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跟蹤檢測(cè)（九） 金屬材料與礦物開發(fā) 1．(2019昌平區(qū)模擬)“厲害了，我的國！”。下列中國制造的產(chǎn)品主體用料不是金屬材料的是(　　) A.主體用料： 鋼索 B.主體用料： 鋼材 C.主體用料： 鋁合金 D.主體用料： 硅酸鹽 解析：選D　鋼索、鋼材、鋁合金都是金屬合金材料。 2．下列有關(guān)金屬及其化合物的說法中，正確的個(gè)數(shù)為(　　) ①在人類對(duì)金屬材料的使用過程中，性質(zhì)活潑的金屬單質(zhì)最早被人們冶煉和使用 ②純鐵比生鐵抗腐蝕性更強(qiáng) ③單質(zhì)鋁在空氣中比較耐腐蝕，所以鋁是不活潑金屬 ④向紫色石蕊溶液中加入過量的Na2O2粉末，振蕩，溶液變?yōu)樗{(lán)色并有氣泡產(chǎn)生 ⑤青銅、不銹鋼、硬鋁都是合金 ⑥可通過焰色反應(yīng)區(qū)分鉀元素和鈉元素 ⑦將FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液中，溶液變藍(lán)色 ⑧鋁粉和氧化鎂粉末混合，高溫能發(fā)生鋁熱反應(yīng) A．4　　　 B．5　　　　 C．6　　　　 D．7 解析：選A?、俳饘倩顫娦栽饺?，越易被冶煉和使用；③Al是活潑金屬，表面易形成致密氧化膜，耐腐蝕；④Na2O2具有強(qiáng)氧化性，紫色石蕊溶液先變藍(lán)后褪色；⑧Al不能把Mg置換出來，Al與MgO不能發(fā)生鋁熱反應(yīng)。 3．(2019海淀區(qū)一模)平昌冬奧會(huì)“北京8 分鐘”主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)用石墨烯制作了－20 ℃能發(fā)熱4 h 的智能服飾； 用鋁合金管材和碳纖維制作了高2.35 m、重量僅為10 kg 的熊貓木偶，向世界展現(xiàn)了新時(shí)代的中國形象。下列說法不正確的是(　　) A．石墨烯是能導(dǎo)熱的金屬材料 B．鋁合金是密度較低的金屬材料 C．碳纖維是耐低溫的無機(jī)非金屬材料 D．新型材料種類多、用途廣 解析：選A　石墨烯是碳的一種單質(zhì)，屬于無機(jī)非金屬材料，故A錯(cuò)誤；鋁的密度小，鋁合金的密度小，強(qiáng)度大，屬于金屬材料，故B正確；碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料，屬于無機(jī)非金屬材料，故C正確；人們依據(jù)生產(chǎn)生活的需要研制出很多種用途不同的新型材料，如功能新型材料、新的合金材料等，故D正確。 4．(2019平頂山模擬)下列說法中正確的是(　　) A．電解NaCl溶液、熔融態(tài)的氯化鎂可制得相應(yīng)的金屬單質(zhì) B．工業(yè)上可用含Cu2S的礦石和氧化劑O2反應(yīng)冶煉Cu C．鋁熱反應(yīng)可用于冶煉高熔點(diǎn)金屬，如K、Ca、Cr、Mn等 D．工業(yè)電解熔融態(tài)的Al2O3制Al時(shí)，加冰晶石的主要作用是提高Al的產(chǎn)量 解析：選B　鈉和鎂性質(zhì)活潑，應(yīng)采用電解熔融氯化鈉的方法制取鈉，故A錯(cuò)誤；工業(yè)上火法煉銅可用含Cu2S的礦石和氧化劑O2反應(yīng)冶煉Cu，故B正確；金屬K、Ca還原性強(qiáng)于鋁，所以無法通過鋁熱反應(yīng)制取，故C錯(cuò)誤；冰晶石是電解鋁的助熔劑，可降低氧化鋁熔化時(shí)所需的溫度，故D錯(cuò)誤。 5．下列制備金屬單質(zhì)的方法或原理正確的是(　　) A．在高溫條件下，用H2還原MgO制備單質(zhì)Mg B．在通電條件下，電解熔融Al2O3制備單質(zhì)Al C．在通電條件下，電解飽和食鹽水制備單質(zhì)Na D．加強(qiáng)熱，使CuO在高溫條件下分解制備單質(zhì)Cu 解析：選B　A項(xiàng)，應(yīng)用電解熔融的MgCl2的方法制備單質(zhì)鎂；B項(xiàng)，鋁為活潑金屬，因此應(yīng)用電解的方法制??；C項(xiàng)，電解水溶液得不到金屬鈉；D項(xiàng)，制備單質(zhì)銅應(yīng)用熱還原法。 6．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……冷定，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的過程中有氧化還原反應(yīng)發(fā)生 D．該冶煉鋅的方法屬于熱還原法 解析：選A　A項(xiàng)，由題意可知，倭鉛是指金屬鋅，不是混合物；B項(xiàng)，反應(yīng)中C作還原劑，則煤炭中起作用的主要成分是C；C項(xiàng)，碳酸鋅與碳在高溫下反應(yīng)生成鋅和一氧化碳，有氧化還原反應(yīng)發(fā)生；D項(xiàng)，該反應(yīng)是利用碳還原碳酸鋅生成鋅單質(zhì)，屬于熱還原法。 7．(2019辛集第一中學(xué)月考)下列有關(guān)金屬的工業(yè)制法中，正確的是(　　) A．以海水為原料制得精鹽，再電解精鹽的水溶液制取鈉 B．用海水、石灰乳等為原料，經(jīng)一系列過程制得氧化鎂，用H2還原氧化鎂制得鎂 C．以鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石等為原料，通過反應(yīng)產(chǎn)生的CO在高溫下還原鐵礦石制得鐵 D．從鋁土礦中獲得氧化鋁再制得氯化鋁固體，電解熔融的氯化鋁得到鋁 解析：選C　工業(yè)制鈉是電解熔融NaCl：2NaCl2Na＋Cl2↑，而電解NaCl溶液：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，得不到鈉，A錯(cuò)誤；鎂的還原性比氫氣的還原性強(qiáng)，不能用氫氣還原氧化鎂制取鎂，工業(yè)制鎂是電解熔融氯化鎂：MgCl2Mg＋Cl2↑，B錯(cuò)誤；工業(yè)上常用CO在高溫下還原鐵礦石煉鐵：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，因?yàn)闊掕F的礦石中含有一定量的二氧化硅，所以石灰石的作用是將二氧化硅等雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闋t渣而除去，C正確；因?yàn)槿廴跔顟B(tài)下氯化鋁不導(dǎo)電，所以從鋁土礦中獲得氧化鋁再電解熔融的氧化鋁來獲取金屬鋁，D錯(cuò)誤。 8．“擬晶”(quasicrystal)是一種具有凸多面體規(guī)則外形但不同于晶體的固態(tài)物質(zhì)。Al65Cu23Fe12是二十世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的幾百種擬晶之一，具有合金的某些優(yōu)良物理性能。下列有關(guān)這種擬晶的說法正確的是(　　) A．無法確定Al65Cu23Fe12中三種金屬的化合價(jià) B．Al65Cu23Fe12的硬度小于金屬鐵 C．Al65Cu23Fe12不可用作長期浸泡在海水中的材料 D．1 mol Al65Cu23Fe12溶于過量的硝酸時(shí)共失去265 mol電子 解析：選C　A項(xiàng)，擬晶Al65Cu23Fe12是由三種金屬元素組成，由于金屬無負(fù)價(jià)，根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0的原則，三種金屬的化合價(jià)均可視作0價(jià)，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，擬晶具有合金的某些優(yōu)良物理性能，合金的硬度一般比各成分金屬大，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，Al65Cu23Fe12與海水可以構(gòu)成原電池，會(huì)加速金屬的腐蝕，因此不可用作長期浸泡在海水中的材料，正確；D項(xiàng)，溶于過量硝酸時(shí)，Al與Fe均變?yōu)椋?價(jià)，Cu變?yōu)椋?價(jià)，故1 mol Al65Cu23Fe12失電子為65 mol3＋23 mol2＋12 mol3＝277 mol，錯(cuò)誤。 9．某同學(xué)采用工業(yè)大理石(含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì))制取CaCl26H2O，設(shè)計(jì)了如圖流程。下列說法不正確的是(　　) A．固體Ⅰ中含有SiO2，固體Ⅱ中含有Fe(OH)3 B．使用石灰水時(shí)，要控制pH，防止固體Ⅱ中Al(OH)3轉(zhuǎn)化為AlO C．試劑a選用鹽酸，從溶液Ⅲ得到CaCl26H2O產(chǎn)品的過程中，須控制條件防止其分解 D．若改變實(shí)驗(yàn)方案，在溶液Ⅰ中直接加氨水至沉淀完全，濾去沉淀，其溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶也可得到純凈CaCl26H2O 解析：選D　SiO2難溶于鹽酸，固體Ⅰ中含有SiO2；FeCl3與Ca(OH)2反應(yīng)生成Fe(OH)3，所以固體 Ⅱ 中含有 Fe(OH)3，故A正確；Al(OH)3可溶于強(qiáng)堿，使用石灰水時(shí)，要控制pH，防止固體 Ⅱ 中Al(OH)3轉(zhuǎn)化為AlO，故B正確；CaCl26H2O易失去結(jié)晶水，所以須控制條件防止其分解，故C正確；溶液 Ⅰ 中直接加氨水至沉淀完全，生成NH4Cl，其溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶不能得到純凈CaCl26H2O，故D錯(cuò)誤。 10．部分氧化的Fe—Cu合金樣品(氧化產(chǎn)物為Fe2O3、CuO)共5.76 g，經(jīng)如圖處理，下列說法正確的是(　　) A．濾液A中的陽離子為Fe2＋、Fe3＋、H＋ B．樣品中Fe元素的質(zhì)量為2.14 g C．樣品中CuO的質(zhì)量為4.0 g D．V＝448 解析：選D　A項(xiàng)，生成的濾渣3.2 g是銅，金屬銅可以和Fe3＋反應(yīng)，所以濾液A中一定不含有Fe3＋，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，灼燒后的固體為Fe2O3，其物質(zhì)的量為0.02 mol，鐵元素的物質(zhì)的量為0.02 mol2＝0.04 mol，質(zhì)量為0.04 mol56 gmol－1＝2.24 g，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，鐵元素的質(zhì)量為2.24 g，而原來固體為5.76 g，所以CuO的質(zhì)量不超過5.76 g－2.24 g＝3.52 g，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，根據(jù)最后溶液中的溶質(zhì)為過量H2SO4和FeSO4，而鐵元素的物質(zhì)的量為0.04 mol，說明參加反應(yīng)的硫酸的物質(zhì)的量為0.04 mol，含H＋ 0.08 mol，其中部分H＋生成氫氣，另外的H＋和合金中的氧結(jié)合生成了水，由于合金中氧的物質(zhì)的量為＝0.02 mol，它結(jié)合0.04 mol H＋，所以硫酸中有0.04 mol H＋生成氫氣，即生成0.02 mol氫氣，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為448 mL，正確。 11．(2018全國卷Ⅱ)我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家。一種以閃鋅礦(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質(zhì))為原料制備金屬鋅的流程如圖所示： 相關(guān)金屬離子[c0(Mn＋)＝0.1 molL－1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如表： 金屬離子 Fe3＋ Fe2＋ Zn2＋ Cd2＋ 開始沉淀的pH 1.5 6.3 6.2 7.4 沉淀完全的pH 2.8 8.3 8.2 9.4 回答下列問題： (1)焙燒過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________________。 (2)濾渣1的主要成分除SiO2外還有________；氧化除雜工序中ZnO的作用是______________________，若不通入氧氣，其后果是______________________________。 (3)溶液中的Cd2＋可用鋅粉除去，還原除雜工序中反應(yīng)的離子方程式為 ________________________________________________________________________。 (4)電解硫酸鋅溶液制備單質(zhì)鋅時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式為__________________________；沉積鋅后的電解液可返回________工序繼續(xù)使用。 解析：(1)閃鋅礦的主要成分是ZnS，所以高溫焙燒過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為ZnS＋O2ZnO＋SO2。(2)閃鋅礦焙燒后的主要成分變?yōu)閆nO，還存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO，加稀H2SO4后，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)：ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O、Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、CdO＋H2SO4===CdSO4＋H2O、PbO＋H2SO4===PbSO4＋H2O。其中SiO2和PbSO4不溶于水，以沉淀的形式沉降下來，所以濾渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。氧化除雜工序中ZnO的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH在2.8～6.2，使Fe3＋完全轉(zhuǎn)變?yōu)镕e(OH)3沉淀；通入O2的目的是使溶液中的Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋，有利于除雜，若不通入O2，無法除去溶液中的雜質(zhì)Fe2＋。(3)溶液中的Cd2＋與加入的Zn粉反應(yīng)而被除去，反應(yīng)的離子方程式為Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd。(4)電解ZnSO4溶液制備單質(zhì)Zn時(shí)，陰極放電的是Zn2＋，電極反應(yīng)式是Zn2＋＋2e－===Zn，陽極放電的是OH－，電極反應(yīng)是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。沉積鋅后的溶液應(yīng)該是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循環(huán)使用。 答案：(1)ZnS＋O2ZnO＋SO2 (2)PbSO4　調(diào)節(jié)溶液的pH　無法除去雜質(zhì)Fe2＋ (3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋ (4)Zn2＋＋2e－===Zn　溶浸 12．醋酸鎳[(CH3COO)2Ni]是一種重要的化工原料。一種以含鎳廢料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)為原料，制取醋酸鎳的工藝流程圖如圖所示： 相關(guān)離子生成氫氧化物的pH和相關(guān)物質(zhì)的溶解性如表： 金屬離子 開始沉淀的pH 沉淀完全的pH 物質(zhì) 20 ℃時(shí)溶解性(H2O) Fe3＋ 1.1 3.2 CaSO4 微溶 Fe2＋ 5.8 8.8 NiF2 可溶 Al3＋ 3.0 5.0 CaF2 難溶 Ni2＋ 6.7 9.5 NiCO3 Ksp＝9.6010－6 (1)調(diào)節(jié)pH步驟中，溶液pH的調(diào)節(jié)范圍是___________。 (2)濾渣1和濾渣3主要成分的化學(xué)式分別是________、________。 (3)寫出氧化步驟中加入H2O2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：__________________________。 (4)酸浸過程中，1 mol NiS失去6NA個(gè)電子，同時(shí)生成兩種無色有毒氣體。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式： ______________________________________________________________。 (5)沉鎳過程中，若c(Ni2＋)＝2.0 molL－1，欲使100 mL該濾液中的Ni2＋沉淀完全[c(Ni2＋)≤10－5 molL－1]，則需要加入Na2CO3固體的質(zhì)量最少為________ g。(保留小數(shù)點(diǎn)后1位有效數(shù)字) (6)保持其他條件不變，在不同溫度下對(duì)含鎳廢料進(jìn)行酸浸，鎳浸出率隨時(shí)間變化如圖。酸浸的最佳溫度與時(shí)間分別為________℃、________min。 解析：(1)～(3)制取醋酸鎳的工藝流程可解讀為將含鎳廢料粉碎后加入H2SO4和少量HNO3進(jìn)行酸浸，過濾后得到主要含Ni2＋、Al3＋、Fe3＋(還可能含少量Fe2＋、Ca2＋)的溶液和主要含SiO2、CaSO4的濾渣，棄去濾渣，向?yàn)V液中加入H2O2將可能含有的Fe2＋氧化為Fe3＋，調(diào)節(jié)溶液pH為5.0≤pH＜6.7，使Al3＋、Fe3＋轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，再通過過濾除去，向過濾所得的濾液1中加入NH4F除去濾液中的Ca2＋，過濾后向?yàn)V液2中加入Na2CO3使Ni2＋沉淀為NiCO3，過濾后向NiCO3中加入醋酸得到醋酸鎳，再進(jìn)一步洗滌、蒸發(fā)、結(jié)晶得到醋酸鎳產(chǎn)品。(4)由題意知，酸浸時(shí)1 mol NiS失去6 mol電子，S2－被氧化為SO2，硝酸被還原為NO，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒可寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。(5)Ni2＋沉淀完全時(shí)溶液中c(CO)＝＝＝0.96 molL－1，故需要加入Na2CO3的質(zhì)量最少為[0.96 molL－10.1 L＋(2.0 molL－1－10－5 molL－1)0.1 L]106 gmol－1＝31.4 g。 答案：(1)5.0≤pH＜6.7　(2)SiO2、CaSO4　CaF2　 (3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　 (4)NiS＋H2SO4＋2HNO3===NiSO4＋SO2↑＋2NO↑＋2H2O　(5)31.4　(6)70　120 13．(2019石家莊二中模擬)某工廠用一固體廢渣(主要成分為Al2O3Cr2O3，還含有FeO、SiO2)為主要原料回收利用，生產(chǎn)紅礬鈉晶體(Na2Cr2O72H2O)，同時(shí)制備明礬[KAl(SO4)212H2O]。其主要工藝流程如圖： 已知：NaBiO3不溶于冷水，在堿性條件下能將Cr3＋氧化為CrO。 (1)Ⅰ、Ⅱ的目的是___________________________________________________。 (2)實(shí)驗(yàn)室中操作④的名稱為________________。 (3)已知：Ksp[Fe(OH)3]＝3.010－39，Ksp[Al(OH)3]＝110－33。當(dāng)pH＝5.6時(shí)Cr(OH)3開始沉淀。室溫下，Ⅱ中需調(diào)節(jié)溶液pH范圍為______________(雜質(zhì)離子濃度小于110－6 molL－1視為沉淀完全)。 (4)寫出Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：_______________________________________。 (5)Ⅳ中酸化是用硫酸而不用鹽酸酸化，理由是_________________________________ ___________________________________________________(結(jié)合化學(xué)方程式回答)。 (6)寫出溶液F和硫酸溶液反應(yīng)的離子方程式：_______________________________，若用足量二氧化碳通入F中，則生成的溶液中離子濃度關(guān)系為_______________________。 解析：固體廢渣的主要成分為Al2O3Cr2O3，還含有FeO、SiO2，向廢渣中加入過量的硫酸，氧化鋁、氧化亞鐵和氧化鉻與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁、硫酸亞鐵和硫酸鉻，SiO2與硫酸不反應(yīng)，過濾，得到的固體A為SiO2，溶液B為硫酸鋁、硫酸亞鐵和硫酸鉻及硫酸的混合溶液，加入H2O2將Fe2＋氧化成Fe3＋，調(diào)節(jié)pH形成氫氧化鋁和氫氧化鐵沉淀，過濾，得到的固體C為氫氧化鐵和氫氧化鋁的混合物，溶液D為硫酸鉻溶液，向固體C中加入過量的KOH溶液，得到氫氧化鐵沉淀和偏鋁酸鉀溶液，固體E為氫氧化鐵，溶液F為偏鋁酸鉀溶液，加入稀硫酸，然后蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾得到明礬；向溶液D中加入過量的NaOH溶液和NaBiO3，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Bi(OH)3固體和Na2CrO4溶液，溶液G為Na2CrO4溶液，然后酸化得到Na2Cr2O7溶液和Na2SO4溶液，最終得到紅礬鈉晶體。(3)Al3＋完全除去時(shí)c3(OH－)＝＝＝110－27，c(OH－)＝10－9 molL－1，此時(shí)溶液pH＝5.0，F(xiàn)e3＋完全除去時(shí)c3(OH－)＝＝＝310－33，c(OH－)≈1.410－11 molL－1，此時(shí)溶液pH≈3.1，而pH＝5.6時(shí)Cr(OH)3開始沉淀，所以調(diào)節(jié)溶液的pH范圍為5.0≤pH<5.6。(6)將足量二氧化碳通入偏鋁酸鉀溶液中生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鉀溶液，碳酸氫鉀是強(qiáng)堿弱酸鹽，HCO在溶液中存在水解過程和電離過程，且以水解過程為主，溶液顯堿性，水解過程是微弱的，則生成的溶液中離子濃度關(guān)系為c(K＋)>c(HCO)>c(OH－)>c(H＋)>c(CO)。 答案：(1)使Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋，并調(diào)節(jié)pH使Fe3＋和Al3＋完全沉淀，與鉻元素完全分離 (2)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾　(3)5.0≤pH<5.6 (4)3NaBiO3＋2Cr3＋＋7OH－＋H2O===2CrO＋3Na＋＋3Bi(OH)3 (5)酸性條件下CrO或Cr2O會(huì)被Cl－還原為Cr3＋，Cr2O＋6Cl－＋14H＋===2Cr3＋＋3Cl2↑＋7H2O (6)AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O　c(K＋)>c(HCO)>c(OH－)>c(H＋)>c(CO)