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第四講 用途廣泛的金屬材料及開發(fā)利用金屬礦物 [課后達標訓練] 一、選擇題 1.明代《天工開物》記載“火法”冶煉鋅：“爐甘石十斤，裝載入一泥罐內(nèi)，…然后逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發(fā)火煅紅，…冷淀，毀罐取出，…，即倭鉛也”(注：爐甘石的主要成分為碳酸鋅，泥罐中摻有煤炭)。下列說法不正確的是(　　) A.倭鉛是指金屬鋅和鉛的混合物 B.煤炭中起作用的主要成分是C C.冶煉Zn的化學方程式：ZnCO3＋2CZn＋3CO↑ D.該冶煉鋅的方法屬于熱還原法 解析：選A。由題意可知，倭鉛是指金屬鋅，不是鋅和鉛的混合物，故A錯誤；煤炭的主要成分是碳，反應(yīng)中碳作還原劑，故B、C、D均正確。 2.鎂鋁合金質(zhì)優(yōu)體輕，又不易銹蝕，被大量用于航天工業(yè)、造船工業(yè)、日用化工等領(lǐng)域。下列關(guān)于鎂鋁合金性質(zhì)的敘述中，正確的是(　　) A.此合金的熔點比鎂和鋁的熔點都高 B.此合金能全部溶解于稀鹽酸中 C.此合金能全部溶解于氫氧化鈉溶液中 D.此合金的硬度比鎂和鋁的硬度都小 解析：選B。合金的熔點比它的各成分金屬的熔點都低，硬度和強度比各成分金屬的都大，即A、D項不正確；合金中的鎂、鋁都能與稀鹽酸反應(yīng)，但能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的只有鋁，所以該合金能全部溶解于稀鹽酸中而只有部分金屬溶解于氫氧化鈉溶液中，即B項正確而C項不正確。 3.不同的金屬在冶煉方法上也有所不同，下列說法正確的是(　　) A.釩、鉻、錳、鐵等難熔金屬通常采用鋁熱法煉制 B.煉鋼和煉鐵都是采用還原劑將鐵從其化合物中還原出來，區(qū)別在于煉鋼時選用的還原劑的還原性更強 C.由于鈉、鎂、鋁等金屬化學性質(zhì)太活潑，人們通常采用電解熔融狀態(tài)下的氯化物的方式來獲取它們的單質(zhì) D.煉鐵時加入的焦炭除了提供熱量外，還用來制造還原劑一氧化碳 解析：選D。A項，鐵用CO還原法煉制，用鋁熱反應(yīng)成本太高，故A錯誤；B項，不同點是前者使用氧化劑，后者使用還原劑，故B錯誤；C項，氯化鋁是共價化合物，所以熔融時，它是不導電的，工業(yè)上用電解氧化鋁的方法制取鋁，故C錯誤；D項，高爐煉鐵中焦炭的作用是與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生熱量和制造還原劑一氧化碳，故D正確。 4.(2018青島高三質(zhì)檢)所謂合金，就是不同種金屬(也包括一些金屬和非金屬)在熔融狀態(tài)下形成的一種熔合物。根據(jù)下列四種金屬的熔、沸點，判斷其中不能形成合金的是(　　) Na Cu Al Fe 熔點/℃ 97.5 1 083 660 1 535 沸點/℃ 883 2 595 2 200 3 000 A.Cu和Al　　　　　　 B.Fe和Cu C.Fe和Na D.Al和Na 解析：選C。分析數(shù)據(jù)得出，銅和鐵的熔點高于鈉的沸點，無法制得合金。 5.鋁鎂合金因堅硬、輕巧、美觀、潔凈、易于加工而成為新型建筑裝潢材料，主要用于制作窗框、卷簾門、防護欄等。下列與這些用途無關(guān)的性質(zhì)是(　　) A.不易生銹 B.導電性好 C.密度小 D.強度高 解析：選B。合金材料在日常生活中使用很廣泛，鋁鎂合金在家居裝潢中經(jīng)常會用到。鋁鎂合金強度高，制成的門窗、防護欄等堅硬牢固；密度小，同體積時比較輕，方便運輸、搬運；不容易生銹，制成的裝潢材料經(jīng)久耐用；只有導電性好與這方面的用途無關(guān)。 6.下列說法中正確的是(　　) A.Cu→CuO→Cu(OH)2每步轉(zhuǎn)化均能通過一步反應(yīng)實現(xiàn) B.鋁合金是一種混合物，它比純鋁的熔點高 C.金屬銅放置在潮濕的空氣中會被銹蝕，生成綠色的銅銹——堿式碳酸銅 D.金屬鋁、鐵、銅都有一定的抗腐蝕性能，其抗腐蝕的原因都是表面形成氧化物薄膜，阻止反應(yīng)的進一步進行 解析：選C。A選項，CuO→Cu(OH)2不能通過一步反應(yīng)實現(xiàn)，錯誤；B選項，鋁合金比純鋁的熔點低，錯誤；D選項，鐵、銅表面不能形成致密的氧化膜，錯誤。 7.下列有關(guān)金屬及其合金的說法正確的是(　　) A.錫青銅的熔點比純銅高 B.生鐵、普通鋼和不銹鋼中的碳含量依次增加 C.將NH3通入熱的CuSO4溶液中能使Cu2＋還原成Cu D.目前我國流通的硬幣是由合金材料制造的 解析：選D。錫青銅屬于合金，根據(jù)合金的特性，熔點比各成分金屬的低，A項錯誤；生鐵、普通鋼和不銹鋼中的碳含量依次降低，B項錯誤；溶液中該反應(yīng)難以發(fā)生，先是2NH3＋2H2O＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋(NH4)2SO4，接著Cu(OH)2CuO＋H2O，溶液中NH3不能將CuO還原為Cu，要還原必須是干燥的固體，C項錯誤。 8.已知酸性條件下有如下反應(yīng)：2Cu＋===Cu2＋＋Cu。由于反應(yīng)溫度不同，用氫氣還原氧化銅時，可能產(chǎn)生Cu或Cu2O，兩者都是紅色固體。一同學對某次用氫氣還原氧化銅實驗所得的紅色固體產(chǎn)物做了驗證，實驗操作和實驗現(xiàn)象記錄如下： 加入 試劑 稀硫酸 濃硫酸、加熱 稀硝酸 濃硝酸 實驗 現(xiàn)象 紅色固體和 藍色溶液 無色氣體和 藍色溶液 無色氣體和 藍色溶液 紅棕色 氣體和 藍色溶液 由此推出本次氫氣還原氧化銅實驗的產(chǎn)物是(　　) A.Cu B.Cu2O C.一定有Cu，可能有Cu2O D.一定有Cu2O，可能有Cu 解析：選D。H2還原CuO生成紅色固體，可能是Cu和Cu2O中的一種或兩種，產(chǎn)物中加入稀H2SO4溶液變藍和得到紅色固體，證明產(chǎn)物中含Cu2O，在酸性條件下2Cu＋===Cu2＋＋Cu，故不能證明產(chǎn)物中是否含有Cu。 9.被稱為“國防金屬”的鎂，60%來自于海洋，從海水中提取鎂的正確方法是(　　) 物質(zhì) 氧化鎂 氯化鎂 熔點/℃ 2 852 714 A.海水Mg(OH)2Mg B.海水MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)Mg C.海水Mg(OH)2MgOMg D.海水Mg(OH)2MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)Mg 解析：選D。因為海水中鎂的含量很少，所以第一步需要富集，B錯誤；由信息可知MgO的熔點比MgCl2的熔點高，所以應(yīng)電解熔融的MgCl2制取Mg，D正確。 10.下列是部分礦物資源的利用及產(chǎn)品流程，有關(guān)說法不正確的是(　　) A.粗銅電解精煉時，粗銅作陽極 B.生產(chǎn)鋁、銅、高純硅及玻璃過程中都涉及氧化還原反應(yīng) C.黃銅礦冶煉銅時，副產(chǎn)物SO2可用于生產(chǎn)硫酸，F(xiàn)eO可用作冶煉鐵的原料 D.粗硅制高純硅時，提純四氯化硅可用多次分餾的方法 解析：選B。電解精煉銅時，粗銅作陽極，自身可以溶解，故A正確；制備單質(zhì)時涉及化合價變化，是氧化還原反應(yīng)，制玻璃的反應(yīng)是SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑和SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑，元素化合價未發(fā)生變化，均不屬于氧化還原反應(yīng)，故B錯誤；SO2可以轉(zhuǎn)化成SO3，進而生成H2SO4，F(xiàn)eO與CO在高溫下可生成Fe，故C正確；制備硅的過程中，利用沸點不同進行分餾，將SiCl4從雜質(zhì)中提取出來，再與H2發(fā)生置換反應(yīng)得到高純硅，故D正確。 二、非選擇題 11.歷史上金、銀、銅主要是作為貨幣金屬或裝飾品被應(yīng)用。 (1)金、銀、銅常被作為錢幣流通，從化學角度來看，主要是利用它們的　　　　。 A.硬度適中 B.密度適中 C.在自然界里都可得到純凈的單質(zhì) D.不活潑性 (2)一位收藏者有一枚表面是黑色，且有少量綠色銹狀物的貨幣，這肯定是　　　　幣，黑色物質(zhì)是　　　　，形成這種物質(zhì)的化學方程式為_____________________________， 綠色物質(zhì)是　　　　　　　　(填化學式)，這枚金屬幣的真面目為　　　　色。另外一枚是閃閃發(fā)光的黃色金屬幣，它肯定是　　　　幣，表面一直未被氧化的原因是　 　。 (3)不法分子有時用銅鋅合金制成假金幣行騙。下列方法中能有效鑒別其真假的是　　　　。 A.觀察顏色 B.查看圖案 C.用手掂量輕重 D.滴一滴硝酸在金幣的表面，觀察現(xiàn)象 解析：(3)有些假金幣外形逼真，看上去也是“金光閃閃”，密度和真金幣差不太多，用手不太容易掂出來。假金幣中的Zn、Cu均可與硝酸反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡，而Au不與硝酸反應(yīng)。 答案：(1)D　(2)銅　氧化銅　2Cu＋O2===2CuO Cu2(OH)2CO3　紫紅　金　金不活潑，不易被氧化　(3)D 12.鋁熱反應(yīng)的化學方程式為2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe。某同學對“鋁熱反應(yīng)”的現(xiàn)象有這樣的描述：“反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的光芒”“紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中”。查閱《化學手冊》知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔、沸點數(shù)據(jù)如下： 物質(zhì) Al Al2O3 Fe Fe2O3 熔點/℃ 660 2 054 1 535 1 462 沸點/℃ 2 467 2 980 2 750 — (1)該同學推測，鋁熱反應(yīng)所得到的熔融物應(yīng)是鐵鋁合金。這種推測有一定的道理，理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)設(shè)計一個簡單的實驗方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實驗所用試劑是　　　　　　，當觀察到　　　　　　　　的現(xiàn)象時，說明熔融物中含有金屬鋁。 (3)實驗室溶解該熔融物，最好選用下列試劑中的　　　　。 A.濃硫酸 B.稀硫酸 C.稀硝酸 D.氫氧化鈉溶液 (4)鎂、鋁是現(xiàn)代人常用的金屬材料，這些活潑金屬的冶煉方法是　　　　法，工業(yè)生產(chǎn)中，鎂的冶煉采用的反應(yīng)物是　　　　　　，鋁的冶煉采用的反應(yīng)物是　　　　　　。 答案：(1)該反應(yīng)溫度下鋁已熔化，未反應(yīng)的鋁可與生成的鐵熔合在一起，形成合金 (2)NaOH溶液　有氣泡生成　(3)B (4)電解　熔融氯化鎂(或MgCl2)　熔融氧化鋁(或Al2O3) 13.(2018萊蕪模擬)實驗室以含有少量鐵的粗銅粉和硫酸與硝酸的混合溶液為原料制備CuSO45H2O晶體。設(shè)計的工藝流程如圖所示： 請回答下列問題： (1)根據(jù)反應(yīng)原理，操作①所需的混酸溶液中硝酸和硫酸的理論配比(物質(zhì)的量之比)為　　　　。操作②中需要把NO與　　 　(氣體)混合通入水中，混入該氣體的目的是_________________________________________________________(用化學方程式表示)。 (2)溶液Ⅰ中存在一定濃度的Fe3＋、Cu2＋，在該濃度時生成氫氧化物沉淀的pH如下表。操作③中某學生設(shè)計物質(zhì)X為H2O，若加水調(diào)節(jié)溶液pH，則Fe(OH)3開始沉淀的pH　　1.9(填“＜”“＞”或“＝”)；而實際操作中一般不用此法調(diào)節(jié)溶液pH，其主要原因是__________。 開始沉淀 沉淀完全 Fe3＋ 1.9 3.2 Cu2＋ 4.7 6.7 (3)操作④中物質(zhì)Y為　　　　　。查閱資料知CuSO45H2O的溶解度曲線如圖所示，則操作⑤應(yīng)采取的措施是蒸發(fā)濃縮、　　　　　　　、過濾、洗滌、干燥等。 解析：(1)操作①是利用硝酸氧化而溶解銅，生成的Cu2＋與SO結(jié)合為CuSO4。根據(jù)3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O知，生成3 mol CuSO4消耗3 mol硫酸、2 mol硝酸。操作②中把NO與氧氣混合通入水中生成硝酸以循環(huán)利用，并減少污染，反應(yīng)方程式是4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。 (2)因加水使c(Fe3＋)降低，則Fe(OH)3開始沉淀的pH>1.9，而實際操作中一般不用此法調(diào)節(jié)溶液pH，其主要原因是加入的水較多不利于蒸發(fā)濃縮或蒸發(fā)濃縮消耗很多的能量。 (3)由溶液Ⅱ得到晶體需蒸發(fā)濃縮，而蒸發(fā)時硫酸銅會水解，因此加入硫酸抑制水解。根據(jù)CuSO45H2O的溶解度曲線知溫度越高，其溶解度越大，即溫度低時析出量多，而且30 ℃時CuSO45H2O失水變?yōu)镃uSO43H2O，因此應(yīng)冷卻到30 ℃以下結(jié)晶。 答案：(1)2∶3　O2　4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 (2)>　不利于蒸發(fā)濃縮(或蒸發(fā)濃縮消耗很多的能量) (3)H2SO4　冷卻到30 ℃以下結(jié)晶 14.(2018南昌模擬)銅是與人類關(guān)系非常密切的有色金屬。已知常溫下，Cu2＋在溶液中穩(wěn)定，Cu＋易在酸性條件下發(fā)生反應(yīng)：2Cu＋===Cu2＋＋Cu。＋1價銅的化合物多數(shù)不溶于有機溶劑，如Cu2O(磚紅色)、CuI、CuCl、CuH等。 (1)在CuCl2溶液中逐滴滴加過量的KI溶液可能發(fā)生： a.2Cu2＋＋4I－===2CuI↓(白色)＋I2 b.2Cu2＋＋2Cl－＋2I－===2CuCl↓(白色)＋I2 為順利觀察到白色沉淀可以加入的最佳試劑是　　　　。 A.SO2 B.苯 C.NaOH溶液 D.乙醇 (2)一定條件下，在CuSO4中加入NH5反應(yīng)生成氫化亞銅(CuH)。 ①已知NH5是離子化合物且所有原子都達到稀有氣體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，請寫出NH5的電子式：________________________________________________________________________； ②寫出CuH在過量稀鹽酸中有氣體生成的離子方程式：_____________________。 (3)納米級Cu2O具有特殊的光學、電學及光電化學性質(zhì)，在太陽能電池、傳感器、超導體等方面有著潛在的應(yīng)用，研究制備納米氧化亞銅的方法已成為當前的熱點研究之一。 方法一：在新制Cu(OH)2濁液中滴入N2H4H2O水溶液，藍色沉淀逐漸轉(zhuǎn)化為磚紅色，同時產(chǎn)生無污染的無色氣體。 ①寫出上述制備過程中的總反應(yīng)方程式：____________________________________ ________________________________________________________________________。 方法二：以銅作陽極，石墨作陰極電解。已知：銅作陽極時，銅先被氧化生成Cu＋，后Cu＋繼續(xù)氧化生成Cu2＋；在堿性溶液中CuCl濁液易轉(zhuǎn)化為Cu2O。 ②以NaCl和含少量NaOH的溶液作為電解質(zhì)溶液，電解時陽極區(qū)會產(chǎn)生白色沉淀，寫出陽極反應(yīng)式：____________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③電解一段時間后，溶液中可能產(chǎn)生的現(xiàn)象：________________________________ ________________________________________________________________________， 寫出轉(zhuǎn)化的離子方程式：__________________________________________________。 ④這樣制得的Cu2O中往往含有CuCl，請設(shè)計實驗證明CuCl的存在：______________。 解析：(1)碘水是棕褐色的，影響白色沉淀的觀察，可以用苯把碘單質(zhì)萃取出來，由于酒精與水以任意比例混溶，因此不能作萃取劑。 (2)①NH5所有原子都達到稀有氣體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，即氮原子最外層達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所有氫原子達到2電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，說明NH5是由NH和H－組成的離子化合物。②CuH為難溶物質(zhì)保留化學式，根據(jù)題干信息知＋1價的銅在酸性條件下發(fā)生歧化反應(yīng)生成Cu2＋和Cu，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是CuH中的H－與鹽酸中的H＋發(fā)生歸中反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣。 (3)①藍色沉淀逐漸轉(zhuǎn)化為磚紅色，即氫氧化銅沉淀轉(zhuǎn)化成氧化亞銅，無污染的氣體只能是N2。②銅作陽極，先被氧化為Cu＋，再與溶液中的Cl－結(jié)合生成CuCl白色沉淀，即可寫出陽極的電極反應(yīng)式。③根據(jù)方法二的已知信息可知，CuCl在堿性條件下易轉(zhuǎn)化為Cu2O。④得到的Cu2O中往往含有CuCl，可以通過檢驗混合物中是否含有氯離子的方法來檢驗是否含有CuCl，應(yīng)先用硝酸溶解，再檢驗氯離子。 答案：(1)B　(2)① ②2CuH＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋2H2↑ (3)①4Cu(OH)2＋N2H4H2O===2Cu2O＋N2↑＋7H2O?、贑u＋Cl－－e－===CuCl　③白色沉淀逐漸變?yōu)榇u紅色　2CuCl＋2OH－===Cu2O＋H2O＋2Cl－?、苋≡嚇由倭坑谠嚬苤?，加入稀硝酸溶解，再加硝酸銀溶液，若生成沉淀，則含有CuCl，若無明顯現(xiàn)象，則無CuCl