高中化学 4.1 开发利用金属矿物和海水资源课时作业 新人教版必修2

高中化学 4.1 开发利用金属矿物和海水资源课时作业新人教
版必修2
一、选择题(每小题3分，共45分，每小题有1－2个正确选项)
1．不同金属的冶炼，其冶炼方法也可能不同，主要原因是( )
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。

答案：D
2．对三种金属元素R、U、T进行了如下的实验：
R U T 和稀硫酸反应溶解并放出气体无反应未实验和T的硝酸盐反应表面上析出T表面上析出T未实验
据此可知这三种金属活动性顺序由弱到强的顺序是( )
A．T、R、U B．T、U、R
C．U、R、T D．U、T、R
答案：B
3．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气(或H2或CO)法；③活泼金属置换；④电解法。

四种方法在工业上均有应用。

古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅵ)从光卤石中炼镁。

对它们冶炼方法的分析不正确的是( )
A．(Ⅰ)用①B．(Ⅱ)用②
C．(Ⅲ)用③D．(Ⅳ)用④
解析：对于(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅵ)
△
(Ⅰ)Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O
=====
△
C＋2CuO2Cu＋CO2↑　适用于①
=====
(Ⅱ)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu　适用于③
(Ⅲ)2Al ＋Cr 2O 3Al 2O 3＋2Cr 适用于③=====高温
(Ⅵ)先从光卤石中提取MgCl 2，再电解MgCl 2，MgCl 2Mg ＋Cl 2↑　运用于④=====电解 答案：B
4．要检验市售的金制首饰是否用纯金制成，方法之一是将饰品浸入某溶液中，过一段时间取出后称量，质量是否变化即作出判断，该溶液是( )
A ．盐酸
B ．硫酸
C ．硝酸
D ．王水
解析：饰品中若含其它金属会被硝酸溶解，而使饰品质量减轻。

不能用王水，因为王水能把金溶解，使饰品被破坏。

答案：C
5．下列各种冶炼方法中，可制得相应金属的是( )A ．加热氧化铝B ．加热碳酸钙C ．电解熔融的氯化钠D ．氯化钠与铝粉高温共热
解析：Na 、Ca 、Al 均属于活泼金属，应用电解法制备，Al 与NaCl 不反应。

答案：C
6．下列化工生产原理错误的是( )
①可以用电解熔融的氯化钠的方法来制取金属钠②可以用钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁③用电解法制铝时，原料是氯化铝
④炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热A ．② B ．②③C ．①②③
D ．②③④
解析：②Na 加入MgCl 2溶液中发生的反应是2Na ＋2H 2O===2NaOH ＋H 2↑，MgCl 2＋2NaOH===Mg(OH)2↓＋2NaCl ；③AlCl 3是共价化合物，熔化时不导电；④炼铁高炉中反应C ＋CO 22CO 是一个吸热反应。

=====高温 答案：D
7．分别用氢气和金属作还原剂冶炼金属，所得金属的纯度的有关说法正确的是( )A ．用氢气的纯度高 B ．用金属的纯度高C ．二者相同
D ．无法比较
解析：用氢气还原金属时生成水和金属，没有杂质，纯度高。

答案：A
8．海水是镁的主要来源之一。

从海水中提取镁可按如下步骤进行：
①把贝壳制成石灰乳；
②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物；
③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤、干燥产物；
④电解得到产物。

(1)以上提取镁的全过程中，没有涉及的化学反应类型是( )
A．分解反应B．化合反应
C．置换反应D．复分解反应
(2)下列关于提取镁的说法中，不正确的是( )
A．此法的优点之一是原料取自大海
B．进行①②③步骤的目的是富集MgCl2
C．可用电解熔融氧化镁的方法制取镁
D．电解法冶炼金属要消耗大量电能
解析：(1)在从海水里提取镁的全过程中，涉及到的反应有：把贝壳制成石灰乳CaCO3高温
CaO＋CO2↑，分解反应；CaO＋H2O===Ca(OH)2，化合反应；
=====
在引入的海水中加入石灰乳，沉降、洗涤、过滤沉淀物Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋，复分解反应；Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O，复分解反应；电解熔融的MgCl2得到产物。

(2)在提取镁的过程中，不能采用电解熔融氧化镁的方法，因为MgO的熔点很高。

答案：(1)C　(2)C
9．从海水中可以提取溴，主要反应为2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，下列说法正确的是( )
A．溴离子具有氧化性
B．氯气是还原剂
C．该反应属于复分解反应
D．氯气的氧化性比溴单质强
解析：溴离子已达8e－稳定结构，不可能具有氧化性，A错；从反应式看出Cl2得电子应是氧化剂，B错；该反应属于有单质参加的氧化还原反应，C错；氯气将Br－氧化为Br2，说明氯气的氧化性比溴单质强。

答案：D
10．在冶金工业中，均不能用通常化学还原剂制得的金属组是( )
A ．Na 、Mg 、Al
B ．Na 、K 、Zn 、Fe
C ．Zn 、Fe 、Cu 、Ag
D ．Mg 、Al 、Zn 、Fe
解析：金属的活泼性不同，冶炼方法也不同，活泼金属K ～Al 用电解法；较活泼金属Zn ～Cu 用还原剂(如H 2焦炭、CO 等)还原法；不活泼金属如Hg 和Ag 用加热法。

答案：A
11．将氢气通过10gCuO 粉末加热片刻，冷却后剩余固体的质量为8.4g ，那么下列计算正确的是( )
A ．有1.6gH 2O 生成
B ．有8.4gCu 生成
C ．有80%的CuO 被还原
D ．实验过程中所消耗的氢气为0.2g
解析：CuO ＋H 2===H 2O ＋　Cu 固体质量减少
80 2
18
64
16
x y m(H 2O) m(Cu) 10－8.4＝1.6
m(H 2O)＝1.8g m(Cu)＝6.4g 被还原的CuO 为
×100%＝×100%＝80%x
10g 8g
10g 反应消耗H 2为0.2g ，但实际提供的氢气大于0.2g 。

答案：C
12．实验室欲使1.6g Fe 2O 3完全被还原，事先应准备的CO 气体在标准状况下的体积为( )
A ．672mL
B ．336mL
C ．大于672mL
D ．小于336mL
解析：经计算知，实际与1.6g Fe 2O 3反应的CO 气体的体积即为672mL(标准状况)。

由于实际开始时，要先排尽玻璃管内的空气，必须先通入CO 气体。

当Fe 2O 3完全被还原之后，在熄灯停止加热之前，还要继续通CO 气体，直至Fe 冷却下来，达到Fe 不复被氧化的目的。

在Fe 2O 3被还原的过程中，通入的CO 气体不可能完全发生化学反应。

综合上述原因可知，本题的答案为C 。

答案：C
13．NaCl 是海水中提取出来的一种重要物质，除食用外，它还是一种工业原料，下列以NaCl 为原料的产品(或物质)是( )
①烧碱　②纯碱　③金属钠　④氯气　⑤盐酸A ．①②③④⑤ B ．①②③④C ．①②③⑤
D ．①②④⑤
解析：在氯碱工业中，2NaCl ＋2H 2O 2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑，H 2与Cl 2化合=====电解
被水吸收可得盐酸。

2NaCl(熔融)2Na ＋Cl 2↑。

在制纯碱工业中主要利用如下原=====电解 理：NaCl ＋CO 2＋NH 3＋H 2O===NaHCO 3↓＋NH 4Cl ；2NaHCO 3Na 2CO 3＋H 2O ↑=====△ ＋CO 2↑。

答案：A
14．用H 2、C 、CO 分别与等质量的氧化铜在高温下反应，使CuO 中Cu 全部还原出来，消耗H 2、C 、CO 的质量比为( )
A ．1∶1∶1
B ．1∶3∶14
C ．1∶6∶14
D ．2∶1∶2
解析：设还原1 mol CuO ，则CuO ＋H 2Cu ＋H 2O ；=====△
1mol 2g
2CuO ＋C 2Cu ＋CO 2↑；=====△ 1mol 6g
CuO ＋CO Cu ＋CO 2；=====△ 1mol 28g
或CuO ＋C Cu ＋CO ↑=====△ 1mol 12g
故还原相同质量的CuO 消耗H 2、C 、CO 的质量比为2g ∶6g ∶28g ＝1∶3∶14(或2∶12∶28＝1∶6∶14)
答案：BC
15．用H 2还原m g CuO ，当大部分固体变红时停止加热，冷却后称知残留固体质量为n g ，共用去W g H 2，被还原的CuO 的质量为( )
A ．40W g B.g 80m
64C ．5(m －n)g
D ．m g 解析：用H 2还原CuO ，根据题意可知CuO 没有被全部还原，且在反应过程中H 2没有被完全利用，即利用率不是100%，因此在计算时不能直接利用这些数据。

但我们可利用反应前后固体质量变化，根据差量法计算：
CuO ＋H 2Cu ＋H 2O △m =====△
80 g
64 g
16 g
x (m －n)g
x ＝
＝5(m －n)g
80g ×(m －n )g
16g
答案：C
二、填空题(共40分)
16．(5分)冶炼金属常用以下几种方法：①以C 、CO 或H 2做还原剂还原　②以较活泼金属Na 、Mg 等还原　③利用铝热反应原理还原　④电解法　⑤热分解法
下列金属各采用哪种方法还原最佳。

(1)Fe 、Zn 、Cu 等中等活泼金属________。

(2)Na 、Mg 、Al 等活泼或较活泼金属______________________。

(3)Hg 、Ag 等不活泼金属__________________。

(4)V 、Cr 、Mn 、W 等高熔点金属___________________________。

(5)K 、Rb 、Cs 、Ti 等金属通常还原方法是____________________。

解析：选择的方法应以节约原料和降低成本为标准，同时有较高的产率，并易分离。

根据每种金属的特点应选择最佳方案。

其中(5)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，而是平衡的原理，如Na ＋KCl NaCl ＋K ，抽离钾蒸气=====高温
此反应得以继续进行。

而Ti 是用Na 来置换的：4Na ＋TiCl 44NaCl ＋Ti 或用Mg =====高温 来置换：2Mg ＋TiCl 42MgCl 2＋Ti 。

=====熔融 答案：(1)①　(2)④　(3)⑤　(4)③　(5)②
17．(15分)海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元素以碘离子的形式存在。

实验室从海藻中提取碘的流程如下：
(1)指出从海藻中提取I 2的实验操作名称：
①________，③________，②的离子方程式________。

(2)提取碘的过程中，可供选择的有机溶剂是( )A ．甲苯、酒精 B ．四氯化碳、苯C ．汽油、乙酸
D ．汽油、甘油
(3)为使海藻中I －转化为碘的有机溶剂，实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、
导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器。

尚缺少的仪器是________。

(4)从含碘的有机溶剂中提取碘，还要经过蒸馏，指出下列蒸馏装置中的错误之处
_________________________________________ _________________________________。

(5)进行蒸馏操作时，使用水浴加热的原因是________，最后晶态碘在________中。

解析：本题考查卤素的性质及分离物质的方法：过滤、萃取、分液、蒸馏等操作。

(1)为了从悬浊液中分离I－，应用过滤；从I2的水溶液中把它提取出来，用萃取。

(2)A中酒精，C中乙酸，D中甘油，都是易溶于水的物质，所以不能用于萃取碘水中的碘。

(3)萃取分液所必需的仪器是分液漏斗。

(4)蒸馏的三点错误：①没有石棉网；②温度计插入液面以下；③冷凝管进、出水方向颠倒。

(5)根据(2)B选项中的两种萃取剂的沸点数据；苯80℃、四氯化碳77℃，用水浴加热即可使之沸腾，而避免高温下I2的升华。

最后I2残留在烧瓶中。

答案：(1)过滤　萃取　2I－＋Cl2===I2＋2Cl－　(2)B　(3)分液漏斗　(4)蒸馏的三点错误：①没有石棉网；②温度计插入液面以下；③冷凝管进、出水方向颠倒。

(5)萃取剂沸点较低，I2易升华　烧瓶
18．(8分)在一定条件下可实现如图所示物质之间的变化，请填写下列空白：
(1)孔雀石的主要成分是CuCO3·Cu(OH)2(碱式碳酸铜)，受热易分解。

图中的F是
________。

(2)写出明矾与过量NaOH溶液反应的离子方程式：____________________________。

(3)图中所得G和D都是固体，混合后在高温下可发生反应，写出该反应的化学方程
式：________________________。

(4)每生成1mol D ，同时生成________mol E 。

解析：(1)根据碳酸盐和金属氢氧化物的分解规律可知，碱式碳酸铜的分解反应为：CuCO 3·Cu(OH)22CuO ＋CO 2↑＋H 2O ，因为G 是固体，所以F 是CO 2。

=====△
(2)明矾的主要成分是KAl(SO 4)2·12H 2O ，与过量NaOH 溶液反应的离子方程式为Al 3＋＋4OH －===AlO ＋2H 2O ，反应后的溶液与CO 2反应得到的沉淀为Al(OH)3，加热分解生－
2成H 2O 和Al 2O 3，因此B 为Al 2O 3。

电解熔融的氧化铝生成D 为Al ，E 为O 2。

(3)根据铝热反应，CuO 和Al 反应的方程式可表示为3CuO ＋2Al Al 2O 3＋=====高温 3Cu 。

(4)根据电子守恒可知，电解Al 2O 3在生成1mol Al 的同时生成mol O 2。

3
4答案：(1)CO 2
(2)Al 3＋＋4OH －===AlO ＋2H 2O －
2(3)3CuO ＋2Al Al 2O 3＋3Cu (4)0.75
=====高温
19．(12分)海水中有取之不尽的化学资源，从海水中可提取多种化工原料。

下图是某工厂对海水资源综合利用的示意图。

试回答下列问题：
(1)粗盐中含有Ca 2＋、Mg 2＋、SO 等杂质，精制后可得NaCl 饱和溶液，精制时通2－
4常在溶液中依次加入过量的BaCl 2溶液，过量的NaOH 溶液和过量的Na 2CO 3溶液，最后加入盐酸至溶液呈中性。

请写出加入盐酸后可能发生的化学反应的离子方程式为____________。

(2)海水提取食盐后的母液中有K ＋、Na ＋、Mg 2＋等阳离子。

从离子反应的角度思考，在母液里加入石灰乳起什么作用？
(3)海水里的镁元素处于游离态还是化合态？从海水中提取氯化镁的反应是不是氧化还
原反应？用电解法冶炼金属镁的反应是不是氧化还原反应？为什么？
(4)电解无水氯化镁所得的镁蒸气冷却后即为固体镁。

请思考镁蒸气可以在下列哪种气体氛围中冷却？( )
A ．H 2
B ．CO 2
C ．空气
D ．O 2解析：反应的化学方程式为：
2NaCl ＋2H 2O 2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑=====电解
MgCl 2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl 2Mg(OH)2＋2HCl===MgCl 2＋2H 2O MgCl 2Mg ＋Cl 2↑=====电解 镁蒸气能与CO 2和O 2反应。

答案：(1)OH －＋H ＋===H 2O ；CO ＋2H ＋===H 2O ＋CO 2↑2－3(2)将Mg 2＋沉淀为Mg(OH)2。

(3)化合态；不是；是；因为发生了化合价的变化。

(4)A
三、简答题(共15分)
20．(15分)铝热反应不仅被应用于焊接钢轨，而且还常被应用于冶炼熔点较高的金属如钒、铬、锰等。

(1)试从铝粉跟氧化铁的反应出发，思考铝热反应为什么可以冶炼这些金属？(2)请配平下列用铝热反应原理冶炼金属钒和钴的反应的化学方程式，指出哪些物质是还原剂、哪些物质是氧化剂，并计算生成1 mol 各种金属分别需要纯铝的质量。

V 2O 5＋Al——Al 2O 3＋V Co 3O 4＋Al——Al 2O 3＋Co
解析：铝粉跟氧化铁的反应为2Al ＋Fe 2O 32Fe ＋Al 2O 3，该反应称为铝热反=====高温 应，在反应过程中放出大量的热，放出的热量足以使高熔点金属熔融成液态，这样就可以分离出熔融态的金属，达到冶炼这些金属的目的。

根据“所含元素化合价升高的物质是还原剂，所含元素化合价降低的物质是氧化剂”进行判断，并用电子守恒法配平上述反应。

高温
3V2O5＋10Al5Al2O3＋6V
=====
氧化剂还原剂
高温
3Co3O4＋8Al4Al2O3＋9Co
=====
氧化剂还原剂
根据化学方程式找到纯铝与生成金属之间的物质的量的关系：
10Al　～　6V
270g 6mol
x 1mol
列出比例式，解得x＝45g。

8Al　～　9Co
216g 9mol
y 1mol
列出比例式，解得y＝24 g。

答案：(1)铝热反应放出大量的热，放出的热量足以使高熔点金属熔融成液态，这样就可以分离出熔融态的金属，达到冶炼这些金属的目的。

高温
(2)3V2O5＋10Al5Al2O3＋6V
=====
氧化剂还原剂
高温
3Co3O4＋8Al4Al2O3＋9Co
=====
氧化剂还原剂
生成1 mol金属钒和钴所需纯铝的质量分别为45g、24g。