2021_2022学年高中化学第三章金属及其他化合物阶段素养提升课学案新人教版必修1

第三章 金属及其他化合物

金属及其化合物在化工生产中的应用

1．钠及其化合物之间的转化关系

2．铝及其化合物之间的转化关系

3．铁及其化合物之间的转化关系

4．铜及其化合物之间的转化关系

工业是国民经济中最重要的物质生产部门之一。它决定着国民经济现代化的速度、规模和水平，在当代世界各国国民经济中起着主导作用。工业还为自身和国民经济的其他各个部门提供原材料、燃料和动力，为人民物质文化生活提供工业消费品；它还是国家财政收入的主要源泉，是国家经济自主、政治独立、国防现代化的根本保证。

(一)侯氏制碱法工业流程分析

“侯氏制碱法”以NaCl、NH3、CO2和水等为原料以及如图所示装置制取NaHCO3，反应的化学方程式为NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl。然后再将NaHCO3制成Na2CO3。

(1)该过程循环使用的物质有哪些？

提示：CO2、饱和食盐水。

(2)产生Na2CO3的化学方程式。

提示：2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。

(3)制取的Na2CO3中可能含有少量Cl－，如何检验？

提示：取少量溶液于试管中，滴加HNO3溶液，充分反应后滴加AgNO3溶液，若产生白色沉淀，证明含有Cl－。

(二)工业流程中铝及其化合物的提纯流程

工业上冶炼铝的原料是铝土矿，铝土矿的主要成分是Al2O3，杂质为Fe2O3、SiO2等，已知SiO2是不溶于水的酸性氧化物，Fe2O3是不溶于水的碱性氧化物。某化学研究小组设计的提纯Al2O3的方案如下：

(1)沉淀A的化学式是什么？

提示：沉淀A受热生成Al2O3，可知A是Al(OH)3。

(2)加入过量的NaOH溶液，过滤后的滤液中含有的溶质有哪些？

提示：NaOH、NaAlO2、NaCl。

(3)写出由沉淀A→Al2O3的化学方程式；写出通入过量的CO2生成沉淀A的离子方程式。

提示：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O；AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。

(三)工业流程中铁及其化合物的制备流程

氧化铁是重要工业颜料，用废铁屑制备它的流程图如下：

(1)操作Ⅰ、操作Ⅱ的名称是什么？

提示：由工艺流程图可知，操作Ⅰ是将固体与液体分离，应采取过滤的方法；FeCO3沉淀会附着其他离子，需要进行洗涤。

(2)如何洗涤沉淀？

提示：在漏斗中加入适量蒸馏水至恰好没过沉淀，让蒸馏水自然流下，重复2～3次。

(3)请写出生成FeCO3沉淀的离子方程式。

提示：Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O。由工艺流程图可知，操作Ⅰ所得的滤液中主要有FeSO4，加入NH4HCO3，实质是Fe2＋和HCO反应生成FeCO3，同时生成CO2和H2O，反应的离子方程式为Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O。

(四)工业流程中铜及其化合物的提取

铜是一种紫红色金属，被称作“电器工业的主角”。铜主要是由黄铜矿炼制，焙烧时发生反应2CuFeS2＋O2Cu2S＋2FeS＋SO2，其简单流程如图所示：

 (1)焙烧时黄铜矿会产生环境污染吗？

提示：焙烧时硫元素部分转化为二氧化硫，引起环境污染。

(2)在焙烧时氧化剂是什么？

提示：氧气和CuFeS2。焙烧时Cu元素由＋2价降低到＋1价，S元素由－2价升高到＋4价，氧气中O元素由0价降低到－2价，则氧化剂为氧气和CuFeS2。

(3)Cu2S如何制取粗铜，写出化学方程式。

提示：Cu2S＋O22Cu＋SO2。

1．从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下：

则下列说法正确的是(　　)

A．试剂a是铁、试剂b是稀硫酸

B．操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同

C．试剂c是氯气，相应的反应为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

D．用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否还有Fe2＋

【解析】选C。A项，由最终要得到氯化铁晶体及流程图知，b是盐酸，错误；B项，操作Ⅰ和操作Ⅱ是过滤，操作Ⅲ为蒸发结晶，所用仪器不相同，错误；C项，滤液Z和X中均含有氯化亚铁，因此c为氯气，正确；D项，高锰酸钾也能氧化氯离子而褪色，因此不能用于检验溶液W中是否含有亚铁离子，错误。

2．铝土矿的主要成分是Al2O3，含有Fe2O3、SiO2等杂质，按下列操作从铝土矿中提取Al2O3。(已知：SiO2是不溶于水的酸性氧化物)

回答下列问题：

(1)写出沉淀物的化学式：

a________；d________；f________。

(2)写出加入过量NaOH溶液时所发生主要反应的离子方程式：________________、________________。

(3)写出通入气体B(过量)时溶液c中发生反应的离子方程式：________________、________________。

(4)气体B能否改用试剂A代替？________(填“能”或“不能”)；原因是__________________________________________________________。

【解析】(1)根据流程图可知沉淀a为SiO2，沉淀d为Fe(OH)3，沉淀f为Al(OH)3。

(2)溶液b中含有铁离子和铝离子，加入过量氢氧化钠溶液后反应的离子方程式为Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。

(3)根据流程图可知，溶液c中含有氢氧化钠和偏铝酸根，NaAlO2溶液与过量的CO2反应生成Al(OH)3沉淀，反应的离子方程式为CO2＋AlO＋2H2O===

Al(OH)3↓＋HCO，过量的CO2与OH－反应生成HCO，反应的离子方程式为CO2＋OH－===HCO。

(4)气体B为二氧化碳，试剂A为强酸，氢氧化铝能与过量的强酸反应而溶解，无法控制加入酸的量。

答案：(1)SiO2　Fe(OH)3　Al(OH)3

(2)Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O

Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓

(3)CO2＋AlO＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO

CO2＋OH－===HCO

(4)不能　生成的氢氧化铝能够溶于强酸

3．绿矾被广泛用于医药和工业领域，工业上两种制备绿矾(FeSO4·7H2O)的流程如图所示，根据题意回答下列问题：

方法一：利用黄铜矿粉(主要成分为CuFeS2)制取绿矾

(1)试剂a和试剂b分别是______________，操作1的名称是________。

(2)有一种细菌在有氧气存在的稀硫酸中，可以将CuFeS2氧化成硫酸盐，写出该反应的化学方程式：___________________________________________。

方法二：利用工业废铁屑制取绿矾

(3)操作Ⅰ需要用到的玻璃仪器名称有___________________________。

(4)通过检验CO来判断操作Ⅰ是否洗涤干净，检验的方法是

___________________________________________________。

【解析】(1)由流程图可知滤渣2为Fe(OH)3，而目标产物为绿矾(FeSO4·7H2O)，所以试剂a为稀H2SO4，起溶解作用，试剂b为铁粉，起还原作用；由流程图可知操作1为过滤，其作用为除去过量的铁粉。

(2)由题意可知，在细菌的作用下，氧气氧化黄铜矿的反应方程式为4CuFeS2＋17O2＋2H2SO4===4CuSO4＋2Fe2(SO4)3＋2H2O。

(3)因为操作Ⅰ为过滤与洗涤，所用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗。

答案：(1)稀H2SO4、铁粉　过滤

(2)4CuFeS2＋17O2＋2H2SO4===4CuSO4＋2Fe2(SO4)3＋2H2O　(3)烧杯、玻璃棒、漏斗　(4)取少量最后一次的洗涤液于试管中，滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则已经洗涤干净；若有白色沉淀生成，则未洗涤干净(合理即可)