题型集训9金属材料金属矿物资源的开发利用.docx
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题型集训9金属材料金属矿物资源的开发利用
题型集训9 金属材料 金属矿物资源的开发利用
1．（2015·江苏化学，8）在给定条件下，下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是（ ）
A．粗硅
SiCl4
Si
B．Mg（OH）2
MgCl2（aq）
Mg
C．Fe2O3
FeCl3（aq）
无水FeCl3
D．AgNO3（aq）
[Ag（NH3）2]OH（aq）
Ag
2．（2015·福建理综，24）无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。
（1）氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体，其反应的离子方程式为________________。
（2）工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，含有Fe2O3、SiO2等杂质）制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下：
已知：
物质
SiCl4
AlCl3
FeCl3
FeCl2
沸点/℃
57.6
180（升华）
300（升华）
1023
①步骤Ⅰ中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多，其作用是_____________________（只要求写出一种）。
②步骤Ⅱ中若不通入氯气和氧气，则反应生成相对原子质量比硅大的单质是_______________________。
③已知：
Al2O3（s）＋3C（s）===2Al（s）＋3CO（g）ΔH1＝＋1344.1kJ·mol－1
2AlCl3（g）===2Al（s）＋3Cl2（g）ΔH2＝＋1169.2kJ·mol－1
由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为______________________________________________。
④步骤Ⅲ的尾气经冷却至室温后，气体用足量的NaOH冷溶液吸收，生成的盐主要有3种，其化学式分别为________________________________________________________________________。
⑤结合流程及相关数据分析，步骤Ⅴ中加入铝粉的目的是____________________________。
1．（2013·山东理综，28
（1））由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是（双选）（ ）
A．Fe2O3B．NaClC．Cu2SD．Al2O3
2．（2014·山东理综，30（3））
（1）用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有（双选）（ ）
A．KClB.KClO3C．MnO2D．Mg
（2）取上述少量铝热反应所得到的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象，_____________（填“能”或“不能”）说明固体混合物中无Fe2O3，理由是____________（用离子方程式说明）。
3．（2014·浙江理综，26）某研究小组为了探究一种无机矿物盐X（仅含四种元素）的组成和性质，设计并完成了如下实验：
另取10.80gX在惰性气流中加热至完全分解，得到6.40g固体1。
请回答如下问题：
（1）画出白色沉淀1中金属元素的原子结构示意图________，写出气体甲的电子式________。
（2）X的化学式是________，在惰性气流中加热X至完全分解的化学反应方程式为_________________。
（3）白色沉淀2在空气中变成红褐色沉淀的原因是____________________（用化学反应方程式表示）。
（4）一定条件下，气体甲与固体1中的某种成分可能发生氧化还原反应，写出一个可能的化学反应方程式________________________，并设计实验方案验证该反应的产物_________________________。
4．（2013·上海化学，26）用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。
如：
2Al＋4BaO
3Ba↑＋BaO·Al2O3常温下Al的金属性比Ba的金属性________（选填“强”“弱”）。
利用上述方法可制取Ba的主要原因是__________________________________。
A．高温时Al的活泼性大于BaB．高温有利于BaO分解
C．高温时BaO·Al2O3比Al2O3稳定D．Ba的沸点比Al的低
5．（2013·课标全国Ⅰ，27）锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。
某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。
充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C＋xLi＋＋xe－===LixC6。
现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。
回答下列问题：
（1）LiCoO2中，Co元素的化合价为__________。
（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式______________________________
（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式__________；
可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是______________________。
（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式________________________________________
（5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1－xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式______________
（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是________________________。
在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有________________（填化学式）。
6．（2013·课标全国Ⅱ，27）氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。
纯化工业级氧化锌[含有Fe（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）等杂质]的流程如下：
工业ZnO
浸出液滤液
滤液
滤饼
ZnO
提示：
在本实验条件下，Ni（Ⅱ）不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。
回答下列问题：
（1）反应②中除掉的杂质离子是__________，发生反应的离子方程式为____________________________；
在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是____________________________________
（2）反应③的反应类型为____________，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有______________。
（3）反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是_______________________。
（4）反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn（OH）2，取干燥后的滤饼11.2g，煅烧后可得到产品8.1g，则x等于__________。
7．（2013·重庆理综，8）合金是建筑航空母舰的主体材料。
（1）航母升降机可由铝合金制造。
①铝元素在周期表中的位置是_____________________________，
工业炼铝的原料由铝土矿提取而得，提取过程中通入的气体为______________。
②Al—Mg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜，其化学方程式为_____________________________。
焊接过程中使用的保护气为__________________（填化学式）。
（2）航母舰体材料为合金钢。
①舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为____________________________________________。
②航母用钢可由低硅生铁冶炼而成，则在炼铁过程中为降低硅含量需加入的物质为______________。
（3）航母螺旋桨主要用铜合金制造。
①80.0gCu—Al合金用酸完全溶解后，加入过量氨水，过滤得到白色沉淀39.0g，则合金中Cu的质量分数为________________________。
②为分析某铜合金的成分，用酸将其完全溶解后，用NaOH溶液调节pH，当pH＝3.4时开始出现沉淀，分别在pH为7.0、8.0时过滤沉淀。
结合下图信息推断该合金中除铜外一定含有____________________。
1．（2015·北京西城区期末，6）下列关于金属的说法中，不正确的是（ ）
A．常温下可用铁制容器盛装浓硝酸
B．在一般情况下，合金的硬度大于它的成分金属
C．常用电解法冶炼钠、镁、铝等活泼金属
D．将钢闸门与电源正极相连，可防止其在海水中被腐蚀
2．金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。
下列关于金属的一些说法不正确的是（ ）
A．合金的性质与其组分金属的性质不完全相同
B．工业上金属Mg、Al都是用电解熔融氯化物制得的
C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
D．越活泼的金属越难冶炼
3．（2015·广东东莞调研，1）金属冶炼技术随人类对自然界认识的不断深入而发展。
在冶炼中常作还原剂的金属是（ ）
A．CB．FeC．CuD．Al
4．（2015·上海长宁区期末，3）高炉炼铁过程中既被氧化又被还原的元素是（ ）
A．铁B．氮C．氧D．碳
5．（2015·山东枣庄质检，4）①热分解法、②热还原法、③电解法是工业上制取金属的三种常用方法。
下列金属与冶炼方法相对应的是（ ）
选项
金属
冶炼方法
A
K、Na
③
B
Ca、Cu
②
C
Fe、Mg
③
D
Al、Hg
①
6.（2014·河北石家庄调研，3）从海水中提取镁的工艺流程可表示如下：
贝壳
石灰乳,②Ｆ海水
母液
Mg（OH）2
MgCl2·6H2O
MgCl2
Mg
下列说法不正确的是（ ）
A．用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富
B．步骤⑥电解MgCl2时阴极产生氯气
C．步骤⑤可将晶体置于HCl气体氛围中脱水
D．上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应
7．（2015·云南大理期末，2）下列有关金属的工业制法中，正确的是（ ）
A．制钠：
用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液
B．制铁：
以铁矿石为原料，CO还原得铁
C．制镁：
用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得镁
D．制铝：
从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝
8．（2015·江西五校二次联考，14）拟晶Al65Cu23Fe12具有合金的某些优良物理性能，将相同质量的此拟晶分别与足量的盐酸、烧碱和稀硝酸反应，产生气体物质的量关系为（ ）
A．n（盐酸）C．n（烧碱）9．（2015·广西南宁期末，11）镁可用于生产金属钛，主要步骤有：
①在高温下，向金红石（主要成分为TiO2）与焦炭的混合物中通入Cl2，得到TiCl4和一种可燃性气体M；②在N气体氛围和加热条件下，用镁与TiCl4反应可得到钛。
下列分析正确的是（ ）
A．M可能是四氯化碳B．N可能是氮气
C．反应②属于置换反应D．反应①中消耗1mol碳，即生成22.4LM气体
10．（2015·杭州期末，14）现有氧化银、氧化镁、氧化铝的混合物，按如图所示的方法制取金属单质：
下列叙述不正确的是（ ）
A．X试剂可能是葡萄糖B．Z试剂为CO2
C．由固体2经一步反应可制取金属2D．工业上用固体3经一步反应制取金属3
11．（2015·河北衡水调研，15）某同学用同一种Mg Al合金进行甲、乙、丙三组实验，测得如下数据（盐酸的物质的量浓度相等），下列分析推理不正确的是（ ）
实验序号
甲
乙
丙
合金质量/mg
255
385
459
盐酸体积/mL
30
30
30
生成气体体积（标况）/mL
280
336
336
A.甲组实验中盐酸过量
B．乙组实验中盐酸不足
C．合金中Mg、Al的物质的量之比为1∶1
D．盐酸的物质的量浓度为3.0mol·L－1
12．根据Fe3＋＋AgFe2＋＋Ag＋，可用Fe3＋做刻蚀液将试管中的银镜洗去。
（1）FeCl3溶液显酸性，原因是______________________________
（用离子方程式表示）。
（2）关于FeCl3溶液洗银后的相关叙述正确的是________（填字母）。
a．铁元素质量减小b．c（Fe3＋）减小c．c（Cl－）不变
（3）用Fe（NO3）3溶液洗银后，某同学欲从洗银废液（Fe3＋、Fe2＋、Ag＋、NO
）中回收银，设计了如下路线：
①过程I中反应的离子方程式是_____________________________________________。
②过程Ⅱ中加入的试剂可以是________。
③过程Ⅲ中发生反应的离子方程式为_________________________________________________。
13．（2014·北京西城区期末，19）黄铜矿主要成分是二硫化亚铁铜（CuFeS2）。
黄铜矿经熔炼、煅烧后得到粗铜和炉渣。
冶炼过程的主要反应有：
①2CuFeS2＋O2
Cu2S＋2FeS＋SO2
②Cu2S＋O2
2Cu＋SO2
（1）二硫化亚铁铜也可以表示为CuS·FeS，其中硫元素的化合价是________。
（2）反应②中还原剂是________。
（3）某校学习小组用炼铜产生的炉渣（含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3等）制备铁红，进行如下实验。
①炉渣碱浸时反应的离子方程式是_____________________________________________。
②滤渣1中加入硫酸并通入氧气可使FeO转化为Fe3＋，该反应的离子方程式是____________________。
为检验铁元素是否被氧化完全，应进行的实验是：
取少量滤液2于试管中，_______________________。
14．（2014·广东肇庆一模，32）为探索工业含铝、铁、铜合金废料的再利用，甲同学设计的实验方案如下：
请回答：
（1）绿矾的化学式为________。
（2）写出反应①的化学方程式______________________________，
反应②生成沉淀的离子方程式___________________________________________
（3）为了检测滤液D中含有的金属离子，可设计实验方案为（试剂自选）：
_________________________
（4）在滤渣B中滴加稀硫酸时，发现反应速率比一般的铁粉反应要快，其原因是_____________________
（5）若考虑绿色化学工艺，在滤渣E中加入稀硫酸和试剂Y制胆矾晶体，试剂Y为无色液体，则反应④的总化学方程式为________________________________________________________________________；
若不考虑绿色化学工艺，所选试剂Y为1mol·L－1的硝酸，欲使3molCu全部溶解且溶液中含铜元素的溶质仅为CuSO4，则需该硝酸的体积为________L。
15．（2015·湖南长沙质检，20）金属镁和镁合金在航空、汽车制造和电子工业等领域具有广泛的用途，金属镁的冶炼有多种方法，其中之一为皮江法。
该方法是以白云石（CaCO3·MgCO3）为原料，经高温煅烧生成氧化物（CaO·MgO），氧化物在还原炉中经1200℃真空条件下用硅铁还原生成镁蒸气（铁在反应前后化合价不变），镁蒸气经冷凝器冷凝为粗镁，粗镁再经精炼、铸锭得到成品金属镁。
反应工艺流程如图所示：
（1）在冶炼过程中反应温度对生成金属镁的影响如图，从图中分析，还原反应的反应热ΔH________（填“<”、“>”或“＝”）0，理由是________________________
（2）工业上，另一种冶炼镁的原理是MgCO3
MgO＋CO2↑，MgO＋C＋Cl2
MgCl2＋CO，电解氯化镁。
工业上不直接电解氧化镁的原因是________________________________________
（3）另外也可以海水为原料来冶炼金属镁，已知298K时，Mg（OH）2的溶度积常数Ksp＝5.6×10－12，如果在海水结晶的母液中，加入一定量的烧碱达到沉淀溶解平衡，测得pH＝13.00，则此温度下残留在溶液中的c（Mg2＋）＝________mol/L。
（4）abc题型集训9 金属材料 金属矿物资源的开发利用
【三年高考真题演练】
[2015年高考真题]
1．A [B项，电解熔融的MgCl2可制得镁，电解MgCl2溶液：
MgCl2＋2H2O
Mg（OH）2↓＋H2↑＋Cl2↑，错误；C项，FeCl3溶液蒸干过程中发生反应：
FeCl3＋3H2O
Fe（OH）3↓＋3HCl↑，错误；D项，蔗糖是非还原性糖，不能和银氨溶液发生银镜反应生成银，错误。
]
2．解析
（1）AlCl3属于强酸弱碱盐，在溶液中Al3＋发生水解反应生成Al（OH）3胶体：
Al3＋＋3H2O
Al（OH）3（胶体）＋3H＋；
（2）①步骤Ⅰ中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多，可以防止后续步骤生成的AlCl3水解，同时也增大了反应物的接触面积，从而加快反应速率。
②根据物质的组成元素可知：
若步骤Ⅱ中不通入氯气和氧气，则反应生成相对原子质量比Si大的单质是Fe。
③对已知两个热化学方程式由上到下依次标记为（i）和（ii），根据盖斯定律，（i）－（ii）可得所求热化学方程式：
Al2O3（s）＋3C（s）＋3Cl2（g）===2AlCl3（g）＋3CO（g） ΔH＝＋174.9kJ/mol；④步骤Ⅲ经冷却至室温后，气体用足量的NaOH冷溶液吸收，Cl2与浓NaOH溶液发生反应生成NaCl、NaClO3和H2O。
随着反应进行，溶液浓度变小，这时Cl2与稀NaOH溶液发生反应生成NaCl、NaClO和H2O。
因此，得到的3种盐分别为NaCl、NaClO、NaClO3。
⑤Al的活动性强于Fe，在步骤Ⅴ中加入Al粉与FeCl3发生置换反应，以除去FeCl3从而提高AlCl3的纯度。
答案
（1）Al3＋＋3H2OAl（OH）3（胶体）＋3H＋
（2）①防止后续步骤生成的AlCl3水解或增大反应物的接触面积，加快反应速率
②Fe或铁
③Al2O3（s）＋3C（s）＋3Cl2（g）===2AlCl3（g）＋3CO（g）
ΔH＝＋174.9kJ/mol
④NaCl、NaClO、NaClO3
⑤除去FeCl3，提高AlCl3纯度
[两年经典高考真题]
1．BD [Na、K、Mg、Al等活泼金属的冶炼均采用电解法，Fe、Cu的冶炼采用热还原法。
]
2．解析
（1）铝热反应实验需要高温条件，实验时一般用镁条插入KClO3中，镁条燃烧放热，KClO3受热分解放出O2，使镁条燃烧持续进行。
（2）由于2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，故用KSCN溶液检验无明显现象不能证明固体混合物中无Fe2O3。
答案
（1）BD
（2）不能 Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋（或只写Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋）
3．解析
（1）分析框图，“逆推法”得，白色沉淀2为Fe（OH）2，溶液3为FeCl2，固体2为FeO；由无机矿物盐X与盐酸反应以及X受热分解均可得气体甲，再结合溶液1到白色沉淀1又到溶液2的转化关系可知：
甲为CO2，故白色沉淀1为CaCO3，所以固体1是FeO和CaO的混合物，X应是CaCO3和FeCO3组成的矿物盐。
综合分析，矿物盐中元素应为Ca、Fe、C、O四种。
n（CO2）＝
mol＝0.1mol，设CaCO3、FeCO3为xmol、ymol，列方程组
解得x＝y＝0.05
可以判定，该矿物盐化学式为CaCO3·FeCO3或写为CaFe（CO3）2。
（3）Fe（OH）2具有还原性，易被空气中O2氧化为红褐色Fe（OH）3。
（4）根据要求：
固体1中的FeO具有还原性，它可与CO2发生氧化还原反应，生成Fe2O3和CO。
（其他合理答案也对）
答案
（1）
·
×C×
·
（2）CaFe（CO3）2 CaFe（CO3）2
CaO＋FeO＋2CO2↑
（3）4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3
（4）2FeO＋CO2
Fe2O3＋CO
检测Fe2O3：
将固体用稀盐酸溶解，加入KSCN溶液若显红色，表明产物中有Fe（Ⅲ）
检测CO：
将气体通过灼热CuO，黑色固体变为红色
4．弱 D
5．解析
（1）LiCoO2中，Li为＋1价，O为－2价，根据化合物中各元素化合价代数和为零可计算出Co的化合价为＋3价。
（2）“正极碱浸”时，其中的铝箔可与NaOH溶液反应，离子方程式为2Al＋2OH－＋6H2O===[Al（OH）4]－＋3H2↑或2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO
＋3H2↑。
（3）从工艺流程图知，“酸浸”后LiCoO2中＋3价的Co转化为CoSO4，化合价降低，可推知H2O2中氧元素化合价升高，转化为O2，故可写出反应的化学方程式为2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2
Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O，H2O2不稳定，会发生分解反应：
2H2O2
2H2O＋O2↑；LiCoO2能将H2O2氧化生成O2，说明LiCoO2的氧化性比H2O2还强，故用盐酸代替混合液时，LiCoO2会将HCl中－1价的氯氧化生成Cl2，污染空气。
（4）观察工艺流程图可写出“沉钴”过程中反应的化学方程式：
CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋（NH4）2SO4＋CO2↑＋H2O。
（5）依题意可写出充电时，电池正极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，与题给负极反应式相加即得充电时总反应：
LiCoO2＋6C
LixC6＋Li1－xCoO2，其逆反应就是电池放电的总反应。
（6）电池放电时，Li＋从负极中脱出，经由电解质向正极移动生成正极材料LiCoO2，故“放电处理”有利于锂在正极的回收；观察整个回收工艺流程图，可知可回收到的金属化合物有Al（OH）3、CoCO3和Li2SO4。
答案
（1）＋3
（2）2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al（OH）4]－＋3H2↑（或2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO
＋3H2↑）
（3）2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2
Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O 2H2O2
2H2O＋O2↑ 有氯气生成，污染较大
（4）CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋（NH4）2SO4＋H2O＋CO2↑
（5）Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C
（6）Li＋从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4
6．解析
（1）在反应②中，高锰酸钾能将溶液的Fe2＋氧化为Fe3＋，将Mn2＋氧化为MnO2，通过调节溶液的pH而除去；若开始溶液的pH过低，Fe3＋、Mn2＋将很难生成沉淀。
（2）在第一次滤液中含有的阳离子有Zn2＋、Ni2＋、H＋等，加入锌后可将Ni置换出来，与H＋反应置换出H2来；故在滤渣中还含有金属镍。
（3）反应④中生成的沉淀为ZnCO3，同时得到Na2SO4，故若沉淀未洗涤干净，洗涤液中应含有SO
，故只要对洗涤液中是否含有SO
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