04第14讲金属材料金属矿物的开发和利用【答案】听课手册

第14讲金属材料金属矿物的开发和利用考点一●夯实必备知识1.(1)第三周期第ⅡA族第三周期第ⅢA族化合态化合态(2)延展性导电性导热性(3)失去还原①4Al+3O22Al2O3②Al+NO3-+4H+Al3++NO↑+2H2③2Al+6H+2Al3++3H2↑④2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑⑤2Al+Fe2O32Fe+Al2O32.(1)Al2O3+6H+2Al3++3H2OAl2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-(2)①Al(OH)3+3H+Al3++3H2OAl(OH)3+OH-[Al(OH)4]-(3)①KAl(SO4)2·12H2O③Al(OH)3Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+(4)①[Al(OH)4]-+H+Al(OH)3↓+H2O,Al(OH)3+3H+Al3++3H2O②2[Al(OH)4]-+CO22Al(OH)3↓+CO32-+H【对点自测】(1)√(2)√(3)√(4)√(5)√(6)×●提升关键能力题组一1.A[解析]Al与NaOH、H2O反应生成氢气,2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,可用于疏通管道,A正确;Al常温下可与O2反应生成氧化铝,化学方程式为4Al+3O22Al2O3,B错误;铝合金的硬度比纯铝大,C错误;铝是活泼性较强的金属,工业上用电解熔融Al2O3制备金属铝,D错误。2.B[解析]向含有少量Al3+的Fe3+溶液中加入过量氨水时,Fe3+、Al3+均转化为氢氧化物沉淀,达不到除杂的目的,B错误。题组二3.D[解析]氧化铝熔点较高,需要加入冰晶石,降低氧化铝熔融所需的温度,A正确;母液1含有AlCl3、FeCl3、HCl,步骤②中加入过量NaOH溶液,作用是除去H+、Fe3+,B正确;通入过量二氧化碳与四羟基合铝酸根离子反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢根离子,离子方程式为[Al(OH)4]-+CO2HCO3-+Al(OH)3↓,C正确;将步骤①和步骤②顺序颠倒,母液1含有四羟基合铝酸钠、硅酸钠,母液2中含有Al3+,再通入过量CO2不能得到氢氧化铝沉淀,D4.C[解析]分析题中流程图可知,试剂X是氢氧化钠溶液,Al2O3溶于氢氧化钠溶液得到Na[Al(OH)4]溶液,Fe2O3与氢氧化钠溶液不反应,所以反应Ⅰ过滤出的沉淀为Fe2O3,所得溶液乙为Na[Al(OH)4]和NaOH的混合溶液;向溶液乙中通入过量CO2,化学方程式为NaOH+CO2NaHCO3、Na[Al(OH)4]+CO2Al(OH)3↓+NaHCO3,所以Y为NaHCO3溶液,Al(OH)3加热分解生成Al2O3,电解熔融Al2O3得到Al。试剂X不可以是氨水,因为Al2O3和Fe2O3与氨水都不反应,沉淀中含有铁的化合物,还有铝的化合物,无法分离,故A错误;Fe不如Al活泼,与Al2O3不反应,故B错误;反应Ⅱ中CO2溶于水得碳酸,碳酸是弱酸,可以用CH3COOH溶液代替,故C正确;反应Ⅰ中的离子方程式为Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-,故D错误。考点二●夯实必备知识1.(1)紫红(2)①2Cu+O2+CO2+H2OCu2(OH)2CO3②2Cu+SCu2S③a.Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2Ob.3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2c.Cu+4H++2NO3-Cu2++2NO2↑+2H2④Cu+2Fe3+2Fe2++Cu2+2.黑色砖红色CuO+2H+Cu2++H2OCuO+H2Cu+H2O3.(2)Cu(OH)2CuO+H2OCu(OH)2+2H+Cu2++2H2O4.蓝矾胆矾蓝【对点自测】(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√(6)√(7)×(8)×●提升关键能力题组1.(1)除油污(2)SO2(3)Cu+H2O2+H2SO4CuSO4+2H2O(4)胆矾晶体易溶于水(5)ⅰ.溶液C经步骤③加热浓缩后H2O2已完全分解ⅱ.取滤液,向其中加入适量硫化钠溶液,使铜离子恰好完全沉淀,再加入I-,溶液不变色,I-不能被氧化[解析]由流程中的信息可知,原料经碳酸钠溶液浸洗后过滤,可以除去原料表面的油污;固体B与过量的稀硫酸、双氧水反应,其中的Cu、CuO、CuCO3、Cu(OH)2均转化为CuSO4,溶液C为硫酸铜和稀硫酸的混合液,加热浓缩、冷却结晶、过滤后得到胆矾。(1)原料表面含有少量的油污,Na2CO3溶液呈碱性,可以除去原料表面的油污。(2)在加热的条件下,铜可以与浓硫酸发生反应生成CuSO4、SO2和H2O,二氧化硫是一种大气污染物。(3)步骤②中,在H2O2存在下Cu溶于稀H2SO4,生成CuSO4和H2O,该反应的化学方程式为Cu+H2O2+H2SO4CuSO4+2H2O。(4)胆矾是一种易溶于水的晶体,用水洗涤会导致胆矾的产率降低,因此,经步骤④得到的胆矾不能用水洗涤。(5)ⅰ.H2O2常温下即能发生分解反应,在加热的条件下,其分解速率更快,溶液C经步骤③加热浓缩后H2O2已完全分解,因此,甲同学认为不可能是步骤②中过量H2O2将I-氧化为I2。ⅱ.I-被氧化为I2时溶液的颜色会发生变化;滤液D中含有CuSO4和H2SO4,乙同学通过实验证实,只能是Cu2+将I-氧化为I2,较简单的方案是除去溶液中的Cu2+,然后再向其中加入含有I-的溶液,观察溶液是否变色;除去溶液中的Cu2+的方法有多种,可以加入适当的沉淀剂将其转化为难溶物,如加入Na2S将其转化为CuS沉淀,因此,乙同学的实验方案为取少量滤液D,向其中加入适量Na2S溶液,直至不再有沉淀生成,静置后向上层清液中加入少量KI溶液;实验结果为上层清液不变色,证明I-不能被除去Cu2+的溶液氧化,故只能是Cu2+将I-氧化为I2。2.(1)Ag++e-Ag2NO+O22NO2(2)CuO、Al(OH)3Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]-(3)424O2(4)5025(5)蒸发浓缩、冷却结晶[解析](1)电解精炼银时,阴极的电极反应式为Ag++e-Ag;气体变色是因为发生反应2NO+O22NO2。(2)结合工艺流程及Al(OH)3和Cu(OH)2的分解温度可知固体混合物B中含有CuO、Al(OH)3。若NaOH过量,则Al(OH)3会转化为Na[Al(OH)4]。(3)该反应为氧化还原反应,根据得失电子守恒、原子守恒确定缺项物质并配平方程式。(4)由题意可知,生成CuAlO2的物质的量为5.0kg×1000g·kg-1×63.5%64g·mol-1≈50mol,至少需要Al2(SO4)(5)由CuSO4溶液制备胆矾的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥。考点三●夯实必备知识1.金属与非金属低大2.(1)铁铬(2)组织结构CrNi小高Cu、Zn3.(1)化合物金、铂(2)化合物Mn++ne-M(3)2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑Fe2O3+3CO2Fe+3CO22CuO+C2Cu+CO2↑2HgO2Hg+O2↑【对点自测】(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√(6)√(7)×[解析](2)生铁、钢中都含有非金属碳。(7)电解NaCl溶液得到的是氢氧化钠溶液而不是金属钠,应电解熔融态NaCl。●提升关键能力题组一1.A[解析]铸客大铜鼎属于铜合金,A项正确。河姆渡出土陶灶的主要化学成分是硅酸盐,不属于合金,B项错误。兽首玛瑙杯的主要化学成分为二氧化硅,不属于合金,C项错误。角形玉杯的主要化学成分是硅酸盐,不属于合金,D项错误。2.C[解析]金属材料包括纯金属和它们的合金,A正确;合金的硬度一般比各成分金属大,熔点一般比各成分金属低,B正确;铝和氧化铝易与酸、碱溶液发生反应,不耐酸、碱腐蚀,C错误;新型钛合金强度高、质量轻、耐高温,广泛用于航空航天领域,如飞机发动机零件和火箭结构件,D正确。题组二3.D[解析]钠一般是由电解熔融NaCl的方法来制取,而电解饱和食盐水得到的是NaOH、H2和Cl2。同时注意,此题易误选C,一般认为铁是由CO还原Fe2O3制得,但在实际生活中,在铁轨焊接等方面时,是用铝热反应来制取的。4.(1)适当升高温度;不断搅拌;将矿渣粉碎;适当增大硫酸的浓度等(任写两条)(2)SiO2、Cu(3)Fe2+2Fe3++CuCu2++2Fe2+(4)过滤冰水既可以洗去晶体表面的杂质离子,又可以减少晶体的溶解损失(5)Fe(OH)32Fe2++5ClO-+5H2O2Fe(OH)3↓+Cl-+4HClO[解析](1)由于矿渣为固体,所以为了加快反应Ⅰ的速率,可以采取的措施是将固体粉碎或适当升高反应的温度或增大反应物H2SO4的浓度等。(2)SiO2是酸性氧化物,不能与硫酸发生反应;其他金属氧化物Cu2O、Al2O3、Fe2O3与硫酸发生反应:Cu2O+H2SO4Cu+CuSO4+H2O,Al2O3+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2O,Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O,Fe2(SO4)3+CuCuSO4+2FeSO4,因此发生反应Ⅰ后过滤出的固体混合物A中的成分是SiO2和Cu。(3)因为在矿渣中铁元素的化合价为+3价,先与酸发生复分解反应生成Fe2(SO4)3,Fe2(SO4)3与Cu发生反应:2Fe3++CuCu2++2Fe2+,因固体混合物中有Cu,则Fe3+已反应完全,铁元素的存在形式为Fe2+。(4)从硫酸铜溶液中制取CuSO4·5H2O粗产品的操作1主要包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤;洗涤CuSO4·5H2O粗产品不能用大量水洗,而用冰水洗涤的原因是CuSO4·5H2O溶于水,而且温度越高,溶解度越大,用冰水既可以洗去晶体表面的杂质离子,又可以减少晶体的损失。(5)根据题中信息②可知加入NaClO调pH时将Fe2+氧化为Fe3+,NaClO具有氧化性,Fe2+具有还原性,用NaClO调节pH时,反应生成Fe(OH)3沉淀和具有漂白作用的HClO。经典真题·明考向1.(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√(6)×(7)√[解析](2)工业上采用电解熔融MgCl2的方法冶炼Mg。(3)铝制作门窗框架与其还原性无关,与其物理性质有关。2.(1)Na[Al(OH)4](2)BC(3)蒸发皿温度升高,聚合氯化铝会分解[解析]铝土矿主要成分为Al2O3,含少量Fe2O3和SiO2,向铝土矿中加氢氧化钠溶液,得到难溶性铝硅酸盐、四羟基合铝酸钠,氧化铁不与氢氧化钠溶液反应,过滤,滤液中主要含四羟基合铝酸钠,向滤液中通入二氧化碳,过滤、洗涤,得到氢氧化铝沉淀,将沉淀分为两份,一份加入盐酸得到氯化铝,再将两份混合得到聚合氯化铝溶液,加热得到聚合氯化铝固体。(1)根据题中信息,步骤Ⅰ所得滤液中主要溶质的化学式是Na[Al(OH)4]。(2)步骤Ⅰ在NaOH溶液中反应,反应所需温度高于100℃,因此反应须在密闭耐高压容器中进行,以实现所需反应温度,故A正确;步骤Ⅱ,滤液浓度较大时通入过量CO2生成氢氧化铝和碳酸氢钠,由于NaHCO3的溶解度较低,有可能析出,则不利于减少Al(OH)3沉淀中的杂质,故B错误;步骤Ⅲ,洗涤时不能对漏斗中的沉淀进行搅拌,故C错误;[Al2(OH)aClb]m中a、b的比例可通过控制Al(OH)3和AlCl3的投料比来控制,进而控制产品的盐基度,故D正确。(3)步骤Ⅴ采用如图所示的蒸汽浴加热,根据图中信息得到仪器A的名称是蒸发皿;酒精灯直接加热温度高,会使聚合氯化铝分解,影响产品盐基度。3.(1)1∶1H2S(2)热浸(3)将过量的Fe3+还原为Fe2+(4)CPb+2[AgCl2]-2Ag+[PbCl4]2-(5)阳极[解析]本题以铅精矿(含PbS、Ag2S等)为主要原料提取金属Pb和Ag,“热浸”时,难溶的PbS和Ag2S转化为[PbCl4]2-和[AgCl2]-及单质硫,Fe3+被还原为Fe2+,过滤Ⅰ除掉含硫滤渣,滤液中的[PbCl4]2-在稀释降温的过程中转化为PbCl2沉淀,然后用饱和食盐水热溶,增大氯离子浓度,使PbCl2又转化为[PbCl4]2-,电解得到Pb;过滤Ⅱ后的滤液成分主要为[AgCl2]-、FeCl2、FeCl3、NaCl,加入铅精矿的主要目的是将FeCl3还原为FeCl2,过滤除去含硫滤渣,试剂X将[AgCl2]-置换为Ag,得到富银铅泥,试剂X为铅,尾液中含FeCl2、NaCl等。(1)“热浸”时,Fe3+将PbS和Ag2S中-2价的硫氧化为单质硫,Fe3+被还原为Fe2+,在这个过程中Pb和Ag的化合价保持不变,溶解等物质的量的PbS和Ag2S时,二者S2-物质的量相等,所以消耗Fe3+的物质的量相等,二者之比为1∶1;溶液中盐酸浓度过大,则氢离子浓度过大,会生成H2S气体。(2)“过滤Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反复用饱和食盐水热溶,会溶解为[PbCl4]2-,电解[PbCl4]2-溶液制备金属Pb,Pb在阴极产生,阳极上Cl-放电产生Cl2,尾液成分中的FeCl2被Cl2氧化后转化为FeCl3,所得含FeCl3、NaC