2021版高考化学一轮复习课时分层提升练九用途广泛的金属材料开发利用金属矿物（含解析）新人教版

　用途广泛的金属材料　开发利用金属矿物

一、选择题

1.镁铝合金质优体轻,又不易锈蚀,被大量用于航天工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述中,正确的是              (　　)

A.此合金的熔点比镁和铝的熔点都高

B.此合金能全部溶解于稀盐酸中

C.此合金能全部溶解于氢氧化钠溶液中

D.此合金的硬度比镁和铝的硬度都小

【解析】选B。合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低,硬度和强度比各成分金属的都大,即A、D项不正确;合金中的镁、铝都能与稀盐酸反应,但能与氢氧化钠溶液反应的只有铝,所以该合金能全部溶解于稀盐酸中而只有部分金属溶解于氢氧化钠溶液中,即B项正确,C项不正确。

2.下列生产、生活中的事实不能用金属活动性顺序表解释的是 (　　)

A.铝制器皿不宜盛放酸性食物

B.电解饱和食盐水阴极产生氢气得不到钠

C.铁制容器盛放和运输浓硫酸

D.镀锌铁桶镀层破损后铁仍不易被腐蚀

【解析】选C。A项,铝性质较活泼,能和强酸、强碱反应生成盐和氢气,在金属活动性顺序表中Al位于H之前,所以能用金属活动性顺序解释;B项,金属阳离子得电子能力越强,其单质的还原性越弱,用惰性电极电解饱和食盐水时,阴极生成氢气而得不到钠,说明Na的活动性大于氢,所以可以用金属活动性顺序解释;C项,常温下,浓硫酸和铁发生氧化还原反应生成致密的氧化物薄膜而阻止进一步被氧化,该现象是钝化现象,与金属活动性顺序无关;D项,构成原电池的装置中,作负极的金属加速被腐蚀,作正极的金属被保护,Fe、Zn和电解质构成原电池,Zn易失电子作负极,Fe作正极,则Fe被保护,所以能用金属活动性顺序解释。

3.(2019·成都模拟)FeCl3、CuCl2混合溶液中加入铁粉,充分反应后仍有固体存在,则下列判断不正确的是              (　　)

A.加入 KSCN溶液一定不变红色

B.溶液中一定含有Fe3+

C.溶液中可能含Cu2+

D.剩余固体中一定有铜

【解析】选B。Fe3+的氧化性强于Cu2+,加入铁粉,根据氧化还原反应中先强后弱规律,反应先后顺序为Fe+2Fe3+3Fe2+、Fe+Cu2+Fe2++Cu或者Cu+2Fe3+ 2Fe2++Cu2+。因为有固体存在,该固体可能是Fe、Cu的混合物,也可能是Cu,无论哪种情况,得出溶液中一定不含有Fe3+,因此加入KSCN溶液后,溶液不变红,故A说法正确,B说法错误;如果铁粉与Cu2+反应,铁粉不足,溶液中有Cu2+,固体为Cu单质,也符合题意,故C说法正确;根据上述分析,剩余固体中一定含有铜,故D说法正确。

4.按如图所示装置实验探究硫酸铜的分解产物。实验后反应管中残留固体为红色粉末(经检测为Cu2O)。下列说法错误的是              (　　)

A.加热前需打开K1和K2,缓缓通入一段时间N2

B.F的作用是吸收尾气

C.可将BaCl2溶液换成Ba(NO3)2溶液

D.若品红溶液不褪色,硫酸铜分解的化学方程式为4CuSO42Cu2O+4SO3↑+O2↑

【解析】选C。加热前打开K1、K2,缓缓通入一段时间N2,可将装置内空气赶出,防止空气对分解产物检验的干扰,A项正确;硫酸铜分解时有硫氧化物生成,故F的作用是吸收尾气,B项正确;BaCl2的作用是检验SO3,品红的作用是检验SO2,不能将BaCl2溶液换成Ba(NO3)2溶液,因为Ba(NO3)2溶液能与SO2反应,生成BaSO4和NO,一是对SO3的检验有干扰,二是品红溶液无法检验SO2,C项错误;若品红溶液不褪色,说明无SO2生成,则CuSO4分解产生Cu2O、SO3,由于铜化合价降低,则氧化合价升高,还有O2生成,配平化学方程式为4CuSO42Cu2O+4SO3↑+O2↑,D项正确。

【易错提醒】混合气体中SO2用品红溶液检验,SO3用BaCl2溶液检验,但要先检验SO3,后检验SO2,因为通过溶液后,SO3会被水吸收。

二、非选择题

5.(2019·贵阳模拟)CuCl2广泛应用于工业生产,其溶于水形成绿色溶液。CuCl晶体呈白色,难溶于水,露置于潮湿空气中易被氧化,实验室用下图所示的实验仪器及药品来制备纯净、干燥的氯气并与粗铜(含杂质铁)反应制备氯化铜(铁架台、铁夹及酒精灯省略)。

(1)为完成上述实验,气流方向连接各仪器接口的顺序是a→________;反应时,圆底烧瓶中发生反应的离子方程式为________。盛粗铜粉的试管中的现象是___________________________。 

(2)实验完毕,取试管中的固体用盐酸溶解后,欲提纯氯化铜,可向溶解液中加入过量________。(填物质化学式,已知:室温下Fe(OH)3沉淀完全的溶液pH为3.2) 

(3)向制得的氯化铜溶液中通入SO2,加热一段时间即可制得CuCl,写出该反应的离子方程式:___________________________。 

【解析】(1)KMnO4与浓盐酸反应制得的氯气含有HCl、水蒸气,分别通过饱和食盐水、浓硫酸进行净化、干燥,即可得到干燥的氯气,干燥的氯气与粗铜(含杂质铁)反应时过量的氯气用NaOH溶液吸收,故按气流方向连接各仪器接口的顺序是a d e j h f g b。高锰酸钾与浓盐酸反应,Mn被还原为Mn2+,盐酸被氧化为Cl2,配平离子方程式为2Mn+10Cl-+16H+2Mn2++5Cl2↑+8H2O。

(2)实验完毕,试管中的固体用盐酸溶解后,为CuCl2和FeCl3的混合溶液,为了除去FeCl3,可以加入CuO或CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3,降低c(H+),使Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+不断正向进行,将Fe3+转化为Fe(OH)3而除去,同时不引入杂质离子。

(3)向氯化铜溶液中通入SO2,CuCl2转化为CuCl,Cu的化合价降低,则S的化合价升高,SO2转化为S,根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平离子方程式为:2Cu2++2Cl-+SO2+2H2O2CuCl↓+4H++S。

答案:(1)d e j h f g b　2Mn+10Cl-+16H+2Mn2++5Cl2↑+8H2O　产生大量棕黄色的烟

(2)CuO或CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3

(3)2Cu2++2Cl-+SO2+2H2O2CuCl↓+4H++S

6.NiSO4·6H2O是一种绿色易溶于水的晶体,广泛应用于化学镀镍、生产电池等,可由电镀废渣(除含镍外,还含有Cu、Fe、Cr等杂质)为原料获得。工艺流程如图:

已知:25 ℃时,几种金属氢氧化物的溶度积常数和完全沉淀的pH范围如下表所示。

请回答下列问题:

(1)下列措施可行,且能提高废渣浸出率的有________。 

A.升高反应温度

B.增大压强

C.在反应过程中不断搅拌

(2)在滤液Ⅰ中加入6%的H2O2溶液,其作用是____________________(用离子方程式表示);加入NaOH溶液调节pH的范围是________,目的是除去溶液中的________离子。 

(3)滤液Ⅱ的主要成分是______________。 

(4)操作Ⅰ的实验步骤依次为

①__________________________________________; 

②向沉淀中滴加稀硫酸,直至恰好完全溶解;

③蒸发浓缩、冷却结晶,过滤得NiSO4·6H2O晶体;

④用少量乙醇洗涤NiSO4·6H2O晶体并晾干。

【解析】(1)升高反应温度可以加快反应速率,故可以提高废渣浸出率,A正确;该反应体系中无气体参加,因此增大压强对化学反应速率无影响,B错误;在反应过程中不断搅拌,可以使硫酸与矿渣充分接触,可以提高反应速率,C正确;正确选项是A、C。(2)因为废渣(除含镍外,还含有Cu、Fe、Cr等杂质),用硫酸溶解过滤后,滤液中含有Fe2+、Fe3+、Cr3+等杂质离子,加H2O2溶液可将Fe2+氧化成Fe3+,反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O;根据离子形成沉淀的pH及离子沉淀完全的pH大小关系,加入NaOH溶液调节5.6≤pH<8.4;这时可以除去溶液中的Fe3+、Cr3+。(3)除去Fe3+、Cr3+等杂质离子后,滤液中含有的可溶性硫酸盐为Na2SO4、NiSO4。(4)得到NiCO3沉淀之后的操作步骤①为过滤,并用蒸馏水洗涤沉淀2～3次,直至流出液用pH试纸检验呈中性。

答案:(1)AC　(2)2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O　5.6≤pH<8.4　Fe3+、Cr3+　(3)Na2SO4、NiSO4　(4)过滤,并用蒸馏水洗涤沉淀2～3次

一、选择题

1.(2019·济宁模拟)明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌:“炉甘石十斤,装载入一泥罐内,…然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红,…冷淀,毁罐取出,…,即倭铅也”(注:炉甘石的主要成分为碳酸锌,泥罐中掺有煤炭)。下列说法不正确的是              (　　)

A.倭铅是指金属锌和铅的混合物

B.煤炭中起作用的主要成分是C

C.冶炼Zn的化学方程式:ZnCO3+2CZn+3CO↑

D.该冶炼锌的方法属于热还原法

【解析】选A。由题意可知,倭铅是指金属锌,不是混合物,故A错误;煤炭的主要成分是碳,反应中碳作还原剂,故B、C、D均正确。

【加固训练】

　　某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物,工业上以该废渣为原料生产CuCl2·2H2O晶体的工艺流程如下:

下列说法正确的是 (　　)

A.焙烧过程中每消耗1 mol CuS则消耗3 mol O2

B.焙烧后的废气能够使酸性高锰酸钾溶液褪色

C.滤渣中主要含铁的氧化物

D.将获得的CuCl2·2H2O晶体加热可制得CuCl2固体

【解析】选B。A项,2CuS+3O22CuO+2SO2,由方程式可知,1 mol CuS消耗1.5 mol O2,错误;B项,废气中含有SO2,能使酸性高锰酸钾溶液褪色,正确;调节pH时,Fe3+水解转化为Fe(OH)3而除去,因而C项错误;将CuCl2·2H2O直接加热脱水,Cu2+水解,HCl挥发会产生Cu(OH)2,无法得到CuCl2,因而D项错误。

2.(2019·重庆模拟)某铁的氧化物(FexO) 1.52 g溶于足量盐酸中,向所得溶液中通入标准状况下112 mL Cl2,恰好将Fe2+完全氧化。下列说法正确的是

(　　)

A.FexO溶于足量盐酸后只生成了FeCl3和H2O

B.标准状况下112 mL Cl2的物质的量是5 mol

C.x=0.8

D.通入Cl2后,发生反应的离子方程式:Fe2++Cl2Fe3++2Cl-

【解析】选C。某铁的氧化物(FexO)1.52 g溶于足量盐酸中,再通入氯气,将Fe2+完全氧化生成Fe3+,所以FexO溶于HCl有FeCl2生成, A错误;标准状况下,氯气的物质的量是=0.005 mol, B错误; FexO中Fe的平均化合价为,被氧化为Fe3+,根据电子守恒可知,转移的电子数和Cl2转移的电子数相等。标准状况下112 mL Cl2转移电子数为0.005 mol×2=0.01 mol,则有× (3-)×x=0.01 mol,解得x=0.8, C正确;通入Cl2后,发生反应的离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-,D错误。

【加固训练】

　　(2019·海口模拟)铜的冶炼大致可分为:

①富集,将硫化物矿进行浮选;

②焙烧,主要反应为2CuFeS2+4O2Cu2S+3SO2+2FeO(炉渣);

③制粗铜,在1 200 ℃发生的主要反应为2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2,2Cu2O+Cu2S 6Cu+SO2↑;

④电解精炼铜。

下列说法不正确的是 (　　)

A.上述灼烧过程的尾气回收后可用来制硫酸

B.上述过程中,由6 mol CuFeS2制取6 mol Cu时共消耗15 mol O2

C.在反应2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑中,氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶6

D.在反应2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑中,只有Cu2O作氧化剂

【解析】选D。A项,二氧化硫能用来制取硫酸;B项,根据最终产物为Cu、SO2和FeO可写出总反应方程式为6CuFeS2+15O26Cu+12SO2+6FeO,根据方程式计算;在反应2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑中,铜元素化合价由+1变为0、硫元素化合价由-2变为+4,则氧化剂是Cu2O、Cu2S,还原剂是Cu2S,氧化产物是二氧化硫,还原产物是Cu,C项正确,D项错误。

二、非选择题

3.某同学将一定浓度的Na2CO3溶液加入CuSO4溶液中,发现生成了沉淀,其对沉淀的成分进行如下探究:

【提出假设】

假设1:沉淀是CuCO3;

假设2:__________________________________________________; 

假设3:沉淀是CuCO3和Cu(OH)2的混合物。

【验证假设】

(1)如果假设1成立,则反应的离子方程式为 ______________________。 

(2)用离子方程式表示假设3中有Cu(OH)2生成的理论依据:_________、 

______________________________。 

(3)为证明以上哪种假设成立,该同学用下图装置测定沉淀样品中CuCO3的质量分数:

①实验时的步骤依次为a.打开K1、K3,关闭K2、K4,通入过量空气;b.关闭K1、K3,打开K2、K4,充分反应;c.打开K1、K4,关闭K2、K3,通入过量空气。若未进行步骤a,将使测定结果________(填“偏低”“偏高”或“无影响”),实验结束时通入空气的目的是______________________________。 

②若沉淀样品的质量为10.0 g,装置D的质量增加了2.2 g,则沉淀中CuCO3的质量分数为__________。 

③由以上实验可知,假设____________成立。 

【总结反思】

除了以上方案,还可以通过测量__________________来测定沉淀中CuCO3的质量分数。 

【解析】(1)如果假设1成立,则发生的是复分解反应,其离子方程式为Cu2++C CuCO3↓。

(2)若假设3成立,则Na2CO3溶液发生了水解反应,生成OH-,然后OH-再和Cu2+反应生成Cu(OH)2。

(3)若未进行步骤a,则原装置中的CO2也会被D装置中的碱石灰吸收,造成结果偏高,而实验结束时通入空气的目的是将滞留在装置中的反应产生的CO2排尽,使其被碱石灰充分吸收。装置D增加的质量是碳酸铜分解产生的CO2的质量,计算出CO2的物质的量为0.05 mol,则碳酸铜的物质的量也为0.05 mol,碳酸铜的质量为6.2 g,其质量分数为62%,也就是说Cu(OH)2的质量分数为38%,所以假设3成立。除以上方案外,测量反应产生CO2的体积或者是称量充分灼烧后固体的质量等,也能测定碳酸铜的质量分数。

答案:【提出假设】沉淀是Cu(OH)2

【验证假设】(1)Cu2++CCuCO3↓

(2)C+H2OHC+OH-

2OH-+Cu2+Cu(OH)2↓

(3)①偏高　将装置中滞留的CO2排至装置D中,使其被碱石灰充分吸收　②62%　③3

【总结反思】反应产生CO2的体积(或样品质量和样品充分灼烧后的质量)

4.(2019·昆明模拟)绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁,在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对某绿矾样品进行了如下探究,请回答下列有关问题:

(1)在试管中加入少量该绿矾样品,加水溶解,分别滴加稀硫酸和KSCN溶液,溶液颜色无明显变化,由此得出的结论是__________________。若向试管中继续通入空气,观察到溶液逐渐变红,说明溶液中的Fe2+转化为________________。 

(2)为测定绿矾中结晶水含量,将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重,记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中,再次将装置A称重,记为m2 g。按图示连接好装置进行实验。

①仪器B的名称是____________;B中可加入下列试剂中的________(填字母)。 

a.Al2O3　　b.Ca(OH)2　　c.CuSO4　　d.NaCl

②打开K1和K2,缓缓通入N2,点燃酒精灯,加热,接下来的实验操作步骤正确排序是______(填字母)。 

a.熄灭酒精灯  b.关闭K1和K2

c.称量A    d.冷却到室温

【解析】(1)滴加KSCN溶液,溶液颜色无明显变化,可知样品中没有Fe3+,但亚铁离子不稳定,易被空气中氧气氧化生成铁离子,最终溶液变红色。(2)①B为球形干燥管,作用是防止外界空气中的水蒸气进入实验装置并吸收反应排出的水蒸气,Al2O3、Ca(OH)2、NaCl 均不能吸收水蒸气,CuSO4能够与水蒸气反应生成水合硫酸铜。②实验时,为避免亚铁被氧化,应先通入氮气,排出装置中的水蒸气和氧气,点燃酒精灯,加热,充分反应后,熄灭酒精灯,冷却后关闭开关,称量固体质量的变化,正确的实验顺序为adbc。

答案:(1)Fe2+没有氧化生成Fe3+(或“亚铁盐没有被氧化”一类的答案)　Fe3+　(2)①球形干燥管　c　②adbc