金属材料、过渡金属、金属矿物的开发和利用突破训练（六）.doc

金属材料、过渡金属、金属矿物的开发和利用 突破训练（六）‎ ‎1.纯铁的熔点为1535℃,而高炉中炼铁时生铁(含碳量较高的铁合金)在1200℃左右就熔化了,这是因为 (　　)‎ A.铁的纯度越高,熔点越低 B.合金的熔点比其成分物质的熔点高 C.形成了铁碳合金,所以熔点变低 D.在高炉中熔化的过程发生了化学反应 ‎[解析] 合金的熔点比成分金属的熔点低,生铁属于合金,故熔点小于纯铁的熔点。‎ ‎2.下列常见金属的冶炼原理中不合理的是 (　　)‎ 金属 冶炼原理 A Fe Fe2O3+3CO2Fe+3CO2‎ B Hg ‎2HgO2Hg+O2↑‎ C Mg ‎2MgO(熔融)2Mg+O2↑‎ D Na ‎2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑‎ ‎[解析] 铁为较活泼金属,可用热还原法制取,A项合理。Hg不活泼,用热分解法制取,B项合理。由于MgO的熔点太高,所以用电解熔融MgCl2制取金属镁,C项错误。Na为很活泼的金属,用电解其熔融盐的方法制取,D项合理。‎ ‎3.氧化还原反应广泛应用于金属冶炼,下列说法不正确的是 (　　)‎ A.电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中,Na+被还原 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电子 D.铝热法还原铁的反应中,放出的热量能使铁熔化 ‎[解析] 用磁铁矿炼铁的反应为Fe3O4+4CO3Fe+4CO2,当有1 mol Fe3O4被CO还原成Fe时,转移8 mol电子。‎ ‎4.下列生产、生活中的事实不能用金属活动性顺序解释的是(　　)‎ A.铝制器皿不宜盛放酸性食物 B.电解饱和食盐水阴极产生氢气得不到钠 C.铁制容器盛放和运输浓硫酸 D.镀锌铁桶镀层破损后铁仍不易被腐蚀 ‎[解析] 铝性质较活泼,能和酸反应生成盐和氢气,在金属活动性顺序表中Al位于H之前,所以能用金属活动性顺序解释;阳离子得电子能力越强,其单质的还原性越弱,用惰性电极电解饱和食盐水时,阴极生成氢气而得不到钠,说明Na的活动性大于H,所以可以用金属活动性顺序解释;常温下,浓硫酸和铁发生氧化还原反应生成致密的氧化物薄膜而阻止铁进一步被氧化,该现象是钝化现象,与金属活动性顺序无关;构成原电池的装置中,作负极的金属加速被腐蚀,作正极的金属被保护,Fe、Zn和电解质溶液构成原电池,Zn易失电子作负极、Fe作正极,则Fe被保护,所以能用金属活动性顺序解释。‎ ‎5.用铝热反应还原下列物质,制得金属各1 mol时,消耗铝最少的是(　　)‎ A.MnO2 B.Cr2O3 C.V2O5 D.Fe3O4‎ ‎[解析] 制得1 mol金属转移电子最少的消耗铝最少。A~D项制得1 mol金属需要电子的物质的量依次为4 mol、3 mol、5 mol、 mol。‎ ‎6.下列叙述中不正确的是 (　　)‎ A.常见金属铁和铝在工业上冶炼方法不同 B.除去Fe2O3中混有的Al2O3:加氢氧化钠溶液,过滤 C.除去FeCl2溶液中混有的FeCl3:加入过量铁粉,过滤 D.除去铜粉中混有的CuO:加适量稀硝酸后,过滤、洗涤 ‎[解析] 铁通常用CO还原Fe2O3得到,而铝一般用电解Al2O3的方法得到,A项正确;Al2O3能与NaOH溶液反应而Fe2O3不能,B项正确;FeCl3与铁反应生成FeCl2,C项正确;Cu、CuO都能与稀硝酸反应,D项错误。‎ ‎7.用金属A(或其合金)作还原剂在高温下将另一种金属B的化合物还原以制取金属B(或其合金)的方法,通常是按还原剂来命名。‎ ‎(1)用铝作还原剂还原MnO2冶炼金属锰,称为铝热法,化学方程式为　 。 ‎ ‎(2)用硅作还原剂还原V2O3冶炼钒,称为硅热法。化学方程式为　 。 ‎ 硅(特别是硅铁)的价格比铝低,所以硅热还原法在铁合金及某些金属的生产中占有重要的地位。但硅的还原性不如铝,为使硅热还原更易进行,常加入CaO。试分析加入CaO的作用: 　 。 ‎ ‎【答案】(1)4Al+3MnO23Mn+2Al2O3‎ ‎(2)3Si+2V2O34V+3SiO2　加入CaO作熔剂,使之与反应产物SiO2结合成CaSiO3,利于反应的进行 ‎8.Cu2S是火法炼铜的重要原料之一,下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4·5H2O的流程图:‎ Cu2SCuCu2O、CuOAB胆矾 ‎(1)Cu2S中铜元素的化合价为　　 　　,火法炼铜的反应原理是　　　　　　　 　　　　　　　　(用化学方程式表示)。 ‎ ‎(2)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的体系A中溶液呈蓝色,且有红色物质生成,请写出生成红色物质的离子方程式: 　 。 ‎ ‎(3)若将A中红色物质反应掉,操作Ⅰ中加入的试剂最好是　　　　(填字母)。 ‎ A.适量的NaNO3 B.适量的HNO3‎ C.适量的H2O2 ‎ 解析:(1)Cu2S中铜为+1价,火法炼铜中Cu、O被还原,S被氧化,反应的化学方程式为Cu2S+O22Cu+SO2。‎ ‎(2)依据信息知Cu2O在酸性条件下生成Cu2+(蓝色)和单质铜(红色),反应的离子方程式为Cu2O+2H+Cu2++Cu+H2O。‎ ‎(3)H2O2不产生污染物,不引入杂质。‎ 答案:(1)+1　Cu2S+O22Cu+SO2‎ ‎(2)Cu2O+2H+Cu2++Cu+H2O ‎(3)C ‎9.氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂,是一种白色粉末,微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸。工业上采用如下工艺流程,从某酸性废液(主要含Cu2+、Fe3+、H+、Cl-)中制备氯化亚铜。‎ 请回答下列问题:‎ ‎(1)写出步骤①中发生的两个主要反应的离子方程式:‎ ‎ 　。 ‎ ‎(2)步骤②的操作名称是　　　　 　　　。 ‎ ‎(3)步骤④中所加物质X为　　　 　　　　。 ‎ ‎(4)步骤⑤的操作是　 。 ‎ ‎(5)步骤⑥应调节溶液的pH呈酸性,且用乙醇洗涤CuCl晶体,目的是　 。 ‎ ‎(6)在CuCl的生成过程中,可以循环利用的物质是　　　　　　,理论上　　　 　(填“需要”或“不需要”)补充(不考虑调节等消耗);理由是　  ‎ ‎  ‎ ‎  ‎ ‎ 　。 ‎ ‎(7)工业上还可以采用以碳棒为电极电解CuCl2溶液得到CuCl。写出电解CuCl2溶液中的阴极上发生的电极反应:　 。 ‎ 解析:(3)加CuO等调节pH,不会引入杂质。(4)在HCl气流中蒸发会抑制Cu2+‎ 的水解。(5)根据题中信息可知,CuCl不溶于稀H2SO4和乙醇,所以调节溶液的pH呈酸性,且用乙醇洗涤CuCl晶体。(6)最终有H2SO4生成,浓H2SO4与Cu反应又生成SO2和CuSO4,所以H2SO4为可循环利用的物质,生成的H2SO4的量与消耗的H2SO4在理论上相同,所以不需要补充。(7)阴极发生还原反应,即Cu2++Cl-+e-CuCl↓。‎ 答案:(1)Cu2++FeCu+Fe2+、Fe+2Fe3+3Fe2+、Fe+2H+Fe2++H2↑(任写两个)‎ ‎(2)过滤、洗涤(不答洗涤也可)‎ ‎(3)CuO或Cu(OH)2等 ‎(4)在HCl气流中蒸发结晶 ‎(5)减少CuCl的损失 ‎(6)硫酸(或H2SO4)　不需要　Cu与浓硫酸反应生成 CuSO4和SO2的物质的量之比为1∶1,而生产CuCl的过程中消耗CuSO4和SO2的物质的量之比也为1∶1,所以理论上不需要补充H2SO4‎ ‎(7)Cu2++Cl-+e-CuCl↓‎ ‎10.黄铜矿(CuFeS2)是冶炼铜及制备铁氧化物的重要矿藏,常含有微量金、银等。如图是以黄铜矿为主要原料生产铜、铁红(氧化铁)颜料的工艺流程图:‎ ‎(1)CuCl难溶于水,但可与过量Cl-反应生成可溶于水的[CuCl2]-,该反应的离子方程式为  ‎ ‎ 　。 ‎ ‎(2)有大量Cl-存在时,Na2SO3可将CuCl2还原成[CuCl2]-,因此Na2SO3要缓慢滴入溶液中的原因是 ‎  ‎ ‎ 　。 ‎ ‎(3)反应Ⅰ～Ⅴ中,属于非氧化还原反应的是反应　　　 　　。 ‎ ‎(4)已知反应Ⅴ中Cu+发生自身氧化还原反应,歧化为Cu2+和Cu,由此可推知溶液A中的溶质为　　　 　　(填化学式)。 ‎ ‎(5)在酸性、有氧条件下,一种叫做 Thibacillus ferroxidans 的细菌能将黄铜矿转化成硫酸盐,该过程中发生反应的离子方程式为 ‎ ‎ 　。 ‎ ‎(6)将一定量铁红溶于160 mL 5 mol·L-1盐酸中,再加入足量铁粉,待反应结束后共收集气体2.24 L(标准状况下),经检测,溶液中无Fe3+,则参加反应的铁粉的质量为　　 　　g。 ‎ 解析:氯化铁具有氧化性,能氧化黄铜矿,根据产物知反应Ⅰ为CuFeS2+3Fe3++Cl-4Fe2++CuCl↓+2S↓,然后过滤得到固体CuCl、S和滤液,向滤液中加入碳酸钠发生反应Ⅱ,发生的离子反应方程式为Fe2++CFeCO3↓,过滤得到FeCO3,在空气中灼烧 FeCO3得到氧化铁,反应Ⅲ为4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2;向CuCl、S的混合物中加入NaCl溶液,发生反应Ⅳ为Cl-+CuCl[CuCl2]-,过滤得到 Na[CuCl2],再加入水发生反应Ⅴ生成Cu和溶液A,Cu+在反应Ⅴ中发生自身氧化还原反应,歧化为Cu2+和Cu,则溶液A中的溶质为CuCl2、NaCl。‎ 答案:(1)Cl-+CuCl[CuCl2]-‎ ‎(2)如果加入过快,部分S会与生成的H+作用生成SO2导致原料损耗 ‎(3)Ⅱ、Ⅳ　(4)CuCl2、NaCl ‎(5)4CuFeS2+4H++17O24Cu2++4Fe3++8S+2H2O ‎(6)11.2‎ ‎11.铬及其化合物常被应用于冶金、化工、电镀、制药、纺织等行业，但使用后的废水因其中含高价铬的化合物而毒性很强，必须进行处理。‎ ‎(一)工业上往往采取下列循环工艺防止铬的污染：‎ ‎(1)上述各步反应中属于氧化还原反应的是______(填序号)。‎ ‎(2)第①步，含Cr2O的废水在酸性条件下用绿矾FeSO4·7H2O处理，写出并配平反应的离子方程式：________________________________________________。‎ ‎(3)第②步，向上述反应后的溶液中加入适量的碱石灰，使铬离子转变为Cr(OH)3沉淀。处理后，沉淀物中除了Cr(OH)3外，还有________、________(写化学式)。已知Cr(OH)3性质类似Al(OH)3，是既能与强酸反应又能与强碱反应的两性物质，写出从该沉淀物中分离出Cr(OH)3的离子方程式：__________________、_________________________________。‎ ‎(4)回收所得的Cr(OH)3，经③④⑤步处理后又可转变成K2Cr2O7。纯净的K2Cr2O7常用于准确测定Na2S2O3溶液的物质的量浓度，方法如下：‎ ‎①Cr2O＋6I－＋14H＋===3I2＋2Cr3＋＋7H2O ‎②2S2O＋I2===S4O＋2I－‎ 准确称取纯净的K2Cr2O7 0.122 5 g，配成溶液，用上述方法滴定，消耗Na2S2O3溶液25.00 mL。则Na2S2O3溶液的物质的量浓度为________(保留四位有效数字)。‎ ‎(二)电解法也是常用的处理废水的方法之一：用Fe作电极电解含Cr2O的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)3沉淀。‎ ‎(5)用Fe作阳极的原因为__________________________；阴极附近溶液pH升高的原因是(用电极反应式解释)_________________________________________________。‎ 解析：(1)①中铬元素由＋6价降至＋3价，④中铬元素由＋3价升至＋6价。(2)亚铁离子具有强还原性，与重铬酸根离子反应生成铬离子和铁离子。(3)第①步反应后，溶液中有铁离子和硫酸根离子，再加入碱石灰，除生成Cr(OH)3外，还会生成氢氧化铁和硫酸钙。氢氧化铬类似氢氧化铝，具有两性，能与氢氧化钠反应生成NaCrO2：Cr(OH)3＋NaOH===NaCrO2＋2H2O，NaCrO2类似偏铝酸钠，通入过量的CO2生成氢氧化铬、碳酸氢钠：NaCrO2＋CO2＋2H2O===Cr(OH)3↓＋NaHCO3。(4)根据反应得关系式K2Cr2O7～3I2～6Na2S2O3，n(Na2S2O3)＝6n(K2Cr2O7)，c(Na2S2O3)＝＝0.100 0 mol·L－1。(5)阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，可提供还原剂Fe2＋‎ ‎；阴极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，随着反应进行，阴极附近溶液pH升高。‎ 答案：(1)①④‎ ‎(2)Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O ‎(3)Fe(OH)3　CaSO4　Cr(OH)3＋OH－===CrO＋2H2O　CrO＋CO2＋2H2O===Cr(OH)3↓＋HCO ‎(4)0.100 0 mol·L－1‎ ‎(5)阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，提供还原剂Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎12．高锰酸钾是常用的消毒剂、除臭剂、水质净化剂以及强氧化剂。下图是在实验室中制备KMnO4晶体的流程：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)操作②的目的是获得K2MnO4，同时还产生了KCl和H2O，试写出该步反应的化学方程式：________________________，操作①和②均需在坩埚中进行，根据实验实际应选择________(填字母)。‎ a．瓷坩埚　　　　　　 b．氧化铝坩埚 c．铁坩埚 d．石英坩埚 ‎(2)操作④是使K2MnO4转化为KMnO4和MnO2，该转化过程中发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________________。‎ 若溶液碱性过强，则MnO又会转化为MnO，该转化过程中发生反应的离子方程式为__________________________________________________，因此需要通入某种气体调pH＝10～11，在实际操作中一般选择CO2而不是HCl，原因是_________________________。‎ ‎(3)操作⑤‎ 过滤时，选择图2所示装置而不用图1所示装置的原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(4)还可采用电解K2MnO4溶液(绿色)的方法制造KMnO4(电解装置如图所示)，电解过程中右侧石墨电极的电极反应式为_____________________，溶液逐渐由绿色变为紫色。但若电解时间过长，溶液颜色又会转变成绿色，可能的原因是________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)由题意知，锰元素化合价升高，氯元素化合价降低，根据得失电子守恒、原子守恒可写出并配平化学方程式。瓷坩埚和石英坩埚中均含有SiO2，在加热条件下SiO2能与KOH反应，Al2O3在加热熔融时也可与KOH反应，故只能选用铁坩埚。(2)K2MnO4发生歧化反应生成KMnO4和MnO2，根据得失电子守恒和电荷守恒可写出离子方程式。在碱性条件下，MnO转化为MnO，锰元素化合价降低，则必有元素化合价升高，推测反应生成了O2。(3)抽滤可加快过滤速度。(4)右侧石墨连接电源正极，作阳极，发生氧化反应：MnO－e－===MnO。要注意题目中的信息：高锰酸钾溶液在强碱性条件下会转变成锰酸钾溶液，溶液颜色发生变化。‎ 答案：(1)KClO3＋3MnO2＋6KOH3K2MnO4＋KCl＋3H2O　c　(2)3MnO＋2H2O===2MnO＋MnO2＋4OH－　4MnO＋4OH－===4MnO＋O2＋2H2O　Cl－具有还原性，可将K2MnO4和KMnO4还原 ‎(3)过滤速度快、效果好　(4)MnO－e－===MnO　电解较长时间后，阳极产生的MnO在阴极被还原，溶液颜色由紫色转变为绿色(或阴极上氢离子放电生成氢气，同时产生大量的氢氧根离子，溶液碱性增强，MnO转化为MnO ‎，溶液颜色由紫色转变为绿色)‎