资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
第14讲　金属材料和金属矿物的开发利用
【备考目标】　1.了解金属材料及其重要化合物的主要性质，了解其在生产、生活中的应用。2.了解金属冶炼的原理和方法，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要作用。3.了解钒、钴、镍及其化合物的重要性质。
考点1　金属材料与金属冶炼
1．常见的金属材料
(1)金属材料的分类
(2)合金
(3)几种常见的合金
2．金属冶炼的一般方法及应用
(1)金属在自然界中的存在
(2)金属冶炼的实质
金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程，即：Mn＋＋ne－===M(M表示金属)。
(3)金属冶炼的方法
方法名称 主要反应原理(举例)
热分解法 2HgO2Hg＋O2↑ 2Ag2O4Ag＋O2↑
热还原法 CO作还原剂 Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 (高炉炼铁)
H2作还原剂 WO3＋3H2W＋3H2O
活泼金属作还原剂 3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3
电解法 2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
【提醒】　①工业上冶炼铝是电解熔融Al2O3而不是电解熔融AlCl3，是因为AlCl3为共价化合物，熔融时不导电。②冶炼镁是电解熔融的MgCl2而不是电解熔融MgO，是因为MgO熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本，而MgCl2的熔点较低，更易熔融。
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)合金材料中不可能含有非金属元素(× )
(2)合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属(√ )
(3)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝在地壳中含量较低(× )
(4)MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg(× )
题组练习
一、金属材料、合金的性能与应用
1．(2023·上海宝山统考二模)关于生铁和钢的区别正确的是(　　 )
A．生铁属于纯净物，钢属于混合物 B．生铁比钢的含碳量更高
C．生铁比钢弹性更好 D．生铁属于铁碳合金，钢也是合金但不含碳
解析：选B。生铁也是混合物，且含碳量更高(生铁：2%～4.3%，钢：0.03%～2%)。
2．青铜的主要成分是铜和锡，锡的熔点是232 ℃，含锡25%的青铜熔点约为800 ℃，《吕氏春秋·别类编》中有关于青铜的记载“金(铜)柔锡柔，合两柔则为刚，燔(烧)之则为淖(液体)。”下列说法正确的是(　　 )
A．在轮船外壳悬挂锌、锡等金属块可减慢钢铁的腐蚀
B．合金的熔点一定低于各组分金属的熔点
C．铜和锡在元素周期表均位于第四周期
D．“合两柔则为刚”体现了合金的硬度通常大于各组分金属的特点
解析：选D。要保护钢铁，在和海水构成的原电池中应该让钢铁作正极，活泼性比Fe强的金属作负极，锡金属性弱于铁，不能保护铁，故A错误；青铜的主要成分是铜和锡，锡的熔点是232 ℃，含锡25%的青铜熔点约为800 ℃，青铜的熔点高于锡，故B错误；锡位于元素周期表的第五周期，故C错误；“金(铜)柔锡柔，合两柔则为刚”体现了合金硬度大于成分金属硬度，故D正确。
二、金属冶炼方法的选择
3．下列关于金属的冶炼方法叙述不正确的是(　　 )
选项 金属 存在形式 冶炼方法
A 金 游离态 金子比沙子密度大，利用水洗法直接分离
B 银 化合态 银的金属性弱，用加热Ag2O的方法冶炼
C 铁 化合态 铝的金属性比铁强，可用铝热法制铁
D 钠 化合态 钠的金属性强，一般还原剂很难将其还原出来，所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼
解析：选D。钠一般是用电解熔融NaCl的方法制取，而电解饱和食盐水得到的是NaOH、H2和Cl2。同时注意，此题易误选C，一般认为铁是由CO还原Fe2O3制得，但在实际生活中，在铁轨焊接等方面是用铝热反应来制取的。
4．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用，古代有：(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜。现代有：(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁。对金属的冶炼对应方法的分析不正确的是(　　 )
A．(Ⅰ)—① B．(Ⅱ)—② C．(Ⅲ)—③ D．(Ⅳ)—④
解析：选B。(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜是采用焦炭法冶炼金属铜，对应方法①，故A正确；(Ⅱ)湿法炼铜是采用活泼金属置换法冶炼金属铜，对应方法③，故B错误；(Ⅲ)铝热反应是采用活泼金属置换法冶炼金属，对应方法③，故C正确；(Ⅳ)从光卤石中冶炼金属镁是采用电解熔融氯化镁的方法，对应方法④，故D正确。
考点2　钒、钴、镍及其化合物的重要性质
1．钒及其化合物
(1)钒：常温下不活泼，不与空气、水、苛性碱作用，也不与非氧化性的酸作用，但溶于氢氟酸，也溶于强氧化性的酸(如硝酸和王水)。
(2)五氧化二钒：两性氧化物，但以酸性为主，微溶于水，可形成稳定的胶体，有较强的氧化性。V2O5＋6NaOH===2Na3VO4＋3H2O或V2O5＋2NaOH===2NaVO3＋H2O(依具体条件而定)；V2O5＋6HCl===2VOCl2＋Cl2↑＋3H2O。1 800 ℃发生分解反应：2V2O52V2O4＋O2↑。
(3)VO2＋、VO：在酸性介质中，VO具有强氧化性，VO＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O，2VO＋H2C2O4＋2H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O。
(4)钒酸盐：偏钒酸盐(如NH4VO3)、正钒酸盐(如Na3VO4)等在加热条件下不稳定，如2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O。
2．钴、镍及其化合物
单质 常温下钴、镍在空气中能稳定存在；加热条件下可生成CoO、NiO
化合价 ＋2价 ＋3价
氧化物 CoO：一定条件下可被H2或CO还原成单质钴。能溶于酸和强碱，不溶于水、醇和氨水。NiO：能溶于酸和氨水，不溶于水 Co2O3、Ni2O3在酸性溶液中具有强氧化性：Co2O3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O；Ni2O3＋6HCl===2NiCl2＋Cl2↑＋3H2O
氢氧化物 Co(OH)2：在空气中被缓慢氧化为棕褐色的Co(OH)3；可被强氧化剂(如H2O2)迅速氧化。Ni(OH)2：在空气中较稳定，可采用氧化性较强的 Cl2将其氧化 Co(OH)3、Ni(OH)3在酸性溶液中有强氧化性：2Co(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Co2＋＋Cl2↑＋6H2O；2Ni(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Ni2＋＋Cl2↑＋6H2O
氯化物 CoCl2、NiCl2在不同的温度时可含不同数目的结晶水，前者因结晶水数目的不同呈现不同的颜色，可用于制造变色硅胶，还可用作干湿指示剂。NiCl2通常在有机溶剂中的溶解度比 CoCl2小得多，利用这一性质可分离二者 Co3＋、Ni3＋仅能够存在于固态物质或配合物中，在水溶液中会发生如下反应(镍同)：4Co3＋＋2H2O===4Co2＋＋4H＋＋O2↑；CoCl3在加热或遇水时发生分解：2CoCl32CoCl2＋Cl2↑
题组练习
以流程题形式考查钒、钴、镍及其化合物的转化
1．(2023·湖南长郡中学模拟)某铬铁矿的主要成分为Cr2O3(还含有FeO、Al2O3、MgO等杂质)。如图是制备Cr(OH)3的工艺流程：
已知：Na2CrO4溶于水，BaCrO4难溶于水。下列说法错误的是(　　)
A．NaOH参与的反应为两个
B．加压(即增大氧气的压强)更有利于提高Cr的浸出率
C．加碱转化步骤中，加入的碱可能为Ba(OH)2
D．溶解还原过程中，甲醇起助溶作用，HCl起还原和提供酸性环境的作用
解析：选D。加压碱浸时，氧化铝、氧化铬与氧气、氢氧化钠反应生成Na[Al(OH)4]和铬酸钠，即氢氧化钠参与2个反应，A正确；加压碱浸时，氧化铬与氧气、氢氧化钠反应的化学方程式为2Cr2O3＋8NaOH＋3O2===4Na2CrO4＋4H2O，加压有利于提高铬的浸出率，B正确；加碱转化时，加入氢氧化钡反应生成铬酸钡沉淀，C正确；在溶解还原过程中，铬酸钡与盐酸和甲醇反应生成氢氧化铬和二氧化碳：2BaCrO4＋4H＋＋CH3OH===2Cr(OH)3＋2Ba2＋＋CO2↑＋H2O，即甲醇为反应物，HCl提供酸性环境，D错误。
2．黏土钒矿(主要成分为钒的＋3、＋4、＋5价的化合物以及SiO2、Al2O3等)中钒的化合物溶于酸后多以VO＋、VO2＋、VO形式存在，采用如图所示工艺流程可由黏土钒矿制备V2O5。已知：V2O5在碱性条件下以VO形式存在。下列说法不正确的是(　　 )
A．“酸浸氧化”中欲使3 mol VO＋被氧化成VO，至少需要1 mol KClO3
B．滤液1中主要的阴离子有[Al(OH)4]－、VO、Cl－、OH－、SO
C．“煅烧”时需要的仪器主要有蒸发皿、玻璃棒、三脚架、酒精灯
D．“煅烧”时，NH4VO3受热分解：2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O
解析：选C。黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括SiO2、Al2O3等，加入稀硫酸，使Al2O3生成Al3＋；加入KClO3将VO＋和VO2＋氧化成VO，滤渣1为SiO2，滤液含有VO、K＋、Cl－、Al3＋、SO；加入KOH溶液至pH>13，滤液1含有K＋、[Al(OH)4]－、VO、Cl－、OH－、SO，通入CO2生成氢氧化铝沉淀，滤液中加入NH4HCO3沉钒得到NH4VO3，最后煅烧得到V2O5。VO＋中V元素为＋3价，VO中V元素为＋5价，3 mol VO＋被氧化成VO，失去6 mol电子，1 mol KClO3变为KCl得到6 mol电子，得失电子守恒，A正确、B正确；“煅烧”时需要的仪器主要有坩埚、玻璃棒、三脚架、酒精灯、泥三角等，C错误；NH4VO3煅烧生成V2O5，化学方程式为2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O，D正确。
高考真题
1．(2022·广东高考)中华文明源远流长，在世界文明中独树一帜，汉字居功至伟。随着时代发展，汉字被不断赋予新的文化内涵，其载体也发生相应变化。下列汉字载体主要由合金材料制成的是(　　 )
汉字载体
选项 A.兽骨 B.青铜器 C.纸张 D.液晶显示屏
答案：B
2．(2023·辽宁高考)某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3，已知焙烧后Cr元素以＋6价形式存在，下列说法错误的是(　　)
A．“焙烧”中产生CO2 B．滤渣的主要成分为Fe(OH)2
C．滤液①中Cr元素的主要存在形式为CrO D.淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
解析：选B。流程梳理如图：
焙烧时Cr2O3发生反应：2Cr2O3＋4Na2CO3＋3O24Na2CrO4＋4CO2，有CO2产生，A项正确；焙烧时FeO发生反应：4FeO＋O22Fe2O3，滤渣的主要成分为Fe2O3，B项错误；水浸后滤液①中主要溶质为Na2CrO4，Cr元素的主要存在形式为CrO，C项正确；淀粉水解生成葡萄糖，葡萄糖具有还原性，能将CrO还原为Cr(OH)3，D项正确。
3．(2022·山东高考)高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如图，可能用到的数据见下表。
Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2
沉淀完全pH 3.2 6.7 8.2
下列说法错误的是(　　 )
A．固体X主要成分是Fe(OH)3和S，金属M为Zn B．浸取时，增大O2压强可促进金属离子浸出
C．中和调pH的范围为3.2～4.2 D．还原时，增大溶液酸度有利于Cu的生成
解析：选D。分析流程图可知，固体X主要成分是S、Fe(OH)3，金属M为Zn，故A正确；CuS难溶于硫酸，在溶液中存在沉淀溶解平衡CuS(s) Cu2＋(aq)＋S2－(aq)，增大O2的浓度，可以反应消耗S2－，使之转化为S，从而使沉淀溶解平衡正向移动，促进金属离子的浸取，B正确；结合离子沉淀的pH范围，可知用NH3调节溶液pH时，要使Fe3＋转化为沉淀，而Cu2＋、Zn2＋仍以离子形式存在于溶液中，应该调节溶液pH范围为3.2～4.2，故C正确；在用H2还原Cu2＋变为Cu单质时，H2失去电子被氧化为H＋，与溶液中OH－结合形成H2O，若还原时增大溶液的酸度，c(H＋)增大，不利于H2失去电子还原Cu单质，因此不利于Cu的生成，故D错误。
4．(2021·河北高考)绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺，该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料，不产生废弃物，实现了Cr Fe Al Mg的深度利用和Na＋内循环。工艺流程如图：
回答下列问题：
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是________(填元素符号)。
(2)工序①的名称为_______________________________________________________。
(3)滤渣Ⅰ的主要成分是__________(填化学式)。
(4)工序③中发生反应的离子方程式为____________________________________________。
(5)物质Ⅴ可代替高温连续氧化工序中的NaOH，此时发生的主要反应的化学方程式为___________________________________________，可代替NaOH的化学试剂还有__________(填化学式)。
(6)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序________(填“①”或“②”或“③”或“④”)参与内循环。
(7)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的pH为__________。(通常认为溶液中离子浓度小于10－5mol·L－1为沉淀完全；Al(OH)3＋OH－ [Al(OH)4]－；K＝100.63，Kw＝10－14，Ksp[Al(OH)3]＝10－33)
解析：由题给流程可知，在熔融氢氧化钠作用下，Fe(CrO2)2被氧气高温氧化生成铬酸钠和氧化铁，氧化铝与熔融氢氧化钠反应转化为四羟基合铝酸钠，氧化镁不反应；将氧化后的固体加水溶解，过滤得到含有氧化镁、氧化铁的滤渣Ⅰ和含有过量氢氧化钠、铬酸钠、四羟基合铝酸钠的滤液；将滤液在介稳态条件下分离得到铬酸钠溶液、氢氧化钠溶液和四羟基合铝酸钠溶液；向铬酸钠溶液中通入过量的二氧化碳得到重铬酸钠和碳酸氢钠沉淀；向四羟基合铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳气体得到氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠；向滤渣Ⅰ中通入二氧化碳和水蒸气，氧化镁与二氧化碳和水蒸气反应转化为碳酸氢镁溶液；碳酸氢镁溶液受热分解得到碳酸镁固体和二氧化碳、水蒸气，二氧化碳、水蒸气可以在工序②循环使用；碳酸镁高温煅烧得到氧化镁。
(1)由分析可知，高温连续氧化工序中被氧化的元素是铁元素和铬元素。(2)工序①为将氧化后的固体加水溶解浸出可溶性物质。(3)滤渣Ⅰ的主要成分是氧化铁和氧化镁。(4)工序③中发生反应为铬酸钠溶液与过量的二氧化碳反应生成重铬酸钠和碳酸氢钠沉淀，反应的离子方程式为2Na＋＋2CrO＋2CO2＋H2O===Cr2O＋2NaHCO3↓。(5)碳酸氢钠代替高温连续氧化工序中的氢氧化钠发生的主要反应为高温下Fe(CrO2)2与氧气和碳酸氢钠反应生成铬酸钠、氧化铁、二氧化碳和水，反应的化学方程式为4Fe(CrO2)2＋7O2＋16NaHCO38Na2CrO4＋2Fe2O3＋16CO2＋8H2O；若将碳酸氢钠换为碳酸钠也能发生类似的反应。(6)热解工序产生的混合气体为二氧化碳和水蒸气，将混合气体通入滤渣Ⅰ中可以将氧化镁转化为碳酸氢镁溶液，则混合气体最适宜返回的工序为工序②。(7)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的反应为[Al]－＋H＋ Al↓＋H2O，反应的平衡常数为K1＝＝＝＝1013.37，当c[Al]－为10－5 mol/L时，溶液中氢离子浓度为＝ mol/L＝10－8.37 mol/L，则溶液的pH为8.37。
答案：(1)Fe、Cr　(2)溶解浸出(3)MgO、Fe2O3
(4)2Na＋＋2CrO＋2CO2＋H2O===Cr2O＋2NaHCO3↓　(5)4Fe(CrO2)2＋7O2＋16NaHCO38Na2CrO4＋2Fe2O3＋16CO2＋8H2O　Na2CO3　(6)②(7)8.37
巩固练习
一、选择题(每题5分，共10题，共50分)
1．(2023·河北保定期末)人类大规模冶炼和使用铝的时间晚于冶炼及使用铜和铁的时间，其根本原因是(　　 )
A．铝元素在地壳中的含量较低 B．铝及其合金密度较小 C．铝元素金属性较强 D．铝单质的熔点较低
解析：选C。铝元素金属性较强，让铝离子还原为铝单质需要使用强还原剂或采用电解法，实验条件要求高，所以冶炼和使用的时间晚。
2．下列金属冶炼的反应原理，不恰当的是(　　 )
A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ B．MgO＋H2Mg＋H2O
C．2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ D．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
解析：选B。Mg是活泼金属，利用电解熔融氯化镁的方法获得金属Mg，B错误。
3．不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是(　　 )
A．钒、铬、锰、铁等难熔金属在工业上通常采用铝热法炼制
B．铝及其合金是电气、工业、家庭广泛使用的材料，是因为铝的冶炼方法比较简单
C．由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质
D．炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制造还原剂一氧化碳
解析：选D。A项，工业上铁用CO还原法炼制，错误；B项，是因为Al有良好的性能，才被广泛使用，错误；C项，氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，工业上用电解氧化铝的方法制取铝，错误；D项，高炉炼铁中焦炭的作用为与氧气反应产生热量和制造还原剂一氧化碳，正确。
4．《天工开物》中“冶铁”原典中记载：“凡冶铁成器，取已炒熟铁为之……凡炉中炽铁用炭，煤炭居十七，木炭居十三……即用煤炭，也别有铁炭一种，取其火性内攻、焰不虚腾者，与炊炭同形而有分类也……”。下列说法正确的是(　　 )
A．熟铁是纯净的铁单质，生铁是铁和碳的混合物 B．冶铁过程只涉及化合反应与置换反应
C．铁炭和炊炭均为碳元素的同素异形体 D．冶铁用到的煤炭和木炭均可还原铁的氧化物
解析：选D。A项，生铁是铁合金，属于混合物，生铁的含碳量为2%～4.3%，熟铁指的是钢，也是铁合金，属于混合物，钢的含碳量为0.03%～2%，错误；B项，冶铁过程中CO与铁的氧化物反应生成铁和CO2不属于化合反应和置换反应，错误；C项，铁炭和炊炭不互为同素异形体，铁炭指铁合金，为混合物，错误。
5．(2023·湖北名校联考)化学焊接技术的原理之一是利用焊剂(主要成分为Al与CaO)在高温下反应制得液态金属(或合金)，凝固后，除去焊接点表面的焊渣，实现焊件金属的焊接。下列说法错误的是(　　 )
A．Al与Fe2O3也能发生类似反应
B．焊渣的主要成分是Al(OH)3
C．焊接前可用还原性气体在加热条件下除去焊件金属表面的氧化膜
D．若在反应体系中加入低熔点金属，则可形成低熔点液态合金便于焊接
解析：选B。Fe的活泼性弱于Al，在高温条件下可发生铝热反应，A正确；焊剂(主要成分为Al与CaO)在高温下反应得到液体金属，结合元素守恒可知，焊渣的主要成分为Al2O3，B错误；利用还原性气体(如H2，CO等)除去焊件金属表面的氧化膜可使焊接更加牢固，C正确；一般合金的熔点低于任一组分金属，加入低熔点金属，可在更低温度下得到液态合金，便于焊接，同时还可以保护焊件金属，D正确。
6．下图为铝的生产原理示意图，下列相关说法不正确的是(　　 )
A．冰晶石做助熔剂 B．氧化铝属于过渡晶体
C．金属铁、铜的冶炼方法与铝类似 D．铝在工业上是一种很好的还原剂
解析：选C。冰晶石在电解铝工业中常用作助熔剂，A正确；氧化铝的晶体结构具有某些过渡金属的特征，因此被称为过渡晶体，B正确；工业上用电解熔融的氧化铝的方法得到金属铝和氧气，而工业上用热还原法来冶炼金属铁、铜，C错误； Al为活泼金属，在冶金工业中常作还原剂，D正确。
7．(2023·山东聊城二模)已知Zn及其化合物的性质与Al及其化合物的性质相似。实验室利用废旧镀锌铁皮(Fe元素的质量分数为z)制备磁性Fe3O4胶体粒子的过程为：①碱溶：取x g镀锌铁皮于烧杯中，加入足量NaOH溶液，加热、过滤、水洗；②酸溶、氧化：向所得不溶物中加入稀硫酸，调节溶液pH始终保持在1～2之间并加入NaClO溶液；③碱溶、分离：再向溶液中滴加NaOH溶液并加热，同时向溶液中持续通入N2，充分反应，分离得到y g Fe3O4胶体粒子。下列说法正确的是(　　 )
A．①中“过滤”所得的滤液中含有Zn2＋ B．②中“氧化”时加入的NaClO要过量
C．③中“分离”操作中包括过滤 D．Fe3O4胶体粒子的产率为×100%
解析：选D。由题意可知，制备磁性四氧化三铁胶体粒子的过程为向废旧镀锌铁皮中加入足量氢氧化钠溶液共热，将锌转化为Na2[Zn(OH)4]，过滤、水洗得到含有Na2[Zn(OH)4]的滤液和不溶物；向不溶物中加入稀硫酸，调节溶液pH始终保持在1～2之间，将铁转化为亚铁离子后，加入适量次氯酸钠溶液将亚铁离子部分氧化为铁离子，再向溶液中滴加氢氧化钠溶液并加热，同时向溶液中持续通入氮气，充分反应后，用渗析的方法分离得到四氧化三铁胶体粒子。由分析可知，①中过滤所得的滤液中含有[Zn(OH)4]2－，不含有锌离子，A错误；②中加入适量次氯酸钠溶液的目的是将亚铁离子部分氧化为铁离子，若加入过量次氯酸钠溶液会将亚铁离子完全氧化为铁离子，不可能得到四氧化三铁，B错误；③中分离操作为用渗析的方法分离得到四氧化三铁胶体粒子，C错误；由题给数据可知，四氧化三铁胶体粒子的产率为×100%＝×100%，D正确。
8．(2023·辽宁丹东一模)用铬铁合金(含少量Ni、Co单质)生产硫酸铬的工艺流程如下：
已知浸出液中主要金属阳离子为Ni2＋、Co2＋、Cr3＋、Fe2＋。下列说法正确的是(　　 )
A．“浸出”产生的气体主要为SO2
B．“滤渣1”的主要成分为NiS、CoS
C．“沉铁”步骤主要反应的离子方程式为：Fe2＋＋C2O===FeC2O4↓
D．整个流程中铬元素先被氧化为＋6价，后被还原为＋3价
解析：选B。由流程可知，加入稀硫酸溶解，生成的气体为H2，溶液中含Ni2＋、Co2＋、Cr3＋、Fe2＋，加入Na2S分离出滤渣CoS和NiS，Cr3＋和Fe2＋不会沉淀，再加入草酸除铁生成FeC2O4，过滤分离出硫酸铬。加入稀硫酸溶解合金，产生的气体为氢气，A错误；共有四种金属，由流程可知，沉铁后分离出硫酸铬，则“除杂”的目的是除去Ni、Co元素，所以“滤渣1”的主要成分为NiS、CoS，B正确；草酸是一种弱酸，不能拆，正确的离子方程式为：Fe2＋＋H2C2O4===FeC2O4↓＋2H＋，C错误；流程中未产生六价铬化合物，D错误。
9．含铬废水会严重污染环境，一种烟气协同处理含铬废水(含CrO、Cr2O、泥沙等)的流程如图：
下列说法不正确的是(　　 )
A．“沉降”的主要目的是除去泥沙等不溶物
B．溶液A通常选用硫酸，用于“调pH”，目的是将CrO转化为Cr2O
C．“还原”过程涉及的氧化还原反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3
D．母液经处理可获得(NH4)2SO4
解析：选C。“沉降”可以除去不溶性物质，主要目的是除去泥沙等不溶物，A正确；Cr2O＋H2O 2CrO＋2H＋，加入稀硫酸，氢离子浓度变大，平衡逆向移动，CrO转化为Cr2O，B正确；“还原”过程涉及的氧化还原反应中，二氧化硫生成硫酸根离子，正六价铬转化为正三价铬，根据得失电子守恒可知，3SO2～Cr2O，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3，C错误；加入氨水得到Cr(OH)3沉淀和硫酸铵，过滤，母液经处理可获得(NH4)2SO4，D正确。
10．工业上以碳酸锰矿(主要成分为MnCO3，另含FeO、Fe2O3、CaO等杂质)为主要原料生产锰酸锂(LiMn2O4)，工艺流程如下：
下列说法错误的是(　　 )
A．可采用搅拌的方法提高“酸浸”时碳酸锰矿的浸出速率
B．加入CaO的目的是调节pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3除去
C．“合成MnO2”的化学方程式为MnSO4＋K2S2O8＋2H2O===MnO2↓＋K2SO4＋2H2SO4
D．“气体1”中含两种气体，一种是CO2，另一种可能是CO
解析：选D。搅拌可使反应物之间更充分地接触，从而提高“酸浸”时碳酸锰矿的浸出速率，故A正确；加入CaO生成氢氧化钙，能使铁离子转化成氢氧化铁沉淀除去，故B正确；“合成MnO2”是硫酸锰作还原剂，K2S2O8作氧化剂，根据得失电子守恒可得反应：MnSO4＋K2S2O8＋2H2O===MnO2↓＋K2SO4＋2H2SO4，故C正确；二氧化锰与碳酸锂混合反应生成LiMn2O4，LiMn2O4中Mn的化合价有＋3价、＋4价两种，可知发生了氧化还原反应，二氧化锰作氧化剂，则化合价升高的只能是－2价氧元素，故产物中还有氧气，“气体1”中所含两种气体应为二氧化碳和氧气，故D错误。
二、非选择题(共2题，共35分)
11．(7分)铝热反应的化学方程式为2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe。某同学对“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”。查阅《化学手册》知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如下：
物质 Al Al2O3 Fe Fe2O3
熔点/℃ 660 2 054 1 535 1 462
沸点/℃ 2 467 2 980 2 750
(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。这种推测有一定的道理，理由是________________________________________________________________________。(2分)
(2)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是______，当观察到________________________的现象时，说明熔融物中含有金属铝。(3分)
(3)实验室溶解该熔融物，最好选用下列试剂中的____________(填字母)。(2分)
A．浓硫酸 B．稀硫酸 C．稀硝酸 D．氢氧化钠溶液
解析：(1)铝热反应放出大量的热，根据表中数据可看出，金属铝熔点比金属铁低，当生成的铁熔化，金属铝也已经熔化并与液态铁形成合金。(2)铝与NaOH溶液反应，产生H2。(3)浓硫酸使铁、铝钝化，稀硝酸会产生NO，污染环境，NaOH溶液不能溶解铁。
答案：(1)该反应温度下铝已熔化，未反应的铝可与生成的铁熔合在一起，形成合金
(2)NaOH溶液　有气泡生成　(3)B
12．(18分)辉铜矿的主要成分为Cu2S，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，软锰矿主要含有MnO2，以及少量SiO2、Fe2O3等杂质。研究人员开发综合利用这两种资源，用同槽酸浸湿法冶炼工艺，制备硫酸锰晶体和碱式碳酸铜。主要工艺流程如下：
已知：①MnO2有较强的氧化性，能将金属硫化物中的硫氧化为单质硫；
②[Cu(NH3)4]SO4在常温下稳定，在热水溶液中会分解生成NH3；
③部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围(开始沉淀和完全沉淀的pH)：
Fe3＋：1.5～3.2，Mn2＋：8.3～9.8，
Cu2＋：4.4～6.4；
④MnSO4·H2O溶于1份冷水、0.6份沸水，不溶于乙醇。
(1)实验室配制250 mL 4.8 mol·L－1的稀硫酸，所需的玻璃仪器除玻璃棒、量筒、烧杯以外还需要________________________________________________________________________。(2分)
(2)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有________________________________________(任写一点)。(2分)
(3)酸浸时，得到浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4等。写出该反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。(3分)
(4)调节浸出液pH＝4的作用是___________________________________________。(3分)
(5)本工艺流程中可循环使用的物质是__________________(写化学式)。(2分)
(6)获得的MnSO4·H2O晶体需要进一步洗涤、干燥，洗涤时应用________洗涤。(2分)
(7)测定MnSO4·H2O样品的纯度：准确称取样品14.00 g，加蒸馏水配成100 mL溶液，取出25.00 mL用标准的BaCl2溶液测定，完全反应后得到了4.66 g沉淀，则此样品的纯度为________(保留四位有效数字)。(4分)
解析：(3)由题意可知，MnO2具有氧化性，且Cu2S与MnO2在H2SO4酸浸的条件下生成了S、CuSO4和MnSO4，故根据氧化还原反应配平，可得到反应的化学方程式：Cu2S＋2MnO2＋4H2SO4===2CuSO4＋2MnSO4＋S＋4H2O。
(4)根据Fe(OH)3沉淀的pH范围：1.5～3.2可知，当pH＝4时，Fe3＋会水解生成氢氧化铁完全沉淀。
(5)本工艺流程中“加热赶氨”过程中产生的NH3可制成氨水，循环使用。
(6)由于MnSO4·H2O不溶于乙醇，故使用乙醇洗涤可以减少晶体损失。
(7)根据n(BaSO4)＝n(SO)＝n(MnSO4·H2O)＝＝0.02 mol，25.00 mL溶液中含有n(MnSO4·H2O)＝0.02 mol，故100 mL溶液中含有n(MnSO4·H2O)＝0.08 mol，m(MnSO4·H2O)＝0.08 mol×169 g·mol－1＝13.52 g，则样品的纯度为×100%≈96.57%。
答案：(1)250 mL容量瓶、胶头滴管　(2)粉碎矿石(或加热或搅拌)　(3)Cu2S＋2MnO2＋4H2SO4===2CuSO4＋2MnSO4＋S＋4H2O　(4)使Fe3＋水解生成氢氧化铁而完全沉淀　(5)NH3　(6)乙醇　(7)96.57%
热点题型(四)　以金属及其化合物的转化为载体的微型工艺流程题
选择题中以工艺流程题形式考查金属及其化合物的制备及分离提纯，是高考的热点题型之一。题目涉及物质的性质、分离提纯、反应原理、实验操作等知识点。解答此类题目需要较高的知识整合能力、信息迁移能力。
微型工艺流程题的试题结构如下所示：
化工流程选择题的结构
流程图三部分 原料预处理、核心化学反应、产品的分离与提纯
呈现模式
识图方法 箭头进入的是反应物(投料)，箭头出去的是生成物(产物、副产物)
箭头进入表示反应物分步加入，箭头出去表示生成物出来
返回的箭头一般是可以“循环利用”的物质
例1.(2022·湖南高考)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如图：
下列说法错误的是(　　 )
A．不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料 B．采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C．合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2 D．滤液可回收进入吸收塔循环利用
解析：选C。流程梳理：
铝电解厂烟气含有HF，陶瓷中含有SiO2，SiO2会与HF反应，所以不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料，故A正确。溶液喷淋法可增大反应物的接触面积，加快反应速率，可提高吸收塔内烟气吸收效率，故B正确。合成槽中含有Na3AlF6、Na[Al(OH)4]和Na2CO3，不会生成CO2，因为Na[Al(OH)4]、Na2CO3都会与CO2反应，故C错误。滤液中含有Na2CO3，可回收进入吸收塔循环利用，故D正确。
例2.工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量FeO、CuO等)湿法制取金属锌的流程如图所示。下列说法错误的是(　　 )
A．ZnFe2O4与硫酸反应的离子方程式：ZnFe2O4＋8H＋===Zn2＋＋2Fe3＋＋4H2O
B．加入ZnO的目的是调节溶液的pH以除去溶液中的Fe3＋
C．加过量的ZnS可除去溶液中的Cu2＋是利用了Ksp(ZnS)＞Ksp(CuS)
D．为增大反应速率，“净化Ⅰ”和“净化Ⅱ”均应在较高的温度下进行
解析：选D。流程分析如下：
ZnFe2O4与硫酸反应生成Zn2＋、Fe3＋、H2O，离子方程式为ZnFe2O4＋8H＋===Zn2＋＋2Fe3＋＋4H2O，A正确；加入ZnO的目的是调节溶液的pH以除去溶液中的Fe3＋[生成Fe(OH)3沉淀]，B正确；加过量ZnS可除去溶液中的Cu2＋，是利用了Ksp(ZnS)＞Ksp(CuS)，C正确；“净化Ⅰ”中的H2O2在温度较高时会分解，该反应需要控制温度不能太高，D错误。
巩固练习
选择题(每题5分，共5题，共25分)
1．(2023·山东青岛一中期末)工业上以软锰矿(主要成分为MnO2)为主要原料制备高锰酸钾(KMnO4)的方法如下：
已知：①焙烧时有K2MnO4和KCl生成。
②CO2歧化法：调溶液pH至弱碱性，歧化生成KMnO4和MnO2。
下列说法正确的是(　　 )
A．焙烧时所用坩埚的材质可以选用Al2O3
B．焙烧时理论上每生成1 mol K2MnO4转移3NA个电子
C．电解法与CO2歧化法的理论产率之比为3∶2
D．采用CO2歧化法时，可将滤液蒸发结晶得到KMnO4固体
解析：选C。Al2O3可与KOH反应，因此焙烧时坩埚的材质不能选用Al2O3，A错误；焙烧时的化学方程式为3MnO2＋6KOH＋KClO33K2MnO4＋KCl＋3H2O，每生成1 mol K2MnO4，转移2 mol电子，B错误；电解法阳极上发生反应MnO－e－===MnO，锰酸根离子全部转化为高锰酸根离子，CO2歧化法化学方程式为3K2MnO4＋2CO2===2KMnO4＋2K2CO3＋MnO2，有的锰酸根离子转化成了高锰酸根离子，两者的理论产率之比为1∶＝3∶2，C正确；高锰酸钾受热易分解，应该采用蒸发浓缩、冷却结晶的方式得到KMnO4固体，D错误。
2．铈是稀土元素，氢氧化铈[Ce(OH)4]是一种重要的氢氧化物。平板电视显示屏生产过程中会产生大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2)，某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下，下列说法正确的是(　　 )
A．过程①中发生的反应是：Fe2O3＋6H＋===2Fe2＋＋3H2O
B．过程②的反应中H2O2作氧化剂
C．CeO2是碱性氧化物，可以与盐酸反应生成盐和水
D.过程④中发生的反应为：4Ce(OH)3＋O2＋2H2O===4Ce(OH)4
解析：选D。过程①正确的反应为Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，A错误；过程②的反应中铈的化合价降低，H2O2作还原剂生成O2，B错误；由题给流程图知，CeO2与盐酸不反应，C错误。
3．某镍矿的主要成分为硫化镍(NiS)，含少量杂质CuS、FeS，以该镍矿制粗镍的简化流程如图，下列说法不正确的是(　　 )
A．“废气”过量排放可引起酸雨
B．石英砂熔炼的目的是造渣除铁
C．电解制粗镍时，阳极发生的主要电极反应为NiS－2e－===Ni2＋＋S
D．粗镍中的少量铜可用硝酸除去
解析：选D。由流程可知，高镍矿研磨浮选后得到NiS，含有CuS，可知石英砂熔炼的目的是造渣除铁；电解时阳极发生氧化反应，发生NiS－2e－===Ni2＋＋S；镍可与硝酸反应，不能用硝酸除杂，故选D。
4．(2023·湖南益阳期末)铍是一种核性能优良的材料，铍精矿的主要成分为铍、铝、硅、铁的氧化物，碳酸钙及部分其他杂质。以铍精矿为原料制备氢氧化铍的工艺流程如图所示：
已知：ⅰ.Al3＋和Be2＋可通过调节溶液pH实现分步沉淀；
ⅱ.Be(OH)2与Al(OH)3具有相似的化学性质。
下列说法正确的是(　　 )
A．“熔炼”过程中SiO2不发生化学变化
B．“氧化”工序中用NaClO代替H2O2可达到目的且不影响产品纯度
C．“沉淀”工序中需严格控制NH3·H2O加入量，以减少Be(OH)2溶解损失
D．“氧化”工序的主要反应为2H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===O2↑＋2Fe3＋＋3H2O
解析：选B。根据图示，“熔炼”过程中二氧化硅与碳酸钙反应生成硅酸钙和二氧化碳，加酸后，生成铍离子、铝离子、铁离子或亚铁离子，加入双氧水后亚铁离子生成铁离子，加入氨水，使金属阳离子分步生成沉淀。“熔炼”过程中SiO2发生反应SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑，A错误；Be(OH)2最终为沉淀，故加入NaClO可氧化Fe2＋且不影响产品纯度，B正确；Be(OH)2为两性氢氧化物，溶于强酸强碱，不溶于弱碱，C错误；“氧化”工序的主要反应为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，D错误。
5．废旧印刷电路板是一种电子废弃物，某科研小组设计如图工艺流程回收铜并制取胆矾(流程中RH为萃取剂)。下列说法正确的是(　　 )
A．反应Ⅰ的离子方程式为Cu＋H2O2＋2NH3＋2NH===[Cu(NH3)4]2＋
B．操作②用到的主要仪器为蒸馏烧瓶
C．操作④以石墨为电极电解硫酸铜溶液，阳极产物为O2和H2SO4
D．操作⑤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、热水洗涤、干燥
解析：选C。双氧水具有氧化性，能氧化还原性物质Cu，反应的离子方程式为Cu＋H2O2＋2NH3＋2NH===[Cu(NH3)4]2＋＋2H2O，故A错误；操作②为萃取、分液，主要仪器为分液漏斗，故B错误；以石墨为电极电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电、阴极上铜离子放电，所以阳极上生成O2，同时有大量的H＋生成，SO向阳极移动，因此阳极产物还有H2SO4，故C正确；从溶液中获取晶体采用的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冷水洗涤、干燥，故D错误。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台
第14讲　金属材料和金属矿物的开发利用
【备考目标】　1.了解金属材料及其重要化合物的主要性质，了解其在生产、生活中的应用。2.了解金属冶炼的原理和方法，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要作用。3.了解钒、钴、镍及其化合物的重要性质。
考点1　金属材料与金属冶炼
1．常见的金属材料
(1)金属材料的分类
(2)合金
(3)几种常见的合金
2．金属冶炼的一般方法及应用
(1)金属在自然界中的存在
(2)金属冶炼的实质
金属的冶炼过程就是把金属从 态还原为 态的过程，即：Mn＋＋ne－===M(M表示金属)。
(3)金属冶炼的方法
方法名称 主要反应原理(举例)
热分解法 2HgO 2Ag2O4Ag＋O2↑
热还原法 CO作还原剂 Fe2O3＋3CO (高炉炼铁)
H2作还原剂 WO3＋3H2 ；
活泼金属作还原剂 3MnO2＋4Al ；
电解法 2Al2O3(熔融) ；
MgCl2(熔融) ；
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
【提醒】　①工业上冶炼铝是电解熔融Al2O3而不是电解熔融AlCl3，是因为AlCl3为共价化合物，熔融时不导电。②冶炼镁是电解熔融的MgCl2而不是电解熔融MgO，是因为MgO熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本，而MgCl2的熔点较低，更易熔融。
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)合金材料中不可能含有非金属元素( )
(2)合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属( )
(3)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝在地壳中含量较低( )
(4)MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg( )
题组练习
一、金属材料、合金的性能与应用
1．(2023·上海宝山统考二模)关于生铁和钢的区别正确的是(　　 )
A．生铁属于纯净物，钢属于混合物 B．生铁比钢的含碳量更高
C．生铁比钢弹性更好 D．生铁属于铁碳合金，钢也是合金但不含碳
2．青铜的主要成分是铜和锡，锡的熔点是232 ℃，含锡25%的青铜熔点约为800 ℃，《吕氏春秋·别类编》中有关于青铜的记载“金(铜)柔锡柔，合两柔则为刚，燔(烧)之则为淖(液体)。”下列说法正确的是(　　 )
A．在轮船外壳悬挂锌、锡等金属块可减慢钢铁的腐蚀
B．合金的熔点一定低于各组分金属的熔点
C．铜和锡在元素周期表均位于第四周期
D．“合两柔则为刚”体现了合金的硬度通常大于各组分金属的特点
二、金属冶炼方法的选择
3．下列关于金属的冶炼方法叙述不正确的是(　　 )
选项 金属 存在形式 冶炼方法
A 金 游离态 金子比沙子密度大，利用水洗法直接分离
B 银 化合态 银的金属性弱，用加热Ag2O的方法冶炼
C 铁 化合态 铝的金属性比铁强，可用铝热法制铁
D 钠 化合态 钠的金属性强，一般还原剂很难将其还原出来，所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼
4．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用，古代有：(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜。现代有：(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁。对金属的冶炼对应方法的分析不正确的是(　　 )
A．(Ⅰ)—① B．(Ⅱ)—② C．(Ⅲ)—③ D．(Ⅳ)—④
考点2　钒、钴、镍及其化合物的重要性质
1．钒及其化合物
(1)钒：常温下不活泼，不与空气、水、苛性碱作用，也不与非氧化性的酸作用，但溶于氢氟酸，也溶于强氧化性的酸(如硝酸和王水)。
(2)五氧化二钒：两性氧化物，但以酸性为主，微溶于水，可形成稳定的胶体，有较强的氧化性。V2O5＋6NaOH===2Na3VO4＋3H2O或V2O5＋2NaOH===2NaVO3＋H2O(依具体条件而定)；V2O5＋6HCl===2VOCl2＋Cl2↑＋3H2O。1 800 ℃发生分解反应：2V2O52V2O4＋O2↑。
(3)VO2＋、VO：在酸性介质中，VO具有强氧化性，VO＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O，2VO＋H2C2O4＋2H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O。
(4)钒酸盐：偏钒酸盐(如NH4VO3)、正钒酸盐(如Na3VO4)等在加热条件下不稳定，如2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O。
2．钴、镍及其化合物
单质 常温下钴、镍在空气中能稳定存在；加热条件下可生成CoO、NiO
化合价 ＋2价 ＋3价
氧化物 CoO：一定条件下可被H2或CO还原成单质钴。能溶于酸和强碱，不溶于水、醇和氨水。NiO：能溶于酸和氨水，不溶于水 Co2O3、Ni2O3在酸性溶液中具有强氧化性：Co2O3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O；Ni2O3＋6HCl===2NiCl2＋Cl2↑＋3H2O
氢氧化物 Co(OH)2：在空气中被缓慢氧化为棕褐色的Co(OH)3；可被强氧化剂(如H2O2)迅速氧化。Ni(OH)2：在空气中较稳定，可采用氧化性较强的 Cl2将其氧化 Co(OH)3、Ni(OH)3在酸性溶液中有强氧化性：2Co(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Co2＋＋Cl2↑＋6H2O；2Ni(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Ni2＋＋Cl2↑＋6H2O
氯化物 CoCl2、NiCl2在不同的温度时可含不同数目的结晶水，前者因结晶水数目的不同呈现不同的颜色，可用于制造变色硅胶，还可用作干湿指示剂。NiCl2通常在有机溶剂中的溶解度比 CoCl2小得多，利用这一性质可分离二者 Co3＋、Ni3＋仅能够存在于固态物质或配合物中，在水溶液中会发生如下反应(镍同)：4Co3＋＋2H2O===4Co2＋＋4H＋＋O2↑；CoCl3在加热或遇水时发生分解：2CoCl32CoCl2＋Cl2↑
题组练习
以流程题形式考查钒、钴、镍及其化合物的转化
1．(2023·湖南长郡中学模拟)某铬铁矿的主要成分为Cr2O3(还含有FeO、Al2O3、MgO等杂质)。如图是制备Cr(OH)3的工艺流程：
已知：Na2CrO4溶于水，BaCrO4难溶于水。下列说法错误的是(　　)
A．NaOH参与的反应为两个
B．加压(即增大氧气的压强)更有利于提高Cr的浸出率
C．加碱转化步骤中，加入的碱可能为Ba(OH)2
D．溶解还原过程中，甲醇起助溶作用，HCl起还原和提供酸性环境的作用
2．黏土钒矿(主要成分为钒的＋3、＋4、＋5价的化合物以及SiO2、Al2O3等)中钒的化合物溶于酸后多以VO＋、VO2＋、VO形式存在，采用如图所示工艺流程可由黏土钒矿制备V2O5。已知：V2O5在碱性条件下以VO形式存在。下列说法不正确的是(　　 )
A．“酸浸氧化”中欲使3 mol VO＋被氧化成VO，至少需要1 mol KClO3
B．滤液1中主要的阴离子有[Al(OH)4]－、VO、Cl－、OH－、SO
C．“煅烧”时需要的仪器主要有蒸发皿、玻璃棒、三脚架、酒精灯
D．“煅烧”时，NH4VO3受热分解：2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O
高考真题
1．(2022·广东高考)中华文明源远流长，在世界文明中独树一帜，汉字居功至伟。随着时代发展，汉字被不断赋予新的文化内涵，其载体也发生相应变化。下列汉字载体主要由合金材料制成的是(　　 )
汉字载体
选项 A.兽骨 B.青铜器 C.纸张 D.液晶显示屏
2．(2023·辽宁高考)某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3，已知焙烧后Cr元素以＋6价形式存在，下列说法错误的是(　　)
A．“焙烧”中产生CO2 B．滤渣的主要成分为Fe(OH)2
C．滤液①中Cr元素的主要存在形式为CrO D.淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
3．(2022·山东高考)高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如图，可能用到的数据见下表。
Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2
沉淀完全pH 3.2 6.7 8.2
下列说法错误的是(　　 )
A．固体X主要成分是Fe(OH)3和S，金属M为Zn B．浸取时，增大O2压强可促进金属离子浸出
C．中和调pH的范围为3.2～4.2 D．还原时，增大溶液酸度有利于Cu的生成
4．(2021·河北高考)绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺，该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料，不产生废弃物，实现了Cr Fe Al Mg的深度利用和Na＋内循环。工艺流程如图：
回答下列问题：
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是________(填元素符号)。
(2)工序①的名称为_______________________________________________________。
(3)滤渣Ⅰ的主要成分是__________(填化学式)。
(4)工序③中发生反应的离子方程式为____________________________________________。
(5)物质Ⅴ可代替高温连续氧化工序中的NaOH，此时发生的主要反应的化学方程式为___________________________________________，可代替NaOH的化学试剂还有__________(填化学式)。
(6)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序________(填“①”或“②”或“③”或“④”)参与内循环。
(7)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的pH为__________。(通常认为溶液中离子浓度小于10－5mol·L－1为沉淀完全；Al(OH)3＋OH－ [Al(OH)4]－；K＝100.63，Kw＝10－14，Ksp[Al(OH)3]＝10－33)
巩固练习
一、选择题(每题5分，共10题，共50分)
1．(2023·河北保定期末)人类大规模冶炼和使用铝的时间晚于冶炼及使用铜和铁的时间，其根本原因是(　　 )
A．铝元素在地壳中的含量较低 B．铝及其合金密度较小 C．铝元素金属性较强 D．铝单质的熔点较低
2．下列金属冶炼的反应原理，不恰当的是(　　 )
A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ B．MgO＋H2Mg＋H2O
C．2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ D．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
3．不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是(　　 )
A．钒、铬、锰、铁等难熔金属在工业上通常采用铝热法炼制
B．铝及其合金是电气、工业、家庭广泛使用的材料，是因为铝的冶炼方法比较简单
C．由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质
D．炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制造还原剂一氧化碳
4．《天工开物》中“冶铁”原典中记载：“凡冶铁成器，取已炒熟铁为之……凡炉中炽铁用炭，煤炭居十七，木炭居十三……即用煤炭，也别有铁炭一种，取其火性内攻、焰不虚腾者，与炊炭同形而有分类也……”。下列说法正确的是(　　 )
A．熟铁是纯净的铁单质，生铁是铁和碳的混合物 B．冶铁过程只涉及化合反应与置换反应
C．铁炭和炊炭均为碳元素的同素异形体 D．冶铁用到的煤炭和木炭均可还原铁的氧化物
5．(2023·湖北名校联考)化学焊接技术的原理之一是利用焊剂(主要成分为Al与CaO)在高温下反应制得液态金属(或合金)，凝固后，除去焊接点表面的焊渣，实现焊件金属的焊接。下列说法错误的是(　　 )
A．Al与Fe2O3也能发生类似反应
B．焊渣的主要成分是Al(OH)3
C．焊接前可用还原性气体在加热条件下除去焊件金属表面的氧化膜
D．若在反应体系中加入低熔点金属，则可形成低熔点液态合金便于焊接
6．下图为铝的生产原理示意图，下列相关说法不正确的是(　　 )
A．冰晶石做助熔剂 B．氧化铝属于过渡晶体
C．金属铁、铜的冶炼方法与铝类似 D．铝在工业上是一种很好的还原剂
7．(2023·山东聊城二模)已知Zn及其化合物的性质与Al及其化合物的性质相似。实验室利用废旧镀锌铁皮(Fe元素的质量分数为z)制备磁性Fe3O4胶体粒子的过程为：①碱溶：取x g镀锌铁皮于烧杯中，加入足量NaOH溶液，加热、过滤、水洗；②酸溶、氧化：向所得不溶物中加入稀硫酸，调节溶液pH始终保持在1～2之间并加入NaClO溶液；③碱溶、分离：再向溶液中滴加NaOH溶液并加热，同时向溶液中持续通入N2，充分反应，分离得到y g Fe3O4胶体粒子。下列说法正确的是(　　 )
A．①中“过滤”所得的滤液中含有Zn2＋ B．②中“氧化”时加入的NaClO要过量
C．③中“分离”操作中包括过滤 D．Fe3O4胶体粒子的产率为×100%
8．(2023·辽宁丹东一模)用铬铁合金(含少量Ni、Co单质)生产硫酸铬的工艺流程如下：
已知浸出液中主要金属阳离子为Ni2＋、Co2＋、Cr3＋、Fe2＋。下列说法正确的是(　　 )
A．“浸出”产生的气体主要为SO2
B．“滤渣1”的主要成分为NiS、CoS
C．“沉铁”步骤主要反应的离子方程式为：Fe2＋＋C2O===FeC2O4↓
D．整个流程中铬元素先被氧化为＋6价，后被还原为＋3价
9．含铬废水会严重污染环境，一种烟气协同处理含铬废水(含CrO、Cr2O、泥沙等)的流程如图：
下列说法不正确的是(　　 )
A．“沉降”的主要目的是除去泥沙等不溶物
B．溶液A通常选用硫酸，用于“调pH”，目的是将CrO转化为Cr2O
C．“还原”过程涉及的氧化还原反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3
D．母液经处理可获得(NH4)2SO4
10．工业上以碳酸锰矿(主要成分为MnCO3，另含FeO、Fe2O3、CaO等杂质)为主要原料生产锰酸锂(LiMn2O4)，工艺流程如下：
下列说法错误的是(　　 )
A．可采用搅拌的方法提高“酸浸”时碳酸锰矿的浸出速率
B．加入CaO的目的是调节pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3除去
C．“合成MnO2”的化学方程式为MnSO4＋K2S2O8＋2H2O===MnO2↓＋K2SO4＋2H2SO4
D．“气体1”中含两种气体，一种是CO2，另一种可能是CO
二、非选择题(共2题，共35分)
11．(7分)铝热反应的化学方程式为2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe。某同学对“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”。查阅《化学手册》知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如下：
物质 Al Al2O3 Fe Fe2O3
熔点/℃ 660 2 054 1 535 1 462
沸点/℃ 2 467 2 980 2 750
(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。这种推测有一定的道理，理由是________________________________________________________________________。(2分)
(2)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是______，当观察到________________________的现象时，说明熔融物中含有金属铝。(3分)
(3)实验室溶解该熔融物，最好选用下列试剂中的____________(填字母)。(2分)
A．浓硫酸 B．稀硫酸 C．稀硝酸 D．氢氧化钠溶液
12．(18分)辉铜矿的主要成分为Cu2S，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，软锰矿主要含有MnO2，以及少量SiO2、Fe2O3等杂质。研究人员开发综合利用这两种资源，用同槽酸浸湿法冶炼工艺，制备硫酸锰晶体和碱式碳酸铜。主要工艺流程如下：
已知：①MnO2有较强的氧化性，能将金属硫化物中的硫氧化为单质硫；
②[Cu(NH3)4]SO4在常温下稳定，在热水溶液中会分解生成NH3；
③部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围(开始沉淀和完全沉淀的pH)：
Fe3＋：1.5～3.2，Mn2＋：8.3～9.8，
Cu2＋：4.4～6.4；
④MnSO4·H2O溶于1份冷水、0.6份沸水，不溶于乙醇。
(1)实验室配制250 mL 4.8 mol·L－1的稀硫酸，所需的玻璃仪器除玻璃棒、量筒、烧杯以外还需要________________________________________________________________________。(2分)
(2)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有________________________________________(任写一点)。(2分)
(3)酸浸时，得到浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4等。写出该反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。(3分)
(4)调节浸出液pH＝4的作用是___________________________________________。(3分)
(5)本工艺流程中可循环使用的物质是__________________(写化学式)。(2分)
(6)获得的MnSO4·H2O晶体需要进一步洗涤、干燥，洗涤时应用________洗涤。(2分)
(7)测定MnSO4·H2O样品的纯度：准确称取样品14.00 g，加蒸馏水配成100 mL溶液，取出25.00 mL用标准的BaCl2溶液测定，完全反应后得到了4.66 g沉淀，则此样品的纯度为________(保留四位有效数字)。(4分)
热点题型(四)　以金属及其化合物的转化为载体的微型工艺流程题
选择题中以工艺流程题形式考查金属及其化合物的制备及分离提纯，是高考的热点题型之一。题目涉及物质的性质、分离提纯、反应原理、实验操作等知识点。解答此类题目需要较高的知识整合能力、信息迁移能力。
微型工艺流程题的试题结构如下所示：
化工流程选择题的结构
流程图三部分 原料预处理、核心化学反应、产品的分离与提纯
呈现模式
识图方法 箭头进入的是反应物(投料)，箭头出去的是生成物(产物、副产物)
箭头进入表示反应物分步加入，箭头出去表示生成物出来
返回的箭头一般是可以“循环利用”的物质
例1.(2022·湖南高考)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如图：
下列说法错误的是(　　 )
A．不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料 B．采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C．合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2 D．滤液可回收进入吸收塔循环利用
例2.工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量FeO、CuO等)湿法制取金属锌的流程如图所示。下列说法错误的是(　　 )
A．ZnFe2O4与硫酸反应的离子方程式：ZnFe2O4＋8H＋===Zn2＋＋2Fe3＋＋4H2O
B．加入ZnO的目的是调节溶液的pH以除去溶液中的Fe3＋
C．加过量的ZnS可除去溶液中的Cu2＋是利用了Ksp(ZnS)＞Ksp(CuS)
D．为增大反应速率，“净化Ⅰ”和“净化Ⅱ”均应在较高的温度下进行
巩固练习
选择题(每题5分，共5题，共25分)
1．(2023·山东青岛一中期末)工业上以软锰矿(主要成分为MnO2)为主要原料制备高锰酸钾(KMnO4)的方法如下：
已知：①焙烧时有K2MnO4和KCl生成。
②CO2歧化法：调溶液pH至弱碱性，歧化生成KMnO4和MnO2。
下列说法正确的是(　　 )
A．焙烧时所用坩埚的材质可以选用Al2O3
B．焙烧时理论上每生成1 mol K2MnO4转移3NA个电子
C．电解法与CO2歧化法的理论产率之比为3∶2
D．采用CO2歧化法时，可将滤液蒸发结晶得到KMnO4固体
2．铈是稀土元素，氢氧化铈[Ce(OH)4]是一种重要的氢氧化物。平板电视显示屏生产过程中会产生大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2)，某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下，下列说法正确的是(　　 )
A．过程①中发生的反应是：Fe2O3＋6H＋===2Fe2＋＋3H2O
B．过程②的反应中H2O2作氧化剂
C．CeO2是碱性氧化物，可以与盐酸反应生成盐和水
D.过程④中发生的反应为：4Ce(OH)3＋O2＋2H2O===4Ce(OH)4
3．某镍矿的主要成分为硫化镍(NiS)，含少量杂质CuS、FeS，以该镍矿制粗镍的简化流程如图，下列说法不正确的是(　　 )
A．“废气”过量排放可引起酸雨
B．石英砂熔炼的目的是造渣除铁
C．电解制粗镍时，阳极发生的主要电极反应为NiS－2e－===Ni2＋＋S
D．粗镍中的少量铜可用硝酸除去
4．(2023·湖南益阳期末)铍是一种核性能优良的材料，铍精矿的主要成分为铍、铝、硅、铁的氧化物，碳酸钙及部分其他杂质。以铍精矿为原料制备氢氧化铍的工艺流程如图所示：
已知：ⅰ.Al3＋和Be2＋可通过调节溶液pH实现分步沉淀；
ⅱ.Be(OH)2与Al(OH)3具有相似的化学性质。
下列说法正确的是(　　 )
A．“熔炼”过程中SiO2不发生化学变化
B．“氧化”工序中用NaClO代替H2O2可达到目的且不影响产品纯度
C．“沉淀”工序中需严格控制NH3·H2O加入量，以减少Be(OH)2溶解损失
D．“氧化”工序的主要反应为2H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===O2↑＋2Fe3＋＋3H2O
5．废旧印刷电路板是一种电子废弃物，某科研小组设计如图工艺流程回收铜并制取胆矾(流程中RH为萃取剂)。下列说法正确的是(　　 )
A．反应Ⅰ的离子方程式为Cu＋H2O2＋2NH3＋2NH===[Cu(NH3)4]2＋
B．操作②用到的主要仪器为蒸馏烧瓶
C．操作④以石墨为电极电解硫酸铜溶液，阳极产物为O2和H2SO4
D．操作⑤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、热水洗涤、干燥
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑