专题09 金属矿物的开发和利用（限时精练）-2022年高三毕业班化学常考点归纳与变式演练

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限时精练09 金属矿物的开发和利用
时间：40分钟
一、选择题（每小题只有一个选项符合题意）
1．下列关于金属及其化合物，说法错误的是
A．黑色金属材料包括铁、铬、锰及其化合物
B．明矾为金属铝的化合物，可用作净水剂
C．俗语“真金不怕火炼”说明某些金属在高温的条件下也不与氧气发生反应
D．金属钠具有强还原性，可与TiCl4反应制取金属Ti
【答案】A
【详解】
A．根据金属的颜色和性质等特征，将金属分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要指铁、锰、铬及其合金，不是化合物，故A错误；
B．明矾中铝离子水解Al3++3H2O=Al(OH)3(胶体)+3H+，生成胶体，具有吸附性，则用作净水剂，故B正确；
C．俗语“真金不怕火炼”说明金是活动性最弱的金属，即使在高温下也不与氧气反应，说明化学性质稳定，故C正确；
D．金属钠是活泼金属，具有强还原性，在一定条件下可以冶炼某些金属，故D正确；
答案选A。
2．从人类利用金属的历史看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近百年的事，造成这个先后顺序事实的最主要因素是
A．金属活动性及冶炼的难易程度 B．金属的导电性
C．金属的延展性 D．地壳中金属元素的含量
【答案】A
【详解】
地壳里含量最高的是金属铝，但铝开发利用的时间在铜、铁之后，说明金属大规模开发利用主要和金属的活动性有关，活动性弱的金属容易以单质形式存在，易被开发和利用，活动性强的金属一般以化合物形式存在，难以冶炼，故与金属冶炼的难易程度有关，故A符合题意。
综上所述，答案为A。
3．下列说法错误的是
A．铁、锰、铬以及他们的合金称为黑色金属材料
B．用铬酸做氧化剂可以使铝表面的氧化膜产生美丽的颜色
C．可溶性铜盐有毒，但在生命体中，铜是一种不可缺少的微量元素
D．钠与水反应、镁与沸水反应、红色的铁与高温水蒸气反应均生成碱和氢气
【答案】D
【详解】
A项、根据金属的颜色和性质等特征，将金属分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要指铁、锰、铬及其合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等，黑色金属以外的金属称为有色金属，故A正确；
B项、铬酸具有强氧化性，可以将铝制品表面的铝氧化生成氧化铝薄膜，铬元素附着在薄膜上产生美丽的颜色，故B正确；
C项、可溶性铜盐是重金属盐，能使蛋白质变性，但在生命体中，铜元素对于人体也至关重要，它是生物系统中一种独特而极为有效的催化剂，故C正确；
D项、铁与高温水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，故D错误。
故选D。
4．下列有关金属元素特征的叙述正确的是
A．金属元素的原子只有还原性，其阳离子只有氧化性
B．金属元素的单质在常温下都为固体
C．含金属元素的离子都是阳离子
D．金属阳离子被还原不一定得到金属单质
【答案】D
【详解】
A. 金属阳离子也可以具有氧化性，例如亚铁离子，故A错误；
B. 例如金属汞是液态，故B错误；
C. 例如MnO4－、AlO2－等，故C错误；
D. 铁离子被还原生成亚铁离子，故D正确；
答案选D。
5．用浸有硝酸汞溶液的脱脂棉擦拭已打磨过的铝片，其中一片置于空气中，铝片表面生出“白毛”， 另一片投入蒸馏水中，持续产生气泡，下列说法正确的是
A．白毛是被铝置换出来的汞
B．气泡是汞与水反应生成的氢气
C．汞能抑制铝表面形成致密的膜
D．硝酸汞作催化剂，加快了铝与氧气、水的化学反应速率
【答案】C
【详解】
A．由于Al的活动性比Hg强，Al与硝酸汞溶液发生置换反应：2Al+3Hg(NO3)2=2Al(NO3)3+3Hg。由于Al比较活泼而Hg不活泼，所以裸露出来的Al会再与空气中的氧气发生反应：4Al+3O2=2Al2O3，Al2O3是白色固体，则反应产生的白毛是Al2O3，A错误；
B．硝酸汞是强酸弱碱盐，水解使溶液显酸性，Al与酸性溶液反应产生H2。由于在金属活动性顺序表中Hg活动性在H的后边，不能与水发生置换反应产生H2，因此气泡不是Hg与水反应产生的，B错误；
C．若Hg覆盖在Al表面，就会阻碍Al与空气接触，因此就会抑制铝表面形成致密的膜，C正确；
D．根据选项A分析可知：Al与硝酸汞发生置换反应产生了Hg单质，反应产生的Hg并未再反应变为硝酸汞，因此硝酸汞在反应中不是作催化剂，D错误；
故合理选项是C。
6．铊（Tl）是某超导材料的组成元素之一，与铝同族，位于周期表第六周期。Tl3+与银在酸性溶液中发生反应：Tl3++2AgTl++2Ag+，下列推断正确的是（ ）
A．Tl+的最外层有1个电子 B．Tl能形成+3价和+1价的化合物
C．Tl3+氧化性比铝离子弱 D．Tl+的还原性比Ag强
【答案】B
【详解】
A. 铊与铝同族，最外层有3个电子，则Tl+离子的最外层有2个电子，A项错误；
B. 根据反应Tl3++2Ag═Tl++2Ag+可知，Tl能形成+3价和+1价的化合物，B项正确；
C. Tl3++2Ag═Tl++2Ag+，则氧化性Tl3+＞Ag+，又知Al+3Ag+═Al3++3Ag，则氧化性Ag+＞Al3+，可知Tl3+的氧化性比Al3+强，C项错误；
D. 还原剂的还原性大于还原产物的还原性来分析，在反应Tl3++2Ag=Tl++2Ag+，还原性Ag＞Tl+，D项错误；
答案选B。
【点睛】
氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，还原剂的还原性大于还原产物的还原性，掌握氧化还原反应的规律是解题的关键。
7．粉煤灰含有的、的，其余为、等。粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝的工艺流程如下图所示，该法制得的氧化铝纯度优于国家冶金级一级品标准。下列叙述错误的是

A．“滤渣”的主要成分是二氧化硅
B．“树脂净化”的目的是将与、分离
C．“蒸发结晶”前应向氯化铝溶液中加入盐酸
D．循环使用既降低成本，又防止污染环境
【答案】C
【分析】
粉煤灰中成分有三氧化二铝、二氧化硅、三氧化二铁和氧化钙，经过酸浸后，滤渣为二氧化硅，滤液中含有铝离子、钙离子、铁离子和过量的HCl，经过树脂净化，将铝离子和钙离子与铁离子分离，得到氯化铝的酸性溶液，向浓溶液中通入HCl气体，进行蒸发结晶，得到AlCl3·6H2O晶体，经过高温焙烧获得三氧化二铝；
【详解】
A．粉煤灰中成分有氧化铝、二氧化硅、三氧化二铁和氧化钙，经过酸浸后只有二氧化硅不溶于盐酸，因此滤渣的主要成分是二氧化硅，A项正确；
B．树脂净化后得到氯化铝的酸性溶液，所以该步骤的目的是将铝离子和铁离子与钙离子分离，B项正确；
C．蒸发结晶是向浓溶液中通入HCl气体，从而获得AlCl3·6H2O晶体，C项错误；
D．循环利用HCl气体可以降低成本，由防止环境污染，D项正确；
答案选C。
8．中国古代的下列发明创造中，不涉及氧化还原反应的是
A．曾青(CuSO4)得铁则化铜 B．用铁矿石炼铁
C．用明矾除去铜器上的铜锈 D．用硫磺漂白织物
【答案】C
【详解】
判断一个反应是否为氧化还原反应的依据是反应中是否有元素的化合价发生改变，有元素的化合价发生改变的反应为氧化还原反应，据此分析解题：
A．曾青(CuSO4)得铁则化铜，反应为Fe+CuSO4=Cu+FeSO4，涉及氧化还原反应，A不合题意；
B．用铁矿石炼铁，该反应为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，涉及氧化还原反应，B不合题意；
C．用明矾除去铜器上的铜锈，原理是明矾水解呈酸性，Al3++3H2OAl(OH)3+3H+，再酸与铜锈反应，Cu2(OH)2CO3+4H+=2Cu2++3H2O+CO2↑，未涉及氧化还原反应，C符合题意；
D．用硫磺漂白织物，反应原理为：S+O2SO2，再利用SO2的漂白性，涉及氧化还原反应，D不合题意；
故答案为：C。
9．工业上利用无机矿物资源生产部分材料的流程图如下。下列说法正确的是（ ）

（注：铝土矿中含有A12O3、SiO2、Fe2O3）
A．在铝土矿制备较高纯度A1的过程中只用到NaOH溶液、CO2气体、冰晶石
B．石灰石、纯碱、石英、玻璃都属于盐，都能与盐酸反应
C．在制粗硅时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
D．黄铜矿（CuFeS2)与O2反应产生的Cu2S、SO2均是还原产物
【答案】C
【详解】
A．根据铝土矿的成分，先加入盐酸，然后过滤，向滤液中加入过量的NaOH溶液，产生氢氧化铁沉淀，过滤，向滤液中通入足量的CO2，生成氢氧化铝，氢氧化铝受热分解成氧化铝，然后加入冰晶石，电解熔融状态氧化铝得到金属铝，因此需要用到的物质为盐酸、NaOH溶液、CO2气体、冰晶石，故A项错误；
B．石英的成分是SiO2，属于氧化物，且不与盐酸反应，故B项错误；
C．制取粗硅的反应中C的化合价升高，即C为还原剂，SiO2中Si的化合价降低，即SiO2作氧化剂，氧化剂与还原剂物质的量之比为1:2，故C项正确；
D． CuFeS2中S的化合价为-2价，转化成二氧化硫，S的化合价升高，氧气中O的化合价降低，即二氧化硫既是氧化产物，又是还原产物，故D项错误；
故选C。
10．以二氧化锰为原料制取高锰酸钾晶体的实验流程如下：

下列有关说法正确的是
A．“灼烧”时，可在铁坩埚中进行
B．“浸取”时，可用无水乙醇代替水
C．“转化”反应中，氧化产物与还原产物的物质的量之比为1:2
D．“浓缩结晶”后的母液中只有和两种溶质
【答案】A
【详解】
A．“灼烧”时，KOH可以与SiO2反应，所以使用铁坩锅，故选A；
B．“浸取”时，不能用无水乙醇代替水，因不易溶于乙醇，故B错；
C．由，氧化产物为，还原产物为，氧化产物与还原产物的物质的量之比为，故C错；
D选项“浓缩结晶”后的母液中有、和等溶质，若二氧化碳过量还可能存在碳酸氢钾，故D错；
答案选A。
二、多选题（每小题有一个或两个选项符合题意）
11．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 (　　)

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
【答案】D
【详解】氯化铜水解：CuCl2＋2H2OCu(OH)2＋2HCl，生成的氯化氢易挥发，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氯化氢，由于氯化氢极易溶于水，会产生白雾，C正确；氯化氢极易溶于水，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。
12．关于下列工业生产过程，说法正确的是（ ）
A．工业上电解冶炼铝，由于Al2O3熔点高，可用AlCl3代替
B．氯碱工业中，选用阳离子交换膜，除了平衡电荷的作用外还可隔绝气体产物避免出现危险
C．侯氏制碱法中，在沉淀池中反生反应时，应向饱和食盐水中先通氨气后通二氧化碳
D．接触法制硫酸过程中，在吸收塔内用水来吸收SO3
【答案】BC
【详解】
A. 工业上电解Al2O3冶炼铝，但不可用AlCl3代替，因为氯化铝是共价化合物，熔融状态下不导电，A错误；
B. 氯碱工业中，选用阳离子交换膜，除了平衡电荷的作用外还可隔绝气体产物避免氢气和氯气混合爆炸出现危险，B正确；
C. 侯氏制碱法中，在沉淀池中反生反应时，应向饱和食盐水中先通氨气后通二氧化碳，因为氨气极易溶于水，先通入氨气后通入二氧化碳，能生成大量碳酸氢根离子，故能析出碳酸氢钠晶体，C正确；
D. 接触法制硫酸过程中，在吸收塔内用浓硫酸来吸收SO3，D错误；
答案选BC。
13.(主要含有Fe2O3、少量Al2O3、CaO、SiO2等)是我国一种重要的沉积型铁矿资源，以高磷鲕状赤铁矿为原料制备纯度较高的铁红，其流程如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．铁红可用于油漆、油墨、建筑物着色剂
B．酸浸液遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀
C．洗涤滤渣时要用玻璃棒不断搅拌
D．氧化时选用的试剂可以是H2O2、NaClO溶液
【答案】C
【详解】　铁红的主要成分是氧化铁，为红棕色，可用于油漆、油墨、建筑物的着色剂，A项正确；酸浸液中含有Fe2＋，遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色的沉淀，B项正确；用玻璃棒不断搅拌会破坏氢氧化铁，使一部分氢氧化铁溶解，降低产率，C项错误；氧化Fe2＋时可选用H2O2、NaClO溶液作为氧化剂，将Fe2＋氧化为Fe3＋，D项正确。
14．工业上用铝土矿(主要成分Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：

下列叙述正确的是(　　)
A．试剂X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸
B．反应①过滤后所得沉淀为Fe2O3
C．图中所示转化反应都不是氧化还原反应
D．反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3
【答案】BD
【解析】A．由溶液乙通入过量的Y生成氢氧化铝沉淀、碳酸氢钠可知，溶液乙中含有偏铝酸根、气体Y为二氧化碳，故试剂X为氢氧化钠溶液，不可能为盐酸，故A错误；B．Al2O3溶于氢氧化钠溶液得到NaAlO2溶液，Fe2O3与氢氧化钠溶液不反应，则过滤后所得沉淀为Fe2O3，故B正确；C．电解熔融Al2O3属于氧化还原反应，故C错误；D．反应①过滤后所得溶液乙为NaAlO2溶液，向NaAlO2溶液中通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀，反应的化学方程式为NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3，故D正确；答案为BD。
点睛：明确制备原理及反应流程是解题关键，综合分析工艺流程图可知，试剂X是氢氧化钠溶液，Al2O3溶于氢氧化钠溶液得到NaAlO2溶液，Fe2O3与氢氧化钠溶液不反应，所以反应①过滤后所得溶液乙为NaAlO2溶液，沉淀为Fe2O3；Y为CO2，向NaAlO2溶液中通入过量CO2的化学方程式为NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3；电解熔融Al2O3属于氧化还原反应，以此解答该题。
15.铜有两种常见的氧化物CuO和Cu2O。某学习小组取0.98 g(用精密天平测量)Cu(OH)2固体加热，有铜的氧化物生成，其质量随温度变化如图1所示；另外，某同学绘制了三条表示金属氧化物与其所含金属元素质量的关系曲线，如图2所示。则下列分析正确的是(　　)

A.图1中，A到B的过程中有0.005 mol电子发生了转移
B.图1整个过程中共生成0.18 g水
C.图2三条曲线中，表示CuO和其中所含Cu元素质量关系的曲线是A
D.图1中A和B化学式分别为Cu2O和CuO
【答案】　B
【详解】　0.98 g Cu(OH)2的物质的量为0.01 mol，若全部生成CuO，质量为0.01 mol×80 g·mol－1＝0.8 g，所以A点是CuO；若全部生成Cu2O，质量为0.005 mol×144 g·mol－1＝0.72 g，所以B点是Cu2O，D项错误；根据4CuO2Cu2O＋O2↑可知，A到B的过程中有0.01 mol电子发生了转移，A项错误；根据Cu(OH)2CuO＋H2O、4CuO2Cu2O＋O2↑可知，水的物质的量为0.01 mol，质量为0.01 mol×18 g·mol－1＝0.18 g，B项正确；CuO和其中所含Cu元素的质量关系(以CuO的质量为10 g计算)为：
CuO～Cu
80　　64
10 g　　8 g
观察图2可知，Y曲线符合上述质量关系，表示的是CuO，C项错误。
三、填空题
16．明矾[KAl(SO4)2·12H2O]在生产、生活中有广泛用途：饮用水的净化；造纸工业上作施胶剂；食品工业的发酵剂等。利用炼铝厂的废料——铝灰(含Al、Al2O3及少量SiO2和FeO·xFe2O3)可制备明矾。工艺流程如图：

回答下列问题：
(1)明矾净水的原理是_______(用离子方程式表示)。
(2)操作Ⅰ是_____，操作Ⅱ是蒸发浓缩、_____、过滤、____、干燥。
(3)检验滤液A中是否存在Fe2＋的试剂是______(只用一种试剂)。
(4)将铝灰投入氢氧化钠溶液中生成气体的化学方程式是______，在滤液A中加入高锰酸钾发生反应的离子方程式为(该条件下MnO转化为Mn2＋)：_________。
(5)已知：在pH＝3、加热条件下，MnO可与Mn2＋反应生成MnO2。加入MnSO4发生反应的离子方程式为：________，滤渣2含有的物质是_______。
【答案】（1）Al3＋＋3H2O⇌Al(OH)3(胶体)＋3H＋
（2） 过滤 冷却结晶 洗涤
（3） 酸性高锰酸钾溶液
（4） 2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑
5Fe2＋＋MnO＋8H＋=5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O
（5）3Mn2＋＋2MnO＋2H2O=5MnO2↓＋4H＋ MnO2、Fe(OH)3
【分析】
铝灰（含Al、Al2O3及少量SiO2和FeO ·xFe2O3），加入过量稀硫酸酸溶过滤，滤液为硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁，滤渣Ⅰ为二氧化硅和不溶性杂质，滤液A中加入稍过量高锰酸钾溶液氧化亚铁离子为铁离子，调节溶液pH使铁离子全部沉淀，铝离子不沉淀，加入适量硫酸锰除去过量的高锰酸钾过滤得到二氧化锰固体和氢氧化铁沉淀，滤液主要是硫酸铝溶液，加入硫酸钾蒸发浓缩，冷却结晶过滤洗涤得到硫酸铝钾晶体；
【详解】
(1)明矾是强酸弱碱盐，Al3+水解产生氢氧化铝胶体，能够吸附水中悬浮的物质形成沉淀而除去，从而达到净水的目的。其反应原理用方程式表示是Al3+＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H+；
(2)操作Ⅰ是将难溶性固体与溶液分离的操作，叫过滤。操作Ⅱ是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥就得到明矾；
(3)检验滤液A中是否存在Fe2+的方法加入铁氰化钾溶液，如果有蓝色沉淀，证明含有Fe2+，或加入高锰酸钾溶液，溶液褪色；
(4)2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑，Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O，在滤液A中加入高锰酸钾的目的是使Fe2+转化为Fe3+；发生反应的离子方程式为5Fe2+＋MnO＋8H+=5Fe3+＋Mn2+＋4H2O；
(5)根据表中数据可知当溶液的pH=3时Fe3+可以形成沉淀Fe(OH)3，根据题意可得方程式3Mn2+＋2MnO＋2H2O=5MnO2↓＋4H+，由于溶液的pH=3，所以滤渣的成分含有MnO2、Fe(OH)3。
17．可用作选矿剂、催化剂及涂料的颜料。以含钴废渣(主要成分为、，还含有、等杂质)为原料制备的一种工艺流程如下：

已知：碱性条件下，会转变为沉淀。
(1)“酸浸”时需控制温度在40℃左右，原因是___________。
(2)“除铝时发生反应的离子方程式为___________。
(3)上述“萃取”过程可表示为(水层)(有机层)(有机层)(水层)。
①下列说法不正确的是___________。
A．可将废渣粉碎以提高酸浸效率
B．“除铝”时，应加入过量的溶液
C．可选择作为萃取剂
D．往萃取后的有机层中加水可获得溶液
②请选择合适的编号，按正确的操作顺序完成萃取实验(假设只放气一次)倒入溶液和萃取剂→___________→___________→___________→___________→f→___________→___________→使下层液体慢慢流出→c→上层液体从上口倒出(有的操作可重复使用)。
a.打开上口玻璃塞； b.塞上上口玻璃塞； c.关闭旋塞； d.打开旋塞； e.倒转分液漏斗振摇； f.放在铁圈上静置； g.手持静置。
(4)“沉钴”时，溶液滴加过快会导致产品不纯，请解释可能原因___________。
(5)在空气中煅烧生成钻氧化物和，测得充分煅烧后固体质量为，的体积为(标准状况)，则该钻氧化物的化学式为___________。
【答案】（1）温度过低反应速率减慢；温度过高，溶解度降低
（2）
（3） BCD b e d c a d
（4） 溶液滴加过快，会导致局部碱性过强而产生
（5）
【分析】
含钴废渣(主要成分为、，还含有、等杂质)加入硫酸酸浸并通入二氧化硫可发生，同时生成硫酸铝、硫酸锌等，加入碳酸钠调节溶液的pH，可生成氢氧化铝沉淀而除去铝离子，然后加入萃取剂，萃取锌离子，在有机层中加入稀硫酸，可得硫酸锌，在水相中加入碳酸钠，可生成沉淀，以此回答该题；
【详解】
(1)“酸浸”时温度过高，二氧化硫溶解度降低，温度过低化学反应速率减慢，故答案为：温度过低反应速率减慢；温度过高，溶解度降低；
(2)向酸浸后的溶液中加碳酸钠调溶液的pH，氯离子和碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铝沉淀而除去氯离子，则，故答案为：；
(3)①A．将废渣粉碎可以增大反应的接触面积加快反应速率，以提高单位时间内的酸浸效率，故A不选；
B．“除铝”时，入过量的溶液会让会转变为沉淀，故溶液不能过量，故选B；
C．根据方程(水层)(有机层)(有机层)可知，不可选用四氯化碳作为萃取剂，故选C；
D．由(水层)(有机层)(有机层)可知，加水后往萃取后的有机层中加水不可获得溶液，故选D；
答案选BCD
②萃取操作的步骤为1、倒入溶液和萃取剂；2、盖上玻璃塞；3、倒转分液漏斗振摇；4、打开旋塞放气；5、关闭活塞正立；6、放在铁圈上静置；7、打开上口玻璃塞；8、打开旋塞使下层液体从下口放出，最后关闭旋塞使上层液体从上口倒出，故答案为：b；e；d；c；a；d
(4)“沉钴”时，溶液滴加过快，会导致局部碱性过强而产生导致产品不纯，故答案为：溶液滴加过快，会导致局部碱性过强而产生；
(5) 的体积为(标准状况)，，有化学式可知，则氧化物中，则，所以股氧化物的化学式为：，故答案为：。