2020-2021学年高中化学新人教版必修第二册第8章第1节第1课时金属矿物的开发利用作业

金属矿物的开发利用一、选择题1．下列金属：①铁②镁③锰④钒⑤铬，可用铝热法制备的有()A．①②④B．①②③⑤C．①③④⑤D．①②③④⑤【解析】铝热法冶炼金属是利用了Al的还原性及反应过程中放出大量的热，可用于金属活动性比Al弱的金属的冶炼，题给五种金属中只有Mg的活动性比Al强，不能用铝热法制备。【答案】C2．下列反应原理中，不符合工业冶炼金属实际情况的是()A．2HgOeq\o(=,\s\up17(△))2Hg＋O2↑B．4Al＋3MnO2eq\o(=,\s\up17(高温))2Al2O3＋3MnC．2MgOeq\o(=,\s\up17(△))2Mg＋O2↑D．4CO＋Fe3O4eq\o(=,\s\up17(高温))3Fe＋4CO2【解析】A项，Hg为不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将Hg从其化合物中还原出来，正确；B项，Mn、W等高熔点金属可利用铝热法冶炼，正确；C项，Mg为活泼金属，MgO在加热条件下难以分解，通常采用电解熔融MgCl2的方法冶炼，错误；D项，Fe处于金属活动性顺序表中的中间位置，通常是用还原剂(C、CO、H2、活泼金属等)将Fe从其化合物中还原出来，正确。【答案】C3．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。如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．金属的导电性强弱B．金属在地壳中的含量多少C．金属的化合价高低D．金属的活动性强弱【解析】由于人类掌握科学知识的局限性，越活泼的金属越难以冶炼，故发现年代越晚。【答案】D4．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，则下列能治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】锂的金属性介于钠、镁之间，应该与Na、Mg的冶炼方法相同。【答案】A5．在熔融状态下，Na与KCl存在可逆反应：Na＋KClNaCl＋K，通过调整温度，可利用金属Na来制取K。物质KNaKClNaCl熔点/℃770801沸点/℃77488315001413根据上表的熔点和沸点，确定由Na与KCl反应制取K的合适温度为()A．770℃B．C．850℃D．770～【解析】K、Na的活泼性相近，要从上述可逆的置换反应中制取K，主要是利用K的沸点比Na的低而控制温度使K气化。其余三种物质均为液体，便于生成的K蒸气不断逸出，使反应向生成K的方向进行而制得K。在801～883℃合理。【答案】C6．用铝热法还原下列化合物，若获得金属各1mol，消耗铝最少的是()A．MnO2B．Cr2O3C．WO3D．CuO【解析】制备1mol金属，根据氧化还原反应中得失电子数相等的原理，金属离子得电子数越多，需要铝的质量越大。而生成1mol金属，该金属在化合物中化合价越高，则消耗铝越多；反之则越少。在这四种化合物中只有D项中Cu的化合价最低，故选D。【答案】D7．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】C8．以辉铜矿(Cu2S)为原料冶炼铜，其反应原理可表示为Cu2S＋O2eq\o(=,\s\up17(高温))2Cu＋SO2。下列说法不正确的是()A．化合价发生变化的元素有3种B．Cu2S在该反应中既是氧化剂又是还原剂C．1molO2参加反应时，上述反应转移电子总物质的量为4molD．SO2被分离、回收后氧化生成SO3，作为制取硫酸的原料【解析】分析反应中化合价的变化：eq\o(Cu,\s\up6(＋1))2eq\o(S,\s\up6(－2))＋eq\o(O,\s\up6(0))2eq\o(=,\s\up17(高温))＋2eq\o(Cu,\s\up6(0))＋eq\o(S,\s\up6(＋4))eq\o(O,\s\up6(－2))2，反应过程中Cu、S、O三种元素的化合价均发生改变；Cu2S中Cu元素化合价降低，S元素化合价升高，因此Cu2S既是氧化剂又是还原剂；根据S元素化合价的改变可知，当1molO2参加反应时，共转移电子6mol；SO2催化氧化可得SO3，SO3被水吸收可得H2SO4。【答案】C9．钛是一种活泼金属，具有密度小、熔点高、可塑性强、机械强度高等性能。工业上常用硫酸分解铁钛矿石来制备二氧化钛，用以冶炼钛，主要有以下五个反应：①FeTiO3＋2H2SO4=TiOSO4＋FeSO4＋2H2O②TiOSO4＋2H2O=H2TiO3↓＋H2SO4③H2TiO3eq\o(=,\s\up17(△))TiO2＋H2O④TiO2＋2C＋2Cl2eq\o(=,\s\up17(△))TiCl4＋2CO⑤TiCl4＋2Mgeq\o(=,\s\up17(△))2MgCl2＋Ti针对以上五个反应，下列叙述错误的是()A．反应①是非氧化还原反应B．反应②生成了两种酸C．反应④中的TiO2是氧化剂D．反应⑤表现了金属镁比金属钛的还原性强【解析】在反应①中没有化合价的变化，反应②中，化学式H2TiO3符合酸的一般化学式，它是钛酸的化学式。反应④中，钛元素的化合价保持不变，氯气是氧化剂，碳是还原剂，反应⑤中，镁是还原剂，钛是还原产物，所以镁的还原性强于钛。【答案】C二、非选择题10．(1)Al与Fe3O4发生铝热反应的化学方程式为______________________________，该反应中氧化剂是________，还原剂是________。(2)工业上电解冶炼铝的化学方程式为________________________________________________。若电路中通过1mol电子，可以得到Al________g。【答案】(1)8Al＋3Fe3O4eq\o(=,\s\up17(高温))4Al2O3＋9FeFe3O4Al(2)2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up17(电解),\s\do15(冰晶石))4Al＋3O2↑911．冶炼金属一般有下列方法：①焦炭法；②水煤气(或氢气或一氧化碳)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。(1)请对下表中的金属冶炼方法进行分析，从上述四种方法中选择相应的序号填入表中空格：(2)请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个(用化学方程式表示)：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；③________________________________________________________________________；④________________________________________________________________________。【答案】(1)①③③④(2)①3C＋2Fe2O3eq\o(=,\s\up17(高温))4Fe＋3CO2↑②3H2＋WO3eq\o(=,\s\up17(高温))W＋3H2O③3MnO2＋4Aleq\o(=,\s\up17(高温))3Mn＋2Al2O3④2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up17(通电))2Na＋Cl2↑12．铁是地壳中含量很丰富的元素，金属铁是在高炉中冶炼的，在冶金工业中，常用焦炭来冶炼铁。(1)写出焦炭在高炉中所参与的两个反应的化学方程式：__________________________________。(2)写出赤铁矿被CO还原成铁的化学方程式：________________________________________。(3)实验室中可用CO还原Fe2O3，在加热Fe2O3前应________，直到无________现象时才能点燃酒精灯加热，否则可能发生________现象，未反应完全的CO________(填“能”或“不能”)排放到大气中，应做________处理。【解析】(1)在冶炼铁的过程中，为提高C的利用率，先发生反应C＋O2eq\o(=,\s\up17(点燃))CO2，再发生反应：CO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高温))2CO，用CO还原Fe2O3，接触更充分，效果更好。(3)加热Fe2O3之前应先检验CO的纯度，否则会发生爆炸，由于CO有毒，故未完全反应的CO应点燃，以防污染环境。【答案】(1)C＋O2eq\o(=,\s\up17(点燃))CO2，C＋CO2eq\o(=,\s\up17(高温))2CO(2)3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up17(高温))Fe＋3CO2(3)验纯爆鸣爆炸不能点燃13．铁砂的主要成分是微粒状的磁性氧化铁、石英、石灰石等混合物。某化学兴趣小组从铁砂中分离出磁性氧化铁，并进行铝热反应实验，实验装置如图所示。(1)取磁性氧化铁按图所示装置进行铝热反应，引发铝热反应的实验操作是____________________________。取少许反应生成的“铁块”溶于盐酸，向其中滴加KSCN溶液，发现溶液变为血红色。出现这种现象，一方面可能因为“铁块”中混有没反应的磁性氧化铁，另一方面可能因为____________________________________。(2)请写出此铝热反应的化学方程式：________________，1molAl参与反应，转移的电子数为________。(3)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的“铁块”中含有金属铝。该实验所用试剂是________，反应的离子方程式为__________________________。(4)除了磁性氧化铁可做铝热反应实验，下列试剂也可以发生铝热反应的是________(填字母，双选)。A．CuOB．Na2O2C．MnO2D．MgO【解析】(1)铝热反应的引发：铝热剂上铺KClO3，插镁条并将其点燃，利用金属镁燃烧产生的大量的热来引发实验。取少许反应生成的“铁块”溶于盐酸，向其中滴加KSCN溶液，发现溶液变为血红色，证明存在Fe3＋，原因可能是金属中混有没反应的磁性氧化铁或是生成的红热的铁在掉落到蒸发皿的过程中，表面被空气氧化为Fe3O4。(2)Al和Fe3O4发生铝热反应的化学方程式为8Al＋3Fe3O4eq\o(=,\s\up17(高温))4Al2O3＋9Fe，每8molAl参与反应，转移电子24mol，所以1molAl参与反应，转移的电子数为3NA。(3)Fe和NaOH溶液不反应，但Al可以和NaOH溶液反应产生H2，因此证明上述所得的“铁块”中含有金属铝，可以向混合物中加入NaOH溶液，看是否产生气体，若有气体产生，则“铁块”中含有金属铝，反之则没有。(4)铝热反应适用于高熔点金属的冶炼：如铁、铜、铬、锰等，这些金属的活泼性比金属铝的弱，所以Na2O2和MgO都不适合，CuO、MnO2适合。【答案】(1)在铝热剂上铺KClO3，插镁条并将其点燃生成的红热的铁在掉落到蒸发皿的过程中，表面被空气氧化为Fe3O4(2)8Al＋3Fe3O4eq\o(=,\s\up17(高温))9Fe＋4Al2O33NA(或3mol)(3)NaOH溶液2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑(4)AC14．从铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝通常有两种工艺，如图所示。因向铝土矿中加入NaOH时形成的赤泥(残渣)中常含有铝硅酸钠，故流程乙常处理SiO2含量小于8%的铝土矿，若SiO2含量较高则可采用流程甲来处理。请回答下列问题：(1)流程甲加入盐酸后生成Al3＋的离子方程式为__________________________________。(2)流程乙加入烧碱后生成SiOeq\o\al(2－,3)的离子方程式为____________________________________。(3)流程甲滤液D中通入过量CO2反应的化学方程式为________________________________。(4)“通入过量CO2”能否改用盐酸________(填“能”或“不能”(5)滤液E、K中溶质的主要成分是________(填化学式)，写出该溶质的一种用途______________________。【解析】(1)流