考點規范練10金屬材料一、選擇題1.(2021河北卷)“灌鋼法”是我國古代勞動人民對鋼鐵冶煉技術的重大貢獻,陶弘景在其《本草經集注》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。下列說法錯誤的是()。A.鋼是以鐵為主的含碳合金B.鋼的含碳量越高,硬度和脆性越大C.生鐵由于含碳量高,熔點比熟鐵高D.冶煉鐵的原料之一赤鐵礦的主要成分為Fe2O3答案:C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項均正確。合金的熔點通常比各組分的熔點低,C項錯誤。赤鐵礦的主要成分為氧化鐵,D項正確。2.如圖是物質間發生化學反應的顏色變化,其中物質a、b、c、d對應的物質正確的是()。選項物質a物質b物質c物質dACu2(OH)2CO3Ba(OH)2Fe(OH)3酚酞溶液BCuONa[Al(OH)4]Fe2O3紫色石蕊溶液CCu2OBaCl2Fe2O3和Cu酚酞溶液DCu(OH)2Ba(NO3)2Fe(OH)2紫色石蕊溶液答案:D解析:稀硫酸與Fe(OH)3反應得到的Fe2(SO4)3溶液呈黃色,稀硫酸不能使無色酚酞溶液變色,A、C項錯誤。稀硫酸與Fe2O3反應得到的Fe2(SO4)3溶液呈棕黃色,B項錯誤。稀硫酸與Cu(OH)2反應得到的CuSO4溶液呈藍色,稀硫酸與Ba(NO3)2反應得到的BaSO4是白色沉淀,稀硫酸與Fe(OH)2反應得到的FeSO4溶液呈淺綠色,稀硫酸使紫色石蕊溶液變紅,D項正確。3.以菱鎂礦(主要成分為MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)為原料制備高純鎂砂的工藝流程如下:已知浸出時產生的廢渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列說法錯誤的是()。A.浸出鎂的反應為MgO+2NH4ClMgCl2+2NH3↑+H2OB.浸出和沉鎂的操作均應在較高溫度下進行C.流程中可循環使用的物質有NH3、NH4ClD.分離Mg2+與Al3+、Fe3+是利用了它們氫氧化物Ksp的不同答案:B解析:本題是高中化學學習中非常熟悉的情境,以有關工藝流程為載體考查物質的制備。從流程可知,煅燒MgCO3可生成MgO,加入NH4Cl溶液,由于NH4Cl水解使溶液顯酸性,因此會發生反應MgO+2NH4ClMgCl2+2NH3↑+H2O,A項正確。在沉鎂過程中加入氨水,由于NH3·H2O易分解,因此該過程不能在較高溫度下進行,B項錯誤。從整個流程中看出,沉鎂后的濾液中含有NH4Cl,則可循環利用的物質是NH4Cl和NH3,C項正確。Mg2+、Al3+、Fe3+的分離是利用了它們氫氧化物的Ksp不同,D項正確。4.明礬[KAl(SO4)2·12H2O]是一種復鹽,在造紙等方面應用廣泛。采用廢易拉罐制備明礬的過程如下圖所示。下列敘述錯誤的是()。A.合理處理易拉罐有利于環境保護和資源再利用B.從易拉罐中可回收的金屬元素有Al、FeC.“沉淀”的主要成分是Fe(OH)3D.上述流程中可用NaHSO4代替NaHCO3答案:D解析:鋁離子與碳酸氫根離子發生相互促進的水解反應生成氫氧化鋁沉淀,若用NaHSO4代替NaHCO3,無法得到Al(OH)3,D項符合題意。5.已知酸性條件下有如下反應:2Cu+Cu2++Cu,由于反應溫度不同,用氫氣還原氧化銅時,可能產生Cu或Cu2O,兩者都是紅色固體。一位同學對某次用氫氣還原氧化銅實驗所得的紅色固體產物做了驗證,實驗操作和實驗現象記錄如下:加入試劑稀硫酸濃硫酸加熱稀硝酸濃硝酸實驗現象紅色固體和藍色溶液無色氣體無色氣體和藍色溶液紅棕色氣體和綠色溶液由此推出本次氫氣還原氧化銅實驗的產物是()。A.CuB.Cu2OC.一定有Cu,可能有Cu2OD.一定有Cu2O,可能有Cu答案:D解析:根據題中信息,由向紅色固體中加入稀硫酸得到紅色固體和藍色溶液可推出原紅色固體里一定有Cu2O;溶液中的紅色固體銅,可能是原來固體中含有銅,也可能是由Cu2O與硫酸反應生成的。6.某固體混合物可能由Al、(NH4)2SO4、MgCl2、FeCl2、AlCl3中的兩種或多種組成,現對該混合物做如下實驗,所得現象和有關數據如圖所示(氣體體積數據已換算成標準狀況下的體積):關于該固體混合物,下列說法正確的是()。A.一定含有Al,其質量為4.5gB.一定不含FeCl2,可能含有MgCl2和AlCl3C.一定含有MgCl2和FeCl2D.一定含有(NH4)2SO4和MgCl2,且物質的量相等答案:D解析:向固體混合物中加入過量濃NaOH溶液,加熱得到氣體,將氣體通過堿石灰,體積不變,通過濃硫酸,體積減小,可知固體混合物中存在Al和(NH4)2SO4,產生的5.60L氣體為NH3(2.24L)和H2(3.36L),結合標準狀況下3.36LH2為0.15mol及關系式2Al~3H2可知,與NaOH溶液反應的Al為0.1mol,其質量為2.7g,由加入過量濃NaOH溶液得到白色沉淀,且久置無明顯變化,可知混合物中一定含有MgCl2,一定不含FeCl2,B、C項錯誤。標準狀況下5.60L氣體為0.25mol,其中含有氨氣0.1mol,則固體混合物中含有(NH4)2SO40.05mol,n(MgCl2)=2.90g58g·mol-1=0.05mol,由Al、(NH4)2SO4、MgCl2三者的質量之和為14.05g,可知該固體混合物由Al、(NH47.實驗室利用CuCl2·2H2O熱分解制備CuCl(在空氣中易被氧化)并對分解產物的性質進行探究的裝置(夾持儀器略)如圖所示。下列有關敘述不正確的是()。A.干燥的HCl的作用是防止生成的CuCl被氧化,可用干燥的N2代替B.干燥管中無水CuSO4的作用是檢驗生成物水蒸氣C.濕潤藍色石蕊試紙先變紅后褪色,可用品紅溶液代替D.NaOH溶液的作用是吸收尾氣,但該裝置容易導致倒吸答案:A解析:干燥的HCl不僅可防止CuCl被氧化,還可抑制CuCl2·2H2O在脫水過程中發生水解,故不能用干燥的N2代替,A項錯誤。白色的無水CuSO4固體遇水蒸氣變為藍色的CuSO4·5H2O,因此干燥管中無水CuSO4的作用是檢驗生成物水蒸氣,B項正確。濕潤的藍色石蕊試紙的作用是檢驗生成的Cl2,可用品紅溶液代替,C項正確。NaOH溶液的作用是吸收HCl和反應生成的Cl2,防止污染空氣,HCl極易溶于NaOH溶液,氯氣能與NaOH溶液反應,玻璃管直接插入NaOH溶液中容易導致倒吸,D項正確。8.用無機礦物資源生產部分材料,獲得產品的流程示意圖如下:下列有關說法不正確的是()。A.生產鋁、銅、高純硅及玻璃的過程中都涉及氧化還原反應B.粗銅電解精煉時,粗銅作陽極C.黃銅礦冶煉銅時,SO2可用于生產硫酸,FeO可用作冶煉鐵的原料D.用粗硅制高純硅時,提純四氯化硅可用多次分餾的方法答案:A解析:這是一道綜合性的化工生產流程題,涉及電解法制鋁、黃銅礦煉銅、石英制硅等。Al2O3Al、黃銅礦(CuFeS2)Cu、石英(SiO2)Si都涉及了氧化還原反應。石灰石、純堿、石英制玻璃主要發生的反應為CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑,Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,此過程未發生氧化還原反應,A項不正確。9.將13.6gCu和Cu2O組成的混合物加入250mL一定濃度的稀硝酸中,固體完全溶解生成Cu(NO3)2和NO。向所得溶液中加入1.0L0.5mol·L1的NaOH溶液,生成沉淀的質量為19.6g,此時溶液呈中性,且金屬離子沉淀完全。下列說法正確的是()。A.原固體混合物中,Cu和Cu2O的物質的量之比為1∶1B.原稀硝酸中c(HNO3)=1.3mol·L1C.產生的NO的體積為2.24LD.固體完全溶解后剩余HNO3的物質的量為0.1mol答案:D解析:Cu(OH)2的質量為19.6g,其物質的量為0.2mol,設Cu和Cu2O的物質的量分別為xmol、ymol,則x+2y=0.2,64x+144y=13.6,解得x=0.1,y=0.05,則Cu和Cu2O的物質的量之比為2∶1,A項錯誤。根據得失電子守恒,反應中轉移電子的總物質的量為0.3mol,故生成NO的物質的量為0.1mol,但未注明溫度和壓強,故氣體體積無法確定,C項錯誤。加入NaOH的物質的量為0.5mol,生成0.2molCu(OH)2時消耗0.4molNaOH,故有0.1molNaOH中和硝酸,所以固體完全溶解后剩余HNO3的物質的量為0.1mol,D項正確。由氮原子守恒可知,n(HNO3)=0.6mol,c(HNO3)=2.4mol·L1,B項錯誤。10.(2022山東卷)高壓氫還原法可直接從溶液中提取金屬粉。以硫化銅精礦(含Zn、Fe元素的雜質)為主要原料制備Cu粉的工藝流程如下,可能用到的數據見下表。物質Fe(OH)3Cu(OH)2Zn(OH)2開始沉淀pH1.94.26.2沉淀完全pH3.26.78.2下列說法錯誤的是()。A.固體X主要成分是Fe(OH)3和S;金屬M為ZnB.浸取時,增大O2壓強可促進金屬離子浸出C.中和調pH的范圍為3.2~4.2D.還原時,增大溶液酸度有利于Cu的生成答案:D解析:根據流程可知,CuS精礦(含Zn、Fe元素的雜質)在高壓O2作用下,用硫酸溶液浸取過程中發生氧化還原反應,所得反應產物為Cu2+、S、H2O、Zn2+、Fe3+,然后通入NH3調節溶液pH,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀,而Cu2+、Zn2+仍以離子形式存在于溶液中,因此過濾得到的固體X中含有S、Fe(OH)3,濾液中含有Cu2+、Zn2+;然后向濾液中通入高壓H2,因為還原性Zn>H2>Cu,因此Cu2+可被高壓H2還原為金屬Cu,金屬Cu可通過過濾分離出來,而Zn2+仍然以離子形式存在于溶液中,再經一系列處理可得到金屬Zn。根據上述分析可知,A項正確;CuS難溶于硫酸溶液,在溶液中存在沉淀溶解平衡CuS(s)Cu2+(aq)+S2(aq),增大O2的壓強,可以增大O2氧化S2的速率,使之更快地轉化為S,從而加快沉淀溶解平衡正向移動,促進金屬離子的浸出,B項正確;要使Fe3+轉化為沉淀,而Cu2+、Zn2+仍以離子形式存在于溶液中,結合離子沉淀的pH范圍,可知中和時應該調節溶液pH范圍為3.2~4.2,C項正確;在溶液中用高壓H2還原Cu2+變為金屬Cu所發生的反應為H2+Cu2+2H++Cu,若還原時增大溶液的酸度,c(H+)增大,反應向左進行,不利于Cu的生成,D項錯誤。二、非選擇題11.(2023新課標卷改編)鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價態含氧酸鹽形式存在,主要雜質為鐵、鋁、硅、磷等的化合物。從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如下圖所示。已知:最高價鉻酸根在酸性介質中以Cr2O72-存在,在堿性介質中以回答下列問題。(1)煅燒過程中,釩和鉻被氧化為相應的最高價含氧酸鹽,其中含鉻化合物主要為(填化學式)。

(2)水浸渣中主要有SiO2和。

(3)“沉淀”步驟調pH到弱堿性,主要除去的雜質元素是。

(4)“除硅磷”步驟中,使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀。該步需要控制溶液的pH≈9以達到最好的除雜效果。若pH<9時,會導致;pH>9時,會導致。

(5)“分離釩”步驟中,將溶液pH調到1.8左右得到V2O5沉淀。V2O5在pH<1時,溶解為VO2+或VO3+;在堿性條件下,溶解為VO3-或VO43-。上述性質說明V2OA.酸性B.堿性C.兩性(6)“還原”步驟中加入焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)溶液,反應的離子方程式為

。

答案:(1)Na2CrO4(2)Fe2O3(3)鋁(4)磷不能除凈(磷酸鹽會轉化為可溶性酸式鹽)硅不能除凈(生成氫氧化鎂,鎂離子被消耗)(5)C(6)2Cr2O72-+3S2O52-+10H+4Cr3+解析:(1)堿性條件下,鉻被氧化為Na2CrO4。(2)Fe2O3不與Na2CO3、NaOH反應,也不溶于水。(3)根據元素守恒可知,Al元素在沉淀環節被除去,浸取時溶液為堿性,鋁以[Al(OH)4]形式存在,調節溶液pH可生成Al(OH)3沉淀而除去:[Al(OH)4]+H+Al(OH)3↓+H2O。(4)若pH<9,隨著pH變小,PO43-將會轉化為HPO42-或H2PO4-由于HPO42-和H2PO4-的鹽的溶解度比磷酸鹽大得多,甚至為易溶物,因此會導致磷不能除凈。若pH>9,隨著pH變大,Mg2+將轉化為Mg(OH)2沉淀,Mg2+濃度降低會使得c(Mg(5)V2O5在pH<1時,以陽離子VO2+或VO3+形式成鹽,堿性條件以酸根離子VO3-或VO43-形式成鹽(6)Cr2O72-、Cr3+中Cr的化合價分別為+6價、+3價,S2O52-、SO42-中S的化合價分別為+4價、+6價,根據得失電子守恒、原子守恒配平離子方程式:2Cr2O72-+3S212.某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物,還有少量其他不溶性物質。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O):溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:金屬離子Ni2+Al3+Fe3+Fe2+開始沉淀時(c=0.01mol·L1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全時(c=1.0×105mol·L1)的pH8.74.73.29.0回答下列問題。(1)“堿浸”中NaOH的兩個作用分別是。為回收金屬,用稀硫酸將“濾液①”調為中性,生成沉淀。寫出該反應的離子方程式

。(2)“濾液②”中含有的金屬離子是。

(4)利用上述表格數據,計算Ni(OH)2的Ksp=(列出計算式)。如果“轉化”后的溶液中Ni2+濃度為1.0mol·L1,則“調pH”應控制的pH范圍是。

(5)硫酸鎳在強堿溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作鎳鎘電池正極材料的NiOOH。寫出該反應的離子方程式:

。

(6)將分離出硫酸鎳晶體后的母液收集、循環使用,其意義是。答案:(1)除去油脂、溶解鋁及其氧化物[Al(OH)4]+H+Al(OH)3↓+H2O(2)Ni2+、Fe2+、Fe3+(3)O2或空氣Fe3+(4)0.01×(107.214)2[或105×(108.714)2]3.2~6.2(5)2Ni2++ClO+4OH2NiOOH↓+Cl+H2O(6)提高鎳回收率解析:本題考查了以廢棄的含鎳催化劑為原料,通過一定的工藝流程制取硫酸鎳晶體的過程。(1)廢鎳催化劑中能與NaOH溶液反應的有油脂、鋁及其氧化物。濾液①中的溶質為Na[Al(OH)4]、高級脂肪酸鈉和甘油,當向該濾液中滴加稀硫酸時,其中的Na[Al(OH)4]可與稀硫酸反應得到Al(OH)3沉淀。(2)濾餅①的成分為Ni、Fe及其氧化物等,用稀硫酸酸浸時可得