的Cr3+，流程为
完成该转化的离子方程式：___________________________________________。
(2)沉钴工艺流程如图所示，请写出“沉钴”过程中的离子方程式：____________________________。
答案：(1)2Cr3++3CO(NH2)2+9H2O===2Cr(OH)3↓+3CO2↑+6NH4+
(2)Co2++2HCO3-===CoCO3↓+CO2↑+H2O
2．将废钒催化剂(主要成分V2O5)与稀硫酸、亚硫酸钾溶液混合，充分反应，所得溶液显酸性，含VO2+、K+、S等。写出该反应的化学方程式：_________________________________。
向上述所得溶液中加入KClO3溶液，充分反应后,溶液中新增加了V、Cl-。写出该反应的离子方程式___________________________________________。
答案：V2O5+K2SO3+2H2SO4===2VOSO4+K2SO4+2H2O
ClO3-+6VO2++3H2O===Cl-+6V+6H+
1．工艺流程题的结构
规律：“主线主产品，分支副产品，回头为循环”。
2．解答化工流程题的方法——目标分析法
制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成，每一步操作都有其具体的目标、任务。
1．明代《徐光启手迹》记载了制备硝酸的方法，其主要流程(部分产物已省略)如下：
下列说法错误的是()
A．FeSO4的分解产物X为FeO
B．本流程涉及复分解反应
C．HNO3的沸点比H2SO4的低
D．制备使用的铁锅易损坏
答案：A
解析：A项，据图可知FeSO4分解时生成SO2和SO3，部分S元素被还原，则Fe元素应被氧化，X为Fe2O3，A错误；B项，H2SO4与KNO3在蒸馏条件下生成HNO3和K2SO4，为复分解反应，B正确；C项，H2SO4与KNO3混合后，蒸馏过程中生成HNO3，说明HNO3的沸点比H2SO4的低，C正确；D项，硫酸、硝酸均可以和铁反应，所以制备使用的铁锅易损坏，D正确；综上所述答案为A。
2．工业上由粗锰粉(主要杂质为Fe、Ni、Pb等金属单质)制备高纯碳酸锰。其主要工艺流程如图：
下列有关说法不正确的是
A．可以通过搅拌的方式提高“酸浸”时粗锰粉的浸取率
B．向酸浸后的滤液中加入MnO2，反应的离子方程式为：Mn4++2Fe2+=2Fe3++Mn2+
C．除铁时加入的物质X作用是调节溶液的pH值，使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去
D．取除铁后的滤液，加入几滴KSCN溶液，无明显现象证明Fe3+已除尽
答案：B
解析：粗锰粉中含有Mn、Fe、Ni、Pb，根据流程图可知，这四种单质在“酸浸”中与硫酸反应生成Mn2+、Fe2+、Ni2+、Pb2+，加入MnO2将Fe2+氧化成Fe3+，加入X调节pH，使Fe3+以氢氧化铁形式沉淀除去，加入H2S，使Pb2+、Ni2+转化成PbS和NiS沉淀而除去，据此分析；
A．提高“酸浸”时粗锰粉浸取率，可以采取的措施有适当升高温度、搅拌、适当升高硫酸浓度等，故A说法正确；B．在书写离子方程式时，氧化物不能拆写成离子，正确的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O，故B说法错误；C．根据上述分析，加入X调节pH，使Fe3+以氢氧化铁形式沉淀除去，故C说法正确；D．含Fe3+溶液中滴加KSCN溶液，溶液变红，因此取除铁后的滤液，加入几滴KSCN溶液，无明显现象证明Fe3+已除尽，故D说法正确；答案为B。
