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第八章 化学与可持续发展
2
2门世2有
3厚
热分
分解HgO
解法
冶炼镁
冶炼铝
电解法
冶炼钠
高炉炼铁
热还
原法
铝热法炼铁
课堂建构
K、Ca、
Na、
Mg、
Zn、Fe
Al
Sn、Pb、
Cu
Hg、Ag
电解法
热还原法
Pt、Au
热分解法
物理方法
单质的还原性
强
弱
→第八章　化学与可持续发展
第一节　自然资源的开发利用
课时1 金属矿物的开发利用
(一)基础巩固
1.下列说法中正确的是 (　　)
A.金属的冶炼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
答案:C
2.金属锂是密度最小的金属,等质量的不同金属,锂可以释放出更多的电子,故常用来制造高性能电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间,则冶炼金属锂应采用的方法是 (　　)
A.电解法　　　　　　　 B.热还原法
C.热分解法 D.铝热法
答案:A
3.电解无水MgCl2所得镁蒸气冷却后即得固体镁。镁可在下列气体氛围中冷却的是 (　　)
A.H2 B.CO2
C.O2 D.空气
解析:Mg在加热条件下可与O2、CO2、N2反应。
答案:A
4.下列反应原理中,不符合工业冶炼金属实际情况的是 (　　)
A.3MgO+2Al3Mg+Al2O3
B.3CO+Fe2O32Fe+3CO2
C.2HgO2Hg+O2
D.2Al2O34Al+3O2
解析:Mg为活泼金属,通常用电解熔融的氯化镁的方法冶炼,A项错误;Fe是金属活动性顺序中处于中间位置的金属,通常是用还原剂(C、CO、H2、活泼金属等)将Fe从其化合物中还原出来,B项正确;Hg为不活泼金属,可以直接用加热分解的方法制得,C项正确;Al为活泼金属,通常用电解熔融的氧化铝的方法冶炼,D项正确。
答案:A
5.(2022·广东广州外国语学校等三校高一联考)某合金与铁的物理性质的比较如下表所示:
物质 硬度(金 刚石为10) 导电性 (银为100)
某合金 2 500 7.4 7.4 2.3
铁 1 535 7.86 4.5 1.7
已知该合金耐腐蚀、强度大。从以上性能看,该合金不适合作 (　　)
A.炉具 B.门窗框
C.导线 D.飞机外壳
解析:铁常作炉具材料,该合金熔点比铁高,故可用作炉具,A项正确;该合金硬度比铁大得多,故可用作门窗框,B项正确;一般不用铁作导线,该合金导电能力只比铁稍强,故不适合用作导线,C项错误;该合金耐腐蚀、强度大,故可用作飞机外壳,D项正确。
答案:C
6.部分含镁或含铜物质的类别与相应化合价关系如图所示,其中e为氯化物。下列推断合理的是 (　　)
A.a、b、c、d、e不可能均为含铜物质
B.c、d可以在不同条件下互相转化
C.工业上均采取电解e的水溶液的方式冶炼a
D.c为含铜物质时,可以在加热条件下氧化乙醇
解析:a、b、c、d、e可能均为含铜物质,除了b不能是镁的氧化物外,其余都可能是含镁物质,A项错误;氧化镁、氧化铜都不能直接转化为对应的氢氧化物,B项错误;电解镁盐溶液不能得到镁,C项错误;氧化铜可以在加热条件下氧化乙醇,得到乙醛,D项正确。
答案:D
(二)拓展提高
7.(2022·广东茂名)Ti具备优良的抗腐蚀性,被称为未来金属,工业上可以采用镁热还原法(高温)制备,工艺流程如下。
已知:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,下列说法错误的是 (　　)
A.镁热还原的化学方程式为TiCl4+2MgTi+2MgCl2
B.整个工艺流程中,氯元素化合价始终不变
C.Ti和Mg高温下化学性质非常活泼,镁还原TiCl4时需在惰性气氛中进行
D.Mg的循环使用可以提高原料利用率,降低成本
解析:在镁热还原过程中,Mg将TiCl4还原为Ti,Mg被氧化为MgCl2,化学方程式为TiCl4+2MgTi+2MgCl2,A项正确;电解熔融的MgCl2时,发生反应MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,氯元素化合价由-1价升高为0价,B项错误;高温条件下,由于Ti和Mg很容易被空气中的氧气氧化,所以镁还原TiCl4时,需在惰性气氛中进行,C项正确;Mg还原TiCl4后转化为MgCl2,MgCl2(熔融)电解再生成Mg,可实现镁的循环使用,从而提高原料利用率,降低生产成本,D项正确。
答案:B
8.铁是应用最广泛的金属,到目前为止,人类研制出了很多炼铁的方法。某研究性学习小组的同学在实验室中模拟工业炼铁的过程,实验装置如下图所示:
(1)写出得到单质铁的化学方程式: 　。
(2)实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑,请设计一个实验来验证生成了单质铁: 　。
(3)装置末端气球的作用为 　　　　　　　　　　。实验结束时,应该　 (填“先停止加热”或“先停止通入CO”),目的是 　。
解析: (1)CO还原氧化铁生成CO2和铁。(2)铁是活泼的金属,能与盐酸反应产生氢气。(3)由于CO是有毒气体,需要尾气处理,所以装置末端气球的作用为收集CO,防止污染空气。高温下铁易被空气氧化,所以实验结束时,应先停止加热,冷却后再停止通入CO,目的是防止生成的铁再次被氧化。
答案: (1)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
(2)取少量粉末放于试管中,加少量盐酸,若产生无色无味气体,则证明生成了单质铁
(3)收集未反应的CO,防止污染空气　先停止加热　防止生成的铁再次被氧化
9.孔雀石的主要成分为CuCO3·Cu(OH)2,某同学设计从孔雀石中冶炼金属铜的方案如下:
①将孔雀石粉碎后加过量的稀硫酸;
②将反应后的混合物过滤;
③向滤液中加入一种金属粉末。
根据上述实验方案,试回答:
(1)第①步反应中的现象为 　。
(2)第③步加入的金属粉末是　　　　　,理由是　 　。
(3)若向滤液中加入过量生石灰后,过滤,将沉淀加热灼烧后再通入　　　　,可制得较纯净的铜。
解析: (1)第①步反应中可观察到的现象是固体溶解,有无色气体生成,溶液变成蓝色。(2)第③步中加入的金属粉末可以是Zn、Fe等,理由为均比Cu活泼的金属,且与水不反应,可置换出Cu。(3)沉淀[Cu(OH)2]加热灼烧后会得到氧化铜,氧化铜可以被氢气还原为铜。
答案: (1)固体溶解,有无色气体生成,溶液变成蓝色
(2)Fe　铁的金属活动性比铜的金属活动性强,可从溶液中置换出铜(或其他合理答案)
(3)氢气(或其他合理答案)
(三)挑战创新
10.钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属,钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿,我国的钛铁矿储量居世界首位。用含Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制备TiO2流程如图所示。
(1)步骤①加Fe的目的是 　;
步骤②冷却的目的是 　。
(2)上述制备TiO2的过程中,可以利用的副产物是　　　　;考虑成本和废物综合利用因素,废液中应加入　　　　处理。
(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti)涉及的步骤如下:
TiO2TiCl4Ti
反应TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的理由是 　　　　。
解析: (1)根据加入浓硫酸后,得到离子种类,以及最后所得产物中的FeSO4·7H2O分析,步骤①加入铁,发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+。过滤后得到FeSO4·7H2O,步骤②冷却的目的是降低FeSO4·7H2O的溶解度,析出FeSO4·7H2O。(2)根据流程制备的是TiO2,则FeSO4·7H2O 属于副产物。水浸时生成H2TiO3,废液显酸性,应加入生石灰或碳酸钙或废碱进行处理。(3)Mg、Ti能与O2、N2等发生反应,因此在Ar氛围中,防止Mg、Ti与空气中的O2、N2等发生反应。
答案: (1)将Fe3+还原为Fe2+　
析出绿矾(FeSO4·7H2O)
(2)绿矾(FeSO4·7H2O)　生石灰(或碳酸钙或废碱)
(3)防止高温下镁或钛与O2、N2等反应
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