1、4.1.1 金属矿物的开发利用(时间：45 分钟 分值：100 分)一、选择题(本题包括 13 小题，每小题 5 分，共 65 分)1下列说法中，正确的是( )A简单地说，金属的冶炼就是把金属单质从其矿物中分离出来B金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被氧化C金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原D金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原解析：选 C。金属冶炼的原理是利用氧化还原反应 ，把金属矿物中的金属阳离子还原成金属单质，因此，金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原。2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。下图表示了3 种金属被人类开发利用的大致年限。这 3
2、种金属的应用之所以有先后，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金属的活动性大小解析：选 D。金属活动性顺序中 ，越靠后的金属出现的年代越早，越靠前的金属出现得越晚，说明金属越活泼，越难冶炼。3下列各组物质中，均能使 Fe2O3 还原成单质铁的是( )ACO、O 2.H2 BCO、CO 2.CCCO 2.H2O、 O2 DAl、C.H 2解析：选 D。Fe 是化学性质较活泼的金属 ，用强还原剂(如 Al、C.H 2.CO 等) 在一定条件下都能把铁从其氧化物中还原出来。4热还原法冶炼金属的反应一定是( )A氧化还原反应 B置换反应C复分解反应 D分解反应
3、解析：选 A。热还原法是用还原剂将金属氧化物还原为金属单质，一定会涉及化合价的变化，所以一定是氧化还原反应。肯定不是复分解反应和分解反应，也不一定是置换反应。5在熔融状态下，Na 与 KCl 存在可逆反应：NaKCl NaClK，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 ( )A770 B801 C850 D770801 解析：选 C。本题要求通过控制温度 ，使可逆反应 NaKCl NaClK 向右
4、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。6下列制备金属单质的方法或原理正确的是( )A在高温条件下，用 H2 还原 MgO 制备单质 MgB在通电条件下，电解熔融 Al2O3 制备单质 AlC在通电条件下，电解饱和食盐水制备单质 NaD加强热，使 CuO 在高温条件下分解制备单质 Cu解析：选 B。Mg 的活泼性强 ，不能用 H2 还原法制备 Mg，而是用电解熔融 MgCl2
5、 的方法制备；电解饱和食盐水得到 NaOH 而不是 Na；CuO 加强热分解生成 Cu2O 而不是Cu。7下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是( )A2NaCl(熔融) 2NaCl 2= = = = =电 解 BAl 2O33C 2Al3CO= = = = =2 125 CFe 2O33CO 2Fe3CO 2= = = = =高 温 D2Ag 2O 4AgO 2= = = = = 解析：选 B。目前金属铝的制备方法是电解氧化铝 ，其他选项中所涉及的内容均符合理论和生产实际。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
6、 0.75 g 沉淀。这种铁的氧化物的化学式是( )AFeO BFe 2O3CFe 3O4 DFeO 和 Fe2O3解析：选 B。CO 和铁的氧化物反应时 ，氧化物中的 1 mol O 对应 1 mol CO2，每 1 mol CO2 对应 1 mol CaCO3，所以有下列的关系式：OCO 2CaCO 3。假设 0.4 g 该氧化物中含氧元素的质量为 x。O CO 2 CaCO 316 100x 0.75 g解得 x0.12 gn(Fe)n(O) 23。0.4 g 0.12 g56 gmol 1 0.12 g16 gmol 1故此氧化物的化学式为 Fe2O3。9某些金属氧化物粉末和 Al 粉
7、在镁条的引燃下可以发生铝热反应，它可用于某些金属的冶炼。下列反应速率(v)和温度(T) 的关系示意图中与铝热反应最接近的是( )解析：选 B。镁条燃烧放出的热量使金属氧化物粉末和 Al 粉的温度升高到一定值时，铝热反应开始，铝热反应放出大量的热，又使金属氧化物粉末和 Al 粉的温度迅速升高，铝热反应速率大幅度增大。10冶炼金属一般有以下四种方法：焦炭还原法；水煤气法(或氢气、一氧化碳还原法) ； 活泼金属置换法； 电解法。古代有( )火烧孔雀石Cu 2(OH)2CO3炼铜，() 湿法炼铜；现代有()铝热法炼铬，() 从光卤石(KClMgCl 26H2O)中炼镁。下列对应关系不正确的是( )A(
8、) B() C() D() 解析：选 B。()火烧孔雀石炼铜是用树木煅烧孔雀石 ，孔雀石分解后产生 CuO，树木变成焦炭后还原 CuO 得到 Cu：Cu 2(OH)2CO3 2CuOH 2OCO 2，2CuOC 2CuCO 2，符合。()= = = = = = = = = =高 温 湿法炼铜是我国西汉时期用铁从铜的化合物溶液中置换出铜：FeCu 2 =Fe2 Cu，符合。( ) 铝热法炼铬：2AlCr 2O3 2CrAl 2O3，符合。() 从光卤石中炼镁= = = = =高 温 是先从光卤石中得到 MgCl2，再电解熔融的 MgCl2 得到 Mg：MgCl 2(熔融)MgCl 2，符合 。=
9、 = = = =电 解 11二战期间丹麦科学家玻尔被迫离开德军占领的祖国。为了表明一定要返回祖国的决心，他把心爱的金质诺贝尔奖章放在盛有王水(浓盐酸与浓硝酸的混合物) 的玻璃容器中：AuHNO 3(浓) 3HCl(浓)= =AuCl3NO2H 2O，战后玻尔返回祖国，从溶液中提取出金，又重新铸造成奖章，下列方法中，不能从溶有黄金的王水中提取出金的方法是( )A萃取 B蒸发灼烧C用 Fe 置换 D电解解析：选 A。Au 是不活泼金属，用铁置换或电解的方法可以得到金；蒸发水分后可得到 AuCl3 固体，灼烧发生反应： 2AuCl3 2Au 3Cl2。= = = = =灼 烧 12氧化还原反应广泛应
10、用于金属的冶炼。下列说法不正确的是( )A电解熔融 NaCl 制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化B湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应C用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe 3O4 被 CO 还原成 Fe，转移 9 mol eD铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化解析：选 C。Fe 3O4 中 3 个 Fe 共显8 价，故 1 mol Fe3O4 被 CO 还原成 Fe，转移 8 mol e ，C 项错误。13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 ( )AMnO 2 BWO 3CCr 2O3 DCo 3O4解析：选 D。用铝热法还原金属
11、氧化物时 ，Al 作还原剂，金属氧化物作氧化剂。在反应中金属氧化物被还原为单质，显然，在氧化物中金属化合价越高，变为单质时需得到的电子越多，消耗铝越多；金属化合价越低，得电子数越少，消耗铝越少。以上金属氧化物中金属的化合价分别为 Mn( 4)、W(6)、Cr( 3)、Co( )，则 Co 化合价最低，消耗铝83最少。二、非选择题(本题包括 4 小题，共 35 分)14(8 分) 冶炼金属常用以下几种方法：以 C.CO 或 H2 作还原剂的热还原法 利用铝热反应原理还原的铝热法 电解法 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_。(2)
12、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 _。解析：非常活泼的金属，如 NA.Mg、Al 用电解法冶炼；不活泼的金属，如 Hg、Ag 用热分解法冶炼，较活泼的金属，如 FE.Zn、Cu 用热还原法冶炼；难熔金属如V、Cr、Mn、W 等用铝热反应冶炼。答案：(1) (2) (3) (4)15(8 分) 下图是一氧化碳还原铁的氧化物的实验装置，请回答下列问题：(1)判断硬质玻璃管中已开始发生反应的现象是_ ；反应过程中产生的现象是_。(2)在 A 处点燃可见淡蓝色火焰的原因是_。(3)实验结束时正确的操作是_( 填序号)。先停
13、止通入 CO先熄灭酒精灯，并继续通入 CO熄灭酒精灯，同时停止通入 CO先熄灭酒精灯，继续通入 CO，并点燃排出的 CO 气体解析：(1)硬质玻璃管中发生反应：3COFe 2O3 2Fe3CO 2，故硬质玻璃管= = = = =高 温 中红棕色固体变黑。(2)CO 有毒 ，污染环境 ，应在 A 处点燃，而 CO 燃烧时，火焰呈淡蓝色。(3)实验过程中若先停止通 CO，则生成的铁可能被氧化， 而且可能发生倒吸现象，故应先熄灭酒精灯，继续通 CO 至玻璃管冷却，并点燃排出的 CO 气体，以防污染环境。答案：(1)B 中澄清石灰水变浑浊 玻璃管里的粉末由红棕色逐渐变成黑色，B 中澄清石灰水变浑浊(2
14、)从 A 导管逸出的尾气中有未反应的 CO，而 CO 燃烧时，火焰呈淡蓝色 (3)16(8 分) 某研究性学习小组对铝热反应实验展开研究，对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒” “纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中” 。已知 Al、Al 2O3.FE.Fe2O3 的熔、沸点数据如下表：物质 Al Al2O3 Fe Fe2O3熔点 / 660 2 054 1 535 1 565沸点 / 2 467 2 980 2 750 (1)某同学推测，铝热反应所得到的熔融物可能是铁铝合金。理由是_。(2)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验
15、用的试剂是_，反应的离子方程式是_。(3)实验室欲溶解该熔融物，下列试剂中最好选用_(填字母)。A浓硫酸 B稀硫酸 C稀硝酸D浓硝酸 E氢氧化钠溶液解析：根据表中所列熔点数据，可知铝的熔点低于铁的熔点，故当铁熔化时，适当的铝与铁熔合在一起形成铁铝合金。依据 FE.Al 的熔点和在酸、碱中的反应来分析。要证明铁铝合金中有铝，选择 NaOH 溶液；要溶解铁铝合金，选择稀 H2SO4 为宜，因为浓 H2SO4.浓 HNO3 使 FE.Al 钝化，FE.Al 与稀 HNO3 反应会产生氮氧化物污染环境，NaOH 溶液不溶解铁。答案：(1)铝热反应放出大量的热，能使铁熔化，而铝的熔点比铁低，故熔融物可能
16、是液态的铁铝熔合形成的合金(2)NaOH 溶液 2Al2H 2O2OH =2AlO 3H 2 (3)B217(11 分) 金属钛具有密度小、强度高、耐腐蚀、无毒等优点，已广泛应用于航空航天工业，并逐步进入了化工、船舶、汽车、体育器材，医疗等民用领域，并显示出了巨大的发展潜力。还原法是工业上冶炼钛的常用方法之一，该方法是以金红石(主要含 TiO2)为原料来制取，其主要工艺流程如下：试回答下列问题：(1)已知反应通常在 800900 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 Cl2 完全反应时，参加反应的还原剂的物质的量为_mol。(2)反应通常在 800 的条件下进行，通入
17、氩气的目的是_；分离反应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？_(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_ 。解析：(1)反应的反应物为 TiO2.C.Cl2，结合流程图知有 TiCl4 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TiO22C2Cl 2 TiCl42CO，在反应中 C 被 Cl2 氧化，当有 1 mol Cl2 完全反应= = = = =800 900 时，参加反应的还原剂(C)的物质的量为 1 mol。(2)反应 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 Cl2.Mg 以及海绵钛除杂时生成的 MgCl2 等。答案：(1)1 (2)氩气作保护气，防止镁、钛被氧化 将海绵钛置于盐酸中酸洗，然后过滤即可得纯净的钛 (3)Cl 2.Mg 和 MgCl2