1、第四章化学与自然资源的开发利用第一节开发利用金属矿物和海水资源第1课时金属矿物的开发利用一、选择题1.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、氢气或活泼金属等解析:活泼金属的冶炼是电解其熔融盐(如MgCl2、NaCl等)或熔融氧化物(如Al2O3等)制得的,电解其盐溶液得不到金属单质,C错误。答案:C2.工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法,由于金属的化学活动性不同,因此选用不同的冶炼方法。你认为选择方法主要依据()A.金属在自然界的存在形式B
2、.金属元素在地壳中的含量C.金属熔点高低D.金属阳离子得电子能力解析:冶炼金属选择方法选择的依据是金属活动性,也可认为是对应金属阳离子的得电子能力。答案:D3.下列冶炼方法中,不能将化合物中的金属元素还原为金属单质的是()A.加热Al2O3B.加热HgOC.电解熔融NaClD.铝粉和Fe2O3共热解析:A项中Al2O3熔点高,难以分解;汞用加热HgO制取;金属钠是活泼金属,用电解法制取;D项中铝粉和Fe2O3组成铝热剂,可将Fe2O3中的铁还原成单质。答案:A4.将等物质的量的镁和铝相混合,取等质量的该混合物四份,分别加到足量的下列溶液中,充分反应后,放出氢气最多的是()A.3 molL-1
3、HCl溶液B.4 molL-1 HNO3溶液C.8 molL-1 NaOH溶液D.18 molL-1 H2SO4溶液解析:因Mg、Al与HNO3、浓硫酸作用不生成H2,故排除B、D;因NaOH溶液只能与Al反应,Mg不与碱反应,所以生成的气体较A项少。所以选A。答案:A5.从石器、青铜器到铁器时代,金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。下图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限,之所以有先后,主要取决于()A.金属的化合价高低B.金属的活动性强弱C.金属的导电性强弱D.金属在地壳中的含量多少解析:金属开发利用的先后顺序与金属冶炼的难易程度有关,而金属冶炼的难易程度取决于金属的活动性强弱。答案:B
4、6.金属锂是密度最小的金属,等质量的金属锂能释放出更多的电子,故常用来制造高能量电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间,则下列能冶炼出金属锂的方法是()A.电解法B.热还原法C.热分解法D.铝热法解析:可以根据金属活动性与金属冶炼方法之间的联系来判断,锂的金属性介于钠和镁之间,应该与钠、镁的冶炼方法相同,都用电解法才能得到金属单质。答案:A7.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。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.()
5、用D.()用解析: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,符合;():先从光卤石中提取MgCl2,再电解MgCl2:MgCl2(熔融)Mg+Cl2,符合。答案:B8.用铝热法还原下列氧化物,制得金属各1 mol,消耗铝最少的是()A.MnO2B.WO3C.Cr2O3D.Co3O4解析:用铝热法还原金属氧化物时,Al作还原剂,金属氧化物作氧化剂。在反应中金属氧化物被还原为单质,显然,在氧化物中金属化合价越高,变为单质
6、时需获得的电子就越多,消耗铝也越多;金属氧化物中金属的化合价分别为Mn(+4)、W(+6)、Cr(+3)、Co(+83),Co耗铝最少。答案:D9.成语、诗词话科学对下列成语或诗句所描述现象的解释,你认为错误的是()成语或诗句用化学知识解释A唐代李白诗句“风吹柳花满店香”这是生活中常见的一种分子扩散运动B“烈火见真金”金的性质稳定,在烈火中也不会发生反应C明代于谦诗句“粉身碎骨浑不怕”它指石灰石碾碎成粉末状的物理变化过程D成语“百炼成钢”通过反复锤炼,减少铁合金中碳元素的质量分数解析:诗句“粉身碎骨浑不怕”,描述的是生石灰遇水由块状变成粉末状的过程,是化学过程。答案:C10.化学学科的发展对人
7、类文明进步起到了极为重要的作用。下列认识正确的是()A.人类对金、银、铜、铁、铝的认识与其在自然界的分布无关B.人类解决吃、穿、住、行最有效的方法就是大力开发石油及其产品C.工业上可用电解熔融态的MgCl2、AlCl3来制备Mg、AlD.工业上可用空气、Cu、稀硫酸来制备CuSO4解析:选项A,人类对金属的认识与其在自然界中的分布有着密切的关系。选项B,石油是不可再生资源,总有一天,石油会消耗殆尽,它不是解决人类吃、穿、住、行最有效的方法。选项C,AlCl3是共价化合物,电解熔融AlCl3得不到Al。选项D,将铜粉放在稀硫酸中,不断通入空气,加热即可生成CuSO4。答案:D二、非选择题11.如
8、图为铝热反应的实验装置,请回答下列问题:(1)该实验装置中还缺。引发铝热反应的操作为。(2)若将氧化铁换成氧化镁,该反应发生(填“能”或“不能”),理由是。(3)铝热反应的用途有哪些?。解析:(1)利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应,同时促使KClO3分解产生O2,使镁条快速燃烧。(2)Mg比Al活泼,Al不能从MgO中置换出Mg。答案:(1)镁条和氯酸钾在混合物中间插一根长度约10厘米的镁条,上端弯曲,将氯酸钾放在镁条的周围,用燃着的小木条(或另一根点燃的镁条)点燃镁条(2)不能镁比铝活泼,铝不能置换镁(3)用于焊接钢轨;冶炼某些熔点高的金属12.钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关
9、注。常温下钛不与非金属、强酸反应,红热时,却可与常见的非金属单质反应。钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。地壳中含钛铁矿石之一是金红石(TiO2),目前大规模生产钛的方法是:第一步:金红石、炭粉混合,在高温条件下通入Cl2制得TiCl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式为,该反应的还原剂是。第二步:在氩气的气氛中,用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。(1)写出此反应的化学方程式:;(2)简述从上述所得产物中获取金属钛的步骤:。解析:常温时钛不与非金属、强酸反应;红热时钛可与常见非金属单质反应。可类比一般不活泼金属氧化物,选用碳作还原剂制得金属,金属再与Cl2反应生成氯化物。两
10、反应合并的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO。(1)Mg为活泼金属,在氩气作为保护气的环境中还原TiCl4:2Mg+TiCl42MgCl2+Ti。(2)还原出的Ti与Mg混合,分离时用强酸,因钛不与强酸反应,所以可将上述产物溶于过量的盐酸中,然后过滤、洗涤,即可得到纯净的钛。答案:TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2COC(1)2Mg+TiCl42MgCl2+Ti(2)将还原后的产物溶于过量的盐酸中,过滤、洗涤,即可得到纯净的钛13.黄铜矿(CuFeS2)是制取铜及其化合物的主要原料之一,还可制备硫和铁的化合物。(1)冶炼铜的反应为8CuFeS2+21O28Cu+4FeO
11、+2Fe2O3+16SO2。若CuFeS2中Fe的化合价为+2,反应中被还原的元素是(填元素符号)。(2)上述冶炼过程产生大量SO2。下列处理方案中合理的是(填序号)。A.高空排放B.用于制备硫酸C.用纯碱溶液吸收制Na2SO3D.用浓硫酸吸收(3)利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。方法为:用稀盐酸浸取炉渣,过滤。滤液先氧化,再加入过量NaOH溶液,过滤,将沉淀洗涤、干燥、煅烧得Fe2O3。根据以上信息回答下列问题:a.除去Al3+的离子方程式是。b.选用提供的试剂,设计实验验证炉渣中含有FeO。提供的试剂:稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、
12、KMnO4溶液、NaOH溶液、碘水。所选试剂为。证明炉渣中含有FeO的实验现象为。解析:(1)分析化学方程式中各元素化合价可知:Cu由+2价0价,O由0价-2价,铜元素、氧元素在反应中被还原。(2)二氧化硫污染环境,不能排入空气中。浓硫酸不能吸收二氧化硫,也不能消耗二氧化硫。二氧化硫可以“变废为宝”制硫酸,也可以用纯碱溶液吸收制亚硫酸钠。(3)Al3+与过量的氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠溶液,而Fe3+与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铁沉淀,过滤,将Al3+除去。反应的离子方程式为Al3+4OH-AlO2-+2H2O。若要证明炉渣中含有FeO需要首先将其溶解,生成可溶性的亚铁盐,结合试剂分析可知,
13、将该溶液加入到高锰酸钾溶液中,亚铁离子具有强还原性,因此,可以使高锰酸钾溶液褪色。选用的试剂是稀硫酸和高锰酸钾溶液。答案:(1)Cu、O(2)BC(3)a.Al3+4OH-AlO2-+2H2Ob.稀硫酸、KMnO4溶液用稀硫酸浸取炉渣所得的溶液能使KMnO4溶液褪色14.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
14、置中澄清石灰水的作用是。(5)经定量测定,0.4 g FexOy与CO反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=,y=。(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COCO2CaCO3n(CaCO3)=n(CO)=0.75g100gmol-1=7.510-3 molFexOy中氧的质量为44 gmol-17.510-3 mol-28 gmol-17.510-3 mol=0.12 gn(Fe)=0.4g-0.12g56gmol-1=0.005 mol,n(O)=0.12g16gmol-1=0.007 5 mol,xy=23 答案:(1)DCABHGI(2)2NaOH+CO2Na2CO3+H2O(3)FexOy+yCOxFe+yCO2(4)检验CO2是否除净(5)23(6)固体粉末从红色变黑色丁中澄清石灰水变浑浊8