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  • 2021-08-06 发布

高中化学 第四章 第一节 金属矿物的开发利用 第1课时课后作业 新人教版必修2

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第 1 课时 金属矿物的开发利用 一、金属在自然界中的存在形式 1.金、铂等极少数金属以________形式存在。 2.绝大多数金属以________形式存在。在金属化合物中,金属元素都显______。 二、金属的冶炼方法 1.热分解法 适用于________金属的冶炼。 (1)加热分解 HgO: ________________________________________________________________________。 (2)加热分解 Ag2O: ________________________________________________________________________。 2.电解法 适用于______金属的冶炼。 (1)冶炼金属钠: ________________________________________________________________________。 (2)冶炼金属镁: ________________________________________________________________________。 (3)冶炼金属铝: ________________________________________________________________________。 3.高温还原法 适用于大多数中等活泼金属的冶炼,常用的还原剂有__________、__________、________ 等。 (1)高炉炼铁: ________________________________________________________________________。 (2)铝热反应炼铁: ________________________________________________________________________。 (3)用氢气还原氧化铜: ________________________________________________________________________。 4.其他方法 (1)湿法炼铜: ________________________________________________________________________。 (2)火法炼铜: ________________________________________________________________________。 三、铝热反应实验探究 实验 装置 及操作 实验 现象 镁条________,放出一定的热,使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下 发生剧烈的反应;反应放出________,并发出__________;纸漏斗 的下部被烧穿,有熔融物落入沙中;待熔融物冷却后,除去外层熔 渣,仔细观察,可以发现落下的是____ 原因 分析 镁条燃烧,放出一定的热量,KClO3作为______在受热状态下发生分 解,使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应: ____________________________________________________,该反 应放出________,发出____________,生成的______在高温下呈熔 融状态 原理 应用 该反应中铝在高温下还原出了______,在冶金工业上也常用这一原 理制取________的金属,如:钒、铬、锰等,3MnO2+4Al===== 高温 2Al2O3 +3Mn,另外该反应原理可以应用在生产上,如________等 四、有效利用金属资源的途径 1.提高金属矿物的________; 2.减少金属的________; 3.加强金属资源的____________; 4.使用__________代替金属材料。 知识点一 金属的冶炼原理 1.下列叙述中正确的是( ) A.含金属元素的离子一定是阳离子 B.在氧化还原反应中,非金属单质一定是氧化剂 C.某元素由化合态变为游离态,该元素一定被还原 D.金属阳离子被还原时,不一定得到金属单质 2.有关金属的冶炼原理下列说法正确的是( ) A.肯定发生的是置换反应 B.肯定发生的是分解反应 C.肯定发生的是氧化还原反应 D.只能用金属作还原剂冶炼金属 3.用铝热法还原下列化合物,制得金属各 1 mol,消耗铝最少的是( ) A.MnO2 B.WO3 C.Co3O4 D.Cr2O3 知识点二 金属的冶炼方法 4.冶炼金属一般有下列四种方法:①焦炭法;②水煤气(或氢气或一氧化碳)法;③活 泼 金属置换法;④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜;(Ⅱ) 湿法炼铜;现代有(Ⅲ)铝热法炼铬;(Ⅳ)从光卤石中炼镁。对它们的冶炼方法的分析不 正 确的是( ) A.(Ⅰ)用① B.(Ⅱ)用② C.(Ⅲ)用③ D.(Ⅳ)用④ 5.下列各组金属最适合用 H2或 CO 把它们从化合物中还原出来的是( ) A.Ca、Mg B.Al、Fe C.Fe、Cu D.Hg、Ag 6.均能将 Fe2O3还原成 Fe 的一组物质是( ) A.CO、O2、H2 B.CO、H2、C C.CO2、H2O、O2 D.CO2、O2、C 知识点三 铝热反应 7.铝能用来冶炼难熔金属(如 Cr、V、Mn 等),这是因为铝( ) A.有两性 B.有良好的导电性 C.熔点低 D.有还原性,且在反应中放出大量热 8.如图所示,用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状,套在一起,使四周都有四层。把内 层 纸漏斗取出,在底部剪一个小孔,用水润湿,再跟另一纸漏斗套在一起,架在铁圈上, 下面放置盛沙的蒸发皿。把 5 g 炒干的氧化铁粉末和 2 g 铝粉混合均匀,放在纸漏斗中, 上面加上少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条,用小木条点燃镁条。观察发生的现象。 通过以上实验信息,回答下列问题: (1)写出该反应的化学方程式: ________________________________________________________________________; 在该反应中________是氧化剂,________是还原剂,该反应称为________反应。 (2)选出该实验的实验现象(填写在横线上): ________________________________________________________________________。 ①镁条剧烈燃烧 ②放出大量的热,并发出耀眼的光芒,火星四射 ③纸漏斗的下部被 烧穿 ④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上,液珠冷却后变为黑色固体 (3)写出下列操作或物质的作用: 内层纸漏斗底部剪一个孔:__________________;蒸发皿盛沙:____________________; 镁条:____________________;氯酸钾:____________________。 练基础落实 1.金属冶炼的实质是( ) A.金属元素失去电子 B.金属元素获得电子 C.金属元素被氧化了 D.金属元素可能被氧化了,也可能被还原了 2.金属材料在日常生活、生产中有着广泛的运用,下列关于金属的说法不正确的是 ( ) A.越活泼的金属越难冶炼 B.合金的性质与其成分金属的性质不完全相同 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.工业上金属 Mg、Al 都是用电解其熔融的氯化物制得的 3.从金属被利用的历史来看,先是青铜器时代,而后是铁器时代,铝的利用是近几百 年 的事。下列跟这个先后顺序有关的是( ) ①地壳中金属元素的含量 ②金属活动性顺序 ③金属的导电性 ④金属冶炼的难易 程 度 ⑤金属的延展性 A.①③ B.②⑤ C.③⑤ D.②④ 4.能用热分解法制得的金属是( ) A.Fe B.Ag C.Mg D.Na 5.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↑ 6.金属 K 与 Na 金属性相近,用 K与钠盐共熔时,很难将 Na 从混合物中分离。若调整 温度到一定程度,则可用 Na 与 KCl 反应制取金属 K。已知四种物质的熔、沸点如下: K Na KCl NaCl 熔点(℃) 63.65 97.8 770 801 沸点(℃) 774 882.9 1 500(升华) 1 431 根据平衡移动原理可推知,用 Na 与 KCl 反应制 K 的适宜温度是( ) A.97.8~770 ℃ B.770~774 ℃ C.774~882.9 ℃ D.1 413~1 500 ℃ 7.某无色气体 X 可和红热的单质固体 Y 反应,得到另一种无色气体 Z,Y 和 Z 都可以 和灼热的三氧化二铁反应生成 X,则 X、Z 分别是( ) A.CO2、CO B.O2、CO2 C.CO、O2 D.CO、CO2 练方法技巧 ——金属冶炼的计算技巧 8.有 0.4 g 铁的氧化物,用足量的 CO 在高温下将其还原,把生成的 CO2全部通入足量 澄清石灰水中,得到 0.75 g 沉淀。这种铁的氧化物的化学式是( ) A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.FeO 和 Fe2O3 9.将氢气通过 10 g 氧化铜粉末加热片刻,冷却后剩余固体的质量为 8.4 g,那么下列 计 算正确的是( ) A.有 1.6 g 水生成 B.有 8.4 g 铜生成 C.有 80%的氧化铜被还原 D.实验时所消耗的氢气不足 0.2 g 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 练综合拓展 10.关于铝的冶炼,有以下一些问题,请你通过努力,争取完成。 (1)工业制备铝一般是通过铝土矿制得纯净的 Al2O3,然后电解 Al2O3/Na3AlF6得到铝。也 可用电解 NaCl—KCl—AlCl3共熔体方法制铝,且比电解 Al2O3/Na3AlF6制铝节省电能约 30%,但现在仍用前一种方法制铝,其主要原因是( ) A.AlCl3是共价化合物,其熔融体不导电 B.电解 AlCl3生成的 Cl2会污染大气 C.自然界不存在富含 AlCl3的矿石 D.生产无水 AlCl3较困难,成本又较高 (2)把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联,在一定条件下通电 一 段时间后,析出钾、镁、铝的物质的量之比为( ) A.1∶2∶3 B.3∶2∶1 C.6∶3∶1 D.6∶3∶2 (3)讨论:含有活泼金属元素的化合物一定是离子化合物吗?并设计简单实验证明你的 结 论。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ _ ____________________________________________________________________ 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 基础落实 一、 1.游离态 2.化合态 正价 二、 1.不活泼 (1)2HgO===== △ 2Hg+O2↑ (2)2Ag2O===== △ 4Ag+O2↑ 2.活泼 (1)2NaCl(熔融)===== 电解 2Na+Cl2↑ (2)MgCl2(熔融)===== 电解 Mg+Cl2↑ (3)2Al2O3(熔融)===== 电解 4Al+3O2↑ 3.焦炭 一氧化碳 氢气 (1)Fe2O3+3CO===== 高温 2Fe+3CO2 (2)Fe2O3+2Al===== 高温 2Fe+ Al2O3 (3)CuO+H2===== 高温 Cu+H2O 4.(1)CuSO4+Fe===Cu+FeSO4 (2)Cu2S+O2===== 高温 2Cu+SO2 三、 剧烈燃烧 大量的热 耀眼的白光 铁珠 引燃剂 2Al+Fe2O3===== 高温 2Fe+Al2O3 大 量的热 耀眼的白光 铁 单质铁 熔点较高 焊接钢轨 四、 1.利用率 2.使用量 3.回收和再利用 4.其他材料 对点训练 1.D [A 中如 MnO - 4 、AlO - 2 都是阴离子;B 中如 H2、C 在还原金属氧化物时,都作还原 剂;C 中如 2Cl-→Cl2,非金属阴离子变成非金属单质时,化合价升高,被氧化;D中如 Fe3 + →Fe 2+ ,正确。] 2.C [金属大部分以化合态形式存在于自然界中,且金属元素无负化合价,所以金属 冶炼的实质是将化合态金属元素还原为游离态,必定发生氧化还原反应,但是不一定是置换 反应,如 CO 还原 Fe2O3。还原剂可以是金属,如 Fe 还原 CuSO4,也可以是非金属,如 H2还原 CuO。] 3.C [利用电子守恒:制 1 mol Mn,需电子 4 mol,制 1 mol W,需电子 6 mol,制 1 mol Co,需电子 8 3 mol,制 1 mol Cr,需电子 3 mol,可见制 1 mol Co 消耗 Al 最少。] 4.B 5.C [金属活动性顺序中,K→Al 等较活泼的金属一般用电解法,Zn→Cu 等较不活泼 的金属一般用热还原法,Hg 等可用热分解法,当然各金属的冶炼方法无严格的界线,如 Cu 可用热还原法,也可用电解法。] 6.B [CO、H2、C 等还原剂均可将 Fe2O3还原为 Fe。] 7.D [活泼的金属可以作还原剂,将相对不活泼的金属还原出来,铝热反应放出大量 的热,使炼得的金属变为液态,便于分离。] 8.(1)Fe2O3+2Al===== 高温 Al2O3+2Fe Fe2O3 Al 铝热 (2)①②③④ (3)使熔融物易于 落下 防止溅落物炸裂蒸发皿 引起氯酸钾分解 引发铝热反应 解析 (1)铝热反应为 2Al+Fe2O3===== 高温 2Fe+Al2O3,该反应中 Fe2O3作氧化剂,Al 作还原 剂。 (2)①②③④全为该铝热反应的现象。 (3)铝热反应实验中①为使熔融物易落下,通常在内层纸漏斗底部剪一个孔;②为防止 溅落物炸裂蒸发皿,蒸发皿内盛细沙;③反应中镁条引起氯酸钾分解;④氯酸钾引发铝热反 应。 课后作业 1.B [大多数金属元素在自然界中以化合态形式存在,其化合价为正价,在冶炼过程 中得电子被还原,故 B 项正确。] 2.D [金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子,因此金属越活泼, 对应金属阳离子氧化性越弱,则金属越难冶炼,A、C 正确;合金要比各成分金属的熔、沸 点低,硬度大,B 正确;因为 AlCl3为共价化合物,其熔融态不导电,因此不能用电解 AlCl3 的方法来冶炼铝,而通常用电解 Al2O3的方法。] 3.D [金属的活泼性决定了金属冶炼的难易程度。] 4.B [热分解法一般用于很不活泼的银、汞等金属的冶炼,它们的化合物大多数不稳 定,受热时能够分解为相应的金属单质;而活泼金属的化合物一般相当稳定,受热难分解。 因此,比较活泼的钠、镁和铁不能够通过热分解法制得。] 5.B [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生产实 际。] 6.C [在金属活动性顺序表中,Na 排在 K的后面,似乎不能从 K 的熔融盐中置换出 K。 但将 Na 与 KCl 共熔,其共熔体中 Na + 、K + 、Cl - 和 e - 自由移动,如果继续加热,则 Na、K、 NaCl 和 KCl 首先沸腾者先逸出。工业上,就是采用这种原理用 Na 还原 K 的,因为 K的沸点 比 Na、NaCl、KCl 的沸点都低,且低于 NaCl 的熔点。] 7.A [由 Y 和 Z 都可以和灼热的 Fe2O3反应生成 X,可判断 X 为 CO2,Y为 C。CO2和红热 的炭反应制得 CO。] 8.B [CO 和铁的氧化物反应时,氧化物中的一个 O 原子可以生成一个 CO2分子,每一 个 CO2分子可以生成一个 CaCO3,所以有下列的关系式,假设 0.4 g 该氧化物中含 x g O O~CO2~CaCO3 16 100 x 0.75 g 解得 x=0.12 N Fe N O = 0.4 g-0.12 g 56 g·mol -1 ∶ 0.12 g 16 g·mol -1 =2∶3。] 9.C [10 g CuO 粉末反应后固体的质量为 8.4 g,即减少了 1.6 g,该差量应该是生 成的水中氧元素的质量,生成水中氧元素的物质的量为 0.1 mol;水的物质的量为 0.1 mol, 质量为 1.8 g,A 项不正确;反应的 CuO 的物质的量为 0.1 mol,其质量为 8 g,CuO 的转化 率为 80%,C 项正确;生成 Cu 的物质的量为 0.1 mol,消耗 H2的质量为 0.2 g,加上在加热 之前排除空气及停止加热后继续冷却通入的氢气,总质量超过 0.2 g,D 项不正确。所以应 该选 C。] 10.(1)CD (2)D (3)不一定。将 AlCl3固体加热使之熔化,测其导电性,若不导电, 即证明 AlCl3不是离子化合物,是共价化合物。 解析 本题是对电解冶炼铝知识的挖掘,考查了学生运用知识分析问题和解决问题的能 力,综合性较强,有一定的挑战性。 (1)题中已说明:可以用电解 NaCl—KCl—AlCl3共熔体方法制铝,所以 A 选项理由不成 立;Cl2虽然会污染大气,但电解 NaCl 制金属钠时也产生 Cl2,况且 Cl2还是重要的化工原料, 所以排除 B;AlCl3能溶于水,自然界中不会存在 AlCl3矿石,所以 C 正确;电解炼铝的电解 槽中不能有水,而生产无水 AlCl3较困难,成本高,所以 D 正确。 (2)按照串联电路的特点可知,各个电极流过电子的物质的量都是相等的,再根据金属 离子的价态计算出产生三种金属的物质的量之比为 6∶3∶2,所以选 D项。 (3)铝是活泼金属,但 AlCl3是共价化合物。将 AlCl3加热使之熔化,测其导电性,若不 导电,则说明 AlCl3不是离子化合物,而是共价化合物。

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