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第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
第1课时 金属矿物的开发利用
1．下列物质中，通常用热分解法冶炼的是（ ）。
A． B． C． D．(汞)
2．金属资源可从金属矿物中获取。下列冶炼金属的原理错误的是（ ）。
选项 原理 选项 原理
A C
B D
3．已知高炉炼铁涉及反应：、、。下列有关高炉炼铁的说法正确的是（ ）。
A．生成铁的反应是置换反应 B．加高炉顶，炉内可完全转化为
C．得到的生铁熔点高于纯铁 D．也可通过铝热反应制备铁单质
4．用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法，如：。利用上述方法可制取Ba的主要原因是（ ）。
A．高温时，Al的金属活动性大于Ba
B．高温有利于分解
C．高温时，比稳定
D．的沸点比的低
5．下列关于金属冶炼的说法正确的是（ ）。
A．金属的冶炼是将金属从其化合物中氧化出来
B．可以通过电解NaCl溶液来制备Na
C．我国的青铜制品享誉世界，可将蓝铜矿(主要成分为2CuCO3·Cu(OH)2)与焦炭一起加热得到Cu
D．工业上冶炼铝：2AlCl3(熔融)= 2Al+3Cl2↑
6．某厂用无机矿物资源生产部分材料，其产品流程示意图如图，下列有关说法正确的是（ ）。
A．冶炼金属铝除了电解，还可以用熔融代替
B．黄铜矿冶炼铜时，产生的FeO可用作冶炼铁的原料
C．在制粗硅的反应中，还原剂与氧化剂的物质的量之比为1：1
D．生产铝、铜、高纯硅及玻璃的过程中都涉及氧化还原反应
7．工业上以某种Al2O3矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图。下列对该工艺流程的判断正确的是（ ）。
A．试剂X可以为盐酸，沉淀中含有铁的化合物
B．反应Ⅱ中，CO2也可换成稀硫酸、稀盐酸
C．反应Ⅱ的离子方程式为
D．工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al，成本更低
8．工业上常以铝土矿(主要成分为，含少量)为原料冶炼金属铝，其工艺流程如图：
下列说法正确的是（ ）。
A．“溶解时发生反应的离子方程式为
B．“酸化”时可以用代替
C．“过滤2”中所得滤液的主要成分为
D．“熔融电解”时加入试剂X为冰晶石，用作催化剂
9．材料革新铸就文明飞跃：青铜时代→铁器时代→钢铁时代→半导体材料时代，每一次材料技术的飞跃，都伴随着社会结构、经济模式和人类生活方式的深刻变革。根据所学知识回答下列问题：
(1)青铜时代：青铜是一种铜锡铅合金，原本应是暗金色。现今出土的青铜制品大多在空气和湿气条件的作用下，表面产生一层青色的锈斑，所以也被称为“青铜”。
①青铜制品产生锈斑的化学方程式是 ，该反应属于四大基本反应类型中的 。
②青铜的熔点 (填“高于”或“低于”)纯铜。
(2)铁器时代：大约在西周时期出现了块炼铁制品，也是最早的人工冶铁制品。块炼铁法又称低温固态还原法，它是在800～1000℃的温度下用木炭燃烧产生的CO还原铁矿石(铁矿石的主要成分是)的一种方法。
①CO还原铁矿石的化学方程式为 。
②制得的铁和水蒸气在高温下发生反应，生成的氧化产物为 (写化学式)。
(3)钢铁时代：19世纪中叶，炼钢技术的出现，使得人类进入钢铁时代。铝、镁、钛等金属相继问世。
①常用的金属冶炼方法有a．热分解法、b．高温还原法、c．电解法等，铝的冶炼属于 (填标号)。
②工业制取金属Mg时，常电解熔融，发生反应的化学方程式为 ，不用电解熔融MgO的方法制Mg的原因是 。
(4)半导体材料时代：硅是重要的半导体材料，利用石英砂和焦炭制备粗硅时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
10．以粉煤灰(主要成分为和，还含有少量的FeO、等)为原料制备Al的流程如下：
回答下列问题：
(1)“滤渣2”的主要成分为 (填化学式)。
(2)加快“酸浸”速率的措施有 (写出两个)。
(3)“沉淀”时，通入过量时发生反应的化学方程式为 ，是否可用溶液或稀盐酸代替？ (填“是”或“否”)，理由是 。
(4)写出灼烧时发生反应的化学方程式： 。
(5)电解时，每转移2.4mol电子，得到铝的质量为 g。第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
第1课时 金属矿物的开发利用
1．下列物质中，通常用热分解法冶炼的是（ ）。
A． B． C． D．(汞)
【答案】D
【解析】钠、镁、铝为活泼金属，一般用电解熔融的氯化物(铝为氧化铝)制得，A错误；铝需要用电解法冶炼，电解熔融状态下的氧化铝制得，B错误；较不活泼的金属铁、铜等用热还原法（还原剂为氢气、一氧化碳、铝粉等）制得，C错误；金属汞可以用加热氧化汞的方法获得，D正确。
2．金属资源可从金属矿物中获取。下列冶炼金属的原理错误的是（ ）。
选项 原理 选项 原理
A C
B D
【答案】A
【解析】Al是活泼金属，采用电解熔融氧化铝的方式制备金属铝，反应原理为，A错误；Fe是比较活泼的金属，采用热还原法冶炼获得金属铁，反应原理为，B正确；Hg的金属活动性较弱，采用热分解法制取获得金属汞，反应原理为，C正确；Na是活泼金属，采用电解熔融氯化钠的方式制备金属钠，反应原理为，D正确。
3．已知高炉炼铁涉及反应：、、。下列有关高炉炼铁的说法正确的是（ ）。
A．生成铁的反应是置换反应 B．加高炉顶，炉内可完全转化为
C．得到的生铁熔点高于纯铁 D．也可通过铝热反应制备铁单质
【答案】D
【解析】生成铁的反应是铁的氧化物与反应生成和，不属于置换反应，A错误；焦炭与反应生成的反应是可逆反应，B错误；生铁是铁碳合金，熔点低于纯铁，C错误；
也可通过铝热反应制备铁单质，铝热反应是指铝与高熔点金属氧化物反应产生铝氧化物和相应的金属单质，这体现了铝的强还原性，D正确。
4．用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法，如：。利用上述方法可制取Ba的主要原因是（ ）。
A．高温时，Al的金属活动性大于Ba
B．高温有利于分解
C．高温时，比稳定
D．的沸点比的低
【答案】D
【解析】铝位于元素周期表的第三周期第ⅢA族，钡位于元素周期表第六周期第ⅡA族，依据元素周期律可知，Al的金属性小于Ba，但Al在高温下可将氧化钡中钡置换出来，原因是Ba的沸点低于铝，高温时Ba转化为气体脱离反应体系，使反应正向进行，故选D。
5．下列关于金属冶炼的说法正确的是（ ）。
A．金属的冶炼是将金属从其化合物中氧化出来
B．可以通过电解NaCl溶液来制备Na
C．我国的青铜制品享誉世界，可将蓝铜矿(主要成分为2CuCO3·Cu(OH)2)与焦炭一起加热得到Cu
D．工业上冶炼铝：2AlCl3(熔融)= 2Al+3Cl2↑
【答案】C
【解析】金属的冶炼是将金属从其化合物中还原出来，A错误；可以通过电解熔融NaCl来制备Na，B错误；焦炭能在加热条件下将蓝铜矿中铜还原出来，C正确；工业上冶炼铝：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑，D错误。
6．某厂用无机矿物资源生产部分材料，其产品流程示意图如图，下列有关说法正确的是（ ）。
A．冶炼金属铝除了电解，还可以用熔融代替
B．黄铜矿冶炼铜时，产生的FeO可用作冶炼铁的原料
C．在制粗硅的反应中，还原剂与氧化剂的物质的量之比为1：1
D．生产铝、铜、高纯硅及玻璃的过程中都涉及氧化还原反应
【答案】B
【解析】熔融的中无自由移动的离子，不能制备金属铝，A错误；黄铜矿冶炼铜时，产生的FeO可用于冶炼铁的原料，B正确；制备粗硅的化学方程式为，还原剂与氧化剂的物质的量之比为2：1，C错误；生产玻璃涉及到的反应有和，元素化合价没有发生变化，不是氧化还原反应，D错误。
7．工业上以某种Al2O3矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图。下列对该工艺流程的判断正确的是（ ）。
A．试剂X可以为盐酸，沉淀中含有铁的化合物
B．反应Ⅱ中，CO2也可换成稀硫酸、稀盐酸
C．反应Ⅱ的离子方程式为
D．工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al，成本更低
【答案】C
【解析】向某种Al2O3矿石(含Fe2O3杂质)中加入过量NaOH溶液，发生反应：Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4]，Fe2O3不能发生反应，以固体形式存在于沉淀中，然后向溶液乙中通入过量CO2气体，发生反应：，形成Al(OH)3沉淀和NaHCO3溶液，将沉淀过滤、洗涤然后加热，Al(OH)3分解产生Al2O3；然后电解熔融Al2O3就制取得到金属Al。若X是HCl，则Al2O3、Fe2O3都会溶解，形成可溶性AlCl3、FeCl3进入溶液，沉淀中就不含有铁的化合物，A错误；在反应Ⅱ中，若将CO2换成稀硫酸、稀盐酸，由于Al(OH)3是两性氢氧化物，会被过量强酸溶解，就不能得到Al(OH)3沉淀，B错误；过量CO2与Na[Al(OH)4]反应产生NaHCO3、Al(OH)3沉淀，反应的离子方程式为：，C正确；由于金属活动性：Al＞Fe，因此Fe不能置换出Al，所以在工业上不能采用Fe还原Al2O3的方法制Al，只能采用电解熔融的氧化铝的方法冶炼铝，D错误。
8．工业上常以铝土矿(主要成分为，含少量)为原料冶炼金属铝，其工艺流程如图：
下列说法正确的是（ ）。
A．“溶解时发生反应的离子方程式为
B．“酸化”时可以用代替
C．“过滤2”中所得滤液的主要成分为
D．“熔融电解”时加入试剂X为冰晶石，用作催化剂
【答案】A
【解析】铝土矿(主要成分为，含少量)，加入NaOH溶液溶解后，滤渣为，滤液为溶液，通入过量的CO2生成Al(OH)3，过滤，滤液主要为碳酸氢钠溶液，滤渣为Al(OH)3，灼烧后得到Al2O3，加入冰晶石，在熔融状态下电解Al2O3，得到Al和氧气，冰晶石的作用是降低Al2O3的熔点。由分析可知，加入NaOH溶液后，与氧化铝反应生成，反应的离子方程式为，A正确；“酸化”时不可以用代替，因为如果过量会溶解Al(OH)3，B错误；“过滤2”中所得滤液的主要成分为，C错误；试剂X为冰晶石，作用是降低Al2O3的熔点，D错误。
9．材料革新铸就文明飞跃：青铜时代→铁器时代→钢铁时代→半导体材料时代，每一次材料技术的飞跃，都伴随着社会结构、经济模式和人类生活方式的深刻变革。根据所学知识回答下列问题：
(1)青铜时代：青铜是一种铜锡铅合金，原本应是暗金色。现今出土的青铜制品大多在空气和湿气条件的作用下，表面产生一层青色的锈斑，所以也被称为“青铜”。
①青铜制品产生锈斑的化学方程式是 ，该反应属于四大基本反应类型中的 。
②青铜的熔点 (填“高于”或“低于”)纯铜。
(2)铁器时代：大约在西周时期出现了块炼铁制品，也是最早的人工冶铁制品。块炼铁法又称低温固态还原法，它是在800～1000℃的温度下用木炭燃烧产生的CO还原铁矿石(铁矿石的主要成分是)的一种方法。
①CO还原铁矿石的化学方程式为 。
②制得的铁和水蒸气在高温下发生反应，生成的氧化产物为 (写化学式)。
(3)钢铁时代：19世纪中叶，炼钢技术的出现，使得人类进入钢铁时代。铝、镁、钛等金属相继问世。
①常用的金属冶炼方法有a．热分解法、b．高温还原法、c．电解法等，铝的冶炼属于 (填标号)。
②工业制取金属Mg时，常电解熔融，发生反应的化学方程式为 ，不用电解熔融MgO的方法制Mg的原因是 。
(4)半导体材料时代：硅是重要的半导体材料，利用石英砂和焦炭制备粗硅时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
【答案】(1) 化合反应 低于
(2)
(3) c MgO的熔点很高，消耗电能大 (4)1：2
【解析】（1）①青铜制品大多在空气和湿气条件的作用下，产生锈斑，化学方程式是，属于化合反应；.
②合金的熔点一般低于纯金属，可知青铜的熔点低于纯铜。
（2）①CO还原铁矿石的化学方程式为；
②制得的铁和水蒸气在高温下发生反应为，生成的氧化产物为。
（3）①根据金属的活动性强弱选择合适的冶炼方法，电解法：冶炼活泼金属（K、Ca、Na、Mg、Al），一般用电解熔融的氯化物（Al是电解熔融的三氧化二铝）制得；热还原法：冶炼较活泼的金属（Zn、Fe、Sn、Pb、Cu），常用还原剂有（C、CO、H2等）；热分解法：不活泼金属（Hg、Ag）用加热分解氧化物的方法制得；铝的冶炼属于电解法，故答案选c；
②电解熔融，发生反应的化学方程式为；
不用电解熔融MgO的方法制Mg的原因是：MgO的熔点很高，消耗电能大。
（4）利用石英砂和焦炭制备粗硅，反应为：，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2。
10．以粉煤灰(主要成分为和，还含有少量的FeO、等)为原料制备Al的流程如下：
回答下列问题：
(1)“滤渣2”的主要成分为 (填化学式)。
(2)加快“酸浸”速率的措施有 (写出两个)。
(3)“沉淀”时，通入过量时发生反应的化学方程式为 ，是否可用溶液或稀盐酸代替？ (填“是”或“否”)，理由是 。
(4)写出灼烧时发生反应的化学方程式： 。
(5)电解时，每转移2.4mol电子，得到铝的质量为 g。
【答案】(1) (2)适当增大硫酸浓度(或适当升高酸浸温度、搅拌等其他合理答案)
(3) 否 用强酸代替，易造成的溶解，进而造成Al的损失(或其他合理答案) (4) (5)21.6
【解析】根据粉煤灰含有的成分可知，加入硫酸发生的反应是Al2O3+6H+=2Al3++3H2O，FeO+2H+=Fe2++H2O，Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，SiO2不溶于水也不溶于酸，滤渣1为； 过氧化氢具有强氧化性，将Fe2+氧化成Fe3+，加入足量的NaOH溶液，铝离子生成四羟基合铝酸根，铁离子生成氢氧化铁沉淀，即滤渣2，再通入过量的CO2，四羟基合铝酸根转化成氢氧化铝沉淀，灼烧生成氧化铝，电解生成单质Al，据此分析。
（1）由分析可知，滤渣2的主要成分是；
（2）加快酸浸的措施有适当增大硫酸浓度(或适当升高酸浸温度、搅拌等其他合理答案)；
（3）“沉淀”过程中，通入过量与溶液中的四羟基合铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，该反应的化学方程式为；
（4）灼烧时，氢氧化铝分解生成氧化铝和水，化学方程式为；不能够用强酸代替二氧化碳气体，不易控制用量，会造成氢氧化铝的溶解；
（5）电解方程式与转移电子的关系为：，转移2.4 mol电子，得到铝的物质的量为0.8 mol，质量为21.6 g。

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