1、金属矿物的开发利用(40分钟70分)一、选择题(本题包括10小题,每小题4分,共40分)1.(2020北京市昌平区高一检测) 神农本草经说:“水银熔化(加热)还复为丹。”黄帝九鼎神丹经中的“柔丹”“伏丹”都是在土釜中加热Hg制得的。这里的“丹”是指()A.氯化物B.合金C.硫化物D.氧化物【解析】选D。在土釜中加热Hg,金属汞可以和氧气发生反应得到氧化汞,氧化汞属于物质分类中的氧化物,故D符合题意。2.(2020银川高一检测)高铁钢轨全部为无缝钢轨,钢轨焊接可以采用铝热法,其原理如图所示。下列关于铝热法炼铁的叙述错误的是()A.铝热法炼铁的原理是Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3B.该实验需
2、要关注的安全事项是纸漏斗与盛沙子蒸发皿的距离不要太高,否则熔融的铁水易溅出伤人C.点燃镁条,镁条剧烈燃烧,放出大量的热,使氧化铁粉末和铝粉在较高的温度下发生剧烈的反应D.Fe2O3和Al粉的质量比要控制在21左右,且要混合均匀,以保证Fe2O3和Al都能完全反应【解析】选D。铝热法炼铁的原理是高温下铝把三氧化二铁中的铁置换出来,A项正确;高温熔融物遇到常温下的沙子容易溅出,B项正确;镁条燃烧是剧烈的放热反应,产生的高温可以引发铝热反应,C项正确;由化学方程式可以计算出Fe2O3和Al粉的质量比约为31,D项错误。【加固训练】下列金属中:铁;镁;锰;钒;铬;汞。可用铝热法制备的有()A.B.C.
3、D.【解析】选C。活泼性:MgAl,Al不能置换出Mg;汞的冶炼是热分解法。3.下列各组金属的冶炼最适合用H2或CO把它从化合物中还原出来的是()A.Ca、MgB.Al、FeC.Hg、AgD.Fe、Cu【解析】选D。Ca、Mg是活泼金属,应该采用电解法冶炼,A错误;Al是活泼金属,工业上采用电解熔融氧化铝的方法冶炼,Fe采用热还原法冶炼,B错误;Hg、Ag是不活泼金属,采用热分解法冶炼,C错误;Cu是较不活泼金属,可以用H2或CO把它从化合物中还原出来而采用热还原法冶炼,Fe采用热还原法冶炼,D正确。4.下列说法错误的是()A.有些活泼金属(如铝)可用作热还原法的还原剂B.加强热,使氧化铜在高
4、温条件下分解可制备单质铜C.金属冶炼的实质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子D.回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物【解析】选B。铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属,如2Al+Fe2O32Fe+Al2O3,A正确;制备单质Cu用热还原法,B错误;金属冶炼的实质就是把金属阳离子还原为金属原子,C正确;将旧金属回收,重新利用,变废为宝,D正确。5.(2020四平高一检测)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
5、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。6.(2020临汾高一检测)下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是()选项金属存在形式冶炼方法A铜化合态铁的金属性比铜强,可将铁与CuSO4溶液反应冶炼铜B银化合态银的金属性弱,用加热Ag2O的方法冶炼C铁化合态铝的金属性比铁强,可用铝热法炼铁D钠化合态钠的金属性强,一般还原剂很难将其还原出来,所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼【解析】选D。铜的性质较活泼,以化合态存在于自然界中,铁的金属性比铜强,可用铁将CuSO4溶液中的铜置换出来,这种方法称为湿法冶金,故A正确;银的活泼性
6、较弱,以化合态存在于自然界中,常常用加热Ag2O分解的方法冶炼银,故B正确;铁的性质较活泼,以化合态存在于自然界中,常常用热还原法冶炼铁,如铝热法炼铁,故C正确;钠的性质活泼,以化合态存在于自然界中,一般还原剂很难将其还原出来,常常用电解熔融NaCl的方法冶炼,故D错误。7.已知一些金属单质的发现与其金属活动性存在着某种必然的联系,请你推测:下列事件发生在铁器时代之前的是()A.金属铝的冶炼B.青铜器时代C.金属钾的使用D.戴维发现金属钠【解析】选B。金属单质的发现和使用与金属活动性顺序相反,即金属越不活泼越易被还原成金属单质,被发现和使用越早,比铁不活泼的金属在四个选项中只有Cu,故选B。8
7、.如图是铝与氧化铁发生的铝热反应的实验装置,有关该反应的下列说法中一定正确的是()A.a为镁条B.b为氧化铁与铝粉的混合物C.2 mol氧化剂参与反应则电子转移6NA个(设NA为阿伏加德罗常数)D.还原剂与氧化产物的物质的量之比为12【解析】选A。铝与氧化铁的铝热反应为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe。A项,a为镁条,起引燃作用,故A正确;B项,b为氯酸钾,作助燃剂,以保证镁条的继续燃烧,同时放出足够的热量引发氧化铁和铝粉的反应,其中c为氧化铁与铝粉的混合物,故B错误;C项,2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,该反应中氧化剂是氧化铁,2 mol氧化剂参与反应则电子转移12NA个,故C错误
8、;D项,该反应中还原剂是铝,氧化产物是氧化铝,还原剂和氧化产物的物质的量之比为21,故D错误。9.(教材二次开发原创题)某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应,它可用于某些金属的冶炼。下列反应速率(v)和温度(T)的关系示意图中与铝热反应最接近的是()【解析】选B。镁条燃烧放出的热量使金属氧化物粉末和Al粉的温度升高到一定值时,铝热反应开始,铝热反应放出大量的热,又使金属氧化物粉末和Al粉的温度迅速升高,铝热反应速率大幅度增大。10.(2020邢台高一检测)利用金属活泼性的差异,可以采取不同的冶炼方法冶炼金属。下列化学反应原理在金属冶炼工业中还没有得到应用的是()A.Al2O
9、3+3C2Al+3COB.Fe2O3+3CO2Fe+3CO2C.2Ag2O4Ag+O2D.Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3【解析】选A。铝很活泼,工业上电解熔融氧化铝冶炼铝,不能利用还原法,A错误;铁是位于金属活动性顺序表中间位置的金属,通常用热还原法冶炼,B正确;银是不活泼的金属,可以采用热分解法,C正确;铝的金属性强于铁,可以用铝热反应冶炼金属铁,D正确。【加固训练】下列反应原理符合工业冶炼金属镁的是()A.2Na+MgCl22NaCl+MgB.MgCl2(熔融)Mg+Cl2C.2MgO2Mg+O2D.2Al+3MgO3Mg+Al2O3【解析】选B。A项, 钠比镁贵重,钠的工业操作要求
10、、经济价值较高,所以该反应不宜用于工业上冶炼金属镁,A项错误;B项,Mg为活泼金属,通常采用电解熔融金属化合物的方法冶炼,操作相对简便,经济价值较高,宜用于工业上冶炼金属镁,B项正确;C项,MgO的熔点很高(2 852 ),在加热条件下难以分解,加热分解能耗大,所以该反应不宜用于工业上冶炼金属镁,C项错误;D项,Mg比Al活泼不能用铝热反应冶炼Mg。二、非选择题(本题包括2小题,共30分)11.(14分)根据如图所示一氧化碳与铁的氧化物反应制得还原铁粉的实验装置,回答下列问题。(1)如何判断硬质玻璃管中Fe2O3已开始发生反应?。(2)上述得到还原铁粉的冶炼方法是,冶炼铝(填“能”或“否”)利
11、用该方法。(3)实验结束时应注意的操作是。先停止通入CO先熄灭酒精灯,并继续通入CO,不再点燃排出的CO气体熄灭酒精灯,同时停止通入CO先熄灭酒精灯,继续通入CO,并点燃排出的CO气体【解析】(1)反应开始发生后红棕色Fe2O3与CO发生反应生成黑色的铁粉,生成的CO2通入澄清石灰水时变浑浊。(2)该反应利用CO的还原性来冶炼金属,为热还原法。由于铝的化学性质太活泼,不能用热还原法冶炼,应该采用电解法。(3)反应结束时:防止高温时铁粉再被氧化,防止溶液倒吸,防止CO污染大气,故先熄灭酒精灯,继续通入CO,并点燃排出的CO气体。答案:(1)当硬质玻璃管中红棕色物质开始变黑,b中澄清石灰水开始变浑
12、浊时,说明已开始发生反应(2)热还原法否(3)12.(16分)钨是我国丰产元素。自然界中钨主要以钨(+6)酸盐的形式存在。黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐(FeWO4、MnWO4)。黑钨矿传统冶炼工艺流程图如下:(1)已知上述转化中,除最后一步外,W的化合价未发生变化,则产品C的化学式为;如何将其冶炼成单质(用化学方程式表示):。根据金属的活动性不同,金属的冶炼方法一般有、三种。(2)写出第一步转化中“Mn2+MnO2”的离子方程式。(3)我国钨化学研究的奠基人顾翼东先生采用另外的反应制得了一种蓝色的、非整比的钨的氧化物WO(3-x)。这种蓝色氧化钨具有比表面大、易还原的优点。一般认为,蓝色氧
13、化钨的颜色和非整比暗示了在化合物中存在正五价和正六价两种价态的钨,已知x的值为0.1,则蓝色氧化钨中这两种价态的钨原子数之比为。【解析】(1)由工艺流程图中各物质的转化关系可知MnO2、Fe2O3进入滤渣,滤液A中含Na+、W,加入浓盐酸后沉淀为H2WO4,燃烧H2WO4得WO3,用氢气还原得W。(2)利用题中信息书写反应方程式:2Mn2+O2+4OH-2MnO2+2H2O。(3)x=0.1,则钨的氧化物为WO2.9,即W的平均化合价为+5.8价。可用十字交叉法求算:。答案:(1)WO3WO3+3H2W+3H2O热分解法热还原法电解法(2)2Mn2+O2+4OH-2MnO2+2H2O(3)14
14、(20分钟30分)一、选择题(本题包括3小题,每小题5分,共15分)13.(2020潍坊高一检测)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】选D。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,变为单质时需得到的电子越多,消耗铝越多;金属化合价越低,得电子数越少,消耗铝越少。以上金属氧化物中金属的化合价分别为Mn(+4)、W(+6)、Cr(+3)、Co(+),则Co化合价最低,消耗铝最少。14.利用黄铜矿冶炼铜的主要原理为8CuFeS2+2
15、1O28Cu+4FeO+2Fe2O3+16SO2,下列有关判断合理的是()A.避免污染,排放的尾气用98.3%的浓硫酸吸收B.CuFeS2中铁显+2价,该反应中只有Cu被还原C.检查炉渣中含+2价铁的试剂是盐酸、KSCN溶液和氯水D.冶炼铜的废料可以冶炼铁和制硫酸【解析】选D。浓硫酸不能吸收SO2,A项错误。该反应中铜、氧元素化合价降低,被还原,B项错误。在+3价铁存在下检验+2价铁,应用酸性高锰酸钾溶液,C项错误。炉渣中含有氧化铁和氧化亚铁,可以冶炼铁;二氧化硫可以用作制硫酸的原料,D项正确。【加固训练】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
16、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,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。Cu2S中Cu为+1价,S为-2价,Cu2O中Cu为+1价;生成物中Cu为0价,SO2中S为+4价;根据元素化合价变化可知,Cu2S既是氧化剂又是还原剂,Cu2O只是氧化剂,Cu是还原产物,SO2是氧化产物。15.(2020石家庄高一检测)已知A、B、C、D为原子序数依次增大的短周期元素,E为地壳中含量最高的过渡金属元素,A与D同主族,B与
17、C同周期,且C与D的原子序数之和为20,C单质能与无色无味液体m反应置换出B单质,D单质也能与m反应置换出A单质,A、B、C均能与D形成离子化合物,下列说法不正确的是()A.B、E两元素形成的化合物都为黑色固体B.B、D形成的离子化合物可能含有共价键C.D的单质只有还原性,没有氧化性D.工业上可以用铝热法制取金属E用于野外焊接铁轨【解析】选A。已知A、B、C、D为原子序数依次增大的短周期元素,E为地壳中含量最高的过渡金属元素,则E为Fe元素;C单质能与无色无味液体m反应置换出B单质,D单质也能与m反应置换出A单质,A、B单质应该为氢气、氧气,结合原子序数可知A为H,B为O元素;A与D同主族,则
18、D为Na元素;B与C同周期,且C与D的原子序数之和为20,则C的原子序数=20-11=9,为F元素,据此解答。根据分析可知:A为H,B为O,C为F,D为Na,E为Fe元素;O、Fe形成的氧化铁为红棕色,故A错误;O、Na形成的过氧化钠是离子化合物,含有共价键和离子键,故B正确;Na为活泼金属,金属钠只有还原性,没有氧化性,故C正确;Al的还原性大于Fe,可以用铝热反应制取Fe用于野外焊接铁轨,故D正确。二、非选择题(本题包括1小题,共15分)16.(2020盘锦高一检测)除金、铂等极少数金属外,绝大多数金属元素以化合物形式存在于自然界中,将金属元素从其化合物中还原出来的过程称为金属的冶炼。下列
19、材料描述了一些常见金属的冶炼方法。工业上冶炼镁的方法有两种,电解法和皮江法。电解法是电解熔融的氯化镁;皮江法是硅在高温下还原氧化镁。霍尔-埃鲁铝电解法是以氧化铝为原料、冰晶石(Na3AlF6)为熔剂组成的电解质,在950970 的条件下通过电解的方法使电解质熔体中的氧化铝分解为铝和氧气。湿法炼铜是工业上常用的一种炼铜的方法。使用铁和硫酸铜溶液反应。工业上冶炼银的方法是加热条件下让氧化银分解。冶炼锰一般用铝热法,即在高温下用铝还原二氧化锰。相关物质熔点见表:物质Al2O3AlCl3MgOMgCl2AlMnMg熔点/2 3031902 8007126601 244649.根据上述信息回答下列问题:
20、(1)影响金属冶炼方法的首要因素是。(2)冶炼镁时电解熔融MgCl2而不电解熔融MgO,冶炼铝时电解熔融Al2O3而不电解熔融AlCl3的原因是 。(3)写出铝热法冶炼锰的化学方程式 ,一般使用铝热法冶炼的金属具有哪些性质。.下面是皮江法冶炼镁的工业流程示意图(1)气体a是。(2)白云石煅烧前粉碎的目的是 。(3)还原炉需控制温度为1 200 左右,并抽空气到近似真空。还原炉中发生的主要反应是、。(4)还原炉中抽空气到近似真空的原因是 。【解析】.(1)通常根据金属的活泼性顺序选择金属冶炼的方法,可见影响金属冶炼方法的首要因素是金属的活泼性。(2)因为MgO的熔点比MgCl2更高,为节约能源,
21、冶炼镁时电解熔融MgCl2而不电解熔融MgO;AlCl3属于共价化合物,熔融状态下不导电,故不能电解AlCl3,冶炼铝时只能电解熔融Al2O3。(3)铝热法冶炼锰是铝与二氧化锰高温下发生反应,化学方程式为4Al+3MnO22Al2O3+3Mn;通常高熔点且比铝不活泼的金属使用铝热法冶炼。.(1)CaMg(CO3)2高温煅烧生成CO2和氧化镁、氧化钙,则气体a是CO2。(2)为增大固体表面积,提高反应速率通常煅烧前将白云石粉碎。(3)还原炉需控制温度为1 200 左右,发生的主要反应是2MgO+Si2Mg+SiO2、SiO2+CaOCaSiO3。(4)防止已还原的Mg在高温条件下再次被氧化,需要将还原炉中空气抽尽,接近真空。答案:.(1)金属的活泼性(2)MgO的熔点比MgCl2更高,电解时需要更多的能量,故选用MgCl2;AlCl3属于共价化合物,熔融状态下不导电,故不能电解AlCl3(3)4Al+3MnO22Al2O3+3Mn 熔点高且比铝不活泼的金属.(1)CO2(2)增大固体表面积,提高反应速率(3)2MgO+Si2Mg+SiO2SiO2+CaOCaSiO3(4)防止已还原的Mg在高温条件下再次被氧化