人教版化学高二选修2第三单元课题2金属材料同步练习

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人教版化学高二选修2第三单元课题2金属材料同步练习
一、选择题
1.下列各工业生产中，石灰石、生石灰、熟石灰都不能作为原料的是( )
①炼铁 ②用生铁炼钢 ③从海水中提取镁 ④铝的冶炼 ⑤制水泥 ⑥制玻璃 ⑦制漂白粉 ⑧制硫酸
A．④⑧ B．⑤⑥
C．①②③ D．⑤⑥⑦
答案：A
解析：
解答：炼铁中用石灰石造渣；炼钢中用生石灰造渣；用熟石灰富集海水中的镁；石灰石是制水泥、玻璃的主要原料；熟石灰是制漂白粉的原料。
分析：本题考查化学工业中有关石灰石、生石灰、熟石灰作为原料的问题，熟练掌握相关化学工艺是解题的关键 。
2.铁制自来水管与下列材料做成的水龙头连接，自来水管锈蚀最快的是( )
A．铁水龙头 B．铜水龙头
C．塑料水龙头 D．陶瓷水龙头
答案：B
解析：
解答：铁制水管和铜制水龙头两种材料可以构成原电池的两极，其中铁管作负极，铜作正极，水可作电解质溶液，这样铁发生电化学腐蚀，而其他选项不能构成原电池。
分析：本题考查金属的电化学腐蚀，熟练掌握铁做电极组成的原电池中电极的判断是解题的关键 。
3.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、磷等有害杂质
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
答案：B
解析：
解答：由生铁冶炼成碳素钢就是降低生铁中碳的含量，并除去其中的部分杂质。
分析：本题考查高炉炼铁的化学反应原理，熟练掌握炼铁的目的是解题的关键 。
4.钢铁在锈蚀过程中，下列5种变化可能发生的是( )
①Fe由＋2价转化为＋3价 ②O2被还原 ③产生H2④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·H2O ⑤杂质C被氧化除去
A．①② B．①②③④
C．③④ D．①②④⑤
答案：B
解析：
解答：Fe在被腐蚀时生成Fe2＋，可能被继续氧化成Fe3＋；发生吸氧腐蚀时O2被还原；发生析氢腐蚀时产生H2；其中杂质C不能被氧化。
分析：本题考查钢铁腐蚀的原理和过程，熟练掌握金属腐蚀原理是解题的关键 。
5.下列有关物质的性质和该性质的应用均正确的是( )
A．常温下浓硫酸能使铝发生钝化，可以常温下用铝制贮罐贮运浓硫酸
B．二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器
C．二氧化氯具有还原性，可用于自来水的杀菌消毒
D．铜的金属活泼性比铁的弱，可在海轮外壳上装若干铜块以减缓其腐蚀
答案：A
解析：
解答：SiO2一般不与酸反应，但能被氢氟酸溶解；二氧化氯用于自来水的杀菌消毒，利用了它的氧化性；在海轮外壳上装铜块不能减缓海轮的腐蚀，应装锌块。
分析：本题考查知识点较多，涉及金属铝的钝化、二氧化硅和二氧化氯的性质以及金属的电化腐蚀，题目难度中等。
6.关于钢铁的腐蚀的下列叙述中，正确的是( )
A．吸氧腐蚀时阴极放出氧气
B．析氢腐蚀时阴极放出氢气
C．化学腐蚀速率超过电化学腐蚀速率
D．析氢腐蚀比吸氧腐蚀普通
答案：B
解析：
解答：吸氧腐蚀阴极反应为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，析氢腐蚀需要弱酸性，不如吸氧腐蚀普通；电化学腐蚀比化学腐蚀要快。
分析：本题考查刚铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀反应原理，熟练掌握原电池原理是解题的关键 。
7.下列关于炼铁和炼钢的说法中，错误的是( )
A．炼铁是铁矿石还原的过程
B．炼钢是生铁被氧化的过程
C．炼铁高炉中加入的生石灰是造渣剂
D．炼钢转炉中加入的生石灰是造渣剂
答案：B
解析：
解答：炼钢是降低生铁中含碳量的过程；炼铁和炼钢中加入生石灰均作造渣剂。
分析：本题考查炼铁与炼钢的原理和过程，熟练掌握炼铁和炼钢的原理是解题的关键 。
8.埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，腐蚀最慢的是( )
A．在含铁元素较多的酸性土地中
B．在潮湿疏松的土地中
C．在干燥致密不透气的土地中
D．在含碳粒较多的潮湿透气中性土地中
答案：C
解析：
解答：在干燥密不透风的土地中不含水分和氧气，所以腐蚀应最慢。
分析：本题考查铁的腐蚀速率的比较，熟练掌握铁在不同环境中的反应是解题的关键 。
9.下列各方法中能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是( )
①金属表面涂抹油漆 ②改变金属的内部结构 ③保持金属表面清洁干燥 ④在金属表面进行电镀 ⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜
A．①②③④ B．①③④⑤
C．①②④⑤ D．全部
答案：D
解析：
解答：金属表面涂油漆可以防止与水、O2接触；电镀和表面形成氧化膜均能隔绝空气；减缓腐蚀的方法就是防止空气中的H2O和O2与金属接触。
分析：本题考查金属防护的常用方法，熟练掌握金属防护的常用方法的种类和方法是解题的关键 。
10.在铁制品上镀上一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是( )
A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子
B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子
D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
答案：A
解析：
解答：根据电镀原理，待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液为电镀液。
分析：本题考查电解原理的应用实验，熟练掌握电镀原理和电极反应是解题的关键 。
11.如图所示，各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是( )
A．4>2>1>3 B．2>1>3>4
C．4>2>3>1 D．3>2>4>1
答案：A
解析：
解答：在原电池中，活泼金属为负极，该金属被氧化，不活泼金属便被保护起来，其被腐蚀的速度大大减小，所以装置3中的铁被腐蚀的速率比1中的慢；反之，当铁与比它不活泼的金属，如Sn、Cu等连接起来，则被腐蚀的速率增大，所以容器2中的铁比容器1中的铁腐蚀得快。容器4是一个电镀池，在这里Fe是阳极，不断地以Fe2＋的形式进入容器中，从而加速了铁的腐蚀，在上述四种容器中，容器4中铁的腐蚀过程是最快的。综上分析，铁被腐蚀的快慢顺序为：4>2>1>3。
分析：本题考查金属腐蚀速率的比较，金属的腐蚀，从本质上讲也是组成原电池发生氧化还原反应的结果。
12.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
答案：D
解析：
解答：生铁炼钢是通过氧化还原反应降低生铁中碳的含量，除去一些有害元素(如硫、磷)，并把其他元素(硅、钒、锰、铬等)的含量调控到指定范围的过程，并不是仅除去生铁中的非金属元素，故选D。
分析：本题考查由生铁冶炼得到钢的反应原理，熟练掌握钢铁的冶炼是解题的关键 。
13.下列说法正确的是( )
A．所有不锈钢都只含有金属元素
B．我国流通的硬币材质是金属单质
C．广东正在打捞的明代沉船上存在大量铝制餐具
D．镁合金的硬度和强度均高于纯镁
答案：D
解析：
解答：合金的性能优于它的组分。
分析：本题考查金属与合金在性能上的主要差异，熟练掌握合金的组成和性质是解题的关键 。
14.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、CO D．硫酸—合成塔—SO2、SO3
答案：C
解析：
解答：炼铁—高炉—CO、CO2、N2
氨气—合成塔—N2、H2、NH3
硫酸(SO2→SO3)—接触室—SO2，SO3
分析：本题考查炼铁、炼钢、制取氨气和硫酸的设备和尾气成分的判断，题目难度不大。
15.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
答案：B
解析：
解答：氯化铝是共价化合物，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。
分析：本题考查金属的常见冶炼方法，熟练掌握金属的冶炼原理是解题的关键 。
16.在冶金工业上，均不能用通常化学还原剂制得的金属组是( )
A．Na，Ba，Mg，Al B．Na，K，Zn，Fe
C．Zn，Fe，Cu，Ag D．Mg，Al，Zn，Fe
答案：A
解析：
解答： 金属的冶炼方法，根据金属的活动性归纳如下：
方法名称 冶炼的金属 举例
电解法：K～Al；2Al2O34Al＋3O2↑
还原剂法：Zn～Cu；2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
加热法：Hg、Ag；HgS＋O2Hg＋SO2
因为活泼金属的阳离子氧化性很弱，一般还原剂难以将它还原为金属，所以采用电解法，不活泼金属的阳离子氧化性强，加热时可从化合物内部得电子被还原成单质，所以可用加热法。
分析：本题考查金属的冶炼方法，熟练掌握金属活动性顺序表和金属冶炼原理是解题的关键 。
17.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) 1431
根据平衡移动原理，可推知，用Na与KCl反应制取K的适宜温度是( )
A．97.8℃～770℃ B．770℃～774℃
C．774℃～882.9℃ D．1413℃～1500℃
答案：C
解析：
解答：金属活动性顺序表中，Na排在钾的后面，似乎不能从钾的熔盐中置换出K。但将Na与KCl共熔，其共熔体中Na＋、K＋、Cl－和电子自由移动；如果继续加热，则Na、K、NaCl和KCl中先沸腾者逸出。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。
分析：本题考查金属冶炼的一般原理、化学平衡移动原理，利用化学平衡原理解释实验现象，熟练掌握化学平衡移动原理的医用是解题的关键 。
18.下列关于金属腐蚀的说法不正确的是( )
A．金属在潮湿的空气中腐蚀的实质是：
M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑
B．金属的化学腐蚀的实质是M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂
C．金属的化学腐蚀不一定在酸性条件下进行
D．在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
答案：A
解析：
解答：金属的腐蚀不一定是发生化学腐蚀，在潮湿的空气中被腐蚀时，往往是发生电化学腐蚀，并不一定放出H2。
分析：本题考查金属的化学腐蚀和电化腐蚀原理，熟练掌握原电池原理是解题的关键 。
19.下列事实与电化学腐蚀无关的是( )
A．光亮的自行车钢圈不易生锈
B．黄铜(Cu、Zn合金)制的铜锣不易产生铜绿
C．铜、铝电线一般不连接起来作导线
D．生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈
答案：A
解析：
解答：自行车钢圈外面镀了一层不易发生化学变化的金属，阻止了钢铁与空气的接触，所以不易生锈，与电化学腐蚀无关。
分析：本题考查金属的电化学腐蚀与保护，熟练掌握金属腐蚀的防护是解题的关键 。
20.铁和铁合金是生活中常用的材料，下列说法正确的是( )
A．不锈钢是铁合金，只含金属元素
B．一定条件下，铁粉可与水蒸气反应
C．铁与盐酸反应，铁合金不与盐酸反应
D．在空气中，铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
答案：B
解析：
解答：A项，铁合金中含有非金属元素C，B项：铁粉与水蒸气反应的方程式为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2，C项：铁形成合金后其化学性质不变，铁合金中的铁仍然能与盐酸发生反应，D项，镀锌铁板中金属Zn比Fe活泼，若发生电化学腐蚀，铁被保护，锌被腐蚀。
分析：本题考查铁合金的组成、性质等，熟练掌握合金的概念及其重要应用是解题的关键 。
二．非选择题
21.钢铁工业对促进经济和社会发展起了重要作用。
(1)炼铁高炉分为五部分，铁矿石与高温煤气主要在________部分发生反应，在________分开始生成生铁和炉渣。
答案：炉身|炉腰
(2)炼钢时，除磷的化学方程式为____________________；加入硅、锰和铝的目的是_______________________。
答案：2P＋5FeO＋3CaOCa3(PO4)2＋5Fe|脱氧和调整钢的成分
(3)不锈钢含有的Cr元素是在炼钢过程的氧吹________(填“前”或“后”)加入，原因是______________________。
答案：后|避免Cr被氧化(或“氧吹前加入Cr会形成炉渣被除去”)
(4)炼铁和炼钢生产中，尾气中均含有的主要污染物是________。从环保和经济角度考虑，上述尾气经处理可用作________。
答案：CO|燃料(还原剂)
解析：
解答：(2)炼钢时，P被FeO氧化，生成的P2O5与CaO结合成Ca3(PO4)2而除
去，据此即可写出方程式。
(4)炼铁尾气主要含有N2、CO、CO2等，炼钢尾气主要含有CO、CO2、Fe2O3
粉尘等，共同的主要污染物为CO。
分析：本题考查炼铁和炼钢的反应原理、设备、尾气等，题目难度不大，熟练掌握金属冶炼原理是解题的关键 。
22.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。
答案：Al2O3|碳素材料
(2)氧化铝熔点高达2050℃，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_________________________________________________。
答案：加入冰晶石(Na3AlF6)和少量CaF2
(3)在冶炼过程中，阳极材料需要定期地进行更换，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)。
答案：C＋O2CO2
(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________________________________。
答案：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
解析：
解答：(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。
分析：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，题目难度中等。
23.如图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：
(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀。
答案：电化学
(2)若试管内液面上升，则原溶液呈________性，发生________腐蚀，电极反应式为：负极：____________________，正极：____________________。
答案：弱酸性或中|吸氧|2Fe－4e－===2Fe2＋|O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(3)若试管内液面下降，则原溶液呈________性，发生________腐蚀。电极反应式为，负极：____________________，正极：____________________。
答案：较强的酸|析氢|Fe－2e－===Fe2＋|2H＋＋2e－===H2↑
解析：
解答：根据原电池的构成条件：有两种不同的材料(Fe为负极，碳为正极)，有电解质溶液，形成闭合回路；可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件原理及结果可知：试管内液面上升，说明是试管内压强减小，试管内气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应式；试管内液面下降，说明是试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应式。
分析：本题考查铁的化学腐蚀、原电池的电极判断、电极方程式的书写等，题目难度不大，熟练掌握原电池原理是解题的关键 。
24.某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3＋、Cu2＋、Au3＋等离子。有人设计了图中的工艺流程，利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑，从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜。
填写下面空白。
(1)图中标号处需加入的相应物质分别是①________、②________、③________、④________、⑤________；
答案：①铁屑|②稀硫酸|③稀硝酸|④氢氧化钠|⑤氢氧化钠
(2)写出①处发生反应的离子方程式______________________________________；
写出③处发生反应的化学方程式______________________________________；
答案：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，2Au3＋＋3Fe===2Au＋3Fe2＋|3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
(3)铁红的化学式为________；分别写出铁红和氧化铜在工业上的一种主要用途：铁红________；氧化铜________________。
答案：Fe2O3|用作红色涂料|用作制造铜盐的原料
解析：
解答：由工艺流程图示知，E为铁元素的离子，而A为铜、金的单质，通过过滤将铁元素与活泼性比它弱的铜、金分离出来，因此①处加入的物质为铁屑，发生的反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，2Au3＋＋3Fe===2Au＋3Fe2＋；②处加入稀硫酸以除去铜、金中过量的铁屑，并将过滤后的氯化亚铁溶液与含Fe2＋的E溶液相混合；③处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开；④处将得到的铜离子用氢氧化钠转化为氢氧化铜沉淀，从而再受热分解得到氧化铜；⑤处加入氢氧化钠将亚铁离子转化为氢氧化亚铁沉淀，再利用空气将其转化为氢氧化铁沉淀，最终受热分解得到铁红(氧化铁)。
分析：本题考查无机物的推断、金属的回收、离子方程式的书写等，题目难度中等，熟练掌握无机物质的相互转化关系是解题的关键 。
25.防止钢铁的腐蚀是世界级难题，每年全世界钢产量的四分之一因腐蚀而损失
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为______________________________________、______________________________________。
答案：负极：2Fe－4e－===2Fe2＋|正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(2)为降低某水库的铁闸门的被腐蚀速率，可以采用图甲方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________。
A．铜 B．钠
C．锌 D．石墨
答案：C
(3)图乙所示方案也可降低铁闸门的被腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。
答案：负
解析：
解答：(1)发生吸氧腐蚀时，Fe为负极：Fe－2e－===Fe2＋而腐蚀；正极上：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。(2)铁闸门上连接一块比铁更活泼的金属如锌就可由锌失去电子被腐蚀而把Fe保护起来。(3)属外接电流的阴极保护法，需把被保护的物件(闸门)与电源的负极相连接。
分析：本题考查铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀、原电池的电极方程式的书写等，熟练掌握金属的电化腐蚀是解题的关键 。
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