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第1课时 金属矿物的开发利用
考点
对应题号
基本目标
发展目标
1.金属的存在及冶炼
1,2,5
11
2.铝热反应
3,4,8
10,12
3.综合应用
6,7
9,13
[基本目标]
1．下列关于金属在自然界中存在形态的说法不正确的是( )
A．地壳中含量最高的金属是铁，其次是铝
B．铝在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分是氧化铝)中
C．铁主要存在于铁矿石(磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等)中
D．金、铂等不活泼的金属以游离态形式存在
A 解析 地壳中含量最高的金属是铝，其次是铁。金属在自然界中的存在形态与其化学活动性有关，化学性质比较活泼的金属铝、铁等在自然界中以化合态存在，汞、金、铂等化学性质不活泼的金属在自然界中以游离态存在。
2．明代《天工开物》中记载：“凡铸钱每十斤，红铜居六七，倭铅(锌的古称)居三四。”下列金属的冶炼原理与倭铅相同的是( )
A．Na B．Ag
C．Mg D．Fe
D 解析 倭铅指的是锌，冶炼锌采用热还原法。冶炼金属钠采用电解法，A项错误；冶炼银采用加热分解氧化物法，B项错误；冶炼镁采用电解法，C项错误；冶炼铁采用热还原法，D项正确。
3．下列金属：①铁 ②镁 ③锰 ④钒 ⑤铬，可用铝热法制备的有( )
A．①②④ B．①②③⑤
C．①③④⑤ D．①②③④⑤
C 解析 铝热法冶炼金属利用的是Al的还原性及反应过程中放出大量的热，可用于金属活动性比Al弱的金属的冶炼，题目给出的五种金属中只有Mg的活动性比Al的强，不能用铝热法制备。
4．能用铝作原料来冶炼难熔的金属是因为( )
A．铝的密度小，熔点较低
B．铝在空气中燃烧放出大量的热
C．铝在金属活动性顺序表中排在较前面
D．铝具有还原性，发生铝热反应时放出大量热
D 解析 利用铝来冶炼难熔的金属是利用铝热反应来进行的。在铝热反应中，铝表现出还原性，可置换出其他金属；另外铝热反应还有一个特点就是反应能放出大量的热，可使置换出的金属熔化，达到冶炼的目的。
5．下列说法正确的是( )
A．金属的冶炼原理，就是根据金属活动性的不同，选取不同的冶炼方法
B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂
C．金属由化合态变为游离态，可能被还原，也可能被氧化
D．金属单质被发现和应用越早，其在地壳中的含量越大
A 解析 冶炼金属时并不一定要加入还原剂，如电解法制取钠和镁，B项错误；金属由化合态变为游离态，一定被还原，C项错误；铝在地壳中的含量虽然最大，但其发现时间却比铁、铜晚得多，D项错误。
6．金属K与Na金属性相近，用K与钠盐共熔时，很难将Na从混合物中分离。若调整温度到一定程度，则可用Na与KCl反应制取金属K。已知四种物质的熔、沸点如表：
K
Na
KCl
NaCl
熔点/℃
63.65
97.8
770
801
沸点/℃
774
882.9
1 500(升华)
1 431
根据平衡移动原理可推知，用Na与KCl反应制K的适宜温度是( )
A．97.8～770 ℃ B．770～774 ℃
C．774～882.9 ℃ D．1 413～1 500 ℃
C 解析 在金属活动性顺序表中，Na排在K的后面，似乎不能从K的熔融盐中置换出K。但将Na与KCl共熔，其共熔体中Na＋、K＋、Cl－和e－自由移动，如果继续加热，则Na、K、NaCl和KCl先沸腾者先逸出。工业上，就是采用这种原理用Na还原K，因为K的沸点比Na、NaCl、KCl的沸点都低，且低于NaCl的熔点。
7．铁是应用最广泛的金属，自远古时代人类就学会了炼铁，到目前为止，人类研制出了很多炼铁的方法。某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过程，实验装置如图：
(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，应该先停止加热还是先停止通入CO并说明原因______________________________。
解析 检验是否生成单质铁，在反应结束后，待玻璃管内的固体冷却，取少量放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体(H2)，则证明生成了单质铁；反应结束后，得到的铁还是赤热的，若先停止通入CO，会导致铁又被氧化，所以，应该先停止加热，待玻璃管内的固体冷却后，再停止通入CO。
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
8．研究性学习小组的同学们用如图所示装置进行铝热反应的实验。
请回答下列问题：
(1)氧化铁与铝反应的化学方程式是______________________，该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)镁带燃烧的现象是______________________，镁带的作用是________________。
(3)同学们在实验过程中观察到纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。他们为探究此熔融物的成分，查阅有关物质的熔点、沸点数据如表：
物质
Al
Al2O3
Fe
Fe2O3
熔点/℃
660
2 054
1 535
1 565
沸点/℃
2 467
2 980
2 750
－
同学们分析数据后推测该熔融物是一种合金，其中的金属是________，溶解该合金可选用下列试剂中的________(填字母，双选)。
A．FeSO4溶液 B．稀硫酸
C．稀硝酸 D．NaOH溶液
解析 (1)高温下，金属铝能够与氧化铁反应置换出铁，反应的化学方程式为2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，该反应过程中放出大量的热。(2)镁在空气中剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼白光，有白烟产生；镁带在铝热反应中提供热量，起到引燃剂的作用。(3)根据表中的数据可以看出，金属铝的熔点比铁的低，当金属铁是液态时，金属铝也是液态，所以铝热反应得到的是金属铁和铝的混合物。FeSO4、NaOH溶液不与Fe反应，所以既能和Fe反应又能和Al反应的物质为稀硫酸、稀硝酸。
答案 (1)2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3 放热
(2)放热，发出耀眼白光，有白烟产生 燃烧时提供热量，作为引燃剂引发反应(合理即可)
(3)Al、Fe BC
[发展目标]
9．根据如图所示的转化关系，判断下列说法正确的是(反应条件已略去)( )
A．反应①②③④⑤均属于氧化还原反应和离子反应
B．反应⑤说明该条件下铝的还原性强于锰
C．相同条件下生成等量的O2，反应③和④转移的电子数之比为1：1
D．反应①中发生还原反应与发生氧化反应的物质，其物质的量之比为1：4
B 解析 氯酸钾分解、铝热反应、过氧化氢分解不是离子反应，①②③④⑤均属于氧化还原反应，A项错误；金属铝的还原性强于锰，可与二氧化锰发生铝热反应，B项正确；反应③中每生成1 mol氧气转移2 mol电子，而反应④中每生成1 mol氧气转移4 mol电子，C项错误；实验室制备氯气的反应中氯化氢并没有完全被氧化，因此根据得失电子守恒可知反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2，D项错误。
10．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
D 解析 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，变为单质时需获得的电子越多，消耗铝越多；金属化合价越低，得电子数越少，消耗铝越少。选项中金属氧化物中金属的化合价分别为Mn(＋4)W(＋6)、Cr(＋3)、Co(＋)。Co的化合价最低，消耗铝最少。
11．诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解反应的催化剂。工业上冶炼钼的化学反应过程为
①2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2；
②MoO3＋2NH3·H2O===(NH4)2MoO4＋H2O；
③(NH4)2MoO4＋2HCl===H2MoO4↓＋2NH4Cl；
④H2MoO4MoO3＋H2O；
⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼。
则下列说法正确的是( )
A．MoS2煅烧产生的尾气可直接排放
B．MoO3是金属氧化物，也是碱性氧化物
C．H2MoO4是一种强酸
D．利用H2、CO和Al分别还原等量的MoO3，所消耗还原剂的物质的量之比为3∶3∶2
D 解析 A项明显错误，生成物SO2对环境污染严重；B项，根据②中生成物(NH4)2MoO4可知，该化合物属于盐，对应的酸是H2MoO4，故MoO3不属于碱性氧化物，错误；C项，根据反应③可知，H2MoO4不可能是强酸；D项，1 mol H2、1 mol CO和1 mol Al作还原剂时，失去的电子数分别为2 mol、2 mol和3 mol，还原等量的MoO3转移电子数相同，此时n(H2)∶n(CO)∶n(Al)＝3∶3∶2，正确。
12．已知反应2Al＋Fe2O32Fe＋2Al2O3在化学上称为“铝热反应”，人们可利用该反应焊接铁轨。从化学方程式可以看出，Al比Fe活泼，镁和氧化铜也能发生类似的反应，则该反应的化学方程式为____________________。某活动小组在实验室中进行镁和氧化铜反应的实验，充分反应后，大家对反应后的固体剩余物进行了实验探究。
【提出问题】反应后的固体剩余物是什么？
【作出假设】
甲组同学经过讨论一致认为反应后的固体剩余物中一定含有________和________；
乙组同学认为反应后的固体剩余物中可能还含有________；
丙组同学认为反应后的固体剩余物中可能还含有________。
【实验探究】
查阅相关资料后，大家设计如下实验对反应后的固体剩余物进行探究。
实验操作
实验现象
实验结论
①取少量反应后的固体剩余物于试管中，向其中加入足量的__________
固体物质部分溶解，溶液为无色
甲组同学的假设正确
②另取少量固体于试管中，进行与实验①一样的操作
__________
__________
乙组同学的假设成立
③另取少量固体于试管中，进行与实验①一样的操作
__________
__________
丙组同学的假设成立
解析 镁和氧化铜发生反应的化学方程式为Mg＋CuOCu＋MgO。根据反应的化学方程式知，反应后的固体剩余物中一定含有MgO和Cu，可能含有Mg，也可能含有CuO。【实验探究】取少量反应后的固体剩余物于试管中，加入稀盐酸(或稀硫酸)，若含有Mg，实验现象为固体物质部分溶解，溶液无色，有气泡冒出；若还含有CuO，实验现象为固体物质部分溶解，溶液变为蓝色。
答案 Mg＋CuOCu＋MgO
【作出假设】MgO Cu Mg CuO
【实验探究】①稀盐酸(或稀硫酸)
②固体物质部分溶解，有气泡冒出，溶液无色
③固体物质部分溶解，溶液变为蓝色(假设和探究对应即可)
13．钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(TiO2)是目前使用最广泛的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿(主要成分为FeTiO3)，用含Fe2O3的钛铁矿制备TiO2的流程如下：
(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的流程中，可以利用的副产物是______；考虑成本和废物的综合利用等因素，水浸后的废液中加入________处理。
(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti)的过程为：―→，其中反应TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti在氩气气氛中进行的理由是____________________。
解析 (1)分析题图可知，钛铁矿中的铁最终转化成副产品绿矾，所以要将＋3价Fe转化为＋2价Fe；降低温度，减小了FeSO4·7H2O的溶解度，有利于绿矾结晶析出。(2)水浸过程发生的离子反应为TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋，废液呈酸性，所以处理水浸后的废液应加入CaO、CaCO3或碱。(3)由于Ti和Mg易与空气中的O2、N2等反应，故该反应应在氩气气氛中进行。
答案 (1)将Fe3＋还原为Fe2＋
有利于析出绿矾(FeSO4·7H2O)
(2)绿矾(FeSO4·7H2O) 生石灰(或碳酸钙、碱)
(3)高温下镁和钛易与O2、N2等反应
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