1、用途广泛的金属材料开发利用金属矿物(45分钟100分)一、选择题(本题包括9小题,每题6分,共54分)1.下列有关金属冶炼的方法叙述正确的是()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。2. 2017年11月30日,第二架国产大型客机C 919在上海浦东国际机场实现首飞。C 919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识不正确的是()A.铝锂合金密度较
2、小,强度较大,硬度大于纯铝,熔点低于锂单质B.改变原料的配比,可以制得性能不同的铝锂合金C.铝锂合金具有金属光泽,可导电导热D.铝锂合金的性质与各成分金属的性质完全相同【解析】选D。合金的熔点比它的各成分金属的熔点低,硬度大于其成分金属,A正确;合金的性质与成分的含量有关,所以改变原料的配比,可以制得性能不同的铝锂合金,B正确;铝锂合金具有金属材料的一些通性,有金属光泽,可导电导热, C正确;铝锂合金的性质与各成分金属的性质不完全相同,D错误。3. “拟晶”是一种具有凸多面体规则外形但不同于晶体的固态物质。Al65Cu23Fe12是二十世纪发现的几百种拟晶之一,具有合金的某些优良物理性能。下列
3、有关这种拟晶的说法正确的是()A.无法确定Al65Cu23Fe12中三种金属的化合价B.Al65Cu23Fe12的硬度小于金属铁C.Al65Cu23Fe12不可用作长期浸泡在海水中的材料D.1 mol Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去265 mol电子【解析】选C。拟晶Al65Cu23Fe12是由三种金属元素组成,由于金属无负价,根据化合价代数和为0的原则,三种金属的化合价均可视作0价,A错误;拟晶具有合金的某些优良物理性能,合金的硬度一般比各成分金属大,B错误;Al65Cu23Fe12与海水可以构成原电池,会加速金属的腐蚀,因此不可用作长期浸泡在海水中的材料,C正确;溶于过量的
4、硝酸时,Al与Fe均变为+3价,Cu变为+2价,故1 mol Al65Cu23Fe12失电子为653+232+123=277 mol,D错误。4.某同学通过系列实验,探究Cu及其化合物的性质,下列操作正确且能达到目的的是()A.将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuSB.将Cu片放入过量浓硫酸中,一段时间后加水以观察CuSO4溶液的颜色C.向CuSO4溶液中加入NaOH溶液,过滤洗涤并收集沉淀,加热以制取CuOD.设计Cu-Al-浓硝酸原电池,以证明金属活动性:CuAl【解析】选C。铜粉和硫粉反应生成Cu2S,A错误;Cu与浓硫酸的反应需要加热,B错误;CuSO4溶液与NaOH反应,过滤洗涤并收
5、集沉淀,加热以制取CuO,C正确;Al在浓硝酸中发生钝化,故在Cu-Al-浓硝酸原电池中,Cu发生氧化反应,作负极,不能证明金属活动性:CuAl,D错误。5.已知NH4CuSO3与足量的2 molL-1硫酸溶液混合微热,产生下列现象:有红色金属生成;产生刺激性气味的气体;溶液呈现蓝色。据此判断下列说法正确的是()A.反应中硫酸作氧化剂B.NH4CuSO3中硫元素被氧化C.1 mol NH4CuSO3完全反应转移0.5 mol电子D.刺激性气味的气体是氨气【解析】选C。由现象可知发生的反应为2NH4CuSO3+4H+Cu+Cu2+2SO2+2H2O+2N,反应只有Cu的化合价发生变化,硫酸体现酸
6、性,A错误;NH4CuSO4反应前后S的化合价没有发生变化,B错误;反应只有Cu的化合价分别由+1+2,+10,每2 mol NH4CuSO3参加反应则转移1 mol电子,则1 mol NH4CuSO3完全反应转移0.5 mol电子,C正确;反应是在酸性条件下进行,不可能生成氨气,D错误。6.氢化亚铜(CuH)是一种难溶物质,用CuSO4溶液和“另一种反应物”在4050 时反应可生成它。CuH不稳定,易分解;CuH在氯气中能燃烧,跟盐酸反应能产生气体。下列有关推断中错误的是 ()A.这里的“另一种反应物”具有还原性B.CuH可作氧化剂、还原剂C.CuH+Cl2CuCl+HCl(燃烧)D.CuH
7、+HClCuCl+H2(常温)【解析】选C。“另一种反应物”具有还原性,才能使铜的化合价降低,A正确;CuH不稳定,易分解,CuH可作氧化剂、还原剂,B正确;Cl2具有强氧化性,产物应为CuCl2和HCl,C错误;CuH跟盐酸反应能产生氢气,D正确。7.利用如图装置做铝热反应实验,下列说法不正确的是 ()A.该反应的化学方程式是2Al+Fe2O32Fe+Al2O3B.该反应会产生高温,发出强光C.根据铝热反应的原理,可以冶炼某些金属D.若反应中转移3 mol 电子,消耗氧化剂的物质的量是1 mol【解析】选D。铝热反应方程式是2Al+Fe2O32Fe+Al2O3,A正确;铝热反应会放出大量的热
8、以及发出强光,B正确;根据铝热反应的原理,可以冶炼某些金属,C正确;反应中转移3 mol 电子,消耗Fe2O3的物质的量是0.5 mol,D错误。8.某混合物X由Al2O3、Fe2O3、Cu、SiO2中的一种或几种物质组成。进行如下实验:9.4 g X6.4 g固体蓝色溶液和1.92 g固体下列有关说法正确的是()A.步骤中减少的3 g固体一定是混合物B.步骤中质量减少的物质一定是CuC.根据步骤、可以判断混合物X的成分为Al2O3、Fe2O3、Cu、SiO2D.根据步骤可以得出,m(Fe2O3)m(Cu)=11【解析】选D。步骤中,加入过量NaOH溶液固体质量减少了3 g,溶解的是Al2O3
9、和SiO2中的一种或两种,A、C错误;步骤中加入过量盐酸,Fe2O3溶解后又和Cu发生反应,故减少的固体是Fe2O3和Cu,B错误;步骤中发生的总反应为Fe2O3+Cu+6HCl2FeCl2+CuCl2+3H2O,溶解的固体(6.4 g-1.92 g=4.48 g)中,Fe2O3和Cu的物质的量相等,又因为盐酸过量,Fe2O3完全溶解,剩余的固体为Cu,可计算出Fe2O3和Cu的质量相等,D正确。9.(能力挑战题)火法炼铜首先要焙烧黄铜矿,在高温下发生反应:2CuFeS2+O2Cu2S+2FeS+SO2。下列说法正确的是()A.SO2只是氧化产物B.CuFeS2仅作还原剂,硫元素被氧化C.每生
10、成1 mol Cu2S,有4 mol 硫被氧化D.每转移1.2 mol 电子,有0.2 mol 硫被氧化【解析】选D。SO2是O2被还原的产物,同时又是CuFeS2被氧化得到的,二氧化硫既是氧化产物又是还原产物,A错误;CuFeS2既是氧化剂,又是还原剂,B错误;每生成1 mol Cu2S,应有1 mol硫被氧化,C错误;每转移6 mol e-,有1 mol硫被氧化,所以当转移1.2 mol e-时,有0.2 mol 硫被氧化,D正确。二、非选择题(本题包括3小题,共46分)10.(15分)用辉铜矿(主要成分为Cu2S,含少量Fe2O3、SiO2等杂质)制备难溶于水的碱式碳酸铜的流程如图:(1
11、)下列措施是为了加快浸取速率,其中无法达到目的的是_(填字母)。A.延长浸取时间B.将辉铜矿粉碎C.充分搅拌D.适当增加硫酸浓度(2)滤渣中的主要成分是MnO2、S、SiO2,请写出“浸取”反应中生成S的离子方程式:_。(3)研究发现,若先除铁再浸取,浸取速率明显变慢,可能的原因是 _。(4)“除铁”的方法是通过调节溶液pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3。则加入的试剂A可以是_(填化学式);“赶氨”时,最适宜的操作方法是_。(5)“沉锰”(除Mn2+)过程中有关反应的离子方程式为_。(6)滤液经蒸发结晶得到的盐主要是_(填化学式)。【解析】辉铜矿主要成分为Cu2S,含少量Fe2O3、SiO2
12、等杂质,加入稀硫酸和二氧化锰浸取,过滤得到滤渣为MnO2、SiO2、单质S,滤液中含有Fe3+、Mn2+、Cu2+,调节溶液pH除去铁离子,加入碳酸氢铵溶液沉淀锰,过滤得到滤液,赶出的氨气循环使用。(1)酸浸时,通过粉碎矿石或者增加溶液浓度或者进行搅拌都可以提高浸取速率,延长浸取时间并不能提高速率。(2)“浸取”时,在酸性条件下MnO2氧化Cu2S得到硫沉淀、CuSO4和MnSO4,反应的离子方程式是2MnO2+Cu2S+8H+S+2Cu2+2Mn2+4H2O。(3)若先除铁再浸取,浸取速率明显变慢,Fe2O3在浸取时起催化作用,Fe3+可催化Cu2S被MnO2氧化。(4)加入的试剂A应用于调
13、节溶液pH,促进铁离子的水解,但不能引入杂质,因最后要制备碱式碳酸铜,则可加入氧化铜、氢氧化铜等,因氨气易挥发,加热可促进挥发,则可用加热的方法。(5)“沉锰”(除Mn2+)过程中,加入碳酸氢铵和氨气,生成碳酸锰沉淀,反应的离子方程式为Mn2+HC+NH3MnCO3+N。(6)滤液主要是硫酸铵溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硫酸铵晶体。答案:(1)A(2)2MnO2+Cu2S+8H+S+2Cu2+2Mn2+4H2O(3)Fe3+可催化Cu2S被MnO2氧化(4)CuO或Cu(OH)2加热(5)Mn2+HC+NH3MnCO3+N(6)(NH4)2SO4【加固训练】以海绵铜(主要成分为铜和
14、氧化铜)为原料采用硝酸铵氧化分解技术生产氯化亚铜的工艺流程如图所示:请回答下列问题:(1)溶解时硫酸浓度一般控制在0.25 molL-1。配制1 000 mL此硫酸,需要质量分数为98%、密度为1.84 gcm-1的浓硫酸_mL(小数点后保留1位数字)。(2)溶解时需要控制温度在6070 ,原因是_。(3)操作X的名称是_。(4)还原、氯化过程的化学方程式是 _。亚硫酸铵要适当过量,可能的原因是 _(答出一条即可)。【解析】(1)浓硫酸的c=18.4(molL-1)。由18.4 molL-1V(浓)=0.25 molL-11 000 mL,得V(浓)13.6 mL。(2)由流程可以看出,温度过
15、低,铜的溶解速率慢;温度过高,铵盐会发生分解。(3)操作X是将不溶杂质除去,故为过滤。(4)目的是制取CuCl,还原、氯化过程是将Cu2+还原为CuCl。亚硫酸铵适当过量,溶液中的离子浓度较大,可以提高反应速率,同时亚硫酸铵具有还原性,可以防止空气中的氧气将CuCl中+1价的Cu氧化。答案:(1)13.6(2)温度低,铜的溶解速率慢;温度高,铵盐会发生分解(3)过滤(4)2CuSO4+(NH4)2SO3+2NH4Cl+H2O2CuCl+2(NH4)2SO4+H2SO4可以提高反应速率,防止生成的CuCl被空气氧化(答出一条即可)11.(15分)某化学兴趣小组用只含有铝、铁、铜的工业合金制取纯净
16、的氯化铝溶液、绿矾晶体(FeSO47H2O)和胆矾晶体,其实验方案如图所示:(1)合金属于_(填“纯净物”或“混合物”),合金与NaOH溶液反应的离子方程式为_。(2)方案中途径的离子方程式为_,D中加入适量盐酸的离子方程式为_。(3)滤渣F为_,途径、的化学方程式分别为_、_。途径相比,途径_更好,理由是_ _。(4)CuSO4溶液中获得胆矾的操作为_,洗涤、自然干燥。(5)CuO与Al反应的化学方程式为_。(6)Cu在潮湿的空气中放置较长时间,最后得到绿色的铜锈,其化学式为_。【解析】(1)合金属于混合物;合金中铝与NaOH溶液反应离子方程式为2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2。(2
17、)方案中途径的离子方程式Al+CO2+2H2OAl(OH)3+HC;D中加入适量盐酸的离子方程式为Al(OH)3+3H+Al3+3H2O。(3)滤渣F为Cu;途径、的化学方程式分别为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2+2H2O、2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O;途径无污染。(4)CuSO4溶液中获得胆矾的操作为蒸发浓缩,冷却结晶、过滤、洗涤、自然干燥。(5)CuO与Al反应的化学方程式为3CuO+2Al3Cu+Al2O3(6)铜锈的化学式为Cu2(OH)2CO3。答案:(1)混合物 2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2(2)Al+CO2+2H2OAl(OH)3+HC
18、 Al(OH)3+3H+Al3+3H2O(3)CuCu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2+2H2O2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O相对来说H2SO4的利用率高且无污染(4)蒸发浓缩,冷却结晶、过滤(5)3CuO+2Al3Cu+Al2O3(6)Cu2(OH)2CO312.(16分)(能力挑战题)铁矿石是工业炼铁的主要原料之一,其主要成分为铁的氧化物(设杂质中不含铁元素和氧元素,且杂质不与H2SO4反应)。某研究性学习小组对某铁矿石中铁的氧化物的化学式进行探究。.铁矿石中含氧量的测定按如图组装仪器,_;将5.0 g铁矿石放入硬质玻璃管中,装置B、C中的药品如图所示(夹持仪器均省
19、略);从左端导气管口处不断地缓缓通入H2,待装置C出口处H2验纯后,点燃A处酒精灯;充分反应后,撤掉酒精灯,再持续通入氢气至完全冷却。(1)补全步骤的操作:_。(2)装置C的作用为_。(3)测得反应后装置B增重1.35 g,则铁矿石中氧的质量百分含量为_。.铁矿石中含铁量的测定(4)步骤中煮沸的作用是_。(5)下列有关步骤的操作中说法正确的是_(填字母)。a.因为碘水为黄色,所以滴定过程中不需加指示剂b.滴定过程中可利用淀粉溶液作为指示剂c.滴定管用蒸馏水洗涤后可以直接装液d.锥形瓶不需要用待测液润洗e.滴定过程中,眼睛注视滴定管中液面变化f.滴定结束后,30 s内溶液不恢复原来的颜色,再读数
20、(6)若滴定过程中消耗0.400 0 molL-1的KI溶液25.00 mL,则铁矿石中铁的质量百分含量为_。.(7)由、可以推算出该铁矿石中铁的氧化物的化学式为_。【解析】.(1)组装仪器后要检验装置的气密性。(2)实验中,氢气和铁的氧化物反应生成金属铁和水,根据固体质量的变化来计算铁的含量,装置B处的干燥管作用是吸收反应产生的水蒸气,所以装置C要防止空气中的水蒸气和CO2进入装置B中,影响测定结果。(3) B增重1.35 g是水的质量,n(H2O)=0.075 mol,则铁矿石中含n(O)=0.075 mol 。则铁矿石中氧的质量百分含量是100%=24%。.(4)滤液A中通入足量的Cl2
21、,将Fe2+氧化为Fe3+,煮沸后可以降低Cl2在溶液中的溶解度,赶走溶液中溶解的过量Cl2,防止在步骤中Cl2与KI反应,影响测定结果。(5)碘水和Fe3+在溶液中都呈黄色,需加指示剂,a错误;滴定中,Fe3+将I-氧化生成I2,只要有I2 生成,遇到淀粉溶液显示蓝色,不能确定是否达到滴定终点,b错误;滴定管用蒸馏水洗涤后必须用标准液润洗,c错误;锥形瓶不需要用待测液润洗,d正确;滴定中,眼睛应注视锥形瓶,观察颜色的变化,e错误;滴定结束后,30 s内溶液不恢复原来的颜色,再读数,f正确。(6)根据2Fe3+2I-2Fe2+I2,n(Fe3+)=n(KI)=0.400 0 molL-10.025 L=0.01 mol,在10.0 g铁矿石中含有Fe的物质的量是n(Fe3+)=0.01 mol=0.125 mol,铁元素的百分含量为100%=70%。.(7)铁元素的质量分数是70%,氧元素的质量分数为24%,所以100 g铁矿石中,铁元素的质量是70 g,氧元素的质量是24 g,物质的量比为=56,铁的氧化物的化学式为Fe5O6。答案:.(1)检验装置的气密性(2)防止空气中的水蒸气和CO2进入装置B中,影响测定结果(3)24%.(4)赶走溶液中溶解的过量Cl2(5)df(6)70%.(7)Fe5O6
