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课时跟踪检测(十八) 4.1.1 金属矿物的开发利用
(时间：45分钟 分值：100分)
一、选择题(本题包括13小题，每小题5分，共65分)
1．下列说法中，正确的是( )
A．简单地说，金属的冶炼就是把金属单质从其矿物中分离出来
B．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被氧化
C．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原
D．金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原
解析：选C。金属冶炼的原理是利用氧化还原反应，把金属矿物中的金属阳离子还原成金属单质，因此，金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原。
2．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。下图表示了3种金属被人类开发利用的大致年限。这3种金属的应用之所以有先后，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．金属的活动性大小
解析：选D。金属活动性顺序中，越靠后的金属出现的年代越早，越靠前的金属出现得越晚，说明金属越活泼，越难冶炼。
3．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
解析：选D。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。
4．热还原法冶炼金属的反应一定是( )
A．氧化还原反应 B．置换反应
C．复分解反应 D．分解反应
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解析：选A。热还原法是用还原剂将金属氧化物还原为金属单质，一定会涉及化合价的变化，所以一定是氧化还原反应。肯定不是复分解反应和分解反应，也不一定是置换反应。
5．在熔融状态下，Na与KCl存在可逆反应：Na＋KClNaCl＋K，通过调整温度，可利用Na来制取K。
物质
K
Na
KCl
NaCl
熔点/℃
63.6
97.8
770
801
沸点/℃
774
883
1 500
1 413
根据上表的熔点和沸点，确定由Na与KCl反应制取K的合适温度为( )
A．770 ℃ B．801 ℃
C．850 ℃ D．770～801 ℃
解析：选C。本题要求通过控制温度，使可逆反应Na＋KClNaCl＋K向右进行，制取K。由题表中的信息可知，在850 ℃时，Na(l)＋KCl(l)NaCl(l)＋K(g)。由此可见，在850 ℃时，Na(l)＋KCl(l)NaCl(l)＋K(g)的反应体系中K不断蒸发，可逆反应不断向右进行，达到了利用Na制取K的目的。
6．下列制备金属单质的方法或原理正确的是( )
A．在高温条件下，用H2还原MgO制备单质Mg
B．在通电条件下，电解熔融Al2O3制备单质Al
C．在通电条件下，电解饱和食盐水制备单质Na
D．加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu
解析：选B。Mg的活泼性强，不能用H2还原法制备Mg，而是用电解熔融MgCl2的方法制备；电解饱和食盐水得到NaOH而不是Na；CuO加强热分解生成Cu2O而不是Cu。
7．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．Al2O3＋3C2Al＋3CO↑
C．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
D．2Ag2O4Ag＋O2↑
解析：选B。目前金属铝的制备方法是电解氧化铝，其他选项中所涉及的内容均符合理论和生产实际。
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8．有0.4 g铁的氧化物，用足量的CO在高温下将其还原，把生成的CO2全部通入足量澄清石灰水中，得到0.75 g沉淀。这种铁的氧化物的化学式是( )
A．FeO B．Fe2O3
C．Fe3O4 D．FeO和Fe2O3
解析：选B。CO和铁的氧化物反应时，氧化物中的1 mol O对应1 mol CO2，每1 mol CO2对应1 mol CaCO3，所以有下列的关系式：O～CO2～CaCO3。假设0.4 g该氧化物中含氧元素的质量为x。
O ～ CO2 ～ CaCO3
16 100
x 0.75 g
解得x＝0.12 g
n(Fe)∶n(O)＝∶＝2∶3。
故此氧化物的化学式为Fe2O3。
9．某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应，它可用于某些金属的冶炼。下列反应速率(v)和温度(T)的关系示意图中与铝热反应最接近的是( )
解析：选B。镁条燃烧放出的热量使金属氧化物粉末和Al粉的温度升高到一定值时，铝热反应开始，铝热反应放出大量的热，又使金属氧化物粉末和Al粉的温度迅速升高，铝热反应速率大幅度增大。
10．冶炼金属一般有以下四种方法：①焦炭还原法；②水煤气法(或氢气、一氧化碳还原法)；③活泼金属置换法；④电解法。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石[Cu2(OH)2CO3]炼铜，(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬，(Ⅳ)从光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)中炼镁。下列对应关系不正确的是( )
A．(Ⅰ)① B．(Ⅱ)②
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C．(Ⅲ)③ D．(Ⅳ)④
解析：选B。(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜是用树木煅烧孔雀石，孔雀石分解后产生CuO，树木变成焦炭后还原CuO得到Cu：Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑，2CuO＋C2Cu＋CO2↑，符合①。(Ⅱ)湿法炼铜是我国西汉时期用铁从铜的化合物溶液中置换出铜：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，符合③。(Ⅲ)铝热法炼铬：2Al＋Cr2O32Cr＋Al2O3，符合③。(Ⅳ)从光卤石中炼镁是先从光卤石中得到MgCl2，再电解熔融的MgCl2得到Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑，符合④。
11．二战期间丹麦科学家玻尔被迫离开德军占领的祖国。为了表明一定要返回祖国的决心，他把心爱的金质诺贝尔奖章放在盛有王水(浓盐酸与浓硝酸的混合物)的玻璃容器中：Au＋HNO3(浓)＋3HCl(浓)===AuCl3＋NO↑＋2H2O，战后玻尔返回祖国，从溶液中提取出金，又重新铸造成奖章，下列方法中，不能从溶有黄金的王水中提取出金的方法是( )
A．萃取 B．蒸发灼烧
C．用Fe置换 D．电解
解析：选A。Au是不活泼金属，用铁置换或电解的方法可以得到金；蒸发水分后可得到AuCl3固体，灼烧发生反应：2AuCl32Au＋3Cl2↑。
12．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
解析：选C。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。
13．用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1 mol，消耗铝最少的是( )
A．MnO2 B．WO3
C．Cr2O3 D．Co3O4
解析：选D。用铝热法还原金属氧化物时，Al作还原剂，金属氧化物作氧化剂。在反应中金属氧化物被还原为单质，显然，在氧化物中金属化合价越高，变为单质时需得到的电子越多，消耗铝越多；金属化合价越低，得电子数越少，
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消耗铝越少。以上金属氧化物中金属的化合价分别为Mn(＋4)、W(＋6)、Cr(＋3)、Co(＋)，则Co化合价最低，消耗铝最少。
二、非选择题(本题包括4小题，共35分)
14．(8分)冶炼金属常用以下几种方法：
①以C、CO或H2作还原剂的热还原法 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________。
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。
答案：(1)① (2)③ (3)④ (4)②
15．(8分)下图是一氧化碳还原铁的氧化物的实验装置，请回答下列问题：
(1)判断硬质玻璃管中已开始发生反应的现象是_____________________________________；
反应过程中产生的现象是_________________________________。
(2)在A处点燃可见淡蓝色火焰的原因是______________________________。
(3)实验结束时正确的操作是________(填序号)。
①先停止通入CO
②先熄灭酒精灯，并继续通入CO
③熄灭酒精灯，同时停止通入CO
④先熄灭酒精灯，继续通入CO，并点燃排出的CO气体
解析：(1)硬质玻璃管中发生反应：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，
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故硬质玻璃管中红棕色固体变黑。
(2)CO有毒，污染环境，应在A处点燃，而CO燃烧时，火焰呈淡蓝色。
(3)实验过程中若先停止通CO，则生成的铁可能被氧化，而且可能发生倒吸现象，故应先熄灭酒精灯，继续通CO至玻璃管冷却，并点燃排出的CO气体，以防污染环境。
答案：(1)B中澄清石灰水变浑浊 玻璃管里的粉末由红棕色逐渐变成黑色，B中澄清石灰水变浑浊
(2)从A导管逸出的尾气中有未反应的CO，而CO燃烧时，火焰呈淡蓝色 (3)④
16．(8分)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
解析：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铁铝合金。依据Fe、Al的熔点和在酸、碱中的反应来分析。要证明铁铝合金中有铝，选择NaOH溶液；要溶解铁铝合金，选择稀H2SO4为宜，因为浓H2SO4、浓HNO3使Fe、Al钝化，Fe、Al与稀HNO3反应会产生氮氧化物污染环境，NaOH溶液不溶解铁。
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－===2AlO＋3H2↑ (3)B
17．(11分)金属钛具有密度小、强度高、耐腐蚀、无毒等优点，
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已广泛应用于航空航天工业，并逐步进入了化工、船舶、汽车、体育器材，医疗等民用领域，并显示出了巨大的发展潜力。还原法是工业上冶炼钛的常用方法之一，该方法是以金红石(主要含TiO2)为原料来制取，其主要工艺流程如下：
试回答下列问题：
(1)已知反应①通常在800～900 ℃的条件下进行，产物中有一种可燃性无色气体，其中当有1 mol Cl2完全反应时，参加反应的还原剂的物质的量为________mol。
(2)反应②通常在800 ℃的条件下进行，通入氩气的目的是
__________________________________________；
分离反应②的产物所得到的海绵钛中常混有少量杂质，应如何除去杂质？
______________________________________(简述操作过程)。
(3)在上述工艺流程中可以循环使用的物质是_______________________________。
解析：(1)反应①的反应物为TiO2、C、Cl2，结合流程图知有TiCl4生成，利用原子守恒及题给信息可知另一气体产物是CO，所以反应的化学方程式为TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO，在反应中C被Cl2氧化，当有1 mol Cl2完全反应时，参加反应的还原剂(C)的物质的量为1 mol。(2)反应②中反应物Mg以及产物Ti在高温下都易被空气中的氧气氧化，所以通入氩气的目的是防止镁和钛在高温条件下被空气中的氧气氧化；此法制得的金属钛中含有少量金属镁，结合镁和钛(题中信息：钛耐腐蚀)性质，可知可采用盐酸或硫酸酸洗镁和钛的混合物即可除去Mg。(3)由流程图知可循环使用的物质为Cl2、Mg以及海绵钛除杂时生成的MgCl2等。
答案：(1)1 (2)氩气作保护气，防止镁、钛被氧化 将海绵钛置于盐酸中酸洗，然后过滤即可得纯净的钛 (3)Cl2、Mg和MgCl2
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