2017_2018学年高中化学第3单元化学与材料的发展课题2金属材料第1课时作业新人教版选修2
金属的冶炼
一、金属冶炼方法
1.(双选)下列各种冶炼方法中,可制得相应金属的是( )
A.加热分解氧化铝
B.高温下分解碳酸钙
C.电解液态氯化钠
D.三氧化钨与铝粉高温共热
解析:C项:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑,D项发生铝热反应生成钨。
答案:CD
2.下列各组金属最适合用H2或CO把它从化合物中还原出来的是( )
、Mg 、Fe
、Cu 、Ag
解析:Ca、Mg、Al适宜电解法冶炼,Hg、Ag适宜于热分解法。
答案:C
3.下列金属冶炼的反应原理,错误的是( )
(熔融)2Na+Cl2↑
+H2Mg+H2O
+4CO3Fe+4CO2
+O2↑
解析:MgO不能被H2还原且其熔点很高,通常用电解熔融MgCl2的方法生产镁。
答案:B
4.从石器、青铜器到铁器时代,金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。下图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限,之所以有先后,主要取决于( )
A.金属的导电性强弱
B.金属在地壳中的含量多少
C.金属的化合价高低
D.金属的活动性大小
解析:金属的活动性决定着金属被开发的时间顺序,由于三种金属的活动性顺序为Al>Fe>Cu,所以,活动性较差的金属铜最先被冶炼出来,而活动性较强的Al很晚才被冶炼利用。
答案:D
二、钢铁的冶炼
5.下列有关生铁炼钢的叙述错误的是( )
A.添加必要的元素,改善钢材的组织结构和性能
B.适当降低生铁中的含碳量,除去大部分硫、磷等杂质
C.加入硅、锰、铝等合金元素调整成分并脱去钢水中的氧
D.除去生铁中的非金属元素
解析:选项A正确,如添加镍、铬等金属元素可以防腐;选项B正确,将生铁炼成钢的过程就是一个降碳、除去大部分硫、磷的过程;选项C正确,在炼钢结束时加入硅、锰、铝等合金元素调整成分并脱去钢水中的氧;选项D不正确,钢仍然是合金,其中肯定有碳、硅等非金属元素。
答案:D
6.金属材料在人类社会中发挥着重要的作用,其冶炼过程离不开化学的支持。
铁是应用最广泛的金属,自远古时代人类就学会了炼铁,到目前为止,人类研制出很多炼铁的方法。某研究性学习小组查阅了工业炼铁的有关资料后,发现目前多采用高炉炼铁这种主流方法,其生产示意图如下,请回答下列问题:
高炉炼铁示意图
(1)已知铁矿石中有一些难熔化的脉石(SiO2),在铁矿石中加入一定比例的石灰石就是为了除去这些脉石,形成的物质就是炉渣的主要成分,请写出有关化学方程式:,。
(2)铁矿石中加入一定比例的焦炭的目的是生成还原剂CO,请写出得到CO的化学方程式:,。
(3)热空气从高炉下部通入,而炉料从高炉顶部投入,这样操作的主要目的是
。答案:(1)CaCO3CaO+CO2↑
CaO+SiO2CaSiO3
(2)C+O2CO2CO2+C2CO
(3)使炉料和热空气充分接触,使反应得以顺利进行,且有利于热交换,使热能得以充分利用
三、铝的冶炼
7.通常把铝粉与某些金属氧化物的混合物称为铝热剂,下列氧化物中不能与铝粉发生铝热反应的是( )
4
解析:铝热反应只能用来冶炼比铝活动性差的金属。
答案:A
8.下列有关铝土矿综合利用的说法中,正确的是( )
A.铝土矿提炼铝时只能用NaOH溶液溶解铝土矿,不能用酸溶液
B.铝土矿只能提取铝
C.用铝土矿提取铝的过程中无有毒气体产生,所以炼铝不会对环境造成任何污染
D.铝土矿提取铝的过程不涉及置换反应
解析:从铝土矿的成分以及提炼铝过程中每一步具体反应入手进行分析。
答案:D
9.金属铝的生产是以Al2O3为原料,在熔融状态下进行电解:
2Al2O34Al+3O2↑
请回答下列问题:
(1)冰晶石(Na3AlF6)的作用是。
(2)电解生成的金属铝在熔融液的(填“上层”或“下层”)。
(3)阴极和阳极均由材料做成,电解时不断消耗的电极是(填“阳极”或“阴极”)。
(4)铝是高耗能产品,废旧铝材的回收利用十分重要。在工业上,最能体现节能减排思想的是将回收铝做成(填代号)。
A.冰晶石
B.氧化铝
C.铝锭
D.硫酸铝
解析:(1)Al2O3晶体熔点很高,电解熔融Al2O3需消耗很大的能量,加入冰晶石可降低Al2O3的熔点。(2)阴极上Al3+获得电子形成金属Al,沉积在熔融液的下层。(3)阳极上O2-失电子形成O2,高温下O2与阳极碳反应。
答案:(1)降低熔点(2)下层
(3)碳素(或石墨) 阳极(4)C
(建议用时:30分钟)
1.以下金属的冶炼(“→”前为原料,“→”后为所得的金属),其中最适宜用热还原法冶炼的是( )
①MgCl2→Mg②MnO2→Mn③ZnO→Zn④HgO→Hg⑤磁铁矿→Fe⑥KCl→K
A.①②④
B.③④
C.②③⑤⑥
D.①②③⑤
解析:热还原是多数金属冶炼的方法,主要适用于金属活动性顺序中处于中部的金属。
答案:C
2.下列叙述中,正确的是( )
A.含金属元素的离子一定都是阳离子
B.在氧化还原反应中,非金属单质一定是氧化剂
C.某元素从化合态变为游离态时,该元素一定被还原
D.金属阳离子被还原不一定得到金属单质
解析:A项,Mn含金属元素但不是阳离子,B项中非金属单质也作还原剂,C项,元素由化合态变为游离态,可能被氧化也可能被还原。
答案:D
3.下列说法正确的是( )
A.金属铜一般用电解法进行冶炼
B.铝可用金属钠还原的方法大量生产
C.金属钠一般用电解法进行生产
D.用焦炭还原铁矿石得到的铁是纯铁
,但要用电解法进行电解精炼;铝虽然可用金属钠还原出来,但这样冶炼成本太高,一般使用电解法冶炼;金属钠还原性强,一般还原剂无法将它还原出来,所以使用电解法冶炼、高炉炼铁得到金属铁含有较多杂质。
4.下列有关化工生产的主要设备及尾气的主要成分完全正确的是( )
A.炼铁—电炉—CO、CO2、N2
B.氨气—氧化炉—N2、H2
C.炼钢—转炉—Fe2O3粉尘、CO
D.硫酸—合成塔—SO2、SO3
CO、CO2、N2
氨气—合成塔—N2、H2、NH3
硫酸(SO2→SO3)—接触室—SO2、SO3
5.下列有关金属冶炼的说法中,不正确的是( )
A.用电解熔融氯化钠的方法得到活泼金属钠
B.在加热的情况下利用氢气还原三氧化二铝得到金属铝
C.用铝热反应原理炼得熔点较高的金属铬
D.用热分解法直接加热HgO得到金属Hg
,不能用氢气还原。
6.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
,熔融状态下以分子形式存在,其中缺少自由移动的离子,基本不导电,故不能用电解熔融氯化铝的方法制铝。A不可选。
Na+、Mg2+、Al3+在水溶液中电解时,电子被H+得到,因而电解比氢活泼的金属阳离子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。
7.地壳中铝元素比铜元素含量高很多,但人们冶炼出铜比铝早很多年。合理的解释是( )
A.铜矿较易还原,铝矿很难还原
B.铜矿颜色较深,易发现;铝矿颜色较浅,不易发现
C.矿石在地下埋藏,铜矿最浅,容易开发,铝矿埋得深,难开发
D.铜比铝相对原子质量大
,原因是铜不如铝活泼,金属越活泼,金属离子越难被还原,即越难被冶炼,人类历史上发现利用越晚。
8.把生铁冶炼成碳素钢要解决的主要问题是( ) A.除去生铁中的各种杂质,把生铁提纯
B.适当降低生铁里的含碳量,除去大部分硫、磷等杂质
C.用还原剂把铁的氧化物还原成铁
D.加入合金元素改善生铁性能
,并除去其中的部分杂质。 9.下列叙述正确的是( )
A.金属被人类开发利用的大致年限之所以有先后,主要取决于金属在地壳中的含量多少
B.海水中含有丰富的碘元素,因此碘被称为“海洋元素”
C.高炉炼铁的主要反应原理是碳在高温下直接将氧化铁还原成铁
D.在海水中加入石灰乳可得氢氧化镁沉淀,这是从海水中富集镁的基本方法
,A 错;“海洋元素”是指溴,B 错;
高炉炼铁是用CO 还原Fe 2O 3,C 错;D 对。 10.氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法中不正确的是( ) 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 Fe 3O 4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
3O 4被CO 还原为Fe,转移8 mol e -。 11.下列有关铁、铝的冶炼的说法中,正确的是( ) A.冶金工业中
,金属铁的冶炼主要采用电解法
B.炼铁过程中铁的氧化物被焦炭还原生成单质铁,电解冶炼铝的过程中,阳极生成铝单质,阴极生成氧气
C.炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭、生石灰和空气,电解冶炼铝的原料是氧化铝和冰晶石
D.铁、铝冶炼设备分别是炼铁高炉和铝电解槽
,A 错误;炼铁过程中CO 作为还原剂把铁从其氧化物中还原出来
,冶炼铝的过程中,阳极生成O 2,阴极生成铝单质,B 错误;冶炼铝的原料为Al 2O 3,冰晶石只是作为助熔剂,C 错误。 12.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。
(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(写主要的两
个): 、 。
(2)请再举出使用活泼金属置换法和电解法冶炼金属的例子各一个(用化学方程式表示): ① ; ② 。
解析:铝热法炼铬即属于热还原法又属于活泼金属置换法。从光卤石中炼镁属于电解法。答案:(1)①③③④
Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O
C+2CuO2Cu+CO2↑
(2)①4Al+3MnO23Mn+2Al2O3
②2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑(其他合理答案也可)
13.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a的实验操作是;图示中b加入的试剂是。
(2)试推断物质:B,C,H,F。(填化学式)
(3)写出各步反应的化学方程式:
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是NaOH溶液,操作a是过滤;溶液D为Na2CO3,反应②为Ca(OH)2+Na2CO3CaCO3↓+2N aOH。
答案:(1)过滤Ca(OH)2
(2)NaAlO2Fe2O3CaCO3Al2O3
(3)①Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O
②Na2CO3+Ca(OH)2CaCO3↓+2NaOH
③2Al(OH)3Al2O3+3H2O
④2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
14.废旧硬质合金刀具中含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁,利用电解法可回收WC和Co。工艺流程简图如下:
(1)电解时废旧刀具作阳极,不锈钢作阴极,HCl溶液为电解液。阴极主要的电极反应式为。
(2)净化步骤所得滤饼的主要成分是。回收的洗涤液代替水配制电解液,目的是回收利用其中的。
(3)溶液Ⅰ的主要成分是。洗涤CoC2O4不充分对最终产品纯度并无明显影响,但焙烧时会造成环境污染,原因是
。(4)将Co2O3还原成Co粉的化学反应方程式为。
解析:(1)电解池中阴极发生还原反应,电解质溶液为盐酸,故在阴极上是H+得电子发生还原反应得到氢气。(2)利用流程图知电解后废旧刀具碳化钨已滤出,因此经净化得到的溶液中含有Co2+与Fe2+,加入H2O2后Fe2+被氧化为Fe3+,再加入NH3·H2O后Fe3+形成Fe(OH)3沉淀,Co2+留在溶液中进入后续反应,洗涤滤饼[Fe(OH)3沉淀]的洗涤液中会含有Co2+,因此回收洗涤液的目的是回收利用其中含有的Co2+。(3)草酸铵与CoCl2溶液反应后得到草酸钴沉淀,同时生成NH4Cl,因此溶液Ⅰ中的主要成分是NH4Cl,若对草酸钴洗涤不干净,则沾有NH4Cl,NH4Cl加热时分解为NH3和HCl,因此不会对最终产品纯度有影响,但因产生NH3、HCl会造成环境污染。(4)由流程图知还原Co2O3所用的还原剂是H2,因此可知反应产物为Co和H2O。
答案:(1)2H++2e-H2↑
(2)Fe(OH)3Co2+(或Co)
(3)NH4Cl 焙烧时NH4Cl分解产生NH3和HCl
(4)Co2O3+3H22Co+3H2O
15.已知有关物质的熔、沸点数据如下表:
MgO Al2O3MgCl2AlCl3
熔点/℃2
850
2
072
714 190×105Pa)
沸点/℃3
600
2
980
1 412
请参考表中数据回答问题:
(1)工业上用电解法生产镁,通常是电解MgCl2而不是电解MgO,主要理由是
。(2)工业上用电解法生产铝,通常是电解Al2O3而不是电解AlCl3,主要理由是
。
解析:MgCl2和MgO都是离子化合物,要将它们电解制得金属首先将其熔化,而MgO的熔点太高,将其熔化时需要很大的能源消耗,因而使用熔点较低的MgCl2。虽然Al2O3的熔点很高,但AlCl3易升华(熔点低于沸点),显然属于共价化合物,熔融状态下不能导电,无法被电解。
答案:(1)MgO的熔点高会增加熔融时的能源消耗,因而使用熔点较低的MgCl2生产金属镁
(2)AlCl3属于共价化合物,熔融状态下不能导电,不能被电解