课时梯级训练(16) 金属的冶炼方法（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中化学必修第二册（苏教版2019）

课时梯级训练(16)　金属的冶炼方法 1．从本质上讲，工业上冶炼金属的反应一定都属于(　　) A.氧化还原反应 B.置换反应 C.分解反应 D.复分解反应 A　解析：金属的冶炼原理是将金属的化合物通过还原的方法使金属离子还原成金属单质，元素的化合价发生变化，肯定是氧化还原反应，可以是分解反应，可以是置换反应，一定不是复分解反应。 2．有X、Y、Z三种金属，把Y投入XCl2溶液中一段时间后，溶液质量增大，把Z投入YSO4溶液中一段时间后，溶液的质量减小，则这三种金属的还原性由强到弱的顺序正确的是(　　) A.Z＞Y＞X B．Y＞X＞Z C.X＞Y＞Z D．Z＞X＞Y A　解析：在金属活动性顺序中，较活泼金属能置换出较不活泼金属，把Y投入XCl2溶液中一段时间后，溶液质量增大，说明二者发生置换反应，则Y的金属还原性大于X；把Z投入YSO4溶液中一段时间后，溶液的质量减小，说明二者发生置换反应，则Z的还原性大于Y，通过以上分析知，金属还原性强弱顺序是Z＞Y＞X，选A。 3．设NA为阿伏加德罗常数的值，如图所示是铝热反应(2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe)的实验装置，下列有关该反应的说法正确的是(　　)\ A.a为镁条 B.2 mol氧化剂参与反应则电子转移6NA个 C.b为氧化铁与铝粉的混合物 D.还原剂与氧化产物的物质的量之比为1∶2 A　解析：铝与氧化铁的铝热反应为2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe。a为镁条，起引燃作用，A正确；2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe，该反应中氧化剂是氧化铁，2 mol氧化剂参与反应则电子转移12NA个，B错误；镁条燃烧时，氯酸钾是氧化剂，用以保证镁条的继续燃烧，同时放出足够的热量引发氧化铁和铝粉的反应，由于该反应放出大量的热，只要反应已经引发，就可剧烈进行，放出的热使生成的铁熔化为液态，故b为氯酸钾，C错误；该反应中还原剂是铝，氧化产物是氧化铝，还原剂和氧化产物的物质的量之比为2∶1，D错误。 4．金属矿物通常色彩缤纷、形状各异。下列冶炼金属的方法属于热还原法的是(　　) A.2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ B.WO3＋3H2W＋3H2O C.Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4 D.2Ag2O4Ag＋O2↑ B　解析：金属的冶炼方法取决于金属的活动性，活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al一般用电解熔融的氯化物(Al是用电解熔融的Al2O3)制得；较活泼的金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法制得，常用的还原剂有C、CO、H2等；Hg、Ag用加热分解氧化物的方法制得；Pt、Au用物理分离的方法制得；钠性质活泼，需用电解法制取，不属于热还原法，A错误；钨性质较活泼，可用热还原法制取，B正确；Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4为湿法制铜的反应原理，不属于热还原法，C错误；银性质不活泼，可用热分解法制取，不属于热还原法，D错误。 5．已知一些金属的发现和使用与其金属活动性有着必然的联系。据此推测，下列事件发生在铁器时代之前的是(　　) A.金属钠的使用 B.青铜器的大量使用 C.海水提镁 D.铝热法制铬 B　解析：根据金属活动性顺序可知，金属越活泼，其还原性越强，对应的离子氧化性越弱，越不容易得到。青铜器的使用应在铁器时代之前。 6．下列制备金属单质的方法或原理正确的是(　　) A.在高温条件下，用H2还原MgO制备单质Mg B.加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu C.在通电条件下，电解Al2O3和Na3AlF6的熔融混合物制备单质Al D.工业上用Al和Fe2O3冶炼大量单质铁 C　解析：制备单质Mg应用电解熔融MgCl2的方法，A错误；制备单质Cu应用热还原法，B错误；制备单质Al，在通电条件下，电解Al2O3和Na3AlF6的熔融混合物，C正确；工业炼铁常用CO还原Fe2O3的方法，而不用铝热反应，因为利用铝热反应炼铁成本较高且得到的往往是金属粉混合物，难以分离，D错误。 7．工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示： 下列叙述正确的是(　　) A.试剂X可以是NaOH溶液，也可以是盐酸 B.反应①过滤后所得沉淀为Fe(OH)3 C.图中所有转化反应都不是氧化还原反应 D.反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3 D　解析：从后面通入Y生成碳酸氢钠分析，Y 应为二氧化碳，则试剂X只能是NaOH溶液，不可以是盐酸，A错误；反应①过滤后所得沉淀为氧化铁不是氢氧化铁，B错误；氧化铝变成铝为氧化还原反应，C错误；反应②为偏铝酸钠和过量的二氧化碳反应生成碳酸氢钠和氢氧化铝，化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，D正确。 8．利用某地的闪锌矿(主要成分为ZnS，其杂质主要为铁、铜等元素)冶炼纯锌的传统工艺如图所示。 注：锌、铁、铜的沸点依次为1 180 K、3 023 K、2 800 K。 (1)高温煅烧时，若氧气足量，则ZnS发生反应的化学方程式为__________________。 (2)工业生产中方案1由锌熔体获得粗锌的操作为________(填“蒸馏”“分馏”或“干馏”)。 (3)方案2中固相2的成分为________(填化学符号，下同)，液相1所含金属阳离子为______。 (4)方案2中从液相1获取粗锌的过程中可加入单质________除掉其他杂质；对比两种方案，方案2的优点是____________。 (5)方案2的系列操作产生的废液可以制取绿矾。硫酸亚铁在不同温度下的溶解度和析出晶体的组成如表所示： 温度/℃ 0 10 30 50 56.7 60 70 80 90 溶解度/g 14.0 17.0 25.0 33.0 35.2 35.3 35.6 33.0 33.5 析出晶体 FeSO4·7H2O FeSO4·4H2O FeSO4·H2O 从表中数据可以得出的结论是①_____________________________________________ ________________________________________________________________________， ②________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2　(2)分馏　(3)C、Cu　Zn2＋、Fe2＋　(4)Zn　节约能量　(5)①随温度升高，硫酸亚铁的溶解度先升高后降低　②温度超过60 ℃时，析出晶体中结晶水含量越来越少 解析：(1)高温煅烧时，若氧气足量，则ZnS与氧气反应生成氧化锌和二氧化硫，其化学方程式为2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2。 (2)方案1中，锌熔体为锌和少量铁、铜、炭的混合物，三种金属沸点不同，获得粗锌的操作为分馏。 (3)锌熔体为锌和少量铁、铜、炭的混合物，加入稀硫酸，锌和铁与稀硫酸反应生成硫酸锌、硫酸亚铁和氢气，固相2的成分为C、Cu；液相1所含金属阳离子为Zn2＋、Fe2＋。 (4)方案2中液相1为硫酸锌、硫酸亚铁和少量硫酸的混合液，获取粗锌的过程中可加入单质锌除掉其他杂质；对比两种方案，方案2的优点是节约能量(或不需加热)。 (5)分析表中数据可以得出的结论是①随温度升高，硫酸亚铁的溶解度先升高后降低；②温度超过60 ℃时，析出晶体中结晶水含量越来越少。 9．以辉铜矿(Cu2S)为原料冶炼铜，其反应原理可表示为Cu2S＋O22Cu＋SO2。下列说法不正确的是(　　) A．化合价发生变化的元素有3种 B．Cu2S在该反应中既是氧化剂又是还原剂 C．1 mol O2参加反应时，上述反应转移电子总物质的量为4 mol D．SO2被分离、回收后氧化生成SO3，可作为制取硫酸的原料 C　解析：该反应Cu2S＋O22Cu＋SO2中，硫元素化合价由－2变为＋4，氧元素化合价由0变为－2，铜元素化合价由＋1变为0，所以化合价发生变化的元素有3种，A正确；该反应中硫元素化合价由－2变为＋4，铜元素化合价由＋1变为0，所以Cu2S既是氧化剂又是还原剂，B正确；铜元素化合价从＋1变化为0，硫元素化合价从－2变化为＋4，氧元素化合价从 0变化为－2，依据得失电子守恒得到：当1 mol O2参加反应时，共转移6 mol e－，C错误；SO2被分离、回收后氧化生成SO3，SO3和H2O反应生成硫酸，所以SO3可以作为制取硫酸的原料，D正确。 10．A～E是中学常见的5种化合物，A、B是氧化物，它们之间的转化关系如图所示。 则下列说法正确的是(　　) A．单质X与A反应的化学方程式：Al2O3＋2FeFe2O3＋2Al B．检验溶液D中金属阳离子的反应：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3↓ C．与溶液D反应时单质Y被氧化 D．化合物B和C均既能与酸反应，又能与碱反应 C　解析：单质X与A的反应为铝与氧化铁在高温下发生置换反应生成铁和氧化铝，反应的化学方程式：Fe 2O3＋2AlAl 2O3＋2Fe，A错误；检验溶液D中铁离子的反应为铁离子与硫氰酸根离子反应生成硫氰化铁，硫氰化铁不是沉淀，反应的离子方程式为Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3，B错误；Y与溶液D的反应为铁与硫酸铁反应生成硫酸亚铁，反应中铁为还原剂被氧化，C正确；C为硫酸铝，硫酸铝不能与酸反应，D错误。 11．在钢铁工业推进碳减排、碳捕集的过程中，化学发挥了重要作用。 (1)“焦炭炼钢”是先将铁精矿(Fe2O3)和焦炭同时加入高炉，鼓入热空气，充分反应后得到生铁，再将生铁转移至炼钢炉中炼制得钢。 ①高炉炼铁的主要反应原理是在高温下，______夺取了Fe2O3里的氧将铁还原出来。 ②某钢铁厂每年需要向高炉中加入120万吨的焦炭，若加入的焦炭全部转化为CO2，则该钢铁厂每年排放CO2的质量为________万吨。 (2)为了实现CO2的捕集利用，我国研制出一种多功能复合催化剂(含NaFe3O4)，能将CO2转化为汽油，转化步骤如下： CO2CO(CH2)n汽油 ①步骤Ⅰ除生成CO外，还生成另一种氧化物。该氧化物的化学式是________。 ②下列说法错误的是________(填标号)。 A．所得汽油中含有C、H两种元素 B．NaFe3O4中O为－2价，Fe为＋3价 C．上述转化不仅有利于CO2减排，还可以减轻人类对化石能源的需求 (3)一种以“氢能炼钢”替代“焦炭炼钢”的工艺流程如图所示。 ①高温下，用H2炼铁时反应的化学方程式为__________________________________。 ②跟“焦炭炼钢”工艺相比，“氢能炼钢”的主要优点有__________________。 答案：(1)①CO　②440 (2)①H2O　②B (3)①3H2＋Fe2O32Fe＋3H2O　②不排放二氧化碳，无污染 解析：(1)①高炉炼铁的主要反应为Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，CO夺取了Fe2O3里的氧将铁还原出来。 ②某钢铁厂每年需要向高炉中加入120万吨的焦炭，若加入的焦炭全部转化为CO2，设该钢铁厂每年排放CO2的质量为x万吨，则有： ＝，解得x＝440。 (2)①步骤Ⅰ中CO2和H2反应生成CO和H2O。 ②反应前后元素种类不变，故所得汽油中含有C、H两种元素，A正确；NaFe3O4中O为－2价，Fe为＋3价和＋2价，B错误；由转化关系可以看出，上述转化不仅有利于CO2减排，还可以减轻人类对化石能源的需求，C正确。 (3)①高温下，用H2炼铁时反应的化学方程式为3H2＋Fe2O32Fe＋3H2O； ②跟“焦炭炼钢”工艺相比，“氢能炼钢”无二氧化碳生成，无污染。 12．实验室用锌片和稀硫酸反应制取氢气，并验证氢气的还原性及回收硫酸锌晶体。 (1) 各仪器的连接顺序为________，装置C的作用是_____________________________。 (2) 锌与硫酸反应制取氢气后的剩余废液中，常含有少量剩余的硫酸，欲除去多余的硫酸并回收硫酸锌晶体，请从BaCl2溶液、锌粉、NaOH溶液三种试剂中选用一种试剂除杂并简述回收硫酸锌晶体的实验过程：________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)ADBEC　防止空气中的水进入装置E，干扰H2氧化产物的检验　(2) 向废液中加入足量的锌粉，充分反应后过滤，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶，即可得到较纯净的硫酸锌晶体 解析：(1)根据题意，制备出的氢气用于还原氧化铜，在氢气参与反应前应先干燥，无水硫酸铜用于检验氢气的氧化产物，所以仪器的连接顺序为ADBEC，装置C是为了防止空气中的水进入装置E，干扰H2氧化产物的检验； (2)在除去硫酸而不影响硫酸锌的情况下，应选锌粉，锌粉与硫酸反应生成硫酸锌和氢气，把杂质转化为纯物质，具体操作为向废液中加入足量的锌粉，充分反应后过滤，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶，即可得到较纯净的硫酸锌晶体。 13．为探究金属活动性顺序，学习小组设计并进行实验Ⅰ和Ⅱ，实验结束，将两实验的废液全部倒入一洁净烧杯中，实验过程及现象如图所示： (1)实验Ⅰ中反应的化学方程式为____________________________。 (2)实验Ⅱ中的实验现象为______________。 (3)若溶液 C 为蓝色，则溶液 C 中一定含有的溶质为____________________；若溶液C为无色，则固体A的成分为________。 答案：(1)2Al＋3Cu(NO3)2===2Al(NO3)3＋3Cu　(2) Cu表面有银白色(或黑色)物质析出　(3) Cu(NO3)2、Al(NO3)3　Al、Cu 解析：(1)铝和硝酸铜反应生成硝酸铝和铜，化学方程式为2Al＋3Cu(NO3)2===2Al(NO3)3＋3Cu。 (2)铜和硝酸银反应生成硝酸铜和银，所以实验Ⅱ中的实验现象为Cu表面有银白色(或黑色)物质析出； (3)金属活动性强的金属能将金属活动性弱的金属从其盐溶液中置换出来，所以若溶液C为蓝色，则溶液中含硝酸铜，还一定含有硝酸铝，可能含有硝酸银，溶液C中一定含有的溶质为Cu(NO3)2、Al(NO3)3；若溶液C为无色，说明硝酸铜完全反应，固体A中一定含有铝，铝和硝酸铜反应生成硝酸铝和铜，所以固体A的成分为Al、Cu。 14．明矾[KAl(SO4)2·12H2O] 在生产、生活中有广泛用途：饮用水的净化、造纸工业上作施胶剂、食品工业的发酵剂等。利用炼铝厂的废料——铝灰(含Al、Al2O3及少量SiO2和FeO、Fe2O3)可制备明矾。工艺流程如下： 已知：SiO2是不溶于硫酸的固体 回答下列问题： (1)Al2O3与稀硫酸反应的离子方程式为______________________。 (2)操作Ⅰ的名称是________，滤渣Ⅰ的主要成分是__________。 (3)检验滤液Ⅰ中是否存在Fe3＋的方法是______________________________。 (4)在滤液Ⅰ中加入高锰酸钾的目的是____________，发生反应的离子方程式为(该条件下H＋参与反应、Fe2＋转化为Fe3＋、MnO转化为Mn2＋)________________________________ _____________________________________________________________________________。 (5)根据流程图推测加入沉淀剂的目的是______，滤渣Ⅱ中主要含有_____________(填化学式，只写一种即可)。 答案：(1)Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O (2)过滤　SiO2 (3)取少量滤液滴加KSCN溶液变成红色或滴加NaOH溶液产生红褐色沉淀 (4)氧化Fe2＋　MnO＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O (5)除去Fe3＋　Fe(OH)3或MnO2(写一种) 学科网（北京）股份有限公司 $$