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2019年高中化學 主題3 礦山資源 、硫酸與無機材料制造 課題3 金屬冶煉和金屬材料的保護作業(yè) 魯科版選修2 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1．以下金屬的冶煉(“→”前為原料，“→”后為所得的金屬)，其中最適宜用熱還原法冶煉的是(　　) ①MgCl2→Mg；②MnO2→Mn；③ZnO→Zn；④HgO→Hg；⑤磁鐵礦→Fe；⑥KCl→K A．①②④　　 B．③④ C．②③⑤⑥ D．①②③⑤ 【解析】　熱還原法是多數(shù)金屬冶煉的方法，主要適用于金屬活動性順序表中處于中部或金屬活動性與之相當?shù)慕饘僖约皹O少數(shù)活潑金屬(如鉀常用鈉還原法制得)，符合題意的有②③⑤⑥。 【答案】　C 2．鐵和鐵合金是生活中常用的材料，下列說法中正確的是(　　) A．不銹鋼是鐵合金，只含金屬元素 B．一定條件下，鐵粉可與水蒸氣反應(yīng) C．鐵與鹽酸反應(yīng)，鐵合金不與鹽酸反應(yīng) D．在空氣中，鐵板比鍍鋅鐵板更耐腐蝕 【解析】　不銹鋼屬于合金，含有非金屬元素碳，A項錯。C項顯然錯誤。D項中，在潮濕空氣中，鐵板容易發(fā)生電化學腐蝕，而鍍鋅鐵板因為鋅比鐵活潑，鋅、鐵構(gòu)成原電池，鋅作負極而使鐵受到保護。 【答案】　B 3．我國在春秋戰(zhàn)國時期就懂得將白口鐵(含碳量＞2%)經(jīng)淬火熱處理得到相當于鑄鋼的器物(如鋒利的寶劍)，這一技術(shù)要比歐洲早近兩千年；白口鐵淬火熱處理的主要作用是(　　) A．除硫、磷雜質(zhì)　　　　 B．適當降低了含碳量 C．摻進合金元素 D．改善表面的結(jié)構(gòu)性質(zhì) 【解析】　淬火是一種單純熱處理方法，只是對降低含碳量有效(將碳氧化成氣體)，所以選B。 【答案】　B 4．用氫氣作還原劑和用金屬作還原劑相比，所得金屬的純度的說法正確的是(　　) A．用氫氣的高 B．用金屬的高 C．二者相同 D．無法比較 【解析】　用作還原劑的氫氣與氧結(jié)合為水，水在高溫下迅速蒸發(fā)。用作還原劑的金屬易跟被還原出來的金屬熔合形成合金。 【答案】　A 5．下列金屬氧化物不能用焦炭還原的是(　　) A．CaO B．Fe3O4 C．CuO D．Fe2O3 【解析】　Ca的還原性很強，不能用一般還原劑將CaO還原成Ca。CaO與C在高溫下發(fā)生化學反應(yīng)，生成CaC2和CO。 【答案】　A 6．下列關(guān)于鋼鐵腐蝕的敘述中正確的是(　　) A．吸氧腐蝕時正極放出氧氣 B．析氫腐蝕時正極放出氫氣 C．化學腐蝕比電化學腐蝕普遍 D．析氫腐蝕比吸氧腐蝕普遍 【解析】　吸氧腐蝕時正極上氧氣得到電子被還原，析氫腐蝕時正極放出氫氣；化學腐蝕不如電化學腐蝕普遍，析氫腐蝕不如吸氧腐蝕普遍。 【答案】　B 7．鋼鐵在潮濕的空氣中會被腐蝕，發(fā)生的原電池反應(yīng)為2Fe＋2H2O＋O2===2Fe2＋＋4OH－。下列說法正確的是(　　) A．負極發(fā)生的反應(yīng)為：Fe－2e－===Fe2＋ B．正極發(fā)生的反應(yīng)為：2H2O＋O2＋2e－===4OH－ C．原電池是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置 D．鋼柱在水下部分比在空氣與水交界處更容易腐蝕 【解析】　B選項，不滿足電荷守恒；C選項，原電池將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；D選項，鋼柱在與水交界處更易生銹。 【答案】　A 8．為了探究金屬腐蝕的條件和快慢，某課外學習小組用不同的細金屬絲將一根大小相同的普通鐵釘分別固定在如圖所示的三個裝置內(nèi)，并將這些裝置在相同的環(huán)境中放置相同的一段時間，下列對實驗結(jié)果的描述不正確的是(　　) A．實驗結(jié)束時，裝置(1)左側(cè)的液面一定會下降 B．實驗結(jié)束時，裝置(1)左側(cè)的液面一定比裝置(2)的低 C．實驗結(jié)束時，鐵釘b腐蝕最嚴重 D．實驗結(jié)束時，鐵釘c幾乎沒有被腐蝕 【解析】　A中是Fe與鹽酸酸霧的一般化學腐蝕，因產(chǎn)生H2導致裝置(1)左側(cè)管內(nèi)壓強增大，故左側(cè)液面下降；裝置(2)銅—鐵—鹽酸構(gòu)成原電池，F(xiàn)e作負極，被腐蝕，正極是Cu作電極，正極上H＋放電產(chǎn)生H2，原電池反應(yīng)速率大于一般化學反應(yīng)，F(xiàn)e腐蝕快，產(chǎn)生H2多，故實驗結(jié)束裝置(1)左側(cè)液面一定比裝置(2)高；裝置(3)中由于濃硫酸吸水，在干燥的空氣中鐵釘幾乎沒有被腐蝕，故答案選B。 【答案】　B 9．在鐵制品上鍍一定厚度的鋅層，以下方案設(shè)計正確的是(　　) A．鋅作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有鋅離子 B．鐵作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有鋅離子 C．鐵作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有亞鐵離子 D．鋅作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有鋅離子 【解析】　由電鍍裝置的設(shè)計方法可知，應(yīng)選用鋅片(鍍層金屬)作陽極，鐵制品(鍍件)作陰極，含有Zn2＋的溶液作電鍍液。 【答案】　A 10．在煉鐵、煉鋼過程中都有碳參加反應(yīng)。下列有關(guān)碳參加反應(yīng)的敘述正確的是(　　) A．兩個過程中碳原子都被氧化，都只起著提供熱源的作用 B．煉鐵過程中碳被氧化，既起產(chǎn)生熱量的作用，又起產(chǎn)生CO的作用 C．煉鋼過程中碳被還原，從而達到降低含碳量的目的 D．煉鐵過程中碳參加反應(yīng)，只起產(chǎn)生CO的作用 【解析】　在煉鐵時，焦炭的主要作用有兩個：一是通過焦炭燃燒放出大量熱，提供煉鐵過程所需的熱量；二是產(chǎn)生煉鐵所需的還原劑CO。在煉鐵過程中碳被氧化。煉鋼時用來降低碳含量的主要反應(yīng)為：C＋FeOCO↑＋Fe，這個反應(yīng)在碳被氧化的同時吸收熱量。綜合以上分析，可知A、C、D選項是錯誤的。 【答案】　B [能力提升] 11．鋼鐵工業(yè)對促進經(jīng)濟和社會發(fā)展起了重要作用。 (1)煉鐵高爐分為五部分，鐵礦石與高溫煤氣主要在________部分發(fā)生反應(yīng)，在________部分開始生成生鐵和爐渣。 (2)煉鋼時，加入硅、錳和鋁的目的是_________________________________。 (3)不銹鋼含有的Cr元素是在煉鋼過程的氧吹_________________________ (填“前”或“后”)加入，原因是___________________________________ ________________________________________________________________。 (4)煉鐵和煉鋼生產(chǎn)中，尾氣均含有的主要污染物是________。從環(huán)保和經(jīng)濟角度考慮，上述尾氣經(jīng)處理可用作________。 【解析】　考查高爐煉鐵及煉鋼知識。煉鐵是以鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣為原料，制得的鐵是含雜質(zhì)較多的生鐵。煉鋼則是以生鐵為原料，目的是除去生鐵中含有的硅、磷等雜質(zhì)及降低含碳量。 【答案】　(1)爐身　爐腰 (2)脫氧和調(diào)整鋼的成分 (3)后　避免Cr被氧化(或氧吹前加入Cr會形成爐渣被除去) (4)CO　燃料(或還原劑) 12．如圖所示，甲、乙兩試管中各放一枚鐵釘，甲試管中為NH4Cl溶液，乙試管中為NaCl溶液，數(shù)天后導管中觀察到的現(xiàn)象是________，甲中正極反應(yīng)為_________________________________________________________________ __________________________________________________________________， 乙中正極反應(yīng)為__________________________________________________。 試管中殘留氣體平均相對分子質(zhì)量的變化為：甲______________________； 乙________。(填“增大”、“減小”或“不變”) 【解析】　甲中NH4Cl溶液水解呈酸性，鐵釘發(fā)生析氫腐蝕，放出H2，導致甲試管內(nèi)壓強增大；乙中NaCl溶液呈中性，鐵釘發(fā)生吸氧腐蝕，O2被消耗，導致乙試管內(nèi)壓強減小，所以結(jié)合物理知識看到導管中液面出現(xiàn)左低右高的現(xiàn)象。由于甲試管中放出H2，其相對分子質(zhì)量為2，比空氣的平均相對分子質(zhì)量29小，故甲中殘留氣體平均相對分子質(zhì)量變?。灰以嚬苤蠴2平均分子質(zhì)量為32比N2的相對分子質(zhì)量28大，O2消耗，殘留氣體平均相對分子質(zhì)量必減小。 【答案】　導管中液面左低右高　4H＋＋4e－===2H2↑　2H2O＋O2＋4e－===4OH－　減小　減小 13．防止鋼鐵的腐蝕是世界級難題，每年全世界鋼產(chǎn)量的四分之一因腐蝕而損失。 甲　　　　　　　　　　　　乙 (1)鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕，該腐蝕過程中的電極反應(yīng)式為____________、 _______________________________________________________________。 (2)為降低某水庫的鐵閘門的被腐蝕速率，可以采用圖甲方案，其中焊接在鐵閘門上的固體材料R可以采用________。 A．銅　　　　　　　　　 B．鈉 C．鋅 D．石墨 (3)圖乙所示方案也可降低鐵閘門的被腐蝕速率，其中鐵閘門應(yīng)該連接在直流電源的______極?！? 【解析】　(1)發(fā)生吸氧腐蝕時，F(xiàn)e為負極：Fe－2e－===Fe2＋而腐蝕；正極上：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 (2)鐵閘門上連接一塊比鐵更活潑的金屬如鋅就可由鋅失去電子被腐蝕而把Fe保護起來。 (3)屬外接電流的陰極保護法，需把被保護的物件(閘門)與電源的負極相連接。 【答案】　(1)負極：2Fe－4e－===2Fe2＋ 正極：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ (2)C　(3)負 14．金屬鋁已成為日常生活、工業(yè)、國防、航空等行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料之一。在工業(yè)中金屬鋁的生產(chǎn)流程如下圖所示： 請回答下列問題： (1)電解鋁的原料主要來自鋁土礦(主要成分為Al2O3)，其中氧化鋁的含量約為50%～70%。因此電解時需要先從鋁土礦中獲得符合要求(Al2O3純度不低于98.2%)的氧化鋁，此過程包括三個環(huán)節(jié)，請寫出這三個環(huán)節(jié)所涉及的化學反應(yīng)方程式： ________________________________________________________________、 ________________________________________________________________、 ________________________________________________________________， 該過程主要利用了________________。 (2)電解鋁時，以氧化鋁冰晶石(Na3AlF6)熔融液為電解質(zhì)，其中也常加入少量的氟化鈣，其作用為________________________。 (3)由流程圖可知陰極和陽極由碳素材料做成，寫出陰極與陽極的電極反應(yīng)式：陰極____________________________________________________________； 陽極____________________；電解過程中要定期更換的電極是________(填“陽極”或“陰極”)。 (4)電解生成的金屬鋁是在熔融液的________(填“上層”或“下層”)。 (5)鋁是高耗能產(chǎn)品，廢舊鋁材的回收利用十分重要。在工業(yè)上，最能體現(xiàn)節(jié)能減排思想的是將回收鋁做成________(填字母)。 a．冰晶石　　 b．氧化鋁　　 c．鋁錠　　 d．硫酸鋁 【解析】　(1)從鋁土礦中獲取純度大于98.2% Al2O3的過程也就是除雜、富集的過程，故一般都利用Al2O3、Al(OH)3的兩性，將鋁土礦溶于NaOH溶液得到NaAlO2溶液(過濾可除去雜質(zhì))，然后向NaAlO2溶液中通入CO2氣體得到Al(OH)3沉淀，最后將Al(OH)3加熱即可得到純度大于98.2%的Al2O3。(2)電解氧化鋁時，加入冰晶石、氟化鈣的作用都是作助熔劑，降低Al2O3的熔點。(3)陰極發(fā)生還原反應(yīng)，生成Al，電極反應(yīng)為：4Al3＋＋12e－===4Al，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，故電極反應(yīng)式為：6O2－－12e－===3O2↑；由于生成的氧氣與陽極碳塊反應(yīng)，因此陽極材料不斷地被消耗，需定期更換。 (4)生成Al的密度大于熔融液的密度，故Al在熔融液的下層。(5)回收廢鋁制成鋁錠是工業(yè)上最能體現(xiàn)節(jié)能減排思想的處理方法。 【答案】　(1)Al2O3＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4] Na[Al(OH)4]＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3 2Al(OH)3Al2O3＋3H2O　Al2O3與Al(OH)3的兩性　(2)降低Al2O3的熔點　 (3)4Al3＋＋12e－===4Al　6O2－－12e－===3O2↑　陽極　(4)下層　(5)c