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10 探究物质的转化和利用
一、金属的冶炼
(1)金属在自然界中的存在
少数金属以 单质 形式存在，大多数金属是以化合态的形式存在的。
(2)金属的冶炼原理与方法
①原理：把金属从化合态变成游离态。
②冶炼方法：
A木炭和氧化铜粉末在高温下的反应： C+2CuO高温CO2↑+2Cu
实验现象：黑色固体逐渐变为红色，澄清石灰水变浑浊。
B炽热的碳能在高温条件下与二氧化碳反应，生成一氧化碳。一氧化碳也会夺取金属氧化物中的氧，产生游离态的金属单质。以碳和氧化铜反应为例，该过程的化学方程式为：
2C+O2高温CO 、 CO+CuO△CO2+Cu
C氢气还原氧化铜： H2+CuO△H2O+Cu
现象： 黑色 粉末状固体逐渐变为 红色 ，试管口有 水珠 生成。
操作注意事项：实验开始时需先 通氢气 。再 加热 ，防止 爆炸 ；
实验停止后，要继续 氢气 ，直到 完全冷却 为止，防止 铜再次被氧化。
氢气还原氧化铜实验装置中容易出现的典型错误：
①试管口高于试管底。应使试管口 低于 试管底，防止反应生成的水倒流。
②试管口加了胶塞。试管口不能加胶塞，否则 气压过大 ，易造成试管炸裂。
③导管略伸入试管口。应使导管贴试管上壁伸人 底部 。
(3)还原反应
A含氧化合物里的氧被夺取的反应，叫做 还原反应 ；能从氧化物中夺取氧的能力叫做 还原 性，具有还原性的物质可作 还原 剂。
B可以作还原剂的物质主要有 C 、 H2 和 CO 。
(4)铁的冶炼
用铁矿石炼铁的主要反应原理：在高温下，用一氧化碳从铁矿石中把铁还原出来。
操作注意事项：实验最好在通风橱中进行。实验时应该先通一会一氧化碳，以排除试管中的空气，防止一氧化碳与空气混合加热时引起爆炸。多余的一氧化碳不能直接排到空气中，应尾气处理 。
二、物质转化的关系
(1)金属+氧气→金属氧化物(碱性氧化物)
如：4Na+O2=2Na2O 2Cu+O2 2CuO
(2) 金属氧化物+水→可溶性碱
Na2O+H2O=2NaOH K2O+ H2O=2KOH
难溶性碱不能用相对应的碱性氧化物与水反应得到
非金属+氧气→非金属氧化物(酸性氧化物)
如：C+ O2CO2
非金属氧化物不一定都是酸性氧化物，学过的酸性氧化物有CO2 、SO2 、P2O5
(4)酸性氧化物+水→可溶性含氧酸
如： CO2+ H2O=H2CO3 SO2+ H2O=H2SO3
H2SiO3是难溶性酸，所以不能用对应的酸性氧化物SiO2与水化合而制得
(5)金属+非金属→无氧酸盐 如：2Na+Cl2点燃2NaCl
(6)金属氧化物+非金属氧化物→含氧酸盐 如：Na2O+CO2=Na2CO3
(7)金属氧化物+酸→盐+水 如：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
(8)非金属氧化物+碱→盐+水 如：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
(9)酸+碱→盐+水 如：HCl+NaOH=NaCl+H2O
(10)可溶性碱+可溶性盐→新碱+新盐(其中有一种为沉淀)
如：3NaOH+ FeCl3=3NaCl +Fe(OH)3↓
(11)酸+盐→新酸+新盐(条件：酸可溶于水，且生成物中要有沉淀、气体或水)
如：H2SO4+BaCl2=2HCl+BaSO4↓
(12)盐+盐→新盐+新盐(条件：反应物均溶于水且生成物中要有沉淀)
如：NaCl+AgNO3=AgCl↓+NaNO3
(13)金属+盐→新金属+新盐
如：Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
(14)金属+酸→盐+氢气
如：Fe+2HCl= FeCl2+H2 ↑
条件：酸是除浓硫酸和浓硝酸以外的酸，且参加反应的金属是金属活动性顺序表中氢以前的金属
(15)碱→碱性氧化物+水：2Fe(OH)３ Fe2O3+ 3H2O
(16)酸→酸性氧化物+水：H2CO3 CO2↑+ H2O
三、典型例题
【例1】某混合气体可能有CO2、CO、H2中的一种或几种，某学习小组的同学为了探究气体的组成，设计了如下装置进行实验（夹持装置已省略）。实验中出现的现象及在反应前后测量C、D装置的质量（各步反应均完全）记录如下表：
试分析回答下列问题:
（1）请写出A装置中反应的化学方程式________。
（2）能证明原混合气体中有氢气存在的实验现象应该是________。
（3）若混合气体中含有CO，则a、b、c、d之间满足的关系式为________。
【例2】现有一包Na2CO3和Na2SO4固体粉末混合物22.2g，向其中加入足量的稀H2SO4 ， 产生气体的质量和加入稀H2SO4的质量关系如图所示。
（1）产生气体的质量为________g；
（2）恰好完全反应时，求所用稀H2SO4中溶质的质量；
（3）求恰好完全反应时溶液中溶质的质量分数。
A组 基础训练
1、(巴中中考)下列物质的变化中，只有加酸才能一步实现的是(　　)
A．CaCO3→CO2 B．Zn→ZnSO4 C．CuO→CuCl2 D．KOH→KCl
2、常温下，某反应M＋N→盐＋水，其中M、N的类别不可能是(　　)
A．酸、碱　 　 B．单质、氧化物
C．氧化物、酸　　 D．氧化物、碱
3、下列哪个金属氧化物不能溶于水得到相应的碱(　　)
A．Na2O　　　 B．CaO　　　 　C．K2O　　 　 D．CuO
4、镍氢充电电池有着广泛应用，镍及其化合物能发生下列反应：
①Ni＋2HCl===NiCl2＋H2↑　
②NiO＋2HCl===NiCl2＋H2O　
③NiO2＋4HCl===NiCl2＋Cl2↑＋2H2O[注：Ni(OH)2不溶于水]
对上述反应的分析判断错误的是(　　)
A．镍能与氯化铜溶液发生置换反应
B．反应②和③都是复分解反应
C．NiCl2能与NaOH溶液发生复分解反应
D．反应①、③中Ni的化合价都发生了变化
5、氢气、一氧化碳、碳粉都分别与黑色的氧化铜反应，下列叙述错误的是(　　)
A．氢气、一氧化碳、碳粉都发生了氧化反应
B．都属于置换反应
C．反应都要加热
D．反应最终都有红色物质生成
6、在氢气还原氧化铜的反应中，进行如下操作：①加热；②停止加热；③通入氢气；④停止通氢气。下列操作顺序正确的是(　　)
A．③①②④　　　　 B．③①④② C．①③②④　　　　D．①③④②
7、下列物质转化(“→”表示一种物质转化为另一种物质)中，每次转化只通过一步反应，不可能全部实现的是(　　)
A．H2O2→O2→CO2→H2CO3
B．NaOH→NaNO3→Na2CO3→NaCl
C．CaCO3→CaO→Ca(OH)2→NaOH
D．Mg→H2→HCl→AlCl3
8、下列实验能达到相应目的的是(　　)
A．分离Zn和Cu的固体混合物：加适量的Cu(NO3)2溶液，过滤
B．除去CaCl2溶液中少量的HCl：加过量Ca(OH)2固体，过滤
C．验证BaSO4中含有BaCO3：取样，加适量稀盐酸，有气泡产生
D．制备Cu(OH)2：将CuSO4溶液和适量Ba(OH)2溶液混合，过滤
9、将CO通入盛有12gFe2O3的试管内，加热反应一段时间后，停止加热，继续通入CO至试管冷却，此时试管内残留固体的质量为9.6g，则反应生成铁的质量为(　　)
A．2.4g　　　　B．5.6g　　　　C．8.4g　　　　D．9.6g
10、小章同学准备在实验室用下图所示装置模拟工业炼铁。请你据此回答下列问题：
(1)实验中产生的现象主要有：__________________________、______________________________。
(2)实验中两个酒精灯的作用各是什么？左边：__________________；右边：________________。
(3)当Fe2O3反应完全后，应先熄灭________(填“左边”或“右边”)的酒精灯。
(4)某同学实验完成后，发现过量的澄清石灰水增重0.44g，则该同学通入装置的CO气体质量________(填“大于”、“小于”或“等于”)0.28g。
B组 自主提高
1、某班同学在做完“二氧化碳的制取和性质”实验后，废液缸中盛有大量的盐酸与氯化钙的混合溶液(不考虑其他杂质)。为了对废液进行处理，某同学做了如下实验：取废液缸上层清液20.0g于烧杯中，逐滴滴入溶质质量分数为5.3%的碳酸钠溶液直至过量，滴入碳酸钠溶液的质量与生成沉淀的质量的变化关系如图所示。
请回答下列问题：
(1)当加入碳酸钠溶液20.0g时，溶液中的溶质为____________。
(2)当废液中盐酸完全反应时，生成的二氧化碳的质量为____________。
(3)实验过程中实际参加反应的碳酸钠溶液的质量为____________。
(4)当废液中两种物质刚好消耗完毕时，所得溶液中氯化钠的质量分数为_____________。
2、实验室现有硫酸镁和硫酸钠的固体混合物样品，小明同学想测定样品中硫酸镁的质量分数，先称取该混合物样品20g，完全溶于100g水中。然后取用了一定溶质质量分数的氢氧化钠溶液100g平均分四次加入其中，充分振荡，实验所得数据见下表，请你分析并进行有关计算：
次数 1 2 3 4
加入氢氧化钠溶液的质量/g 25 25 25 25
生成沉淀的质量/g 2.9 x 8.7 8.7
(1)上表中x的数值为________；原固体混合物样品中硫酸镁的质量分数是________。
(2)求恰好完全反应时，溶液中溶质的质量分数。(结果精确到0.1%)
(3)请在下图中画出在20g样品中加氢氧化钠溶液的质量与产生沉淀质量变化关系的示意图。
(4)若用氢氧化钡溶液代替氢氧化钠溶液来测定样品中硫酸镁的质量分数，是否可行？并说明理由。
参考答案
三、典型例题
【例1】某混合气体可能有CO2、CO、H2中的一种或几种，某学习小组的同学为了探究气体的组成，设计了如下装置进行实验（夹持装置已省略）。实验中出现的现象及在反应前后测量C、D装置的质量（各步反应均完全）记录如下表：
试分析回答下列问题:
（1）请写出A装置中反应的化学方程式________。
（2）能证明原混合气体中有氢气存在的实验现象应该是________。
（3）若混合气体中含有CO，则a、b、c、d之间满足的关系式为________。
【答案】 （1）CO2+Ba(OH)2=BaCO3↓+H2O（2）C中黑色固体变红色，D中白色固体变蓝色（3）（a-c）> 8(d-b)/9
【例2】现有一包Na2CO3和Na2SO4固体粉末混合物22.2g，向其中加入足量的稀H2SO4 ， 产生气体的质量和加入稀H2SO4的质量关系如图所示。
（1）产生气体的质量为________g；
（2）恰好完全反应时，求所用稀H2SO4中溶质的质量；
（3）求恰好完全反应时溶液中溶质的质量分数。
【答案】 （1）2.2g
（2）解:设恰好完全反应时，求所用稀H2SO4中溶质的质量为X，Na2CO3的质量为Y，
Na2CO3 + H2SO4 =Na2SO4+ H2O + CO2↑
106 98 44
Y X 2.2g
X=4.9g Y=5.3克
同理计算求得生成Na2SO4质量为7.1g
（3）解:溶液中溶质质量为7.1g+22.2g-5.3g=24g，
溶液总质量为：22.2g+100g-2.2g=120g，
Na2SO4%=24/120×100%=20%
A组 基础训练
1、(巴中中考)下列物质的变化中，只有加酸才能一步实现的是(　　)
A．CaCO3→CO2 B．Zn→ZnSO4 C．CuO→CuCl2 D．KOH→KCl
【答案】 C
2、常温下，某反应M＋N→盐＋水，其中M、N的类别不可能是(　　)
A．酸、碱　 　 B．单质、氧化物
C．氧化物、酸　　 D．氧化物、碱
【答案】 B
3、下列哪个金属氧化物不能溶于水得到相应的碱(　　)
A．Na2O　　　 B．CaO　　　 　C．K2O　　 　 D．CuO
【答案】 D
4、镍氢充电电池有着广泛应用，镍及其化合物能发生下列反应：
①Ni＋2HCl===NiCl2＋H2↑　
②NiO＋2HCl===NiCl2＋H2O　
③NiO2＋4HCl===NiCl2＋Cl2↑＋2H2O[注：Ni(OH)2不溶于水]
对上述反应的分析判断错误的是(　　)
A．镍能与氯化铜溶液发生置换反应
B．反应②和③都是复分解反应
C．NiCl2能与NaOH溶液发生复分解反应
D．反应①、③中Ni的化合价都发生了变化
【答案】 B
5、氢气、一氧化碳、碳粉都分别与黑色的氧化铜反应，下列叙述错误的是(　　)
A．氢气、一氧化碳、碳粉都发生了氧化反应
B．都属于置换反应
C．反应都要加热
D．反应最终都有红色物质生成
【答案】 B
6、在氢气还原氧化铜的反应中，进行如下操作：①加热；②停止加热；③通入氢气；④停止通氢气。下列操作顺序正确的是(　　)
A．③①②④　　　　 B．③①④② C．①③②④　　　　D．①③④②
【答案】 A
7、下列物质转化(“→”表示一种物质转化为另一种物质)中，每次转化只通过一步反应，不可能全部实现的是(　　)
A．H2O2→O2→CO2→H2CO3
B．NaOH→NaNO3→Na2CO3→NaCl
C．CaCO3→CaO→Ca(OH)2→NaOH
D．Mg→H2→HCl→AlCl3
【答案】 B
8、下列实验能达到相应目的的是(　　)
A．分离Zn和Cu的固体混合物：加适量的Cu(NO3)2溶液，过滤
B．除去CaCl2溶液中少量的HCl：加过量Ca(OH)2固体，过滤
C．验证BaSO4中含有BaCO3：取样，加适量稀盐酸，有气泡产生
D．制备Cu(OH)2：将CuSO4溶液和适量Ba(OH)2溶液混合，过滤
【答案】 C
9、将CO通入盛有12gFe2O3的试管内，加热反应一段时间后，停止加热，继续通入CO至试管冷却，此时试管内残留固体的质量为9.6g，则反应生成铁的质量为(　　)
A．2.4g　　　　B．5.6g　　　　C．8.4g　　　　D．9.6g
【答案】 B
10、小章同学准备在实验室用下图所示装置模拟工业炼铁。请你据此回答下列问题：
(1)实验中产生的现象主要有：__________________________、______________________________。
(2)实验中两个酒精灯的作用各是什么？左边：__________________；右边：________________。
(3)当Fe2O3反应完全后，应先熄灭________(填“左边”或“右边”)的酒精灯。
(4)某同学实验完成后，发现过量的澄清石灰水增重0.44g，则该同学通入装置的CO气体质量________(填“大于”、“小于”或“等于”)0.28g。
【答案】红色粉末变黑 澄清石灰水变浑浊 加热氧化铁粉末 燃烧掉剩余的CO气体，处理掉尾气 左边 大于
B组 自主提高
1、某班同学在做完“二氧化碳的制取和性质”实验后，废液缸中盛有大量的盐酸与氯化钙的混合溶液(不考虑其他杂质)。为了对废液进行处理，某同学做了如下实验：取废液缸上层清液20.0g于烧杯中，逐滴滴入溶质质量分数为5.3%的碳酸钠溶液直至过量，滴入碳酸钠溶液的质量与生成沉淀的质量的变化关系如图所示。
请回答下列问题：
(1)当加入碳酸钠溶液20.0g时，溶液中的溶质为____________。
(2)当废液中盐酸完全反应时，生成的二氧化碳的质量为____________。
(3)实验过程中实际参加反应的碳酸钠溶液的质量为____________。
(4)当废液中两种物质刚好消耗完毕时，所得溶液中氯化钠的质量分数为_____________。
【答案】 CaCl2和NaCl 0.44g 40g 4.0%
2、实验室现有硫酸镁和硫酸钠的固体混合物样品，小明同学想测定样品中硫酸镁的质量分数，先称取该混合物样品20g，完全溶于100g水中。然后取用了一定溶质质量分数的氢氧化钠溶液100g平均分四次加入其中，充分振荡，实验所得数据见下表，请你分析并进行有关计算：
次数 1 2 3 4
加入氢氧化钠溶液的质量/g 25 25 25 25
生成沉淀的质量/g 2.9 x 8.7 8.7
(1)上表中x的数值为________；原固体混合物样品中硫酸镁的质量分数是________。
(2)求恰好完全反应时，溶液中溶质的质量分数。(结果精确到0.1%)
(3)请在下图中画出在20g样品中加氢氧化钠溶液的质量与产生沉淀质量变化关系的示意图。
(4)若用氢氧化钡溶液代替氢氧化钠溶液来测定样品中硫酸镁的质量分数，是否可行？并说明理由。
【答案】 5.8 90% 12.5% 图略 不可行，氢氧化钡也会与杂质中硫酸钠反应，导致结果偏差
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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