高中化学人教版 (新课标)必修2第一节 开发利用金属矿物和海水资源第1课时习题

第1课时　金属矿物的开发利用

课后篇巩固提升

基础巩固

1.下列金属中,通常采用热还原法冶炼的是(　　)

A.Na B.Al C.Fe D.Ag

解析Na、Al很活泼,应用电解法冶炼;Ag为不活泼金属,可以用热分解法冶炼。

答案C

2.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

解析活泼金属的冶炼是电解其熔融盐(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。

答案C

3.下列冶炼方法中,不能将化合物中的金属元素还原为金属单质的是(　　)

A.加热Al2O3 B.加热HgO

C.电解熔融NaCl D.铝粉和Fe2O3共热

解析A项中Al2O3熔点高,难以分解;汞用加热HgO制取;金属钠是活泼金属,用电解法制取;D项中铝粉和Fe2O3组成铝热剂,可将Fe2O3中的铁还原成单质。

答案A

4.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

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。

答案B

5.冶炼金属一般有下列四种方法:①焦炭法;②水煤气(或H2或CO)法;③活泼金属置换法;④电解法。

四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜,(Ⅱ)湿法炼铜;现代有(Ⅲ)铝热法炼铬,(Ⅳ)从光卤石中炼镁。对它们的冶炼方法的分析不正确的是(　　)

A.(Ⅰ)用① B.(Ⅱ)用②

C.(Ⅲ)用③ D.(Ⅳ)用④

解析对于(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)发生的反应分别是

(Ⅰ):Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O、C+2CuO2Cu+CO2↑,符合①;

(Ⅱ):Fe+CuSO4FeSO4+Cu,符合③;

(Ⅲ):Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3,符合③;

(Ⅳ):先从光卤石中提取MgCl2,再电解熔融的MgCl2:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,符合④。

答案B

6.已知酸性条件下有如下反应:2Cu+Cu2++Cu↓。由于反应温度不同,用氢气还原氧化铜时,可能产生Cu或Cu2O,两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物作了验证,实验操作和实验现象记录如下:

由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物(　　)

A.是Cu

B.是Cu2O

C.一定有Cu,一定有Cu2O

D.一定有Cu2O,可能有Cu

解析浓硫酸(加热)、硝酸均能氧化Cu或Cu2O;而稀硫酸与Cu不反应,与Cu2O反应。

答案D

7.钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注。常温下钛不与非金属、强酸反应,红热时,却可与常见的非金属单质反应。钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。地壳中含钛铁矿石之一是金红石(TiO2),目前大规模生产钛的方法是:

第一步:金红石、炭粉混合,在高温条件下通入Cl2制得TiCl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,该反应中的还原剂是　　　　。 

第二步:在氩气的气氛中,用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。

(1)写出此反应的化学方程式: 　; 

(2)简述从上述所得产物中获取金属钛的步骤: 　。 

解析①常温时钛不与非金属、强酸反应;②红热时钛可与常见非金属单质反应。可类比一般不活泼金属氧化物,选用碳作还原剂制得金属,金属再与Cl2反应生成氯化物。两反应合并的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO。

(1)Mg为活泼金属,在氩气作为保护气的环境中还原TiCl4:2Mg+TiCl42MgCl2+Ti。(2)还原出的Ti与Mg混合,分离时用强酸,因钛不与强酸反应,所以可将上述产物溶于过量的盐酸中,然后过滤、洗涤,即可得到纯净的钛。

答案TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO　C

(1)2Mg+TiCl42MgCl2+Ti

(2)将还原后的产物溶于过量的盐酸中,过滤、洗涤,即可得到纯净的钛

8.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　　　　发生(填“能”或“不能”),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)铝热反应的用途有哪些?　。 

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)Mg比Al活泼,Al不能从MgO中置换出Mg。

答案(1)镁条和氯酸钾　在混合物中间插一根长度约10厘米的镁条,上端弯曲,将氯酸钾放在镁条的周围,用燃着的小木条(或另一根点燃的镁条)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

能力提升

1.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

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。

答案A

2.下列化工生产原理错误的是(　　)

①可以电解熔融的氯化钠来制取金属钠　②可以将钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁　③用电解法冶炼铝时,原料是氯化铝　④炼铁时高炉中所发生的反应都是放热反应,故无需加热

A.②③ B.①③ C.①②③ D.②③④

解析钠特别活泼,加入氯化镁溶液时钠先与水反应生成NaOH和H2,Mg2+和OH-反应生成Mg(OH)2沉淀,②错;冶炼铝使用的是Al2O3,③错;高炉炼铁中所发生的反应是放热反应,但仍需要高温,④错。

答案D

3.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.MnO2 B.WO3 C.Cr2O3 D.Co3O4

解析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,变为单质时需获得的电子就越多,消耗铝也越多;金属氧化物中金属的化合价分别为Mn(+4价)、W(+6价)、Cr(+3价)、Co(+价),Co耗铝最少。

答案D

4.实验室欲使1.6 g氧化铁完全还原,事先应准备的CO在标准状况下的体积为(　　)

A.672 mL B.336 mL

C.大于672 mL D.小于336 mL

解析由3CO+Fe2O32Fe+3CO2可知,欲使1.6 g氧化铁完全还原需消耗CO 672 mL,但气体与固体反应不充分,反应前要先通入一会儿CO赶尽空气,故CO实际用量应大于672 mL。

答案C

5.导学号66474108铜的冶炼大致可分为以下几个步骤:(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 ℃的条件下发生的主要反应为2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2,2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑;(4)电解精炼。

下列说法不正确的是(　　)

A.上述焙烧过程中的尾气不可直接排放

B.由6 mol CuFeS2生成6 mol Cu时,在整个过程中共消耗15 mol O2

C.在反应2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑中,作氧化剂的是Cu2O

D.电解精炼属于化学变化

解析焙烧过程中产生的尾气中含有有毒的SO2气体,对环境有污染,不能直接排放,A项正确。

2CuFeS2+4O2Cu2S+3SO2+2FeO ①

2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2 ②

2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑ ③

得:Cu2S+O22Cu+SO2 ④

①+④得:2CuFeS2+5O22Cu+4SO2+2FeO ⑤

所得⑤式表明,2 mol CuFeS2完全转化为2 mol Cu消耗5 mol O2,据此可知,由6 mol CuFeS2生成6 mol Cu时共消耗15 mol O2,B项正确。在反应2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑中,作氧化剂的是Cu2O和Cu2S两种物质,C项不正确。

答案C

6.诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。工业上冶炼钼的化学反应过程如下:

①2MoS2+7O22MoO3+4SO2　②MoO3+2NH3·H2O(NH4)2MoO4+H2O　③(NH4)2MoO4+2HClH2MoO4↓+2NH4Cl　④H2MoO4MoO3+H2O　⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼。则下列说法正确的是(　　)

A.MoS2煅烧产生的尾气可直接排放

B.MoO3是金属氧化物,也是碱性氧化物

C.H2MoO4是一种强酸

D.利用H2、CO和Al分别还原等量的MoO3,所消耗还原剂的物质的量之比为3∶3∶2

解析A项明显错误,生成物SO2对环境污染严重;B项,根据②中生成物(NH4)2MoO4可知,该化合物属于盐,对应的酸是H2MoO4,故MoO3不属于碱性氧化物,B项错;C项,根据反应③H2MoO4是一种不溶性酸,溶液中c(H+)不可能很大,故H2MoO4不可能是强酸;D项,1 mol H2、1 mol CO和1 mol Al作还原剂时,失去的电子数分别为2 mol、2 mol和3 mol,还原等量的MoO3转移电子相同,此时消耗n(H2)∶n(CO)∶n(Al)=3∶3∶2。

答案D

7.导学号66474110工业上用铝土矿(含氧化铝、氧化铁)制取铝的过程如下:

请回答下列问题:

(1)沉淀C的化学式为　　　,该物质除了用于金属冶炼以外,还可用作　　　。 

(2)电解熔融的氧化铝时,标准状况下若得到22.4 L O2,则同时生成　　　 g铝。 

(3)操作Ⅰ、操作Ⅱ和操作Ⅲ都是　　　(填操作名称),实验室要洗涤Al(OH)3沉淀应该在　　　装置中进行,洗涤方法是　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)生产过程中,除NaOH、H2O可以循环利用外,还可以循环利用的物质有　　　　　　　(填化学式),用此法制取铝的副产品是　　　　　　(填化学式)。 

(5)写出Na2CO3溶液与CaO反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。 

(6)若铝土矿中还含有二氧化硅,此生产过程中得到的氧化铝中将混有杂质　　　(填化学式)。 

解析(1)因Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O,而Fe2O3不与NaOH溶液反应,因此过滤得到的沉淀C为Fe2O3,Fe2O3可用作颜料。

(2)2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑,n(O2)==1 mol,则m(Al)= mol×27 g·mol-1=36 g。

(3)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的目的均是分离不溶于液体的固体,即过滤;洗涤方法是向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀,使水自然流下,重复操作2~3次。

答案(1)Fe2O3　颜料

(2)36

(3)过滤　过滤　向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀,使水自然流下,重复操作2~3次

(4)CaO和CO2　Fe2O3和O2

(5)C+CaO+H2OCaCO3↓+2OH-

(6)SiO2

8.黄铜矿(CuFeS2)是制取铜及其化合物的主要原料之一,还可制备硫和铁的化合物。

(1)冶炼铜的反应为8CuFeS2+21O28Cu+4FeO+2Fe2O3+16SO2。

若CuFeS2中Fe的化合价为+2,反应中被还原的元素是　　　(填元素符号)。 

(2)上述冶炼过程产生大量SO2。下列处理方案中合理的是　　(填序号)。 

A.高空排放

B.用于制备硫酸

C.用纯碱溶液吸收制Na2SO3

D.用浓硫酸吸收

(3)利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。方法为:

①用稀盐酸浸取炉渣,过滤。

②滤液先氧化,再加入过量NaOH溶液,过滤,将沉淀洗涤、干燥、煅烧得Fe2O3。

根据以上信息回答下列问题:

a.除去Al3+的离子方程式是　。 

b.选用提供的试剂,设计实验验证炉渣中含有FeO。

提供的试剂:稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、KMnO4溶液、NaOH溶液、碘水。

所选试剂为　　　　　　　　　。证明炉渣中含有FeO的实验现象为　。 

解析(1)分析化学方程式中各元素化合价可知:Cu由+2价→0价,O由0价→-2价,铜元素、氧元素在反应中被还原。

(2)二氧化硫污染环境,不能排入空气中。浓硫酸不能吸收二氧化硫,也不能消耗二氧化硫。二氧化硫可以“变废为宝”制硫酸,也可以用纯碱溶液吸收制亚硫酸钠。

(3)Al3+与过量的氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠溶液,而Fe3+与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铁沉淀,过滤,将Al3+除去。反应的离子方程式为Al3++4OH-Al+2H2O。若要证明炉渣中含有FeO需要首先将其溶解,生成可溶性的亚铁盐,结合试剂分析可知,将该溶液加入到高锰酸钾溶液中,亚铁离子具有强还原性,因此,可以使高锰酸钾溶液褪色。选用的试剂是稀硫酸和高锰酸钾溶液。

答案(1)Cu、O　(2)BC

(3)a.Al3++4OH-Al+2H2O

b.稀硫酸、KMnO4溶液　用稀硫酸浸取炉渣所得的溶液能使KMnO4溶液褪色