专题4.1.1金属矿物的开发利用-试题同步练习2017-2018学年高一化学人教版（必修2）（解析版）

第四章 化学与自然资源的开发利用
第一节 开发利用金属矿物和海水资源
第1课时　金属矿物的开发利用
一、金属的冶炼
1．金属在自然界中存在的形态
除了____、____等极少数金属以外，绝大多数金属以____________的形式存在于自然界。在这些金属化合物中，金属元素都显____化合价。
2．金属冶炼的原理
金属的冶炼是利用________________________原理，在一定条件下，使金属离子________电子被还原成________________，从而获得金属单质。即：Mn++ne?===M。
3．金属的冶炼方法
(1)热分解法：适用于金属活动性顺序表中____及其以后的金属。
2HgO____________；2Ag2O__________。
(2)热还原法：适用于金属活动性顺序表中____、____之间的金属。
Fe2O3+3CO_____________________________________________________________；
WO3+3H2______________________________________________________________；
Cr2O3+2Al_____________________________________________________________。
(3)电解法：适用于金属活动性顺序表中________及其以前的金属。
2Al2O3(熔融)________________________ _____________________________________；
2NaCl(熔融)_____________________________________________________________。
【特别提醒】①电解熔融的NaCl和电解NaCl溶液的产物不同。
②工业上冶炼镁是电解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔点比MgCl2的高，冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电。
二、金属矿物的开发利用
1．合理开发利用金属资源
金属的冶炼需要消耗大量的资源和能源，还会造成环境污染，地球上的金属资源是有限的，是不可再生的，因此金属资源应__________________________。
2．有效利用金属资源的途径
(1)提高金属的利用率，减少金属的使用量；
(2)加强金属资源的回收和再利用；
(3)使用其他材料代替金属材料。
【答案】一、1．金　铂　化合物　正
2．氧化还原反应　得到　金属原子
3．(1)Hg　2Hg+O2↑　4Ag+O2↑
(2)Zn　Cu　2Fe+3CO2　W+3H2O　Al2O3+2Cr
(3)Al　4Al+3O2↑　2Na+Cl2↑
二、1．合理地开发利用
一、金属冶炼的原理与方法
1．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
金属的活动性顺序
K、Ca、Na、Mg、Al
Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu
Hg、Ag
Pt、Au
金属原子失电子能力
强→弱
金属离子得电子能力
弱→强
主要冶炼方法
电解法
热还原法
热分
解法
物理方法
2．常用的热还原法
二、铝热反应
1．铝热反应的概念与特点
(1)概念：铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应。
(2)原理：Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来。
(3)铝热剂：铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物。
(4)反应特点：
①在高温下进行。
②反应迅速并放出大量的热。
③新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离。
(5)应用：冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等。
2．铝热反应实验
实验操作
实验现象
(1)镁条剧烈燃烧；
(2)氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应；
(3)反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；
(4)纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。
实验结论
在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热
典例1 (福建师大附中2017-2018学年高一期末考试)下列冶炼金属的原理正确的是
A．电解食盐水制备金属钠
B．电解氯化铝制备金属铝
C．用MgO与CO热还原法制备单质镁
D．加热分解Ag2O制备金属银
【答案】D
【解析】A．Na是活泼金属，如果电解饱和食盐水，阴极上氢离子放电生成氢气，得不到钠，应该电解熔融氯化钠冶炼，选项A错误；B、氯化铝是共价化合物不能导电，工业上是电解熔融的氧化铝制备铝，选项B错误；C、镁的还原性强于碳，不能用MgO与CO热还原法制备单质镁，选项C错误；D、金属活动顺序表中排在铜后面的金属氧化物不稳定受热分解产生金属单质，故加热分解Ag2O制备金属银，选项D正确。答案选D。
典例2 某研究性学习小组对铝热反应实验展开研究，对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。已知Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔、沸点数据如下表：
物质
Al
Al2O3
Fe
Fe2O3
熔点/℃
660
2 054
1 535
1 565
沸点/℃
2 467
2 980
2 750
……
(1)某同学推测，铝热反应所得到的熔融物可能是铁铝合金。理由是_______________________。
(2)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验用的试剂是________，反应的离子方程式是_______________。
(3)实验室欲溶解该熔融物，下列试剂中最好选用________(填字母)。
A．浓硫酸 B．稀硫酸 C．稀硝酸 D．浓硝酸 E．氢氧化钠溶液
【答案】(1)铝热反应放出大量的热，能使铁熔化，而铝的熔点比铁低，故熔融物可能是液态的铁铝熔合形成的合金
(2)NaOH溶液　2Al+2H2O+2OH?===2+3H2↑
(3)B
【解析】(1)根据表中所列熔点数据，可知铝的熔点低于铁的熔点，故当铁熔化时，适当的铝与铁熔合在一起形成铝铁合金。
(2)要证明铁铝合金中有铝，选择NaOH溶液。
(3)要溶解铁铝合金，选择稀H2SO4为宜，因为浓H2SO4、浓HNO3使Fe、Al钝化，与稀HNO3的反应产生氮氧化物污染环境，NaOH溶液不溶解铁。
K基础
1．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。如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．金属的活动性强弱
2．下列说法错误的是
A．对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用
B．提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步
C．活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液
D．热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等
3．(湖南省衡阳县2018届高三第一学期期末考试)唐朝诗人刘禹锡的《浪淘沙》“美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来”从中可以得出古人从沙子中得到黄金的方法为
A．热还原法 B．热分解法 C．重力沉降法 D．电解法
4．下列冶炼方法中，不能将化合物中的金属元素还原为金属单质的是
A．加热Al2O3 B．加热HgO
C．电解熔融NaCl D．铝粉和Fe2O3共热
5．下列对铝热反应的说法错误的是
A．铝热剂中还原剂是铝粉
B．铝热剂是纯净物
C．铝与Fe2O3可组成铝热剂
D．铝热反应是放热反应
6．(吉林省扶余市第一中学2017-2018学年高二上学期期末考试)下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是
A．2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
B．2Ag2O4Ag+O2↑
C．Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
D．Al2O3+3C2Al+3CO↑
7．下列各组物质中，均能使Fe2O3还原成单质铁的是
A．CO、O2、H2 B．CO、CO2、C
C．CO2、H2O、O2 D．Al、C、H2
8．下列说法不正确的是
A．自然界中不存在游离态的金属单质
B．金属活泼性不同，冶炼方法也有所不同
C．地球上金属矿物资源是有限的，因此，应提高金属矿物的利用率
D．废旧金属的回收利用，有利于环境保护
9．(北京四中2017-2018学年上学期高一年级期末考试)下列冶炼金属的方法错误的是
A．加热分解HgO制金属Hg
B．高温下用CO还原赤铁矿炼铁
C．电解NaCl溶液制金属Na
D．Fe和CuSO4溶液湿法炼铜
10．冶炼金属常用以下几种方法：
①以C、CO或H2做还原剂的热还原法
②利用铝热反应原理还原的铝热法
③电解法
④热分解法
下列金属各采用哪种方法还原最佳(用序号填写下列空白)：
(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属________。
(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属________。
(3)Hg、Ag等不活泼金属________。
(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属________。
11．铁是地壳中含量很丰富的元素， 金属铁是在高炉中冶炼的，在冶金工业中，常用焦炭来冶炼铁。
(1)写出焦炭在高炉中所参与的两个反应的化学方程式：___________________________。
(2)写出赤铁矿被CO还原成铁的化学方程式：__________________________。
(3)实验室中可用CO还原Fe2O3，在加热Fe2O3前应________，直到无________现象时才能点燃酒精灯加热，否则可能发生________现象，未反应完全的CO________(填“能”或“不能”)排放到大气中，应做________处理。
K能力
12．下列说法中，不正确的是
A．金属的冶炼，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来
B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂
C．金属由化合态变为游离态，都是被还原
D．金属单质被发现和应用得越早，其活动性一般越弱
13．(福建省泉州市泉港区第一中学2017-2018学年高一年级期末考试)下列说法错误的是
A．电解NaCl溶液和电解熔融的NaC1均可制备金属钠.
B．电解熔融氯化镁制金属镁
C．氧化铁与一氧化碳高温反应炼铁
D．工业上常用氢气在氯气中燃烧的方法制取盐酸
14．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NaCl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
15．用铝热法还原下列化合物，若获得金属各1 mol，消耗铝最少的是
A．MnO2 B．Cr2O3 C．WO3 D．CuO
16．(河南省周口市2017-2018学年高一期末考试)据《天工开物》记载我国古代以炉甘石(主要成分是ZnCO3)来升炼倭铅(即锌)，其原理如图2。已知锌的熔点420℃、沸点906℃。则下列说法不正确的是
A．升炼佞铅过程包含氧化还原反应
B．“锌火”是锌蒸气和-氧化碳在空气的燃烧
C．“泥封”的目的是为了防止得到的锌被氧化
D．冶炼时锌变为蒸气在兜室冷凝为固体
17．钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁储量居世界首位。含Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制备TiO2流程如下：
(1)步骤①加Fe的目的是______________________________________________________；步骤②冷却的目的是_____________________________________________________。
(2)上述制备TiO2的过程中，可以利用的副产物是__________；考虑成本和废物综合利用因素，水浸后废液中应加入______处理。
(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti)，涉及到的步骤为：
反应TiCl4+2Mg===2MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的理由是________________________。
18．粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验：
①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；
②另取20 g A全部溶于0.15 L 6.0 mol·L?1盐酸中，得溶液C；
③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12 L(标准状况)气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B。
④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。
请填空：
(1)①引发铝热反应的实验操作是________________________，产物中单质B是________。
(2)②中所发生的各反应的化学方程式有_______________________________。
(3)③中所发生的各反应的离子方程式有_______________________________。
K真题
19．(2017·上海卷)在金属活动顺序表中，一般常用电解法冶炼的金属是
A．钾、钠、铝等最活泼金属
B．锌，铁等中等活泼性的金属
C．常温下呈液态的金属
D．金、铂等最贵重最不活泼的金属
1．【答案】D
2．【答案】C
【解析】活泼金属的冶炼是电解其熔融盐(如MgCl2、NaCl等)或熔融氧化物(如Al2O3等)制得的，电解其盐溶液得不到金属单质，C错误。
3．【答案】C
4．【答案】A
【解析】金属钠是活泼金属，用电解法制取；汞用加热HgO制取；加热Al2O3难以分解；铝粉和Fe2O3组成铝热剂，可将Fe2O3中的铁还原成单质。
5．【答案】B
【解析】Al和Fe2O3可组成铝热剂，属于混合物，其中铝作还原剂，铝热反应是放热反应。
6．【答案】D
【解析】A 、Na很活泼，所以只能电解熔融的NaCl得到Na单质，电解法已经在工业上实现，A正确；B、Ag不活泼，故可以加热分解其氧化物得到单质，此法在古代就已经实现，B正确；C、利用CO的强还原性可以将活泼性一般的金属从其氧化物中还原出来，现代工业炼铁采取的就是这种方法，C正确；D、Al是很活泼的金属，要得到铝单质，现在工业上主要是采用电解熔融的氧化铝，C的还原性比Al的还原性要小，故工业上不可能采用用碳还原氧化铝的方法制取铝单质，D错误。正确答案为D。
7．【答案】D
【解析】Fe是化学性质较活泼的金属，用强还原剂(如Al、C、H2、CO等)在一定条件下都能把铁从其氧化物中还原出来。
8．【答案】A
【解析】自然界中很不活泼的金属如Au、Pt可存在游离态。
9．【答案】C
【解析】A．Hg是不活泼的金属，加热分解HgO制金属Hg，A正确；B．高温下用CO还原赤铁矿炼铁，B正确；C．电解熔融的氯化钠制金属Na，C错误；D．Fe和硫酸铜溶液发生置换反应生成铜，属于湿法炼铜，D正确，答案选C。
10．【答案】(1)①　(2)③　(3)④　(4)②
【解析】非常活泼的金属，如Na、Mg、Al用电解法冶炼，不活泼的金属，如Hg、Ag用热分解法冶炼，较活泼的金属，如Fe、Zn、Cu用热还原法冶炼，难熔金属如V、Cr、Mn、W等用铝热反应冶炼。
11．【答案】(1)C+O2CO2，C+CO22CO
(2)3CO+Fe2O32Fe+3CO2
(3)验纯　爆鸣　爆炸　不能　点燃
12．【答案】B
【解析】金属的冶炼是将金属化合物转化为金属单质，A项正确；有的金属化合物在发生氧化还原反应冶炼金属时，自身既作氧化剂又作还原剂，不需要另加还原剂，如HgO，B项错误；金属元素在化合物中一定显正价，当变成金属单质后，化合价就变为0，所以是被还原，C项正确；金属被发现和应用得早，说明该金属越容易被还原，从而也说明金属的活动性越弱，D项正确。
13．【答案】A
【解析】A．电解NaCl溶液生成NaOH、H2和Cl2，电解熔融的NaC1生成Na和Cl2，所以电解NaCl溶液不能制得金属钠，故A错误；B.电解熔融氯化镁生成金属Mg和Cl2，故B正确；C.氧化铁与一氧化碳在高温下发生反应Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，可以用于冶炼金属铁，故C正确；D.氢气在氯气中燃烧生成HCl，工业上常用此方法制取盐酸，故D正确；答案选A。
14．【答案】C
【解析】Fe3O4中3个Fe共显+8价，故1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移8 mol e?，C项错误。
15．【答案】D
【解析】制备1 mol金属，根据氧化还原反应中得失电子数相等的原理，金属离子得电子数越多，需要铝的质量越大。而生成1 mol金属，该金属在化合物中化合价越高，则消耗铝越多；反之则越少。在这四种化合物中只有D项中Cu的化合价最低，故选D。
16．【答案】D
【解析】“升炼倭铅”的反应：ZnCO3CO2↑+ZnO、CO2+C2CO、ZnO+COZn(g)+CO2，则A．有电子转移的反应是氧化还原反应，根据以上分析知CO2+C2CO、ZnO+COZn(g)+CO2为氧化还原反应，A正确；B．“锌火”是未反应完的CO和Zn蒸气从“兜室”逸出燃烧，B正确；C．Zn易被空气氧化，为防止Zn被氧化而用“泥封”隔绝空气，C正确；D．反应区温度达到1100～1300℃，Zn变为蒸气与杂质分离，在“兜室”冷凝为液体流出(冷凝区温度高于Zn的熔点)，D错误；答案选D。
17．【答案】(1)将Fe3+还原为Fe2+　析出绿矾(FeSO4·7H2O)
(2)绿矾(FeSO4·7H2O)　生石灰(或碳酸钙、废碱)
(3)防止高温下镁或钛与O2、N2等反应
18．【答案】(1)加少量KClO3，插上镁带并将其点燃　Fe
(2)Fe2O3+6HCl===2FeCl3+3H2O、MgO+2HCl===MgCl2+H2O
(3)Fe+2H+===Fe2++H2↑、Fe+2Fe3+===3Fe2+
【解析】MgO不能与铝发生置换反应，所以①发生的反应是Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3。②中发生的反应是Fe2O3+6HCl===2FeCl3+3H2O，MgO+2HCl===MgCl2+H2O。③中发生的反应是Fe+2FeCl3===
3FeCl2，Fe+2HCl===FeCl2+H2↑。④中加入KSCN溶液不变色，说明Fe3+完全被还原为Fe2+，溶液D为MgCl2、FeCl2的混合液。
19．【答案】A
【解析】A．钾、钠、铝等最活泼金属一般采用电解法冶炼，故A正确；B．锌，铁等中等活泼性的金属一般采用热还原法冶炼，故B错误；C．常温下呈液态的金属是汞，一般采用加热分解氧化物的方法冶炼，故C错误；D．金、铂等最贵重最不活泼的金属在自然界存在游离态，可以通过物理方法提炼，故D错误；故选A。