从矿物到基础材料专题复习精指导.doc

从矿物到基础材料专题复习精指导 浙江省上虞中学 312300 龚黎珍 从矿物到基础材料专题一直是高考考查的热点问题，各课改省区对本专题都给予很高的关注，相关的试题有一定的开放性和探究性。对本专题的复习指导主要是两点 一、线索指导 1、注重程序化复习Si、Al、Cu、Fe四种元素单质及其重要化合物的相关知识，即组成结构性质用途存在制法（或来源）。 2、铁、铝的游离态与化合态之间的相互转化复习时，要紧紧抓住“铁三角”和“铝三角”，深刻理解转化的本质和实现转化所需的条件。在此基础上，将相关物质的制取、性质、应用，按系列类比复习，找出共性和特性，将知识点“连成线”、“织成网”，形成网络化记忆。 二、重点关注 1、Si及其化合物在材料领域中的重要作用。 2、Al及其化合物不同于其他金属及其化合物的特殊性质。 3、Cu及其化合物多以实验试剂或计算题的背景材料在考题中出现，尤其值得关注的物质有Cu、CuO、Cu2O、Cu（OH）2和无水硫酸铜等。 4、Fe是一种与人类生产生活有密切关系的元素，它较好地实现了化学与社会的对接。 下面对本专题作具体复习 要点梳理 一、从铝土矿到铝合金 铝土矿主要成分为Al2O3，还有少量的Fe2O3、SiO2等杂质是铝元素在地壳中的主要存在形式之一。 1、 从铝土矿中提取铝 （1）铝元素在地壳中含量仅次于氧、硅，是地壳中含量最多的金属元素。 （2）工业提取铝涉及的主要反应有 ① Al2O3 2 NaOH 2NaAlO2 H2O ② NaAlO2 CO2 2H2O AlOH3 NaHCO3 ③ 2AlOH3 △ Al2O3 3H2O ④ 2Al2O3 电解 4Al 3O2↑ （3）合金的硬度一般比各成分金属的硬度都大，多数合金的熔点低于组成它的成分金属。 铝合金具有密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、抗蚀性等特点，常用于制轻质合金，做导线、炊具、建筑装饰材料等。 2、铝的性质 （1）铝在常温下能很快被氧化，形成致密的氧化膜，因而具有一定的抗腐蚀性。 （2）跟酸的反应 非氧化性酸如2Al 6HCl 2AlCl3 3H2↑ 强氧化性酸常温下铝（或者铁）遇浓硫酸或浓硝酸，会在铝表面生成致密的氧化膜而发生钝化。 （3）跟碱的反应 铝能和强碱溶液反应。该反应可理解为铝先和强碱溶液中的水反应生成氢氧化铝，氢氧化铝再和强碱反应生成偏铝酸盐 2Al 6H2O 2AlOH3 3H2↑ AlOH3 NaOH NaAlO2 2H2O 简写为2Al 2H2O 2NaOH 2NaAlO2 3H2↑ 高温 （4）铝热反应 2Al ＋ Fe2O3 Al2O3 ＋ 2Fe 特点 放出大量热，使生成的金属呈液态。 应用焊接钢轨和冶炼某些难熔金属（如V、Cr、Mn等） 3、氧化铝的性质 （1）典型的两性氧化物，既能溶于强酸，又能溶于强碱。 Al2O3 6H 2Al3 3H2O Al2O3 2OH－ 2AlO2－ H2O （2）用途耐火材料Al2O3熔点高；冶炼金属铝；刚玉的主要成分为α－氧化铝。优质刚玉红宝石、蓝宝石等可作装饰品。 4、氢氧化铝的性质 （1）典型的两性氢氧化物，既能溶于强酸，又能溶于强碱。 AlOH3 3H ＝ Al3 3H2O AlOH3 OH－＝ AlO2－ 2H2O （2）不稳定性 2Al（OH）3 △ Al2O3 ＋ 3H2O （3）用途 明矾[KAlSO4212H2O]净水原理明矾溶于水发生水解反应，生成AlOH3胶体，吸附水中的杂质，使水澄清。 （4）制取 Al3 3NH3H2O AlOH3↓ 3NH4 Al3 3AlO2－ 6H2O 4AlOH3 ↓ 二、铁、铜的获取及应用 1、铁、铜的存在 铁和铜在自然界中主要以化合态形式存在。常见的铁矿石有磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、赤铁矿（主要成分是Fe2O3）；常见的铜矿石有黄铜矿（主要成分是CuFeS2）、孔雀石[主要成分是CuCO3Cu（OH）2）]。 2、铁、铜的冶炼 （1） 炼铁 A、反应原理在高温下，用还原剂主要是CO把铁从铁矿石里还原出来。 B、原料铁矿石、焦炭、石灰石和空气 C、设备高炉 D、生产过程 高温 点燃 CO2 CO2 CO2C 2CO 高温 Fe2O33CO 2Fe3CO2↑ 高温 高温 CaCO3 CaOCO2↑ SiO2CaO CaSiO3 （2） 炼铜 高温 4CuFeS2 13O2 4CuO 2Fe2O3 8SO2 高温 2CuO C 2Cu CO2↑ 3、铁、铜及其化合物的应用 （1）铁、铜物理性质比较 不同点铁银白色，质软，易被磁化； 铜紫红色，导电性比铁好 （2）铁、铜化学性质 铁 铜 与水 高温 3Fe 4H2O（g） Fe3O4 4H2↑ 与非金属单质 与Cl2 点燃 2Fe 3Cl2 2FeCl3 点燃 Cu Cl2 CuCl2 与硫 Fe S △ FeS 2Cu S △ Cu2S 与非氧化性酸 Fe 2H Fe2 H2↑ 不反应 与金属的盐溶液 Fe Cu2 Fe2 Cu Fe 2Fe3 3Fe2 Cu 2Ag Cu2 2Ag Cu 2Fe3 2Fe2 Cu2 与浓硫酸、硝酸 在常温下遇浓硫酸、浓硝酸发生钝化，加热时可反应，但无氢气生成 在加热条件下可与浓硫酸反应，常温下可与硝酸反应，但无氢气生成 （3）Fe2与Fe3的检验 A、观察法 Fe2＋溶液呈浅绿色、 Fe3＋溶液呈棕黄色、Cu2＋溶液呈蓝色 B、KSCN法 滴入KSCN无色溶液，溶液呈红色则是Fe3溶液；与KSCN溶液作用不显红色，再滴氯水则变红则是Fe2溶液。 C、碱液法 加入碱液（氨水也可），产生红褐色沉淀是Fe3；白色沉淀迅速转变为灰绿色，最后呈红褐色是Fe2溶液。 （4）Fe2＋、Fe3＋的转化 A、Fe2＋→Fe3＋（在强氧化剂的作用下） 如2Fe2 Cl2 2Fe3 2Cl- B、Fe3＋→Fe2＋（在强还原剂的作用下） 如Fe 2Fe3 3Fe2 三、含硅矿物与信息材料 1、硅的存在 硅在地壳中的含量排在第二位，全部以化合态存在，物质形式主要是SiO2和硅酸盐。 2、硅酸盐 （1）硅酸盐性质稳定，熔点较高，大都难溶于水。 （2）硅酸钠 Na2SiO3水溶液俗称水玻璃，常用作黏合剂、防腐剂和防火剂等。能与酸反应通CO2（碳酸）或者加入盐酸有白色沉淀Na2SiO3 CO2 H2O Na2CO3 H2SiO3↓（硅酸，白色沉淀，酸性比H2CO3弱）。 （3）分子筛 组成Na2OAl2O32SiO2nH2O，应用筛分分子，分离提纯混合物，作干燥剂、离子交换剂、催化剂及催化剂载体等。 （4）传统无机非金属材料 主要原料 产品主要成分 普通水泥 黏土、石灰石、少量石膏 2CaOSiO2、3CaOSiO2、3CaOAl2O3 普通玻璃 石英、纯碱、石灰石 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 陶瓷 黏土、石英沙 成分复杂，主要是硅酸盐 制玻璃反应SiO2 Na2CO3 Na2SiO3 CO2↑， SiO2 CaCO3 CaSiO3 CO2↑。 3、硅单质 （1）结构 与金刚石相似，为正四面体空间网状结构。 （2）化学性质 性质稳定，常温下只与单质氟、氢氟酸和强碱溶液反应。 Si 2F2 SiF4（气态）， Si 4HF SiF4 2 H2， Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2↑， Si O2 SiO2 （3）制取 SiO2 2C Si 2CO， Si 2Cl2 SiCl4，SiCl4 2H2 Si 4HCl。 （4）用途 制造半导体材料（信息材料）、制造变压器的铁芯、制造耐酸合金钢等。 4、二氧化硅 （1）性质 SiO2 4HF SiF4 2H2O， SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O SiO2 2C Si 2 CO， SiO2 CaO CaSiO3 （2）用途 制造光导纤维、光学镜片、石英坩埚等。 疑难解析 一、“铝三角” ① Al3 3NH3H2O AlOH3↓ 3NH4 或Al3 3OH- ＝ AlOH3 ↓ ② AlOH3 3H ＝ Al3 3H2O ③ AlOH3 OH－＝ AlO2－ 2H2O ④ AlO2- CO2 2H2O AlOH3 HCO3- 或2AlO2- CO2 3H2O 2AlOH3 CO32- 或AlO2- H H2O AlOH3 ⑤ AlO2- 4H Al3 2H2O ⑥ Al3 4OH- ＝ AlO2－ 2H2O 另外Al3 3AlO2－ 6H2O 4AlOH3 ↓ 二、“铝三角”转化关系中的图象问题 1、可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图象 A、向可溶性铝盐溶液中滴加NaOH溶液直到过量 Al3 3OH- ＝ AlOH3 ↓ AlOH3 OH－＝ AlO2－ 2H2O B、向NaOH溶液中滴加可溶性铝盐溶液直到过量 Al3 4OH- ＝ AlO2－ 2H2O Al3 3AlO2－ 6H2O 4AlOH3 ↓ 2、 偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图象 A、 向偏铝酸盐溶液中滴加稀盐酸直至过量 AlO2- H H2O AlOH3 AlOH3 3H ＝ Al3 3H2O B、 向稀盐酸中滴加偏铝酸盐溶液直至过量 AlO2- 4H Al3 2H2O Al3 3AlO2－ 6H2O 4AlOH3 ↓ 三、“铁三角” 1、Fe→Fe2 铁与氧化性较弱的非金属（如S、I2）、非氧化性酸（如盐酸）、不活泼金属的盐溶液（如CuSO4溶液）反应。 2、Fe2→Fe 比较活泼的金属（如Zn）能从亚铁盐溶液中置换出来。 3、Fe→Fe3 铁与强氧化剂（如Cl2、HNO3、浓H2SO4）在一定条件下反应。 4、 Fe3→Fe 铁盐溶液与活泼金属（K、Na、Ca除外）反应时，铁可被还原。 5、 Fe2→Fe3 亚铁盐与强氧化剂反应。 6、Fe3→Fe2 铁盐溶液与较强的还原剂反应。 四、铁与稀硝酸反应的解题规律 1、审清两种物质的量 HNO3过量时Fe 4HNO3（稀） Fe（NO3）3 NO↑ 2H2O ① Fe过量时Fe 2Fe（NO3）3 3Fe（NO3）2 ② ①2②得总方程式3Fe 8HNO3（稀） 3Fe（NO3）2 2NO↑ 4H2O 2、 注意不同范围产物的变化 n（Fe）/n（HNO3）≤ 1/4，产物仅有Fe（NO3）3，HNO3可能有剩余。 n（Fe）/n（HNO3）≥ 3/8，产物仅有Fe（NO3）2，Fe可能有剩余。 1/4＜n（Fe）/n（HNO3）＜ 3/8，产物为Fe（NO3）3和Fe（NO3）2。 五、硅及硅酸盐 1、硅酸盐的表示方法 硅酸盐的种类多，结构复杂，其组成的表示方法有两种 （1）盐化学式法 如硅酸钠Na2SiO3、硅酸钙CaSiO3等。此法一般用于组成较简单的硅酸盐。 （2）氧化物法 氧化物的顺序活泼金属金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O。 氧化物前系数配置原则除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则。 注意事项氧化物之间以“”隔开；系数配置出现分数应化为整数。 例如钾长石KAlSi3O8，不能写成1/2K2O1/2Al2O33SiO2，应写成K2OAl2O36SiO2。 2、硅及其化合物的特性 （1）Si在低温时的还原性大于C，但C在高温下能还原出SiSiO2 2C Si 2 CO。 （2）非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但Si能与HF反应Si 4HF SiF4 2 H2。 （3）非金属单质跟碱溶液反应一般无H2放出，但Si却能生成H2 Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2↑ （4）非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。 （5）SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不能直接与水反应制备H2SiO3。 （6）酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能与HF反应SiO2 4HF SiF4 2H2O （7）无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。 （8）H2CO3酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3 CO2 H2O Na2CO3 H2SiO3↓，但高温 下，SiO2 Na2CO3 Na2SiO3 CO2↑也能发生。 3、二氧化碳和二氧化硅的比较 二氧化碳 二氧化硅 自然界中的存在 空气中 岩石中，硅石、石英、水晶、硅藻土中都含SiO2 物理性质 熔沸点低，常温时是气体，微溶于水 坚硬难熔的固体，不溶于水 化 学 性 质 与水 CO2 H2O H2CO3 不反应 与酸 不反应 除氢氟酸外不反应 与NaOH溶液 CO2 2NaOH Na2CO3 H2O SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O 与CaO CO2 CaO CaCO3 SiO2 CaO CaSiO3 与盐 CO2 Na2CO3 H2O 2NaHCO3 SiO2 Na2CO3 Na2SiO3 CO2↑ 与单质 CO2 C 2CO SiO2 2C Si 2 CO↑ 思维点拨CO2、SiO2都属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，均具有弱氧化性（这从二者与碳的反应中可看出），分别是H2CO3和H2SiO3的酸酐，但二者在结构上有着本质的区别，决定了它们在某些性质上具有较大的差异性。