人教版高考化学一轮复习第3章金属及其化合物第4讲用途广泛的金属材料及金属矿物的开发利用含答案

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课时跟踪练9一、选择题1．下列有关说法正确的是(　　)A．大多数金属在自然界以游离态形式存在B．工业上，一般用热还原法获得Hg和AgC．铜的金属活动性比铝弱，可用铜罐代替铝罐贮运浓硝酸D．人们常用钢作建造材料而不用纯铁主要原因是钢的机械性能更好解析：A项，除Au、Pt以单质存在外，大多数金属在自然界以化合态形式存在，错误；B项，在工业上，一般用热分解法获得Hg和Ag，错误；C项，铜的金属活动性比铝弱，但是在常温下由于Cu与浓硝酸发生反应，所以不可用铜罐代替铝罐贮运浓硝酸，错误；D项，人们常用钢作建造材料而不用纯铁主要原因是钢的机械性能更好、由于合金元素不同、含量不同，得到的钢的性能也不同，正确。答案：D2．C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是(　　)A．铝锂合金是铝与锂形成的混合物B．铝锂合金的硬度比锂大C．铝锂合金的熔、沸点比铝低D．铝锂合金耐酸碱腐蚀解析：铝锂合金中的铝能与酸和碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。答案：D3．金属、金属材料的性质在很大程度上决定了它们的用途。下列有关说法不正确的是(　　)A．钛合金与人体具有很好的“相容性”，可以用来制造人造骨骼B．铁具有良好的导热性，可以用于制造炊具C．不锈钢的抗腐蚀性好，常用于制造医疗器械D．钛及其合金熔点高，可用作保险丝解析：熔点低可以作保险丝，熔点高不可作保险丝。答案：D4．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高炉炼铁的反应是放热的，故无须加热A．②③　　　B．①③　　　C．①②③　　D．②③④解析：①钠是活泼金属，可以用电解熔融的氯化钠的方法来制取金属钠，①正确；②钠的化学性质非常活泼，将Na加入氯化镁溶液中，Na先和水反应生成NaOH，NaOH再和氯化镁发生复分解反应，将钠加入氯化镁饱和溶液中得不到Mg单质，工业上用电解熔融氯化镁的方法冶炼Mg，②错误；③电解冶炼铝时，原料是氧化铝，因为氯化铝属于共价化合物，在熔融状态下以分子存在而不是离子，熔融状态下不导电，③错误；④虽然高炉炼铁的反应是放热的，但仍需加热反应才能发生，④错误。答案：D5．下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是(　　)答案：D6．(2020·重庆七校联考)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，含少量FeS2)为原料，生产Fe3O4的部分工艺流程如下。下列说法错误的是(　　)A．用NaOH溶液吸收焙烧过程产生的SO2有利于保护环境和资源再利用B．从高硫铝土矿中可制得Al、Fe的化合物C．向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在形式由AlOeq \o\al(－,2)转化为Al3＋D．FeS2与Fe2O3混合后在无氧条件下焙烧的目的是生成Fe3O4和SO2解析：A项，SO2属于大气污染气体，用NaOH溶液吸收有利于保护环境和资源再利用，正确；B项，由高硫铝土矿的组成和流程图可知，从高硫铝土矿中可制得Al、Fe的化合物，正确；C项，向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素的存在形式由AlOeq \o\al(－,2)转化为Al(OH)3，错误；D项，FeS2与Fe2O3混合后在无氧条件下焙烧发生反应：FeS2＋16Fe2O3eq \o(=====,\s\up15(焙烧))11Fe3O4＋2SO2↑，正确。答案：C7．铅的冶炼大致过程如下所示。下列说法正确的是(　　)①富集：将方铅矿(PbS)进行浮选；②焙烧：2PbS＋3O2eq \o(=====,\s\up15(高温))2PbO＋2SO2；③制粗铅：PbO＋Ceq \o(=====,\s\up15(高温))Pb＋CO↑；PbO＋COeq \o(=====,\s\up15(高温))Pb＋CO2。A．浮选法富集方铅矿的过程属于化学变化B．方铅矿焙烧反应中，PbS是还原剂，还原产物只有PbOC．整个冶炼过程中，制取1 mol Pb共转移2 mol电子D．将1 mol PbS完全冶炼成Pb理论上至少需要6 g碳解析：A项，浮选法富集方铅矿为物理变化；B项，O2被还原为PbO和SO2，二者均为还原产物；C项，制取1 mol Pb共转移8 mol e－。答案：D8．类推的思维方法在化学学习与研究中有时会产生错误结论，因此类推的结论最终要经过实践的检验，才能决定其正确与否。下列几种类推结论错误的是(　　)①钠与水反应生成NaOH和H2；所有金属与水反应都生成碱和H2②铁露置在空气中一段时间后就会生锈；性质更活泼的铝不能稳定存在于空气中③化合物KCl的焰色为紫色；K2CO3的焰色也为紫色④生铁比纯铁的熔点低；钠钾合金的熔点也应介于Na和K熔点之间A．①② B．①④C．①②③④ D．①②④解析：①钠是活泼金属，与水反应生成NaOH和H2，但铁需要在高温下与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，所以①错误；②铁因含有杂质，露置在空气中由于发生电化学反应而生锈，但性质更活泼的铝由于易被氧化，在表面形成致密的氧化膜而得到保护，所以铝具有较好的抗腐蚀能力，可稳定存在于空气中，即②错误；③焰色反应是用来检验某些金属元素的，所以只要含有钾元素，焰色都是紫色的，即③正确；④合金的熔点比构成合金的成分金属熔点都低，钠钾合金的熔点也比钠和钾的低，所以④错误；错误的类推结论为①②④。答案：D二、非选择题9．MgO、Al2O3都是常用的耐火材料，某研究小组取100 kg含60% Al的报废汽车的镁合金材料来制备MgO、Al2O3，其中物质甲可由溶液B转化再生，其工艺流程如图所示。请回答下列问题：(1)下列说法正确的是________(填字母)。A．合金是金属与金属熔合而成的混合物B．合金的熔点比成分金属更高C．合金的硬度等机械性能优于成分金属D．氧化铝熔点高，故可以用氧化铝坩埚熔融氢氧化钠(2)物质甲是________，产品A是________。(3)操作②为________。(4)足量物质乙与溶液A反应的离子方程式为_____________________________________________________________________。(5)假设不计损耗，可得产品B的质量为________kg(保留一位小数)。解析：(1)合金不一定是金属和金属的混合物，A项错误；合金的熔点比成分金属的熔点低，B项错误；合金的硬度等机械性能一般优于成分金属，C项正确；氧化铝的熔点高，可制作坩埚，但氧化铝能与强碱反应，不能用于熔融氢氧化钠，D项错误。(2)Al与NaOH溶液反应，而Mg不与NaOH溶液反应，将镁铝合金投入NaOH溶液中，完全反应后过滤得到固体Mg和NaAlO2溶液，沉淀A为Mg，Mg与酸反应得Mg2＋，Mg2＋与碱溶液反应生成Mg(OH)2，加热Mg(OH)2得产品A(MgO)。沉淀B为Al(OH)3，加热Al(OH)3得到产品B(Al2O3)。(3)操作②为固液不相溶分离，故该操作为过滤。(4)向NaAlO2溶液中通入过量的CO2，得到Al(OH)3沉淀和NaHCO3，其反应的离子方程式为AlOeq \o\al(－,2)＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCOeq \o\al(－,3)。(5)100 kg合金含有60 kg Al，根据Al守恒，设Al2O3的质量为m kg，则有m×eq \f(54,102)＝60，解m＝113.3 kg。答案：(1)C　(2)NaOH　MgO　(3)过滤　(4)AlOeq \o\al(－,2)＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCOeq \o\al(－,3)　(5)113.310．用铝土矿(含30% SiO2、40.8% Al2O3和少量Fe2O3等)制取铝硅合金材料有湿法、干法等方法，其中干法制备的工艺流程如下：请回答下列问题：(1)若湿法处理铝土矿，用强酸浸取时，所得溶液中阳离子有________________________。(2)焙烧除铁的反应为4(NH4)2SO4＋Fe2O3eq \o(=====,\s\up15(△))2NH4Fe(SO4)2＋3H2O＋6NH3↑(Al2O3部分发生类似反应)。氧化物转化为硫酸盐的转化率与温度的关系如图所示，最适宜的焙烧温度为________。(3)操作①包括加水溶解、________。(4)用焦炭还原SiO2、Al2O3会产生中间体SiC、Al4C3。写出高温下Al4C3与Al2O3反应生成铝单质的化学方程式：_______________。(5)铝硅合金材料中若含铁，会影响其抗腐蚀性，原因是______________________________________________。(6)不计损失，投入1 t铝土矿，当加入54 kg纯铝后，铝硅合金中m∶n＝________。解析：铝土矿加(NH4)2SO4焙烧，Fe2O3转化为NH4Fe(SO4)2，同时生成氨气，加水溶解、过滤，滤渣为SiO2和Al2O3，用焦炭在高温条件下还原SiO2、Al2O3得到铝硅熔体，再加纯铝搅拌，得到铝硅合金。(1)铝土矿中的氧化铝和氧化铁能溶于强酸生成Al3＋、Fe3＋，另外还有剩余的H＋，所以溶液中的阳离子有Al3＋、Fe3＋、H＋。(2)焙烧除铁时尽可能使氧化铁的转化率升高，并使氧化铝的转化率降低，由题图可知在300 ℃时，氧化铁转化为硫酸盐的转化率很高，而氧化铝转化为硫酸盐的转化率最低，所以最适宜的焙烧温度为300 ℃。(3)由流程分析可知，操作①包括加水溶解、过滤。(4)在高温条件下，Al4C3与Al2O3反应生成Al和CO，其反应的化学方程式为Al4C3＋Al2O3eq \o(=====,\s\up15(高温))6Al＋3CO↑。(5)Al、Fe形成原电池，Al的活泼性比Fe强，作负极，被腐蚀，所以铝硅合金材料中若含铁，容易发生电化学腐蚀。(6)已知铝土矿中含30% SiO2、40.8% Al2O3，不考虑损失，投入1 t铝土矿，加入54 kg纯铝，则得到的铝硅合金中铝元素的总质量为1 000 kg×40.8%×eq \f(54,102)＋54 kg＝270 kg，硅元素的总质量为1 000 kg×30%×eq \f(28,60)＝140 kg，则铝硅合金中m∶n＝eq \f(270,27)∶eq \f(140,28)＝2∶1。答案：(1)Al3＋、Fe3＋、H＋　(2)300 ℃　(3)过滤(4)Al4C3＋Al2O3eq \o(=====,\s\up15(高温))6Al＋3CO↑　(5)铁与铝形成原电池，加快了铝的腐蚀　(6)2∶111．目前世界上60%的镁是从海水提取的。海水提镁的主要流程如下：请回答下列问题：(1)从离子反应的角度思考，在海水中加入石灰乳的作用是_____；写出在沉淀池中反应的离子方程式：______________________________________________________________________。(2)石灰乳是生石灰与水形成的化合物，从充分利用海洋化学资源，提高经济效益的角度，生产生石灰的主要原料来源于海洋中的________。(3)操作A是________，操作B是________。(4)加入的足量试剂a是________(填化学式)。(5)无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，该反应的化学方程式为_________________________________________________________________________________________________；从考虑成本和废物循环利用的角度，副产物氯气可以用于_____________________________________________________。(6)海水提镁的过程，要将海水中的氯化镁转变为氢氧化镁，再转变为氯化镁的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(7)有同学认为：可直接加热Mg(OH)2得到MgO，再电解熔融MgO制金属镁，这样可简化实验步骤，体现实验的简约性原则。你________(填“同意”或“不同意”)该同学的想法，理由是____________________________________________________________。解析：(1)石灰乳中的Ca(OH)2与海水中的镁盐发生复分解反应生成Mg(OH)2沉淀。(2)海滩上贝壳的主要成分是CaCO3，可用于制取生石灰。(3)从沉淀池中得到Mg(OH)2固体，应用过滤操作，加热浓缩MgCl2溶液，可使其结晶出MgCl2晶体。(4)溶解Mg(OH)2应用足量盐酸。(5)MgCl2(熔融)eq \o(=====,\s\up15(电解))Mg＋Cl2↑，Cl2可用于生产盐酸，循环利用。答案：(1)沉淀Mg2＋[或使Mg2＋形成Mg(OH)2沉淀]Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓　(2)贝壳　(3)过滤　加热浓缩(或蒸发结晶)　(4)HCl　(5)MgCl2(熔融)eq \o(=====,\s\up15(电解))Mg＋Cl2↑　制盐酸，循环使用　(6)海水中氯化镁的含量很大，但镁离子浓度很低，该过程可以使镁离子富集，浓度高，且成本低　(7)不同意　MgO熔点很高，熔融时耗费大量的能量而增加生产成本12．(2019·全国卷Ⅲ)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如下图所示。回答下列问题：该工艺条件下，相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：(1)“滤渣1”含有S和____________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式：___________________________________________________________________________________。(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是将______________________________________________________________________。(3)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为______～6之间。(4)“除杂1”的目的是除去Zn2＋和Ni2＋，“滤渣3”的主要成分是______________。(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2＋。若溶液酸度过高，Mg2＋沉淀不完全，原因是_____________________________________________________________________________________。(6)写出“沉锰”的离子方程式：_______________________________________________________________________________。(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为＋2、＋3、＋4。当x＝y＝eq \f(1,3)时，z＝__________。解析：(1)Si元素以SiO2或不溶性硅酸盐存在，SiO2与硫酸不反应，所以滤渣1中除了S还有SiO2；在用硫酸溶浸的过程中，二氧化锰和硫化锰发生了氧化还原反应，二氧化锰作氧化剂，硫化锰作还原剂，反应的化学方程式为MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O。(2)二氧化锰作为氧化剂，使得MnS反应完全，且将溶液中Fe2＋氧化为Fe3＋。(3)由表中数据知pH在4.7时，Fe3＋和Al3＋沉淀完全，所以应该控制pH在4.7～6之间。(4)根据题干信息，加入Na2S除杂为了除去锌离子和镍离子，所以滤渣3是生成的沉淀ZnS和NiS。(5)由HFH＋＋F－知，酸度过大，F－浓度减低，使得MgF2Mg2＋＋2F－的平衡向沉淀溶解方向移动，Mg2＋沉淀不完全。(6)根据题干信息沉锰的过程是生成了MnCO3沉淀，所以反应的离子方程式为Mn2＋＋2HCOeq \o\al(－,3)===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O。(7)根据化合物中各元素化合价代数和为0的规律得：1＋2x＋3y＋4z＝4，已知x＝y＝eq \f(1,3)，带入计算得z＝eq \f(1,3)。答案：(1)SiO2(不溶性硅酸盐)　MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O　(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋　(3)4.7　(4)NiS和ZnS　(5)F－与H＋结合形成弱电解质HF，MgF2Mg2＋＋2F－的平衡向沉淀溶解的方向移动　(6)Mn2＋＋2HCOeq \o\al(－,3)=== MnCO3↓＋CO2↑＋H2O　(7)eq \f(1,3)选项金属存在形式冶炼方法A金游离态金子比沙子密度大，利用水洗法直接分离B银化合态银的金属性弱，用加热Ag2O的方法冶炼C铁化合态用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物D钠化合态钠的金属性强，一般还原剂很难将其还原出来，所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼金属离子Mn2＋Fe2＋Fe3＋Al3＋Mg2＋Zn2＋Ni2＋开始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9