1、第一节第一节 自然资源的开发利用自然资源的开发利用 第第 1 1 课时课时 金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用 基础巩固 1.我国古代炼丹家魏伯阳所著 周易参同契 是世界上现存最早的一部炼丹专著。 书中描写到：“金入于猛火，色不夺精光。”这句话的意思是指黄金的性质在强 热条件下( ) A.活泼 B.稳定 C.易氧化 D.易还原 解析 金的性质稳定，在强热条件下也不反应。 答案 B 2.金属材料是人类社会发展的重要物质基础。下列说法正确的是( ) A.钛及钛合金是目前使用量最大的金属材料 B.镁是一种国防金属，电解熔融 MgCl2可得到单质镁 C.珠港澳大桥为了防腐蚀可以在钢铁中增加含碳量 D
2、.稀土(钇、钪及镧系)是战略金属，稀土元素均位于A 族 解析 A.铁以及铁合金是目前使用量最大的金属材料，故 A 错误；B.工业上常 用电解熔融 MgCl2可得到单质镁，故 B 正确；C.在钢铁中增加含碳量，会形成 电化学腐蚀， 会加速钢铁的腐蚀， 故 C 错误； D.稀土(钇、 钪及镧系)是战略金属， 稀土元素均位于B 族，故 D 错误。 答案 B 3.在冶金工业上，均能用化学还原剂制得的一组金属是( ) A.Na、Mg、Al B.Na、Zn、Fe C.Zn、Fe、Cu D.Mg、Al、Zn、Fe 解析 Na、Mg、Al 的冶炼方法为电解法；Zn、Fe、Cu 的冶炼方法为化学还原 剂还原法。
3、 答案 C 4.下列有关金属的工业制法中，正确的是( ) A.制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的 NaCl 溶液 B.制铁：以铁矿石为原料，CO 还原得铁 C.制镁：用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得镁 D.制铝：从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝 解析 电解法制取金属钠时， 需要电解熔融的 NaCl， 而不是其溶液， A 项错误； 镁的还原性很强，不能用热还原法来制取，而应用电解熔融氯化镁的方法，C 项 错误；熔融的氯化铝不导电，故不能电解其熔融物制取金属铝，而应电解熔融的 氧化铝，D 项错误。 答案 B 5.工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼
4、铁的主要反应是： 2C(焦炭)O2(空气)= 高温 2CO Fe2O33CO= 高温 2Fe3CO2 该炼铁工艺中，对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需，其主 要原因是( ) A.CO 过量 B.CO 与铁矿石接触不充分 C.炼铁高炉的高度不够 D.CO 与 Fe2O3的反应有一定限度 解析 高炉炼铁的反应 Fe2O33CO= 高温 2Fe3CO2为可逆反应， 所以对焦炭的 实际使用量要远高于按化学方程式计算所需，这样可以提高 CO 的浓度，促进该 反应正向移动。 答案 D 6.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、
5、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 C 7.下列关于铝热剂的有关叙述中正确的是( ) A.氧化铝和铁的混合物是铝热剂 B.利用铝热反应，常用于冶炼高熔点的金属 C.铝热剂发生的铝热反应需要用镁带和氯酸钾引燃，所以铝热反应是吸热反应 D.工业上常用铝热反应来大量冶炼金属铁 解析 A 选项，铝热剂应是铝和金属性比铝弱的金属氧化物形成的混合物，故 A 错误；B 选项，利用铝热剂的反
6、应，常用于冶炼高熔点的金属，故 B 正确；C 选 项，铝热剂发生的铝热反应需要用镁带和氯酸钾引燃，反应释放出大量的热，因 此铝热反应是放热反应，故 C 错误；D 选项，工业上不能用铝热反应来大量冶 炼金属铁，因为制得金属铝会消耗大量的能源，主要用碳还原法来制铁，故 D 错误；综上所述，答案为 B。 答案 B 8.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( ) A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.FeO 和 Fe2O3 解析 CO 和铁的氧化物反应时，氧化物中的一个 O
7、 原子对应一个 CO2分子，每 一个 CO2分子对应一个 CaCO3，所以有下列的关系式，假设 0.4g 该氧化物中含 xgO。 O CO2 CaCO3 16 100 x g 0.75 g 解得 x0.12 N(Fe)N(O)0.4 g0.12 g 56 g mol 1 0.12 g 16 g mol 123。 答案 B 9.金属 K 与 Na 金属性相近，用 K 与钠盐共熔时，很难将 Na 从混合物中分离。 若调整温度到一定程度， 则可用 Na 与 KCl 反应制取金属 K。 已知四种物质的熔、 沸点如下： K Na KCl NaCl 熔点/ 63.65 97.8 770 801 沸点/ 7
8、74 882.9 1 500(升华) 1 431 根据平衡移动原理可推知，用 Na 与 KCl 反应制 K 的适宜温度是( ) A.97.8770 B.770774 C.774882.9 D.14131 500 解析 在金属活动性顺序表中，Na 排在 K 的后面，似乎不能从 K 的熔融盐中置 换出 K。但将 Na 与 KCl 共熔，其共熔体中 Na 、K、Cl和 e自由移动，如果 继续加热，则 Na、K、NaCl 和 KCl 先沸腾者先逸出。工业上，就是采用这种原 理用 Na 还原 K 的，因为 K 的沸点比 Na、NaCl、KCl 的沸点都低，且低于 NaCl 的熔点。 答案 C 10.以辉
9、铜矿(Cu2S)为原料冶炼铜， 其反应原理可表示为Cu2SO2= 高温 2CuSO2。 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.1 mol O2参加反应时，上述反应转移电子总物质的量为 4 mol D.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：，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 1 mol O2参加反应时，共转移电子 6
10、mol；SO2催化氧化可得 SO3，SO3被水吸 收可得 H2SO4。 答案 C 11.(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 1 mol 电子，可以得到 Al g。 答案 (1)8Al3Fe3O4= 高温 4Al2O39Fe Fe3O4 Al (2)2Al2O3(熔融) = 电解 冰晶石4Al3O2 9 能力提升 12.铁是应用最广泛的金属，自远古时代人类就学会了炼铁，到目前为止，人类 研制出了很多炼铁的方法。 某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过 程，实验装置如下：
11、 (1)写出得到单质铁的化学方程式：_ _。 (2)实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑，请设计一个实验来验证 生成了单质铁：_ _。 (3)装置末端气球的作用为_ _。 实 验 结 束 时 ， 应 该 先 停 止 加 热 还 是 先 停 止 通 入CO 并 说 明 原 因 _。 解析 检验是否生成单质铁，在反应结束后，待玻璃管内的固体冷却，取少量放 于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体(H2)，则证明生成了单质铁；反应 结束后，得到的铁还是赤热的，若先停止通入 CO，会导致铁又被氧化，所以， 应该先停止加热，待玻璃管内的固体冷却后，再停止通入 CO。 答案 (1)Fe2O33CO
12、= 高温 2Fe3CO2 (2)取少量粉末放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体，则证明生成了 单质铁 (3)收集未反应的 CO，防止污染空气 先停止加热，防止生成的铁再次被氧化 13.工业上用铝土矿(主要成分为 Al2O3，还有少量的 Fe2O3等杂质)提取氧化铝作 冶炼铝的原料，提取的操作过程如下： (1)和步骤中分离溶液和沉淀的操作为_， 所用到的玻璃仪器是： ； (2)沉淀 M 中除含有泥沙外，一定还含有 ，固体 N 是 ； (3)滤液X中， 含铝元素的溶质的化学式为 ， 它属于 (填“酸”、 “碱”或“盐”)类物质； (4)实验室里常往 AlCl3溶液中加入 (填“氨水”或“Na
13、OH 溶液”)来制 取 Al(OH)3； (5)将铝粉和氧化铁的混合物点燃，反应放出大量的热量，生成的液态的铁用来 焊接铁轨。请写出反应的化学方程式：_。 解析 铝土矿中加入浓 NaOH 溶液，Fe2O3和氢氧化钠不反应，氧化铝与 NaOH 反应生成 NaAlO2，步骤利用过滤除去 Fe2O3，沉淀 M 为氧化铁等不溶物，滤 液 X 含有偏铝酸钠；步骤通入二氧化碳将 AlO 2转化为氢氧化铝沉淀，过滤得 氢氧化铝，加热分解氢氧化铝得到氧化铝。(1)和步骤分离固体与溶液的方 法为过滤，所用的玻璃仪器为：烧杯、漏斗、玻璃棒；(2)由工艺流程可知，沉 淀 M 中还含有 Fe2O3，固体 N 为 Al
14、2O3；(3)由工艺流程可知，滤液 X 中，含铝 元素的溶质的化学式为：NaAlO2，NaAlO2属于盐；(4)氢氧化铝溶于强碱，实验 室通常用弱碱氨水与铝盐制备氢氧化铝沉淀，反应的化学方程式为 AlCl3 3NH3 H2O=Al(OH)33NH4Cl；(5)铝和氧化铁反应生成铁和氧化铝的化学方 程式为：2AlFe2O3= 高温 Al2O32Fe。 答案 (1)过滤 烧杯、漏斗、玻璃棒 (2)Fe2O3 Al2O3 (3)NaAlO2 盐 (4)氨水 (5)2AlFe2O3= 高温 Al2O32Fe 14.钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。 制备 T
15、iO2和 Ti 的原料是钛铁矿，我国的钛铁矿储量居世界首位。用含 Fe2O3的 钛铁矿(主要成分为 FeTiO3)制备 TiO2流程如下： (1)步骤加 Fe 的目的是_ 步骤冷却的目的是_。 (2)上述制备 TiO2的过程中，可以利用的副产物是 ；考虑成本和废物综 合利用因素，废液中应加入 处理。 (3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti)，涉及到的步骤为 TiO2 TiCl4 Mg 800 ，Ar Ti 反 应 TiCl4 2Mg= 800 ，Ar 2MgCl2 Ti 在 Ar 气 氛 中 进 行 的 理 由 是 _ _。 解析 (1)分析框图知，铁最终转化成副产品绿矾，所以要将3 价 Fe 转化为2 价 Fe，降温减小 FeSO4 7H2O 的溶解度，有利于绿矾结晶。 (2)水浸后发生的离子反应为 TiO2 2H 2O=H2TiO32H ， 废液主要呈酸性， 所以应加入 CaO、CaCO3或碱。 (3)反应后 Ti 和 Mg 易与空气中 O2、N2等反应，故应在 Ar 气氛中进行。 答案 (1)将 Fe3 还原为 Fe2 析出绿矾(FeSO 4 7H2O) (2)绿矾(FeSO4 7H2O) 生石灰(或碳酸钙、废碱) (3)防止高温下镁或钛与 O2、N2等反应