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- 2021-08-24 发布
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学业分层测评(十)
(建议用时:45分钟)
[学业达标]
1.金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的运用。下列关于金属的一些说法中不正确的是( )
A.合金的性质与其成分金属的性质不完全相同
B.工业上金属Mg、Al都是用电解熔融的氯化物制得的
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
【解析】 金属镁的制备是通过电解熔融的氯化镁制得,而金属铝是通过电解熔融的氧化铝得到,因为氯化铝是共价化合物,B项错误。
【答案】 B
2.我国商务部公布,我国铁矿石等原材料出口大幅度回落,保证我国钢铁工业的健康发展。铁矿石用于冶炼金属铁,下列关于铁的冶炼说法正确的是
( )
A.冶炼铁的原料有赤铁矿(主要成分是Fe3O4)、焦炭、石灰石和空气
B.炼铁高炉中还原剂焦炭将铁从铁矿石中还原出来
C.黄铜矿(CuFeS2)可冶炼出Cu、Fe,同时可制取硫酸
D.石灰石在冶铁过程中参与了氧化还原反应
【解析】 铁矿石主要有:磁铁矿(主要成分Fe3O4)、赤铁矿(主要成分Fe2O3)、褐铁矿(主要成分2Fe2O3·3H2O)、黄铁矿(主要成分FeS2)。首先是焦炭在高炉中生成还原性气体CO:C+O2CO2,CO2+C2CO;CO再还原Fe2O3:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2↑。所以还原Fe2O3的是CO而不是焦炭。石灰石的作用是除脉石,形成炉渣,发生的是分解和化合反应:CaCO3CaO+CO2↑,SiO2+CaOCaSiO3。
【答案】 C
3.关于金属铝的说法正确的是( )
A.冶炼金属铝时铝水温度极高,若外溢极易引发安全事故
B.等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,消耗酸和碱的物质的量之比为1∶2
C.工业上是通过电解熔融的铝土矿制备金属铝的
D.镁铝合金的硬度很大,熔点也很高
【解析】 金属铝与酸、碱反应的本质是与溶液中的H+反应产生H2。消耗铝的量相等时,转移的电子数相等,产生的H2的量也相等,消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。铝土矿的主要成分是Al2O3,同时也含有Fe2O3、SiO2及泥沙等杂质,除去这些杂质得到纯的Al2O3,再电解Al2O3即可获得Al。
【答案】 A
4.在炼铁、炼钢过程中都有碳参加反应。下列有关碳参加反应的叙述正确的是( )
A.两个过程中碳原子都被氧化,都只起着提供热源的作用
B.炼铁过程中碳被氧化,既起产生热量的作用,又起产生CO的作用
C.炼钢过程中碳被还原,从而达到降低含碳量的目的
D.炼铁过程中碳参加反应,只起产生CO的作用
【解析】 在炼铁时,焦炭的主要作用有两个:一是通过焦炭燃烧放出大量热,提供炼铁过程所需的热量;二是产生炼铁所需的还原剂CO。在炼铁过程中碳被氧化。炼钢时用来降低碳含量的主要反应为C+FeOCO↑+Fe,这个反应在碳被氧化的同时吸收热量。综合以上分析,可知A、C、D选项是错误的。
【答案】 B
5.下列可被工业上采用的冶金方法是( )
A.电解熔融的氯化铝制铝
B.电解熔融的氯化镁制镁
C.电解氯化钠溶液制钠
D.高温下用H2还原氧化镁制镁
【解析】 氯化铝是共价化合物,熔融状态下以分子状态存在,其中缺少自由移动的离子,不导电,故不能用电解熔融氯化铝的方法制铝,A不可选;含Na+、Mg2+、Al3+的水溶液电解时,电子被H+得到,因而电解这样的水溶液是得不到金属单质的,C不可选;比Al活泼的金属很难用一般的还原剂(如H2、CO、C等)把它们从化合物中还原出来,况且,MgO的熔点很高,工业上制取镁是采用电解熔融MgCl2的方法,D不可选。
【答案】 B
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
1500(升华)
1413
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.1413 ℃~1500 ℃
【解析】 由题意知Na+KClNaCl+K↑。本反应不是利用金属的活泼性,主要利用K的沸点比钠的低,使K在加热时挥发出来,因此,温度应选择774 ℃~882.9 ℃。
【答案】 C
7.下列金属的工业制法中正确的是( )
A.制钛:用金属钠置换出四氯化钛(TiCl4)溶液中的钛
B.炼铁:用焦炭与空气反应产生的一氧化碳在高温下还原铁矿石中的铁
C.制钠:用海水作原料制得精盐,再电解纯净氯化钠溶液得到金属钠
D.炼铝:宜用高温条件下的热分解法制单质铝
【解析】 本题考查金属冶炼的问题。首先钠与水反应,A项错误;B项正确;电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气和氯气,这是氯碱工业,没有金属钠生成,C项错误;宜用电解法炼铝,D项错。
【答案】 B
8.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.电解熔融氯化钠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 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】 由Fe3O4+8e-―→3Fe+4O2-,知1 mol Fe3O4(磁铁矿)被还原为Fe时应转移8 mol电子。
【答案】 C
9.用氢气、碳、一氧化碳分别与等质量的氧化铁在高温下反应,使氧化铁中的铁全部还原出来,消耗氢气、碳、一氧化碳的质量比为( )
A.1∶1∶1 B.1∶3∶14
C.1∶6∶14 D.2∶1∶2
【解析】 等质量的氧化铁在反应时得到的电子的物质的量是相等的,所以根据氧化还原反应中电子得失守恒原则,可知氢气、碳、一氧化碳在反应中要失去等物质的量的电子。三者都失去4 mol电子时,氢气需要2 mol,质量是4 g;碳需要1 mol,质量是12 g;一氧化碳需要2 mol,质量是56 g。
【答案】 B
10.铅的冶炼大致过程如下:
①富集:将方铅矿(PbS)进行浮选;②焙烧:2PbS+3O22PbO+2SO2;③制粗铅:PbO+CPb+CO↑;PbO+COPb+CO2。下列说法正确的是( )
A.浮选法富集方铅矿的过程属于化学变化
B.方铅矿焙烧反应中,PbS是还原剂,还原产物只有PbO
C.整个冶炼过程中,制取1 mol Pb共转移2 mol电子
D.将1 mol PbS完全冶炼成Pb理论上至少需要6 g碳
【解析】 焙烧方铅矿(PbS)的反应中还原剂是PbS,还原产物是PbO和SO2,B错误;冶炼过程中,由1 mol PbS制取1 mol Pb转移4 mol电子(),C错误;
Pb的冶炼过程:
→2 mol Pb因此,1 mol PbS完全冶炼成Pb,理论上至少需要0.5 mol C,即6 g碳。
【答案】 D
[能力提升]
11.冶炼金属一般有下列方法: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。四种方法在工业中均有运用。
【导学号:64570023】
(1)请对下表中的金属冶炼方法进行分析,从上述四种方法中选择相应的序号填入表中空格。
火烧孔雀
石炼铜
湿法炼铜
铝热法
炼铬
从光卤石
中炼镁
火烧孔雀石炼铜所发生反应的化学方程式为(写主要的两个)
____________________________________________________、
____________________________________________________。
(2)请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个(用化学方程式表示);
①____________________________________________________;
②____________________________________________________;
③____________________________________________________;
④____________________________________________________。
【答案】 (1)① ③ ③ ④
Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O
C+2CuO2Cu+CO2↑
(2)①3C+Fe2O32Fe+3CO
②3H2+WO3W+3H2O Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
③4Al+3MnO23Mn+2Al2O3
④2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
12.下图是传统的工业生产金属铝的基本流程图,结合铝生产的流程图解答下列各题:
(1)工业冶炼金属铝用的是铝土矿,铝土矿的主要成分是________(填化学式)。石油炼制和煤的干馏产品________(填物质名称)作电解铝的阴极和阳极材料。
(2)氧化铝熔点高达2 050 ℃,工业上为了降低能量消耗,在金属铝的冶炼中采取的措施是____________________________________________________
____________________________________________________。
(3)在冶炼过程中,阳极材料需要定期进行更换,原因是该极材料不断被消耗,产生这种现象的原因是:______________(用化学方程式表示)。
(4)工业上制取金属镁时是电解熔融MgCl2,电解反应方程式为____________________。镁和铝都是活泼金属,为什么在电解冶炼过程中,一个用氯化物,一个用氧化物?
____________________________________________________
____________________________________________________。
【解析】 该题以工业冶炼金属铝为载体考查了原料的判断、原理的诠释以及能量的合理利用。
(1)铝土矿的主要化学成分是Al2O3,另外还有SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O等,电解前必须进行提纯。石油炼制、煤的干馏的固体物质的成分为碳,具有导电性,可以作为阳极和阴极材料。
(2)纯净Al2O3的熔点很高,而其电解必须在熔融状态下进行,若采用纯净的Al2O3进行电解,则加热熔融需要耗费大量的能量,所以工业上采用加入冰晶石(Na3AlF6)和氟化钙(CaF2)助熔。
(3)工业冶炼铝的关键操作是电解,电解时阳极发生氧化反应,熔融物中的O2-失电子,生成O2,在电解过程中阳极的材料碳逐渐与生成的氧气反应,在高温条件下生成CO2。
(4)因为MgCl2为离子化合物,熔融时能发生电离;AlCl3为共价化合物,熔融时不发生电离;再者MgO熔点很高,很难熔化,耗能太大。
【答案】 (1)Al2O3 碳素材料
(2)加入冰晶石(Na3AlF6)和少量CaF2
(3)C+O2CO2
(4)MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
因为MgO熔点太高,MgCl2熔点低,电解MgCl2耗能少。AlCl3是共价化合物,熔化时不能发生电离
13.(2016·济宁高二检测)工业制备铝一般是从铝土矿(主要成分是Al2O3,含有Fe2O3杂质)中得到纯净的Al2O3,然后电解Al2O3得到铝。下图是从铝土矿中提纯Al2O3的简单示意图,其中涉及的一个反应是2NaAlO2+CO2+3H2O===Na2CO3+2Al(OH)3↓。
(1)图示中(1)的实验操作是________;图示中(2)加入的试剂是________。
(2)试推断物质:B________,C________,H________,
F________。(填化学式)
(3)写出化学方程式:
①____________________________________________________;
②____________________________________________________;
③____________________________________________________;
④____________________________________________________。
【解析】 溶液B中通入CO2产生沉淀,说明B溶液为NaAlO2溶液,则向铝土矿中加入的试剂①是NaOH溶液,操作(1)是过滤;则溶液D为Na2CO3,反应②为Ca(OH)2+Na2CO3===CaCO3↓+2NaOH。
【答案】 (1)过滤 Ca(OH)2
(2)NaAlO2 Fe2O3 CaCO3 Al2O3
(3)①Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O
②Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH
③2Al(OH)3Al2O3+3H2O
④2Al2O34Al+3O2↑
14.(2016·厦门高二检测)金属热还原法广泛用于冶金过程中。用金属A(或其合金)作还原剂在高温下将另一种金属B的化合物还原以制取金属B(或其合金)的方法,通常是按还原剂来命名。
(1)用铝作还原剂生产金属铬,称为铝热法。化学方程式为
____________________________________________________
____________________________________________________。
铝的亲氧性除用于冶炼难熔金属外,还用于制取耐高温的金属陶瓷。例如将铝粉、石墨和二氧化钛或其他高熔点金属的氧化物按一定比例混合均匀,然后在高温下煅烧,即生成耐热的(TiC),该反应的化学方程式为
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)用硅作还原剂还原V2O3冶炼钒,称为硅热法。化学方程式为____________。硅(特别是硅铁)的价格比铝低,所以硅热法在铁合金及某些金属的生产中占有重要地位。但硅的还原能力不如铝。为使硅热还原更易进行,常加入CaO作溶剂,试分析加入CaO的作用:
____________________________________________________
____________________________________________________。
(3)试写出克劳尔法用镁热还原TiCl4生产海绵钛的化学方程式:
____________________________________________________
____________________________________________________。
【解析】 根据题目信息“用金属A(或其合金)作还原剂在高温下将另一种金属B的化合物还原以制取金属B(或其合金)的方法,通常是按还原剂来命名”可知铝热法就是利用铝作还原剂制取金属,硅热法就是利用硅作还原剂制取金属。
【答案】 (1)2Al+Cr2O32Cr+Al2O3
4Al+3TiO2+3C2Al2O3+3TiC
(2)3Si+2V2O34V+3SiO2
使之与反应产物SiO2结合成CaSiO3,使反应更容易进行
(3)2Mg+TiCl42MgCl2+Ti