第四節(jié)用途廣泛的金屬材料開發(fā)金屬礦物一、選擇題(每小題6分,共54分)1.下列說法正確的是 (B)A.生鐵中含有碳,抗腐蝕能力比純鐵強(qiáng)B.鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物,可作儲氫材料C.過度開采礦物資源,促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展D.工業(yè)上通過電解熔融的MgO來制取金屬鎂【解析】生鐵中含有碳,與鐵構(gòu)成原電池,加快了腐蝕速率,A項(xiàng)錯誤;鑭鎳合金能大量吸收氫氣,因此可用作儲氫材料,B項(xiàng)正確;過度開采礦物,會造成資源的浪費(fèi),應(yīng)該適度,C項(xiàng)錯誤;MgO熔點(diǎn)高,電解其熔融物制取金屬鎂需要消耗大量能量,工業(yè)上是通過電解熔融的MgCl2來制取金屬鎂的,D項(xiàng)錯誤。2.(2016·溫州五校聯(lián)考)鎂鋁合金質(zhì)優(yōu)體輕,又不易銹蝕,被大量用于航空工業(yè)、造船工業(yè)、日用化工等領(lǐng)域。下列關(guān)于鎂鋁合金性質(zhì)的敘述中正確的是 (B)A.此合金的熔點(diǎn)比鎂和鋁的熔點(diǎn)都高B.此合金能全部溶解于稀鹽酸中C.此合金能全部溶解于氫氧化鈉溶液中D.此合金的硬度比鎂和鋁的硬度都小【解析】合金的熔點(diǎn)比其成分金屬低,A項(xiàng)錯誤;鎂和鋁均能溶于鹽酸,B項(xiàng)正確;鎂不能溶于氫氧化鈉溶液,C項(xiàng)錯誤;鎂鋁合金的硬度大于鎂和鋁,D項(xiàng)錯誤。3.出土的錫青銅(銅錫合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆蓋在其表面。下列說法錯誤的是 (A)A.錫青銅的硬度比純銅低B.在自然環(huán)境中,錫青銅中的錫對銅起保護(hù)作用C.錫青銅文物在潮濕環(huán)境中的腐蝕比在干燥環(huán)境中快D.生成Cu2(OH)3Cl覆蓋物是化學(xué)腐蝕過程【解析】合金的硬度比合金的各組分的硬度大,A項(xiàng)錯誤;錫比銅活潑,錫青銅中的錫對銅起保護(hù)作用,B項(xiàng)正確;錫青銅文物在潮濕環(huán)境中容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕,腐蝕程度加快,C項(xiàng)正確;生成Cu2(OH)3Cl覆蓋物是化學(xué)腐蝕過程,D項(xiàng)正確。4.已知NH4CuSO3與足量的1mol·L-1硫酸溶液混合微熱,產(chǎn)生下列現(xiàn)象:①有紅色金屬生成;②有刺激性氣味氣體產(chǎn)生;③溶液呈藍(lán)色。據(jù)此判斷下列說法合理的是 (C)A.NH4CuSO3中硫元素被氧化了B.刺激性氣味的氣體是二氧化硫和氨氣的混合氣體C.該反應(yīng)中NH4CuSO3既作氧化劑又作還原劑D.該反應(yīng)中硫酸既表現(xiàn)為酸性又表現(xiàn)強(qiáng)氧化性【解析】由溶液呈藍(lán)色且有紅色金屬生成,說明生成了Cu和Cu2+,可知+1價(jià)Cu發(fā)生了歧化反應(yīng),C項(xiàng)正確;有刺激性氣味氣體應(yīng)為SO2,在反應(yīng)中硫元素化合價(jià)沒有變化,A、B、D項(xiàng)錯誤。5.(2015·北京懷柔區(qū)模擬)從石器、青銅器到鐵器時代,金屬的冶煉體現(xiàn)了人類文明的發(fā)展水平。如圖表示了三種金屬被人類開發(fā)利用的大致年限,金屬被利用年限的先后主要取決于 (D)A.金屬的導(dǎo)電性強(qiáng)弱B.金屬在地殼中的含量多少C.金屬的化合價(jià)高低D.金屬的活動性強(qiáng)弱【解析】金屬的活動性越強(qiáng),越難冶煉,越晚被開發(fā)、使用。6.現(xiàn)代建筑的門窗架常用電解加工成的古銅色硬鋁制造。取硬鋁樣品進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)(每一步試劑均過量),由此可以推知硬鋁的組成可能為(提示:Si+2OH-+H2OSiQUOTE+2H2↑) (D)樣品QUOTEA.Al、Mg、Si、Zn B.Al、Fe、Zn、NaC.Al、Na、Cu、Fe D.Al、Cu、Mg、Si、Mn【解析】硬鋁中一定含有Al,樣品加入足量稀鹽酸后有難溶物存在,說明有金屬活動性在H之后的金屬或非金屬存在,再加入濃NaOH溶液后有氣體生成和難溶物存在,根據(jù)題給信息可知硬鋁樣品中含有Si,最終的難溶物為Cu,D項(xiàng)符合題意。7.(2015·雅安模擬)CuSO4是一種重要的化工原料,其有關(guān)制備途徑及性質(zhì)如圖所示,下列說法不正確的是 (C)A.相對于途徑①,途徑②更好地體現(xiàn)了綠色化學(xué)思想B.Y可以是葡萄糖溶液C.利用途徑②制備16g硫酸銅,被還原的硫酸的物質(zhì)的量為0.1molD.途徑①所用混酸中H2SO4與HNO3物質(zhì)的量之比最好為3∶2【解析】相對于途徑①,途徑②的優(yōu)點(diǎn):制取等質(zhì)量膽礬需要的硫酸少、途徑②無污染性氣體產(chǎn)生,A項(xiàng)正確;葡萄糖與氫氧化銅反應(yīng)可產(chǎn)生Cu2O,B項(xiàng)正確;根據(jù)反應(yīng):2H2SO4+O2+2Cu2CuSO4+2H2O,利用途徑②制備16g硫酸銅,硫酸不被還原,C項(xiàng)錯誤;Cu與混酸反應(yīng),離子方程式為3Cu+8H++2NQUOTE3Cu2++2NO↑+4H2O,從離子方程式知,NQUOTE由HNO3提供,H+由HNO3和H2SO4提供,所以HNO3為2mol時,H2SO4為3mol,混酸中H2SO4與HNO3物質(zhì)的量之比最好為3∶2,D項(xiàng)正確。8.下列關(guān)于生鐵和鋼的敘述,正確的是 (B)A.由鐵礦石煉成鐵是化學(xué)變化,由生鐵煉成鋼是物理變化B.用鐵制容器盛放硫酸銅溶液,容器易被腐蝕C.生鐵和鋼都是鐵、碳合金,它們在性能和用途上差別不大D.它們都能完全溶解在鹽酸中【解析】鐵礦石煉鐵和生鐵煉鋼都是化學(xué)變化,A項(xiàng)錯誤;用鐵制容器盛放硫酸銅溶液,因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)要消耗鐵,容器易被腐蝕,B項(xiàng)正確;生鐵和鋼都是鐵、碳合金,它們含碳量不同,在機(jī)械性能和用途上存在很大的差異,C項(xiàng)錯誤;因生鐵和鋼中的碳常溫下穩(wěn)定性好,不與稀鹽酸反應(yīng),D項(xiàng)錯誤。9.鉀是一種非?；顫姷慕饘?易與氧氣反應(yīng)生成超氧化鉀(KO2),KO2具有很強(qiáng)的氧化性,可與鉀反應(yīng)而發(fā)生爆炸。理論上可以用電解熔融KCl的方法來制備金屬鉀,但實(shí)際是用熔融狀態(tài)下的KCl與Na反應(yīng)并及時抽走鉀蒸氣的方法制備鉀,可能的原因有以下四種,其中正確的是 (A)①鉀易溶于熔融的鉀鹽中②鉀蒸氣易逸出而污染環(huán)境③鉀被氧化后的產(chǎn)物與鉀反應(yīng)具有爆炸性④抽走鉀蒸氣時有利于鈉與熔融的KCl反應(yīng)A.全部 B.①③ C.①④ D.②④【解析】由題給信息可知③是正確的,金屬鉀熔化后易溶于熔融的鉀鹽中,將溫度控制在比鉀沸點(diǎn)稍高,使鉀變?yōu)殁浾魵?將鉀蒸氣抽出有利于鈉與熔化的KCl反應(yīng);另外鉀蒸氣逸出會污染環(huán)境。二、非選擇題(共46分)10.(11分)冶煉金屬一般有下列方法:①焦炭法;②水煤氣(或氫氣或一氧化碳)法;③活潑金屬置換法;④電解法四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用。(1)請對下表中的金屬冶煉方法進(jìn)行分析,從上述四種方法中選擇相應(yīng)的序號填入表中空格:火燒孔雀石煉銅[Cu2(OH)2CO3]濕法煉銅鋁熱法煉鉻從光鹵石中煉鎂①③③④火燒孔雀石煉銅所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式(寫主要的兩個):Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O、C+2CuO2Cu+CO2↑。(2)寫出以下化學(xué)方程式:①用焦炭法煉鐵:3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑;

②用鋁熱法煉錳:4Al+3MnO23Mn+2Al2O3;

③用電解法冶煉鈉:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。

11.(12分)某興趣小組用廢鐵泥(主要成分為Fe2O3、FeO和少量Fe)制備磁性Fe3O4納米材料的流程示意圖如下:已知R=QUOTE。步驟⑤中,相同條件下測得Fe3O4的產(chǎn)率與R的關(guān)系如圖所示。(1)步驟②中,主要反應(yīng)的離子方程式是2Fe3++Fe3Fe2+。

(2)已知:Fe3+在pH=2.8時沉淀完全;Fe2+在pH=6.3時開始沉淀,在pH=8.3時沉淀完全。步驟③中,用NaOH溶液調(diào)pH至9,原因是使Fe2+沉淀完全。

(3)濁液D中鐵元素以FeOOH形式存在。步驟④中,反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Fe(OH)2+H2O22FeOOH+2H2O。

(4)下列說法正確的是abc(填字母)。

a.步驟④中,當(dāng)反應(yīng)完成后需再加熱一段時間b.步驟⑤中,反應(yīng)過程中需要不斷補(bǔ)充堿液c.步驟⑤恰好反應(yīng)時,QUOTE=2∶1d.當(dāng)QUOTE時,Fe3O4的產(chǎn)率最高【解析】鐵泥經(jīng)過預(yù)處理后與稀鹽酸反應(yīng)得到含F(xiàn)e2+、Fe3+的溶液,加入鐵粉可將Fe3+還原為Fe2+,同時可防止Fe2+被氧化,再過濾得到的濾液B主要含有Fe2+,加入NaOH溶液得到Fe(OH)2懸濁液,加入H2O2將Fe(OH)2氧化為FeOOH(鐵為+3價(jià)),發(fā)生的反應(yīng)為2Fe(OH)2+H2O22FeOOH+2H2O。(4)根據(jù)Fe3O4中Fe3+與Fe2+的物質(zhì)的量比為2∶1知QUOTE=2∶1時恰好反應(yīng),反應(yīng)的離子方程式為2OH-+2FeOOH+Fe2+Fe3O4+2H2O,由該離子方程式看出,反應(yīng)中消耗OH-,則b、c項(xiàng)正確;步驟④中,當(dāng)反應(yīng)完成后需再加熱一段時間使過量的H2O2分解,a項(xiàng)正確;由題圖中曲線看出當(dāng)QUOTE時,Fe3O4的產(chǎn)率最高,d項(xiàng)錯誤。12.(12分)某化學(xué)興趣小組利用由Cu2O、Al2O3、Fe2O3、SiO2組成的混合物模擬工業(yè)上提取銅的工藝,設(shè)計(jì)如圖所示的簡單操作流程:提示:Cu+在酸性條件下不穩(wěn)定,易生成金屬Cu和Cu2+。(1)若固體B的成分為混合物,則其成分的化學(xué)式為SiO2和Cu。此時,濾液A中鐵元素的存在形式為(填寫離子符號)Fe2+。

(2)金屬E與固體混合物F發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe、2Al+3CuOAl2O3+3Cu。

(3)檢驗(yàn)粗銅中含有金屬E單質(zhì)的試劑是NaOH溶液,反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH-+2H2O2AlQUOTE+3H2↑。

(4)用電解法將上述粗銅進(jìn)行精煉時,下列敘述正確的是AD。

A.電解時以精銅作陰極B.電解時陰極發(fā)生氧化反應(yīng)C.粗銅連接電源正極,其電極反應(yīng)是Cu-2e-Cu2+D.電解后,電解液中Cu2+濃度減小【解析】(1)若B為混合物,則其中必含有Cu,故溶液中沒有Fe3+。(4)粗銅作陽極,其電極反應(yīng)不只是Cu失去電子,粗銅中比銅活潑的金屬均會失去電子。13.(11分)(2015·泰安模擬)元素鋁是在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛的金屬元素。(1)氧化鋁是工業(yè)電解冶煉鋁的重要原料,生產(chǎn)中加入冰晶石(Na3AlF6),其作用是作(助)熔劑(或降低氧化鋁的熔點(diǎn))。工業(yè)冶煉鋁的裝置示意圖如下:

①陰極的反應(yīng)式:Al3++3e-Al。

②在電解池工作過程中,需要不斷補(bǔ)充陽極材料,原因是電解時陽極產(chǎn)生O2,在高溫條件下,石墨陽極被不斷氧化為CO2而消耗。

(2)有資料介紹:溶液中鋁元素以氫氧化物[用Al(OH)3表示]形式存在的pH范圍是3.8~10?，F(xiàn)有A、B兩種均含鋁元素形成的某種離子溶液,其pH分別為1、13,兩溶液等體積混合時反應(yīng)的離子方程式為3AlQUOTE+Al3++6H2O4Al(OH)3↓。

(3)一種新型高效凈水劑PAFC——聚合氯化鐵鋁[AlFe(OH)nCl6-n]m廣泛用于日常生活用水和工業(yè)污水的處理。有關(guān)PAFC的說法正確的是BC(填字母)。

A.PAFC中鐵元素顯+2價(jià)B.PAFC用于凈水時,比用相同量的氯化鋁和氯化鐵對水的pH改變小C.PAFC可看成一定比例的氯化鐵與氯化鋁水解的中間產(chǎn)物D.PAFC在強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性溶液中都能穩(wěn)定存在【解析】(1)氧化鋁熔點(diǎn)高,難于熔融電解,生產(chǎn)中加入冰晶石(Na3AlF6)以降低氧化鋁的熔點(diǎn)。①電解過程中陰極上Al3+得到電子生成鋁。②電解氧化鋁陽極上是氧離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣,氧氣和電極石墨反應(yīng)生成二氧化碳或一氧化碳,電極石墨不斷被消耗,所以需要不斷補(bǔ)充石墨電極。(2)A、B兩種均含鋁元素形成的某種離子溶液,其pH分別為1、13,溶液呈酸性是因?yàn)锳l3+水解,溶液呈堿性是因?yàn)锳lQUOTE水解,兩者混合后水解相互促進(jìn),反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀。(3)陰離子總價(jià)態(tài)為-n+n-6=-6,鋁為+3價(jià),所以Fe是+3價(jià),m表示分子聚合度,與價(jià)態(tài)無關(guān),A項(xiàng)錯誤;PAFC用于凈水時,OH-的存在對水的電離起抑制作用,比用相同量的氯化鋁和氯化鐵對水的pH改變小,B項(xiàng)正確;PAFC是堿式復(fù)鹽,可看成一定比例的氯化鐵與氯化鋁水解的中間產(chǎn)