新教材适用2024版高考化学一轮总复习练案8第三章金属及其化合物第8讲金属材料与金属矿物的开发利用

练案[8]　第8讲　金属材料与金属矿物的开发利用

一、选择题：本题共10小题，每小题只有一个选项符合题目要求。

1．(2022·浙江1月选考，4)下列物质对应的化学式不正确的是( B )

A．氯仿：CHCl3

B．黄铜矿的主要成分：Cu2S

C．芒硝：Na2SO4·10H2O

D．铝土矿的主要成分：Al2O3

[解析]　黄铜矿的主要成分是CuFeS2。

2．(2022·广东，1)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( B )

 [解析]　兽骨的主要成分为无机矿物和有机质，A项错误；青铜器中含有铜、锡、铅等金属，是合金材料，B项正确；纸张的主要成分为纤维素，C项错误；液晶显示屏的材料比较复杂，但一定不是合金，D项错误。

3．(2021·河北，1)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献，陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生钅柔作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢。下列说法错误的是( C )

A．钢是以铁为主的含碳合金

B．钢的含碳量越高，硬度和脆性越大

C．生铁由于含碳量高，熔点比熟铁高

D．冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3

[解析]　钢和生铁均属于铁碳合金，钢中的含碳量低、生铁中的含碳量高，铁合金的硬度和脆性随含碳量增大而增大，A、B两项说法均正确；合金的熔点通常比各组分的熔点低，C项说法错误；赤铁矿的主要成分为氧化铁，D项说法正确。

4．(2023·山东潍坊模拟)下列各组物质，前者逐滴滴加到后者中直至过量，先出现白色沉淀，后来沉淀又消失的是( A )

A．H2SO4滴入NaAlO2溶液中

B．Ba(OH)2溶液滴入Al2(SO4)3溶液中

C．Al2(SO4)3溶液滴入NaOH溶液中

D．氨水滴入Al2(SO4)3溶液中

[解析]　将H2SO4滴入NaAlO2溶液中，先生成Al(OH)3沉淀，Al(OH)3又溶于过量的H2SO4中，A正确；Ba(OH)2溶液滴入Al2(SO4)3溶液中，先生成BaSO4、Al(OH)3沉淀，Al(OH)3又溶于Ba(OH)2溶液，但BaSO4不溶解，B错误；Al2(SO4)3溶液滴入NaOH溶液中，开始由于OH－过量发生反应：Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，故开始无沉淀生成，C错误；氨水滴入Al2(SO4)3溶液中，立即产生Al(OH)3沉淀，但沉淀不溶于氨水，D错误。

5．明矾[KAl(SO4)2·12H2O]在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废易拉罐(主要成分为Al，含有少量Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如图所示：

下列叙述错误的是( C )

A．回收处理废易拉罐有利于保护环境和资源再利用

B．沉淀为Al(OH)3

C．操作a包含萃取、分液等

D．上述流程中可用过量CO2代替NH4HCO3

[解析]　回收处理废易拉罐有利于保护环境和资源再利用，A项正确；偏铝酸钠与碳酸氢铵发生反应可生成氢氧化铝，故沉淀为Al(OH)3，B项正确；操作a包含蒸发浓缩、冷却结晶等，C项错误；过量二氧化碳与偏铝酸钠溶液反应也可得到氢氧化铝沉淀，D项正确。

6. (2023·广东佛山模拟)国画《牧牛图》的颜料有“石色”“水色”，“石色”从矿物中提取，如石绿[化学式Cu(OH)2·CuCO3]，“水色”从植物中提取，如花青(分子式C15H11O6)。下列说法错误的是( B )

A．Cu(OH)2·CuCO3属于纯净物

B．“石色”耐酸、耐碱

C．从蓝草中提取花青，可用有机溶剂萃取

D．保存不善的国画，“水色”容易变色

[解析]　Cu(OH)2·CuCO3属于化合物，属于纯净物，故A正确；碱式碳酸铜能够与酸反应，所以“石色”不耐酸，故B错误；花青(分子式C15H11O6)为有机物，易溶于有机溶剂，从蓝草中提取花青，可用有机溶剂萃取，故C正确；依据分子式C15H11O6可知含有不饱和键，所以容易被氧化，所以保存不善的国画，“水色”容易变色，故D正确。

7．(2023·山东滨州模拟)某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到实验目的的是( A )

A．将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿

B．将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后再加入水，观察硫酸铜溶液的颜色

C．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体

D．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成

[解析]　铜绿的成分是碱式碳酸铜，化学式Cu2(OH)2CO3，能与HCl反应生成CuCl2、CO2和H2O，故A正确；将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后将试管中的溶液加入盛有水的烧杯中，观察硫酸铜溶液的颜色，故B错误；在蒸发皿中加热蒸干CuCl2溶液，会促进其水解生成HCl和Cu(OH)2，HCl挥发，最终得到Cu(OH)2，应该在HCl气流中加热蒸发CuCl2溶液得到CuCl2固体，故C错误；常温下铜和氯气不反应，应该将烧红的铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成，故D错误。

8．我国湘黔渝三省交界地区是中国电解锰企业最集中的地区，被称为中国的“锰三角”。金属锰的熔点很高，常用铝热法制得粗锰。再用电解法制得纯的金属锰。铝被用于冶炼金属锰，是因为铝具有( D )

A．熔点低

B．导电性好

C．两性

D．还原性及冶炼反应中放出大量的热

[解析]　铝能用于冶炼难熔金属(如Mn、W等)，是因为铝是一种活泼金属，还原性强，可将较不活泼金属从其化合物中还原出来，同时反应中放出大量的热，使被还原出的金属熔融析出。

9．(2023·河北邢台高三期末)下列是部分矿物资源铝土矿(主含有氧化铝、氧化铁)和黄铜矿(主要成分为CuFeS2)的利用及产品生产流程。下列有关说法不正确的是( D )

A．除杂过程中铝元素的存在形式的变化可以如下：Al2O3→AlO→Al(OH)3→Al2O3

B．Al和Cu(精)均在电解槽的阴极获得

C．粗铜炼制过程中发生反应2CuFeS2＋O2Cu2S＋2FeS＋SO2，每转移1.2 mol电子，生成0.2 mol SO2

D．若电解法分别制铝和铜的过程中转移电子数相等，理论上获得的铝和铜的物质的量之比为32

[解析]　制铝过程中存在关系Al～3e－，制铜过程中存在关系Cu～2e－，当转移电子数相等时，铝和铜的物质的量之比为23。

10．(2023·山东聊城高三期末)侯德榜改进的制碱工艺打破了西方对我国的技术封锁，至今仍在使用。工业上从海水中制备纯碱和金属镁的流程如图所示：

下列说法不正确的是( C )

A．流程Ⅰ依次向粗盐水中加入过量Ca(OH)2溶液、Na2CO3溶液并过滤

B．流程Ⅱ体现了侯德榜制碱法

C．流程Ⅱ中吸氨与碳酸化的顺序互换，物质不变、不影响反应结果

D．流程Ⅳ、Ⅴ的目的是富集镁元素

[解析]　粗盐水中含有NaCl、CaCl2和MgCl2等，要依次加入过量Ca(OH)2溶液、Na2CO3溶液，沉淀后过滤，除去MgCl2和CaCl2，A正确；流程Ⅱ中精盐水吸收NH3后，再碳酸化可得到NaHCO3晶体，发生反应：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，B正确；NH3易溶于水，CO2微溶于水，故流程Ⅱ中吸氨和碳酸化顺序不能颠倒，C错误；母液中含有MgCl2，流程Ⅳ和Ⅴ的目的是富集镁元素，D正确。

二、非选择题：本题共4小题。

11．(2023·河北衡水模拟)轻质氧化镁是新型功能复合材料的重要添加剂，可由菱镁矿(含MgCO3、CaCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2)为原料制备，其制备流程如图：

(1)酸溶时，为了提高酸溶速率可采用的措施有 将菱镁矿粉碎、适当提高酸溶时的温度　；提高矿物的浸取率可采取的措施有 适当延长酸溶时间，溶解过程中不断搅拌、多次浸取，减小菱镁矿的颗粒度等　(各答一条即可)。

(2)浓硫酸与Al2O3反应的化学方程式为 Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O　；滤渣Ⅰ的主要成分为 CaSO4　和 SiO2　(填化学式)。

(3)用氨水调节溶液pH＝8～9的目的是 使滤液中的Al3＋和Fe3＋完全沉淀　，若氨水加的量较多使pH>9，则最终氧化镁的产量会 减小　(填“增大”“不变”或“减小”)。

(4)沉镁时发生反应的离子方程式为 CO2＋2NH3·H2O＋Mg2＋===MgCO3↓＋2NH＋H2O　。

(5)流程中“焙烧”操作若在实验室中进行，样品应放在 坩埚　中加热(填仪器名称)，当 前后两次称量固体的质量不变(或前后两次称量固体质量差小于0.1 g)　时，说明固体样品已分解完全。

[解析]　(1)提高酸溶速率，可增大固体与液体的接触面积，提高反应的温度；适当延长酸溶时间、溶解过程中不断搅拌、多次浸取、减小菱镁矿的颗粒度等，可提高浸取率。(2)浓硫酸与Al2O3反应的化学方程式为Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O；滤渣Ⅰ的主要成分为CaSO4、SiO2。(3)用氨水调节溶液pH＝8～9，可使滤液中的Al3＋与Fe3＋完全反应生成氢氧化铝、氢氧化铁沉淀而除去，若氨水加的量较多使pH>9，可生成氢氧化镁沉淀，最终氧化镁的产量会减小。(4)沉镁时生成碳酸镁，反应的离子方程式为CO2＋2NH3·H2O＋Mg2＋===MgCO3↓＋2NH＋H2O。

12．(2023·山东滨州模拟)利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备铝鞣剂[主要成分为Al(OH)2Cl]的一种工艺如图：

(1)气体A能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。铝灰在90 ℃水解生成A的化学方程式为 AlN＋3H2OAl(OH)3＋NH3↑　。

“水解”采用90 ℃而不在室温下进行的原因是 加快AlN水解反应速率；降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出　。

(2)“酸溶”时，Al2O3发生反应的离子方程式为 Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O　。

(3)“氧化”时，发生反应的离子方程式为 2Fe2＋＋2H＋＋ClO－===2Fe3＋＋Cl－＋H2O　。

(4)“废渣”成分为 Fe(OH)3　(填化学式)。

(5)采用喷雾干燥而不用蒸发的原因是 防止Al(OH)2Cl水解生成Al(OH)3　。

[解析]　铝灰主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等，加入水发生反应，AlN和水反应生成氢氧化铝和氨气，加入盐酸酸溶后，生成氯化铝溶液和氯化亚铁溶液，加入漂白液氧化亚铁离子为铁离子，加入纯碱调节溶液pH使铁离子全部沉淀，采用喷雾干燥制备铝鞣剂。(1)气体A能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，说明生成的是氨气，铝灰中的AlN和水发生水解反应生成氢氧化铝沉淀和氨气，反应的化学方程式为AlN＋3H2OAl(OH)3＋NH3↑，加热可以促进氮化铝水解生成氨气，降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出。(2)氧化铝酸溶时和盐酸发生反应生成氯化铝溶液，发生反应的离子方程式为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O。(3)加入漂白液的作用是利用次氯酸根离子在酸溶液中的强氧化性氧化亚铁离子为铁离子，反应的离子方程式为2Fe2＋＋2H＋＋ClO－===2Fe3＋＋Cl－＋H2O。(4)上述分析可知“废渣”成分为氢氧化铁沉淀，化学式为Fe(OH)3。(5)铝鞣剂主要成分为Al(OH)2Cl，在加热蒸发时会发生水解，为防止水解利用喷雾干燥。

13．(2023·河北石家庄模拟)氧化亚铜(Cu2O)是一种用途广泛光电材料，某工厂以硫化铜矿石(含CuFeS2、Cu2S等)为原料制取Cu2O的工艺流程如图：

已知：N2H4的熔点为1.4 ℃，沸点为113.5 ℃；25 ℃时相关物质的Ksp如表所示。

(1)炉气中的有害气体成分是 SO2　，Cu2S与O2反应时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 21　。

(2)用稀硫酸酸浸时为了提高化学反应速率可以采用的方法有 粉碎固体、升温、适当增加稀硫酸浓度等　(答一种方法即可)。

(3)如果没有加入试剂X进行氧化直接通过调pH是否能达到实验目的？请说明理由： 不行，因为通过调pH沉淀Fe2＋时Cu2＋也会沉淀去除　。

(4)加入试剂Y调pH时，pH的理论最低值是(离子浓度小于等于1×10－5 mol·L－1看作除尽) 3.2　。

(5)写出用N2H4制备Cu2O的化学方程式为 4CuSO4＋N2H4＋8KOH===2Cu2O↓＋4K2SO4＋N2↑＋6H2O　。

(6)还原步骤中的反应常温下就可发生但工业上常常需要将温度控制在90 ℃，可能的原因为 不低于90度为了尽可能加快反应速率，温度太高又容易使N2H4挥发　。

[解析]　本题考查制取Cu2O的工艺流程。(1)因为矿石含硫元素，所以通入氧气焙烧后会产生二氧化硫。1 mol Cu2S失8 mol电子，1 mol O2得4 mol电子，所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为21。(2)粉碎固体、升温、适当增加稀硫酸浓度等都可以提高酸浸的速率。(3)从题目给出的Ksp可以看出铜离子先于亚铁离子沉淀，所以要使用调pH的方法除掉铁元素必须氧化为＋3价铁离子才可以。(4)试剂Y调pH时要使Fe3＋完全沉淀，所以有1×10－37.4＝1×10－5×c3(OH－)，解得c(OH－)＝10－10.8 mol·L－1，则c(H＋)＝10－3.2 mol·L－1，所以pH＝3.2。(5)酸浸时用的是稀硫酸，所以反应物为CuSO4、N2H4，KOH，产物有Cu2O和N2，说明该过程中Cu2＋将N2H4氧化为N2，根据电子守恒可知CuSO4和N2H4的系数比应为41，再结合元素守恒可得化学方程式为4CuSO4＋N2H4＋8KOH===2Cu2O↓＋4K2SO4＋N2↑＋6H2O。(6)工业生产往往要考虑反应速率，所以温度高一些速率会更快，但根据题目信息N2H4的熔点为1.4 ℃，沸点为113.5 ℃，温度过高N2H4容易挥发影响产率。

14．(2023·辽宁沈阳市郊联合体联考)用辉铜矿(主要成分为Cu2S，含少量Fe2O3、SiO2等杂质)制备难溶于水的碱式碳酸铜的流程如图所示：

(1)下列措施是为了加快“浸取”速率，其中无法达到目的的是 A　(填选项字母)。

A．延长浸取时间  B．将辉铜矿粉碎

C．充分搅拌  D．升高温度

(2)滤渣Ⅰ中的主要成分是MnO2、S、SiO2，请写出“浸取”过程中生成S的离子方程式： 2MnO2＋Cu2S＋8H＋===S＋2Cu2＋＋2Mn2＋＋4H2O　。

(3)研究发现，若先除铁再“浸取”，“浸取”速率明显变慢，可能的原因是 Fe3＋可催化Cu2S被MnO2氧化　。

(4)“除铁”的方法是通过调节溶液的pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3，则加入的试剂A可以是 CuO[或Cu(OH)2]　(填化学式)；“赶氨”时，最适宜的操作方法是 加热　。

(5)“沉锰”(除Mn2＋)过程中有关反应的离子方程式为 Mn2＋＋HCO＋NH3===MnCO3↓＋NH　。

(6)滤液Ⅱ经蒸发浓缩、冷却结晶得到的盐主要是 (NH4)2SO4　(填化学式)。