人教版 (2019)必修 第二册第八章 化学与可持续发展第一节 自然资源的开发利用课时作业

第八章　化学与可持续发展

第一节　自然资源的开发利用
第1课时　金属矿物的开发利用

1．有关金属的冶炼原理，下列说法正确的是(　　)

A．肯定发生的是置换反应

B．肯定发生的是分解反应

C．肯定发生的是还原反应

D．只能用金属作还原剂冶炼金属

【答案】　C

【解析】　金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子生成金属单质，发生了还原反应，即：Mn＋＋ne－===M，发生的反应可能是置换反应，如：2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe，也可能是分解反应，如MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑，也可能是其他类型反应，如：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。

2．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

【答案】　B

【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。

3．中华民族有着光辉灿烂的发明史，下列发明创造不涉及化学反应的是(　　)

A．用胆矾炼铜   B．用铁矿石炼铁

C．烧结黏土制陶瓷   D．打磨磁石制指南针

【答案】　D

【解析】　胆矾为CuSO4·5H2O，冶炼得到Cu的过程中发生氧化还原反应，A项错误；铁矿石的主要成分为铁的化合物，炼铁也需要发生氧化还原反应，B项错误；烧制陶瓷过程中发生复杂的物理和化学变化，C项错误；打磨磁石制指南针的过程中没有化学变化，D项正确。

4．在冶金工业上，均不能用通常的化学还原剂制得的一组是(　　)

A．Na、Ca、Mg、Al、K

B．Na、K、Zn、Fe、Hg

C．Zn、Fe、Cu、Ag、Sn

D．Mg、Al、Zn、Fe、Pb

【答案】　A

【解析】　A项中的金属均为活泼金属，通常用电解法冶炼。

5．化学学科的发展对人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、Al

D．工业上可用空气、Cu、稀硫酸来制备CuSO4

【答案】　D

【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。

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

【答案】　A

【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，用电解法才能得到金属锂。

7．铝用来焊接钢轨是利用(　　)

A．铝与氧气反应生成稳定的保护层

B．铝是热的良导体

C．铝是强还原剂，铝热反应放热

D．铝合金强度大

【答案】　C

【解析】　铝是强还原剂，铝热反应放出大量的热，可达到很高的温度，生成了Al2O3和液态铁，从而将钢轨焊接在一起。

8．下列反应原理中，不符合工业冶炼金属实际情况的是(　　)

A．2Ag2O4Ag＋O2↑

B．2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑

C．2MgO2Mg＋O2↑

D．4CO＋Fe3O43Fe＋4CO2

【答案】　C

【解析】　金属冶炼常用电解法、热还原法、热分解法，K～Al常用电解法冶炼，Zn～Cu常用热还原法冶炼，Cu以后的金属常用热分解法冶炼，冶炼银，常用氧化银的分解，符合实际，故A错误；电解氧化铝冶炼铝单质，符合实际，故B错误；工业常电解氯化镁冶炼镁，因为氧化镁的熔点高，熔化时需要消耗大量的能量，因此电解氧化镁冶炼金属镁，不符合实际，故C正确；冶炼铁，用热还原法，符合实际，故D错误。

9．据《天工开物》记载，我国古代以米炉甘石(主要成分是ZnCO3)来升炼倭铅(即锌)，其原理如图2。已知锌的熔点为420 ℃、沸点为906 ℃。则下列说法不正确的是(　　)

A．升炼倭铅过程包含氧化还原反应

B．“锌火”是锌蒸气和一氧化碳在空气中燃烧形成的

C．“泥封”的目的是为了防止得到的锌被氧化

D．冶炼时锌变为蒸气在兜室冷凝为固体

【答案】　D

【解析】　“升炼倭铅”的反应：ZnCO3CO2↑＋ZnO、CO2＋C2CO、ZnO＋COZn(g)＋CO2，有电子转移的反应是氧化还原反应，根据以上分析知CO2＋C2CO、ZnO＋COZn(g)＋CO2为氧化还原反应，A正确；“锌火”是未反应完的CO和Zn蒸气从“兜室”逸出燃烧形成的，B正确；Zn易被空气氧化，为防止Zn被氧化而用“泥封”的方法隔绝空气，C正确；反应区温度达到1 100～1 300 ℃时，Zn变为蒸气与杂质分离，在“兜室”冷凝为液体流出(冷凝区温度高于Zn的熔点)，D错误。

10．金属K与Na金属性相近，用K与钠盐共熔时，很难将Na从混合物中分离。若调整温度到一定程度，则可用Na与KCl反应制取金属K。已知四种物质的熔、沸点如下：

根据平衡移动原理可推知，用Na与KCl反应制K的适宜温度是(　　)

A．97.8～770 ℃   B．770～774 ℃

C．774～882.9 ℃   D．1 413～1 500 ℃

【答案】　C

【解析】　在金属活动性顺序表中，Na排在K的后面，似乎不能从K的熔融盐中置换出K。但将Na与KCl共熔，其共熔体中Na＋、K＋、Cl－和e－自由移动，如果继续加热，则Na、K、NaCl和KCl先沸腾者先逸出。工业上，就是采用这种原理用Na还原K的，因为K的沸点比Na、NaCl、KCl的沸点都低，且低于NaCl的熔点。

11．下列金属的冶炼方法中正确的是(　　)

A．电解氯化钠溶液冶炼金属钠

B．电解熔融的氯化铝冶炼金属铝

C．将铁粉与氧化镁混合加热冶炼镁

D．用一氧化碳还原氧化铁冶炼铁

【答案】　D

【解析】　冶炼金属钠应电解熔融的氯化钠，而不是氯化钠溶液；冶炼金属铝应电解熔融的三氧化二铝，而不是氯化铝；铁不能将氧化镁中的镁还原出来。

12．热还原法冶炼金属的反应一定是(　　)

A．氧化还原反应   B．置换反应

C．复分解反应   D．分解反应

【答案】　A

【解析】　热还原法冶炼金属的反应一定不是复分解反应，也一定不是分解反应，不一定是置换反应，如3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，但一定是氧化还原反应。

13．我国古代“药金”的冶炼方法是将炉甘石(ZnCO3)和赤铜矿(Cu2O)与木炭按一定的比例混合后加热至800 ℃，这种方法可炼出有金子般光泽的“药金”。下列叙述正确的是(　　)

A．“药金”实质上是铜锌合金

B．冶炼炉中炉甘石直接被木炭还原为锌

C．用王水可区别黄金和“药金”

D．用灼烧法不能区别黄金和“药金”

【答案】　A

【解析】　冶炼“药金”的相关反应方程式为ZnCO3ZnO＋CO2↑，2ZnO＋C2Zn＋CO2↑，2Cu2O＋C4Cu＋CO2↑，故A项正确，B项错误；王水可以溶解黄金和“药金”，故C项错误；用灼烧法可以区别黄金和“药金”，因为高温下黄金与氧气不反应，而“药金”可以与氧气反应，故灼烧后的“药金”颜色有变化，D项错误。

14．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 mol

D．SO2被分离、回收后氧化生成SO3，可作为制取硫酸的原料

【答案】　C

【解析】　分析反应中化合价的变化：2＋22＋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，SO3被水吸收可得H2SO4。

15．下列说法不正确的是(　　)

A．自然界中不存在游离态的金属

B．金属活动性不同，冶炼方法也有所不同

C．地球上金属矿物资源有限，因此应提高金属矿物的利用率

D．废旧金属的回收利用有利于环境保护

【答案】　A

【解析】　自然界中存在游离态的金属，如金、铂等。

16．能用铝作原料来冶炼难熔的金属是因为(　　)

A．铝的密度小，熔点较低

B．铝在空气中燃烧放出大量的热

C．铝在金属活动性顺序表中排在较前面

D．铝具有还原性，发生铝热反应时放出大量热

【答案】　D

【解析】　利用铝来冶炼难熔的金属是利用铝热反应来进行的。在铝热反应中，铝表现出还原性，可置换出其他金属；另外铝热反应还有一个特点就是反应能放出大量的热，可使置换出的金属熔化，达到冶炼的目的。

17．如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________(填“能”或“不能”)发生，理由是__________。

(3)写出铝热反应的两个用途_____________________________。

【答案】　(1)镁条和氯酸钾　在混合物中间插一根镁条，将氯酸钾放在混合物上镁条的周围，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

【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)根据金属活动性顺序表，Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。

18．孔雀石的主要成分为CuCO3·Cu(OH)2，某同学设计从孔雀石中冶炼金属铜的方案如下：

①将孔雀石粉碎后加过量的稀硫酸；

②将反应后的混合物过滤；

③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①步反应中的现象为____________________________。

(2)第③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，将沉淀加热灼烧后再通入________________气体，可制得较纯净的铜。

【答案】　(1)固体溶解，有无色气体生成，溶液变成蓝色

(2)Fe　铁的活泼性比铜强，可从溶液中置换出铜

(3)氢气

【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，将沉淀氢氧化铜加热灼烧后生成氧化铜，通入氢气生成铜和水。

19．钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，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。用含Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制备TiO2流程如下：

(1)步骤①加Fe的目的是__________________________________；步骤②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)，涉及到的步骤为

―→

反应TiCl4＋2Mg===2MgCl2＋Ti在Ar气氛中进行的理由是__________________________。

【答案】　(1)将Fe3＋还原为Fe2＋　析出绿矾(FeSO4·7H2O)

(2)绿矾(FeSO4·7H2O)　生石灰(或碳酸钙、废碱)

(3)防止高温下镁或钛与O2、N2等反应

【解析】　(1)分析框图知，铁最终转化成副产品绿矾，所以要将Fe3＋转化为Fe2＋；降温减小FeSO4·7H2O的溶解度，有利于绿矾结晶。

(2)水浸后发生的离子反应为TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋，废液主要呈酸性，所以应加入CaO、CaCO3或碱。

(3)反应后Ti和Mg易与空气中O2、N2等反应，故应在Ar气氛中进行。