2024届人教版高考化学一轮复习第三章第3讲金属材料金属矿物的开发利用作业含答案

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第3讲　金属材料　金属矿物的开发利用

(40分钟)
知识点
题号
基础
能力
创新
金属材料
1


金属矿物的开发利用
3
8,9

铝、镁、铜及其化合物
2
4,7
10
工艺流程中的热点金属

5,6
11

1.北宋沈括对生铁炼钢有这么一段评价:“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相入,谓之‘团钢’,亦谓之‘灌钢’。此乃伪钢耳……”下列说法正确的是(　B　)
A.生铁和钢都是关于铁的含碳合金,钢中碳的含量较高
B.通过炼制和锻打,可以调节生铁中元素的组成、元素的含量等来改变铁的性能
C.高碳钢的韧性较好,低碳钢的硬度较大
D.不锈钢是一种常见的合金钢,它的合金元素主要是钨(W)和硅(Si)
解析:生铁和钢都是铁的含碳合金,钢中碳的含量为0.03%～2.0%,生铁中碳的含量为 2.0%～4.3%,所以生铁的碳含量高于钢的碳含量,故A错误;通过炼制和锻打,可以降低生铁中含碳量,除去生铁中有害元素P、S,调整生铁中Si、Mn的含量,使其有韧性、可锻轧、可延压,故B正确;根据含碳量的不同,碳素钢可分为高碳钢、中碳钢、低碳钢,其中高碳钢硬度较大、韧性较差,低碳钢硬度较小、韧性较强,故C错误;不锈钢是一种常见的合金钢,它的合金元素主要是铬(Cr)、镍(Ni),常用来制造医疗器械、餐具等,故D错误。
2.(2021·湖北卷)“乌铜走银”是我国非物质文化遗产之一。该工艺将部分氧化的银丝镶嵌于铜器表面,艺人用手边捂边揉搓铜器,铜表面逐渐变黑,银丝变得银光闪闪。下列叙述错误的是(　D　)
A.铜的金属活动性大于银的
B.通过揉搓可提供电解质溶液
C.银丝可长时间保持光亮
D.用铝丝代替银丝,铜也会变黑
解析:根据金属活动性顺序表知,铜的金属活动性大于银的,A项正确;通过揉搓,手上的汗水可提供电解质溶液,B项正确;银丝发生还原反应,氧化银转化为单质银,单质银活动性较弱,可长时间保持光亮,C项正确;铜的活动性比铝的弱,氧化铝不能被铜还原为单质铝,因此铜不会变黑,D项错误。
3.金属材料在日常生活、生产中有着广泛的应用,下列关于金属及冶炼方法中不正确的是(　A　)
A.工业上金属Mg、Al都是用电解熔融的氯化物制得的
B.金属铬的制取:Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3
C.用磁铁矿炼铁的反应中,1 mol Fe3O4被CO还原成Fe,转移8 mol
电子
D.湿法炼铜与火法炼铜的反应中,铜元素都发生还原反应
解析:工业上用电解熔融氧化铝的方法冶炼金属铝,故A不正确;金属铬是熔点高的金属,铝与氧化铬高温条件下发生铝热反应生成铬和氧化铝,反应的化学方程式为Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3,故B正确;Fe3O4与CO在高温条件下反应生成Fe和CO2,1 mol Fe3O4被CO还原时转移8 mol电子,故C正确;湿法炼铜与火法炼铜的反应中,铜元素的化合价均降低被还原,都发生还原反应,故D正确。

4.(不定项)利用如图装置做铝热反应实验,下列说法不正确的是(　BD　)

A.该反应的化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe
B.该反应需要点燃,所以它是一个吸热反应
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:铝是活泼金属,高温条件下可以置换出氧化铁中的铁,A项正确;铝热反应是一个放热反应,B项不正确;高熔点且活泼性小于铝的金属可以采用铝热反应冶炼,C项正确;铁元素的化合价从+3价降到0价,因此1 mol氧化铁在反应中得到6 mol电子,若反应中转移3 mol电子,则消耗氧化剂(Fe2O3)的物质的量为 0.5 mol,D项不正确。
5.(不定项)(2022·湖南师大附中一模)用CuCl2·2H2O制取无水CuCl2的实验装置如图所示,下列说法错误的是(　D　)

A.通入HCl可以抑制CuCl2的水解
B.先滴入浓硫酸,再点燃c处酒精灯
C.硬质玻璃管内部右侧会出现白雾
D.装置d中上层为苯,下层为NaOH溶液
解析:氯化铜水解反应为CuCl2+2H2OCu(OH)2+2HCl,生成的HCl易挥发,通入HCl可以抑制CuCl2的水解,A正确;CuCl2·2H2O加热失去结晶水必须在HCl的气流中进行,所以先滴入浓硫酸产生HCl气体,使硬质玻璃管中充满HCl气体后再点燃c处酒精灯,B正确;硬质玻璃管内部右侧有生成的水蒸气和通入的HCl,由于HCl极易溶于水,会产生白雾,C正确;HCl极易溶于水,为了防止倒吸,d中下层应为有机溶剂,可以是四氯化碳,上层为氢氧化钠溶液,D错误。
6.(不定项)(2021·湖南适应性考试)以某冶金工业产生的废渣(含Cr2O3、SiO2及少量的Al2O3)为原料,根据下列流程可制备K2Cr2O7。

下列说法正确的是(　C　)
A.煅烧时没有发生氧化还原反应
B.滤渣Ⅱ中主要成分是Al(OH)3
C.可循环使用的物质是CO2和Na2CO3
D.由Na2CrO4转化为K2Cr2O7的过程中需加入KOH
解析:向废渣中加入碳酸钠和氧气并煅烧,发生的反应为4Na2CO3+
2Cr2O3+3O24Na2CrO4+4CO2、Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑、Na2CO3+
Al2O32NaAlO2+CO2↑,水浸之后,溶液中含有Na2CrO4、Na2SiO3、NaAlO2、Na2CO3,向溶液中通入二氧化碳,生成氢氧化铝沉淀和硅酸沉淀,过滤,滤液中含有Na2CrO4、Na2CO3,再向溶液中加硫酸,发生反应2Na2CrO4+H2SO4Na2Cr2O7+Na2SO4+H2O,再向溶液中加入KCl固体,就会有K2Cr2O7晶体析出。由上述分析知,煅烧时有氧化还原反应发生,A错误;水浸之后,溶液中含有Na2CrO4、Na2SiO3、NaAlO2、Na2CO3,向溶液中通入二氧化碳,会生成氢氧化铝沉淀和硅酸沉淀,B错误;由上述分析可知,CO2和Na2CO3均可循环使用,C正确;由Na2CrO4转化为K2Cr2O7的过程中需加入硫酸,反应为2Na2CrO4+H2SO4Na2Cr2O7+Na2SO4+H2O,再向溶液中加入KCl固体,就会有K2Cr2O7晶体析出,D错误。
7.(不定项)加热蒸干氯化镁溶液时因水解不完全会得到一种灰白色沉淀——碱式氯化镁,化学式可表示为Mgx(OH)yClz·nH2O,设计如图装置验证其化学式。下列有关说法不正确的是(　AC　)

A.碱式氯化镁受热分解可以产生氧化镁、氯气和水
B.结束反应时,先停止加热,通一段时间N2后再关闭K
C.①②中依次盛装氢氧化钠溶液、浓硫酸
D.只需称取原样品质量、反应结束后硬质玻璃管中剩余固体质量以及装置①增加的质量即可推出其化学式
解析:碱式氯化镁在硬质玻璃管中分解成氧化镁、HCl和水,氧化镁留在硬质玻璃管中,硬质玻璃管中剩余的质量即为分解得到的MgO的质量,水蒸气被①吸收,①增加的质量即为分解产生的水的质量,HCl被②吸收,②中增加的质量即为分解产生的HCl的质量,干燥管中碱石灰的作用是防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入装置引起实验误差。碱式氯化镁受热分解的产物为MgO、HCl、H2O,A不正确;反应后继续通入N2,使产生的气体被充分吸收,提高实验的准确性,B正确;①中盛装浓硫酸吸收水分,②中盛装氢氧化钠溶液吸收HCl,C不正确;通过称量反应结束后硬质玻璃管中剩余固体质量可知生成MgO的质量,称量装置①增加的质量可知H2O的质量,原样品总质量减去MgO和H2O的质量即为HCl的质量,故可以求算碱式氯化镁的化学式,D正确。
8.(不定项)从海水的母液中提取金属镁的一种工艺流程如图所示:

下列说法不正确的是(　D　)
A.步骤①沉镁可加入石灰乳
B.设计步骤①②③的主要目的是富集镁元素
C.步骤④中镁在阴极生成
D.步骤③脱水时,在空气中加热MgCl2·6H2O得到MgCl2
解析:步骤①中,将Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀,需加入碱,为降低成本及便于分离提纯,常加入石灰乳,A正确;母液中含有Mg2+,经过步骤①②③后,仍得到含Mg2+的溶液,只是Mg2+的浓度增大,所以设计步骤①②③的主要目的是富集镁元素,B正确;步骤④为电解熔融的氯化镁,Mg2+得电子生成Mg,所以镁在阴极生成,C正确;MgCl2为挥发性酸的弱碱盐,步骤③脱水时,应设法抑制Mg2+水解反应的发生,所以应在HCl气流中加热MgCl2·6H2O,D不正确。
9.(不定项)以铝土矿为原料,提取氧化铝冶炼铝的工艺流程如图,已知滤渣2主要成分是氢氧化铁、氢氧化镁,试剂B为氢氧化钠溶液。下列说法错误的是(　CD　)

A.试剂A可以是稀硫酸或盐酸
B.加入试剂B除去Mg2+、Fe3+
C.滤渣1的主要成分是H2SiO3
D.试剂C为过量盐酸
解析:由流程可知加入试剂A的目的是将铝土矿中的金属氧化物溶解,因此试剂A可以是稀硫酸或盐酸,滤渣1为二氧化硅,过滤后加入的试剂B为NaOH溶液,可除去溶液中的Mg2+、Fe3+;滤渣2为氢氧化镁、氢氧化铁等,滤液中含有NaAlO2,可通入二氧化碳气体,生成氢氧化铝沉淀,经过滤、洗涤、灼烧得到氧化铝,电解熔融的氧化铝,得到铝。由上述分析知,试剂A可以是稀硫酸或盐酸,A正确;加入酸后溶液中含有Mg2+、Fe3+,过滤后加入的试剂B为NaOH溶液,可除去溶液中的Mg2+、Fe3+,B正确;由以上分析可知,滤渣1的主要成分是SiO2,试剂C应为CO2,C、D错误。

10.铝镁合金是飞机制造、化工生产等行业的重要材料。研究性学习小组的同学为测定某含镁5%～8%的铝镁合金(不含其他元素)中铝的质量分数,设计了下列两种不同实验方案进行探究。
方案一
[实验方案] 将铝镁合金与足量NaOH溶液反应,测定剩余固体质量。
(1)实验前,先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻,其目的是　 。
(2)称取13.5 g铝镁合金粉末样品,溶于体积为V、物质的量浓度为5.0 mol/L的NaOH溶液中,充分反应。则NaOH溶液的体积V≥
　　　 　mL。写出加入NaOH溶液发生反应的离子方程式:
　 。 
(3)过滤、洗涤、干燥、称量固体。该步骤中若未洗涤固体,测得铝的质量分数将　　 　　(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。 
方案二
[实验方案] 将铝镁合金与足量氢氧化钠溶液反应,测定生成气体的体积,实验装置如图所示。

[实验步骤] 组装仪器,检查气密性,将药品和水装入各仪器中,连接好装置后,需进行的操作还有①记录量气管液面位置;②待锥形瓶中不再有气体产生并恢复至室温后,记录量气管的液面位置;③打开分液漏斗活塞向锥形瓶中滴加足量试剂。
(4)装置中导管a的作用是    　。 
(5)上述操作的顺序是　　　　(填序号);实验结束记录量气管的液面位置时,除视线平视外,还应　 。 
(6)若实验用铝镁合金的质量为a g,测得氢气体积为V L(已换算为标准状况),则铝的质量分数为　　　　　　　　　　　。 
(7)实验过程中,若未恢复至室温就读取气体体积,则计算出铝的质量分数将　　 　　(填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。 
解析:(1)铝镁合金表面有金属氧化物,会影响反应进行,故实验前,先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻,其目的是除去铝镁合金表面的氧化膜。
(2)合金中的铝可以和氢氧化钠反应,故氢氧化钠应该可以使铝完全反应,含镁为5%时,金属铝的含量最高,13.5 g合金中铝的质量为
13.5 g×(1-5%)=12.825 g,则
2Al　+　 2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑
54 g 2 mol
12.825 g V×10-3 L/mL×5.0 mol/L
54 g12.825 g=2molV×10-3L/mL×5.0 mol/L,则V=95 mL,故V(NaOH溶液)≥95 mL;合金中的铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气,反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑。
(3)镁上会附着偏铝酸钠等物质,若未洗涤,会导致测定的镁的质量偏大,镁的质量分数偏高,铝的质量分数偏低。
(4)导管a将锥形瓶和分液漏斗里液面上方的气体连接在一起,故装置中导管a的作用是使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等,打开分液漏斗活塞时氢氧化钠溶液能顺利滴下;滴入锥形瓶的氢氧化钠溶液的体积等于进入分液漏斗的气体体积,从而消除由于加入氢氧化钠溶液引起的氢气体积误差。
(5)组装仪器,检查气密性,将药品和水装入各仪器中,连接好装置后,需进行的操作为①记录量气管液面位置;③打开分液漏斗活塞向锥形瓶中滴加足量试剂;②待锥形瓶中不再有气体产生并恢复至室温后,记录量气管的液面位置。实验结束记录量气管的液面位置时,除视线平视外,还应注意压强与外界大气压相等以免引起误差,则应使量气管左右液面相平。
(6)若实验用铝镁合金的质量为a g,测得氢气体积为V L(已换算为标准状况),根据
2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑
54 g 3 mol
m VL22.4 L/mol
则m=54V22.4×3 g,铝的质量分数为54V22.4×3gag×100%=45V56a×100%。
(7)实验过程中,若未恢复至室温就读取气体体积,则测得的气体体积偏大,计算出铝的质量分数将偏大。
答案:(1)除去铝镁合金表面的氧化膜
(2)95　2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑
(3)偏低
(4)使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等,打开分液漏斗活塞时氢氧化钠溶液能顺利滴下;滴入锥形瓶的氢氧化钠溶液的体积等于进入分液漏斗的气体体积,从而消除由于加入氢氧化钠溶液引起的氢气体积误差
(5)①③②　让量气管左右两端的液面相平
(6)45V56a×100%
(7)偏大
11.(2022·四川内江模拟)金属钛(Ti)因硬度大、熔点高、密度小、抗腐蚀性强而被广泛用作高新科技材料,被誉为“太空金属”。工业上用某金属氧化物的混合物(主要成分有TiO2、FeO、Fe2O3、Al2O3、CuO)来制备钛、铁红等的工艺流程如图:

回答下列问题。
(1)为加快“水溶”速率,可采取的措施为　　　　(写出一种即可)。 
(2)“滤液E”中除含有过量的硫酸和硫酸铝外,还含有　　　　。 
(3)已知二氧化钛能与熔融的氢氧化钠反应生成Na2TiO3,在酸性条件下TiO32-主要以TiO2+的形式存在,TiO2+水解生成H2TiO3(沉淀)的离子方程式为　 。 
“滤液A”到“滤液E”需加热的原因是  　。
(4)为了便于分离铁和铜,通常要将Fe2+氧化成Fe3+,使用的氧化剂合理的是　　　　,调节pH的目的是　 。
(5)用“滤液D”制胆矾的步骤为蒸发浓缩、　 　　　、过滤、冰水洗涤、自然风干。 
(6)取500 mL “滤液E” ,经过一系列变化后,电解得到5.4 g Al,不考虑变化过程中铝的损耗,则“滤液E”中Al2(SO4)3的物质的量浓度为　　　　mol/L。 
解析:用某金属氧化物的混合物(主要成分有TiO2、FeO、Fe2O3、Al2O3、CuO)来制备钛、铁红等,经过研磨后,加入NaOH碱熔,TiO2、Al2O3转化为NaTiO3、NaAlO2,FeO、Fe2O3、CuO不反应,加水溶解,过滤,得到滤液A,A中加入硫酸,在酸性条件下TiO32-主要以TiO2+的形式存在,TiO2+水解生成H2TiO3(沉淀),偏铝酸根离子转化为铝离子,形成滤液E,滤渣E为H2TiO3(沉淀),H2TiO3(沉淀)煅烧得到TiO2,TiO2与氯气、焦炭在高温条件下反应生成TiCl4,TiCl4在高温条件下分解为Ti;滤渣A为FeO、Fe2O3、CuO,加入硫酸转化为硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸铜,加入氧化剂氧化亚铁离子为铁离子,调节pH后过滤,得到含铜离子的滤液D以及含氢氧化铁的滤渣D,氢氧化铁加热分解为铁红。
(1)为加快“水溶”速率,可采取的措施为加热溶液。
(2)碱熔时加入了NaOH,加入硫酸后形成硫酸钠,则“滤液E”中除含有过量的硫酸和硫酸铝外,还含有硫酸钠。
(3)TiO2+水解生成H2TiO3(沉淀),离子方程式为TiO2++2H2O
H2TiO3↓+2H+;水解反应为吸热反应,则“滤液A”到“滤液E”需加热的原因是加快TiO2+水解速率,使TiO2+水解充分。
(4)为了便于分离铁和铜,通常要将Fe2+氧化成Fe3+,使用的氧化剂合理的是H2O2,不会引入杂质,调节pH的目的是使铁离子沉淀而铜离子不生成沉淀。
(5)用“滤液D”制胆矾的步骤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤、自然风干。
(6)取500 mL “滤液E” ,经过一系列变化后,电解得到5.4 g Al,不考虑变化过程中铝的损耗,结合铝元素守恒,则“滤液E”中Al2(SO4)3的物质的量浓度为5.4 g27 g/mol0.5 L×12=0.2 mol/L。
答案:(1)加热溶液
(2)硫酸钠
(3)TiO2++2H2OH2TiO3↓+2H+　加快TiO2+水解速率,使TiO2+水解充分
(4)H2O2　使铁离子沉淀而铜离子不生成沉淀
(5)冷却结晶
(6)0.2