高中化学第四章化学与自然资源的开发利用第一节1金属矿物的开发利用时作业含解析新人教版必修2

金属矿物的开发利用
时间：45分钟
一、选择题
1．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( D )
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。

2．不同金属的冶炼,其冶炼方法也可能不同,主要原因是( D )
A．金属在自然界中的分布不同
B．金属在自然界中的含量不同
C．金属在自然界中的存在形式不同
D．金属的活动性不同
解析：金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得电子变成金属单质,金属的活动性不同,其对应金属离子得电子的能力不同,冶炼方法就有可能不同。

3．化学学科的发展对人类文明进步起到了极为重要的作用。

下列认识正确的是( D ) A．人类对金、银、铜、铁、铝的认识与其在自然界分布无关
B．人类解决吃、穿、住、行最有效的方法就是大力开发石油及其产品
C．工业上可用电解熔融态的MgCl2、AlCl3来制备Mg、Al
D．工业上可用空气、Cu、稀硫酸来制备CuSO4
解析：选项A,金是极不活泼金属,在自然界中有单质存在,古人不需冶炼即可获得,随着化学科学的进步,人类逐渐冶炼出Cu、Fe、Al等金属,可见人类认识和获取金属与金属活动性顺序密切相关。

选项B,石油是不可再生资源,总有一天,石油会消耗殆尽,它不是解决人类吃、穿、住、行最有效的方法。

选项C,AlCl3是共价化合物,电解熔融AlCl3得不到Al。

选项D,将铜粉放在稀硫酸中,不断通入空气,加热即可生成CuSO4。

4．在熔融状态下,Na与KCl存在可逆反应：Na＋KCl NaCl＋K,通过调整温度,可利
用Na来制取K。

物质K Na KCl NaCl
熔点/℃63.6 97.8 770 801
沸点/℃774 883 1 500 1 413 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( C )
A．770 ℃ B．801 ℃
C．850 ℃ D．770～801 ℃
解析：本题要求通过控制温度,使可逆反应Na＋KCl NaCl＋K向右进行,制取K。

由题表中的信息可知,在850 ℃时,Na(l)＋KCl(l)NaCl(l)＋K(g)。

由此可见,在850 ℃时,Na(l)＋KCl(l)NaCl(l)＋K(g)的反应体系中K不断蒸发,可逆反应不断向右进行,达到了利用Na制取K的目的。

5．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( D )
A．MnO2 B．WO3
C．Cr2O3 D．Co3O4
6．下列金属的冶炼过程中,需加入还原剂的是( D )
A．HgO―→Hg B．Al2O3―→Al
C．Ag2O―→Ag D．CuSO4―→Cu
解析：在冶炼金属的方法中,只有热还原法需要加入还原剂。

这种方法适合冶炼金属活动性顺序表中间部分的金属如Fe、Cu,而后面的金属如Hg、Ag适合用热分解法,前面的金属如Al适合用电解法。

7．海水是一个巨大的化学资源库,下列有关海水综合利用的说法正确的是( C )
A．利用潮汐发电是将化学能转化为电能
B．海水蒸发制海盐的过程中发生了化学变化
C．从海水中可以得到MgCl2,电解熔融MgCl2可制备Mg
D．海水中含有溴元素,只需经过物理变化就可以得到溴单质
解析：A中,潮汐发电是将潮汐能转化为电能；B中,海水蒸发制海盐过程中只有物理变化；D中,海水中溴元素以溴离子(Br－)形式存在,要得到单质溴必须发生化学变化才能实现。

8．在冶金工业上,下列均不能用通常化学还原剂制得的金属是( A )
A．K、Ca、Na、Al B．K、Na、Zn、Fe
C．Zn、Fe、Cu、Ag D．Mg、Al、Zn、Fe
解析：一些很活泼的金属,它们失电子的能力很强,通常的化学还原剂很难使其阳离子得到电子被还原成金属单质,其冶炼通常应采用电解法。

9．有0.4 g铁的氧化物,用足量的CO在高温下将其还原,把生成的CO2全部通入足量澄清石灰水中,得到0.75 g沉淀。

这种铁的氧化物的化学式是( B )
A ．FeO
B ．Fe 2O 3
C ．Fe 3O 4
D ．FeO 和Fe 2O 3
解析：CO 和铁的氧化物反应时,氧化物中的1 mol O 对应1 mol CO 2,每1 mol CO 2对应1 mol CaCO 3,所以有下列的关系式：O ～CO 2～CaCO 3。

假设0.4 g 该氧化物中含氧元素的质量为x 。

O ～ CO 2 ～ CaCO 3
16 100
x 0.75 g
解得x ＝0.12 g
n (Fe)n (O)＝0.4 g －0.12 g 56 g·mol －10.12 g
16 g·mol －1＝23。

故此氧化物的化学式为Fe 2O 3。

10．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为①2MoS 2＋7O 2=====高温
2MoO 3＋4SO 2
②MoO 3＋2NH 3·H 2O===(NH 4)2MoO 4＋H 2O
③(NH 4)2MoO 4＋2HCl===H 2MoO 4↓＋2NH 4Cl
④H 2MoO 4=====高温
MoO 3＋H 2O
⑤用还原剂将MoO 3还原成金属钼。

则下列说法中正确的是( D )
A ．MoS 2煅烧产生的尾气可直接排放
B ．MoO 3是金属氧化物,也是碱性氧化物
C ．H 2MoO 4是一种强酸
D ．利用H 2、CO 和Al 分别还原等量的MoO 3,所消耗还原剂的物质的量之比为33 2 解析：A 项明显错误,生成物SO 2对环境污染严重；B 项,根据②中生成物(NH 4)2MoO 4可知,该化合物属于盐,对应的酸是H 2MoO 4,故MoO 3不属于碱性氧化物,B 项错误；C 项,根据反应③H 2MoO 4是一种不溶性酸,溶液中c (H ＋)不可能很大,故H 2MoO 4不可能是强酸；D 项,1 mol H 2、1 mol CO 和1 mol Al 作还原剂时,失去的电子数分别为2 mol 、 2mol 和3 mol,还原等量的MoO 3转移电子相同,此时n (H 2)n (CO)n (Al)＝332。

11．已知工业上真空炼铷的化学方程式为2RbCl ＋Mg
△
MgCl 2＋2Rb(g),对此反应能够进行的正确解释是 ( B )
A ．Rb 比Mg 的金属性强
B ．铷的沸点比镁低,把铷的蒸气抽走后,平衡向正反应方向移动
C ．MgCl 2的热稳定性比RbCl 弱
D ．高温下Mg 2＋的得电子能力比Rb ＋弱
解析：由金属活动性顺序可知金属性：K>Mg,对于碱金属的金属性：Rb>K,所以金属性：Rb>Mg,则得电子能力：Mg 2＋>Rb ＋,但A 不能正确解释,所以A 和D 均错。

反应生成了MgCl 2,MgCl 2与RbCl 相比,差别是阳离子不同,Mg 2＋的离子半径小于Rb ＋,且所带电荷数大于Rb ＋,所以MgCl 2的热稳定性比RbCl 要强,C 错。

12．铅的冶炼大致过程如下：
①富集：将方铅矿(PbS)进行浮选；②焙烧：2PbS ＋3O 2=====高温
2PbO ＋2SO 2；③制粗铅：PbO ＋C=====高温Pb ＋CO↑；PbO ＋CO=====高温
Pb ＋CO 2。

下列说法正确的是( D )
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PbO
C ．整个冶炼过程中,制取1 mol Pb 共转移2 mol 电子
D ．将1 mol PbS 冶炼成Pb 理论上至少需要6 g 碳
解析：浮选法富集方铅矿的过程中没有新物质生成,属于物理变化,故A 错误；方铅矿焙
烧反应2PbS ＋3O 2=====高温
2PbO ＋2SO 2中,PbS 中硫元素化合价升高,是还原剂,氧元素化合价降低,还原产物有PbO 和SO 2,故B 错误；整个冶炼过程中,1 mol PbS 转化为PbO 转移电子是6 mol,1 mol PbO 转化为Pb 转移电子是2 mol,所以制取1 mol Pb 共转移8 mol 电子,故C 错误；将1 mol PbS 冶炼成Pb 的过程中,根据方程式得出：2PbS ～2PbO ～C ～2Pb,1 mol PbS 冶炼成Pb 理论上至少需要0.5 mol 的碳,即需要6 g 碳,故D 正确。

二、非选择题
13．冶炼金属常用以下几种方法：①以C 、CO 或H 2作还原剂；②用活泼金属Na 、Mg 等还原；③利用铝热反应还原；④电解法；⑤热分解法。

下列金属各采用哪种方法还原最佳？(用序号填写下列空白)
(1)Fe 、Zn 、Cu 等中等活泼金属：①。

(2)Na 、Mg 、Al 等活泼或较活泼金属：④。

(3)Hg 、Ag 等不活泼金属：⑤。

(4)V 、Cr 、Mn 、W 等高熔点金属：③。

(5)K 、Rb 、Cs 、Ti 等金属：②。

解析：根据每种金属的特点选择最佳方案。

其中K 、Rb 、Cs 、Ti 等利用的原理比较特别,
不是用活泼金属置换不活泼金属,而是利用平衡原理,如Na ＋KCl
高温
NaCl ＋K↑,分离
出钾蒸气使此反应得以继续进行。

14．某校化学兴趣小组同学为了克服传统铝热反应纸漏斗易燃烧,火星四射等缺点,将实
验改成以下装置,取磁性氧化铁在如图A 装置中进行铝热反应,冷却后得到“铁块”混合物。

(1)实验中可以用蔗糖和浓硫酸代替镁条作引火剂,其原因是蔗糖在浓硫酸中脱水并放出大量的热。

(2)该铝热反应的化学方程式为8Al ＋3Fe 3O 4=====高温
4Al 2O 3＋9Fe 。

(3)取反应后的“铁块”研碎取样称量,加入如图B 装置,滴入足量NaOH 溶液充分反应,测量生成气体体积以测量样品中残留铝的百分含量。

试回答下列问题：
①量气管在读数时必须进行的步骤是冷却至常温和调节量气管使左右液面相平。

②取1 g 样品进行上述实验,共收集到44.8 mL 气体(换算成标准状况下),则铝的百分含量为3.6%。

③装置中分液漏斗上端和试管用橡胶管连通,除了可以平衡压强让液体顺利滴入试管之外,还可以起到降低实验误差的作用。

如果装置没有橡胶管,测出铝的百分含量将会偏大(填“偏大”或“偏小”)。

解析：(1)因为把浓硫酸加入到蔗糖中发生脱水并放出大量的热,可作引火剂。

(2)Al 还
原Fe 3O 4生成Fe 和Al 2O 3,配平可得化学方程式：8Al ＋3Fe 3O 4=====高温
4Al 2O 3＋9Fe 。

(3)①因为气体的体积受温度和压强影响,所以量气管在读数时必须进行的步骤是：冷却至常温和调节量气管使左右液面相平。

②根据Al 与NaOH 溶液反应的化学方程式：2Al ＋2NaOH ＋2H 2O===2NaAlO 2＋3H 2↑,m (Al)＝n (Al)×27 g·mol －1＝2/3n (H 2)×27 g·mol －1
＝2/3×0.044 8 L÷22.4 L·mol －1×27 g·mol －1＝0.036 g,则铝的百分含量为0.036÷1 g×100%＝3.6%。

③如果装置没有橡胶管,造成气体读数偏大,则铝的百分含量将会偏大。

15．粉末状试样A 是由等物质的量的MgO 和Fe 2O 3组成的混合物。

现进行如下实验： ①取适量A 进行铝热反应,产物中有单质B 生成；
②另取20 g A 全部溶于0.15 L 6.0 mol·L －1盐酸中,得溶液C ；
③将①中得到的单质B 和溶液C 反应,放出1.12 L(标准状况)气体,同时生成溶液D,还残留有固体物质B ；
④用KSCN 溶液检验时,溶液D 不变色；
请填空：
(1)①中引发铝热反应的实验操作是加少量KClO 3,插上镁条并将其点燃。

产物中的单质B 是Fe 。

(2)②中所发生反应的化学方程式是Fe 2O 3＋6HCl===2FeCl 3＋3H 2O ；MgO ＋2HCl===MgCl 2＋H 2O 。

(3)③中所发生的各反应的离子方程式是Fe ＋2Fe 3＋===3Fe 2＋；Fe ＋2H ＋===Fe 2＋＋H 2↑。

(4)若溶液D 的体积仍视为0.15 L,则该溶液中c (Mg 2＋)为0.67_mol·L －1,c (Fe 2＋)为
2.3_mol·L －1。

解析：MgO 不能与铝发生置换反应,所以①发生的反应是Fe 2O 3＋2Al=====高温
2Fe ＋Al 2O 3 ②中发生的反应是Fe 2O 3＋6HCl===2FeCl 3＋3H 2O,MgO ＋2HCl===MgCl 2＋H 2O
③中发生的反应是Fe ＋2FeCl 3===3FeCl 2,Fe ＋2HCl===FeCl 2＋H 2↑
④中加入KSCN 溶液不变色,说明Fe 3＋完全被还原为Fe 2＋,溶液D 为MgCl 2、FeCl 2的混合液。

根据题意假设20 g A 中MgO 和Fe 2O 3的物质的量均为x ,则：40 g·mol －1x ＋160 g·mol －1x ＝20g,解得x ＝0.1 mol 。

溶液中Mg 2＋的物质的量等于MgO 的物质的量,c (Mg 2＋)＝0.67
mol·L －1,反应后原加入的盐酸中的Cl －全部转移到FeCl 2和MgCl 2中,Cl －守恒,所以溶液D 中：n (Cl －)＝n (Mg 2＋)×2＋n (Fe 2＋)×2＝6.0 mol·L －1×0.15 L＝0.9 mol,n (Fe 2＋
)＝0.35 mol,所以c (Fe 2＋)＝2.3 mol·L －1。

16．Ⅰ.工业上可用含Fe 2O 3的钛铁矿(主要成分为FeTiO 3,其中Ti 化合价为＋4价)制取TiO 2,其主要流程如下：
Fe 2O 3与硫酸反应的离子方程式是Fe 2O 3＋6H ＋===2Fe 3＋
＋3H 2O ；向甲溶液中加入铁的目的是将Fe 3＋转化为Fe 2＋。

Ⅱ.还原法是工业上冶炼钛常用方法之一,该方法是以金红石(主要含TiO 2)或TiO 2为原料来制取,其主要工艺流程如下：
试回答下列问题：
(1)已知反应①通常在800～900 ℃的条件下进行,产物中有一种可燃性无色气体,其中当有1 mol Cl 2完全反应时,参加反应的还原剂的物质的量为1 mol 。

(2)反应②通常在800 ℃的条件下进行,通入氩气的目的是氩气作保护气,防止镁、钛被氧化；分离反应②的产物所得到的海绵钛中常混有少量杂质,应如何除去杂质？
将海绵钛置于盐酸中酸洗,然后过滤即可得纯净的钛(简述操作过程)。

(3)在上述工艺流程中可以循环使用的物质是Cl 2、Mg 和MgCl 2。

解析：Ⅰ.氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁和水,离子方程式是Fe 2O 3＋6H ＋===2Fe 3＋
＋3H 2O ；因为最终得到绿矾,所以应将铁离子还原为亚铁离子,加入甲物质的目的是把铁离子还原为亚铁离子。

Ⅱ.(1)反应①的反应物为TiO 2、C 、Cl 2,结合流程图知有TiCl 4生成,利用原子守恒及题
给信息可知另一气体产物是CO,所以反应的化学方程式为TiO 2＋2C ＋2Cl 2=====800～900 ℃
TiCl 4＋2CO,在反应中碳被Cl 2氧化,当有1 mol Cl 2完全反应时,参加反应的还原剂(C)的物质的量为1 mol 。

(2)反应②中反应物Mg 以及产物Ti 在高温下都易被空气中的氧气氧化,所以通入氩气的目的是防止镁和钛在高温条件下被空气中的氧气氧化；此法制得的金属钛中含有少量金属镁,结合镁和钛(题中信息：钛耐腐蚀)性质可知,可采用盐酸或硫酸酸洗镁和钛的混合物即可除去Mg 。

(3)由流程图知,可循环使用的物质为Cl 2、Mg 以及海绵钛除杂时生成的MgCl 2等。

17．实验室中用含少量CO 2杂质的CO 来还原铁的氧化物Fe x O y 并证明CO 能够还原Fe x O y ,且本身被氧化为CO 2,实验所提供的各种仪器和药品如下：
(1)实验时,上述仪器装置的正确连接顺序是混合气体→D,C 接F,E 接A,B 接H,G 接I(填写各接口的字母)。

(2)在装置乙中发生反应的化学方程式是2NaOH ＋CO 2===Na 2CO 3＋H 2O 。

(3)在装置甲中发生反应的化学方程式是Fe x O y ＋y CO=====高温
x Fe ＋y CO 2。

(4)丙装置中澄清石灰水的作用是检验CO 2是否除净。

(5)实验过程中,能说明CO 能够还原Fe x O y 的实验现象是固体粉末从红色变成黑色。

能说明CO 被氧化成CO 2的实验现象是丁中澄清石灰水变浑浊。