【新教材】高考化学复习 考点9 金属材料金属矿物资源的开发利用练习

新教材适用高考化学考点9金属材料金属矿物资源的开发利用1(2015江苏化学，8)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SiCl4SiBMg(OH)2MgCl2(aq)MgCFe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3DAgNO3(aq)Ag(NH3)2OH(aq)Ag2(2015福建理综，24)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SiCl4AlCl3FeCl3FeCl2沸点/57.6180(升华)300(升华)1 023步骤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)。步骤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_。已知：Al2O3(s)3C(s)=2Al(s)3CO(g)H11 344.1 kJmol12AlCl3(g)=2Al(s)3Cl2(g)H21 169.2 kJmol1由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为_。步骤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_。结合流程及相关数据分析，步骤中加入铝粉的目的是_。1(2013山东理综，28(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是(双选)()AFe2O3 BNaCl CCu2S DAl2O32(2014山东理综，30(3)(1)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有(双选)()AKCl B. KClO3 CMnO2 DMg(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)。3(2014浙江理综，26)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10.80 g X在惰性气流中加热至完全分解，得到6.40 g 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_。4(2013上海化学，26)用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。如：2Al4BaO3BaBaOAl2O3常温下Al的金属性比Ba的金属性_(选填“强”“弱”)。利用上述方法可制取Ba的主要原因是_。A高温时Al的活泼性大于BaB高温有利于BaO分解C高温时BaOAl2O3比Al2O3稳定DBa的沸点比Al的低5(2013课标全国，27)锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6CxLixe=LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。回答下列问题：(1)LiCoO2中，Co元素的化合价为_。(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式_。(3)“酸浸”一般在80 下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式_；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是_。(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式_。(5)充放电过程中，发生LiCoO2与Li1xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式_。(6)上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是_。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有_(填化学式)。6(2013课标全国，27)氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌含有Fe()、Mn()、Ni()等杂质的流程如下：工业ZnO浸出液滤液滤液滤饼ZnO提示：在本实验条件下，Ni()不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。回答下列问题：(1)反应中除掉的杂质离子是_，发生反应的离子方程式为_；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是_。(2)反应的反应类型为_，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有_。(3)反应形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是_。(4)反应中产物的成分可能是ZnCO3xZn(OH)2，取干燥后的滤饼11.2 g，煅烧后可得到产品8.1 g，则x等于_。7(2013重庆理综，8)合金是建筑航空母舰的主体材料。(1)航母升降机可由铝合金制造。铝元素在周期表中的位置是_，工业炼铝的原料由铝土矿提取而得，提取过程中通入的气体为_。AlMg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜，其化学方程式为_。焊接过程中使用的保护气为_(填化学式)。(2)航母舰体材料为合金钢。舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为_。航母用钢可由低硅生铁冶炼而成，则在炼铁过程中为降低硅含量需加入的物质为_。(3)航母螺旋桨主要用铜合金制造。80.0 g CuAl合金用酸完全溶解后，加入过量氨水，过滤得到白色沉淀39.0 g，则合金中Cu的质量分数为_。为分析某铜合金的成分，用酸将其完全溶解后，用NaOH溶液调节pH，当pH3.4时开始出现沉淀，分别在pH为7.0、8.0时过滤沉淀。结合下图信息推断该合金中除铜外一定含有_。1(2015北京西城区期末，6)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2(2015江苏徐州调研，1)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3(2015广东东莞调研，1)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()AC BFe CCu DAl4(2015上海长宁区期末，3)高炉炼铁过程中既被氧化又被还原的元素是()A铁 B氮 C氧 D碳5(2015山东枣庄质检，4)热分解法、热还原法、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AK、NaBCa、CuCFe、MgDAl、Hg6.(2014河北石家庄调研，3)从海水中提取镁的工艺流程可表示如下：贝壳石灰乳,海水母液Mg(OH)2MgCl26H2OMgCl2Mg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步骤电解MgCl2时阴极产生氯气C步骤可将晶体置于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7(2015云南大理期末，2)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8(2015江西五校二次联考，14)拟晶Al65Cu23Fe12具有合金的某些优良物理性能，将相同质量的此拟晶分别与足量的盐酸、烧碱和稀硝酸反应，产生气体物质的量关系为()An(盐酸)n(稀硝酸)n(烧碱)Bn(烧碱)n(盐酸)n(稀硝酸) Cn(烧碱)n(稀硝酸)n(盐酸)Dn(稀硝酸)n(烧碱)n(盐酸) 9(2015广西南宁期末，11)镁可用于生产金属钛，主要步骤有：在高温下，向金红石(主要成分为TiO2)与焦炭的混合物中通入Cl2，得到TiCl4和一种可燃性气体M；在N气体氛围和加热条件下，用镁与TiCl4反应可得到钛。下列分析正确的是()AM可能是四氯化碳BN可能是氮气C反应属于置换反应D反应中消耗1 mol碳，即生成22.4 L M气体10(2015杭州期末，14)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()AX试剂可能是葡萄糖BZ试剂为CO2C由固体2经一步反应可制取金属2D工业上用固体3经一步反应制取金属311(2015河北衡水调研，15)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/mg255385459盐酸体积/mL303030生成气体体积(标况)/mL280336336A.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11D盐酸的物质的量浓度为3.0 molL112(2014乌鲁木齐一次诊断，17)根据Fe3AgFe2Ag，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 bc(Fe3)减小cc(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：过程I中反应的离子方程式是_。过程中加入的试剂可以是_。过程中发生反应的离子方程式为_。13(2014北京西城区期末，19)黄铜矿主要成分是二硫化亚铁铜(CuFeS2)。黄铜矿经熔炼、煅烧后得到粗铜和炉渣。冶炼过程的主要反应有：2CuFeS2O2Cu2S2FeSSO2Cu2SO22CuSO2(1)二硫化亚铁铜也可以表示为CuSFeS，其中硫元素的化合价是_。(2)反应中还原剂是_。(3)某校学习小组用炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3等)制备铁红，进行如下实验。炉渣碱浸时反应的离子方程式是_、_。滤渣1中加入硫酸并通入氧气可使FeO转化为Fe3，该反应的离子方程式是_。为检验铁元素是否被氧化完全，应进行的实验是：取少量滤液2于试管中，_。14(2014广东肇庆一模，32)为探索工业含铝、铁、铜合金废料的再利用，甲同学设计的实验方案如下：请回答：(1)绿矾的化学式为_。(2)写出反应的化学方程式_，反应生成沉淀的离子方程式_。(3)为了检测滤液D中含有的金属离子，可设计实验方案为(试剂自选)：_。(4)在滤渣B中滴加稀硫酸时，发现反应速率比一般的铁粉反应要快，其原因是_。(5)若考虑绿色化学工艺，在滤渣E中加入稀硫酸和试剂Y制胆矾晶体，试剂Y为无色液体，则反应的总化学方程式为_；若不考虑绿色化学工艺，所选试剂Y为1 molL1的硝酸，欲使3 mol Cu全部溶解且溶液中含铜元素的溶质仅为CuSO4，则需该硝酸的体积为_L。15(2015湖南长沙质检，20)金属镁和镁合金在航空、汽车制造和电子工业等领域具有广泛的用途，金属镁的冶炼有多种方法，其中之一为皮江法。该方法是以白云石(CaCO3MgCO3)为原料，经高温煅烧生成氧化物(CaOMgO)，氧化物在还原炉中经1 200真空条件下用硅铁还原生成镁蒸气(铁在反应前后化合价不变)，镁蒸气经冷凝器冷凝为粗镁，粗镁再经精炼、铸锭得到成品金属镁。反应工艺流程如图所示：(1)在冶炼过程中反应温度对生成金属镁的影响如图，从图中分析，还原反应的反应热H_(填“”或“”)0，理由是_。(2)工业上，另一种冶炼镁的原理是MgCO3MgOCO2，MgOCCl2MgCl2CO，电解氯化镁。工业上不直接电解氧化镁的原因是_。(3)另外也可以海水为原料来冶炼金属镁，已知298 K时，Mg(OH)2的溶度积常数Ksp5.61012，如果在海水结晶的母液中，加入一定量的烧碱达到沉淀溶解平衡，测得pH13.00，则此温度下残留在溶液中的c(Mg2)_mol/L。题型集训9金属材料金属矿物资源的开发利用【三年高考真题演练】2015年高考真题1AB项，电解熔融的MgCl2可制得镁，电解MgCl2溶液：MgCl22H2OMg(OH)2H2Cl2，错误；C项，FeCl3溶液蒸干过程中发生反应：FeCl33H2OFe(OH)33HCl，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：Al33H2OAl(OH)3(胶体)3H；(2)步骤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。根据物质的组成元素可知：若步骤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。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)H174.9 kJ/mol；步骤经冷却至室温后，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。Al的活动性强于Fe，在步骤中加入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)Al33H2OAl(OH)3(胶体)3H(2)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Fe或铁Al2O3(s)3C(s)3Cl2(g)=2AlCl3(g)3CO(g)H174.9 kJ/molNaCl、NaClO、NaClO3除去FeCl3，提高AlCl3纯度两年经典高考真题1BDNa、K、Mg、Al等活泼金属的冶炼均采用电解法，Fe、Cu的冶炼采用热还原法。2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2Fe3Fe=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Fe2O36H=2Fe33H2O、Fe2Fe3=3Fe2(或只写Fe2Fe3=3Fe2)3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)mol0.1 mol，设CaCO3、FeCO3为x mol、y mol，列方程组解得xy0.05可以判定，该矿物盐化学式为CaCO3FeCO3或写为CaFe(CO3)2。(3)Fe(OH)2具有还原性，易被空气中O2氧化为红褐色Fe(OH)3。(4)根据要求：固体1中的FeO具有还原性，它可与CO2发生氧化还原反应，生成Fe2O3和CO。(其他合理答案也对)答案(1)C(2)CaFe(CO3)2CaFe(CO3)2CaOFeO2CO2(3)4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3(4)2FeOCO2Fe2O3CO检测Fe2O3：将固体用稀盐酸溶解，加入KSCN溶液若显红色，表明产物中有Fe()检测CO：将气体通过灼热CuO，黑色固体变为红色4弱D5解析(1)LiCoO2中，Li为1价，O为2价，根据化合物中各元素化合价代数和为零可计算出Co的化合价为3价。(2)“正极碱浸”时，其中的铝箔可与NaOH溶液反应，离子方程式为2Al2OH6H2O=Al(OH)43H2或2Al2OH2H2O=2AlO3H2。(3)从工艺流程图知，“酸浸”后LiCoO2中3价的Co转化为CoSO4，化合价降低，可推知H2O2中氧元素化合价升高，转化为O2，故可写出反应的化学方程式为2LiCoO23H2SO4H2O2Li2SO42CoSO4O24H2O，H2O2不稳定，会发生分解反应：2H2O22H2OO2；LiCoO2能将H2O2氧化生成O2，说明LiCoO2的氧化性比H2O2还强，故用盐酸代替混合液时，LiCoO2会将HCl中1价的氯氧化生成Cl2，污染空气。(4)观察工艺流程图可写出“沉钴”过程中反应的化学方程式：CoSO42NH4HCO3=CoCO3(NH4)2SO4CO2H2O。(5)依题意可写出充电时，电池正极的电极反应式为LiCoO2xe=Li1xCoO2xLi，与题给负极反应式相加即得充电时总反应：LiCoO26CLixC6Li1xCoO2，其逆反应就是电池放电的总反应。(6)电池放电时，Li从负极中脱出，经由电解质向正极移动生成正极材料LiCoO2，故“放电处理”有利于锂在正极的回收；观察整个回收工艺流程图，可知可回收到的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3和Li2SO4。答案(1)3(2)2Al2OH6H2O=2Al(OH)43H2(或2Al2OH2H2O=2AlO3H2)(3)2LiCoO23H2SO4H2O2Li2SO42CoSO4O24H2O2H2O22H2OO2有氯气生成，污染较大(4)CoSO42NH4HCO3=CoCO3(NH4)2SO4H2OCO2(5)Li1xCoO2LixC6=LiCoO26C(6)Li从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中Al(OH)3、CoCO3、Li2SO46解析(1)在反应中，高锰酸钾能将溶液的Fe2氧化为Fe3，将Mn2氧化为MnO2，通过调节溶液的pH而除去；若开始溶液的pH过低，Fe3、Mn2将很难生成沉淀。(2)在第一次滤液中含有的阳离子有Zn2、Ni2、H等，加入锌后可将Ni置换出来，与H反应置换出H2来；故在滤渣中还含有金属镍。(3)反应中生成的沉淀为ZnCO3，同时得到Na2SO4，故若沉淀未洗涤干净，洗涤液中应含有SO，故只要对洗涤液中是否含有SO进行检验即可。(4)根据关系式ZnCO3xZn(OH)2(x1)ZnO，可得，故x1。答案(1)Fe2和Mn2MnO3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H、2MnO3Mn22H2O=5MnO24H铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质(2)置换反应镍(3)取少量水洗液于试管中，滴入12滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净(4)17解析(1)开始，向铝土矿中加入足量的NaOH溶液，过滤，得到NaAlO2溶液，然后通入过量CO2气体，得到Al(OH)3沉淀，Al(OH)3加热分解得Al2O3。Al2O3是两性氧化物，能和NaOH溶液反应；焊接时，应选用稀有气体作为保护气，而不选用N2，因为Mg和N2反应生成Mg3N2。(2)海水酸性较弱，所以舰体主要发生吸氧腐蚀。CaCO3CaOCO2，CaOSiO2CaSiO3，所以应加入CaCO3或CaO降低硅含量。(3)AlAl3Al(OH)3 0.5 mol 0.5 molCu的质量分数为100%83.1%。溶解铜合金的酸应为HNO3，根据在pH3.4时开始出现沉淀，说明合金中一定不含铁，一定含铝；在pH7.0时，过滤出的沉淀为Cu(OH)2、Al(OH)3，在pH8.0时，过滤出的沉淀为Ni(OH)2，所以铜合金中还一定含有Ni。答案(1)第三周期第A族CO2Al2O32NaOH=2NaAlO2H2OAr(其他合理答案均可)(2)吸氧腐蚀CaCO3或CaO(3)83.1%Al、Ni【两年模拟试题精练】1DA项，常温下，浓硝酸使铁钝化，故可用铁制容器盛装浓硝酸；B项，合金的硬度一般大于它的成分金属，这是合金的特性之一；C项，工业上用电解法冶炼钠、镁、铝等活泼金属；D项，钢闸门与电源负极相连以防止其在海水中被腐蚀，这是外加电流的阴极保护法。2B合金的性质与其组分金属的性质不完全相同，如硬度、强度更大，熔点更低等，A正确；因AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，冶炼铝应用电解熔融Al2O3的方法，B错误；金属冶炼就是把金属阳离子还原为金属原子，越活泼的金属，其阳离子的氧化性越弱，越难被还原，C、D正确。3D利用铝热反应，Al常作还原剂冶炼其他金属。4D高炉炼铁过程中，碳与氧气反应生成二氧化碳，二氧化碳在高温下再与碳反应生成还原剂一氧化碳。CO与铁矿石反应又生成CO2，碳元素既被氧化又被还原。5AK、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属应使用电解法，Cu、Fe等金属应使用热还原法，Hg、Ag等不活泼金属应使用热分解法。6B电解MgCl2时阳极产生Cl2。7B电解法制取金属钠时，需要电解熔融的NaCl，而不是其溶液，A项错误；镁的还原性很强，不能用热还原法来制取，而应用电解熔融氯化镁的方法，C项错误；熔融的氯化铝不导电，故不能电解其熔融物制取金属铝，而应电解熔融的氧化铝，D项错误。8D可将1 mol Al65Cu23Fe12看作65 mol铝、23 mol铜、12 mol铁组成的混合物，只有铝与烧碱反应放出氢气，氢气的物质的量是65 mol3/297.5 mol；与盐酸反应时，铝和铁都反应，放出氢气的物质的量是65 mol3/212 mol109.5 mol；与稀硝酸反应时三种金属都溶解放出NO气体，放出NO的物质的量是65 mol23 mol2/312 mol92.3 mol；所以产生气体物质的量关系为n(稀硝酸)n(烧碱)0。(2)电解法冶炼金属，其原料必须满足两个条件，第一个条件必须是离子化合物；第二个条件是熔点较低。(3)298 K下，c(OH)0.1 mol/L，Kspc(Mg2)c2(OH)，代入数据，解得c(Mg2)5.61010 mol/L。答案(1)升高温度，Mg的产率增大，平衡向正反应方向移动，说明正反应为吸热反应(2)氧化镁熔点高于氯化镁，电解氧化镁消耗电能多，生产成本高(3)5.61010