2019-2020学年高中化学课时作业20金属矿物的开发利用含解析 人教版必修

2019-2020学年高中化学课时作业20金属矿物的开发利用含解析 人教版必修

课时作业20‎ 7‎ 基础巩固 ‎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。下图表示了3种金属被人类开发利用的大致年限。这3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．金属的活动性强弱 解析：在金属活动性顺序中，越靠后的金属出现的年代越早，越靠前的金属出现的越晚，说明金属越活泼，越难冶炼。‎ 答案：D ‎2．下列说法中正确的是(　　)‎ A．金属的冶炼都是把金属单质从其矿物中分离出来 B．金属冶炼过程中，被冶炼的金属一定被氧化 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：金属的冶炼是将金属从其化合物中还原出来，金属在化合物中只能显正价。冶炼时化合价只可能降低，被还原。‎ 答案：C ‎3．(2019年天门高一检测)下列关于金属冶炼的叙述正确的是(　　)‎ A．工业上可利用铝热反应大量冶炼金属铁 B．金属钠、铝和铜都可用热还原法制备 C．CO还原磁铁矿得到9 mol铁时转移24 mol电子 D．电解饱和氯化镁溶液可得金属镁 解析：A项，用铝热反应大量冶炼金属铁经济效益差，冶炼金属铁的原料为铁矿石、焦炭和石灰石，错误；B项，金属钠、铝用电解法制备，错误；C项，根据反应：4CO＋Fe3O43Fe＋4CO2知CO还原磁铁矿得到9 mol铁时转移24 mol电子，正确；D项，电解饱和氯化镁溶液生成氢氧化镁沉淀、氢气和氯气，金属镁的冶炼方法为电解熔融的氯化镁，错误。‎ 答案：C ‎4．(双选)化学科学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(　　)‎ A．人类对金、银、铜、铁、铝的认识与其在自然界分布关系最为紧密 7‎ 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来制备Mg D．工业上可用空气、Cu、稀硫酸来制备CuSO4‎ 解析：选项A，Au是极不活泼的金属，在自然界中有单质存在，不需冶炼即可获得，随着化学科学的发展，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，MgCl2为离子化合物，在熔融状态下导电、电解熔融态的MgCl2可以得到金属Mg。选项D，将Cu在空气中充分燃烧后转化为CuO，CuO与稀硫酸反应即可得到CuSO4。‎ 答案：CD ‎5．下列各组物质中，均能使Fe2O3还原成单质铁的是(　　)‎ A．CO、O2、H2 B．CO、CO2、C C．CO2、H2O、O2 D．Al、C、H2‎ 解析：Fe是化学性质较活泼的金属，用强还原剂(如Al、C、H2、CO等)在一定条件下都能把铁从其氧化物中还原出来。‎ 答案：D ‎6．下列化工生产原理错误的是(　　)‎ ‎①可以电解熔融的氯化钠来制取金属钠；②可以将钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁；③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝；④高炉炼铁的反应是放热的，故无需加热 A．②③ B．①③‎ C．①②③ D．②③④‎ 解析：钠特别活泼，投入MgCl2溶液时先与水反应生成NaOH和H2，接着生成Mg(OH)2沉淀，②错误；冶炼铝使用的是Al2O3，③错误；高炉炼铁中所发生的反应是放热反应，但是仍需要高温条件，④错误。‎ 答案：D ‎7．冶炼金属一般有下列4种方法：①焦炭法；②水煤气(或氢气、一氧化碳)法；③活泼金属置换法；④电解法。这4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；Ⅳ.从光卤石(MgCl2·6H2O)中炼镁。对它们的冶炼方法的分类，不正确的是(　　)‎ A．Ⅰ，① B．Ⅱ，②‎ C．Ⅲ，③ D．Ⅳ，④‎ 解析：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ发生的反应分别是：‎ Ⅰ.Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O C＋2CuO2Cu＋CO2↑‎ Ⅱ.Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu Ⅲ.2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr Ⅳ.先从光卤石中提取MgCl2，再电解熔融的MgCl2：‎ MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。‎ 则Ⅰ属于方法①，Ⅱ属于方法③，Ⅲ属于方法③，‎ Ⅳ属于方法④。综上分析，B选项不正确。‎ 7‎ 答案：B ‎8．冶炼金属常用以下几种方法：①以C、CO或H2作还原剂 ②以活泼金属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(用序号填写下列空白)。‎ ‎(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：中等活泼的金属用热还原法冶炼；活泼金属用电解法冶炼；不活泼金属用热分解法冶炼；高熔点金属用铝热法冶炼。‎ 答案：(1)①　(2)④　(3)⑤　(4)③　(5)②‎ 能力提升 ‎9．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，可利用金属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(　　)‎ A．770 ℃ B．801 ℃‎ C．850 ℃ D．770～801 ℃‎ 解析：要从可逆的置换反应中制取K，主要是利用K的沸点比Na的低而控制温度使K汽化。其余三种物质均为液体，便于生成的K蒸气不断逸出，使反应向生成K的方向进行而制得K。在801～883 ℃合理。‎ 答案：C ‎10．铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅，工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝：‎ 下列说法中错误的是(　　)‎ A．①②中除加试剂外，还需要进行过滤操作 B．a、b中铝元素的化合价相同 C．③中需要通入过量的氨气 D．④进行的操作是加热，而且d一定是氧化铝 解析：反应①后的体系中含有固体二氧化硅，需要过滤除去，反应②后的体系中有氢氧化铁沉淀，需要过滤除去，A项正确；a、b中铝元素分别以AlCl3和NaAlO2的形式存在，其中铝的化合价都是＋3价，B项正确；由NaAlO2制备氢氧化铝需要通入过量二氧化碳，C项错误；由氢氧化铝制备氧化铝，加热即可，D项正确。‎ 答案：C ‎11．下列常见金属的冶炼原理中不合理的是(　　)‎ 7‎ 解析：氯化铝属于共价化合物，在熔融的状态下，氯化铝不能电离出铝离子和氯离子，不导电，冶炼金属铝应是电解熔融的氧化铝。‎ 答案：C ‎12．(2019年黄山高一检测)要使3.2 g氧化铁完全被还原，事先应准备的CO在标准状况下的体积为(　　)‎ A．1 344 mL 　B．672 mL C．大于1 344 mL D．小于672 mL 解析：根据Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2计算出所需CO体积的理论值为1 344 mL，而实验开始时，需先通入CO排尽玻璃管中的空气，实验结束时，停止加热后，还需继续通入CO至玻璃管冷却，以防还原出来的铁被氧化，另外，还应考虑到通入的CO不可能全部参加反应，故应大于1 344 mL。‎ 答案：C ‎13．在某次探究性学习中，老师要求同学们在实验室中用氧化铜、稀硫酸和铁来制取纯净的铜，并用所制得的铜进行一系列的探究性实验。‎ 甲、乙两位同学分别设计了如下两个制取铜的实验方案。‎ 甲：①CuO溶于适量稀硫酸中；‎ ‎②在①的溶液中加入稍过量的铁，充分反应后，过滤、烘干，即得纯净的铜。‎ 乙：①铁与稀硫酸反应得氢气；‎ ‎②用氢气还原氧化铜，充分反应后即得纯净的铜。‎ ‎(1)若两位同学消耗的稀硫酸和铁的量分别相同，请判断他们所制得铜的质量大小关系(填选项的标号)________________。‎ A．相同 B．甲多 C．乙多 D．以上三种情况均有可能 ‎(2)丙同学认为上述两种方案都难以保证所制得铜的纯度，应对上述两种方案加以完善。甲同学的方案不完善的原因是________________，完善乙同学的方案的一种方法是将所得的铜粉放入烧杯中，加入________，不断搅拌，然后________即得到纯净的铜。‎ 解析：(1)在用氢气还原氧化铜的反应中，应先通入H2，排除空气，然后才能加热，并且反应结束后应先撤去酒精灯，再停止通入H2，因此所制得的H2并没有全部参与CuO的还原，故生成铜的质量小。‎ ‎(2)甲方案中铁过量，并且过滤后没有洗涤，产物中混有铁粉，也可能混有FeSO4；而乙方案中可能混有CuO，应加入稀硫酸除去CuO。‎ 答案：(1)B ‎(2)甲同学的方案产物中可能混有铁并且没有洗涤　过量稀硫酸　过滤、洗涤、烘干 7‎ ‎14．Ⅰ.工业上可用含Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3，其中Ti化合价为＋4价)制取TiO2，其主要流程如下：‎ Fe2O3与硫酸反应的离子方程式是______________；向甲溶液中加入铁的目的是________________。‎ 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TiO2)或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 Cl2完全反应时，参加反应的还原剂的物质的量为________ mol。‎ ‎(2)反应②通常在800 ℃的条件下进行，通入氩气的目的是________________________________________________________________________________________________；‎ 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？‎ ‎________________________________________________________________________________________________________________________________________________(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：Ⅰ.氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁和水，离子方程式是Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O；因为最终得到绿矾，所以应将铁离子还原为亚铁离子，加入Fe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TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO，在反应中碳被Cl2氧化，当有1 mol Cl2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Cl2、Mg 7‎ 以及海绵钛除杂时生成的MgCl2等。‎ 答案：Ⅰ.Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O 将Fe3＋转化为Fe2＋‎ Ⅱ.(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)Cl2、Mg和MgCl2‎ 探究拓展 ‎15．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________________________________________________________________________________________________________________________________________________。‎ ‎(2)该铝热反应的化学方程式为___________________________________________________。‎ ‎(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____________________。‎ ‎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________(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Fe3O4生成Fe和Al2O3，配平可得化学方程式：8Al＋3Fe3O44Al2O3＋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＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，m(Al)＝n(Al)×27 g·mol－1＝2/3n(H2)×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 g÷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。‎ 答案：(1)蔗糖在浓硫酸中脱水并放出大量的热 ‎(2)8Al＋3Fe3O44Al2O3＋9Fe 7‎ ‎(3)①冷却至常温和调节量气管使左右液面相平 ‎②3.6%　③偏大 7‎ 8‎