第四章化学与自然资源的开发利用 第一节开发利用金属矿物和海水资源 第1课时金属矿物的开发利用 课堂演练当堂达标- 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( 约200年前 约6000年前 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(h) Cu Hg Ag Pt Au 约2500年前 A.金属的导电性强弱 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:金属活动性顺序中,越靠后的金属岀现的年代越早,越靠前的金属岀现得越晩, 说明金属越活泼,越难冶炼 答案:D 2.下列对铝热反应的说法错误的是() A.铝热剂中还原剂是铝粉 铝热剂是纯净物 铝与Fe2O3可组成铝热剂 D.铝热反应是放热反应 解析:A1和Fe2O3可组成铝热剂,属于混合物,其中铝作还原剂,铝热反应是放热反应 答案:B 3.下列各组物质中,均能使Fe203还原成单质铁的是() B.CO、CO2、C C.CO2、H20、02 D.Al、C、H 解析:Fe是化学性质较活泼的金属,用强还原剂(如Al、C、H2、C0等)在一定条件下都 能把铁从其氧化物中还原出来。 答案:D 4.铝能用于冶炼难熔的金属(如Fe、Mn等),这是因为铝( A.具有两性 B.导电性好
1 第四章 化学与自然资源的开发利用 第一节 开发利用金属矿物和海水资源 第 1 课时 金属矿物的开发利用 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．金属的活动性大小 解析：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。 答案：D 2．下列对铝热反应的说法错误的是( ) A．铝热剂中还原剂是铝粉 B．铝热剂是纯净物 C．铝与 Fe2O3 可组成铝热剂 D．铝热反应是放热反应 解析：Al 和 Fe2O3 可组成铝热剂，属于混合物，其中铝作还原剂，铝热反应是放热反应。 答案：B 3．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 4．铝能用于冶炼难熔的金属(如 Fe、Mn 等)，这是因为铝( ) A．具有两性 B．导电性好
C.熔点低 D.还原性强及反应中放出大量的热 解析:铝能够与某些高熔点的金属氧化物(如Fe2O、MO2、V0等)组成铝热剂,利用铝 的强还原性及冶炼反应中放出大量热,使难熔金属熔化而分离出来。 答案:D 5.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,故无须加热 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H,接着生成MgOU2 沉淀,②错误:冶炼铝使用的是A12O,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 6.冶炼金属常用以下几种方法 ①以C、C0或H做还原剂的热还原法②利用铝热反应原理还原的铝热法③电解法 ④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)№a、Mg、Al等活泼或较活泼金属 3)Hg、Ag等不活泼金属。 (4)V、Cr、M、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、M、W 等用铝热反应冶炼 答案:(1)①(2)③(3)④(4)② 课后作业知能强化 (时间:40分钟分值:100分 选择题(本题包括6个小题,每小题8分,共48分。每小题只有一个选项符合题意) 1.下列说法中,不正确的是( A.金属的冶炼,就是利用氧化还原反应原理,在一定条件下将金属从其化合物中还原 出来
2 C．熔点低 D．还原性强及反应中放出大量的热 解析：铝能够与某些高熔点的金属氧化物(如 Fe2O3、MnO2、V2O5 等)组成铝热剂，利用铝 的强还原性及冶炼反应中放出大量热，使难熔金属熔化而分离出来。 答案：D 5．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，故无须加热 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 6．冶炼金属常用以下几种方法： ①以 C、CO 或 H2 做还原剂的热还原法 ②利用铝热反应原理还原的铝热法 ③电解法 ④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________。 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)① (2)③ (3)④ (4)② (时间：40 分钟 分值：100 分) 一、选择题(本题包括 6 个小题，每小题 8 分，共 48 分。每小题只有一个选项符合题意) 1．下列说法中，不正确的是( ) A．金属的冶炼，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原 出来
B.冶炼金属时,必须加入一种物质作为还原剂 C.金属由化合态变为游离态,都是被还原 D.金属单质被发现和应用得越早,其活动性一般越弱 解析:金属的冶炼是将金属化合物转化为金属单质,A项正确:有的金属化合物在发生 氧化还原反应冶炼金属时,自身既作氧化剂又作还原剂,不需要另加还原剂,如Hg0,B项 错误:金属元素在化合物中一定显正价,当变成金属单质后,化合价就变为0,所以是被还 原,C项正确:金属被发现和应用得早,说明该金属越容易被还原,从而也说明金属的活动 性越弱,D项正确。 答案:B 2.下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是( 电解 A.2NaCl(熔融)=—2Na+Cl2↑ 2125℃ B. Al203+3C 2Al+30↑ 高温 C.Fe2O+300=2Fe+3C02 D.2Ag20=4Ag+02↑ 解析: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。 答案:B 3.目前工业上冶炼铝通常采用的方法是( A.CO或H2还原法 B.铝热反应法 电解法 D.热分解法 解析:目前工业上冶炼金属铝采用的是电解熔融的A12O3来得到金属铝 答案:C 高温 4.下列关于铝热反应2A1+Fe2O=A1203+2Fe的说法不正确的是( A.该反应中A1作还原剂 B.该反应中氧化产物与还原产物的物质的量比为1:2 C.该反应中冶炼1 mol fe转移2mol电子 D.该反应可用于焊接钢轨 解析:由题中化学方程式可知,反应中Fe元素的化合价由+3价降为0价,则冶炼1mol Fe应转移3mol电子。 答案:C 5.氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。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
3 B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂 C．金属由化合态变为游离态，都是被还原 D．金属单质被发现和应用得越早，其活动性一般越弱 解析：金属的冶炼是将金属化合物转 化为金属单质，A 项正确；有的金属化合物在发生 氧化还原反应冶炼金属时，自身既作氧化剂又作还原剂，不需要另加还原剂，如 HgO，B 项 错误；金属元素在化合物中一定显正价，当变成金属单质后，化合价就变为 0，所以是被还 原，C 项正确；金属被发现和应用得早，说明该金属越容易被还原，从而也说明金属的活动 性越弱，D 项正确。 答案：B 2．下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是( ) A．2NaCl(熔融)===== 电解 2Na＋Cl2↑ B．Al2O3＋3C ===== 2 125℃ 2Al＋3CO↑ C．Fe2O3＋3CO===== 高温 2Fe＋3CO2 D．2Ag2O===== △ 4Ag＋O2↑ 解析：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。 答案：B 3．目前工业上冶炼铝通常采用的方法是( ) A．CO 或 H2 还原法 B．铝热反应法 C．电解法 D．热分解法 解析：目前工业上冶炼金属铝采用的是电解熔融的 Al2O3 来得到金属铝。 答案：C 4．下列关于铝热反应 2Al＋Fe2O3===== 高温 Al2O3＋2Fe 的说法不正确的是( ) A．该反应中 Al 作还原剂 B．该反应中氧化产物与还原产物的物质的量比为 1∶2 C．该反应中冶炼 1 mol Fe 转移 2 mol 电子 D．该反应可用于焊接钢轨 解析：由题中化学方程式可知，反应中 Fe 元素的化合价由＋3 价降为 0 价，则冶炼 1 mol Fe 应转移 3 mol 电子。 答案：C 5．氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。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 fe3O被C0还原成Fe,转移9 mole D.铝热法还原铁的反应中,放出的热量能使铁熔化 解析:Fe204中3个Fe共显+8价,故1 mol Fe3O4被C0还原成Fe,转移8mole,C 项错误 答案:C 用铝热法还原下列氧化物,制得金属各1mol,消耗铝最少的是( A. MnO2 C. Cr2 O3 解析:用铝热法还原金属氧化物时,A1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,变为单质时需获得的电子越多, 消耗铝越多:金属化合价越低,得电子数越小,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+5。Co化合价最低,消耗铝最少 答案:D 二、非选择题(本题包括3个小题,共52分) 7.(17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处点燃时可见淡蓝色火焰的原因是 (3)实验结束时正确的操作是 ①先停止通入C0 ②先熄灭酒精灯,并继续通入CO ③熄灭酒精灯,同时停止通入CO ④先熄灭酒精灯,继续通入CO,并点燃排出的CO气体 高温 解析:(1)硬质玻璃管中发生反应:300+Fe2O=Fe+3CO2,故硬质玻璃管中红棕色固 体变黑。(2)∞0有毒,污染环境,应在A处点燃。(3)实验过程中若先停止通C0,则生成的
4 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 Fe3O4 被 CO 还原成 Fe，转移 9 mol e－ D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化 解析：Fe3O4 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。 答案：C 6．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( ) A．MnO2 B．WO3 C．Cr2O3 D．Co3O4 解析：用铝热法还原金属氧化物时，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，变为单质时需获得的电子越多， 消耗铝越多；金属化合价越低，得电子数越小，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 ＋ 8 3 。Co 化合价最低，消耗铝最少。 答案：D 二、非选择题(本题包括 3 个小题，共 52 分) 7．(17 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 处点燃时可见淡蓝色火焰的原因是_________________ _____ _________________________________________________。 (3)实验结束时正确的操作是________。 ①先停止通入 CO ②先熄灭酒精灯，并继续通入 CO ③熄灭酒精灯，同时停止通入 CO ④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：3CO＋Fe2O3===== 高温 Fe＋3CO2，故硬质玻璃管中红棕色固 体变黑。(2)CO 有毒，污染环境，应在 A 处点燃。(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 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黑,B中澄清石灰水 变浑浊(2)从A导管逸出的尾气中有未反应的C0,而CO燃烧时,火焰呈淡蓝色(3)④ 8.(17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A1、A12O3、Fe、Fe2O3的熔、沸点数据如下表: 物质 熔点/℃ 2054 1535 1565 沸点/℃|246729802750 (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 稀硫酸 C.稀硝酸 D.浓硝酸 E.氢氧化钠溶液 解析:(1)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铝铁合金。(2)要证明铁铝合金中有铝,选择NaOH溶液。(3)要溶 解铁铝合金,选择稀HSO为宜,,因为浓H2SO1、浓O使Fe、Al钝化,与稀HNO的反应产 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,故熔融物可能是 液态的铁铝熔合形成的合金 (2)NaOH溶液2Al+2H+20H=2A10+3H2↑(3)B 9.(18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: 焦炭Cl2氬气Mg Mg、Cl2 金红石TCL ① 海细铁带磁 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
5 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。 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黑，B 中澄清石灰水 变浑浊 (2)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)④ 8．(17 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、Al2O3、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：(1)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铝铁合金。(2)要证明铁铝合金中有铝，选择 NaOH 溶液。(3)要溶 解铁铝合金，选择稀 H2SO4 为宜，因为浓 H2SO4、浓 HNO3 使 Fe、Al 钝化，与稀 HNO3 的反应产 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，故熔融物可能是 液态的铁铝熔合形成的合金 (2)NaOH 溶液 2Al＋2H2O＋2OH－ ===2AlO－＋3H2↑ (3)B 9．(18 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 (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:(1)反应①的反应物为TiO2、C、C12,结合流程图知有TiCl生成,利用原子守恒 800~900℃ 及题给信息可知另一气体产物是C0,所以反应的化学方程式为TiO2+2C+2C12 TiCl4+2C0,在反应中碳被C12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1mo。(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)Cl2、Mg和MgCl2 6
6 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：(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＋2Cl2 ======= 800～900 ℃ TiCl4＋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 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)Cl2、Mg 和 MgCl2