版《188套重组优化卷》高考化学总复习考点专练9 金属材料金属 矿物资源的开发利用.docx

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版《188套重组优化卷》高考化学总复习考点专练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

三年高考A

1．以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生产硫酸的催化剂。

从废矾催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。

废钒催化剂的主要成分为：

物质

V2O5

V2O4

K2SO4

SiO2

Fe2O3

Al2O3

质量分数/%

2.2～2.9

2.8～3.1

22～28

60～65

1～2

<1

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

回答下列问题：

（1）“酸浸”时V2O5转化为VO

，反应的离子方程式为____________________________，同时V2O4转化成VO2＋。

“废渣1”的主要成分是________。

（2）“氧化”中欲使3mol的VO2＋变为VO

，则需要氧化剂KClO3至少为________mol。

（3）“中和”作用之一是使钒以V4O

形式存在于溶液中。

“废渣2”中含有________。

（4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：

4ROH＋V4O

R4V4O12＋4OH－（ROH为强碱性阴离子交换树脂）。

为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性（填“酸”、“碱”或“中”）。

（5）“流出液”中阳离子最多的是________。

（6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式__________________________________________________。

2．以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。

其工作流程如下：

（1）过程Ⅰ中，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是__________________________________________。

（2）过程Ⅰ中，Fe2＋催化过程可表示为：

ⅰ：

2Fe2＋＋PbO2＋4H＋＋SO

===2Fe3＋＋PbSO4＋2H2O

ⅱ：

……

①写出ⅱ的离子方程式：

___________________________________________。

②下列实验方案可证实上述催化过程。

将实验方案补充完整。

a．向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO2，溶液变红。

b．__________________________________________。

（3）PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：

PbO（s）＋NaOH（aq）

NaHPbO2（aq），其溶解度曲线如图所示。

①过程Ⅱ的目的是脱硫。

滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是________（选填序号）。

A．减少PbO的损失，提高产品的产率

B．重复利用NaOH，提高原料的利用率

C．增加Na2SO4浓度，提高脱硫效率

②过程Ⅲ的目的是提纯。

结合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作：

____________________________________________________。

3．实验室以一种工业废渣（主要成分为MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物）为原料制备MgCO3·3H2O。

实验过程如下：

（1）酸溶过程中主要反应的热化学方程式为

MgCO3（s）＋2H＋（aq）===Mg2＋（aq）＋CO2（g）＋H2O（l）ΔH＝－50.4kJ·mol－1

Mg2SiO4（s）＋4H＋（aq）===2Mg2＋（aq）＋H2SiO3（s）＋H2O（l）　ΔH＝－225.4kJ·mol－1

酸溶需加热的目的是________；所加H2SO4不宜过量太多的原因是________。

（2）加入H2O2氧化时发生反应的离子方程式为____________________________。

（3）用右图所示的实验装置进行萃取分液，以除去溶液中的Fe3＋。

①实验装置图中仪器A的名称为________。

②为使Fe3＋尽可能多地从水相转移至有机相，采取的操作：

向装有水溶液的仪器A中加入一定量的有机萃取剂，________、静置、分液，并重复多次。

（4）请补充完整由萃取后得到的水溶液制备MgCO3·3H2O的实验方案：

边搅拌边向溶液中滴加氨水，________，过滤、用水洗涤固体2～3次，在50℃下干燥，得到MgCO3·3H2O。

[已知该溶液中pH＝8.5时Mg（OH）2开始沉淀；pH＝5.0时Al（OH）3沉淀完全]。

B

1．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．下列说法正确的是（　　）

A．铁的冶炼不涉及化学反应（

B．用胆矾炼铜不涉及化学反应

C．氧化铁能与酸反应，所以可用于制作红色颜料

D．制饭勺、饭盒、高压锅等的不锈钢是合金

3．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_________________________________________。

4．

（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）。

5．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___________________________。

两年模拟

1．人们习惯上把金、银、铜、铁、锡五种金属统称为“五金”。

在“五金”顺序中，把一种金属的位置向后移一位，正好符合某化学规律。

这种金属和该化学规律是（　　）

A．铁、金属活动性顺序表B．金、质量守恒定律

C．银、元素周期表D．铜、金属密度顺序表

2．我国晋代《抱朴子》中描述了大量的化学反应，其中有：

①“丹砂（HgS）烧之成水银，积变又还成丹砂”；②“以曾青涂铁，铁赤色如铜”。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．①中描述的化学反应是可逆反应

B．“曾青”是含有Cu2＋的溶液，如硫酸铜溶液

C．“积变又还成丹砂”中的“还”可理解为“被还原”

D．水银能跟曾青发生置换反应生成单质铜

3．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

4．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

5、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

6．某合金与铁的物理性质的比较如下表：

熔点（℃）

密度（g·cm－3）

硬度（金刚石为10）

导电性（银为100）

某合金

2500

3.00

7.4

2.3

铁

1535

7.86

4.5

17

已知该合金耐腐蚀、强度大。

从以上性能来看，该合金不适合作（　　）

A．导线B．门窗框C．炉具D．飞机外壳

7．①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

8.从海水中提取镁的工艺流程可表示如下：

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

9．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

10．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2

D．工业上用固体3经一步反应制取金属3

11．某同学用同一种MgAl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＋＋Ag

Fe2＋＋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．无水氯化铝是有机合成工业中一种重要的催化剂，工业上由Al2O3制备无水氯化铝的反应为2Al2O3＋6Cl2

4AlCl3＋3O2。

（1）实验室制氯气的离子方程式为__________________________________，

氯气溶于水生成的次氯酸的电子式为____________________________________。

（2）AlCl3可以作净水剂，其原理是（用离子方程式表示）_____________________________________。

（3）Al－Mg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜，其离子方程式为___________________________________________。

（4）为分析某铝合金的成分，用足量稀硝酸将其完全溶解后，用NaOH溶液调pH，当pH＝3.4时开始出现沉淀，分别在pH为5、9时过滤沉淀，继续滴加NaOH溶液无沉淀生成。

结合图象信息推断该合金中除铝外还含有的金属是_______________________________。

14．镧（La）是重要的稀土元素。

工业上制镧的主要流程如下：

已知：

①镧是较活泼金属；②氢氧化镧是难溶于水的弱碱。

（1）操作1、3相同，其名称是____________________________。

（2）操作2要在HCl气体氛围中加热的原因是_____________________________。

（3）电解制镧的尾气可用NaOH溶液吸收，反应的离子方程式为_______________________________________。

（4）真空、高温过程中反应的化学方程式为________________________________。

（5）钙热还原法可制得纯度更高的金属镧，已知稀土精矿中镧的质量分数为w，提炼过程中利用率为b，欲用akJ稀土精矿制得分析纯金属镧，则产品中杂质允许含量的最大值的数学表达式为________kg（化工产品等级标准：

优级纯≥99.8%，分析纯≥99.7%，化学纯≥99.5%）。

15．钛及其化合物被广泛用于航天航空、舰艇、机械制造、涂料、以及光催化触媒等领域。

工业上以金红石（主要成分是TiO2）为原料生产金属钛，其工艺流程如下：

（1）反应①中氧化剂和还原剂的质量比为________________________________。

（2）反应②的化学方程式是___________________________________________。

（3）室温下，四氯化钛为无色液体，利用TiCl4的水解反应可以制造钛白颜料（TiO2），水解生成TiO2·xH2O，经焙烧得TiO2。

在TiCl4水解时需要加入大量的水，并同时加热的原因是________________________________________。

（4）纳米TiO2具有广阔的应用前景，利用钛酸四丁酯[Ti（O－C4H9）4]在酸性条件下，在乙醇介质中水解生成Ti（OH）4溶胶，溶胶凝化处理后得到凝胶，再经干燥和煅烧即得到超细纳米TiO2。

请写出钛酸四丁酯〔Ti（O－C4H9）4〕水解生成Ti（OH）4的化学方程式______________，制备纳米TiO2过程中溶液混合时必须缓慢滴加的原因是______________________________________。

答案

三年高考A

1．解析　

（1）“酸浸”时V2O5转化为VO

，前后V元素化合价不变，说明没有发生氧化还原反应，则反应的离子方程式为V2O5＋2H＋===2VO

＋H2O。

由于SiO2与H2SO4不反应，故滤渣1的主要成分为SiO2。

（2）VO2＋变为VO

，V的化合价由＋4价升高到＋5价，转移1e－，而氧化剂KClO3则被还原为KCl，化合价由＋5价降低为－1价，转移6e－，故欲使3molVO2＋变为VO

，需氧化剂KClO3的物质的量至少为3mol×1÷6＝0.5mol。

（3）酸浸并用KClO3氧化后的溶液中含有的Fe3＋、Al3＋在中和时生成Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，所以“废渣2”中含有Fe（OH）3、Al（OH）3。

（4）由题意知逆反应是洗脱，在碱性环境中有利于向洗脱方向进行，故淋洗液应呈碱性。

（5）由于前面加入了KClO3、KOH，所以流出液中阳离子最多的是K＋。

（6）根据原子守恒可知偏钒酸铵“煅烧”生成五氧化二钒、氨气和水蒸气，发生反应的化学方程式为2NH4VO3

V2O5＋H2O↑＋2NH3↑。

2．解析　

（1）由题意可知，过程Ⅰ中，在Fe2＋催化下，Pb、PbO2和H2SO4反应生成PbSO4和H2O，Pb与PbO2在酸性条件下发生氧化还原反应，Pb为还原剂，PbO2为氧化剂，PbSO4既是氧化产物又是还原产物，化学方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O。

（2）①催化剂在反应前后本身的质量和化学性质保持不变，但参加反应，反应特点是先消耗再生成，且消耗与生成的量相等。

Fe2＋为该反应的催化剂，又知反应ⅰ中Fe2＋被PbO2氧化为Fe3＋，则在反应ⅱ中Fe3＋与Pb反应生成Fe2＋，离子方程式为2Fe3＋＋Pb＋SO

===PbSO4＋2Fe2＋；②a实验证明发生反应ⅰ生成Fe3＋，则b实验需证明发生反应ⅱ，Fe3＋转化为Fe2＋，实验方案为取a中红色溶液，向其中加入铅粉后，充分反应，红色褪去。

（3）①过程Ⅱ的目的是脱硫。

化学方程式为PbSO4＋2NaOH===PbO＋Na2SO4＋H2O；滤液1中含有未反应的NaOH和少量溶解的PbO，经处理后可重复利用减少PbO的损失，同时能提高NaOH的利用率。

②利用PbO不同温度下在不同氢氧化钠溶液中的溶解度曲线，可向PbO粗品中加入35%的NaOH溶液，加热至高温（110℃），充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤可得PbO固体。

答案　

（1）Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O

（2）①2Fe3＋＋Pb＋SO

===PbSO4＋2Fe2＋　②取a中红色溶液，向其中加入铅粉后，红色褪去

（3）①AB　②向PbO粗品加入一定量的35%NaOH溶液，加热至110℃，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤得到PbO固体

3．解析　

（1）加热，加快酸溶的速率，提高酸溶的效率。

后续反应中生成MgCO3，若酸过多，生成MgCO3时需要中和硫酸，消耗过多的碱，提高生产成本。

（2）H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，自身被还原为H2O，Fe2＋＋H2O2→Fe3＋＋H2O，前面酸溶，溶液呈酸性，补H＋配平。

（3）①A为分液漏斗。

②萃取时要充分振荡，使水相与有机相充分接触，提高萃取效率。

（4）由于萃取除去Fe3＋，萃取液中含有Mg2＋和Al3＋，要除去Al3＋，调节5

答案　

（1）加快酸溶速率避免制备MgCO3时消耗过多的碱

（2）2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O（3）①分液漏斗　②充分振荡

（4）调节5＜pH＜8.5，过滤，边搅拌边向滤液中滴加Na2CO3溶液至有大量沉淀生成，静置，向上层清液中滴加Na2CO3溶液，若无沉淀生成

B

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．D

3．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＋＋3H2O

Al（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、NaClO3⑤除去FeCl3，提高AlCl3纯度

4．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＋）

5．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·FeC