第四章 化學與自然資源的開發利用第一節 開發利用金屬礦物和海水資源第1課時 金屬礦物的開發利用1從石器、青銅器到鐵器時代，金屬的冶煉體現了人類文明的發展水平。下圖表示了3種金屬被人類開發利用的大致年限。這3種金屬的應用之所以有先后，主要取決于()A金屬的導電性強弱B金屬在地殼中的含量多少C金屬的化合價高低 D金屬的活動性大小解析：金屬活動性順序中，越靠后的金屬出現的年代越早，越靠前的金屬出現得越晚，說明金屬越活潑，越難冶煉。答案：D2下列對鋁熱反應的說法錯誤的是()A鋁熱劑中還原劑是鋁粉B鋁熱劑是純凈物C鋁與Fe2O3可組成鋁熱劑D鋁熱反應是放熱反應解析：Al和Fe2O3可組成鋁熱劑，屬于混合物，其中鋁作還原劑，鋁熱反應是放熱反應。答案：B3下列各組物質中，均能使Fe2O3還原成單質鐵的是()ACO、O2、H2 BCO、CO2、CCCO2、H2O、O2 DAl、C、H2解析：Fe是化學性質較活潑的金屬，用強還原劑(如Al、C、H2、CO等)在一定條件下都能把鐵從其氧化物中還原出來。答案：D4鋁能用于冶煉難熔的金屬(如Fe、Mn等)，這是因為鋁()A具有兩性B導電性好C熔點低D還原性強及反應中放出大量的熱解析：鋁能夠與某些高熔點的金屬氧化物(如Fe2O3、MnO2、V2O5等)組成鋁熱劑，利用鋁的強還原性及冶煉反應中放出大量熱，使難熔金屬熔化而分離出來。答案：D5下列化工生產原理錯誤的是()可以電解熔融的氯化鈉來制取金屬鈉 可以將鈉加入氯化鎂飽和溶液中制取鎂用電解法冶煉鋁時，原料是氯化鋁高爐煉鐵的反應是放熱的，故無須加熱A BC D解析：鈉特別活潑，投入MgCl2溶液時先與水反應生成NaOH和H2，接著生成Mg(OH)2沉淀，錯誤；冶煉鋁使用的是Al2O3，錯誤；高爐煉鐵中所發生的反應是放熱反應，但是仍需要高溫條件，錯誤。答案：D6冶煉金屬常用以下幾種方法：以C、CO或H2做還原劑的熱還原法利用鋁熱反應原理還原的鋁熱法電解法熱分解法下列金屬各采用哪種方法還原最佳(用序號填寫下列空白)：(1)Fe、Zn、Cu等中等活潑金屬_。(2)Na、Mg、Al等活潑或較活潑金屬_。(3)Hg、Ag等不活潑金屬_。(4)V、Cr、Mn、W等高熔點金屬_。 解析：非常活潑的金屬，如Na、Mg、Al用電解法冶煉，不活潑的金屬，如Hg、Ag用熱分解法冶煉，較活潑的金屬，如Fe、Zn、Cu用熱還原法冶煉，難熔金屬如V、Cr、Mn、W等用鋁熱反應冶煉。答案：(1)(2)(3)(4) (時間：40分鐘分值：100分)一、選擇題(本題包括6個小題，每小題8分，共48分。每小題只有一個選項符合題意)1下列說法中，不正確的是()A金屬的冶煉，就是利用氧化還原反應原理，在一定條件下將金屬從其化合物中還原出來B冶煉金屬時，必須加入一種物質作為還原劑C金屬由化合態變為游離態，都是被還原D金屬單質被發現和應用得越早，其活動性一般越弱解析：金屬的冶煉是將金屬化合物轉化為金屬單質，A項正確；有的金屬化合物在發生氧化還原反應冶煉金屬時，自身既作氧化劑又作還原劑，不需要另加還原劑，如HgO，B項錯誤；金屬元素在化合物中一定顯正價，當變成金屬單質后，化合價就變為0，所以是被還原，C項正確；金屬被發現和應用得早，說明該金屬越容易被還原，從而也說明金屬的活動性越弱，D項正確。答案：B2下列化學反應在金屬冶煉工業中還沒有得到應用的是()A2NaCl(熔融)2NaCl2BAl2O33C2Al3COCFe2O33CO2Fe3CO2D2Ag2O4AgO2解析：目前金屬鋁的制備方法是電解氧化鋁，其他選項中所涉及的內容均符合理論和生產實際。答案：B3目前工業上冶煉鋁通常采用的方法是()ACO或H2還原法 B鋁熱反應法C電解法 D熱分解法解析：目前工業上冶煉金屬鋁采用的是電解熔融的Al2O3來得到金屬鋁。答案：C4下列關于鋁熱反應2AlFe2O3Al2O32Fe的說法不正確的是()A該反應中Al作還原劑B該反應中氧化產物與還原產物的物質的量比為12C該反應中冶煉1 mol Fe轉移2 mol電子D該反應可用于焊接鋼軌解析：由題中化學方程式可知，反應中Fe元素的化合價由3價降為0價，則冶煉1 mol Fe應轉移3 mol電子。答案：C5氧化還原反應廣泛應用于金屬的冶煉。下列說法不正確的是()A電解熔融NaCl制取金屬鈉的反應中，鈉離子被還原，氯離子被氧化B濕法煉銅與火法煉銅的反應中，銅元素都發生還原反應C用磁鐵礦煉鐵的反應中，1 mol Fe3O4被CO還原成Fe，轉移9 mol eD鋁熱法還原鐵的反應中，放出的熱量能使鐵熔化解析：Fe3O4中3個Fe共顯8價，故1 mol Fe3O4被CO還原成Fe，轉移8 mol e，C項錯誤。答案：C6用鋁熱法還原下列氧化物，制得金屬各1 mol，消耗鋁最少的是()AMnO2 BWO3CCr2O3 DCo3O4解析：用鋁熱法還原金屬氧化物時，Al作還原劑，金屬氧化物作氧化劑。在反應中金屬氧化物被還原為單質，顯然，在氧化物中金屬化合價越高，變為單質時需獲得的電子越多，消耗鋁越多；金屬化合價越低，得電子數越小，消耗鋁越少。以上金屬氧化物中金屬的化合價分別為：Mn(4)、W(6)、Cr(3)、Co。Co化合價最低，消耗鋁最少。答案：D二、非選擇題(本題包括3個小題，共52分)7(17分)下圖是一氧化碳還原鐵的氧化物的實驗裝置，請回答下列問題：(1)判斷硬質玻璃管中已開始發生反應的現象是_；反應過程中產生的現象是_。(2)在A處點燃時可見淡藍色火焰的原因是_。(3)實驗結束時正確的操作是_。先停止通入CO先熄滅酒精燈，并繼續通入CO熄滅酒精燈，同時停止通入CO先熄滅酒精燈，繼續通入CO，并點燃排出的CO氣體解析：(1)硬質玻璃管中發生反應：3COFe2O3Fe3CO2，故硬質玻璃管中紅棕色固體變黑。(2)CO有毒，污染環境，應在A處點燃。(3)實驗過程中若先停止通CO，則生成的鐵可能被氧化，而且可能發生倒吸現象，故應先熄滅酒精燈，繼續通CO至玻璃管冷卻。答案：(1)B中澄清石灰水變渾濁玻璃管里的粉末由紅棕色逐漸變黑，B中澄清石灰水變渾濁(2)從A導管逸出的尾氣中有未反應的CO，而CO燃燒時，火焰呈淡藍色(3)8(17分)某研究性學習小組對鋁熱反應實驗展開研究，對“鋁熱反應”的現象有這樣的描述：“反應放出大量的熱，并發出耀眼的光芒”“紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中”。已知Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔、沸點數據如下表：物質AlAl2O3FeFe2O3熔點/6602 0541 5351 565沸點/2 4672 9802 750(1)某同學推測，鋁熱反應所得到的熔融物可能是鐵鋁合金。理由是_。(2)設計一個簡單的實驗方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實驗用的試劑是_，反應的離子方程式是_。(3)實驗室欲溶解該熔融物，下列試劑中最好選用_(填字母)。A濃硫酸 B稀硫酸C稀硝酸 D濃硝酸E氫氧化鈉溶液解析：(1)根據表中所列熔點數據，可知鋁的熔點低于鐵的熔點，故當鐵熔化時，適當的鋁與鐵熔合在一起形成鋁鐵合金。(2)要證明鐵鋁合金中有鋁，選擇NaOH溶液。(3)要溶解鐵鋁合金，選擇稀H2SO4為宜，因為濃H2SO4、濃HNO3使Fe、Al鈍化，與稀HNO3的反應產生氮氧化物污染環境，NaOH溶液不溶解鐵。答案：(1)鋁熱反應放出大量的熱，能使鐵熔化，而鋁的熔點比鐵低，故熔融物可能是液態的鐵鋁熔合形成的合金(2)NaOH溶液2Al2H2O2OH=2AlO3H2(3)B9(18分)金屬鈦具有密度小、強度高、耐腐蝕、無毒等優點，已廣泛應用于航空航天工業，并逐步進入了化工、船舶、汽車、體育器材，醫療等民用領域，并顯示出了巨大的發展潛力。還原法是工業上冶煉鈦常用方法之一，該方法是以金紅石(主要含TiO2)或TiO2為原料來制取，其主要工藝流程如下：試回答下列問題：(1)已知反應通常在800900 的條件下進行，產物中有一種可燃性無色氣體，其中當有1 mol Cl2完全反應時，參加反應的還原劑的物質的量為_mol。(2)反應通常在800 的條件下進行，通入氬氣的目的是_；分離反應的產物所得到的海綿鈦中常混有少量雜質，應如何除去雜質？_(簡述操作過程)。(3)在上述工藝流程中可以循環使用的物質是_。解析：(1)反應的反應物為TiO2、C、Cl2，結合流程圖知有TiCl4生成，利用原子守恒及題給信息可知另一氣體產物是CO，所以反應的化學方程式為TiO22C2Cl2TiCl42CO，在反應中碳被Cl2氧化，當有1 mol Cl2完全反應時，參加反應的還原劑(C)的物質的量為1 mol。(2)反應中反應物Mg以及產物Ti在高溫下都易被空氣中的氧氣氧化，所以通入氬氣的目的