練案[8]第8講金屬材料與金屬礦物的開發(fā)利用一、選擇題：本題共10小題，每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求。1．(2022·浙江1月選考，4)下列物質(zhì)對應(yīng)的化學(xué)式不正確的是(B)A．氯仿：CHCl3B．黃銅礦的主要成分：Cu2SC．芒硝：Na2SO4·10H2OD．鋁土礦的主要成分：Al2O3[解析]黃銅礦的主要成分是CuFeS2。2．(2022·廣東，1)中華文明源遠(yuǎn)流長，在世界文明中獨(dú)樹一幟，漢字居功至偉。隨著時(shí)代發(fā)展，漢字被不斷賦予新的文化內(nèi)涵，其載體也發(fā)生相應(yīng)變化。下列漢字載體主要由合金材料制成的是(B)漢字載體選項(xiàng)A.獸骨B.青銅器C.紙張D.液晶顯示屏[解析]獸骨的主要成分為無機(jī)礦物和有機(jī)質(zhì)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；青銅器中含有銅、錫、鉛等金屬，是合金材料，B項(xiàng)正確；紙張的主要成分為纖維素，C項(xiàng)錯(cuò)誤；液晶顯示屏的材料比較復(fù)雜，但一定不是合金，D項(xiàng)錯(cuò)誤。3．(2021·河北，1)“灌鋼法”是我國古代勞動人民對鋼鐵冶煉技術(shù)的重大貢獻(xiàn)，陶弘景在其《本草經(jīng)集注》中提到“鋼鐵是雜煉生钅柔作刀鐮者”。“灌鋼法”主要是將生鐵和熟鐵(含碳量約0.1%)混合加熱，生鐵熔化灌入熟鐵，再鍛打成鋼。下列說法錯(cuò)誤的是(C)A．鋼是以鐵為主的含碳合金B(yǎng)．鋼的含碳量越高，硬度和脆性越大C．生鐵由于含碳量高，熔點(diǎn)比熟鐵高D．冶煉鐵的原料之一赤鐵礦的主要成分為Fe2O3[解析]鋼和生鐵均屬于鐵碳合金，鋼中的含碳量低、生鐵中的含碳量高，鐵合金的硬度和脆性隨含碳量增大而增大，A、B兩項(xiàng)說法均正確；合金的熔點(diǎn)通常比各組分的熔點(diǎn)低，C項(xiàng)說法錯(cuò)誤；赤鐵礦的主要成分為氧化鐵，D項(xiàng)說法正確。4．(2023·山東濰坊模擬)下列各組物質(zhì)，前者逐滴滴加到后者中直至過量，先出現(xiàn)白色沉淀，后來沉淀又消失的是(A)A．H2SO4滴入NaAlO2溶液中B．Ba(OH)2溶液滴入Al2(SO4)3溶液中C．Al2(SO4)3溶液滴入NaOH溶液中D．氨水滴入Al2(SO4)3溶液中[解析]將H2SO4滴入NaAlO2溶液中，先生成Al(OH)3沉淀，Al(OH)3又溶于過量的H2SO4中，A正確；Ba(OH)2溶液滴入Al2(SO4)3溶液中，先生成BaSO4、Al(OH)3沉淀，Al(OH)3又溶于Ba(OH)2溶液，但BaSO4不溶解，B錯(cuò)誤；Al2(SO4)3溶液滴入NaOH溶液中，開始由于OH－過量發(fā)生反應(yīng)：Al3＋＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O，故開始無沉淀生成，C錯(cuò)誤；氨水滴入Al2(SO4)3溶液中，立即產(chǎn)生Al(OH)3沉淀，但沉淀不溶于氨水，D錯(cuò)誤。5．明礬[KAl(SO4)2·12H2O]在造紙等方面應(yīng)用廣泛。實(shí)驗(yàn)室中，采用廢易拉罐(主要成分為Al，含有少量Fe、Mg雜質(zhì))制備明礬的過程如圖所示：下列敘述錯(cuò)誤的是(C)A．回收處理廢易拉罐有利于保護(hù)環(huán)境和資源再利用B．沉淀為Al(OH)3C．操作a包含萃取、分液等D．上述流程中可用過量CO2代替NH4HCO3[解析]回收處理廢易拉罐有利于保護(hù)環(huán)境和資源再利用，A項(xiàng)正確；偏鋁酸鈉與碳酸氫銨發(fā)生反應(yīng)可生成氫氧化鋁，故沉淀為Al(OH)3，B項(xiàng)正確；操作a包含蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶等，C項(xiàng)錯(cuò)誤；過量二氧化碳與偏鋁酸鈉溶液反應(yīng)也可得到氫氧化鋁沉淀，D項(xiàng)正確。6.(2023·廣東佛山模擬)國畫《牧牛圖》的顏料有“石色”“水色”，“石色”從礦物中提取，如石綠[化學(xué)式Cu(OH)2·CuCO3]，“水色”從植物中提取，如花青(分子式C15H11O6)。下列說法錯(cuò)誤的是(B)A．Cu(OH)2·CuCO3屬于純凈物B．“石色”耐酸、耐堿C．從藍(lán)草中提取花青，可用有機(jī)溶劑萃取D．保存不善的國畫，“水色”容易變色[解析]Cu(OH)2·CuCO3屬于化合物，屬于純凈物，故A正確；堿式碳酸銅能夠與酸反應(yīng)，所以“石色”不耐酸，故B錯(cuò)誤；花青(分子式C15H11O6)為有機(jī)物，易溶于有機(jī)溶劑，從藍(lán)草中提取花青，可用有機(jī)溶劑萃取，故C正確；依據(jù)分子式C15H11O6可知含有不飽和鍵，所以容易被氧化，所以保存不善的國畫，“水色”容易變色，故D正確。7．(2023·山東濱州模擬)某研究小組通過實(shí)驗(yàn)探究Cu及其化合物的性質(zhì)，操作正確且能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?A)A．將表面有銅綠[Cu2(OH)2CO3]的銅器放入鹽酸中浸泡，除去銅綠B．將銅絲插入濃硫酸中并加熱，反應(yīng)后再加入水，觀察硫酸銅溶液的顏色C．將CuCl2溶液在蒸發(fā)皿中加熱蒸干，得到無水CuCl2固體D．常溫下將銅絲伸入盛滿氯氣的集氣瓶中，觀察CuCl2的生成[解析]銅綠的成分是堿式碳酸銅，化學(xué)式Cu2(OH)2CO3，能與HCl反應(yīng)生成CuCl2、CO2和H2O，故A正確；將銅絲插入濃硫酸中并加熱，反應(yīng)后將試管中的溶液加入盛有水的燒杯中，觀察硫酸銅溶液的顏色，故B錯(cuò)誤；在蒸發(fā)皿中加熱蒸干CuCl2溶液，會促進(jìn)其水解生成HCl和Cu(OH)2，HCl揮發(fā)，最終得到Cu(OH)2，應(yīng)該在HCl氣流中加熱蒸發(fā)CuCl2溶液得到CuCl2固體，故C錯(cuò)誤；常溫下銅和氯氣不反應(yīng)，應(yīng)該將燒紅的銅絲伸入盛滿氯氣的集氣瓶中，觀察CuCl2的生成，故D錯(cuò)誤。8．我國湘黔渝三省交界地區(qū)是中國電解錳企業(yè)最集中的地區(qū)，被稱為中國的“錳三角”。金屬錳的熔點(diǎn)很高，常用鋁熱法制得粗錳。再用電解法制得純的金屬錳。鋁被用于冶煉金屬錳，是因?yàn)殇X具有(D)A．熔點(diǎn)低B．導(dǎo)電性好C．兩性D．還原性及冶煉反應(yīng)中放出大量的熱[解析]鋁能用于冶煉難熔金屬(如Mn、W等)，是因?yàn)殇X是一種活潑金屬，還原性強(qiáng)，可將較不活潑金屬從其化合物中還原出來，同時(shí)反應(yīng)中放出大量的熱，使被還原出的金屬熔融析出。9．(2023·河北邢臺高三期末)下列是部分礦物資源鋁土礦(主含有氧化鋁、氧化鐵)和黃銅礦(主要成分為CuFeS2)的利用及產(chǎn)品生產(chǎn)流程。下列有關(guān)說法不正確的是(D)A．除雜過程中鋁元素的存在形式的變化可以如下：Al2O3→AlOeq\o\al(－,2)→Al(OH)3→Al2O3B．Al和Cu(精)均在電解槽的陰極獲得C．粗銅煉制過程中發(fā)生反應(yīng)2CuFeS2＋O2eq\o(=,\s\up7(高溫))Cu2S＋2FeS＋SO2，每轉(zhuǎn)移1.2mol電子，生成0.2molSO2D．若電解法分別制鋁和銅的過程中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，理論上獲得的鋁和銅的物質(zhì)的量之比為32[解析]制鋁過程中存在關(guān)系A(chǔ)l～3e－，制銅過程中存在關(guān)系Cu～2e－，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等時(shí)，鋁和銅的物質(zhì)的量之比為23。10．(2023·山東聊城高三期末)侯德榜改進(jìn)的制堿工藝打破了西方對我國的技術(shù)封鎖，至今仍在使用。工業(yè)上從海水中制備純堿和金屬鎂的流程如圖所示：下列說法不正確的是(C)A．流程Ⅰ依次向粗鹽水中加入過量Ca(OH)2溶液、Na2CO3溶液并過濾B．流程Ⅱ體現(xiàn)了侯德榜制堿法C．流程Ⅱ中吸氨與碳酸化的順序互換，物質(zhì)不變、不影響反應(yīng)結(jié)果D．流程Ⅳ、Ⅴ的目的是富集鎂元素[解析]粗鹽水中含有NaCl、CaCl2和MgCl2等，要依次加入過量Ca(OH)2溶液、Na2CO3溶液，沉淀后過濾，除去MgCl2和CaCl2，A正確；流程Ⅱ中精鹽水吸收NH3后，再碳酸化可得到NaHCO3晶體，發(fā)生反應(yīng)：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl，B正確；NH3易溶于水，CO2微溶于水，故流程Ⅱ中吸氨和碳酸化順序不能顛倒，C錯(cuò)誤；母液中含有MgCl2，流程Ⅳ和Ⅴ的目的是富集鎂元素，D正確。二、非選擇題：本題共4小題。11．(2023·河北衡水模擬)輕質(zhì)氧化鎂是新型功能復(fù)合材料的重要添加劑，可由菱鎂礦(含MgCO3、CaCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2)為原料制備，其制備流程如圖：(1)酸溶時(shí)，為了提高酸溶速率可采用的措施有將菱鎂礦粉碎、適當(dāng)提高酸溶時(shí)的溫度；提高礦物的浸取率可采取的措施有適當(dāng)延長酸溶時(shí)間，溶解過程中不斷攪拌、多次浸取，減小菱鎂礦的顆粒度等(各答一條即可)。(2)濃硫酸與Al2O3反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al2O3＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2O；濾渣Ⅰ的主要成分為CaSO4和SiO2(填化學(xué)式)。(3)用氨水調(diào)節(jié)溶液pH＝8～9的目的是使濾液中的Al3＋和Fe3＋完全沉淀，若氨水加的量較多使pH>9，則最終氧化鎂的產(chǎn)量會減小(填“增大”“不變”或“減小”)。(4)沉鎂時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為CO2＋2NH3·H2O＋Mg2＋=MgCO3↓＋2NHeq\o\al(＋,4)＋H2O。(5)流程中“焙燒”操作若在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，樣品應(yīng)放在坩堝中加熱(填儀器名稱)，當(dāng)前后兩次稱量固體的質(zhì)量不變(或前后兩次稱量固體質(zhì)量差小于0.1g)時(shí)，說明固體樣品已分解完全。[解析](1)提高酸溶速率，可增大固體與液體的接觸面積，提高反應(yīng)的溫度；適當(dāng)延長酸溶時(shí)間、溶解過程中不斷攪拌、多次浸取、減小菱鎂礦的顆粒度等，可提高浸取率。(2)濃硫酸與Al2O3反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al2O3＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2O；濾渣Ⅰ的主要成分為CaSO4、SiO2。(3)用氨水調(diào)節(jié)溶液pH＝8～9，可使濾液中的Al3＋與Fe3＋完全反應(yīng)生成氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀而除去，若氨水加的量較多使pH>9，可生成氫氧化鎂沉淀，最終氧化鎂的產(chǎn)量會減小。(4)沉鎂時(shí)生成碳酸鎂，反應(yīng)的離子方程式為CO2＋2NH3·H2O＋Mg2＋=MgCO3↓＋2NHeq\o\al(＋,4)＋H2O。12．(2023·山東濱州模擬)利用鋁灰(主要成分為Al、Al2O3、AlN、FeO等)制備鋁鞣劑[主要成分為Al(OH)2Cl]的一種工藝如圖：(1)氣體A能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)。鋁灰在90℃水解生成A的化學(xué)方程式為AlN＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(90℃))Al(OH)3＋NH3↑。“水解”采用90℃而不在室溫下進(jìn)行的原因是加快AlN水解反應(yīng)速率；降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出。(2)“酸溶”時(shí)，Al2O3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O。(3)“氧化”時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe2＋＋2H＋＋ClO－=2Fe3＋＋Cl－＋H2O。(4)“廢渣”成分為Fe(OH)3(填化學(xué)式)。(5)采用噴霧干燥而不用蒸發(fā)的原因是防止Al(OH)2Cl水解生成Al(OH)3。[解析]鋁灰主要成分為Al、Al2O3、AlN、FeO等，加入水發(fā)生反應(yīng)，AlN和水反應(yīng)生成氫氧化鋁和氨氣，加入鹽酸酸溶后，生成氯化鋁溶液和氯化亞鐵溶液，加入漂白液氧化亞鐵離子為鐵離子，加入純堿調(diào)節(jié)溶液pH使鐵離子全部沉淀，采用噴霧干燥制備鋁鞣劑。(1)氣體A能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)，說明生成的是氨氣，鋁灰中的AlN和水發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和氨氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為AlN＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(90℃))Al(OH)3＋NH3↑，加熱可以促進(jìn)氮化鋁水解生成氨氣，降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出。(2)氧化鋁酸溶時(shí)和鹽酸發(fā)生反應(yīng)生成氯化鋁溶液，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O。(3)加入漂白液的作用是利用次氯酸根離子在酸溶液中的強(qiáng)氧化性氧化亞鐵離子為鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為2Fe2＋＋2H＋＋ClO－=2Fe3＋＋Cl－＋H2O。(4)上述分析可知“廢渣”成分為氫氧化鐵沉淀，化學(xué)式為Fe(OH)3。(5)鋁鞣劑主要成分為Al(OH)2Cl，在加熱蒸發(fā)時(shí)會發(fā)生水解，為防止水解利用噴霧干燥。13．(2023·河北石家莊模擬)氧化亞銅(Cu2O)是一種用途廣泛光電材料，某工廠以硫化銅礦石(含CuFeS2、Cu2S等)為原料制取Cu2O的工藝流程如圖：已知：N2H4的熔點(diǎn)為1.4℃，沸點(diǎn)為113.5℃；25℃時(shí)相關(guān)物質(zhì)的Ksp如表所示。物質(zhì)Fe(OH)2Fe(OH)3Cu(OH)2Ksp1×10－15.11×10－37.41×10－19.7(1)爐氣中的有害氣體成分是SO2，Cu2S與O2反應(yīng)時(shí)，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為21。(2)用稀硫酸酸浸時(shí)為了提高化學(xué)反應(yīng)速率可以采用的方法有粉碎固體、升溫、適當(dāng)增加稀硫酸濃度等(答一種方法即可)。(3)如果沒有加入試劑X進(jìn)行氧化直接通過調(diào)pH是否能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模空堈f明理由：不行，因?yàn)橥ㄟ^調(diào)pH沉淀Fe2＋時(shí)Cu2＋也會沉淀去除。(4)加入試劑Y調(diào)pH時(shí)，pH的理論最低值是(離子濃度小于等于1×10－5mol·L－1看作除盡)3.2。(5)寫出用N2H4制備Cu2O的化學(xué)方程式為4CuSO4＋N2H4＋8KOH=2Cu2O↓＋4K2SO4＋N2↑＋6H2O。(6)還原步驟中的反應(yīng)常溫下就可發(fā)生但工業(yè)上常常需要將溫度控制在90℃，可能的原因?yàn)椴坏陀?0度為了盡可能加快反應(yīng)速率，溫度太高又容易使N2H4揮發(fā)。[解析]本題考查制取Cu2O的工藝流程。(1)因?yàn)榈V石含硫元素，所以通入氧氣焙燒后會產(chǎn)生二氧化硫。1molCu2S失8mol電子，1molO2得4mol電子，所以氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為21。(2)粉碎固體、升溫、適當(dāng)增加稀硫酸濃度等都可以提高酸浸的速率。(3)從題目給出的Ksp可以看出銅離子先于亞鐵離子沉淀，所以要使用調(diào)pH的方法除掉鐵元素必須氧化為＋3價(jià)鐵離子才可以。(4)試劑Y調(diào)pH時(shí)要使Fe3＋完全沉淀，所以有1×10－37.4＝1×10－5×c3(OH－)，解得c(OH－)＝10－10.8mol·L－1，則c(H＋)＝10－3.2mol·L－1，所以pH＝3.2。(5)酸浸時(shí)用的是稀硫酸，所以反應(yīng)物為CuSO4、N2H4，KOH，產(chǎn)物有Cu2O和N2，說明該過程中Cu2＋將N2H4氧化為N2，根據(jù)電子守恒可知CuSO4和