1、金属矿物的开发利用(40分钟70分)一、选择题(本题包括9小题,每小题5分,共45分)1.(2019盘锦高一检测)成语是中华民族灿烂文化中的瑰宝,许多成语中蕴含着丰富的化学原理,下列成语中涉及氧化还原反应的是()A.木已成舟B.百炼成钢C.铁杵成针D.滴水成冰【解析】选B。木已成舟只是物质形状的变化,没有新的物质生成,则没有涉及化学变化,故A不符合题意;因生铁碳含量为2%4.3%,钢的碳含量为0.03%2%,生铁中的含碳量比钢高,经过高温,生铁中的碳和氧气反应生成二氧化碳,由此降低生铁中的含碳量,多次冶炼精度更高,故B符合题意;铁杵成针只是物质形状的变化,没有新的物质生成,则没有涉及化学变化,
2、故C不符合题意;滴水成冰只是物质状态的变化,没有新的物质生成,则没有涉及化学变化,故D不符合题意。2.(2020福州高一检测)下列有关金属冶炼的方法中叙述正确的是()A.电解MgCl2水溶液制备金属MgB.利用铝热反应制备金属AlC.加热分解Fe2O3的方法制备金属铁D.用火法或湿法均可制备金属铜【解析】选D。应电解熔融的MgCl2冶炼Mg,A错误;铝热反应是Al和某些金属氧化物反应,B错误;铁的冶炼是用CO还原Fe2O3,C错误;Cu属于较活泼金属,可以采用火法或湿法冶炼,如CuO+COCu+CO2,Fe+CuSO4FeSO4+Cu,D正确。3.下列关于铝热反应2Al+Fe2O3Al2O3+
3、2Fe的说法不正确的是()A.该反应中Al作还原剂B.该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为12C.该反应中冶炼1 mol Fe转移2 mol电子D.该反应可用于焊接钢轨【解析】选C。由题中化学方程式可知,反应中铁元素的化合价由+3价降为0价,则冶炼1 mol Fe转移3 mol电子。4.(2019芜湖高一检测)冶炼金属一般有下列四种方法:焦炭法,水煤气(或H2或CO)法,活泼金属置换法,电解法。以上四种方法在工业上均有应用。古代有()火烧孔雀石炼铜,()湿法炼铜,现代有()铝热法炼铬,()从光卤石中炼镁。对它们的冶炼方法的分析不正确的是()A.()用B.()用C.()用D.()用【解析】
4、选B。对于()、()、()、()发生的反应分别是():Cu2(OH)2CO32CuO+CO2+H2O、C+2CuO2Cu+CO2,符合 ; ():Fe+CuSO4FeSO4+Cu,符合;():Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3,符;():先从光卤石中提取MgCl2,再电解MgCl2:MgCl2(熔融)Mg+Cl2,符合。5.下列说法错误的是()A.对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用B.提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步C.活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液D.热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等【解析】选C。活泼金属的冶炼是电解其熔融盐(如MgCl2、NaCl等)或熔
5、融氧化物(如Al2O3等)制得的,电解其盐溶液得不到金属单质,C错误。6.在熔融状态下,Na与KCl存在可逆反应:Na+KClNaCl+K,通过调整温度,可利用金属Na来制取K。物质KNaKClNaCl熔点/63.697.8770801沸点/77488315001413根据上表的熔点和沸点,确定由Na与KCl反应制取K的合适温度为()A.770 B.801 C.850 D.770801 【解析】选C。K、Na的活泼性相近,要从上述可逆的置换反应中制取K,主要是利用K的沸点比Na的低而控制温度使K气化。其余三种物质均为液体,便于生成的K蒸气不断逸出,使反应向生成K的方向进行而制得K。在80188
6、3 合理。7.以辉铜矿(Cu2S)为原料冶炼铜,其反应原理可表示为Cu2S+O22Cu+SO2。下列说法不正确的是()A.化合价发生变化的元素有3种B.Cu2S在该反应中既是氧化剂又是还原剂C.1 mol O2参加反应时,上述反应转移电子总物质的量为4 molD.SO2被分离、回收后氧化生成SO3,作为制取硫酸的原料【解析】选C。分析反应中化合价的变化:+2+,反应过程中Cu、S、O三种元素的化合价均发生改变;Cu2S中Cu元素化合价降低,S元素化合价升高,因此Cu2S既是氧化剂又是还原剂;根据S元素化合价的改变可知,当1 mol O2参加反应时,共转移电子6 mol;SO2催化氧化可得SO3
7、,SO3被水吸收可得H2SO4。8.下列化工生产原理错误的是()可以电解熔融的氯化钠来制取金属钠;可以将钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁;用电解法冶炼铝时,原料是氯化铝;高炉炼铁的反应是放热的,故无须加热A.B.C.D.【解析】选D。钠特别活泼,投入MgCl2溶液时先与水反应生成NaOH和H2,接着生成Mg(OH)2沉淀,错误;冶炼铝使用的是Al2O3,错误;高炉炼铁中所发生的反应是放热反应,但是仍需要高温条件,错误。9.(2019唐山高一检测)下列关于金属冶炼的叙述正确的是()A.工业上可利用铝热反应大量冶炼金属铁B.金属钠、铝和铜都可用热还原法制备C.CO还原磁铁矿得到9 mol铁时转移24
8、mol电子D.电解饱和氯化镁溶液可得金属镁【解析】选C。用铝热反应大量冶炼金属铁经济效益差,冶炼金属铁的原料为铁矿石、焦炭和石灰石,A错误;金属钠、铝用电解法制备,B错误;根据反应4CO+Fe3O43Fe+4CO2知,CO还原磁铁矿得到9 mol铁时转移24 mol电子,C正确;金属镁的冶炼方法为电解熔融的氯化镁而不是MgCl2溶液,D错误。二、非选择题(本题包括2小题,共25分)10.(12分)钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属,主要是用于制造航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金。钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿,我国的钛铁矿储量居世界首位。
9、用含Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制备TiO2流程如下:(1)步骤加Fe的目的是_;步骤冷却的目的是_。(2)上述制备TiO2的过程中,可以利用的副产物是_;考虑成本和废物综合利用因素,废液中应加入_处理。(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti),涉及的步骤为TiO2TiCl4Ti反应TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的理由是_。【解析】(1)分析框图知,铁最终转化成副产品绿矾,所以要将+3价Fe转化为+2价Fe,降温减小FeSO47H2O的溶解度,有利于绿矾结晶。(2)水浸后发生的离子反应为TiO2+2H2OH2TiO3+2H+,废液主要呈酸性,所以应加入
10、CaO、CaCO3或碱。(3)Ti和Mg易与空气中O2、N2等反应,故应在Ar气氛中进行。答案:(1)将Fe3+还原为Fe2+析出绿矾(FeSO47H2O)(2)绿矾(FeSO47H2O)生石灰(或碳酸钙、废碱)(3)防止高温下镁或钛与O2、N2等反应11.(13分)孔雀石的主要成分为CuCO3Cu(OH)2,某同学设计从孔雀石中冶炼金属铜的方案如下:将孔雀石粉碎后加过量的稀硫酸;将反应后的混合物过滤;向滤液中加入一种金属粉末。根据上述实验方案,试回答:(1)第步反应中的现象为_。(2)第步加入的金属粉末是_,理由是_。(3)若向滤液中加入过量生石灰后,过滤,洗涤,将沉淀加热灼烧后再通入_气体
11、,可制得较纯净的铜。【解析】孔雀石的主要成分是碱式碳酸铜,当加入过量稀硫酸时发生反应,固体逐渐溶解,产生二氧化碳气体、水和硫酸铜;为冶炼金属铜,可加入过量的铁粉,把铜从硫酸铜溶液中置换出来;若向滤液中加入过量生石灰后生成氢氧化铜,过滤,洗涤,将沉淀氢氧化铜加热后生成氧化铜,通入氢气生成铜和水。答案:(1)固体溶解,有无色无味气体生成,溶液变成蓝色(2)铁粉铁的活泼性比铜强,可从溶液中置换出铜(3)氢气【补偿训练】在某次探究性学习中,老师要求同学们在实验室中用氧化铜、稀硫酸和铁来制取纯净的铜,并用所制得的铜进行一系列的探究性实验。甲、乙两位同学分别设计了如下两个制取铜的实验方案。甲:CuO溶于适
12、量稀硫酸中;在的溶液中加入稍过量的铁,充分反应后,过滤、烘干,即得纯净的铜。乙:铁与稀硫酸反应得氢气;用氢气还原氧化铜,充分反应后即得纯净的铜。(1)若两位同学消耗的稀硫酸和铁的量分别相同,请判断他们所制得铜的质量大小关系_(填选项的标号)。A.相同B.甲多C.乙多D.以上三种情况均有可能(2)丙同学认为上述两种方案都难以保证所制的铜的纯度,应对上述两种方案加以完善。甲同学的方案不完善的原因是_,完善乙同学的方案的一种方法是将所得的铜粉放入烧杯中,加入_,不断搅拌,然后_即得到纯净的铜。【解析】(1)在用氢气还原氧化铜的反应中,应先通入H2,赶走空气,然后才能加热,并且反应结束后应先撤去酒精灯
13、,再停止通入H2,因此所制得的H2并没有全部参与CuO的还原,故生成的铜少。(2)甲方案中铁过量,并且过滤后没有洗涤,产物中混有铁粉也可能混有FeSO4;而乙方案中可能混有CuO,应加入稀硫酸除去CuO。答案:(1)B(2)甲同学的方案产物中可能混有铁并且没有洗涤过量稀硫酸过滤、洗涤、烘干(20分钟30分)1.(6分)赤铜矿的主要成分是氧化亚铜(Cu2O),辉铜矿的主要成分是硫化亚铜(Cu2S),将赤铜矿与辉铜矿混合加热有如下反应:Cu2S+2Cu2O6Cu+SO2。下列对于该反应的说法中,正确的是()A.该反应中的氧化剂只有Cu2OB.Cu2S在反应中既是氧化剂又是还原剂C.Cu既是氧化产物
14、又是还原产物D.氧化产物与还原产物的物质的量之比为61【解析】选B。A选项,反应中,Cu2S和Cu2O中的+1价铜元素得电子生成0价的Cu,所以Cu2S和Cu2O都是氧化剂,错误;B选项,硫化亚铜中硫元素化合价升高,铜元素的化合价降低,所以Cu2S在反应中既是氧化剂,又是还原剂,正确;C选项,反应中,+1价铜元素得电子生成0价的Cu,所以Cu是还原产物,错误;D选项,根据Cu2S+2Cu2O6Cu+SO2可知,氧化产物和还原产物的物质的量之比是16,错误。2.(12分)某校化学兴趣小组同学为了克服传统铝热反应纸漏斗易燃烧,火星四射等缺点,将实验改成以下装置,取磁性氧化铁在如图A装置中进行铝热反
15、应,冷却后得到“铁块”混合物。(1)实验中可以用蔗糖和浓硫酸代替镁条作引火剂,其原因是_。(2)该铝热反应的化学方程式为_。(3)取反应后的“铁块”研碎取样称量,加入如图B装置,滴入足量NaOH溶液充分反应,测量生成气体体积以测量样品中残留铝的百分含量。试回答下列问题:量气管在读数时必须进行的步骤是_。取1 g样品进行上述实验,共收集到44.8 mL气体(换算成标准状况下),则铝的百分含量为_。装置中分液漏斗上端和试管用橡胶管连通,除了可以平衡压强让液体顺利滴入试管之外,还可以起到降低实验误差的作用。如果装置没有橡胶管,测出铝的百分含量将会_(填“偏大”或“偏小”)。【解析】(1)因为把浓硫酸
16、加入蔗糖中发生脱水并放出大量的热,可作引火剂。(2)Al还原Fe3O4生成Fe和Al2O3,配平可得化学方程式:8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe。(3)因为气体的体积受温度和压强影响,所以量气管在读数时必须进行的步骤是冷却至常温和调节量气管使左右液面相平。根据Al与NaOH溶液反应的化学方程式:2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2,m(Al)=n(Al)27 gmol-1=n(H2)27 gmol-1=0.044 8 L22.4 Lmol-127 gmol-1=0.036 g,则铝的百分含量为0.036 g1 g100%=3.6%。如果装置没有橡胶管,造成气体读数偏大,则
17、铝的百分含量将会偏大。答案:(1)蔗糖在浓硫酸中脱水并放出大量的热(2)8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe(3)冷却至常温和调节量气管使左右液面相平3.6%偏大3.(12分)铝是一种应用广泛的金属,工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下:以萤石(CaF2)和纯碱为原料制备冰晶石的流程如下:请回答下列问题:(1)写出反应的化学方程式:_。(2)滤液中加入CaO生成的沉淀是_(填化学式),反应的离子方程式为_。(3)写出由气体C制备冰晶石的化学方程式:_。【解析】(1)铝土矿的主要成分是Al2
18、O3和SiO2,加入NaOH溶液与Al2O3和SiO2都能发生反应。(2)滤液是NaAlO2和Na2SiO3混合溶液,加入CaO后将生成CaSiO3沉淀,从而除去Si;反应向NaAlO2溶液中通入CO2,目的是生成Al(OH)3沉淀,进而制得Al2O3,故反应的离子方程式为2Al+CO2+3H2O2Al(OH)3+C或Al+CO2+2H2OAl(OH)3+HC。(3)气体C为HF,其与Na2CO3、Al(OH)3反应制备冰晶石的化学方程式为12HF+2Al(OH)3+3Na2CO32Na3AlF6+3CO2+9H2O。答案:(1)Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O,SiO2+2NaO
19、HNa2SiO3+H2O(2)CaSiO32Al+CO2+3H2O2Al(OH)3+C(3)12HF+2Al(OH)3+3Na2CO32Na3AlF6+3CO2+9H2O【补偿训练】实验室中用含少量CO2杂质的CO来还原铁的氧化物FexOy并证明CO能够还原FexOy,且本身被氧化为CO2,实验所提供的各种仪器和药品如下:(1)实验时,上述仪器装置的正确连接顺序是(填写各接口的代号):混合气体_,_接F,E接_,_接_,_接_。(2)在装置乙中发生反应的化学方程式是_。(3)在装置甲中发生反应的化学方程式是_。(4)丙装置中澄清石灰水的作用是_。(5)经定量测定,0.4 g FexOy与CO反
20、应生成的气体通入过量的澄清石灰水中,生成0.75 g白色沉淀,则FexOy中x值是_,y值是_。(6)实验过程中,能说明CO能够还原FexOy的实验现象是_。能够说明CO被氧化成CO2的实验现象是_。【解析】据实验目的,分析每个装置的作用,然后连接;x、y值的计算依据C守恒关系:COCO2CaCO3,n(CaCO3)=n(CO)=7.510-3 mol,FexOy中氧的质量为44 gmol-17.510-3mol-28 gmol-17.510-3mol=0.12 g,n(Fe)=0.005 mol,n(O)=0.007 5 mol,=。答案:(1)DCABHGI(2)2NaOH+CO2Na2CO3+H2O(3)FexOy+yCOxFe+yCO2(4)检验CO2是否除净(5)23(6)丙中澄清石灰水不变浑浊,固体粉末从红棕色变黑色丙中澄清石灰水不变浑浊,丁中澄清石灰水变浑浊